(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍ個（Ｍは３以上の整数）の送信ブランチと、
無線周波数の送信信号を送信する送信部と、
前記送信信号の位相を調整する位相調整部と、
前記送信信号の振幅を調整する振幅調整部と、
前記送信部が送信する前記送信信号の一部を抜き出す送信出力検出部と、
前記Ｍ個の送信ブランチのうち、任意の隣接する２つの送信ブランチのそれぞれの出力を抜き出した前記送信出力検出部からの出力に基づいて、送信ブランチ間の位相および振幅の誤差を検出する誤差検出信号を生成するブランチ間誤差検出部と、
前記ブランチ間誤差検出部からの誤差検出信号を記憶する誤差記憶部と、
前記ブランチ間誤差検出部からの誤差検出信号に基づいて、Ｎ−１番目（ＮはＭ以下の整数）の送信ブランチとＮ番目の送信ブランチ間の位相および振幅の誤差を補正する補正値を算出するとき、前記誤差記憶部に記憶された、Ｎ−２番目の送信ブランチより前の隣接する２つの送信ブランチ間の位相および振幅の補正値に基づいて、Ｎ−１番目の送信ブランチとＮ番目の送信ブランチ間の位相および振幅の補正値を算出する補正制御部と、
前記補正制御部の位相の誤差を補正する補正値および前記誤差記憶部に記憶された誤差検出信号に基づいて前記位相調整部による前記送信信号の位相の調整を制御する位相制御部と、
前記補正制御部の振幅の誤差を補正する補正値および前記誤差記憶部に記憶された誤差検出信号に基づいて前記振幅調整部による前記送信信号の振幅の調整を制御する振幅制御部と、
を備え、
前記位相調整部及び前記振幅調整部が所定の調整単位を有する場合に、前記ブランチ間誤差検出部は、前記隣接する２つの送信ブランチ間の位相および振幅の誤差を補正する補正値を算出するときに、前記位相調整部および前記振幅調整部の調整単位未満の誤差であって、当該位相調整部および当該振幅調整部の調整後における前記調整単位の倍数のうち当該誤差に最も近い値および２番目に近い値と、当該誤差との差である残留誤差を検出し、
前記補正制御部は、前記誤差記憶部に記憶されたＮ−１番目より小さい番号の送信ブランチの間の前記残留誤差の値に基づいてＮ−１番目の送信ブランチとＮ番目の送信ブランチの位相および振幅の補正値を算出するとき、前記誤差記憶部に記憶されたＮ−２番目とＮ−１番目の送信ブランチの間の残留誤差の値の正負の符号と、Ｎ−１番目の送信ブランチとＮ番目の送信ブランチの間の残留誤差の値の正負の符号とが反転するように、位相および振幅の補正値を算出する、
フェーズドアレイ送信装置。
【請求項２】
Ｍ個（Ｍは３以上の整数）の送信ブランチと、
無線周波数の送信信号を送信する送信部と、
前記送信信号の位相を調整する位相調整部と、
前記送信信号の振幅を調整する振幅調整部と、
前記送信部が送信する前記送信信号の一部を抜き出す送信出力検出部と、
前記Ｍ個の送信ブランチのうち、任意の隣接する２つの送信ブランチのそれぞれの出力を抜き出した前記送信出力検出部からの出力に基づいて、送信ブランチ間の位相および振幅の誤差を検出する誤差検出信号を生成するブランチ間誤差検出部と、
前記ブランチ間誤差検出部からの誤差検出信号を記憶する誤差記憶部と、
前記ブランチ間誤差検出部からの誤差検出信号に基づいて、Ｎ−１番目（ＮはＭ以下の整数）の送信ブランチとＮ番目の送信ブランチ間の位相および振幅の誤差を補正する補正値を算出するとき、前記誤差記憶部に記憶された、Ｎ−２番目の送信ブランチより前の隣接する２つの送信ブランチ間の位相および振幅の補正値に基づいて、Ｎ−１番目の送信ブランチとＮ番目の送信ブランチ間の位相および振幅の補正値を算出する補正制御部と、
前記補正制御部の位相の誤差を補正する補正値および前記誤差記憶部に記憶された誤差検出信号に基づいて前記位相調整部による前記送信信号の位相の調整を制御する位相制御部と、
前記補正制御部の振幅の誤差を補正する補正値および前記誤差記憶部に記憶された誤差検出信号に基づいて前記振幅調整部による前記送信信号の振幅の調整を制御する振幅制御部と、
を備え、
前記位相調整部及び前記振幅調整部が所定の調整単位を有する場合に、前記ブランチ間誤差検出部は、前記隣接する２つの送信ブランチ間の位相および振幅の誤差を補正する補正値を算出するときに、前記位相調整部および前記振幅調整部の調整単位未満の誤差であって、当該位相調整部および当該振幅調整部の調整後における前記調整単位の倍数のうち当該誤差に最も近い値および２番目に近い値と、当該誤差との差である残留誤差を検出し、
前記補正制御部は、前記誤差記憶部に記憶されたＮ−１番目より小さい番号の送信ブランチの間の前記残留誤差の値に基づいてＮ−１番目の送信ブランチとＮ番目の送信ブランチの位相および振幅の補正値を算出するとき、１番目の送信ブランチと２番目の送信ブランチの間の残留誤差から、Ｎ−２番目の送信ブランチとＮ−１番目の送信ブランチの間の残留誤差までの累積値を算出し、当該累積値の正負の符号と、Ｎ−１番目の送信ブランチとＮ番目の送信ブランチの間の残留誤差の値の正負の符号とが反転するように、位相および振幅の補正値を算出する、
フェーズドアレイ送信装置。
【請求項３】
Ｍ個（Ｍは３以上の整数）の送信ブランチと、
無線周波数の送信信号を送信する送信部と、
前記送信信号の位相を調整する位相調整部と、
前記送信信号の振幅を調整する振幅調整部と、
前記送信部が送信する前記送信信号の一部を抜き出す送信出力検出部と、
前記Ｍ個の送信ブランチのうち、任意の隣接する２つの送信ブランチのそれぞれの出力を抜き出した前記送信出力検出部からの出力に基づいて、送信ブランチ間の位相および振幅の誤差を検出する誤差検出信号を生成するブランチ間誤差検出部と、
前記ブランチ間誤差検出部からの誤差検出信号を記憶する誤差記憶部と、
前記ブランチ間誤差検出部からの誤差検出信号に基づいて、Ｎ−１番目（ＮはＭ以下の整数）の送信ブランチとＮ番目の送信ブランチ間の位相および振幅の誤差を補正する補正値を算出するとき、前記誤差記憶部に記憶された、Ｎ−２番目の送信ブランチより前の隣接する２つの送信ブランチ間の位相および振幅の補正値に基づいて、Ｎ−１番目の送信ブランチとＮ番目の送信ブランチ間の位相および振幅の補正値を算出する補正制御部と、
前記補正制御部の位相の誤差を補正する補正値および前記誤差記憶部に記憶された誤差検出信号に基づいて前記位相調整部による前記送信信号の位相の調整を制御する位相制御部と、
前記補正制御部の振幅の誤差を補正する補正値および前記誤差記憶部に記憶された誤差検出信号に基づいて前記振幅調整部による前記送信信号の振幅の調整を制御する振幅制御部と、
を備え、
前記位相調整部及び前記振幅調整部が所定の調整単位を有する場合に、前記ブランチ間誤差検出部は、前記隣接する２つの送信ブランチ間の位相および振幅の誤差を補正する補正値を算出するときに、前記位相調整部および前記振幅調整部の調整単位未満の誤差であって、当該位相調整部および当該振幅調整部の調整後における前記調整単位の倍数のうち当該誤差に最も近い値および２番目に近い値と、当該誤差との差である残留誤差を検出し、
前記補正制御部は、前記誤差記憶部に記憶されたＮ−１番目より小さい番号の送信ブランチの間の前記残留誤差の値に基づいてＮ−１番目の送信ブランチとＮ番目の送信ブランチの位相および振幅の補正値を算出するとき、１番目の送信ブランチと２番目の送信ブランチの間の残留誤差から、Ｎ−２番目の送信ブランチとＮ−１番目の送信ブランチの間の残留誤差までの累積値を算出し、当該累積値と、Ｎ−１番目の送信ブランチとＮ番目の送信ブランチの間の残留誤差の取り得る値とを加算して、加算した値の絶対値が小さくなるように、位相および振幅の補正値を算出する、
フェーズドアレイ送信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、フェーズドアレイアンテナにより無線信号を送信するフェーズドアレイ送信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フェーズドアレイアンテナ技術は、無線通信装置やレーダ装置において広範に用いられている技術であり、送信装置に本技術を適用することによって、指向性ビームの形成とビームの電子的走査とが可能となる。例えば、無線通信装置に適用すると、ビームを形成してアンテナ利得を向上させ、かつこれを走査することによって結果として通信エリアのレンジを拡張する、あるいは、基地局において収容ユーザ数に応じてカバーエリアを動的に制御することができる。また、レーダ装置に適用すると、フェーズドアレイアンテナによって形成した指向性の鋭いビームを、送信装置から検知対象物に放射させることによって、非検知対象物からの反射（クラッタ反射）を抑制でき、対象物の位置に関する検知精度を向上させることができる。
【０００３】
フェーズドアレイアンテナ技術を用いた送信装置は、複数のアンテナ素子をアレイ状に配置して、各アンテナ素子に給電する複数の並列送信系統（以下「送信ブランチ」という）の各位相と振幅を適切に制御することで、所望の指向性利得を得る。なお、各送信ブランチの位相と振幅とは高精度な制御が必要である。各送信ブランチの位相または振幅の制御に誤差が生じると、ビームの形状が崩れ、主ビームのアンテナ利得の劣化や不要方向への強い放射ビーム等が発生し、システム特性が劣化する。
【０００４】
フェーズドアレイアンテナを用いた無線送信において、送信ブランチ間の位相と振幅との制御に誤差が生じる場合には、誤差を補正する技術が求められる。誤差を生じる原因には、例えば、回路実装上の使用部品の性能バラツキ、集積回路上のプロセスバラツキ、使用環境（例えば、温度）による変化、各送信ブランチに使用する電源の性能バラツキ、といった様々な要因が考えられる。
【０００５】
フェーズドアレイアンテナを用いた無線送信において、位相誤差および振幅誤差を補正する技術としては、例えば特許文献１〜３に示された従来例がある。
【０００６】
特許文献１に開示されたアレーアンテナ送信装置および受信装置は、複数のアンテナに各々給電するＲＦ送信部（無線送信部）を備えてビームを形成する。そして、特許文献１では、各送信ブランチの位相および振幅の誤差を検出するために、キャリブレーション用ＲＦ受信部（キャリブレーション用無線受信部）、高速フーリエ変換部、およびキャリブレーション値測定部を備える。これらの構成により、切り替えスイッチによって抜き出した各送信ブランチの送信信号を順次受信処理し、誤差検出と補正のためのキャリブレーション値を算出する。そして、特許文献１に開示されたアレーアンテナ送信装置および受信装置は、算出されたキャリブレーション値に基づいて、各送信ブランチへのフィードバックすることにより、位相誤差および振幅誤差を補正する。
【０００７】
また、特許文献２に開示された通信装置は、各送信ブランチの位相および振幅の誤差を検出するためのキャリブレーション部と、ＲＦ・ＩＦ部（無線周波数ベースバンド周波数変換部）、検波部、キャリブレーションウエイト算出部を備える。特許文献２に開示された通信装置では、カプラによって抜き出した各送信ブランチの送信信号を順次受信処理し、誤差検出と補正のためのキャリブレーション値を算出して誤差を補正する。
【０００８】
また、特許文献３に開示されたフェーズドアレーアンテナ装置は、補正位相情報を保存した補正位相記憶装置と、各実時間遅延移相器の遅延時間に関する情報を取得し、各実時間遅延移相器の遅延時間に応じた補正位相を指示する補正位相指示回路とを備える。そして、各送信ブランチ間の位相誤差を、移相器と遅延器とによって補正する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−３４８２３６号公報
【特許文献２】特開２００６−２７９９０１号公報
【特許文献３】特開２００２−７６７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１から３に開示された技術を含む従来のフェーズドアレイ送信装置では、各送信ブランチの位相誤差および振幅誤差を各々検出するためのキャリブレーション用受信系を設けることにより、回路規模および消費電力が大きくなるという課題があった。また、キャリブレーション用受信系の回路実装時の配線において、位相および振幅の検出誤差が生じることがあった。
【００１１】
本開示の目的は、フェーズドアレイアンテナによる無線送信において、回路の増大または消費電力の増加を抑制し、実装容易な簡易な構成によって、送信ブランチ間の送信信号の位相誤差および振幅誤差を補正できるフェーズドアレイ送信装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本開示のフェーズドアレイ送信装置は、Ｍ個（Ｍは３以上の整数）の送信ブランチと、無線周波数の送信信号を送信する送信部と、前記送信信号の位相を調整する位相調整部と、前記送信信号の振幅を調整する振幅調整部と、前記送信部が送信する前記送信信号の一部を抜き出す送信出力検出部と、前記Ｍ個の送信ブランチのうち、任意の隣接する２つの送信ブランチのそれぞれの出力を抜き出した前記送信出力検出部からの出力に基づいて、送信ブランチ間の位相および振幅の誤差を検出する誤差検出信号を生成するブランチ間誤差検出部と、前記ブランチ間誤差検出部からの誤差検出信号を記憶する誤差記憶部と、前記ブランチ間誤差検出部からの誤差検出信号に基づいて、Ｎ−１番目（ＮはＭ以下の整数）の送信ブランチとＮ番目の送信ブランチ間の位相および振幅の誤差を補正する補正値を算出するとき、前記誤差記憶部に記憶された、Ｎ−２番目の送信ブランチより前の隣接する２つの送信ブランチ間の位相および振幅の補正値に基づいて、Ｎ−１番目の送信ブランチとＮ番目の送信ブランチ間の位相および振幅の補正値を算出する補正制御部と、前記補正制御部の位相の誤差を補正する補正値および前記誤差記憶部に記憶された誤差検出信号に基づいて前記位相調整部による前記送信信号の位相の調整を制御する位相制御部と、前記補正制御部の振幅の誤差を補正する補正値および前記誤差記憶部に記憶された誤差検出信号に基づいて前記振幅調整部による前記送信信号の振幅の調整を制御する振幅制御部と、を備え、前記位相調整部及び前記振幅調整部が所定の調整単位を有する場合に、前記ブランチ間誤差検出部は、前記隣接する２つの送信ブランチ間の位相および振幅の誤差を補正する補正値を算出するときに、前記位相調整部および前記振幅調整部の調整単位未満の誤差であって、当該位相調整部および当該振幅調整部の調整後における前記調整単位の倍数のうち当該誤差に最も近い値および２番目に近い値と、当該誤差との差である残留誤差を検出し、前記補正制御部は、前記誤差記憶部に記憶されたＮ−１番目より小さい番号の送信ブランチの間の前記残留誤差の値に基づいてＮ−１番目の送信ブランチとＮ番目の送信ブランチの位相および振幅の補正値を算出するとき、前記誤差記憶部に記憶されたＮ−２番目とＮ−１番目の送信ブランチの間の残留誤差の値の正負の符号と、Ｎ−１番目の送信ブランチとＮ番目の送信ブランチの間の残留誤差の値の正負の符号とが反転するように、位相および振幅の補正値を算出する。
また、本開示のフェーズドアレイ送信装置は、Ｍ個（Ｍは３以上の整数）の送信ブランチと、無線周波数の送信信号を送信する送信部と、前記送信信号の位相を調整する位相調整部と、前記送信信号の振幅を調整する振幅調整部と、前記送信部が送信する前記送信信号の一部を抜き出す送信出力検出部と、前記Ｍ個の送信ブランチのうち、任意の隣接する２つの送信ブランチのそれぞれの出力を抜き出した前記送信出力検出部からの出力に基づいて、送信ブランチ間の位相および振幅の誤差を検出する誤差検出信号を生成するブランチ間誤差検出部と、前記ブランチ間誤差検出部からの誤差検出信号を記憶する誤差記憶部と、前記ブランチ間誤差検出部からの誤差検出信号に基づいて、Ｎ−１番目（ＮはＭ以下の整数）の送信ブランチとＮ番目の送信ブランチ間の位相および振幅の誤差を補正する補正値を算出するとき、前記誤差記憶部に記憶された、Ｎ−２番目の送信ブランチより前の隣接する２つの送信ブランチ間の位相および振幅の補正値に基づいて、Ｎ−１番目の送信ブランチとＮ番目の送信ブランチ間の位相および振幅の補正値を算出する補正制御部と、前記補正制御部の位相の誤差を補正する補正値および前記誤差記憶部に記憶された誤差検出信号に基づいて前記位相調整部による前記送信信号の位相の調整を制御する位相制御部と、前記補正制御部の振幅の誤差を補正する補正値および前記誤差記憶部に記憶された誤差検出信号に基づいて前記振幅調整部による前記送信信号の振幅の調整を制御する振幅制御部と、を備え、前記位相調整部及び前記振幅調整部が所定の調整単位を有する場合に、前記ブランチ間誤差検出部は、前記隣接する２つの送信ブランチ間の位相および振幅の誤差を補正する補正値を算出するときに、前記位相調整部および前記振幅調整部の調整単位未満の誤差であって、当該位相調整部および当該振幅調整部の調整後における前記調整単位の倍数のうち当該誤差に最も近い値および２番目に近い値と、当該誤差との差である残留誤差を検出し、前記補正制御部は、前記誤差記憶部に記憶されたＮ−１番目より小さい番号の送信ブランチの間の前記残留誤差の値に基づいてＮ−１番目の送信ブランチとＮ番目の送信ブランチの位相および振幅の補正値を算出するとき、１番目の送信ブランチと２番目の送信ブランチの間の残留誤差から、Ｎ−２番目の送信ブランチとＮ−１番目の送信ブランチの間の残留誤差までの累積値を算出し、当該累積値の正負の符号と、Ｎ−１番目の送信ブランチとＮ番目の送信ブランチの間の残留誤差の値の正負の符号とが反転するように、位相および振幅の補正値を算出する。
また、本開示のフェーズドアレイ送信装置は、Ｍ個（Ｍは３以上の整数）の送信ブランチと、無線周波数の送信信号を送信する送信部と、前記送信信号の位相を調整する位相調整部と、前記送信信号の振幅を調整する振幅調整部と、前記送信部が送信する前記送信信号の一部を抜き出す送信出力検出部と、前記Ｍ個の送信ブランチのうち、任意の隣接する２つの送信ブランチのそれぞれの出力を抜き出した前記送信出力検出部からの出力に基づいて、送信ブランチ間の位相および振幅の誤差を検出する誤差検出信号を生成するブランチ間誤差検出部と、前記ブランチ間誤差検出部からの誤差検出信号を記憶する誤差記憶部と、前記ブランチ間誤差検出部からの誤差検出信号に基づいて、Ｎ−１番目（ＮはＭ以下の整数）の送信ブランチとＮ番目の送信ブランチ間の位相および振幅の誤差を補正する補正値を算出するとき、前記誤差記憶部に記憶された、Ｎ−２番目の送信ブランチより前の隣接する２つの送信ブランチ間の位相および振幅の補正値に基づいて、Ｎ−１番目の送信ブランチとＮ番目の送信ブランチ間の位相および振幅の補正値を算出する補正制御部と、
前記補正制御部の位相の誤差を補正する補正値および前記誤差記憶部に記憶された誤差検出信号に基づいて前記位相調整部による前記送信信号の位相の調整を制御する位相制御部と、前記補正制御部の振幅の誤差を補正する補正値および前記誤差記憶部に記憶された誤差検出信号に基づいて前記振幅調整部による前記送信信号の振幅の調整を制御する振幅制御部と、を備え、前記位相調整部及び前記振幅調整部が所定の調整単位を有する場合に、前記ブランチ間誤差検出部は、前記隣接する２つの送信ブランチ間の位相および振幅の誤差を補正する補正値を算出するときに、前記位相調整部および前記振幅調整部の調整単位未満の誤差であって、当該位相調整部および当該振幅調整部の調整後における前記調整単位の倍数のうち当該誤差に最も近い値および２番目に近い値と、当該誤差との差である残留誤差を検出し、前記補正制御部は、前記誤差記憶部に記憶されたＮ−１番目より小さい番号の送信ブランチの間の前記残留誤差の値に基づいてＮ−１番目の送信ブランチとＮ番目の送信ブランチの位相および振幅の補正値を算出するとき、１番目の送信ブランチと２番目の送信ブランチの間の残留誤差から、Ｎ−２番目の送信ブランチとＮ−１番目の送信ブランチの間の残留誤差までの累積値を算出し、当該累積値と、Ｎ−１番目の送信ブランチとＮ番目の送信ブランチの間の残留誤差の取り得る値とを加算して、加算した値の絶対値が小さくなるように、位相および振幅の補正値を算出する。
【発明の効果】
【００１３】
本開示によれば、フェーズドアレイアンテナによる無線送信において、回路の増大または消費電力の増加を抑制し、実装容易な簡易な構成によって、送信ブランチ間の送信信号の位相誤差および振幅誤差を補正できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本開示の第１の実施の形態に係るフェーズドアレイ送信装置の構成を示すブロック図
【図２】ブランチ間誤差検出部の構成を示すブロック図
【図３】２つの送信ブランチの送信出力信号の位相差に対するブランチ間誤差検出部からの出力を示す特性図
【図４】本開示の第２の実施の形態に係るフェーズドアレイ送信装置の構成を示すブロック図
【図５】本開示の第３の実施の形態に係るフェーズドアレイ送信装置を含む集積回路の構成を示す図
【図６】本開示の第４の実施の形態に係るフェーズドアレイ送信装置の構成を示すブロック図
【図７】位相調整部または振幅調整部のステップサイズとこれに起因する残留誤差について説明するための図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜本開示に係る各実施の形態の内容に至る経緯＞
先ず、本開示に係るフェーズドアレイ送信装置の実施の形態を説明する前に、フェーズドアレイアンテナにおける位相誤差および振幅誤差の補正技術における課題について説明する。
【００１６】
前述した特許文献１および特許文献２では、キャリブレーション用受信系として、各送信ブランチのループバック信号をダウンコンバート処理し、ディジタル信号処理によって位相誤差および振幅誤差を各々検出する回路を別途設けている。キャリブレーション用受信系は、信号受信系の回路と同様に、送信ＲＦ信号（送信無線信号）の受信処理を行う回路であり、回路規模および消費電力が大きくなる課題がある。
【００１７】
また、各送信ブランチのループバック信号をキャリブレーション用受信系に入力する配線において、配線長または付加される寄生素子（他の回路との電気的結合）に違いが生じると、位相および振幅の検出結果に誤差が生じる要因となる。特に、ＲＦ信号（無線信号）がマイクロ波またはミリ波といった高周波信号では、キャリブレーション用受信系の配線による誤差要因が大きくなる。例えば、ループバック信号の配線を等長とする、あるいは、シールドを設ける、等の対策を施す必要があり、回路の実装が困難となる課題がある。
【００１８】
また、前述した特許文献３では、実際に各アンテナより送信される送信信号の位相および位相を検出する手段が設けられていない。従って、特許文献３に開示された技術では、温度を含む様々な要因により送信信号の位相および振幅の誤差が時間変化する場合、位相および振幅の誤差を高精度に補正することが困難である。
【００１９】
上述した電流出力の高速立ち上げにおける課題を鑑み、本開示では、実装容易な簡易な構成によって実現可能であり、位相誤差および振幅誤差を高精度に補正可能なフェーズドアレイ送信装置を提供する。
【００２０】
＜本開示に係る実施の形態の説明＞
以下に本開示に係るフェーズドアレイ送信装置の実施の形態について説明する。なお、以下の各実施の形態において、同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。以下では、フェーズドアレイアンテナ技術を用いた無線送信装置（フェーズドアレイアンテナによる無線送信装置）を、フェーズドアレイ送信装置と記載する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図１は本開示に係る第１の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置の構成を示すブロック図である。第１の実施の形態では、複数の並列送信系統として、２つの送信ブランチを有する構成例を示す。しかしながら、第１の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置は、送信ブランチを３つ以上有する構成にも適用は可能である。
【００２２】
第１の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置は、送信ブランチ１０１、１０２、ブランチ間誤差検出部１１０、送信信号発生部１２０、補正制御部１３０、ビーム角制御部１４０、補正記憶部１５０、送信部制御部１７０、位相制御部１８０、および振幅制御部１９０を備える。
【００２３】
送信ブランチ１０１、１０２は、フェーズドアレイ送信装置において複数の各アンテナに各々送信信号を給電し、送信信号を無線周波数へアップコンバートするとともに、送信信号の位相および振幅の制御を行う。
【００２４】
送信ブランチ１０１は、アンテナ部１１、送信出力検出部１６１、送信部１７１、位相調整部１８１、および振幅調整部１９１をを有する。送信ブランチ１０２は、アンテナ部１２、送信出力検出部１６２、送信部１７２、位相調整部１８２、および振幅調整部１９２を有する。すなわち、送信ブランチ１０１および１０２は、同様の構成を有する。
【００２５】
アンテナ部１１、１２は、送信信号を空間に放射する。アンテナ部１１および１２は、ビームの制御をアンテナ素子の励振係数の相対位相によって行うフェーズドアレイアンテナを構成する。フェーズドアレイアンテナでは、アンテナ単体の指向性、複数のアンテナの配置間隔、各アンテナへ給電される送信信号のレベルと位相によって、送信ビームの形状を決定する。
【００２６】
送信出力検出部１６１、１６２は、各々アンテナ部１１、１２の手前のアンテナ端付近に設けられ、給電される送信信号の一部を抜き出して、ブランチ間誤差検出部１１０に出力する。以下では、送信出力検出部１６１が送信ブランチ１０１から抜き出した信号をブランチＡ信号と称し、送信出力検出部１６２が送信ブランチ１０２から抜き出した信号をブランチＢ信号と称する。送信信号のレベル減少および品質劣化、並びにアンテナ端出力インピーダンスへの影響を考慮して、送信出力検出部１６１および１６２が抜き出すブランチＡおよびＢ信号のレベルは、送信信号に対して５分の１程度またはそれ以下となるように設定される。送信出力検出部１６１、１６２は、例えば、送信信号の伝送路に対して、電界結合または磁界結合する分布結合線路またはトランス、あるいは、比較的容量値の小さい容量、またはインダクタンス値の大きなチョークインダクタ等の受動回路を結合することによって構成される。
【００２７】
送信部１７１、１７２は、電力増幅器１７１３、１７２３およびミキサ回路１７１１、１７２１を有する。電力増幅器１７１３、１７２３およびミキサ回路１７１１、１７２１は、送信信号を無線周波数帯へアップコンバートし、送信に必要な出力レベルにまで増幅する。
【００２８】
位相調整部１８１、１８２は、例えば移相器や遅延器等の回路（図示しない）によって構成され、各送信ブランチ１０１、１０２における送信信号の位相を調整する。位相調整部１８１、１８２は、後述する補正制御部１３０が生成した移相制御量に基づいて、位相の調整を行う。
【００２９】
なお、位相調整部１８１、１８２による送信信号の位相調整は、ベースバンド信号と無線周波数信号のどちらに対して行ってもよい。また、位相調整部１８１、１８２は、ベースバンド信号をアップコンバートする場合に使用される局部発振信号に対して位相調整を行ってもよい。また、送信部１７１、１７２が中間周波数を使用する場合には、位相調整部１８１、１８２は当該中間周波数に対して位相調整を行ってもよい。
【００３０】
すなわち、図１においては、位相調整部１８１、１８２はベースバンド帯の回路に設けられているが、本開示はこれには限定されず、無線周波数帯の回路に設けられてもよい。具体的には、位相調整部１８１、１８２は、送信部１７１、１７２の内部に設けられてもよいし、または、送信出力検出部１６１、１６２と送信部１７１、１７２との間に設けられてもよい。あるいは、位相調整部１８１、１８２は、図示しない局部発振信号源と、送信部１７１、１７２のアップコンバート用のミキサ回路１７１１、１７２１との間に設けられてもよい。
【００３１】
振幅調整部１９１、１９２は、例えば可変利得増幅器や可変減衰器等の回路によって構成され、各送信ブランチ１０１、１０２における送信信号の振幅を調整する。振幅調整部１９１、１９２は、後述する補正制御部１３０が生成した振幅制御量に基づいて、振幅の調整を行う。
【００３２】
なお、振幅調整部１９１、１９２による送信信号の振幅調整は、ベースバンド信号と無線周波数信号のどちらに対して行ってもよい。また、振幅調整部１９１、１９２は、ベースバンド信号をアップコンバートする場合に使用される局部発振信号に対して振幅調整を行うことで送信信号の振幅を調整してもよい。
【００３３】
すなわち、図１においては、位相調整部１８１、１８２と同様に、振幅調整部１９１、１９２は、ベースバンド帯の回路に設けられているが、本開示はこれには限定されず、無線周波数帯の回路に設けられてもよい。つまり、振幅調整部１９１、１９２は、送信部１７１、１７２の内部に設けられてもよいし、または、送信出力検出部１６１、１６２と送信部１７１、１７２との間に設けられてもよい。あるいは、振幅調整部１９１、１９２は、図示しない局部発振信号源と、送信部１７１、１７２のアップコンバート用のミキサ回路１７１１、１７２１との間に設けられてもよい。また、振幅調整部１９１、１９２は、送信部１７１、１７２の電力増幅器１７１３、１７２３のバイアス制御によって利得を調整することで実現されてもよい。
【００３４】
また、送信部１７１、１７２、位相調整部１８１、１８２、および振幅調整部１９１、１９２の配置順については、本開示では限定しない。送信部１７１、１７２、位相調整部１８１、１８２、および振幅調整部１９１、１９２は、図１に示した順番に限らず、どのような順番で配置してもよい。
【００３５】
ブランチ間誤差検出部１１０は、送信出力検出部１６１および１６２から入力される、ブランチＡおよびＢ信号に基づいて、送信ブランチ１０１および１０２の送信信号の各出力レベル（振幅）と、２つの送信信号の位相差に関する情報を検出する。そして、ブランチ間誤差検出部１１０は、検出した情報に基づいて誤差検出信号を生成し、当該誤差検出信号を補正制御部１３０へ出力する。図１に示すように、ブランチ間誤差検出部１１０は、送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２との間に設けられ、これら送信ブランチ１０１、１０２の送信出力検出部１６１、１６２と接続されている。ブランチ間誤差検出部１１０の構成および動作の詳細については後述する。
【００３６】
送信信号発生部１２０は、送信しようとする変調されたベースバンド信号を生成し、各送信ブランチ１０１、１０２に同じ送信信号を同じタイミングで供給する。
【００３７】
ビーム角制御部１４０は、送信信号の出力レベルと、送信信号を放射したい方向および不要方向への放射量（指向性サイドローブ）の抑圧比等のビーム指向性の要求仕様とに基づいて、送信ブランチ１０１、１０２が送信すべき送信信号の移相量および振幅量を算出する。ここで、ビーム角制御部１４０が算出する、送信ブランチ１０１、１０２が送信すべき送信信号の移相量および振幅量を、以下では所要移相量および所要振幅量と称する。
【００３８】
補正制御部１３０は、ブランチ間誤差検出部１１０から入力される送信ブランチ１０１および１０２の誤差検出信号に基づいて、送信ブランチ間の位相および振幅に関する誤差量を算出する。そして、補正制御部１３０は、ビーム角制御部１４０から入力された所要移相量および所要振幅量の値を当該誤差量によって補正し、移相制御量および振幅制御量を算出する。さらに、補正制御部１３０は、算出した移相制御量および振幅制御量とに基づいて、各送信ブランチに対して送信信号の出力のオンまたはオフを制御するための出力指示を後述する送信部制御部１７０に対して出力する。
【００３９】
補正記憶部１５０は、補正制御部１３０によって算出された各送信ブランチの位相および振幅の誤差量、あるいは、誤差量に基づく補正値である振幅制御量と移相制御量に関する情報のいずれかを記憶する。また、補正記憶部１５０は、補正制御部１３０が新たに誤差量を算出した場合には、記憶している誤差量あるいは補正した移相制御量および振幅制御量に関する情報を更新する。なお、補正記憶部１５０において移相および振幅の誤差量と移相制御量および振幅制御量の双方を記憶してもよい。
【００４０】
送信部制御部１７０は、補正制御部１３０の出力指示に従い、送信部１７１および１７２に対して、送信ブランチ１０１、１０２の送信信号の出力を個別にオンまたはオフする制御を行う。なお、図１においては、送信部制御部１７０が送信部１７１、１７２を制御する例を示したが、本開示はこれには限定されず、例えば送信部制御部１７０が送信信号発生部１２０を制御することによって、各送信ブランチ１０１、１０２の出力の有無を制御するようにしてもよい。
【００４１】
位相制御部１８０は、補正制御部１３０が算出した移相制御量を用いて生成した移相制御信号を送信し、送信ブランチ１０１の位相調整部１８１と送信ブランチ１０２の位相調整部１８２を制御する。例えば位相調整部１８１、１８２がアナログ電圧値またはディジタル電圧値によって移相量を変化させる場合、位相制御部１８０は、位相調整部１８１、１８２に与える移相制御信号をアナログ電圧値またはディジタル値に変換する。
【００４２】
振幅制御部１９０は、補正制御部１３０が算出した振幅制御量を用いて生成した振幅制御信号を送信し、送信ブランチ１０１の振幅調整部１９１と送信ブランチ１０２の振幅調整部１９２を制御する。例えば振幅調整部１９１、１９２がアナログ電圧値またはディジタル電圧値によって振幅量を変化させる場合、振幅制御部１９０は、振幅調整部１９１、１９２に与える振幅制御信号をアナログ電圧値またはディジタル値に変換する。
【００４３】
補正制御部１３０および補正記憶部１５０、並びに、送信部制御部１７０、位相制御部１８０、振幅制御部１９０、ビーム角制御部１４０は、プロセッサ、メモリを含む情報処理回路によるディジタル信号処理によって実現することができる。具体的には、これらの構成は、プロセッサにおいてソフトウェアプログラムを動作させて所定の処理を実行することによって、各々が有する機能を実現することができる。
【００４４】
図２は、図１におけるブランチ間誤差検出部１１０の構成を示すブロック図である。ブランチ間誤差検出部１１０は、信号合成部２１０、検波部２２０、およびＡＤ変換部２３０を備える。
【００４５】
信号合成部２１０は、送信出力検出部１６１、１６２から入力されるブランチＡ信号（送信ブランチ１０１の送信信号を一部抜き取った信号）とブランチＢ信号（送信ブランチ１０２の送信信号を一部抜き取った信号）の２つの信号を加算する。信号合成部２１０は、例えば２つの信号を電力合成するウイルキンソン型電力合成器等の受動回路により構成され、２つの送信ブランチ１０１、１０２間の分離を確保することができる。２つの送信ブランチ１０１、１０２からの入力信号が同位相の場合に、信号合成部２１０の加算出力は振幅最大となる。一方で、２つの送信ブランチ１０１、１０２からの入力信号が逆位相、すなわち１８０度位相差の場合には、信号合成部２１０の加算出力は振幅最小となる。
【００４６】
検波部２２０は、信号合成部２１０の出力端と接続され、信号合成部２１０の出力レベルを検波して検波信号を出力（測定）する。検波部２２０は、例えばダイオードまたはＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）による二乗検波器等、簡単かつ小型であり、さらに低消費電力な回路により構成することができる。また、検波部２２０は、必要に応じて増幅器と検波器とをさらに有し、検波性能を向上するように構成されてもよい。
【００４７】
ＡＤ変換部２３０は、検波部２２０の出力端と接続され、検波部２２０の出力する検波信号のアナログ電圧を補正制御部１３０が処理できるディジタル値の誤差検出信号に変換する。ＡＤ変換部２３０は、検波部２２０が２乗検波または包絡線検波動作によって出力する直流の検波電圧値をディジタル値に変換する直流用の回路等によって構成される。ＡＤ変換部２３０としては、低速動作の回路を利用してもよい。すなわち、ＡＤ変換部２３０としては、送信信号の復調用途に使用されるような変調速度相当、またはそれ以上に高速なサンプリング動作を行う回路は不要である。よってＡＤ変換部２３０は、簡単かつ小型であり、さらに低消費電力な回路により実現することができる。
【００４８】
第１の実施の形態における、各送信ブランチ間の位相誤差および振幅誤差に関する誤差補正の手順について説明する。
【００４９】
第１の手順として、補正制御部１３０が、送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２の送信出力レベルを各々検出する。具体的には、まず、補正制御部１３０の出力指示に応じて、送信部制御部１７０は送信ブランチ１０１に送信信号を送信させる。送信出力検出部１６１によって送信信号の一部が抜き取られ、ブランチＡ信号としてブランチ間誤差検出部１１０に入力される。そして、ブランチ間誤差検出部１１０は、ブランチＡ信号に基づいて、送信信号１０１の送信出力レベル（振幅）を検出する。同様に、補正制御部１３０の出力指示に応じて、送信部制御部１７０は送信ブランチ１０２に送信信号を送信させる。送信出力検出部１６２によって送信信号の一部が抜き取られ、ブランチＢ信号としてブランチ間誤差検出部１１０に入力される。そして、ブランチ間誤差検出部１１０は、ブランチＢ信号に基づいて、送信信号１０２の送信出力レベルを検出する。この際、補正制御部１３０は、送信ブランチ間誤差が０であると仮定した場合に、すべての送信ブランチの振幅が等しくなるような振幅制御量の初期値を生成して振幅制御部１９０に出力する。これにより、補正制御部１３０は、送信ブランチ１０１、１０２に対して振幅制御部１９０への振幅制御量の初期値に対する実際の送信出力レベルを把握することができる。
【００５０】
第２の手順として、補正制御部１３０は、ブランチ間誤差検出部１１０から入力される送信ブランチ１０１および１０２の誤差検出信号に基づいて、送信ブランチ１０１、１０２間の位相誤差量を算出する。
【００５１】
図３は、２つの送信ブランチ１０１、１０２の送信信号の位相差と、ブランチ間誤差検出部１１０からの誤差検出信号との関係を示す特性図である。図３において、横軸は送信ブランチ１０１、１０２間の位相差、縦軸はブランチ間誤差検出部１１０の出力を示す。ブランチ間誤差検出部１１０から実際に出力される値は、ＡＤ変換部２３０によるＡＤ変換後のディジタル値であるが、図３では簡単のため、検波部２２０が出力するアナログ電圧値として図示する。
【００５２】
図３に示すように、ブランチ間位相差を０度から３６０度まで変化させると、誤差検出信号は位相差が同相となる条件において最大値を示し、位相差が逆相の１８０度となる条件において最小値を示す。また、誤差検出信号の参照値として、例えば参照電圧値０．３Ｖの設定では、誤差検出信号が参照値となる位相値（位相差の値）が２つ存在する。
【００５３】
図３に示すように、ブランチ間位相差が同相および逆相となる移相制御量は、誤差検出信号が最大値および最小値である場合に得られる。しかし、例えばブランチ間位相差が逆相となる場合では、誤差検出信号がゼロの電圧値、またはゼロに近い値の電圧値となる。ここで、ブランチ間誤差検出部１１０のＡＤ変換部２３０が、微小である誤差検出信号を高精度に検出してディジタル値に変換することは困難である。また、例えば位相差が１８０度から１度だけずれた場合の出力の変化は数ミリボルト程度と小さく、微小な電圧差を検出するためには多くのビット数を有するＡＤ変換回路をＡＤ変換部２３０に用意する必要があり、回路が大きくなるという課題がある。
【００５４】
このような課題を解決するために、第１の実施の形態では、誤差検出信号に対して検出の困難な微小の電圧値を検出するのではなく、精度確保が容易な参照電圧値を設定し、誤差検出信号の出力が参照電圧値となる位相値に基づいて同相および逆相の移相制御量を得る。すなわち、第１の実施の形態では、位相差に対する誤差検出信号の対称性を利用し、１つの参照電圧値に対応する同値となる２点を検出し、検出した２点の中央値を求め、同相条件および逆相条件に相当する移相制御量を得る。参照電圧値は、例えば、誤差検出信号の出力レベル範囲の中間付近の値として、位相変化に対する誤差検出信号の出力レベル変化が大きくなるように設定すればよい。
【００５５】
具体的には、第１の実施の形態では、以下のようにして移相制御量を取得する。まず、補正制御部１３０は、振幅制御部１９０によって送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２の送信出力レベルが同程度となるように調整する。次に、補正制御部１３０は、位相制御部１８０によって位相調整部１８１の移相量を固定するとともに、位相調整部１８２の移相量を制御し、送信ブランチ間の位相差を０度から３６０度まで変化させる。
【００５６】
これにより、補正制御部１３０は、ブランチ間誤差検出部１１０からの誤差検出信号があらかじめ設定した参照電圧値となる第１および第２の参照移相制御量（２つの参照移相制御量（１）および（２））を取得する。
【００５７】
最後に、補正制御部１３０は、位相調整部１８２に対する第１および第２の参照移相制御量と、位相変化に対する誤差検出信号の出力レベル変化の関係から、送信ブランチ間が同相および逆相となる移相制御量を各々算出する。
【００５８】
なお、送信ブランチ間が同相および逆相となる移相制御量は、以下のようにして算出することができる。例えば図３においては、あらかじめ設定する参照電圧値を０．３Ｖとして、位相制御部１８０に与える位相調整部１８２に対する移相制御量を変化させた場合に、図３に示す２つの参照移相制御量ＡおよびＢが得られる。移相制御量をＡからＢへ変化させたときに誤差検出信号の出力レベルが減少の後増加する場合には、これらの間に逆相条件における最小値が存在すると想定され、移相制御量ＡとＢとの中央値が送信ブランチ間位相差が逆相となる移相制御量Ｃとなる。また、移相制御量ＢとＡとの中央値が、送信ブランチ間位相差が同相となる移相制御量Ｄとなる。
【００５９】
もし反対に、移相制御量をＡからＢへ変化させたときに誤差検出信号の出力レベルが増加の後減少する場合には、これらの間に同相条件における最大値が存在すると想定される。移相制御量ＡとＢとの中央値が、ブランチ間位相差が同相となる移相制御量Ｄ、移相制御量ＢとＡとの間の中央値が、ブランチ間位相差が逆相となる移相制御量Ｃとなる。
【００６０】
このように上記第２の手順により、例えば各種バラツキの要因により送信部１７１と送信部１７２の位相特性が異なる場合であっても、送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２をと同相あるいは逆相とするような移相制御量を取得することができる。そして、位相調整部１８２に対する移相制御量と位相調整部１８１に対する移相制御量とを比較することによって、送信部１７１と送信部１７２の位相誤差量を把握することができる。
【００６１】
補正制御部１３０は、このようにして位相誤差量を算出する。ここで、同相条件によって得られた位相誤差量と逆相条件によって得られた位相誤差量とは、基本的には同じ量となる。よって、一方の条件により得られた位相誤差量をもって、他方の条件により得た位相誤差量の妥当性を評価することができる。但し、例えば位相調整部１８１、１８２の非線形性等の要因により、同相条件と逆相条件の位相誤差量が異なる場合もある。同相条件と逆相条件の各々について位相誤差量を補正データとして導出し、０度と１８０度の間の位相設定に対しては、２つの補正データを基に内挿補間によって補正データを算出することもできる。
【００６２】
なお、上述した第２の手順では、最初に送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２の送信出力レベルを同じレベルに調整するように説明したが、２つの出力レベルが同じとならなくても、同じ手順により同相および逆相となる移相制御量を得ることができる。従って、送信ブランチ１０１、１０２間の振幅誤差が残留している場合、ビーム形成動作時において意図的に送信信号に振幅差を生じさせている場合でも、位相誤差および移相制御量の検出を行うことができる。
【００６３】
また、第２の手順では、位相調整部１８２を調整して送信ブランチ間の位相差が０度から３６０度まで変化させるように説明した。しかしながら、位相調整部１８１を調整する、もしくは位相調整部１８１と１８２の両方を調整して、送信ブランチ間の位相差を０度から３６０度まで変化させるように動作させてもよい。
【００６４】
次に、第３の手順として、補正制御部１３０は、振幅誤差の補正値と位相誤差の補正値を算出する。具体的には、まず、補正制御部１３０は、第１の手順において各送信ブランチに対して行った振幅制御部１９０への振幅制御量に対する実際の送信出力レベルの比較結果に基づいて、各送信ブランチの振幅誤差の補正値を算出する。そして、補正制御部１３０は、第２の手順によって求めた送信ブランチ間位相差の同相条件および逆相条件の移相制御量に基づいて、各送信ブランチの位相誤差の補正値を算出する。そして、補正制御部１３０は、振幅誤差の補正値と位相誤差の補正値を補正記憶部１５０に記憶させる。
【００６５】
補正記憶部１５０は、振幅補正テーブルおよび位相補正テーブルを保持する。振幅補正テーブルは、ビーム角制御部１４０より入力される所要振幅量を実現するために、振幅制御部１９０へ入力するべき各送信ブランチへの振幅制御量の情報を有する。すなわち、振幅補正テーブルは、例えば、所要振幅量としての所定の振幅値に対して、送信ブランチ毎に、各振幅値に対する補正値または振幅制御量が対応づけられたテーブルである。位相補正テーブルは、ビーム角制御部１４０より入力される所要移相量を実現するために、位相制御部１８０へ入力するべき各送信ブランチへの移相制御量の情報を有する。すなわち、位相補正テーブルは、例えば、所要移相量としての所定の位相値に対して、送信ブランチ毎に、各位相値に対する補正値または移相制御量が対応付けられたテーブルである。
【００６６】
補正制御部１３０は、補正記憶部１５０が保持する振幅補正テーブルおよび位相補正テーブルに、算出した振幅補正値と位相補正値を加えて記憶させる。また、補正制御部１３０は、第１の手順および第２の手順によって振幅誤差および位相誤差に関する補正値を得る度に、補正記憶部１５０が有する振幅補正テーブルおよび位相補正テーブルを更新する。
【００６７】
以上の手順によって、補正制御部１３０は、各送信ブランチ間の位相誤差および振幅誤差に関する補正値を取得し、補正記憶部１５０に記憶させる。そして、補正制御部１３０は、各送信ブランチ１０１、１０２に対して、位相補正テーブルと振幅補正テーブルの情報に基づいて位相調整部１８１、１８２および振幅調整部１９１、１９２を制御し、位相および振幅の誤差を補正する。
【００６８】
これにより、誤差補正がなされた所要の振幅と位相を持つ送信信号を、各送信ブランチ１０１、１０２より出力可能である。よって、所望のビーム指向性を得るための位相および振幅の調整において、送信ブランチ間の誤差が抑制された送信ビームを形成できる。
【００６９】
なお、実際の運用では、例えば、環境の変化によって送信ブランチ間の誤差の値が変化するため、上述した誤差補正の手順は定期的に行うようにすればよい。
【００７０】
また、送信ブランチ１０１、１０２において、送信信号の出力レベルによって位相誤差が異なる場合は、例えば実使用時に必要となる振幅毎に位相誤差を求めて補正するようにすればよい。位相調整部１８１、１８２の移相器における移相特性が非線形である場合は、例えば実使用時に必要となる移相量毎に位相誤差を求めて補正するようにすればよい。
【００７１】
以上のように、第１の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置では、送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２の間にブランチ間誤差検出部１１０を設け、補正制御部１３０がブランチ間誤差検出部１１０の出力する誤差検出信号に基づいて複数の送信ブランチ間の位相誤差および振幅誤差を算出し、位相制御部１８０および振幅制御部１９０によって位相誤差および振幅誤差を補正する。ブランチ間誤差検出部１１０は、小型かつ低電力に実装可能な信号合成部、検波部およびＡＤ変換部によって構成することができる。このため、第１の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置では、２つの送信ブランチ間の振幅特性および位相特性の誤差を、簡単な構成を用いて、かつ簡単な手順によって検出し補正することができる。
【００７２】
また、第１の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置では、ブランチ間誤差検出部１１０を小型回路とすることができる。このため、集積回路またはプリント基板上にブランチ間誤差検出部１１０の回路を実装する場合、送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２の回路レイアウトまたは回路実装パターンの間のスペースに、自由度を持って実装することが容易となる。したがって、送信出力検出部１６１、１６２からブランチ間誤差検出部１１０に接続する高周波の信号配線を、短く、かつ等長、対称となるように配線することができ、実装性を高くすることができる。
【００７３】
これにより、送信信号を抜き出す配線によって生じ得る振幅および位相の検出誤差を低減でき、精度の高い位相および振幅の補正を実現することができる。従って、第１の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置は、例えば回路の製造プロセスによるバラツキ、使用環境（例えば、温度）のバラツキ、動作時の電源電圧のバラツキといった各種バラツキに対する耐性を有する。また、第１の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置は、同様の理由により、バラツキ対策も可能であり、精度良く振幅誤差および位相誤差を検出することができる。
【００７４】
また、第１の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置では、送信出力検出部１６１、１６２によって各送信ブランチから送信信号の一部を抜き出す構成を有する。これにより、特許文献１に示すようなスイッチ切り替えによって送信信号を抜き出す構成における、スイッチ切り替え時のインピーダンス変化によりアンテナの特性が変化してしまう事態を回避することができる。
【００７５】
また、第１の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置では、各送信ブランチの振幅誤差および位相誤差を検出するために、送信信号をベースバンド信号にダウンコンバートして受信処理するキャリブレーション用受信系の回路が不要である。このため、回路の増大、消費電力の増加、コスト増を抑制できる。
【００７６】
また、第１の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置は、各送信ブランチが個別に振幅を調整する手段として振幅調整部１９１、１９２を有する。このため、複数アンテナからの送信出力レベルを重み付けすることによって、送信出力レベルを一様とした場合と比較して送信ビームの指向性サイドローブをさらに抑圧することができる。
【００７７】
結果として、第１の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置では、送信ブランチ間の振幅位相調整をキャリブレーションすることにより、所望のビーム指向性を得ルことができ、サイドローブ抑圧量の劣化を抑制することができる。第１の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置の構成は、送信信号をミキサによってダウンコンバートする受信系を備える従来方式の構成と比較して、校正に必要な付加回路を小型、低コスト、低電力にて実装することができる。このため、回路を集積化することができ、プリント基板実装においても実装性の高い構成とすることができる。
【００７８】
（第２の実施の形態）
図４は本開示の第２の実施の形態に係るフェーズドアレイ送信装置の構成を示すブロック図である。第２の実施の形態では、図１に示した第１の実施の形態の構成を基本として、送信ブランチ数を３つとした構成例を示す。
【００７９】
第２の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置は、送信ブランチ１０１、１０２に加えて送信ブランチ１０３を設けた構成である。さらに、ブランチ間誤差検出部１１１と、ブランチ間誤差検出部１１０、１１１と接続される検波部制御部４１０を設けた構成である。その他の構成は第１の実施の形態と同様であり、図１と同じ番号を付したものは同じ機能を有するため、説明を省略する。
【００８０】
ブランチ間誤差検出部１１１は、送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３との間に設けられ、これら送信ブランチ１０２、１０３の送信出力検出部１６２、１６３と接続される。ブランチ間誤差検出部１１１は、送信出力検出部１６２および１６３から入力される信号に基づいて、送信ブランチ１０２および１０３の送信信号の各出力レベル（振幅）と２つの信号の位相差に関する情報を検出し、誤差検出信号として補正制御部１３０へ出力する。ブランチ間誤差検出部１１１の構成および動作は、図２により説明したブランチ間誤差検出部１１０と同様である。
【００８１】
検波部制御部４１０は、補正制御部１３０によって算出した各ブランチ間誤差検出部の検出特性の誤差を補正するように、ブランチ間誤差検出部１１０および１１１を制御する。検波部制御部４１０は、ブランチ間誤差検出部１１０とブランチ間誤差検出部１１１とが同じ誤差検出特性を有するようにするために、例えば、各ブランチ間誤差検出部の内部にある検波部の回路のバイアスを調整し、検波特性の誤差を補正する。
【００８２】
以下、第２の実施の形態における、各送信ブランチ間の位相誤差および振幅誤差に関する誤差補正の手順を説明する。第２の実施の形態の基本的な動作は第１の実施の形態と同様である。以下では、第１の実施の形態と異なる部分について主に説明する。
【００８３】
第２の実施の形態では、３つの送信ブランチ間の位相誤差および振幅誤差を補正する。そのために、第１の実施の形態に示した手順によって送信ブランチ１０１と１０２の間の位相誤差および振幅誤差を検出して補正した後、同じ手順によって送信ブランチ１０２と１０３の間の位相誤差および振幅誤差を検出して補正する。すなわち、第２の実施の形態では、３つ以上の送信ブランチ１０１〜１０３を備える場合に、隣り合う送信ブランチ間の相対誤差を検出、補正することで、全ての送信ブランチ間の相互の位相誤差および振幅誤差を補正する。
【００８４】
ここで、精度の良い補正を実現するために、ブランチ間誤差検出部１１０、１１１の誤差検出特性が同一であることが重要である。第２の実施の形態では、ブランチ間誤差検出部１１０、１１１の検波特性を同一にするために、以下の手順を行う。
【００８５】
第１の手順として、補正制御部１３０は、送信部制御部１７０によって送信ブランチ１０１、１０３をオフとして送信ブランチ１０２を送信動作させる。送信出力検出部１６２は、ブランチ間誤差検出部１１０、１１１への２つの出力が略同レベルとなるように設計され、送信ブランチ１０２の送信信号がブランチ間誤差検出部１１０、１１１の両方へ同レベルで入力される。
【００８６】
第２の手順として、補正制御部１３０は、ブランチ間誤差検出部１１０、１１１のそれぞれから入力される２つの誤差検出信号を比較して、両者が同じレベルとなるように検波部制御部４１０に制御を指示する。検波部制御部４１０は、ブランチ間誤差検出部１１０、１１１それぞれが有する検波部のどちらか一方、または両方の検波特性を例えばバイアスによって調整し、ブランチ間誤差検出部１１０、１１１のそれぞれが出力する誤差検出信号が同じレベルとなるようにする。
【００８７】
なお、ブランチ間誤差検出部１１０、１１１が有する検波部の初期設定として、例えば、検波部制御部４１０が各検波部のバイアス電流をチェックして、これらが同じとなるように初期調整しておいてもよい。このようにすることで、検波部にある検波回路の検波特性、すなわち入力信号レベルに対する出力検波電圧値の関係を予めある程度揃えておくことができる。これにより、第１の手順の実行前に誤差を小さくしておくことができる。
【００８８】
以上の手順によって、全てのブランチ間誤差検出部が同じ検波特性を有するように補正した後、補正制御部１３０は、第１の実施の形態と同様にして、各送信ブランチの送信出力レベルを検出する。すなわち、補正制御部１３０は、送信部制御部１７０によって全ての送信ブランチ１０１〜１０３を順次動作させ、信号レベルを検知し、全ての送信ブランチの出力レベルを検出し、全送信ブランチの送信出力レベルを比較し、送信ブランチ間の振幅誤差を検出する。その後、補正制御部１３０は、振幅制御部１９０に各送信ブランチ１０１〜１０３の振幅誤差の補正値を算出させ、補正された振幅制御量によって送信ブランチ１０１〜１０３の振幅調整部１９１〜１９３を各々調整し、振幅特性を補正する。
【００８９】
また、位相誤差についても、第１の実施の形態と同様に、送信ブランチ間の位相誤差量を検出し、位相誤差の補正値を算出し、補正された移相制御量によって送信ブランチ１０１〜１０３の位相調整部１８１〜１８３を各々調整し、位相特性を補正する。
【００９０】
以上のように、第２の実施の形態では、３つ以上のアンテナを使用するフェーズドアレイ送信装置において、第１の実施の形態と同様に全ての送信ブランチ間の振幅特性および位相特性の誤差を検出できる。また、簡単な手順によって、位相誤差および振幅誤差を補正すつことができる。これにより、多くのアンテナを制御することで指向性の高いビームを形成するフェーズドアレイ送信系において、高精度のビーム形成を行うことができる。
【００９１】
なお、送信ブランチを４つ以上有する構成にも第２の実施の形態において示した構成は適用することができる。例えば、Ｎ個の送信ブランチがある場合、送信ブランチ間に（Ｎ−１）個のブランチ間誤差検出部を設け、隣り合う送信ブランチ間の位相誤差および振幅誤差を順次検出することによって、全ての送信ブランチ間の誤差を把握して、同様に補正することができる。
【００９２】
第２の実施の形態によれば、Ｎ個の送信ブランチを有するフェーズドアレイ送信装置に対して、全ての組み合わせ（Ｎ×（Ｎ−１）／２）についてブランチ間誤差検出部を設ける必要が無く、より少数の（Ｎ−１）の回路を設ければよい。これは、隣接する送信ブランチ間のみブランチ間誤差検出部を設けるようにしているからである。したがって、回路の増大や消費電力の増加を抑制することができ、小型であり実装容易な構成によってフェーズドアレイ送信装置全体の誤差を補正することができる。
【００９３】
なお、第２の実施の形態では、送信出力検出部１６２がブランチ間誤差検出部１１０および１１１への２つの出力を有し、送信出力検出部１６１と１６３はそれぞれ１つのブランチ間誤差検出部１１０あるいは１１１への出力を有した非対称な構成とした。しかしながら、本開示は、これには限定されない。例えば、同じ送信信号レベルに対して、各送信出力検出部により抜き出される信号レベルを全て同じとなるようにすれば動作上問題はない。
【００９４】
また、例えば全てのブランチ間誤差検出部の出力が同じとなるように設計することが実装上難しく、理想的な動作をする回路としての設計が困難であり、検出誤差を生じる場合には、検出誤差を考慮して補正する構成としてもよい。このような場合、回路の設計誤差は予め見込むことができるため、設計誤差を考慮して補正制御部１３０が位相誤差および振幅誤差を補正する、もしくは検波部制御部４１０が誤差検出信号を補正するように制御すれば動作上問題はない。
【００９５】
（第３の実施の形態）
図５は、本開示の第３の実施の形態に係るフェーズドアレイ送信装置を含む集積回路の構成を示す図である。第３の実施の形態は、４つの送信ブランチを有するフェーズドアレイ送信系の回路を集積回路に実装した構成例を示す。
【００９６】
フェーズドアレイ送信装置を構成する集積回路２００には、４つの送信ブランチ１０１、１０２、１０３、１０４の回路が半導体チップ上にレイアウトされて実装されている。送信ブランチ１０１〜１０４の端部には、それぞれパッド２０１、２０２、２０３、２０４が形成され、各パッド２０１〜２０４にアンテナ部１１、１２、１３、１４がそれぞれ接続される。なお、図５ではアンテナ部１１〜１４を外部に設けてパッド２０１〜２０４に接続する構成を示したが、パッド２０１〜２０４を設けずにアンテナ部１１〜１４を半導体チップ上に形成した構成であってもよい。
【００９７】
各送信ブランチ１０１〜１０４は、第１の実施の形態と同様に、送信出力検出部１６１〜１６４、送信部１７１〜１７４、位相調整部１８１〜１８４、および振幅調整部１９１〜１９４を有する。また、送信ブランチ１０１と１０２との間にブランチ間誤差検出部１１０、送信ブランチ１０２と１０３との間にブランチ間誤差検出部１１１、送信ブランチ１０３と１０４との間にブランチ間誤差検出部１１２が配置される。
【００９８】
また、集積回路２００には、送信信号発生部１２０、補正制御部１３０が配置される。なお、位相制御部１８０、振幅制御部１９０を含む回路も同様に集積回路２００に配置されるが、図示は省略する。
【００９９】
第３の実施の形態のブランチ間誤差検出部１１０〜１１２は、受信信号の処理に用いる受信回路と比較して、簡単な回路により小型に構成でき、小さいスペースに実装可能である。ブランチ間誤差検出部を各送信ブランチの間にレイアウトすることによって、送信出力検出部１６１〜１６４からブランチ間誤差検出部１１０〜１１２までの配線２１１〜２１６を短くすることができる。
【０１００】
すなわち、配線引き回しの回避によって、他の回路および配線との間の寄生素子（電気的結合）を低減したレイアウト設計（配線）が可能である。また、各送信ブランチ１０１〜１０４からブランチ間誤差検出部１１０〜１１２までの配線２１１〜２１６の長さを等長にできる。結果として、寄生素子が少なく、信号の位相変化および振幅変化は各配線において同じとなるので、配線引き回しによる振幅誤差、位相誤差を低減でき、高精度の補正が可能となる。
【０１０１】
集積回路２００において、配線に寄生素子が生じると、信号の位相および振幅を変化させる要因となり、振幅および位相の検出誤差が発生する。仮に、１系統のキャリブレーション用受信系を設けて各送信ブランチの送信出力を受信検波する構成では、集積回路のどこか１か所に受信部が配置される。このような構成では、各送信ブランチの出力を１か所に設けた受信部の入力まで配線を引き回して接続するため、特に高周波信号に対して配線による位相振幅変化を同じ特性を得ることは困難である。よって、配線による誤差と送信ブランチに内在する誤差との区別が困難であり、精度良いキャリブレーションが困難となる事態が生じる。
【０１０２】
これに対し、第３の実施の形態では、送信ブランチ間のブランチ間誤差検出部への配線を短くかつ等長にできるため、回路の配線レイアウトによる誤差を最小限に抑えられる。なお、ブランチ間誤差検出部１１０〜１１２と補正制御部１３０との間を伝送される誤差検出信号は、検波レベルを示すディジタル信号であり、高周波信号ではないため、配線が長くても問題なく、等長配線の制約もない。
【０１０３】
以上のように、第３の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置は、送信ブランチ間の位相誤差と振幅誤差を補正することにより、精度の高い送信ビームを形成可能となり、主ビーム方向の指向性利得を向上させ、不要方向の放射レベルを抑圧できる。例えば、振幅誤差および位相誤差の目標精度としては、サイドローブ抑圧レベルの劣化許容量を３ｄＢとした場合、振幅誤差１ｄＢ以下、位相誤差５度以下の精度確保が必要となるが、第３の実施の形態の構成を適用すれば十分に対応可能である。これにより、無線通信における通信エリアの制御、リンクバジェットの改善、あるいは、レーダにおける不要方向からのクラッタ反射またはマルチパスの抑圧による検知精度の向上に有効である。
【０１０４】
また、本第３の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置は、簡単な回路によって誤差を検出するブランチ間誤差検出部を実装することができる。このため、回路の低消費電力化を実現することができ、ミリ波帯といった高い周波数の送信信号に対しても精度よく誤差を補正することができ、高い周波数を利用するシステムへの適用が可能である。
【０１０５】
また、高周波数帯に適用する場合、ブランチ間誤差検出部および送信出力検出部等の高周波信号を処理する回路部分は、集積化に親和性の高い回路を用いて実装することができるので、システム全体の小型実装が可能である。さらに、ブランチ間誤差検出部といった誤差検出用の回路にバラツキが生じて、補正誤差の要因となる場合にも、誤差検出用の回路自体を補正可能であるため、システム全体として精度の高い振幅および位相の誤差補正が実現できる。
【０１０６】
（第４の実施の形態）
図６は、本開示の第４の実施の形態に係るフェーズドアレイ送信装置の構成を示すブロック図である。第４の実施の形態では、図１に示した第１の実施の形態の構成を基本として、送信ブランチ数を４つとした構成例を示す。
【０１０７】
第４の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置は、送信ブランチ１０１、１０２に加えて送信ブランチ１０３、１０４を、ブランチ間誤差検出部１１０に加えてブランチ間誤差検出部１１１、１１２を有する。さらに、第４の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置は、ブランチ間誤差検出部１１０、１１１、１１２のそれぞれの出力および補正制御部１３０と接続される誤差記憶部５１０を有する。その他の構成は第１の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置と同様であり、図１と同じ番号を付したものは同じ機能を有するため、説明を省略する。
【０１０８】
ブランチ間誤差検出部１１１は、送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３との間に設けられ、送信出力検出部１６２、１６３と接続される。また、ブランチ間誤差検出部１１２は、送信ブランチ１０３と送信ブランチ１０４との間に設けられ、送信出力検出部１６３、１６４と接続される。
【０１０９】
ブランチ間誤差検出部１１１、１１２はそれぞれ、送信出力検出部１６２、１６３、１６４から入力される信号に基づいて、送信ブランチ１０２、１０３及び１０４の送信信号の各出力レベル（振幅）と位相差に関する情報を検出する。そして、ブランチ間誤差検出部１１１、１１２は、検出した情報に基づいて誤差検出信号を生成し、補正制御部１３０へ出力する。ブランチ間誤差検出部１１１、１１２の構成及び動作は、図２に関連して説明したブランチ間誤差検出部１１０と同様である。
【０１１０】
以下、第４の実施の形態フェーズドアレイ送信装置における、各送信ブランチ間の位相誤差及び振幅誤差に関する誤差補正の手順を説明する。第４の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置の基本動作は第１の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置と同様であり、ここでは第１の実施の形態と異なる部分を中心に説明する。
【０１１１】
第４の実施の形態では、４つの送信ブランチ間の位相誤差及び振幅誤差を補正するために、以下のような動作を行う。まず、第１の実施の形態に示した手順によって送信ブランチ１０１と１０２の間の位相誤差及び振幅誤差を検出して補正し、同じ手順によって送信ブランチ１０２と１０３の間の位相誤差及び振幅誤差を検出して補正する。さらに、同じ手順によって送信ブランチ１０３と１０４の間の位相誤差及び振幅誤差を検出して補正することで、全ての送信ブランチ１０１〜１０４間の相互の位相誤差及び振幅誤差の補正を行う。
【０１１２】
ここで、第４の実施の形態では、精度の良い補正を実現するため、補正後に各ブランチ間に残留する位相誤差および振幅誤差に注目する。図７に示すように、位相調整部１８１〜１８４および振幅調整部１９１〜１９４における位相および振幅の調整をディジタル値によって行う場合、ディジタル値を扱うためにステップ状に非連続な調整となる。このため、第１の実施の形態において説明したような位相誤差及び振幅誤差の補正を行った後に、図７（ａ）に示す位相調整部または振幅調整部のステップサイズＳ（本発明の調整単位に対応）以下の誤差が残留してしまう可能性がある。
【０１１３】
具体的には、例えば図７（ｂ）を参照して説明する。図７（ｂ）において、Ｖ２は初期状態での送信ブランチ１０２の振幅であり、Ｖ３は初期状態での送信部探知１０３の振幅である。ここで、例えばＶ２とＶ３との差、すなわち初期状態での送信ブランチ１０２、１０３間の振幅誤差は、Ｖ２の方がＶ３よりも＋２．３ｄＢだけ大きいとする。そして、振幅調整部１９１、１９２の振幅調整ステップサイズが１．０ｄＢであると仮定する。このような場合を想定すると、誤差の補正単位は１．０ｄＢ毎となるため、ステップサイズの２倍である２．０ｄＢをＶ３に足した値から当該振幅誤差の値を見ると、＋０．３ｄＢの誤差が残留する。また、ステップサイズの３倍である３．０ｄＢをＶ３に足した値から見ると、−０．７ｄＢの誤差が残留する。このように、位相調整部または振幅調整部におけるステップサイズ未満の誤差、すなわち位相調整部および振幅調整部に補正しきれない誤差を残留誤差と称する。
【０１１４】
ここで、残留誤差の絶対値が最小になるように位相誤差および振幅誤差の補正を行うようにすると、補正後の残留誤差の絶対値は最大で位相調整部および振幅調整部のステップサイズの半分の値（Ｓ／２）となる。このとき例えば、ブランチ間誤差検出部１１０、１１１、１１２による補正の結果、全ての補正後の残留誤差の値の正負が同一であった場合には、送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０４の間の位相誤差および振幅誤差の最大値は３Ｓ／２となる。これは、各ブランチ間の残留誤差の最大値Ｓ／２が同一符号方向に累積されるからである。残留誤差の影響はＮ個のブランチのフェーズドアレイ送信装置についても同様に求められ、全てのブランチ間の誤差補正後における１番目とＮ番目の送信ブランチの間の誤差は、最大で（（Ｎ−１）×Ｓ／２）となる。従って、隣接するブランチ間においては位相誤差および振幅誤差を予め設定した目標値以下に補正したとしても、フェーズドアレイ送信装置全体としての位相誤差および振幅誤差が目標値を超えてしまう事態が生じうる。
【０１１５】
第４の実施の形態では、このような事態を回避するために、すなわち、補正後の残留誤差がフェーズドアレイ送信装置全体に与える影響を緩和するために、以下の各手順を実行する。
【０１１６】
まず、第４の手順として、ブランチ間誤差検出部１１０が、送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２の間の位相誤差および振幅誤差の検出を行う。補正の方法は、第１の実施の形態において説明した方法と同様の方法を用いればよい。そして、補正制御部１３０は、位相誤差および振幅誤差の補正後の残留誤差の絶対値が最小値となるように補正値の算出を行う。
【０１１７】
次に、第５の手順として、補正制御部１３０は、第４の手順で算出した補正値を用いて、第１の実施の形態の同様に、位相調整部１８１、１８２および振幅調整部１９１、１９２を制御する。この状態において、補正制御部１３０は、ブランチ間誤差検出部１１０により送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２の間に残留する位相誤差および振幅誤差を検出し、その値を誤差記憶部５１０に記憶させる。
【０１１８】
なお、誤差記憶部５１０に記憶させる残留誤差の値は、絶対値ではなく、正負の符号を有する値である。残留誤差の値の正負は、例えば以下のように決定すればよい。すなわち、番号が大きい送信ブランチの出力信号の位相および振幅が、番号が小さい送信ブランチの出力信号の位相および振幅より大きい場合の誤差を正の値とし、逆の場合には負の値とする。すなわち、送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２と間の残留誤差の値は、送信ブランチ１０２の出力信号の位相および振幅が送信ブランチ１０１の出力信号の位相および振幅より大きい場合は正の値とし、小さい場合は負の値とすればよい。
【０１１９】
なお、反対に、番号が小さい送信ブランチの出力信号の位相および振幅が、番号が大きい送信ブランチの出力信号の位相および振幅より大きい場合の誤差を正の値としてもよい。すなわち、フェーズドアレイ送信装置においては、全てのブランチ間の誤差補正において同一のルールに従って誤差値の正負の定義を行うようにすればよい。具体的には、送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２との間の誤差値を、送信ブランチ１０２の出力信号の位相および振幅が送信ブランチ１０１の出力信号の位相および振幅より大きい場合を正の値としたとする。この場合には、送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３との間の誤差値においても、同様に送信ブランチ１０３の出力信号の位相および振幅が送信ブランチ１０２の出力信号の位相および振幅より大きい場合を正の値としなければならない。それ以降のブランチ間の誤差値においても同様の定義を用いる。
【０１２０】
次に、第６の手順として、補正制御部１３０は、ブランチ間誤差検出部１１１により送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の間の位相誤差および振幅誤差の補正を行う。この際、補正制御部１３０は、誤差記憶部５１０に記憶されている送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２の間の位相および振幅の残留誤差の正負の符号と送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の間の位相誤差及び振幅誤差の正負の符号とが反転するように、かつ、送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の間の位相誤差及び振幅誤差の絶対値が最小となるように、補正値の算出を行う。すなわち、補正制御部１３０は、送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の間の位相および振幅の残留誤差が正の値である場合には、送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の間の位相誤差及び振幅誤差が負の値、かつ絶対値が最小となるように、補正値の算出を行う。そして、補正制御部１３０は、送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の間の残留誤差の値を誤差記憶部５１０に記憶させる。
【０１２１】
第６の手順を完了した時点での送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０３の間の位相誤差および振幅誤差は、送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２の間の残留誤差と、送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の間の残留誤差との和となる。上述したように、両者の正負の符号が反転するように送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の誤差補正値が決定されるため、これらの誤差の値が相殺され、結果として、送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０３の間の位相誤差および振幅誤差の増加が抑制される。
【０１２２】
以降、第６の手順と同様に、送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の間の残留誤差の値を用いて、送信ブランチ１０３と送信ブランチ１０４の間の位相誤差および振幅誤差の補正を行う。このような手順により、複数のブランチ間の位相誤差および振幅誤差が正負のいずれかに偏ることで、フェーズドアレイ送信装置全体での誤差の値が大きくなることを抑制できる。
【０１２３】
以下、上記説明した第４の実施の形態における補正値の設定方法を、数値を例示して具体的に説明する。なお、簡単のため、振幅誤差についてのみ例示するが、位相誤差についても同様に設定すればよい。また、この例では振幅調整部のステップサイズを１．０ｄＢとする。
【０１２４】
まず、送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２の間の残留誤差の値が＋０．５ｄＢである、すなわち、送信ブランチ１０１の振幅誤差値の方が送信ブランチ１０２の振幅誤差値より０．５ｄＢだけ大きいとする。
【０１２５】
次に、送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の間の残留誤差の値は、＋０．３ｄＢ、あるいは−０．７ｄＢであるとする。上述したように、送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２の間の残留誤差の値は正の値である。このため、補正制御部１３０は、送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の間の残留誤差の値が、負の値である−０．７ｄＢとなるように、振幅誤差の補正値を設定する。
【０１２６】
さらに、送信ブランチ１０３と送信ブランチ１０４の間の残留誤差値は、＋０．４ｄＢ、あるいは−０．６ｄＢであるとする。上述したように、送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の間の残留誤差の値は負の値である。このため、補正制御部１３０は、送信ブランチ１０３と送信ブランチ１０４の間の残留誤差の値が、正の値である＋０．４ｄＢとなるように、振幅誤差の補正値を設定する。
【０１２７】
以上のように、補正制御部１３０は、Ｎ−２番目とＮ−１番目の送信ブランチの間の残留誤差の正負の符号と、Ｎ−１番目の送信ブランチとＮ番目の送信ブランチの間の残留誤差の正負の符号とが反転するように補正値を算出する。なお、Ｎは３以上の整数であり、送信ブランチの数以下の値である。ここで、フェーズドアレイ送信装置全体の残留誤差の値の合計、すなわち送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０４との間の残留誤差の値は、＋０．２ｄＢとなる。また、送信ブランチ間の残留誤差の値の最大値（絶対値）は、送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の間の値である０．７ｄＢとなる。この値は、送信ブランチ１０１〜１０４間の残留誤差の値の符号が偏った場合、例えばすべて正の値であった場合の合計値である＋１．２ｄＢと比較して小さい値となる。
【０１２８】
以上説明したように、第４の実施の形態では、補正制御部１３０は、Ｎ−２番目とＮ−１番目の送信ブランチの間の残留誤差の正負の符号と、Ｎ−１番目の送信ブランチとＮ番目の送信ブランチの間の残留誤差の正負の符号とが反転するように補正値を算出する。このため、複数のブランチ間の位相誤差および振幅誤差が正負のいずれかに偏ることで、フェーズドアレイ送信装置全体での誤差値が大きくなることを抑制することができる。
【０１２９】
なお、第４の実施の形態では、送信ブランチが４つの場合について説明したが、上記第５の手順と第６の手順とを複数のブランチ間で繰り返すことにより、本開示は送信ブランチを５つ以上有する構成にも適用することができる。
【０１３０】
（第５の実施の形態）
上記説明した第４の実施の形態においては、誤差記憶部５１０において、１つ前のブランチ間誤差補正を行った後の残留誤差を記憶し、現在のブランチ間誤差補正の補正値の算出に用いた。第５の実施の形態では、最初に誤差補正が行われるブランチ間から、１つ前に誤差補正が行われるブランチ間までの全てのブランチ間の残留誤差を誤差記憶部５１０で記憶して現在のブランチ間の補正値の算出に用いる。このような構成により、フェーズドアレイ送信装置全体としての位相誤差および振幅誤差が増大することを抑制できる。なお、第５の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置の各構成は、上述した第４の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置と同一である。補正制御部１３０が振幅誤差の補正値を算出する際に、送信ブランチ間の残留誤差の値の正負を設定する方法が上述した第４の実施の形態と異なっている。従って、以下では、第４の実施の形態とは異なる手順について説明を行う。
【０１３１】
補正制御部１３０は、第４の実施の形態において説明した第４の手順から第６の手順を実行し、送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２の間の誤差補正および送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の間の誤差補正を行う。
【０１３２】
次に、補正制御部１３０は第７の手順として、第６の手順で算出された補正値を用いて位相調整部１８２、１８３および振幅調整部１９２、１９３を制御する。この状態において、補正制御部１３０は、ブランチ間誤差検出部１１１を用いて送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の間に残留する位相誤差および振幅誤差を検出する。さらに、補正制御部１３０は、送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の間のに残留誤差を第５の手順で誤差記憶部５１０に記憶されている送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２の間に残留する位相誤差および振幅誤差と足し合わせる。そして、足し合わせた値を新たに誤差記憶部５１０に記憶させる。
【０１３３】
なお、補正制御部１３０は、送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２の間の残留誤差と送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の間の残留誤差とを足し合わせた値を誤差記憶部５１０に記憶させるのではなく、以下のようにしてもよい。すなわち、補正制御部１３０は、送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２の間の残留誤差および送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の間の残留誤差を、それぞれ個別に誤差記憶部５１０に記憶させておく。そして、補正制御部１３０は、後述する補正値の算出の過程において、これらの誤差の和を求めるようにしてもよい。
【０１３４】
次に、第８の手順として、補正制御部１３０は、ブランチ間誤差検出部１１２により送信ブランチ１０３と送信ブランチ１０４の間の位相誤差および振幅誤差の補正を行う。この際、補正制御部１３０は、誤差記憶部５１０に記憶されている送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２の間の残留誤差と送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の間の残留誤差の和の値の正負の符号と、送信ブランチ１０３と送信ブランチ１０４の間の位相誤差及び振幅誤差の正負の符号が反転するように、かつ、送信ブランチ１０３と送信ブランチ１０４の間の位相誤差及び振幅誤差の絶対値が最小となるように、補正値の算出を行う。すなわち、補正制御部１３０は、送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２の間の残留誤差と、送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の間の残留誤差との和の値が正の値である場合には、送信ブランチ１０３と送信ブランチ１０４の間の誤差の値が負の値、かつ絶対値が最小となるように、補正値の算出を行う。そして、補正制御部１３０は、送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の間の残留誤差の値を誤差記憶部５１０に記憶させる。
【０１３５】
すなわち、第５の実施の形態では、補正制御部１３０は、現在のブランチの１つ前までのブランチ間の残留誤差の累積値（積分値）を算出し、当該累積値の正負の符号と、現在のブランチ間の残留誤差の値の正負の符号とが反転するように補正値を算出する。ここで、現在のブランチの１つ前までのブランチ間の残留誤差の累積値の算出は、第５の手順等において予め誤差記憶部５１０に記憶された複数のブランチ間の残留誤差の値を用いて行うようにすればよい。
【０１３６】
以下、上記説明した第５の実施の形態における補正値の設定方法を、数値を例示して具体的に説明する。なお、簡単のため、振幅誤差についてのみ例示する。
【０１３７】
まず、送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２の間の残留誤差の値が＋０．５ｄＢである、すなわち、送信ブランチ１０１の振幅誤差値の方が送信ブランチ１０２の振幅誤差値より０．５ｄＢだけ大きいとする。
【０１３８】
次に、送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の間の残留誤差の値は、＋０．９ｄＢ、あるいは−０．１ｄＢであるとする。上述したように、送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２の間の残留誤差の値は正の値である。このため、補正制御部１３０は、送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の間の残留誤差の値が、負の値である−０．１ｄＢとなるように、振幅誤差の補正値を設定する。
【０１３９】
ここで、補正制御部１３０は、送信ブランチ１０１から送信ブランチ１０３までの残留誤差の値の累積値を算出し、誤差記憶部５１０に記憶させる。すなわち、送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２の間の残留誤差の値＋０．５ｄＢと、送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の間の残留誤差の値が−０．１ｄＢとを累積すると、累積値＋０．４ｄＢが得られる。
【０１４０】
次に、送信ブランチ１０３と送信ブランチ１０４の間の残留誤差の値が、＋０．８ｄＢ、あるいは−０．２ｄＢであるとする。上述したように、送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０３までの残留誤差の値の累積値は正の値である。このため、補正制御部１３０は、送信ブランチ１０３と送信ブランチ１０４の間の残留誤差の値が負の値である−０．２ｄＢとなるように、振幅誤差の補正値を設定する。
【０１４１】
補正制御部１３０は、以上のように現在の送信ブランチ間の残留誤差の値の正負が、１つ前までの送信ブランチ間の残留誤差の値の累積値の正負と反転するように、振幅誤差の補正値を設定する。ここで、フェーズドアレイ送信装置全体の残留誤差の値の合計、すなわち送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０４との間の残留誤差の値は、＋０．２ｄＢとなる。また、送信ブランチ間の残留誤差の値の最大値（絶対値）は、送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の間の値である０．５ｄＢとなる。これらの値は、送信ブランチ１０１〜１０４間の残留誤差の値の符号が偏った場合、例えばすべて正の値であった場合の合計値である＋２．２ｄＢと比較して小さい値となる。
【０１４２】
以上説明したように、第５の実施の形態では、補正制御部１３０は、現在の送信ブランチ間の残留誤差の値の正負が、１つ前までの送信ブランチ間の残留誤差の値の累積値の正負と反転するように、振幅誤差の補正値を設定する。このため、複数のブランチ間の位相誤差および振幅誤差が正負のいずれかに偏ることで、フェーズドアレイ送信装置全体での誤差値が大きくなることを抑制することができる。
【０１４３】
なお、第５の実施の形態では、送信ブランチが４つの場合について説明したが、本開示は送信ブランチを５つ以上有する構成にも適用することができる。すなわち、例えばＮ−１番目の送信ブランチとＮ番目の送信ブランチの間の誤差補正は、１番目の送信ブランチと２番目の送信ブランチの間の補正後の残留誤差から、（Ｎ−２）番目の送信ブランチとＮ−１番目の送信ブランチの間の補正後の残留誤差までの全ての残留誤差の累積値を用いて行うようにすればよい。なお、Ｎは３以上の整数であり、送信ブランチの数（Ｍ）以下の値である。
【０１４４】
（第６の実施の形態）
上記説明した第５の実施の形態においては、１つ前までのブランチ間誤差補正後の残留誤差の累積値を、現在のブランチ間誤差補正の補正値の算出に用いた。第６の実施の形態では、１つ前までのブランチ間誤差補正後の残留誤差の累積値と、現在のブランチ間の残留誤差の値との和の絶対値が最小となるように、現在のブランチ間誤差補正値を算出する。このような構成により、フェーズドアレイ送信装置全体としての位相誤差および振幅誤差が増大することを抑制できる。なお、第６の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置の各構成は、上述した第４および５の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置と同一である。補正制御部１３０が振幅誤差の補正値を算出する際に、送信ブランチ間の残留誤差の値の正負を設定する方法が上述した第４および５の実施の形態と異なっている。従って、以下では、第４および５の実施の形態とは異なる手順について説明を行う。
【０１４５】
補正制御部１３０は、第４の実施の形態において説明した第４の手順から第６の手順を実行し、送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２の間の誤差補正および送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の間の誤差補正を行う。
【０１４６】
次に、補正制御部１３０は第５の実施の形態において説明した第７の手順において、第６の手順で算出された補正値を用いて位相調整部１８２、１８３および振幅調整部１９２、１９３を制御する。この状態において、補正制御部１３０は、ブランチ間誤差検出部１１１を用いて送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の間に残留する位相誤差および振幅誤差を検出する。さらに、補正制御部１３０は、送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の間のに残留誤差を第５の手順で誤差記憶部５１０に記憶されている送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２の間に残留する位相誤差および振幅誤差と足し合わせる。そして、足し合わせた値を新たに誤差記憶部５１０に記憶させる。
【０１４７】
次に、第５の実施の形態において説明した第８の手順の代わりに、以下説明する第９の手順を実行する。すなわち、補正制御部１３０は、ブランチ間誤差検出部１１２により送信ブランチ１０３と送信ブランチ１０４の間の位相誤差および振幅誤差の補正を行う。ここで、補正制御部１３０は、送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２の間の残留誤差と送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の間の残留誤差の和の値と、送信ブランチ１０３と送信ブランチ１０４の間の誤差の値とを加算する。以下では、送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２の間の残留誤差と送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の間の残留誤差の和の値を、送信ブランチ１０１から送信ブランチ１０３の残留誤差の累積値と称する。
【０１４８】
なお、送信ブランチ１０３と送信ブランチ１０４の間の残留誤差の値としては、上述したように正の値と負の値の両方が存在する。従って、補正制御部１３０は、送信ブランチ１０１から送信ブランチ１０３の残留誤差の累積値と、送信ブランチ１０３と送信ブランチ１０４の間の誤差値の正負両方の値を足し合わせて、その絶対値が小さくなるように補正値を設定する。そして、補正制御部１３０は、送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の間の残留誤差の値を誤差記憶部５１０に記憶させる。
【０１４９】
以下、上記説明した第６の実施の形態における補正値の設定方法を、数値を例示して具体的に説明する。なお、簡単のため、振幅誤差についてのみ例示する。
【０１５０】
まず、送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２の間の残留誤差の値が＋０．５ｄＢである、すなわち、送信ブランチ１０１の振幅誤差値の方が送信ブランチ１０２の振幅誤差値より０．５ｄＢだけ大きいとする。
【０１５１】
次に、送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の間の残留誤差の値は、＋０．８ｄＢ、あるいは−０．２ｄＢであるとする。ここで、補正制御部１３０は、現在の送信ブランチ１０３の１つ前までの送信ブランチ間残留誤差の値の累積値と、送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３との間の残留誤差の値との和を算出する。現在の送信ブランチ１０３の１つ前までの送信ブランチ間残留誤差の値の累積値は、送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２の間の残留誤差の値である＋０．５ｄＢである。この値と送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の間の残留誤差の値である＋０．８ｄＢあるいは−０．２ｄＢとを加算すると、＋１．３ｄＢあるいは＋０．３ｄＢとなる。
【０１５２】
補正制御部１３０は、このように算出した値のうち、絶対値が小さくなるように補正値を設定する。すなわち、この例では、現在の送信ブランチ１０３の１つ前までの送信ブランチ間残留誤差の値の累積値と、送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３との間の残留誤差の値との和が＋０．３ｄＢとなるように補正値を設定する。従って、補正制御部１３０は、送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の間の残留誤差の値が−０．２ｄＢとなるように補正値を設定する。
【０１５３】
次に、送信ブランチ１０３と送信ブランチ１０４の間の残留誤差の値は、＋０．１ｄＢ、あるいは−０．９ｄＢであるとする。ここで、補正制御部１３０は、現在の送信ブランチ１０４の１つ前までの送信ブランチ間残留誤差の値の累積値と、送信ブランチ１０３と送信ブランチ１０４との間の残留誤差の値との和を算出する。現在の送信ブランチ１０４の１つ前までの送信ブランチ間残留誤差の値の累積値は、送信ブランチ１０１から送信ブランチ１０３までの残留誤差の値の累積値である＋０．３ｄＢである。この値と送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の間の残留誤差の値である＋０．１ｄＢあるいは−０．９ｄＢとを加算すると、＋０．４ｄＢあるいは−０．６ｄＢとなる。補正制御部１３０は、このように算出した値のうち、絶対値が小さくなるように補正値を設定する。すなわち、この例では、現在の送信ブランチ１０３の１つ前までの送信ブランチ間残留誤差の値の累積値と、送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３との間の残留誤差の値との和が＋０．４ｄＢとなるように補正値を設定する。従って、補正制御部１３０は、送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の間の残留誤差の値が＋０．１ｄＢとなるように補正値を設定する。
【０１５４】
補正制御部１３０は、以上のようにＮ−２番目の送信ブランチとＮ−１番目の送信ブランチの間の残留誤差まですべての累積値を算出し、当該累積値と、Ｎ−１番目の送信ブランチとＮ番目の送信ブランチの間の残留誤差の取り得る値とを加算しする。そして、加算した値の絶対値が小さくなるように、位相および振幅の補正値を算出する。ここで、フェーズドアレイ送信装置全体の残留誤差の値の合計、すなわち送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０４との間の残留誤差の値は、＋０．２ｄＢとなる。また、送信ブランチ間の残留誤差の値の最大値（絶対値）は、送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３の間の値である０．５ｄＢとなる。この値は、送信ブランチ１０１〜１０４間の残留誤差の値の符号が偏った場合、例えばすべて正の値であった場合の合計値である＋１．４ｄＢと比較して小さい値となる。
【０１５５】
以上説明したように、第６の実施の形態では、補正制御部１３０は、現在の１つ前までの送信ブランチ間の残留誤差の値の累積値と、現在の送信ブランチ間の残留誤差の値とを加算し、加算した値の絶対値が小さくなるように補正値を設定する。このため、複数のブランチ間の位相誤差および振幅誤差が正負のいずれかに偏ることで、フェーズドアレイ送信装置全体での誤差値が大きくなることを抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１５６】
本開示は、複数の送信ブランチを有するフェーズドアレイ送信装置に好適である。
【符号の説明】
【０１５７】
１１、１２、１３、１４  アンテナ部
１０１、１０２、１０３、１０４  送信ブランチ
１１０、１１１、１１２  ブランチ間誤差検出部
１２０  送信信号発生部
１３０  補正制御部
１４０  ビーム角制御部
１５０  補正記憶部
１６１、１６２、１６３、１６４  送信出力検出部
１７０  送信部制御部
１７１、１７２、１７３、１７４  送信部
１８０  位相制御部
１８１、１８２、１８３、１８４  位相調整部
１９０  振幅制御部
１９１、１９２、１９３、１９４  振幅調整部
２１０  信号合成部
２２０  検波部
２３０  ＡＤ変換部
４１０  検波部制御部
５１０  誤差記憶部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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