(57)【要約】【課題】構成が簡素で小型化及び軽量化を図りやすく、さらに位相校正用送信信号と位相校正用受信信号とをきれいに分離して取り出すことのできるアレイアンテナ送受信装置を提供すること。【解決手段】方向性結合器１０２は、アンテナ素子１０１に接続される第１の接続端子２０１と、アンテナ共用器１０３に接続される第２の接続端子２０２と、第１の接続端子２０１と方向性を示し、かつ、位相校正用受信信号変換部１１１に接続される第３の接続端子２０３と、第２の接続端子２０２と方向性を示し、かつ、位相校正用送信信号変換部１１０に接続される第４の接続端子２０４と、を具備する。例えば結合度が２０ｄＢで挿入損失が０．５ｄＢの方向性結合器１０２であれば、第１の接続端子２０１から入力された受信信号が第３の接続端子２０３から２０ｄＢ減衰されて取り出される。【選択図】      図１
2004320367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子と、
送信ベースバンド信号に対して前記アンテナ素子それぞれに対応した重み付け処理を行って指向性送信ベースバンド信号を形成すると共に、複数の前記アンテナ素子により受信された受信ベースバンド信号に前記アンテナ素子それぞれに対応した重み付け処理を行って指向性受信ベースバンド信号を形成するベースバンド処理手段と、
前記ベースバンド処理手段と複数の前記アンテナ素子との間にそれぞれ設けられ、前記指向性送信ベースバンド信号を無線信号に変換する複数の送信無線手段と、
前記ベースバンド処理手段と複数の前記アンテナ素子との間にそれぞれ設けられ、前記アンテナ素子により受信された無線信号を受信ベースバンド信号に変換する複数の受信無線手段と、
複数の前記送信無線手段から出力される前記無線信号を位相校正用の基準ベースバンド信号に変換して前記ベースバンド処理手段に入力させる位相校正用送信信号変換手段と、
複数の前記アンテナ素子により受信された前記無線信号を位相校正用の基準ベースバンド信号に変換して前記ベースバンド処理手段に入力させる位相校正用受信信号変換手段と、
前記アンテナ素子と前記送信無線手段及び前記受信無線手段との間に設けられた複数の方向性結合器と、
前記方向性結合器により減衰され出力される前記送信無線手段からの複数の前記無線信号のうちいずれかを選択的に前記位相校正用送信信号変換手段に供給する第１の選択手段と、
前記方向性結合器により減衰され出力される前記アンテナ素子からの前記無線信号のうちいずれかを選択的に前記位相校正用受信信号変換手段に供給する第２の選択手段と、
を具備することを特徴とするアレイアンテナ送受信装置。
【請求項２】
前記方向性結合器は、前記アンテナ素子に接続される第１の接続端子と、前記送信無線手段及び前記受信無線手段に接続される第２の接続端子と、前記第１の接続端子と方向性を示し、かつ、前記位相校正用受信信号変換手段に接続される第３の接続端子と、前記第２の接続端子と方向性を示し、かつ、前記位相校正用送信信号変換手段に接続される第４の接続端子と、を具備することを特徴とする請求項１記載のアレイアンテナ送受信装置。
【請求項３】
前記位相校正用受信信号変換手段と前記第３の接続端子との間に、前記位相校正用受信信号変換手段又は終端のいずれか一方と前記第３の接続端子とを接続する第１のスイッチを具備し、
前記位相校正用送信信号変換手段と前記第４の接続端子との間に、前記位相校正用送信信号変換手段又は終端のいずれか一方と前記第４の接続端子とを接続する第２のスイッチを具備することを特徴とする請求項２記載のアレイアンテナ送受信装置。
【請求項４】
前記位相校正用受信信号変換手段と前記第３の接続端子との間に、前記アンテナ素子により受信された前記無線信号を選択して通過させる第１のバンドパスフィルタを具備し、
前記位相校正用送信信号変換手段と前記第４の接続端子との間に、前記送信無線手段から出力された前記無線信号を選択して通過させる第２のバンドパスフィルタを具備することを特徴とする請求項２記載のアレイアンテナ送受信装置。
【請求項５】
前記送信無線手段、前記受信無線手段及び前記方向性結合器の前記第２の接続端子に接続され、前記送信無線手段から出力されてくる前記無線信号を前記第２の接続端子に出力し、前記第２の接続端子から出力されてくる前記無線信号を前記受信無線手段に出力するアンテナ共用器を具備することを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載のアレイアンテナ送受信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アレイアンテナを具備する送受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数のアンテナ素子の送受信出力を電気的に合成することでアンテナ指向性を適応的に変化させるアダプティブアレイアンテナを具備する送受信装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図５は、従来のアダプティブアレイアンテナを具備する送受信装置の構成を示すブロック図である。
【０００４】
従来のアダプティブアレイアンテナ送受信装置では、一直線上又は円周上に配置された複数のアンテナ素子５０１を介して送受信される無線信号に重み付け器５０２において予め設定された重み係数（複素重み係数）が乗算されることにより、その無線信号の振幅および位相に重み付け（変調）が施される。送信時には、無線信号が送受信部５０４から合成／分配器５０３に出力され、複数の重み付け器５０２用に分配され出力された後に、重み付け器５０２において重み付けを施される。そして、重み付けを施された無線信号は、アンテナ素子５０１に出力された後に送信される。受信時には、各アンテナ素子５０１で受信された無線信号が重み付け器５０２において重み付けを施された後に合成／分配器５０３に出力される。そして、複数の重み付け器５０２から出力されて合成／分配器５０３に集約された無線信号は、合成／分配器５０３おいて合成された後に送受信部５０４に出力されて復調される。
【０００５】
しかしながら、重み付け器５０２において重み付けを施された無線信号は、必ずしも所望のアンテナ指向性を示さない場合がある。これは、重み付けを施された無線信号の位相が予定された位相とずれている即ち位相誤差を生じているために現れる現象である。
【０００６】
そこで、重み付け器５０２において生じる位相誤差を校正する必要がある。この校正の手段として、図６に示す構成からなる無線送信ユニット６１０を具備するアレイアンテナ送信装置を用いる手段と、図７に示す構成からなる無線受信ユニット７１０を具備するアレイアンテナ受信装置を用いる手段と、が知られている。
【０００７】
図６には、アンテナ素子６０１、減衰器６０３及び送信無線部６０２で構成される無線送信ユニット６１０を複数備え、さらに複数の無線送信ユニット６１０に接続される第１の選択器６０４、位相校正用送信信号変換部６０５及びベースバンド処理部６０６を具備するアレイアンテナ送信装置が記載されている。
【０００８】
このアレイアンテナ送信装置は、ベースバンド処理部６０６において送信ベースバンド信号に予め設定された重み係数を乗算して指向性送信ベースバンド信号を生成し、この指向性送信ベースバンド信号を送信無線部６０２に出力する。続いて、このアレイアンテナ送信装置は、送信無線部６０２において前記指向性送信ベースバンド信号に直交変調、周波数アップコンバート及び増幅等の処理を施して、前記指向性送信ベースバンド信号を無線信号に変換する。続いて、このアレイアンテナ送信装置は、前記無線信号をアンテナ素子６０１から送信する。
【０００９】
また、このアレイアンテナ送信装置は、アンテナ素子６０１から送信される無線信号と同じ信号を位相校正用信号として取り出して、この位相校正用信号を減衰器６０３を介して位相校正用送信信号変換部６０５に出力する。続いて、このアレイアンテナ送信装置は、位相校正用送信信号変換部６０５において位相校正用信号に周波数ダウンコンバートや直交復調等の処理を施し、位相校正用の基準ベースバンド信号を生成して、この基準ベースバンド信号をベースバンド処理部６０６に出力する。ここで、ベースバンド処理部６０６は、全ての無線送信ユニット６１０についての重み係数を把握しているため、無線送信ユニット６１０の間に生じるはずの位相差（計算上の位相差）も把握している。そこで、ベースバンド処理部６０６は、全ての無線送信ユニット６１０について基準ベースバンド信号の位相を測定して、複数の無線送信ユニット６１０の間で実際に生じる位相差を測定し、この実際の位相差から計算上の位相差を差し引くことにより、無線送信ユニット６１０毎の位相誤差を算出する。そして、ベースバンド処理部６０６は、この位相誤差に基づいて無線送信ユニット６１０毎に送信ベースバンド信号に乗算する重み係数を適宜修正することにより、各無線送信ユニット６１０で生じる位相誤差を校正する。
【００１０】
一方、図７には、アンテナ素子７０１、減衰器７０３及び受信無線部７０２で構成される無線受信ユニット７１０を複数備え、さらに複数の無線受信ユニット７１０に接続される第２の選択器７０４、位相校正用受信信号変換部７０５及びベースバンド処理部７０６を具備するアレイアンテナ受信装置が記載されている。
【００１１】
このアレイアンテナ受信装置は、アンテナ素子７０１で受信された無線信号に受信無線部７０２において増幅、周波数ダウンコンバート及び直交復調等の処理を施し、この無線信号を受信ベースバンド信号に変換する。この受信ベースバンド信号は、ベースバンド処理部７０６に出力される。
【００１２】
また、このアレイアンテナ受信装置は、受信無線部７０２に入力される前の無線信号から減衰器７０３を介して位相校正用信号を取り出し、取り出された位相校正用信号を位相校正用受信信号変換部７０５に出力する。続いて、このアレイアンテナ受信装置は、位相校正用受信信号変換部７０５において前記位相校正用信号に周波数ダウンコンバートや直交復調等の処理を施して、位相校正用の基準ベースバンド信号を生成する。続いて、この基準ベースバンド信号はベースバンド処理部７０６に出力される。
【００１３】
ベースバンド処理部７０６は、受信無線部７０２を経由して出力されてくる受信ベースバンド信号の位相と、位相校正用受信信号変換部７０５を経由して出力されてくる位相校正用の基準ベースバンド信号の位相と、を比較して、これら二つの経路の間で生じる無線受信ユニット７１０毎の位相誤差を全ての無線受信ユニット７１０について測定する。そして、ベースバンド処理部７０６は、全ての無線受信ユニット７１０について測定された二つの経路間で生じる位相誤差に基づいて前記受信ベースバンド信号に乗算する重み係数を適宜調整することにより、各無線受信ユニット７１０で生じる位相誤差を校正する。
【００１４】
【特許文献１】
特開平９−２１９６１５号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のアレイアンテナ送信装置と従来のアレイアンテナ受信装置とは別個独立に形成される装置であるため、これらを通信端末装置に共に組み込む場合、通信端末装置の小型化及び軽量化が妨げられる問題がある。特に移動体通信端末装置では軽薄短小であることが商品価値に直結するため、従来のアレイアンテナ送信装置と従来のアレイアンテナ受信装置とを共に移動体通信端末装置に組み込む場合は、従来のアレイアンテナ送信装置の構成部と従来のアレイアンテナ受信装置の構成部とについて可能な限り共用化を図る必要がある。
【００１６】
このような背景からアンテナ素子６０１、７０１を共用化したアレイアンテナ送受信装置が既に開発されているが、このアレイアンテナ送受信装置では、送信される無線信号と受信される無線信号とがアンテナ素子の近傍で同一の経路を通過し、この同一の経路上から減衰器６０３、７０３によりそれぞれ位相校正用信号が取り出されるため、位相校正用送信信号変換部６０５にアンテナ素子７０１により受信された無線信号が混入したり、位相校正用受信信号変換部７０５に送信無線部６０２から出力された無線信号が混入したりして、送信される無線信号と受信される無線信号とが互いにノイズとして混入し合う問題がある。
【００１７】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、構成が簡素で小型化及び軽量化を図りやすく、さらに同一経路を通過する送信される無線信号と受信される無線信号とからそれぞれの位相校正用信号をきれいに分離して取り出すことのできるアレイアンテナ送受信装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るアレイアンテナ送受信装置は、複数のアンテナ素子と、送信ベースバンド信号に対して前記アンテナ素子それぞれに対応した重み付け処理を行って指向性送信ベースバンド信号を形成すると共に、複数の前記アンテナ素子により受信された受信ベースバンド信号に前記アンテナ素子それぞれに対応した重み付け処理を行って指向性受信ベースバンド信号を形成するベースバンド処理手段と、前記ベースバンド処理手段と複数の前記アンテナ素子との間にそれぞれ設けられ、前記指向性送信ベースバンド信号を無線信号に変換する複数の送信無線手段と、前記ベースバンド処理手段と複数の前記アンテナ素子との間にそれぞれ設けられ、前記アンテナ素子により受信された無線信号を受信ベースバンド信号に変換する複数の受信無線手段と、複数の前記送信無線手段から出力される前記無線信号を位相校正用の基準ベースバンド信号に変換して前記ベースバンド処理手段に入力させる位相校正用送信信号変換手段と、複数の前記アンテナ素子により受信された前記無線信号を位相校正用の基準ベースバンド信号に変換して前記ベースバンド処理手段に入力させる位相校正用受信信号変換手段と、前記アンテナ素子と前記送信無線手段及び前記受信無線手段との間に設けられた複数の方向性結合器と、前記方向性結合器により減衰され出力される前記送信無線手段からの複数の前記無線信号のうちいずれかを選択的に前記位相校正用送信信号変換手段に供給する第１の選択手段と、前記方向性結合器により減衰され出力される前記アンテナ素子からの前記無線信号のうちいずれかを選択的に前記位相校正用受信信号変換手段に供給する第２の選択手段と、を具備する構成を採る。
【００１９】
この構成によれば、アンテナ素子と送信無線手段及び前記受信無線手段との間に方向性結合器が設けられるため、アンテナ素子の近傍において同一経路を通過する送信される無線信号と受信される無線信号とからそれぞれの位相校正用信号をきれいに分離して取り出すことができる。
【００２０】
本発明に係るアレイアンテナ送受信装置は、前記発明において、前記方向性結合器は、前記アンテナ素子に接続される第１の接続端子と、前記送信無線手段及び前記受信無線手段に接続される第２の接続端子と、前記第１の接続端子と方向性を示し、かつ、前記位相校正用受信信号変換手段に接続される第３の接続端子と、前記第２の接続端子と方向性を示し、かつ、前記位相校正用送信信号変換手段に接続される第４の接続端子と、を具備する構成を採る。
【００２１】
この構成によれば、前記発明による効果に加えて、送信される無線信号の位相校正用信号と受信される無線信号の位相校正用信号とを一つの方向性結合器の異なる接続端子からそれぞれ取り出すため、アレイアンテナ送受信装置の構成を簡素化して、その小型化及び軽量化を容易に図ることができる。
【００２２】
本発明に係るアレイアンテナ送受信装置は、前記発明において、前記位相校正用受信信号変換手段と前記第３の接続端子との間に、前記位相校正用受信信号変換手段又は終端のいずれか一方と前記第３の接続端子とを接続する第１のスイッチを具備し、前記位相校正用送信信号変換手段と前記第４の接続端子との間に、前記位相校正用送信信号変換手段又は終端のいずれか一方と前記第４の接続端子とを接続する第２のスイッチを具備する構成を採る。
【００２３】
この構成によれば、前記発明による効果に加えて、位相校正用送信信号変換部及び位相校正用受信信号変換部と方向性結合器とを接続する経路上に、終端を具備するスイッチがそれぞれ設置されるため、ＴＤＤ方式の通信において位相校正用送信信号変換部と位相校正用受信信号変換部とのアイソレーションを十分に確保することができる。
【００２４】
本発明に係るアレイアンテナ送受信装置は、前記発明において、前記位相校正用受信信号変換手段と前記第３の接続端子との間に、前記アンテナ素子により受信された前記無線信号を選択して通過させる第１のバンドパスフィルタを具備し、前記位相校正用送信信号変換手段と前記第４の接続端子との間に、前記送信無線手段から出力された前記無線信号を選択して通過させる第２のバンドパスフィルタを具備する構成を採る。
【００２５】
この構成よれば、前記発明による効果に加えて、位相校正用送信信号変換部と方向性結合器とを接続する経路上に位相校正用信号を選択して通過させるバンドバスフィルタが設置されるため、ＦＤＤ方式の通信において位相校正用送信信号変換部と位相校正用受信信号変換部とのアイソレーションを十分に確保することができる。
【００２６】
本発明に係るアレイアンテナ送受信装置は、前記発明において、前記送信無線手段、前記受信無線手段及び前記方向性結合器の前記第２の接続端子に接続され、前記送信無線手段から出力されてくる前記無線信号を前記第２の接続端子に出力し、前記第２の接続端子から出力されてくる前記無線信号を前記受信無線手段に出力するアンテナ共用器を具備する構成を採る。
【００２７】
この構成によれば、受信された無線信号が送信無線部に入力されること及び送信される無線信号が受信無線部に入力されることがアンテナ共用器によって阻止されるため、ベースバンド処理部へのノイズの混入を効果的に軽減することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の骨子は、送信無線部及び受信無線部に接続されたアンテナ共用器とアンテナ素子との間に方向性結合器を介在させ、この方向性結合器の接続端子について、アンテナ共用器に接続される接続端子と方向性を示す接続端子に送信無線部において生じる位相誤差を測定する際に用いられる基準ベースバンド信号を生成する位相校正用送信信号変換部を接続し、一方アンテナ素子に接続される接続端子と方向性を示す接続端子に受信無線部において生じる位相誤差を測定する際に用いられる基準ベースバンド信号を生成する位相校正用受信信号変換部を接続することである。
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るアレイアンテナ送受信装置の構成を示すブロック図である。
【００３１】
本実施の形態に係るアレイアンテナ送受信装置は、複数の無線ユニット１０６、第１の選択器１０９、第２の選択器１０８、位相校正用送信信号変換部１１０、位相校正用受信信号変換部１１１及びベースバンド処理部１０７を具備する。また、無線ユニット１０６は、アンテナ素子１０１、方向性結合器１０２、アンテナ共用器１０３、送信無線部１０４及び受信無線部１０５を具備する。
【００３２】
アンテナ素子１０１は、ベースバンド処理部１０７から送信無線部１０４、アンテナ共用器１０３及び方向性結合器１０２を介して出力されてくる無線信号を送信すると共に、無線信号を受信して方向性結合器１０２に出力する。
【００３３】
方向性結合器１０２は、アンテナ素子１０１に接続される第１の接続端子２０１と、アンテナ共用器１０３に接続される第２の接続端子２０２と、第１の接続端子２０１と方向性を示し、かつ、位相校正用受信信号変換部１１１に接続される第３の接続端子２０３と、第２の接続端子２０２と方向性を示し、かつ、位相校正用送信信号変換部１１０に接続される第４の接続端子２０４と、を具備する。方向性結合器１０２の機能及び動作については、後述する。
【００３４】
アンテナ共用器１０３は、方向性結合器１０２と送信無線部１０４及び受信無線部１０５とに接続され、送信無線部１０４から出力されてくる無線信号を方向性結合器１０２に出力し、また方向性結合器１０２から出力されてくる無線信号を受信無線部１０５に出力する。アンテナ共用器１０３としては、ＴＤＤ（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｄｕｐｌｅｘ）方式のアレイアンテナ送受信装置ではＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｐｏｌｅ  Ｄｏｕｂｌｅ−Ｔｈｒｏｗ）の半導体スイッチが、またＦＤＤ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｄｕｐｌｅｘ）方式のアレイアンテナ送受信装置では誘電体フィルタの共用器が例示される。ＳＰＤＴの半導体スイッチ及び誘電体フィルタを共に具備するアンテナ共用器として、パナソニック社製の「積層アンテナスイッチフィルタ（Ｌシリーズ）」が例示される。
【００３５】
送信無線部１０４は、直交変調器、周波数アップコンバータ及びパワーアンプ等の構成部（図示しない）を具備し、ベースバンド処理部１０７から出力されてくる指向性送信ベースバンド信号を前記各構成部で処理した後にアンテナ共用器１０３に出力する。
【００３６】
受信無線部１０５は、ＬＮＡ（Ｌｏｗ  Ｎｏｉｓｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）、周波数ダウンコンバータ及び直交復調器等の構成部（図示しない）を具備し、アンテナ共用器１０３から出力されてくる無線信号を前記各構成部で処理してベースバンド信号に変換した後にベースバンド処理部１０７に出力する。
【００３７】
ベースバンド処理部１０７は、複数の送信無線部１０４、複数の受信無線部１０５、位相校正用送信信号変換部１１０及び位相校正用受信信号変換部１１１に接続される。ベースバンド処理部１０７の機能及び動作については、後述する。
【００３８】
第２の選択器１０８は、ＳＰＤＴ又はＳＰ８Ｔ等の半導体スイッチで構成され、複数の無線ユニット１０６が備える各方向性結合器１０２の第３の接続端子２０３と、位相校正用受信信号変換部１１１と、に接続される。また、第２の選択器１０８は、予め設定された周期毎に接続する無線ユニット１０６を切り替えて選択する。
【００３９】
同様に、第１の選択器１０９は、ＳＰＤＴ又はＳＰ８Ｔ等の半導体スイッチで構成され、複数の無線ユニット１０６が備える各方向性結合器１０２の第４の接続端子２０４と、位相校正用送信信号変換部１１０と、に接続される。また、選択器１０９は、予め設定された周期毎に接続する無線ユニット１０６を切り替えて選択する。
【００４０】
位相校正用送信信号変換部１１０は、周波数ダウンコンバータ及び直交復調器等（図示しない）の各構成部を具備し、第１の選択器１０９から出力されてくる位相校正用信号を前記各構成部で処理して基準ベースバンド信号に変換した後に、この基準ベースバンド信号をベースバンド処理部１０７に出力する。
【００４１】
同様に、位相校正用受信信号変換部１１１は、周波数ダウンコンバータ及び直交復調器等（図示しない）の各構成部を具備し、第２の選択器１０８から出力されてくる位相校正用信号を前記各構成部で処理して基準ベースバンド信号に変換した後に、この基準ベースバンド信号をベースバンド処理部１０７に出力する。
【００４２】
図２に、方向性結合器１０２の構成を示す。
【００４３】
方向性結合器１０２は、第１から第４までの４つの接続端子を具備し、第１の接続端子２０１にはアンテナ素子１０１が接続され、第２の接続端子２０２にはアンテナ共用器１０３が接続され、第３の接続端子２０３には第２の選択器１０８が接続され、第４の接続端子２０４には第１の選択器１０９が接続される。なお、本発明における「接続される」には、各構成部が直接的に接続される場合のみならず、間接的に接続される場合も含まれる。即ち、例えば「方向性結合器１０２の第２の接続端子２０２に送信無線部１０４及び受信無線部１０５が接続される」場合には、「方向性結合器１０２の第２の接続端子２０２に「アンテナ共用器１０３を介して」送信無線部１０４及び受信無線部１０５が接続される」場合も含まれる。
【００４４】
方向性結合器１０２は、無線信号が入力される接続端子と方向性を示す他の接続端子を具備するものであって、第１の接続端子２０１に対しては第３の接続端子２０３が方向性を示し、第２の接続端子２０２に対しては第４の接続端子２０４が方向性を示す。ここで「方向性を示す」とは、例えば結合度が２０ｄＢで挿入損失が０．５ｄＢの方向性結合器１０２であれば、第１の接続端子２０１から入力される無線信号が第３の接続端子２０３から２０ｄＢ減衰されて取り出されることを意味する。このとき第２の接続端子２０２からは０．５ｄＢ減衰された無線信号が出力されるが、第４の接続端子２０４からは無線信号を取り出すことができない。また同様に、第２の接続端子２０２から入力される無線信号は、第４の接続端子２０４から２０ｄＢ減衰されて取り出され、第２の接続端子２０２からは０．５ｄＢ減衰されて出力されるが、第３の接続端子２０３からは無線信号を取り出すことができない。
【００４５】
方向性結合器１０２としては、その具体的構成を特に限定されるものではないが、例えば第１の接続端子２０１と第２の接続端子２０２とを結ぶ第１の経路、並びに第３の接続端子２０３と第４の接続端子２０４を結ぶ第２の経路について、第１の経路と第２の経路との間に無線信号の波長λの１／４の間隔を置いて結合孔を２つ設けたものが挙げられる。その他、方向性結合器１０２としては、結合孔の個数がちがうものや長いスリットを用いるものなども知られている。
【００４６】
次いで、本実施の形態に係るアレイアンテナ送受信装置の動作及びその機能について説明する。
【００４７】
先ず、このアレイアンテナ送受信装置が無線信号を送信する場合の装置動作について詳細に説明する。ベースバンド処理部１０７では、送信ベースバンド信号にその出力先である無線ユニット１０６毎に予め設定された重み係数が乗算されることにより、その位相を適宜変調された指向性送信ベースバンド信号が生成される。この指向性送信ベースバンド信号は、送信無線部１０４に出力された後に、直交変調、周波数アップコンバート及び増幅処理を施されて無線信号に変換される。この無線信号は、アンテナ共用器１０３を介して方向性結合器１０２の第２の接続端子２０２に出力される。続いて、この無線信号は、方向性結合器１０２において、その第１の接続端子２０１から０．５ｄＢ減衰されて出力される。この第１の接続端子２０１から出力された無線信号は、アンテナ素子１０１を通して送信される。
【００４８】
一方で、方向性結合器１０２において、この無線信号は、第４の接続端子２０４から２０ｄＢ減衰され位相校正用信号として取り出されて第１の選択器１０９に出力される。第１の選択器１０９は、予め設定された所定周期毎に複数の無線ユニット１０６の中から位相校正用送信信号変換部１１０に接続する方向性結合器１０２を選択する。そのため、位相校正用信号は、第１の選択器１０９により選択される周期毎に位相校正用送信信号変換部１１０に出力される。続いて、位相校正用信号は、位相校正用送信信号変換部１１０において周波数ダウンコンバート及び直交復調処理等を施されて、位相校正用の基準ベースバンド信号に変換される。この基準ベースバンド信号は、直ちにベースバンド処理部１０７に出力される。ベースバンド処理部１０７では、全ての無線ユニット１０６について、その基準ベースバンド信号の位相が測定される。
【００４９】
このようにベースバンド処理部１０７から出力された指向性送信ベースバンド信号は、送信無線部１０４、アンテナ共用器１０３、方向性結合器１０２、第１の選択器１０９及び位相校正用送信信号変換部１１０を経由してその間に各種処理を施され、最終的に位相校正用の基準ベースバンド信号としてベースバンド処理部１０７に帰還する。ベースバンド処理部１０７から出力された指向性送信ベースバンド信号は、前記各種処理を施されるため、前記各種処理を施す装置の個体差等により予想外にその位相が変化する場合がある。この予想外の位相変化を放置すれば、複数の無線ユニット１０６におけるアンテナ素子１０１から送信される無線信号が予定通りに干渉しなくなるため、無線信号のアンテナ指向性が損なわれる。そこで、ベースバンド処理部１０７は、帰還した基準ベースバンド信号の位相を全ての無線ユニット１０６について測定し、その測定結果である無線ユニット１０６間に実際に生じている位相差から予め設定された重み係数に基づく無線ユニット１０６毎に生じるはずの位相差（計算上の位相差）を差し引いて、複数の無線ユニット１０６のいずれかに位相誤差が生じていないかを調査する。そして、この位相誤差を見出したときには、ベースバンド処理部１０７は、位相誤差を解消するように該当する無線ユニット１０６についての前記重み係数を適宜調整する。
【００５０】
次に、このアレイアンテナ送受信装置が無線信号を受信する場合の装置動作について詳細に説明する。アンテナ素子１０１に受信された無線信号は、方向性結合器１０２の第１の接続端子２０１に出力される。この無線信号は、方向性結合器１０２において、第２の接続端子２０２から０．５ｄＢ減衰されて出力される。この第２の接続端子から出力される無線信号は、アンテナ共用器１０３を介して受信無線部１０５に出力される。続いて、この無線信号は、受信無線部１０５において増幅、周波数ダウンコンバート及び直交復調等の処理を施されて受信ベースバンド信号に変換され、ベースバンド処理部１０７に出力される。ベースバンド処理部１０７では、全ての無線ユニット１０６について受信ベースバンド信号の位相が測定される。
【００５１】
一方で、方向性結合器１０２において、アンテナ素子１０１から出力されてくる無線信号は、第３の接続端子２０３から２０ｄＢ減衰され位相校正用信号として取り出されて、第２の選択器１０８に出力される。第２の選択器１０８は、予め設定された所定周期毎に複数の無線ユニット１０６の中から位相校正用受信信号変換部１１１に接続する方向性結合器１０２を選択する。そのため、位相校正用信号は、第２の選択器１０８により方向性結合器１０２と位相校正用受信信号変換部１１１とが接続される周期毎に位相校正用受信信号変換部１１１に出力される。続いて、位相校正用信号は、位相校正用受信信号変換部１１１において周波数ダウンコンバート及び直交復調処理を施されて位相校正用の基準ベースバンド信号に変換された後に、ベースバンド処理部１０７に出力される。ベースバンド処理部１０７においては、全ての無線ユニット１０６について位相校正用の受信ベースバンド信号の位相が測定される。
【００５２】
ベースバンド処理部１０７では、受信無線部１０５を経由して出力されてくる受信ベースバンド信号の位相と、位相校正用受信信号変換部１１１を経由して出力されてくる基準ベースバンド信号の位相と、を比較して、これら二つのベースバンド信号の間で観測される位相誤差を全ての無線ユニット１０６について測定する。そして、ベースバンド処理部１０７は、位相校正用の基準ベースバンド信号の位相を基準として前記受信ベースバンド信号に乗算する重み係数を適宜調整することにより、受信ベースバンド信号の位相を基準ベースバンド信号の位相に同調させて、これらの間で観測される位相誤差を校正する。
【００５３】
本実施の形態に係るアレイアンテナ送受信装置によれば、アンテナ共用器１０３を用いるため、アンテナ素子１０１及び減衰器６０３、７０３を送信用と受信用とで個別に設ける必要がなくなることから、アレイアンテナ送受信装置の構成を簡素化して、その小型化及び軽量化を図ることができる。
【００５４】
また、本実施の形態に係るアレイアンテナ送受信装置によれば、アンテナ素子１０１とアンテナ共用器１０３との間に方向性結合器１０２が設置され、かつ、方向性結合器１０２において送信される無線信号と受信される無線信号がそれぞれ異なる接続端子から入力されてそれぞれ方向性を示す他の接続端子から位相校正用信号が別々に取り出されるため、アンテナ共用器１０３と送信無線部１０４で生じる位相誤差及びアンテナ共用器１０３と受信無線部１０５で生じる位相誤差を正確に測定することができる。
【００５５】
なお、本実施の形態に係るアレイアンテナ送受信装置を以下のように変形したり、応用したりしてもよい。
【００５６】
本実施の形態では、アンテナ共用器１０３としてＳＰＤＴの半導体スイッチや誘電体フィルタを用いる場合について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、例えばアンテナ共用器１０３を用いることなく、ＦＤＤ方式のアレイアンテナ送受信装置では送信無線部１０４及び受信無線部１０５にそれぞれ異なる周波数の無線信号を通過させるバンドパスフィルタを設けてもよく、またＴＤＤ方式のアレイアンテナ送受信装置では送信無線部１０４及び受信無線部１０５にそれぞれ送信時又は受信時を自動的に判別して方向性結合器１０２に接続するスイッチを設けてもよい。
【００５７】
ちなみに、本発明に係るアレイアンテナ送受信装置には、アダプティブアレイアンテナ送受信装置が含まれる。
【００５８】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係るアレイアンテナ送受信装置の構成を示すブロック図である。
【００５９】
以下、本実施の形態に係るアレイアンテナ送受信装置について、適宜図を参照しつつ説明するが、実施の形態１において示した構成要素と同様の機能を発揮する構成要素については、同一の参照符号を附してその説明を省略する。
【００６０】
本実施の形態に係るアレイアンテナ送受信装置は、実施の形態１に係るアレイアンテナ送受信装置において、第１の選択器１０９と位相校正用送信信号変換部１１０との間に第２のスイッチ３０１を設け、また第２の選択器１０８と位相校正用受信信号変換部１１１との間に第１のスイッチ３０３を設けたものである。
【００６１】
第２のスイッチ３０１は、ＳＰＤＴスイッチであって、位相校正用送信信号変換部１１０と抵抗終端３０２のいずれか一方が第１の選択器１０９に選択的に接続されるものである。
【００６２】
また、第１のスイッチ３０３も、ＳＰＤＴスイッチであって、位相校正用受信信号変換部１１１と抵抗終端３０４のいずれか一方が第２の選択器１０８に選択的に接続されるものである。
【００６３】
本実施の形態に係るアレイアンテナ送受信装置は、ＴＤＤ方式の通信に適したものである。ＴＤＤ方式の通信では、送信される無線信号と受信される無線信号とに同一周波数の搬送波を使用し、送信と受信を時間的に交互に行う。そこで、第２のスイッチ３０１は、送信時においては位相校正用信号が位相校正用送信信号変換部１１０に出力されるように、第１の選択器１０９と位相校正用送信信号変換部１１０とを接続する。このとき第１のスイッチ３０３は、第２の選択器１０８から位相校正用信号が位相校正用受信信号変換部１１１に出力されないように第２の選択器１０８と抵抗終端３０４とを接続する。また、第２のスイッチ３０１は、受信時においては位相校正用信号が位相校正用送信信号変換部１１０に出力されないように第１の選択器１０９と抵抗終端３０２とを接続する。このとき第１のスイッチ３０３は、第２の選択器１０８から位相校正用信号が位相校正用受信信号変換部１１１に出力されるように第２の選択器１０８と位相校正用受信信号変換部１１１とを接続する。
【００６４】
本実施の形態に係るアレイアンテナ送受信装置によれば、無線信号の送信時又は受信時において、第２のスイッチ３０１又は第１のスイッチ３０３が適宜自動的に抵抗終端３１２、３１４に接続されるため、位相校正用送信信号変換部１１０又は位相校正用受信信号変換部１１１にノイズが入ることを効果的に抑制することができる。従って、本実施の形態に係るアレイアンテナ送受信装置によれば、位相校正用送信信号変換部１１０と位相校正用受信信号変換部１１１とのアイソレーションを高めることができる。
【００６５】
（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３に係るアレイアンテナ送受信装置の構成を示すブロック図である。
【００６６】
以下、本実施の形態に係るアレイアンテナ送受信装置について、適宜図を参照しつつ説明するが、実施の形態１において示した構成要素と同様の機能を発揮する構成要素については、同一の参照符号を附してその説明を省略する。
【００６７】
本実施の形態に係るアレイアンテナ送受信装置は、実施の形態１に係るアレイアンテナ送受信装置において、第１の選択器１０９と位相校正用送信信号変換部１１０との間に第２のバンドパスフィルタ４０１を設け、また第２の選択器１０８と位相校正用受信信号変換部１１１との間に第１のバンドパスフィルタ４０２を設けるものである。
【００６８】
本実施の形態に係るアレイアンテナ送受信装置は、ＦＤＤ方式の通信に適したものである。ＦＤＤ方式の通信では、送信される無線信号と受信される無線信号とに周波数の異なる搬送波が使用される。そのため、アンテナ共用器１０３は、誘電体フィルタを具備するものであることが好ましい。
【００６９】
第２のバンドパスフィルタ４０１は、受信される無線信号に由来して方向性結合器１０２から漏れ出てくる位相校正用信号を遮断して、送信される無線信号に由来する位相校正用信号だけを選択的に通過させるように、取り出すことのできる周波数が適宜選択される。同様に、第１のバンドパスフィルタ４０２も、送信される無線信号に由来して方向性結合器１０２から漏れ出てくる位相校正用信号を遮断して、受信される無線信号に由来する位相校正用信号だけを選択的に通過させるように、取り出すことのできる周波数が適宜選択される。
【００７０】
本実施の形態に係るアレイアンテナ送受信装置によれば、ＦＤＤ方式の通信において、第２のバンドパスフィルタ４０１及び第１のバンドパスフィルタ４０２が予め設定された周波数以外の無線信号の通過を遮断するため、位相校正用送信信号変換部１１０及び位相校正用受信信号変換部１１１にノイズが入ることを効果的に抑制できる。従って、本実施の形態に係るアレイアンテナ送受信装置によれば、位相校正用送信信号変換部１１０と位相校正用受信信号変換部１１１とのアイソレーションを改善して、アイソレーションの劣化に由来する位相校正用送信信号変換部１１０及び位相校正用受信信号変換部１１１の出力の減衰量の変動や位相の変動を小さくすることができる。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、構成が簡素で小型化及び軽量化を図りやすく、さらに同一経路を通過する送信される無線信号と受信される無線信号とからそれぞれの位相校正用信号をきれいに分離して取り出すことのできるアレイアンテナ送受信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るアレイアンテナ送受信装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明に係るアレイアンテナ送受信装置に具備される方向性結合器の構成を示す図
【図３】本発明の実施の形態２に係るアレイアンテナ送受信装置の構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態３に係るアレイアンテナ送受信装置の構成を示すブロック図
【図５】従来のアダプティブアレイ送受信装置の構成を示すブロック図
【図６】従来のアレイアンテナ送信装置の構成を示すブロック図
【図７】従来のアレイアンテナ受信装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１０１、５０１、６０１、７０１  アンテナ素子
１０２  方向性結合器
１０３  アンテナ共用器
１０４、６０２  送信無線部
１０５、７０２  受信無線部
１０６  無線ユニット
１０７、６０６、７０６  ベースバンド処理部
１０８、７０４  第２の選択器
１０９、６０４  第１の選択器
１１０、６０５  位相校正用送信信号変換部
１１１、７０５  位相校正用受信信号変換部
３０１  第２のスイッチ
３０３  第１のスイッチ
３０２、３０４  抵抗終端
４０１  第２のバンドパスフィルタ
４０２  第１のバンドパスフィルタ
５０２  重み付け器
５０３  合成／分配器
５０４  送受信部
６０３、７０３  減衰器
６１０  無線送信ユニット
７１０  無線受信ユニット
【図１】
2004320367.tif 000003
【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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