(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信ＩＦ信号を複数の送信装置に所定の入力位相で分配する分配・移相器を備え、各送信装置で送信ＩＦ信号を周波数アップコンバートした送信ＲＦ信号をそれぞれアンテナから所定の位相で送信する追尾アンテナ装置において、
前記送信装置で周波数アップコンバートされた後の前記送信ＲＦ信号を、周波数アップコンバートされる前の前記送信ＩＦ信号を逓倍した高調波成分を用いて低い周波数のダウンコンバート信号に変換する逓倍ダウンコンバート手段と、
前記各送信装置の前記ダウンコンバート信号から特性変動による各アンテナ間の相対位相差を検出する位相変動検出手段とを備え、
前記分配・移相器は、前記相対位相差の検出結果に基づいて前記複数の送信装置に分配する送信ＩＦ信号の各入力位相を制御し、各アンテナ間の位相変動を補償する構成である
ことを特徴とする追尾アンテナ装置。
【請求項２】
送信ＩＦ信号を複数の送信装置に所定の入力位相で分配する分配・移相器を備え、各送信装置で送信ＩＦ信号を周波数アップコンバートした送信ＲＦ信号をそれぞれアンテナから所定の位相で送信する追尾アンテナ装置において、
前記送信装置で周波数アップコンバートされた後の前記送信ＲＦ信号を、周波数アップコンバートされる前の前記送信ＩＦ信号を用いて２次以上のエイリアス成分によって発生する低い周波数のダウンコンバート信号に変換する周波数変換手段と、
前記各送信装置の前記ダウンコンバート信号から特性変動による各アンテナ間の相対位相差を検出する位相変動検出手段とを備え、
前記分配・移相器は、前記相対位相差の検出結果に基づいて前記複数の送信装置に分配する送信ＩＦ信号の各入力位相を制御し、各アンテナ間の位相変動を補償する構成である
ことを特徴とする追尾アンテナ装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の追尾アンテナ装置において、
前記位相変動検出手段は、前記各送信装置の前記ダウンコンバート信号から相対位相差を検出し、このダウンコンバート信号の相対位相差と前記各送信装置に分配する前記送信ＩＦ信号の既知の入力位相とを用いて、前記各送信装置の周波数アップコンバートで重畳される相対位相差を検出する構成である
ことを特徴とする追尾アンテナ装置。
【請求項４】
送信ＩＦ信号を複数の送信装置に所定の入力位相で分配する分配・移相器を備え、各送信装置で送信ＩＦ信号を周波数アップコンバートした送信ＲＦ信号をそれぞれアンテナから所定の位相で送信する追尾アンテナ装置の位相変動補償方法において、
前記送信装置で周波数アップコンバートされた後の前記送信ＲＦ信号を、周波数アップコンバートされる前の前記送信ＩＦ信号を逓倍した高調波成分を用いて低い周波数のダウンコンバート信号に変換し、
前記各送信装置の前記ダウンコンバート信号を位相変動検出手段に入力し、特性変動による各アンテナ間の相対位相差を検出し、
前記分配・移相器は、前記相対位相差の検出結果に基づいて前記複数の送信装置に分配する送信ＩＦ信号の各入力位相を制御し、各アンテナ間の位相変動を補償する
ことを特徴とする追尾アンテナ装置の位相変動補償方法。
【請求項５】
送信ＩＦ信号を複数の送信装置に所定の入力位相で分配する分配・移相器を備え、各送信装置で送信ＩＦ信号を周波数アップコンバートした送信ＲＦ信号をそれぞれアンテナから所定の位相で送信する追尾アンテナ装置の位相変動補償方法において、
前記送信装置で周波数アップコンバートされた後の前記送信ＲＦ信号を、周波数アップコンバートされる前の前記送信ＩＦ信号を用いて２次以上のエイリアス成分によって発生する低い周波数のダウンコンバート信号に変換し、
前記各送信装置の前記ダウンコンバート信号を位相変動検出手段に入力し、特性変動による各アンテナ間の相対位相差を検出し、
前記分配・移相器は、前記相対位相差の検出結果に基づいて前記複数の送信装置に分配する送信ＩＦ信号の各入力位相を制御し、各アンテナ間の位相変動を補償する
ことを特徴とする追尾アンテナ装置の位相変動補償方法。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の追尾アンテナ装置の位相変動補償方法において、
前記位相変動検出手段は、前記各送信装置の前記ダウンコンバート信号から相対位相差を検出し、このダウンコンバート信号の相対位相差と前記各送信装置に分配する前記送信ＩＦ信号の既知の入力位相とを用いて、前記各送信装置の周波数アップコンバートで重畳される相対位相差を検出する
ことを特徴とする追尾アンテナ装置の位相変動補償方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体衛星通信用地球局装置における追尾アンテナ装置および位相変動補償方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
追尾アンテナ装置は、各種センサ情報や通信の相手方からの受信信号から指向方向推定や指向方向誤差量を検出し、アンテナの指向方向（仰角および方位角）を機械的に制御する機能を備えている。
【０００３】
一方、衛星通信は洋上で提供される唯一のブロードバンド通信手段であることから、船上の衛星通信用地球局装置の故障に対する信頼性を低コストで実現する手法として、複数のアンテナを使用する追尾アンテナ装置が検討されている（非特許文献１）。
【０００４】
図５は、複数のアンテナを使用する従来の追尾アンテナ装置の構成例を示す。
図５において、追尾アンテナ装置は、複数Ｎ個の追尾アンテナ送受信部５０−１〜５０−Ｎと変復調装置６０により構成される。
【０００５】
図６は、追尾アンテナ送受信部５０−ｋの構成例を示す（ｋ＝１〜Ｎ）。
図６において、追尾アンテナ送受信部５０−ｋは、追尾機能付きアンテナ部５１と、周波数ダウンコンバート器５２と、周波数アップコンバート器５３により構成される。周波数ダウンコンバート器５２は、追尾機能付きアンテナ部１１から入力する受信ＲＦ信号ＲRF(k) を周波数ダウンコンバートした受信ＩＦ信号ＲIF(k) を変復調装置６０に出力する。周波数アップコンバート器５３は、局部発振器５３１と、周波数変換器５３２と、高域通過フィルタ（ＨＰＦ）５３３を備え、変復調装置６０から入力する周波数ｆIFの送信ＩＦ信号ＴIF(k) と局部発振器１３１から入力する周波数ｆLOのローカル信号ＬＯ(k) を周波数変換器５３２でミキシングし、高域通過フィルタ５３３を介して周波数ｆRF（＝ｆIF＋ｆLO）の送信ＲＦ信号ＴRF(k) を追尾機能付きアンテナ部５１に出力する。
【０００６】
ローカル信号ＬＯ(k) 、送信ＩＦ信号ＴIF(k) 、送信ＲＦ信号ＴRF(k) は次のように表される。ここで、Ｔは設定周期、ｍは自然数である。
ローカル信号ＬＯ(k) ： cos(2πfLOｔ＋Δθk(t))
送信ＩＦ信号ＴIF(k) ： cos(2πfIFｔ＋θink(mT)) 
送信ＲＦ信号ＴRF(k) ： cos(2πfRFｔ＋θink(mT)＋Δθk(t))
【０００７】
このような追尾アンテナ装置では、複数の追尾アンテナ送受信部５０−１〜５０−Ｎからの送信信号が衛星局に対して所定の位相で送信するように制御し、信頼性向上とともに指向方向精度の向上、ＥＩＲＰ（実効放射電力）およびＧ／Ｔ（受信性能）を向上させている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】須崎、鈴木、山下、小林、「複数アンテナを用いた船上地球局追尾アンテナの検討」、2010年電子情報通信学会ソサイエティ大会、 B-3-19 、2010
【非特許文献２】「モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）」p.120 電子情報通信学会  コロナ社  1997年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
各追尾アンテナ送受信部５０−ｋが備える局部発振器５３１は，共通の参照信号（例えば10ＭHz参照信号) を入力し、同一の周波数（Ｋｕ帯では 13.05ＧHz）で発振している。ここで、ローカル信号と参照信号との周波数差が1000倍超であるため、各追尾アンテナ送受信装置の局部発振器間の分周等によるわずかな位相のずれΔθk (t) が蓄積すると、時間経過とともに相対的な位相が変動する。図７は、各追尾アンテナ送受信装置の送信信号の相対位相差の時間変動を示す。このような相対位相差が生じると、利得の低下、指向方向のずれといった問題が生じる。
【００１０】
この問題を解決するためには、変復調装置６０において、各追尾アンテナ送受信装置５０−ｋの周波数アップコンバート器５３の出力を位相比較し、上記のような特性変動による位相差が０になるようフィードバック制御を行う方法が考えられる。しかし、周波数アップコンバート後の信号は周波数が高く、さらに各追尾アンテナ送受信装置５０−ｋ間もメートルオーダとなる場合もあることから、損失や環境変化による位相変動の点を考慮すると、変復調装置６０へそのままのフィードバックは困難となる。そのため、低い周波数に変換することが望ましいが、独立の局部発振器を用いて周波数変換を行うと、周波数アップコンバート器５３と同様に新たな位相変動が重畳されてしまう。
【００１１】
本発明は、それぞれ独立に動作する複数の追尾アンテナ送受信装置における時間経過による位相変動を補償することができる追尾アンテナ装置および位相変動補償方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１の発明は、送信ＩＦ信号を複数の送信装置に所定の入力位相で分配する分配・移相器を備え、各送信装置で送信ＩＦ信号を周波数アップコンバートした送信ＲＦ信号をそれぞれアンテナから所定の位相で送信する追尾アンテナ装置において、送信装置で周波数アップコンバートされた後の送信ＲＦ信号を、周波数アップコンバートされる前の送信ＩＦ信号を逓倍した高調波成分を用いて低い周波数のダウンコンバート信号に変換する逓倍ダウンコンバート手段と、各送信装置のダウンコンバート信号から特性変動による各アンテナ間の相対位相差を検出する位相変動検出手段とを備え、分配・移相器は、相対位相差の検出結果に基づいて複数の送信装置に分配する送信ＩＦ信号の各入力位相を制御し、各アンテナ間の位相変動を補償する構成である。
【００１３】
第２の発明は、送信ＩＦ信号を複数の送信装置に所定の入力位相で分配する分配・移相器を備え、各送信装置で送信ＩＦ信号を周波数アップコンバートした送信ＲＦ信号をそれぞれアンテナから所定の位相で送信する追尾アンテナ装置において、送信装置で周波数アップコンバートされた後の送信ＲＦ信号を、周波数アップコンバートされる前の送信ＩＦ信号を用いて２次以上のエイリアス成分によって発生する低い周波数のダウンコンバート信号に変換する周波数変換手段と、各送信装置のダウンコンバート信号から特性変動による各アンテナ間の相対位相差を検出する位相変動検出手段とを備え、分配・移相器は、相対位相差の検出結果に基づいて複数の送信装置に分配する送信ＩＦ信号の各入力位相を制御し、各アンテナ間の位相変動を補償する構成である。
【００１４】
第１の発明または第２の発明の追尾アンテナ装置において、位相変動検出手段は、各送信装置のダウンコンバート信号から相対位相差を検出し、このダウンコンバート信号の相対位相差と各送信装置に分配する送信ＩＦ信号の既知の入力位相とを用いて、各送信装置の周波数アップコンバートで重畳される相対位相差を検出する構成である。
【００１５】
第３の発明は、送信ＩＦ信号を複数の送信装置に所定の入力位相で分配する分配・移相器を備え、各送信装置で送信ＩＦ信号を周波数アップコンバートした送信ＲＦ信号をそれぞれアンテナから所定の位相で送信する追尾アンテナ装置の位相変動補償方法において、送信装置で周波数アップコンバートされた後の送信ＲＦ信号を、周波数アップコンバートされる前の送信ＩＦ信号を逓倍した高調波成分を用いて低い周波数のダウンコンバート信号に変換し、各送信装置のダウンコンバート信号を位相変動検出手段に入力し、特性変動による各アンテナ間の相対位相差を検出し、分配・移相器は、相対位相差の検出結果に基づいて複数の送信装置に分配する送信ＩＦ信号の各入力位相を制御し、各アンテナ間の位相変動を補償する。
【００１６】
第４の発明は、送信ＩＦ信号を複数の送信装置に所定の入力位相で分配する分配・移相器を備え、各送信装置で送信ＩＦ信号を周波数アップコンバートした送信ＲＦ信号をそれぞれアンテナから所定の位相で送信する追尾アンテナ装置の位相変動補償方法において、送信装置で周波数アップコンバートされた後の送信ＲＦ信号を、周波数アップコンバートされる前の送信ＩＦ信号を用いて２次以上のエイリアス成分によって発生する低い周波数のダウンコンバート信号に変換し、各送信装置のダウンコンバート信号を位相変動検出手段に入力し、特性変動による各アンテナ間の相対位相差を検出し、分配・移相器は、相対位相差の検出結果に基づいて複数の送信装置に分配する送信ＩＦ信号の各入力位相を制御し、各アンテナ間の位相変動を補償する。
【００１７】
第３の発明または第４の発明の追尾アンテナ装置の位相変動補償方法において、位相変動検出手段は、各送信装置のダウンコンバート信号から相対位相差を検出し、このダウンコンバート信号の相対位相差と各送信装置に分配する送信ＩＦ信号の既知の入力位相とを用いて、各送信装置の周波数アップコンバートで重畳される相対位相差を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の追尾アンテナ装置および位相変動補償方法は、それぞれが独立に動作する複数のアンテナ送受信部の特性変動による位相変動を補償することができ、利得および指向方向を安定させることができる。また、複数のアンテナにより構成されるため、冗長による信頼性向上および拡張性のある地球局アンテナ装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の追尾アンテナ装置の実施例構成を示す図である。
【図２】追尾アンテナ送受信装置１０−ｋの構成例を示す図である。
【図３】動的位相変動検出装置３０の構成例を示す図である。
【図４】相対位相差と合成電力の時間変化を示す図である。
【図５】複数のアンテナを使用する従来の追尾アンテナ装置の構成例を示す図である。
【図６】追尾アンテナ送受信部５０−ｋの構成例を示す図である。
【図７】各追尾アンテナ送受信装置の送信信号の相対位相差の時間変動を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、本発明の追尾アンテナ装置の実施例構成を示す。
図１において、本実施例の追尾アンテナ装置は、複数Ｎ個の追尾アンテナ送受信装置１０−１〜１０−Ｎと、変復調装置２０と、動的位相変動検出装置３０により構成される。
【００２１】
変復調装置２０は、各追尾アンテナ送受信装置１０−ｋ（ｋ＝１〜Ｎ）からの受信ＩＦ信号ＲIF(k) を入力して受信データ系列を出力する復調器２１、送信データ系列を入力して送信ＩＦ信号ＴIFを出力する変調器２２、送信ＩＦ信号ＴIFを入力して各追尾アンテナ送受信装置１０−ｋに分配する送信ＩＦ信号ＴIF(k) の出力位相設定を行う分配・移相器２３により構成される。
【００２２】
図２は、追尾アンテナ送受信装置１０−ｋの構成例を示す。
図２において、追尾アンテナ送受信装置１０−ｋは、追尾機能付きアンテナ部１１と、周波数ダウンコンバート器１２と、周波数アップコンバート器１３と、逓倍ダウンコンバート器１４により構成される。逓倍ダウンコンバート器１４は、変復調装置２０の分配・移相器２３から入力する送信ＩＦ信号ＴIF(k) を逓倍する逓倍器１４１、周波数アップコンバート器１３から出力される送信ＲＦ信号ＴRF(k) と逓倍器１４１から出力される周波数逓倍信号（送信ＲＦ信号ＴRF(k) の周波数アップコンバート前の位相変動を含んでいない信号の高調波成分）をミキシングする周波数変換器１４２、周波数変換器１４２の出力から低周波成分のダウンコンバート信号ＴDC(k) を出力する低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１４３により構成される。
【００２３】
図３は、動的位相変動検出装置３０の構成例を示す。
図３において、動的位相変動検出装置３０は、各追尾アンテナ送受信装置１０−１〜１０−Ｎからダウンコンバート信号ＴDC(1) 〜ＴDC(N) を入力するＡ／Ｄ変換器３１−１〜３１−Ｎと、Ａ／Ｄ変換器３１−１〜３１−Ｎの各出力位相と変復調装置２０の分配・移相器２３で送信ＩＦ信号ＴIF(1) 〜ＴIF(N) に設定した位相設定値θin1(mT)〜θinN(mT)（Ｔは設定周期、ｍは自然数）の位相比較を行い、分配・移相器２３にフィードバックする相対位相差Δθ1 1(t)〜ΔθN 1(t)を出力する位相比較演算器３２により構成される。
【００２４】
以下、図１〜図３を参照して本実施例の追尾アンテナ装置の機能について説明する。
追尾アンテナ送受信装置１０−ｋの周波数アップコンバート器１３は、送信ＩＦ信号ＴIF(k)(＝cos(2πfIFｔ＋θink(mT)))とローカル信号ＬＯ(k)(＝cos(2πfLOｔ＋Δθk(t))）をミキシングし、
cos(2πfLOｔ＋Δθk(t)) cos(2πfIFｔ＋θink(mT)) 
＝(1/2)cos(2π(fLO＋fIF)t＋Δθk(t)＋θink(mT)) 
＋(1/2)cos(2π(fLO−fIF)t＋Δθk(t)−θink(mT))       …(1) 
で与えられる複数の周波数成分を持った信号を生成する。このうち、高域通過フィルタを介して周波数ｆRF（＝ｆLO＋ｆIF）の送信ＲＦ信号ＴRF(k) （＝ cos(2πfRFt＋Δθk(t)＋θink(mT))) を出力する。その際、ローカル周波数に含まれているΔθk(t)の位相成分が送信ＲＦ信号ＴRF(k) に重畳されているため、この位相変動を検出し補償を行う必要がある。
【００２５】
課題として挙げたように送信ＲＦ信号ＴRF(k) を直接用いると、損失や環境変化による位相変動等の点で扱いが困難である。そのため、取り扱いが容易な低い周波数に変換することが望ましい。しかし、独立の局部発振器を用いて周波数変換を行うと、周波数アップコンバート器と同様に新たな位相変動が重畳される。そこで逓倍ダウンコンバート器１４では、位相変動を含まない送信ＩＦ信号ＴIF(k) を直接逓倍して参照信号を生成し、これを用いて送信ＲＦ信号ＴRF(k) を低い周波数に変換する。
【００２６】
図２に示すように、逓倍ダウンコンバート器１４の逓倍器１４１は、入力した送信ＩＦ信号ＴIF(k) からＬ倍の高調波成分ＬＴIF(k) を発生させる。周波数変換器１４２は、逓倍器１４１の出力ＬＴIF(k) （＝cosL(2πfIFｔ＋θink(mT)))と送信ＲＦ信号ＴRF(k) （＝cos(2πfRFt＋Δθk(t)＋θink(mT)))をミキシングし、
cos(2πfRFt＋Δθk(t)＋θink(mT))cosＬ(2πfIFｔ＋θink(mT)) 
＝(1/2)cos(2π(fRF＋LfIF)t＋(1＋L)θink(mT)＋Δθk(t))
＋(1/2)cos(2π(fRF−LfIF)t＋(1−L)θink(mT)＋Δθk(t))    …(2) 
で与えられる複数の周波数成分を持った信号を生成する。このうち、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１４３を介して、周波数ｆout (＝fRF−LfIF) のダウンコンバート信号ＴDC(k) （＝cos(2π(foutt＋(1−L)θink(mT)＋Δθk(t))) を出力する。
なお、ダウンコンバート信号ＴDC(k) は、送信ＲＦ信号ＴRF(k) と送信ＩＦ信号ＴIF(k) を周波数変換器１４２に入力し、その出力における２次以上のエイリアス成分を利用してもよい（非特許文献２）。
【００２７】
このダウンコンバート信号ＴDC(k) を利用し、周波数アップコンバート器１３で生じる位相差変動を後段の動的位相変動検出装置３０で検出する。そして、基準となる追尾アンテナ送受信装置１０−ｘの位相から特性変動による相対的な位相ずれが０となるように補正信号を生成する。
【００２８】
以下、補正法の一例を示す。基準となる追尾アンテナ送受信装置１０−ｘを任意に設定することが可能だが、ここでは追尾アンテナ送受信装置１０−１を基準とした追尾アンテナ送受信装置１０−ｋの相対位相差を算出する場合について示す。
【００２９】
まず、ダウンコンバート信号ＴDC(1) ，ＴDC(k) を図３に示す動的位相変動検出装置３０のＡ／Ｄ変換器３１−１，３１−ｋでＡ／Ｄ変換し、位相比較演算器３２で逆三角関数等を用いて２信号の相対位相差θoutk(t) −θout1(t) を求める。Ａ／Ｄ変換後の２信号の相対位相差は、ダウンコンバート信号ＴDC(1) ，ＴDC(k) の相対位相差と以下の式(3) の関係になる。
θoutk(t)−θout1(t) 
＝[((1-L)θink(mT)＋Δθk(t))−((1-L)θin1(mT)＋Δθ1(t))]       …(3) 
【００３０】
ここで、追尾アンテナ送受信装置１０−１,１０−ｋへの入力位相θin1(mT),θink(mT)は既知であるので、位相比較演算器３２では、式(3) を変形した下記の式(4) で表わされる演算を行うことで、周波数アップコンバート器１４−１，１４−ｋの特性変動でそれぞれ重畳されたΔθ1(t)とΔθk(t)の相対位相差Δθk 1(t)を検出できる。
Δθk 1(t)＝[θoutk(t)−θout1(t)]−[(1-L)(θink(mT)−θin1(mT))]    …(4) 
【００３１】
相対位相差Δθk 1(t)はθink(mT) の関数であり一意に決まるので、θink(mT) を適切に制御することにより送信信号に含まれる相対位相差Δθk 1(t)を０にすることができる。そのための補正制御方法の一例としては、θink(mT) 、Δθk 1(t)、定数α(0＜α＜1)を用いて、以下の式(5) のように図１の変復調装置２０の分配・移相器２３の時間ｔ＋１における位相設定量θink((m+1)T) を変化させていくことで、徐々にΔθk 1(t)が０となるようにフィードバック制御をかける等の方法が考えられる。
θink((m+1)T)＝θink(mT)−αΔθk 1(t)            …(5) 
【００３２】
図４は、相対位相差Δθk 1(t)と合成電力の時間変化を示す。設定条件は次の通りである。
送信装置数    ：２
ＩＦ中心周波数： 1086.7 ＭHz
ＲＦ中心周波数：14136.7 ＭHz
逓倍数Ｌ      ：13
フィードバック周波数：9.6 ＭHz
変調方式      ：ＣＷ，ＱＰＳＫ（320kbps)
【００３３】
ここに示すように、従来の補償なしの構成では時間とともに位相差変動が大きくなり、合成電力値を低下するが、本発明の補償制御を行うことにより位相差変動および合成電力をほぼ一定に維持することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１０  追尾アンテナ送受信装置
１１  追尾機能付きアンテナ部
１２  周波数ダウンコンバート器
１３  周波数アップコンバート器
１４  逓倍ダウンコンバート器
１４１  逓倍器
１４２  周波数変換器
１４３  低域通過フィルタ（ＬＰＦ）
２０  変復調装置
２１  復調器
２２  変調器
２３  分配・移相器
３０  動的移相変動検出装置
３１  Ａ／Ｄ変換器
３２  位相比較演算器
５０  追尾アンテナ送受信装置
５１  追尾機能付きアンテナ部
５２  周波数ダウンコンバート器
５３  周波数アップコンバート器
５３１  局部発振器
５３２  周波数変換器
５３３  高域通過フィルタ（ＨＰＦ）
６０  変復調装置
【図１】
0005379173.tif 000002
【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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