(57)【要約】位相アレイアンテナ７６を使用して送信機７０から情報を読み取るための方法および関連する装置であって、ＲＦリンクを提供する位相アレイアンテナの調整が、入射信号が情報を含まない期間に行われる。一実施形態では、この方法および装置を、移動テレビ無線カメラによって送信されたＦＭビデオ信号を受信し、追跡するために使用する。
2004528744.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相アレイアンテナを使用して送信機から情報を読み取る方法であって、ＲＦリンクを提供する位相アレイアンテナの調整が、入射信号が情報を含まない期間に行われる、方法。
【請求項２】
入射信号のいかなる動きの追跡をも、入射信号が情報を含まない１つまたは複数の期間に行う、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
受信信号が、情報搬送部分および非情報搬送部分を備える周波数変調（ＦＭ）アナログビデオ信号である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
送信ビデオ信号の周波数が、１２．２ＧＨｚと１２．５ＧＨｚの間にある、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
位相アレイアンテナが、２個以上の入射信号を同時に受信し、それによって２個以上のＲＦリンクを確立することができる、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
ローコスト（ＬＣ）の位相アレイアンテナを使用する、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
図２から５により実質的に前述したごとき送信機から情報を読み取る方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の方法を組み込んだ位相アレイ受信機を制御するためのコンピュータプログラム。
【請求項９】
請求項８に記載のコンピュータプログラムを保持する記憶媒体。
【請求項１０】
請求項１から７のいずれかに記載の方法を実施するように構成された位相アレイアンテナ用制御装置。
【請求項１１】
位相アレイアンテナ用制御装置であって、
入力信号の入射方向を決定し、それから好ましい入力信号を選択する入力検出手段と、
好ましい入力信号の入射方向に受信ビームを実質的に形成するように位相アレイアンテナを適合させる手段と、
好ましい入力信号の入射方向のいかなる変化をも追跡し、それに応じて、その方向に受信ビームを実質的に形成するように位相アレイアンテナを適合させる追跡手段とを備え、
追跡手段による位相アレイの適合が、入射信号が情報を含まない期間に実質的に行われる、制御装置。
【請求項１２】
追跡手段が、好ましい入力信号を受信するために現在使用している受信ビームを使用して、受信された信号強度を、１本または複数の他の受信ビームによって受信されたいずれかの信号強度と比較することによって、好ましい入力ビームの入射方向のいかなる変化をも追跡する、請求項１１に記載の制御装置。
【請求項１３】
位相アレイアンテナが、２組以上のビーム形成ハードウェアを備え、２本以上の受信ビームを同時に形成し、２個以上のＲＦリンクを確立することを可能とする、、請求項１１または１２に記載の制御装置。
【請求項１４】
位相アレイアンテナから信号をさらに抽出する手段を備える、請求項１１から１３のいずれかに記載の制御装置。
【請求項１５】
入力信号がＦＭアナログビデオ信号である、請求項１１から１４のいずれかに記載の制御装置。
【請求項１６】
図２から５を参照して、実質的に前述したごとき位相アレイアンテナ用の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相アレイアンテナを使用して、いくつかの無線周波数（ＲＦ）信号を受信するための方法および装置に関し、詳細には、位相アレイアンテナのいかなる構成変更の間にもＲＦリンクを提供するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的な無線ＲＦシステムは、ＲＦリンクをサポートするために、送信アンテナ（送信機）および受信アンテナ（受信機）を使用する。屋内や、スポーツスタジアムのような囲まれた屋外空間など多くの環境では、送信信号が反射し、したがって、各々が異なる経路長をもつ、複数の異なる経路を通って受信機に到達する。これらのいわゆるマルチ経路効果が、受信信号の品質を大幅に低下させる。
【０００３】
無線通信の分野では、マルチ経路効果を低減させるために、指向性受信アンテナを使用することが十分に確立されている。しかし、指向性受信アンテナを使用するときは、アンテナを常時、正確に送信機へ向けなければならない。
【０００４】
指向性受信アンテナの使用例は、テレビ放送のイベントに見出される。テレビ放送されているイベントの近接した映像を提供するために、無線カメラが、外部放送（Ｏｕｔｓｉｄｅ  Ｂｒｏａｄｃａｓｔ、ＯＢ）で使用される。現在の、大多数の手に持てる（ハンドヘルド）無線カメラは、送信機と常に一直線になるように回転する指向性受信機を必要とする。この必要条件は、標準皿型アンテナ、および無線カメラがどこに向かうかを注意して見て、それに応じて指向性受信アンテナを回転させる要員（パンナーと呼ばれる）を使用することにより、一般に満足される。この追跡は、正確でなければならず、視界が悪いときには難しいことがわかっている。さらに、受信機と送信機の間が直接見通せない場合には、一般に、ＲＦリンクが失われる。送信機が移動しているときは、受信機のアンテナを確実に正しい方向に向けることがさらに複雑になる。
【０００５】
電子的に制御可能な指向性の送信機または受信機アンテナである位相アレイの使用は、レーダ（ＲＡＤＡＲ）の技術分野でよく知られている。従来の位相アレイアンテナは何百という素子を含む傾向があり、各素子はアンテナの動作周波数（しばしば１ＧＨｚ以上）で動作する、それぞれ個別の位相シフタを備える。そのようなシステムの説明は、Ｎ．Ｆｏｕｒｉｋｉｓの「Ｐｈａｓｅｄ  Ａｒｒａｙ  Ｂａｓｅｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ：位相アレイに基づくシステムおよび応用」、Ｗｉｌｅｙ  Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ  Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ、１９９７、ＩＳＢＮ  ０−４７１−０１２１２−２に掲載されている。
【０００６】
国際公開第９７／０３３６７号パンフレットは、従来の位相アレイシステムよりも、はるかに低価格で作成でき、サイズがはるかに小さい位相アレイ装置を記載している。動作周波数の各アンテナ素子で受信信号を位相シフトする代わりに、ＲＦ信号を第１の中間周波数に、次いで第２の中間周波数に下方変換する。第２の下方変換中に、第２の中間周波数信号の位相を、対応するローカル発振器の位相を制御することにより変更する。位相シフトが、ＲＦ信号よりもはるかに低い周波数で行われるので、高レベルの位相制御を提供できる廉価な装置が利用可能である。このことにより、位相シフトを、さらに精度よく行うことが可能となり、それによって、位相アレイアンテナの素子数を少なくすることができる。したがって、これらのアンテナは、従来の位相アレイシステムより相当に安く作成できる。本明細書では、そのような装置を、ローコスト（ＬＣ）位相アレイアンテナと呼ぶ。
【０００７】
位相アレイアンテナの指向性受信特性を変えるには、各アンテナ素子による受信信号に加えられる位相および振幅シフトを変えることによる、位相アレイの再構成が必要となる。位相アレイアンテナの再構成のこのようないかなる期間にも、位相アレイアンテナで受信された情報が壊れるリスクがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、位相アレイアンテナ、特にＬＣ位相アレイアンテナを使用して、ＲＦ送信機からいくつかのタイプの信号を捕捉、追跡し、位相アレイアンテナの再構成から生じる情報受信に対するいかなる大きな中断もなく、送信機から情報を受信することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様によると、送信機から情報を読み取る方法は、位相アレイアンテナを使用することを含み、ＲＦリンクを提供する位相アレイアンテナの調整が、入射信号が情報を含まない期間に行われる。
【００１０】
入射信号のいかなる動きの追跡をも、入射信号が情報を含まない１つまたは複数の期間に行うことも有利である。
【００１１】
したがって、本発明は、送信機から情報を受け取るために使用される間に、関連する情報を失わうことなく、位相アレイアンテナを調整することを可能にする。
【００１２】
好ましい実施形態では、受信信号は、情報搬送部分および非情報搬送部分を備える、１２．２ＧＨｚと１２．５ＧＨｚの間の周波数を有する、周波数変調（ＦＭ）アナログビデオ信号である。
【００１３】
ＦＭビデオ信号を受信するために本発明を使用すると、ＲＦリンクを提供するために使用される受信ビームのいかなる変更中にも、受信ビデオ映像にいかなる障害もないことが保証される。さらに、本発明は、位相アレイアンテナを使用して、得られるビデオ映像にいかなる障害も与えることなく、位相アレイアンテナに到達する入射信号の角度のいかなる変化をも追跡することを可能にする。
【００１４】
有利には、位相アレイアンテナは、２個以上の入射信号を同時に受信し、それによって２個以上のＲＦリンクを確立することができる。さらに好ましい実施形態では、ローコスト（ＬＣ）の位相アレイアンテナを使用する。
【００１５】
適切な記憶媒体に保持できるコンピュータプログラムを使用して上記の方法を実施することができると好都合である。
【００１６】
本発明の第２の態様では、位相アレイアンテナ用の制御装置は、入力信号の入射方向を決定し、それから好ましい入力信号を選択する入力検出手段と、好ましい入力信号の入射方向に受信ビームを実質的に形成するように位相アレイアンテナを適合させる手段と、好ましい入力信号の入射方向のいかなる変化をも追跡し、それに応じて、その方向に受信ビームを実質的に形成するように位相アレイアンテナを適合させる追跡手段とを備え、追跡手段による位相アレイの適合が、入射信号が情報を含まない期間に実質的に行われる。
【００１７】
好ましい実施形態では、追跡手段は、好ましい入力信号を受信するために現在使用している受信ビームを使用して、受信された信号強度を、１本または複数の受信ビームによって受信されたいずれかの信号強度と比較することによって、好ましい入力ビームの入射方向のいかなる変化をも追跡する。
【００１８】
制御装置はまた、２組以上のビーム形成ハードウェアを備えることができ、２本以上の受信ビームを同時に形成し、２個以上のＲＦリンクを確立することを可能とすることができると有利である。
【００１９】
好ましくは、制御装置は、位相アレイアンテナから、ＦＭアナログビデオでもよい、信号を抽出する手段をさらに含む。
【００２０】
次に、添付の図を参照して、単なる例として、本発明を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、図１を参照して、一般的な位相アレイアンテナの動作を説明する。
【００２２】
位相アレイアンテナ受信機（１）は、入射ＲＦ信号（図示せず）から抽出された電気信号（４）を供給するｎ個のアンテナ素子（２）を含む。位相シフタ（６）は、電気信号（４）に位相シフトをもたらし、位相シフトした電気信号（８）を生み出す。次いで、位相シフトした電気信号（８）を、減衰手段（９）によって減衰させて、位相シフトしかつ減衰した信号（１１）を生じる。次いで、位相シフトしかつ減衰した信号（１１）を、コンバイナ（１０）によって組み合わせる。
【００２３】
ある方向から入射する放射に対して特に感度の高い位相アレイアンテナ受信機を作成することは可能である。これは、各電気信号（４）に加える位相シフトと、減衰手段（９）によって、各位相シフトされた電気信号（８）に与える相対振幅重み付けの両方を制御することによって行われる。後に詳細に説明するように、電気信号（４）に位相シフトを加える技術がいくつか存在する。
【００２４】
位相アレイアンテナ受信機（１）に、方向依存性ＲＦ信号受信特性をもたせるように位相シフトおよび振幅重み付けを選択することは、ビーム形成と呼ばれる。例えば、図１は、ｎ個のアンテナ素子（２）によってもたらされる電気信号（４）にいくつかの位相シフトおよび振幅重み付けを加えることにより、形成することができるビーム（１２）を示す。あるいは、別のビーム（１４）をもたらすために、異なる位相シフトおよび振幅重み付けを加えることもできる。
【００２５】
受信ビームは、単にビームとも呼ぶが、検出器が入射信号に対して感受性をもつ角度範囲である。すなわち、受信ビームは、空間の三次元領域と見なすことができ、位相アレイアンテナは、その三次元領域から、位相アレイアンテナに入射するいかなる信号にも感受性をもつ。実際には、完全なビームが形成されることはありえない。各受信ビームは、関連する「サイドローブ」を有する。ビーム形成方法ならびにサイドローブ（図２を参照するＬＣシステムに記載したように）の存在および抑制は、位相アレイレーダ（ＲＡＤＡＲ）分野の技術者にはよく知られている。
【００２６】
次に、図２を参照して、ＬＣ位相アレイアンテナの動作原理を説明する。
【００２７】
位相アレイレーダシステムの従来設計思想は、各素子が、位相制御のために個別の位相シフタを使用することであった。位相シフタは、一般に、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）であり、限られた製造回数、および装置がアンテナの動作周波数（しばしば１ＧＨｚ以上）で動作しなければならないことによる高いコストを特徴とする。位相シフタは、デジタル入力によって制御される。標準装置は、２２．５度の位相分解能を与える４ビットであるが、より複雑なものでは、約６度の位相分解能をもたらす６ビットである。この比較的低いレベルの位相制御の結果、アンテナが、１°または１°未満のステップでビームをスキャンできるためには、何百、何千の素子が必要になる。したがって、従来の位相アレイは、何百、何千の高価なＭＭＩＣ位相シフタを使用し、その結果、ほとんど軍用大規模施設に専ら使用されてきた。
【００２８】
国際公開第９７／０３３６７号パンフレットに開示されたビーム形成構造を使用する高価なデジタルビーム形成のための解決策を使用する必要なく、位相制御用の個別の位相シフタを使用することを回避することは可能である。
【００２９】
ＬＣ位相アレイ受信機は、複数のアンテナ素子（２２ａ、ｂ、ｃ）を備える。ＲＦ信号の受信時に、各アンテナ素子から生じる電気信号は、低雑音増幅器（２４）によって増幅され、映像拒否フィルタ（２６）を通った後、マイクロ波ミキサ（２８）で第１中間周波数信号（３２）に下方変換される。マイクロ波ローカル発振器信号（３０）が、下方変換プロセスでマイクロ波ミキサ（２８）によって使用される。次いで、第１中間周波数信号（３２）が、ビーム形成ハードウェア（２１）に供給される。
【００３０】
ビーム形成ハードウェア（２１）に入ると、第１中間周波数信号（３２）は、増幅器（３４）および映像拒否フィルタ（３６）を通った後、中間周波数ミキサ（３８）によって第２中間周波数信号（４６）に下方変換される。この第２の下方変換プロセスで、位相シフタ手段（４２）を使用して、第２のローカル発振器（ＬＯ）信号（４４ａ、ｂ、ｃ）の位相を変えることにより、位相シフトが導入され、次いで、位相シフトが各中間周波数ミキサ（３８）に加えられる。位相シフト手段（４２）によって導入された位相シフトが、デジタル制御バス（５２）によって制御され、第２の中間周波数で位相シフトされた電気信号（５０ａ、ｂ、ｃ）を生じる。
【００３１】
第２のＬＯ信号を位相シフトさせるために使用される位相シフタ手段（４２）は、ＲＦ信号よりはるかに低い周波数で動作するので、廉価なベクトル変調装置を使用することができる。この目的に適した様々なタイプのベクトル変調装置を、当分野の技術者は承知しているであろう。移動電話で使用されるものなどの、典型的なベクトル変調装置は、廉価な１２ビットのデジタルアナログ変換器で制御され、非常に高レベル（１°未満）の位相制御を供給する。
【００３２】
第２の中間周波数で位相シフトされた電気信号（５０ａ、ｂ、ｃ）は、コンバイナ（５４）において組み合わされる。第２の中間周波数電気信号に適した周波数は、７０ＭＨｚである。組み合わされた後、得られる信号（５５）は、２つに分割される。一部は、電力検出モジュール（５６）にケーブルで結ばれ、他の一部は、自動利得制御（ＡＧＣ）モジュール（５８）を通る。ＡＧＣモジュールの後で、信号は再度２つに分割される。一部は、アンテナ（６２）出力として送られ、他の一部は、適切な復調器またはデコーダモジュール（５９）を通る。
【００３３】
電力検出モジュールの出力（５６）は、受信ビームを向ける最良の位置を決定するために、マイクロコントローラ（６０）によって使用することができる。マイクロコントローラ（６０）はまた、デジタルバス（５２）を介して、位相シフタ手段（４２）により各第２のローカル発振器信号（４４ａ、ｂ、ｃ）に加えられる位相シフトを制御する。ＡＧＣモジュール（５８）は、受信チェインの直線性を損なうことなく、＋５ｄＢｍの一定の電力レベルに出力信号（６２）を維持するように動作する。電力検出モジュール（５６）およびＡＧＣモジュール（５８）は、信号の変調とは独立に動作し、その結果、位相アレイアンテナは、アナログまたはデジタル信号を捕らえ、追跡することができる。
【００３４】
デコーダモジュール（５９）は、出力信号（６２）の一部をベースバンド成分に復調または復号する。したがって、ＦＭビデオの場合、ビデオの様々な成分を測定することができ、それを使用して、受信中のビデオ信号の品質を評価することができる。したがって、マイクロコントローラ（６０）が、受信ビームをどう方向づけるかを決定するときに、電力検出モジュール（５６）からもたらされた信号強度の測定値の代わりに、あるいはそれとならんで、デコーダモジュール（５９）からのビデオ信号の品質測定を使用することが可能となる。
【００３５】
本発明に従って動作する装置では、いつ受信信号が情報を含んでいないかを示すために、同期信号が、デコーダモジュール（５９）によりマイクロコントローラ（６０）に供給される。マイクロコントローラ（６０）は、これより後、非情報搬送期間と呼ぶ、この期間においてのみ、位相アレイアンテナを再構成する。
【００３６】
次に、図３を参照して、非情報搬送期間を有する信号の例を説明する。
【００３７】
通常２０ｍｓの所与の周期（６３）をもつＦＭアナログ信号は、通常１８．５ｍｓの情報搬送期間（６４）および約１．５ｍｓの非情報搬送期間（６５）を有する。非情報搬送期間（６５）は、普通、信号の「フライバック」部分と呼ばれる。すべてのビデオ情報は、情報搬送期間（６４）に含まれており、位相アレイアンテナの再構成が非情報搬送期間（６５）に行われれば、表示されるビデオ映像に対する感知できる妨害はない。
【００３８】
この技術は、非情報搬送期間を有する、アナログまたはデジタルのいかなる信号にも適用できる。例えば、ある期間に情報を含むが、非情報搬送期間をもつように構成されるデジタル信号を送信することができる。当分野の技術者は、データのデジタル出力の連続性を保証するのに適したデータバッファリングシステムを作成することができる。
【００３９】
出力信号（６２）を、位相アレイからアンテナ制御ユニットに標準三軸ケーブルを介して送ることができる。このケーブルはまた、位相アレイとアンテナ制御ユニット（ＡＣＵ）の間で、制御および遠隔測定データをサポートし、アレイに電力を供給するために使用することができる。ＡＣＵは、好都合な位置に配置でき、位相アレイアンテナ自体から離れていてもよい。
【００４０】
この実施形態では、ＡＣＵの機能は、操作者が位相アレイを制御するために使用できる適切なインタフェースを提供することである。しかし、受信信号および制御データを送る多くの様々な方法（例、光ファイバ、低周波数無線データリンク）を使用することができることを、当分野の技術者は認識しよう。さらに、ＡＣＵは、使用者が指定するようにデコーダまたは変調器を備えることができる。これらのオプションは、本発明の基礎をなす基本原則には影響せず、当分野の技術者にはすぐわかる作業場レベルでの変形形態にすぎない。
【００４１】
ＬＣ位相アレイから離散的な１組のビームを得るために、位相アレイアンテナを、使用前に較正する。離散的な１組のビーム（例えば、＋５０°から−５０°までを１°のステップで）は、所与の動作周波数に対して、あるいは所与のバンド内の周波数群に対して較正することができる。各ビームについて、各アンテナ素子毎に位相および振幅重み付けがある。較正データは記憶され、後に、所与の周波数に対する、所与の指向性ビームの構成を可能にするために、使用される。較正中に、絶対位相が各ビームで同じ値となるように、各較正ビーム間の絶対位相が制御される。これは、ビームを切り替えるときに、位相干渉を最小限に抑える助けとなる。
【００４２】
各動作周波数で較正を行うことに加えて、いくつかの異なったタイプの較正を行うことも可能である。１組の較正で、各素子のゼロ振幅減衰を実施する。これは、主ビームに最大利得を供給するが、サイドローブのレベルは制御されない。逆に、完全に重み付けされた１組の較正で、サイドローブを最大に抑制し、その結果、マルチ経路効果に対する受信機の感度を低減する。完全に重み付けされた較正の不利な点は、そのようなビームを合成するために使用するアルゴリズムが、アンテナ利得を低減する傾向があることである。ここで説明した２つの較正タイプに加えて、様々なビームパターンに使用できる多数の較正オプションがある。そのような較正タイプは、位相アレイレーダ技術の技術者にはよく知られている。
【００４３】
上記で説明したＬＣシステムによる位相制御の高いレベルがもたらされる結果、ビームは、非常に少ない素子のアレイ（例えば、８または１６個の素子）から合成され、１°未満のステップでスキャンされる。モジュラＲＦ前端部およびビーム形成回路を有することも可能である。典型的なモジュールは、スーパヘテロダイン受信機および位相制御回路を完備した８個の放射素子からなる。またモジュールをまとめて、システム要件を満たす直線状または平面状の位相アレイアンテナを作成することもできる。
【００４４】
例えば、２つの８素子のモジュールを組み合わせて、１６素子の直線位相アレイアンテナを作成する。例えば、より指向性の高いアンテナが必要であれば、より多くのモジュールを組み合わせることができる。アレイが大きいほど利得が高くなり、より長い距離にわたって、所与の送信機のＲＦリンクをサポートすることができる。１６素子のアレイは、手に持つことのできる従来の無線カメラにより、１ｋｍまでの距離にわたるＲＦリンクをサポートする。
【００４５】
１６素子の位相アレイの捕捉アーク（すなわち、ビームが形成できる横の角度範囲）は、約１００°である。サイドローブレベルの増加および主ビームの広がりなどのビームパターンの若干の劣化を犠牲にして、±５０°を越えるスキャンが可能である。より大きな角度にわたるＲＦリンクのサポートは、いくつかの方法により達成できる。様々な境界において、自動的に生じるアレイ間のハンドオーバーにより、送信機が常時ネットワークの捕捉アーク内にあるように、受信機の組合せを配置することができる。あるいは、ターンテーブルおよびアレイにより生じる制御信号に駆動されるサーボに、単一の受信機を取り付けることもできる。第３のオプションは、直線の列の代わりに、曲線のＲＦ前端部を使用することである。３６０°をカバーする曲面および完全な円形アレイが開発された。
【００４６】
従来の位相アレイに勝るＬＣ位相アレイ装置のさらなる利点は、ＬＣ位相アレイ装置がアンテナの動作周波数とは独立に動作することである。ビーム形成が低い中間周波数で行われるので、アンテナのＲＦ周波数には制限がない。動作周波数がどのような値でも、ＲＦ信号は、必要な中間周波数に下方変換され、位相制御が第２の中間周波数（ＩＦ）ミキサを使用して実施される。したがって、このタイプの検出器は、周波数が完全に「モジュール式」である。いかなる周波数のＲＦ信号の受信にも、この検出器を使用することができる。
【００４７】
ＦＭビデオリンクへの応用では、２ＧＨｚまたは１２ＧＨｚ内の無線カメラ帯の周波数が、一般的に使用される。例えば、１２．２１２５ＧＨｚと１２．４８７５ＧＨｚの間に１２本の２５ＭＨｚチャンネルを提供することができる。こうすると、７０ＭＨｚ、＋５ｄＢｍ（産業標準）の出力を有し、割り当てられた１２ＧＨｚの周波数チャンネルで送信する無線カメラを追跡できるＬＣ位相アレイ装置を作成することができる。
【００４８】
ビーム形成ハードウェアの追加の組を、位相アレイ装置に含めることも可能である。複数の受信ビームの同時形成は、位相アレイレーダ分野の技術者にはよく知られている。ＬＣ装置を使用して複数の受信ビームを同時に形成するには、第１の中間周波数信号（３２）を分割し、ビーム形成ハードウェア（２１）の複数の組に供給する。ビーム形成ハードウェアの各組が、出力検出、ＡＧＣおよびデコーダモジュールから出力信号を生成する。次いで、単一のマイクロコントローラを使用してビーム形成ハードウェアの各組に関連する受信ビームの方向を決めることができる。
【００４９】
次に、図４を参照して、送信されたＲＦ信号を捕捉、追跡するための位相アレイ受信機の使用法を説明する。図２を参照して説明したＬＣ位相アレイ受信機が、以下に述べる送信機追跡方法を実施するのに特に適しているが、いかなる位相アレイ受信機でも使用できることを、当分野の技術者は認識しよう。
【００５０】
スポーツスタジアム（７２）のような囲まれた環境で、信号が無指向性送信機（７０）によって送信されるとき、複数のマルチ経路ＲＦ信号（７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄ、７４ｅ）を生じる。送信信号を受信するために無指向性受信機を使用する場合、異なった長さの経路を経由することによりすべてが若干位相のずれる、多くのマルチ経路信号を、すべて受信し、結果として、高レベルのマルチ経路干渉を有する受信信号を生成する。
【００５１】
図４ａで示すように、また上記で説明したように、マルチ経路干渉効果に対する感度を低減する指向性受信ビーム（７８）を形成するために、位相アレイ受信機（７６）を使用することができる。図４ｂは、直接に見通せるいかなる経路もない場合に、無指向性送信機（７０）から反射信号（８０）を受信するための位相アレイ受信機（７６）の使用を示す。
【００５２】
位相アレイ受信機システムは、最初に、適切なＲＦ信号の入射角を確認しなければならない。これは、一般に最強の送信信号が生じる方向を決定することによって行われる。あるいは、最小レベルのマルチ経路干渉を有する、許容できる信号強度を供給する（すなわち、最高品質の信号を供給する）入射角を選択することもできる。最強のまたは最高品質の信号は、直線の見通し信号であるが、反射でもよい。適切なＲＦ信号の入射角を決定するプロセスを、ここでは捕捉スキャンと呼ぶ。
【００５３】
完全な捕捉スキャンの場合、図２を参照して述べた典型的なＬＣ位相アレイのタイプは、選択した較正の組（例えば、＋５０°から−５０°まで１°ステップで）からビームの全ての組を順次偏向させることができる。偏向された各ビーム毎に、受信信号出力を測定し、最高の示度を与えたビームを「ミニスキャン」の中心ビームとして選択する。ミニスキャンは、フルスキャンと同じであるが、はるかに狭い範囲にわたり、多分、より高い角解像度を有する。
【００５４】
操作者は、最初のスキャンを行う角度範囲および各ステップ間の度数（１°、２°等）を制御することができ、あるいは、単一の固定ビームを偏向させることもできる。図２を参照して述べた典型的なＬＣ位相アレイのタイプを使用して、１００°のアークの信号を捕捉するには、約０．４秒かかる。より高速のプロセッサを使用することにより、より速く達成することができる。
【００５５】
捕捉スキャンの結果から、好ましいＲＦ信号の入射角を決定する。好ましい信号を捕捉すると、位相アレイ受信機に入射する信号の角度のいかなる変化をも追跡することができる。追跡ルーチンの開始は、手動で制御でき、あるいは捕捉スキャンの終わりに自動的に実行できる。追跡ルーチンにより、送信機、位相アレイ受信機または介在する物体をどのようにも移動させることができる。
【００５６】
使用できるいくつかの追跡ルーチンが存在することを、当分野の技術者は認識しよう。追跡ルーチンの一例は、自由走行振動である。このルーチンでは、アレイは、ビームを最初、現在の位置の左に偏向させ、次いで右に偏向させる。２本の振動ビームの受信信号出力を測定し、その結果を現在の中心ビームの出力と比較する。次に、最大の値を与えるビームが、次の振動ルーチンの中心ビームとなる。しかし、追跡ステップが、信号の非情報搬送期間に実行されない場合、信号に含まれるいくつかの情報が失われる。
【００５７】
本発明によれば、追跡プロセス中のデータ損失を最小限に抑えるために、制御された振動技術を使用することができる。アナログＦＭビデオ信号の場合、ビームは、信号の非情報搬送期間にだけ偏向される。言い換えれば、位相アレイの再構成は、マイクロコントロ−ラ（６０）が、デコーダモジュール（５９）からフレーム同期パルスを受信するときにのみ行われる。そのことにより、フレームの映像間隔が乱されないことが保証され、目に見える映像の干渉を最小限に抑える。
【００５８】
信号の追跡プロセスは、明らかに、位相アレイアンテナの２回以上の再構成を必要とする。位相アレイの再構成の速度は、マイクロコントローラ（６０）および関連する電子機器の速さによって決定する。異なるタイプの信号はまた、異なる非情報搬送期間を有する。
【００５９】
いくつかの信号タイプおよび位相アレイシステムでは、非情報搬送期間に、位相アレイアンテナの十分な再構成を実行することが可能であり、最初に現在位置の左に、次いでその位置の右にビームを偏向させ、次の期間にどのビームを受信に使用するかを選択する追跡ルーチンを実行する、すなわち、左／右の追跡プロシジャを実行する。位相アレイアンテナへの信号の入射角の変化が時間的に急激に変化する場合、これが好ましい。
【００６０】
通常の６６ＭＨｚマイクロコントローラでは、位相アレイの再構成に約０．８ｍｓかかる。再構成に続いて、信号強度または品質の測定値を得るために約３．２ｍｓかかる。しかし、情報受信にいかなる有害な影響をも与えることなく、信号強度または品質の測定を信号の情報搬送期間中に行うことができる。
【００６１】
ＦＭビデオ信号は、一般に１．５ｍｓの非情報搬送期間を有する。したがって、現在位置の左のビームを、非情報搬送期間中に偏向させ、次いで、現在位置の右のビームを、次の非情報搬送期間中に偏向させることができる。このようにして、信号入射角の動きを追跡することができる。
【００６２】
信号がより長い非情報搬送期間を有するか、またはマイクロコントローラの速度が増加する場合、非情報搬送期間中に、信号強度または品質の関連する測定により、左／右の追跡プロシジャを実行することが可能となる。
【００６３】
環境に応じて、追跡ルーチンを構成するビーム数ならびに各ビーム間の角度間隔を変えることができる。追跡プロシジャ中にビーム数を増して使用すると、追跡プロセスに必要な時間が増し、単一の追跡ステップを実行するために２つ以上の非情報搬送期間が必要となる。
【００６４】
信号の強度がある閾値以下に落ちる場合、定期的に、またはシステムの操作者が手動で、捕捉スキャンを作動させることもできる。
【００６５】
ＲＦ送信機を追跡するとき、ＲＦリンクをサポートするために、位相アレイ受信機は、一般に、直線の見通し経路を使用する。直線の見通しリンクが失われた場合、位相アレイ受信機は、捕捉アークのスキャンを自動的に開始し、動作環境の結果として生じるいかなる反射信号をも探し出すことができる。次に、直線の見通し経路が再度利用できるようになるまで、最強の、または最高品質の反射信号を、捕捉し、追跡する。このようにして、ＲＦ送信機が直線の見通しでないときでも、ＲＦリンクをサポートすることができる。
【００６６】
さらに、直線の見通し経路が、最高のＲＦリンク特性を提供できない場合もいくつかある。例えば、マルチ経路信号と直線の見通し信号の両方が、受信ビーム内で、位相アレイ受信機に入射するときがそうである．この場合、位相アレイアンテナは、直線の見通し信号を捕捉せず、代わりに、より高い品質のビデオ映像を提供する反射信号を捕捉し、追跡することを選ぶことができる。
【００６７】
送信機および受信機が固定位置にあるが、物体が直接の見通し直線に移動してくる場合、あるいは信号を反射している物体が位置を変える場合にも、システムが使用できることに留意されたい。
【００６８】
図２を参照して前述したように、ＬＣ位相アレイ装置を使用して、複数の独立した受信ビームを形成することができる。次に、送信信号を捕捉し追跡するために複数の受信ビームを使用することについて、図５を参照して述べる。
【００６９】
図５ａは、第１の受信ビーム（１０２）と第２の受信ビーム（１０４）とを同時に形成する単一の位相アレイ受信機（１００）を示している。第１の受信ビーム（１０２）および第２の受信ビーム（１０４）は、独立に、第１の送信機（１０６）および第２の送信機（１０８）を捕捉し、追跡する。第１の送信機（１０６）および第２の送信機（１０８）は、異なる周波数で送信しているに違いない。
【００７０】
この構成では、ビームは独立に操作され、したがって、システムの帯域幅内の、異なる周波数で動作する送信機へのリンクをサポートする。このようにして、複数のビーム形成ハードウェアを備える単一のアンテナアレイを使用し、複数の送信機を追跡することができる。
【００７１】
あるいは、同一の周波数で動作する２本の独立のビームを使用して、追跡を改善することができる。図５ｂは、送信機（１１０）によって送信される１つの信号（１１４）を捕捉し、追跡する第１の受信ビーム（１１２）を形成する単一の位相アレイ受信機（１００）を示す。次いで、第２の受信ビーム（１１６）が、順次、捕捉アークを横切って、ビームを形成し、第１の受信ビーム（１１２）が使用する最適な受信ビームの方向を探す。最適な受信ビーム方向が、第２の受信ビームによって確立されると、それにしたがって、第１の受信ビームは、その方向に向けられる。ＲＦリンクへの妨害を最小限に抑えることを保証するために、この第１の受信ビームの方向変更は、信号の非情報搬送期間中に行われる。
【００７２】
図５ｂに与えられた例は、２本の独立のビームに関するものであるが、これは制限と見なすべきではない。１本または複数のビームをＲＦリンクのサポートに専用に使用することができ、一方、１本または複数の追加ビームが、捕捉アークを連続してスキャンし、次の時間スロットで最高のリンク特性を提供するビーム位置を探すことができる。ＲＦリンクへの妨害を最小限に抑えることを保証するため、ＲＦリンクを提供するビームのいかなる方向の再指定も、信号の非情報搬送期間中に行われる。
【００７３】
上述のように単一の位相中心から形成される独立のビームを使用することに加えて、位相アレイアンテナを、分離した位相の中心から２本以上のビームを生成するように構成することもできる。これは、ビームダイバーシチと呼ばれ、位相アレイレーダ分野の技術者にはよく知られている。ビームダイバーシチは、ビームを形成するアンテナのアレイ素子のサブセットを使用することによって得られる。例えば、１６素子のＬＣアレイを使用した場合、２組の８素子を使用して、２個の異なる位相中心からビームを形成することができる。
【００７４】
図５ｃは、いかにして２本の独立のビーム（１２０および１２２）を、ＬＣ位相アレイアンテナ上の２個の位相中心（１２４および１２６）から形成できるかを示す。位相中心から生じる各セットのビームを、他のビームの組とは、独立に制御することができる。図５ｂおよび５ａを参照して述べたように、単一の位相中心から生じるビームと同様の方法で、単一のあるいは複数の送信機を追跡するために、ビームを制御することができる。また、ＲＦリンクをサポートするビームの再方向指定を信号の非情報搬送期間中に行うことにより、ＲＦリンクへの障害が最小限に抑えられる。
【００７５】
図５ｃに示すように、２本のビーム（１２０および１２２）が共に、単一の送信機（１２８）を捕捉し、追跡する場合、送信機との２個の別のリンクが提供される。この場合、各位相中心が異なった位置にあるので、送信機との各リンクは、異なったマルチ経路干渉効果に対する感度を有する。したがって、最高の品質の信号出力を提供するビームを、ＲＦリンクを提供するために選択する。したがって、マルチ経路効果に対し、より大きな抗力を提供するために、異なったビームを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】位相アレイ受信機の動作原理を示す図である。
【図２】ＲＦ信号を追跡するためのＬＣ位相アレイ受信機の構成を示す図である。
【図３】典型的なアナログＦＭ信号の概略図である。
【図４ａ】信号の受信を示す図である（指向性受信ビームを形成）。
【図４ｂ】信号の受信を示す図である（反射信号の受信）。
【図５ａ】２重ビーム位相アレイ受信機の使用を示す図である（１位相アレー受信機による２送信機の追跡）。
【図５ｂ】２重ビーム位相アレイ受信機の使用を示す図である（１位相アレー受信機による１送信機の追跡）。
【図５ｃ】２重ビーム位相アレイ受信機の使用を示す図である（２位相中心による１送信機の追跡）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年12月12日(2002.12.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相アレイアンテナを使用して送信機から情報を読み取る方法であって、位相アレイアンテナによって受信する信号が、情報搬送部分および非情報搬送部分を有する周波数変調（ＦＭ）アナログビデオ信号であり、ＲＦリンクを提供する位相アレイアンテナの調整が、入射信号が情報を含まない期間に行われる、方法。
【請求項２】
入射信号のいかなる動きの追跡をも、入射信号が情報を含まない１つまたは複数の期間に行う、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
送信ビデオ信号の周波数が、１２．２ＧＨｚと１２．５ＧＨｚの間にある、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
位相アレイアンテナが、２個以上の入射信号を同時に受信し、それによって２個以上のＲＦリンクを確立することができる、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
ローコスト（ＬＣ）の位相アレイアンテナを使用する、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の方法を組み込んだ位相アレイ受信機を制御するためのコンピュータプログラム。
【請求項７】
請求項６に記載のコンピュータプログラムを保持する記憶媒体。
【請求項８】
請求項１から５のいずれかに記載の方法を実施するように構成された位相アレイアンテナ用制御装置。
【請求項９】
位相アレイアンテナ用制御装置であって、
入力信号の入射方向を決定し、それから好ましい入力信号を選択する入力検出手段と、
好ましい入力信号の入射方向に受信ビームを実質的に形成するように位相アレイアンテナを適合させる手段と、
好ましい入力信号の入射方向のいかなる変化をも追跡し、それに応じて、その方向に受信ビームを実質的に形成するように位相アレイアンテナを適合させる追跡手段とを備え、
入力信号がＦＭアナログビデオ信号であり、追跡手段による位相アレイの適合が、入射信号が情報を含まない期間に実質的に行われる、制御装置。
【請求項１０】
追跡手段が、好ましい入力信号を受信するために現在使用している受信ビームを使用して、受信された信号強度を、１本または複数の他の受信ビームによって受信されたいずれかの信号強度と比較することによって、好ましい入力ビームの入射方向のいかなる変化をも追跡する、請求項９に記載の制御装置。
【請求項１１】
位相アレイアンテナが、２組以上のビーム形成ハードウェアを備え、２本以上の受信ビームを同時に形成し、２個以上のＲＦリンクを確立することを可能とする、請求項９または１０に記載の制御装置。
【請求項１２】
位相アレイアンテナから信号をさらに抽出する手段を備える、請求項９から１１のいずれかに記載の制御装置。
【国際調査報告】
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