(57)【要約】【課題】通信中においてアンテナ素子から送信される信号の位相異常を検出することができる位相異常検出装置及びアレーアンテナシステムを提供する。【解決手段】移相器により位相が調整された信号をアンテナ素子から送信するときの位相異常を検出する位相異常検出装置であって、前記移相器から前記アンテナ素子に至る経路において当該アンテナ素子からの反射信号を取り出す反射信号取出部と、前記反射信号取出部により取り出された前記反射信号に基づいて前記位相異常の有無を判定する判定部と、を備える位相異常検出装置。【選択図】図３
2017005656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移相器により位相が調整された信号をアンテナ素子から送信するときの位相異常を検出する位相異常検出装置であって、
前記移相器から前記アンテナ素子に至る経路において当該アンテナ素子からの反射信号を取り出す反射信号取出部と、
前記反射信号取出部により取り出された前記反射信号に基づいて前記位相異常の有無を判定する判定部と、を備える位相異常検出装置。
【請求項２】
前記反射信号取出部が過去に取り出した前記反射信号に基づく情報を記憶するための記憶部をさらに備え、
前記判定部は、過去の前記反射信号に基づく情報と、現在の前記反射信号に基づく情報とに基づいて、前記位相異常の有無を判定する、請求項１に記載の位相異常検出装置。
【請求項３】
前記判定部は、前記位相異常が有ると判定した場合、その判定結果を報知する指令を出力する、請求項１又は請求項２に記載の位相異常検出装置。
【請求項４】
複数のアンテナ素子と、
これらの各アンテナ素子から送信される信号の位相を個別に調整する複数の移相器と、
前記各移相器から対応する前記アンテナ素子に至る経路において当該アンテナ素子からの反射信号を取り出す複数の反射信号取出部と、
前記各反射信号取出部により取り出された前記反射信号に基づいて、対応する前記アンテナ素子から送信される信号の位相異常の有無を判定する判定部と、を備えるアレーアンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システムの基地局装置等に用いられる位相異常検出装置及びアレーアンテナシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話等に用いられる無線通信システムにおいては、スマートフォン等の普及により、通信エリアの拡大や通信容量の拡張に対する要求が高まっている。そこで、高周波送受信機の機能を内蔵したアクティブアンテナシステムの基地局装置への利用が検討されている。
アクティブアンテナシステムは、複数のアンテナ素子と、複数のアンテナ素子それぞれに対応して設けられた複数の送受信部とを備えている。このため、アンテナ素子ごとに送受信される無線信号を制御することができ制御性に優れており、この優れた制御性を利用して通信環境を向上し得る新たなサービスの提供が可能となる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００９−５４４２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記アクティブアンテナシステムでは、各アンテナ素子から送信される無線周波数信号（ＲＦ信号）が所望の方向に送信されるように、工場出荷時に各無線周波数信号の位相が適正な値となるように予め設定されている。
しかし、工場から出荷されて設置現場にアンテナ素子が設置されるまでの間に、例えば運搬中のアンテナ素子が他部材と干渉して変形することが想定される。このような場合には、設置場所において実際に通信するときに、変形したアンテナ素子から送信される無線周波数信号の位相が変化することで、所望の方向に無線周波数信号を送信することができなくなるおそれがある。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、通信中においてアンテナ素子から送信される信号の位相異常を検出することができる位相異常検出装置及びアレーアンテナシステム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】
【０００６】
本発明の一態様に係る位相異常検出装置は、移相器により位相が調整された信号をアンテナ素子から送信するときの位相異常を検出する位相異常検出装置であって、前記移相器から前記アンテナ素子に至る経路において当該アンテナ素子からの反射信号を取り出す反射信号取出部と、前記反射信号取出部により取り出された前記反射信号に基づいて前記位相異常の有無を判定する判定部と、を備える位相異常検出装置である。
【０００７】
本発明の一態様に係るアレーアンテナシステムは、複数のアンテナ素子と、これらの各アンテナ素子から送信される信号の位相を個別に調整する複数の移相器と、前記各移相器から対応する前記アンテナ素子に至る経路において当該アンテナ素子からの反射信号を取り出す複数の反射信号取出部と、前記各反射信号取出部により取り出された前記反射信号に基づいて、対応する前記アンテナ素子から送信される信号の位相異常の有無を判定する判定部と、を備えるアレーアンテナシステムである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、通信中においてアンテナ素子から送信される信号の位相異常を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係るアレーアンテナシステムを備えた基地局装置の一部を示すブロック図である。
【図２】アンテナシステムの送信側の構成を示すブロック図である。
【図３】アンテナシステムの制御構成を示すブロック図である。
【図４】制御部が出力信号の経路調整の確認工程を実行するときのブロック図である。
【図５】位相とこれに対応する利得及び通過ロスとの関係を示すルックアップテーブルの一例である。
【図６】制御部が移相器の制御工程を実行するときのブロック図である。
【図７】（Ａ）は移相器を制御する前の初期状態における合成信号の電圧波形、（Ｂ）は移相器の制御電圧を変化させたときの合成信号の電圧波形、（Ｃ）及び（Ｄ）は移相器の制御電圧を変化させたときの合成信号の他の電圧波形である。
【図８】制御部が反射信号の状態確認工程を実行するときのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
（１）本発明の実施形態に係る位相異常検出装置は、移相器により位相が調整された信号をアンテナ素子から送信するときの位相異常を検出する位相異常検出装置であって、前記移相器から前記アンテナ素子に至る経路において当該アンテナ素子からの反射信号を取り出す反射信号取出部と、前記反射信号取出部により取り出された前記反射信号に基づいて前記位相異常の有無を判定する判定部と、を備える。
【００１１】
上記位相異常検出装置によれば、反射信号取出部により取り出されたアンテナ素子からの反射信号に基づいて位相異常の有無を判定する判定部を備えているので、アンテナ素子から送信される信号に位相異常が生じたときに、そのアンテナ素子の反射信号に変化が生じれば、当該アンテナ素子から送信される信号に位相異常が有ると判定し、その異常を検出することができる。このため、通信中であってもアンテナ素子から送信される信号の位相異常を検出することができる。
【００１２】
（２）前記位相異常検出装置において、前記反射信号取出部が過去に取り出した前記反射信号に基づく情報を記憶するための記憶部をさらに備え、前記判定部は、過去の前記反射信号に基づく情報と、現在の前記反射信号に基づく情報とに基づいて、前記位相異常の有無を判定するのが好ましい。
この場合、例えば、工場出荷時に前記反射信号取出部が取り出した反射信号に基づく情報と、現時点で前記反射信号取出部が取り出した反射信号に基づく情報とを比較することで、判定部は経時的な判定を行うことができ、位相異常の有無をより精度良く検出することができる。
【００１３】
（３）前記位相異常検出装置において、前記判定部は、前記位相異常が有ると判定した場合、その判定結果を報知する指令を出力するのが好ましい。
この場合、判定部が位相異常が有ることを報知する指令を出力することで、アンテナ素子から送信される信号に位相異常が生じたことを容易に把握することができる。
【００１４】
（４）本発明の実施形態に係るアレーアンテナシステムは、複数のアンテナ素子と、これらの各アンテナ素子から送信される信号の位相を個別に調整する複数の移相器と、前記各移相器から対応する前記アンテナ素子に至る経路において当該アンテナ素子からの反射信号を取り出す複数の反射信号取出部と、前記各反射信号取出部により取り出された前記反射信号に基づいて、対応する前記アンテナ素子から送信される信号の位相異常の有無を判定する判定部と、を備える。
【００１５】
上記アレーアンテナシステムによれば、各反射信号取出部により取り出されたアンテナ素子からの反射信号に基づいて位相異常の有無を判定する判定部を備えているので、アンテナ素子から送信される信号に位相異常が生じたときに、そのアンテナ素子の反射信号の状態に変化が生じれば、当該アンテナ素子から送信される信号に位相異常が有ると判定し、その異常を検出することができる。このため、通信中であっても複数のアンテナ素子から送信される信号の位相異常をそれぞれ検出することができる。
【００１６】
［本発明の実施形態の詳細］
以下、本発明の実施形態について添付図面に基づき詳細に説明する。
＜基地局装置について＞
図１は、本発明の一実施形態に係るアレーアンテナシステムを備えた基地局装置の一部を示すブロック図である。図中、基地局装置１は、他の通信装置との間で無線通信を行う通信装置としての機能を有しており、ベースバンドユニット（ＢＢＵ）２と、ベースバンドユニット２に信号伝送路（光伝送路または電気伝送路）３を介して接続されたアレーアンテナシステムとしてアクティブアンテナシステム４とを備えている。
【００１７】
ベースバンドユニット２は、無線通信によって送受信されるデータを含むベースバンド信号に対してデジタル変復調処理等の処理を行う機能を有しており、送信データを含むデジタルのベースバンド信号（Ｉ／Ｑ信号）を信号伝送路３を介してアンテナシステム４に与える。
また、ベースバンドユニット２は、アンテナシステム４から信号伝送路３を介して与えられる、受信データを含んだデジタルのベースバンド信号（Ｉ／Ｑ信号）を取得する。
【００１８】
アクティブアンテナシステム４（以下、単にアンテナシステム４ともいう）は、無線周波数の信号を送受信するためのアンテナ素子５を複数（ここでは８個）備えており、基地局装置１が他の通信装置との間で無線通信を行う際に、当該無線通信に係る無線信号を送受信する機能を有している。
アンテナシステム４は、ベースバンドユニット２から与えられるデジタルのベースバンド信号に対して各種信号処理を行うことでアナログの無線周波数の信号に変換し、複数のアンテナ素子５から無線信号として送信する。
【００１９】
また、アンテナシステム４は、複数のアンテナ素子５が無線信号として受信する無線周波数の信号に対して各種信号処理を行うことでデジタルのベースバンド信号に変換し、変換したベースバンド信号をベースバンドユニット２に与える。
【００２０】
このように、基地局装置１は、送信データを含んだベースバンド信号を無線周波数の信号に変換して他の通信装置に送信するとともに、他の通信装置が送信した無線周波数の信号を受信し、他の通信装置からの受信データを含んだベースバンド信号を取得する。
【００２１】
＜アンテナシステムの構成について＞
図２は、アンテナシステム４の送信側の構成を示すブロック図である。
アンテナシステム４は、デジタル信号処理部８と、アナログ信号処理部９とを備えている。
ベースバンドユニット２から無線通信のための送信信号としてアンテナシステム４に与えられるベースバンド信号は、デジタル信号処理部８によってデジタル信号処理された後、アナログ信号処理部９に与えられ、アナログの無線周波数の信号に変換されて各アンテナ素子５Ａ〜５Ｈに与えられる。各アンテナ素子５Ａ〜５Ｈに与えられたアナログの無線周波数の信号は、各アンテナ素子５Ａ〜５Ｈから空間に放射され、無線信号として送信される。
【００２２】
デジタル信号処理部８は、ＣＰＵや、記憶部等を含んでいるコンピュータによって構成されており、記憶部に記憶されたプログラム等を読み出して以下に説明する当該デジタル信号処理部８が有する各機能部を実現するとともに各種処理を実行する機能を有している。
デジタル信号処理部８は、ベースバンドユニット２から与えられるベースバンド信号をアナログ信号処理部９に与える送信側の処理と、アナログ信号処理部９から与えられるベースバンド信号をベースバンドユニット２に与える受信側の処理とを行う機能を有している。
【００２３】
アナログ信号処理部９は、デジタル信号処理部８から与えられるデジタルのベースバンド信号をアナログ信号に変換し、無線信号として送信するために必要なアナログ信号処理を行い、アナログ信号処理によって得られる無線周波数の信号をアンテナ素子５に与える機能を有している。
アナログ信号処理部９は、デジタル信号処理部８から与えられるデジタルのベースバンド信号をアナログに変換するデジタルアナログ変換器（ＤＡＣ：Digital to Analog Converter）１１を備えている。
また、アナログ信号処理部９は、デジタルアナログ変換器１１からアンテナ素子５までの間に、アップコンバータ１２と、電力分配器１４と、複数の可変減衰器１５と、複数の移相器１６と、複数の電力増幅器（ＰＡ：Power Amplifier）１７とを備えている。
【００２４】
デジタルアナログ変換器１１は、アナログに変換したベースバンド信号を後述するアップコンバータ１２に与える。
アップコンバータ１２は、発振器１３が生成する無線周波数の局部発振信号をベースバンド信号に乗算することで、当該ベースバンド信号を無線周波数の信号に変換（アップコンバート）する機能を有している。アップコンバータ１２は、ベースバンド信号を周波数変換することにより得た無線周波数信号を、後述する入力信号取出部１８を通過して電力分配器１４に与える。
電力分配器１４は、無線周波数信号を複数のアンテナ素子５Ａ〜５Ｈそれぞれに対応して複数に分配する。
【００２５】
可変減衰器１５には、電力分配器１４によって分配された無線周波数信号が与えられる。可変減衰器１５は、電力分配器１４によって分配された無線周波数信号それぞれに対して利得を調整する。
移相器１６には、可変減衰器１５によって利得が調整された無線周波数信号が与えられる。複数の移相器１６は、各可変減衰器１５によって利得が調整された無線周波数信号それぞれに対して位相を個別に調整する。これによって、複数の移相器１６は、複数のアンテナ素子５Ａ〜５Ｈのそれぞれから送信される無線周波数信号のチルト角（指向性）を制御することができる。
【００２６】
電力増幅器１７は、移相器１６で位相が調整された無線周波数信号の電力を増幅する機能を有している。電力増幅器１７は、増幅した無線周波数信号を、後述する出力信号取出部２３及び反射信号取出部２７を通過してアンテナ素子５に与える。電力増幅器１７からアンテナ素子５に与えられた無線周波数信号は、アンテナ素子５から空間に放射され、無線信号として送信される。
【００２７】
可変減衰器１５、移相器１６、および電力増幅器１７は、アンテナ素子５Ａ〜５Ｈごとに設けられており、電力分配器１４から各アンテナ素子５Ａ〜５Ｈそれぞれに対応するように分配される無線周波数の送信信号に必要なアナログ処理を行う。
【００２８】
＜アンテナシステムの制御構成について＞
図３は、アンテナシステム４の制御構成を示すブロック図である。
アンテナシステム４は、主要な制御構成として、入力信号取出部１８、基準移相器２１、複数の出力信号取出部２３、複数の反射信号取出部２７、経路切替部２９、合成器３２、制御部４０を備えている。
【００２９】
入力信号取出部１８は、各移相器１６への入力信号（無線周波数信号）を取り出す機能を有している。本実施形態における入力信号取出部１８は、アップコンバータ１２と電力分配器１４との間に設けられており（図２参照）、アップコンバータ１２で周波数変換された無線周波数信号を取り出すようになっている。
【００３０】
入力信号取出部１８から分岐した第１分岐線路５１の途中には、さらに信号取出部２０が設けられており、第１分岐線路５１から信号取出部２０により取り出された入力信号は基準移相器２１に与えられる。
【００３１】
基準移相器２１は、信号取出部２０から分岐した第２分岐線路５２の途中に設けられており、信号取出部２０により取り出された入力信号の位相を設定する。基準移相器２１により位相が設定された入力信号は、可変減衰器２２に与えられ、この可変減衰器２２によって利得が調整される。可変減衰器２２により利得が調整された入力信号は合成器３２（後述）に与えられる。なお、基準移相器２１による具体的な位相の設定方法、及び可変減衰器２２による具体的な利得の調整方法については後述する。
【００３２】
入力信号取出部１８と信号取出部２０との間には入力信号経路調整部１９が設けられている。この入力信号経路調整部１９は、入力信号取出部１８から信号取出部２０を介して合成器３２に至るまでの経路長を調整するものである。
具体的には、入力信号経路調整部１９は、合成器３２における、入力信号の入力タイミングと、出力信号取出部２３により取り出された出力信号の入力タイミングとを一致又は近似させるように前記経路長を調整するものである。
【００３３】
出力信号取出部２３は、各移相器１６から出力されて対応するアンテナ素子５に入力される出力信号（無線周波数信号）を取り出す機能を有している。本実施形態における複数の出力信号取出部２３は、各電力増幅器１７の後段であって、かつ対応するアンテナ素子５から一定距離だけ離れた位置に設けられている。
出力信号取出部２３から分岐した第３分岐線路５３には、第１切替部２４、出力信号経路調整部２５、信号取出部２６がこの順に設けられている。第１切替部２４、出力信号経路調整部２５及び信号取出部２６は、アンテナ素子５ごとに設けられている。
【００３４】
第１切替部２４は、例えばａ接点、ｂ接点及びｃ接点を有する３ポートスイッチよりなり、ｃ接点をａ接点及びｂ接点のいずれか一方の接点と接続するように切り替えるものである。
第１切替部２４のｃ接点は出力信号取出部２３に接続されている。また、第１切替部２４のａ接点は、抵抗２４ａ及び平滑用のコンデンサ２４ｂを介してグランドに接続されており、第１切替部２４のｂ接点には出力信号経路調整部２５が接続されている。
【００３５】
信号取出部２６は、第３分岐線路５３から出力信号を取り出す機能を有している。信号取出部２６は、当該信号取出部２６から分岐した第４分岐線路５４を介して経路切替部２９に接続されている。
【００３６】
出力信号経路調整部２５は、各出力信号取出部２３から信号取出部２６、第４分岐線路５４、経路切替部２９、後述するサーキュレータ３０及び第６分岐線路５６を介して合成器３２に至る経路長を調整するものである。
具体的には、出力信号経路調整部２５は、各出力信号取出部２３から合成器３２までの複数の前記経路長同士の差分が、使用周波数の波長の整数倍の長さとなるように、前記各経路長を個別に調整するものである。
【００３７】
反射信号取出部２７は、各移相器１６から対応するアンテナ素子５に至る経路において当該アンテナ素子５からの反射信号を取り出す機能を有している。本実施形態における反射信号取出部２７は、反射波（反射信号）を取り出す方向性結合器によって構成されており、各アンテナ素子５の手前に設けられている。
反射信号取出部２７から分岐した第５分岐線路５５の途中には、第２切替部２８が設けられている。この第２切替部２８はアンテナ素子５ごとに設けられている。
【００３８】
第２切替部２８は、例えばａ接点、ｂ接点及びｃ接点を有する３ポートスイッチよりなり、ｃ接点をａ接点及びｂ接点のいずれか一方の接点と接続するように切り替えるものである。
第２切替部２８のｃ接点は反射信号取出部２７に接続されている。また、第２切替部２８のａ接点は、抵抗２８ａ及び平滑用のコンデンサ２８ｂを介してグランドに接続されており、第２切替部２８のｂ接点は第５分岐線路５５を介して経路切替部２９に接続されている。
【００３９】
経路切替部２９は、下記の第１経路〜第３経路のうちのいずれかの経路に切り替えるものである。
第１経路：出力信号取出部２３と合成器３２とを電気的に接続するための経路
第２経路：反射信号取出部２７と合成器３２とを電気的に接続するための経路
第３経路：入力信号取出部１８と複数の出力信号経路調整部２５とを電気的に接続するための経路
【００４０】
本実施形態の経路切替部２９は、例えばａ接点、ｂ接点、ｃ接点及びｄ接点を有する４ポートスイッチよりなり、ｄ接点をａ接点〜ｃ接点のいずれかの接点と接続するように切り替えるものである。
経路切替部２９のａ接点は、第３分岐線路５３上の図中最下部に配置された信号取出部２６に接続されている。また、経路切替部２９のｂ接点には第４分岐線路５４が接続され、経路切替部２９のｃ接点には第５分岐線路５５が接続されている。
【００４１】
経路切替部２９のｄ接点は、サーキュレータ３０に接続されている。このサーキュレータ３０は、第１分岐線路５１上において信号取出部２０の後段に設けられている。
サーキュレータ３０は、第１分岐線路５１側から入力された信号を経路切替部２９のｄ接点側に出力し、経路切替部２９のｄ接点側から入力された信号を第６分岐線路５６に出力する。
【００４２】
第６分岐線路５６は、サーキュレータ３０と合成器３２とを電気的に接続している。第６分岐線路５６の途中には可変減衰器３１が設けられている。可変減衰器３１は、サーキュレータ３０から第６分岐線路５６に出力された信号（出力信号又は反射信号）の利得を調整する。可変減衰器３１により利得が調整された信号は合成器３２に与えられる。
【００４３】
以上の構成により、経路切替部２９がｂ接点に接続された場合は、出力信号取出部２３と合成器３２とを接続可能な上記第１経路となる。また、経路切替部２９がｃ接点に接続された場合は、反射信号取出部２７と合成器３２とを電気的に接続可能な上記第２経路となる。さらに、経路切替部２９がａ接点に接続された場合は、入力信号取出部１８と複数の出力信号経路調整部２５とを電気的に接続可能な上記第３経路となる。
【００４４】
合成器３２は、経路切替部２９がｂ接点に接続されている場合には、基準移相器２１により位相が設定された入力信号と、出力信号取出部２３により取り出された出力信号とを合成する。
また、合成器３２は、経路切替部２９がｃ接点に接続されている場合には、基準移相器２１により位相が設定された入力信号と、反射信号取出部２７により取り出された反射信号とを合成する。
【００４５】
合成器３２の後段には、当該合成器３２により２つの信号を合成したときの合成信号の状態を検出する信号状態検出部３３が設けられている。
本実施形態における信号状態検出部３３は、例えば検波ダイオードよりなり、入力された合成信号の電圧を検出するものである。なお、信号状態検出部３３は、検波ダイオード以外に、スペクトラムアナライザなど、上記合成信号の状態を検出できるものであれば他の検出器を用いても良い。
【００４６】
制御部４０は、ＣＰＵ及び記憶部４３等を含んでいるコンピュータによって構成されており、記憶部４３に記憶されたコンピュータプログラム等を読み出して以下に説明する当該制御部４０が有する各機能部を実現するとともに各種処理を実行する機能を有している。
【００４７】
制御部４０は、ベースバンドユニット２に接続されており、ベースバンドユニット２からアンテナ素子５から送信する信号のチルト角を設定する制御命令や搬送波周波数を含む制御情報を受ける。
制御部４０は、上記コンピュータプログラムを実行することで達成される機能部として、位相制御部４１と判定部４２とを有する。
【００４８】
位相制御部４１は、各アンテナ素子５に入力される出力信号の位相が所望の位相となるように基準移相器２１及び対応する移相器１６等を制御するものである。
具体的には、位相制御部４１は、取り出された入力信号の位相が所望の位相の逆位相となるように基準移相器２１を制御する。そして、位相制御部４１は、基準移相器２１により位相が設定された入力信号と、出力信号取出部２３から取り出された出力信号とを合成器３２により合成するときに、これらの両信号が互いに相殺されるように、検波ダイオード３３が検出する電圧値に応じて、対応する移相器１６を制御する。
【００４９】
また、位相制御部４１は、各移相器１６に対応する可変減衰器１５、他の可変減衰器２２，３１、第１切替部２４、第２切替部２８、及び経路切替部２９も個別に制御する。これらの具体的な制御については後述する。
本実施形態では、移相器１６、入力信号取出部１８、出力信号取出部２３、基準移相器２１、合成器３２、及び位相制御部４１を主要な構成要素として位相制御装置が構成されている。
【００５０】
判定部４２は、位相制御部４１が移相器１６等を制御した後に、当該移相器１６に対応するアンテナ素子５から送信される信号の位相異常の有無を判定するものである。
その際、判定部４２は、反射信号取出部２７により取り出された各アンテナ素子５からの反射信号に基づいて前記位相異常の有無を判定する。
【００５１】
本実施形態における判定部４２は、過去の反射信号に基づく情報と、現在の反射信号に基づく情報とに基づいて、前記位相異常の有無を判定する。
具体的には、判定部４２は、工場出荷時において合成器３２が入力信号と反射信号とを合成した合成信号の電圧値と、現時点において合成器３２により入力信号と反射信号とを合成した合成信号の電圧値とのずれ量に応じて、前記位相異常の有無を判定する。なお、工場出荷時における上記合成信号の電圧値は、記憶部４３に記憶されている。
【００５２】
判定部４２は、前記位相異常が有ると判定した場合、その判定結果を報知する指令を出力する。この報知指令が判定部４２から出力されると、例えばアンテナ素子５の設置現場又は基地局に設けられた警告ランプ等を点灯させることで、位相異常が生じたことをオペレータ等に報知することができる。
【００５３】
なお、判定部４２は、上記ずれ量の程度に応じて、位相異常の度合いを判定しても良い。例えば、判定部４２は、上記ずれ量が小さい場合には、位相異常の度合いは低いと判定して上記報知指令の出力を行わずに判定を終了し、上記ずれ量が大きい場合には、位相異常の度合いが高いと判定して上記報知指令の出力を行うようにしても良い。
本実施形態では、反射信号取出部２７及び判定部４２を主要な構成要素として、アンテナ素子５から送信される信号の位相異常を検出する位相異常検出装置が構成されている。
【００５４】
＜制御部が実行する制御について＞
次に、制御部４０が実行する制御について、図４〜図８を参照しながら説明する。なお、ここでは、アンテナシステム４の工場出荷時に行う制御から説明する。
＜出力信号の経路調整の確認工程＞
まず、工場出荷時において、制御部４０は、各出力信号取出部２３から合成器３２までの複数の経路長同士の差分が、使用周波数の波長の整数倍の長さとなるように、各出力信号経路調整部２５が適切に調整されているか否かを確認する。具体的には、図４に示すように、制御部４０は、複数の第１切替部２４をすべてｂ接点に接続するように切り替えるとともに、経路切替部２９をａ接点に接続させた第３経路に切り替える。これにより、入力信号取出部１８と複数の出力信号経路調整部２５とが直列に接続された状態となる。
【００５５】
次に、制御部４０は、図中の最も上側に配置された第１切替部２４をａ接点に切り替える。これにより、入力信号取出部１８により取り出された入力信号の一部は、第１分岐線路５１及び経路切替部２９を経て第３分岐線路５３上において図中の最も上側に配置された第１切替部２４のｂ接点で反射して折り返す。この折り返し信号は、第３分岐線路５３上の全ての出力信号経路調整部２５を通過した後、経路切替部２９、サーキュレータ３０、及び第６分岐線路５６を経て合成器３２に入力される。
また、入力信号取出部１８により取り出された入力信号の他部は、第３分岐線路５３上の信号取出部２０及び第２分岐線路５２を経て合成器３２に入力される。
【００５６】
次に、制御部４０は、合成器３２により上記折り返し信号と入力信号の他部とを合成した信号の電圧値を検波ダイオード３３から取得し、その電圧値に応じて合成器３２に入力される両信号を相殺するように基準移相器２１を制御する。そして、制御部４０は、その両信号が相殺されたときの基準移相器２１の制御電圧値を第１相殺条件として記憶部に４３に記憶する。
【００５７】
次に、制御部４０は、図中の上から２番目の第１切替部２４をａ接点に切り替える。これにより、入力信号取出部１８により取り出された入力信号の一部は、第１分岐線路５１及び経路切替部２９を経て第３分岐線路５３上において図中の上から２番目の第１切替部２４のｂ接点で反射して折り返す。この折り返し信号は、第３分岐線路５３上において図中の最も上側に配置された出力信号経路調整部２５を除く全ての出力信号経路調整部２５を通過した後、経路切替部２９、サーキュレータ３０及び第６分岐線路５６を経て合成器３２に入力される。
また、入力信号取出部１８により取り出された入力信号の他部は、第３分岐線路５３上の信号取出部２０、第２分岐線路５２を経て合成器３２に入力される。
【００５８】
次に、制御部４０は、合成器３２により上記折り返し信号と入力信号の他部とを合成した信号の電圧値を検波ダイオード３３から取得し、その電圧値に応じて合成器３２に入力される両信号を相殺するように基準移相器２１を制御する。そして、制御部４０は、その両信号が相殺されたときの基準移相器２１の制御電圧値を第２相殺条件として記憶部に４３に記憶する。
【００５９】
次に、制御部４０は、記憶部４３に記憶した上記第１相殺条件の制御電圧値と上記第２相殺条件の制御電圧値とに基づいて、両相殺条件における基準移相器２１の位相が３６０度ずれた関係にあるか否かを判定する。この判定は、例えば、予め記憶部４３に記憶された、制御電圧値と位相との関係を示すルックアップテーブルを用いて行うことができる。
このようにして、制御部４０は、残りの第１切替部２４についても、順にａ接点に切り替えることによって、上記と同様の判定を行う。なお、制御部４０は、上記いずれかの判定結果が否定的である場合には、その判定結果を報知する指令を出力するようにすれば良い。
【００６０】
＜各アンテナ素子に対応する移相器の制御工程＞
上記の各出力信号の経路調整の確認工程が終了すると、続いて制御部４０は、複数のアンテナ素子５Ａ〜５Ｈに入力される出力信号の位相が所望の位相となるように、対応する移相器１６等を制御する。
例えば、制御部４０は、ベースバンドユニット２からアンテナ素子５Ａに入力される出力信号の位相を１０°に設定する制御命令を受けた場合、まず、入力信号取出部１８から取り出された入力信号の位相が上記制御命令の位相（１０°）の逆位相である１９０°又は−１７０°となるように、基準移相器２１の制御電圧を制御する。その際、制御部４０は、制御電圧値と位相との関係を示す上記ルックアップテーブルを用いて基準移相器２１の制御電圧を制御する。
【００６１】
また、上記制御命令の位相に応じて基準移相器２１による入力信号の通過ロスが変化するので、制御部４０は、その通過ロスが一定となるように可変減衰器２２を制御する。この制御は、例えば、図５に示すように、各位相とこれに対応する利得及び通過ロスとの関係を示すルックアップテーブルを用いて行うことができる。
ここでは、上記制御命令の位相は１０°なので、制御部４０は、図５のルックアップテーブルを参照して、位相が１０°の場合における通過ロス（−１．５ｄＢ）を相殺するように、入力信号の利得が１．５ｄＢとなるように可変減衰器２２を制御する。
【００６２】
次に、図６において、制御部４０は、アンテナ５Ａに対応する、図中の最も上側に配置された移相器１６及び可変減衰器１５を制御する。具体的には、制御部４０は、経路切替部２９をｂ接点に接続させた第１経路に切り替えるとともに、図中の最も上側に配置された第１切替部２４をｂ接点に接続するように切り替える。なお、他の第１切替部２４は全てａ接点に接続されている。
【００６３】
これにより、図中の最も上側に配置された出力信号取出部２３から取り出された出力信号は、その後段直後に配置された第１切替部２４、出力信号経路調整部２５及び信号取出部２６を経て第４分岐線路５４に取り出される。そして、第４分岐線路５４に取り出された出力信号は、経路切替部２９、サーキュレータ３０及び第６分岐線路５６を経て合成器３２に入力される。
したがって、合成器３２では、基準移相器２１により位相が設定された入力信号と、図中の最も上側に配置された出力信号取出部２３から取り出された出力信号とが合成される。
【００６４】
次に、制御部４０は、合成器３２に入力された入力信号と出力信号とが合成されるときに、これらの両信号が互いに相殺されるように、検波ダイオード３３が検出する電圧値に応じて、図中の最も上側に配置された移相器１６を制御する。その際、移相器１６により出力信号の位相が変化することで、当該移相器１６を通過する出力信号の利得も変化するので、制御部４０は、当該移相器１６の前段に配置された可変減衰器１５も制御する。
【００６５】
具体的には、制御部４０は、まず、移相器１６及び可変減衰器１５を制御する前の初期状態において検波ダイオード３３で検出される合成信号の電圧値Ｖ０（図７（Ａ）参照）を記憶部４３に記憶する。
次に、制御部４０は、検波ダイオード３３で検出される電圧値を最小化させるように移相器１６及び可変減衰器１５の制御電圧をそれぞれ少しずつ変化させ、その制御電圧を変化させたときに検波ダイオード３３が検出した電圧値Ｖ１（図７（Ｂ）参照）を取得する。
【００６６】
そして、制御部４０は、取得した電圧値Ｖ1が初期状態の電圧値Ｖ０に対して閾値以上低減しているか否かを判定する。本実施形態では、例えば使用周波数を３．５ＧＨｚとした場合、取得した電圧値が初期状態の電圧値に対して２５ｄＢ以上低減しているか否かを判定する。２５ｄＢ以上低減していることは、合成器３２により合成される両信号は、位相の誤差が±５°以内であって且つ通過利得の誤差が±０．５ｄＢ以内の同じ大きさの信号となって、両信号が互いに逆位相で相殺されることを意味する。
【００６７】
したがって、制御部４０は、上記判定結果が肯定的である場合には、合成器３２により合成される両信号は相殺されるので、図６中の最も上側に配置された移相器１６及び可変減衰器１５の制御を終了する。そして、制御部４０は、対応する第１切替部２４をａ接点に接続するように切り替える。
一方、制御部４０は、上記判定結果が否定的である場合には、上記判定結果が肯定的になるまで、移相器１６及び可変減衰器１５の制御電圧を変化させる制御と上記判定とを繰り返し行う。
【００６８】
上記制御により、合成器３２によって合成される出力信号は、当該出力信号と合成される入力信号に対して逆位相、すなわち上記制御命令の位相と同位相となるように調整される。その結果、上記移相器１６から出力された出力信号は、その位相が上記制御命令の位相（ここでは１０°）となってアンテナ素子５Ａから送信される。したがって、通信中においてアンテナ素子５から送信される信号の位相を所望の位相に調整することができる。
また、制御部４０は、移相器１６と共に可変減衰器１５を制御するので、通信中においてアンテナ素子５Ａから送信される信号の利得も調整することができる。
【００６９】
上記のようにアンテナ素子５Ａに対応する移相器１６等の制御が終了すると、制御部４０は、他のアンテナ素子５Ｂ〜５Ｈに入力される出力信号の位相についても、それぞれ所望の位相となるように、上記と同様の方法により基準移相器２１及び対応する移相器１６等を用いて順次設定する。
その際、各アンテナ素子５Ｂ〜５Ｈに対応する出力信号取出部２３から取り出された出力信号が合成器３２に入力されるときの位相がばらばらであると、図７（Ｂ）〜図７（Ｄ）に示すように、合成器３２に入力された入力信号と出力信号とを相殺するときの電圧波形もばらばらとなる。
【００７０】
これに対して、本実施形態では、各アンテナ素子５Ａ〜５Ｈに対応する上記の経路長同士の差分は、各出力信号経路調整部２５により使用周波数の波長の整数倍の長さとなるように調整されている。このため、各アンテナ素子５Ａ〜５Ｈに対応する移相器１６等を制御する際に、合成器３２に入力された入力信号と出力信号とを相殺するときの電圧波形を例えば図７（Ｂ）に示す電圧波形に近似させることができる。したがって、両信号を相殺する条件を近似させることができるので、各アンテナ素子５Ａ〜５Ｈに対応する移相器１６等を容易に調整することができる。
【００７１】
また、入力信号取出部１８を通過して各出力信号取出部２３により取り出される出力信号は、その出力信号取出部２３の前段に設けられた電力増幅器１７等を通過するため、合成器３２に入力される出力信号の入力タイミングは、入力信号の入力タイミングよりも遅くなる。
これに対して、本実施形態では、合成器３２における入力信号の入力タイミングと出力信号の入力タイミングとを一致又は近似させるように、入力信号取出部１８から合成器３２までの経路長を調整する入力信号経路調整部１９を第１分岐線路５１に設けている。このため、入力信号経路調整部１９により、合成器３２における入力信号の入力タイミングと出力信号の入力タイミングとを一致又は近似させることができるので、各アンテナ素子５Ａ〜５Ｈに対応する移相器１６等をさらに容易に調整することができる。
【００７２】
＜各アンテナ素子からの反射信号の状態確認工程＞
上記の各アンテナ素子５Ａ〜５Ｈに対応する移相器１６の制御工程が終了すると、続いて制御部４０は、各アンテナ素子５Ａ〜５Ｈからの反射信号の状態を確認する。
具体的には、図８に示すように、制御部４０は、経路切替部２９をｃ接点に接続させた第２経路に切り替えるとともに、図中の最も上側に配置された第２切替部２８をｂ接点に接続するように切り替える。なお、他の第２切替部２８は全てａ接点に接続されている。
【００７３】
これにより、図中の最も上側に配置された反射信号取出部２７により取り出された反射信号は、第５分岐線路５５、経路切替部２９、サーキュレータ３０及び第６分岐線路５６を経て合成器３２に入力される。
したがって、合成器３２では、基準移相器２１により位相が設定された入力信号と、図中の最も上側に配置された反射信号取出部２７から取り出された反射信号とが合成される。
【００７４】
次に、制御部４０は、入力信号取出部１８により取り出された入力信号の位相を、アンテナ素子５Ａに対する上記制御命令の位相の逆位相となるように、基準移相器２１の制御電圧を制御する。
そして、制御部４０は、基準移相器２１により上記入力信号の位相を設定した状態において、検波ダイオード３３で検出される当該入力信号と上記反射信号との合成信号の電圧値Ｖ２を取得し、その電圧値Ｖ２を反射信号に基づく情報として記憶部４３に記憶する。
【００７５】
上記のようにアンテナ素子５Ａからの反射信号に基づく情報を記憶部４３に記憶すると、制御部４０は、他のアンテナ素子５Ｂ〜５Ｈからの反射信号に基づく情報についても、それぞれ上記と同様の方法により記憶部４３に記憶する。
【００７６】
＜位相異常の判定工程＞
上記の各アンテナ素子５Ａ〜５Ｈからの反射信号の状態確認工程が終了すると、アンテナシステム４は工場から出荷され、設置現場にアンテナ素子５が設置される。アンテナ素子５の設置後、制御部４０（判定部４２）は、各アンテナ素子５Ａ〜５Ｈから送信される信号について位相異常の有無を判定する。
具体的には、制御部４０は、各アンテナ素子５Ａ〜５Ｈに対応する移相器１６の制御工程（図６参照）を行い、基準移相器２１及び各移相器１６等の工場出荷時の状態を再現する。
【００７７】
この状態において、制御部４０は、上記の各アンテナ素子５Ａ〜５Ｈからの反射信号の状態確認工程（図８参照）を行い、検波ダイオード３３で検出される電圧値Ｖ2’を取得して記憶部４３に記憶する。
次に、制御部４０は、記憶部４３に記憶されている、工場出荷時の電圧値Ｖ２と、アンテナ素子５設置後の電圧値Ｖ２’とを比較し、その両電圧値のずれ量が閾値以上であるか否かを判定する。
【００７８】
上記判定結果が否定的である場合、制御部４０は、対応するアンテナ素子５から送信される信号に位相異常は無いと判定し、判定工程を終了する。
一方、上記判定結果が肯定的である場合、制御部４０は、対応するアンテナ素子５から送信される信号に位相異常が有ると判定し、その判定結果を、例えば基地局のオペレータ等に報知する指令を出力して判定工程を終了する。
なお、上記の位相異常の判定工程は、メンテナンス作業として定期的に行うことができる。
【００７９】
以上のように、本実施形態では、各反射信号取出部２７により取り出されたアンテナ素子５からの反射信号に基づいて位相異常の有無を判定する判定部４２を備えているので、アンテナ素子５から送信される信号に位相異常が生じたときに、そのアンテナ素子５の反射信号に変化が生じれば、当該アンテナ素子５から送信される信号に位相異常が有ると判定し、その異常を検出することができる。このため、通信中であってもアンテナ素子５から送信される信号の位相異常を検出することができる。
【００８０】
また、判定部４２は、基準移相器２１により位相が設定された入力信号と、反射信号取出部２７により取り出された反射信号とを合成した合成信号に基づいて、位相異常の有無を判定する。このため、例えば、合成器３２により入力信号と反射信号とを合成するときに、その合成信号の電圧等が変化することで、判定部４２は位相異常の有無を判定することができる。
【００８１】
また、判定部４２は、工場出荷時の反射信号に基づく情報と、アンテナ素子５の現時点の反射信号に基づく情報とに基づいて位相異常の有無を判定するので、判定部４２は経時的な判定を行うことができ、位相異常の有無をより精度良く検出することができる。
また、判定部４２は、位相異常が有ると判定した場合、その判定結果を報知する指令を出力するので、アンテナ素子５から送信される信号に位相異常が生じたことを容易に把握することができる。
【００８２】
また、経路切替部２９により、出力信号取出部２３と合成器３２とを電気的に接続するための第１経路と、反射信号取出部２７と合成器３２とを電気的に接続するための第２経路とに切り替えることができるので、合成器３２を、入力信号と出力信号との合成、及び入力信号と反射信号との合成を行う合成器として共用することができる。
【００８３】
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００８４】
例えば、本実施形態のアレーアンテナシステム４は、アクティブアンテナシステム以外のアンテナシステムにも適用することができる。
また、本実施形態の制御部４０は、アンテナ素子５に入力される出力信号の位相が所望の位相となるように基準移相器２１及び移相器１６等を制御する位相制御部４１を備えているが、この基準移相器２１及び位相制御部４１を備えていなくても良い。この場合、制御部４０（判定部４２）は、反射信号取出部２７により取り出された反射信号の電圧値を検波ダイオード等により検出し、その電圧値の変化に基づいて位相異常の有無を判定すればよい。
【符号の説明】
【００８５】
１  基地局装置
２  ベースバンドユニット
３  信号伝送路
４  アクティブアンテナシステム（アレーアンテナシステム）
５  アンテナ素子
８  デジタル信号処理部
９  アナログ信号処理部
１１  デジタルアナログ変換器
１２  アップコンバータ
１３  発振器
１４  電力分配器
１５  可変減衰器
１６  移相器
１７  電力増幅器（増幅器）
１８  入力信号取出部
１９  入力信号径路調整部
２０  信号取出部
２１  基準移相器
２２  可変減衰器
２３  出力信号取出部
２４  第１切替部
２４ａ  抵抗
２４ｂ  コンデンサ
２５  出力信号経路調整部
２６  信号取出部
２７  反射信号取出部
２８  第２切替部
２８ａ  抵抗
２８ｂ  コンデンサ
２９  経路切替部
３０  サーキュレータ
３１  可変減衰器
３２  合成器
３３  検波ダイオード（信号状態検出部）
４０  制御部
４１  位相制御部
４２  判定部
４３  記憶部
５１  第１分岐線路
５２  第２分岐線路
５３  第３分岐線路
５４  第４分岐線路
５５  第５分岐線路
５６  第６分岐線路
【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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【図８】
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