(57)【要約】【課題】高精度の校正が行えるアクティブフェーズドアレイ送信機の実現。【解決手段】送信周波数信号を生成する送信周波数信号源11と、送信変調信号を出力する変調器12と、送信変調信号の位相および強度をそれぞれ変化させる複数の送信ユニット13A-13N,14A-14Nと、複数の送信アンテナ15A-15Nを含む送信フェーズドアレイアンテナと、ローカル送信周波数信号源31と、送信アンテナの出力電波の受信信号とローカル送信周波数信号から第１中間周波数送信信号を生成する第１ミキサ32と、送信変調信号とローカル送信周波数信号から第２中間周波数送信信号を生成する第２ミキサ41と、第１と第２中間周波数送信信号の送信相関関係を検出する送信相関処理部43と、送信相関関係から複数の送信アンテナからの電波の位相および強度の送信相対関係を検出する送信相対関係検出部44,45と、を有するアクティブフェーズドアレイ送信機。【選択図】図５
2017158086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信周波数信号を生成する送信周波数信号源と、
前記送信周波数信号を送信データに応じて変調し、送信変調信号を出力する変調器と、
前記送信変調信号の位相および強度をそれぞれ変化させる複数の送信ユニットと、
前記複数の送信ユニットの出力に対応した電波を出力する複数の送信アンテナを含む送信フェーズドアレイアンテナと、
前記送信周波数信号に対して所定の周波数差を有するローカル送信周波数信号を生成するローカル送信周波数信号源と、
前記複数の送信アンテナの出力する電波の受信信号と前記ローカル送信周波数信号から第１中間周波数送信信号を生成する第１ミキサと、
前記送信変調信号と前記ローカル送信周波数信号から第２中間周波数送信信号を生成する第２ミキサと、
前記第１中間周波数送信信号と前記第２中間周波数送信信号の送信相関関係を検出する送信相関処理部と、
前記送信相関処理部の検出した前記送信相関関係から、前記複数の送信アンテナがそれぞれ出力する電波の位相および強度の送信相対関係を検出する送信相対関係検出部と、を有することを特徴とするアクティブフェーズドアレイ送信機。
【請求項２】
前記複数の送信アンテナの出力する電波を共通に受信する受信カプラを有する請求項１に記載のアクティブフェーズドアレイ送信機。
【請求項３】
前記複数の送信アンテナは、前記送信フェーズドアレイアンテナとして一体に形成され、
前記受信カプラは、前記送信フェーズドアレイアンテナに形成されている請求項２に記載のアクティブフェーズドアレイ送信機。
【請求項４】
前記送信相対関係を検出する時に、前記複数の送信ユニットの１つの送信ユニットのみをアクティブ状態に、他の送信ユニットを非アクティブ状態にして前記複数の送信アンテナの１つのみが電波を出力するように制御するキャリブレーション制御部を有する請求項１から３のいずれか１項に記載のアクティブフェーズドアレイ送信機。
【請求項５】
前記送信相関処理部は、
前記第１中間周波数送信信号の送信自己相関と、
前記第２中間周波数送信信号の送信自己相関と、
前記第１中間周波数送信信号と前記第２中間周波数送信信号の送信相互相関と、を検出する請求項１から４のいずれか１項に記載のアクティブフェーズドアレイ送信機。
【請求項６】
前記送信相関処理部は、
前記第１中間周波数送信信号および前記第２中間周波数送信信号をデジタルデータに変換する送信Ａ／Ｄ変換器と、
デジタルデータに変換された前記第１中間周波数送信信号および前記第２中間周波数送信信号をデジタル処理して前記送信相関関係を検出するデジタル送信相関処理部と、を有する請求項５に記載のアクティブフェーズドアレイ送信機。
【請求項７】
前記送信相関処理部は、
前記第１中間周波数送信信号と前記第２中間周波数送信信号の前記送信相関関係を検出するアナログ送信相関器と、
前記アナログ送信相関器の出力をデジタルデータに変換する送信Ａ／Ｄ変換器と、を有する請求項５に記載のアクティブフェーズドアレイ送信機。
【請求項８】
前記送信相対関係検出部は、
前記第１中間周波数送信信号の送信自己相関、前記第２中間周波数送信信号の送信自己相関および前記第１中間周波数送信信号と前記第２中間周波数送信信号の送信相互相関の３つの送信相関関係をフーリエ処理する送信フーリエ処理部と、
前記送信フーリエ処理部の出力する前記３つの送信相関関係の周波数ゼロ成分から前記送信相対関係を算出する送信計算処理部と、を有する請求項４から７のいずれか１項に記載のアクティブフェーズドアレイ送信機。
【請求項９】
受信周波数信号を生成する受信周波数信号源と、
複数の受信アンテナを含む受信フェーズドアレイアンテナと、
前記複数の受信アンテナの受信信号と前記受信周波数信号から複数の第１中間周波数受信信号を生成する複数の受信ユニットと、
前記受信周波数信号に対して所定の周波数差を有するローカル受信周波数信号を生成するローカル受信周波数信号源と、
前記受信周波数信号と前記ローカル受信周波数信号から第２中間周波数受信信号を生成するミキサと、
前記複数の受信アンテナが前記ローカル受信周波数信号に対応する電波を受信した時の前記受信信号と前記受信周波数信号から生成した複数の第１中間周波数受信信号と前記第２中間周波数受信信号の受信相関関係を検出する受信相関処理部と、
前記受信相関処理部の検出した前記受信相関関係から、前記複数の受信ユニットでの振幅および位相の受信相対関係を検出する受信相対関係検出部と、を有することを特徴とするアクティブフェーズドアレイ受信機。
【請求項１０】
送受信周波数信号を生成する送受信周波数信号源と、
前記送受信周波数信号を送信データに応じて変調し、送受信変調信号を出力する変調器と、
前記送受信変調信号の位相および強度をそれぞれ変化させる複数の送信ユニットと、
前記複数の送信ユニットの出力に対応した電波を出力する複数の送信アンテナを含む送信フェーズドアレイアンテナと、
複数の受信アンテナを含む受信フェーズドアレイアンテナと、
前記複数の受信アンテナの受信信号と受信周波数信号から複数の第１中間周波数受信信号を生成する複数の受信ユニットと、
前記送受信周波数信号に対して所定の周波数差を有するローカル送受信周波数信号を生成するローカル送受信周波数信号源と、
前記送受信周波数信号と前記ローカル送受信周波数信号の一方を選択して、前記複数の受信ユニットに前記受信周波数信号として供給するスイッチと、
前記複数の送信アンテナの出力する電波を共通に受信する受信カプラと、
前記受信カプラの受信信号と前記受信周波数信号から第１中間周波数送信信号を生成する校正用受信ユニットと、
前記送受信変調信号の校正用送信ユニットと、
前記校正用送信ユニットの出力に対応した電波を前記複数の受信アンテナに出力する送信カプラと、
前記送受信変調信号と前記ローカル送信周波数信号から第２中間周波数送受信信号を生成するミキサと、
前記第１中間周波数送信信号と前記第２中間周波数送受信信号から送信相関関係を、前記第１中間周波数受信信号と前記第２中間周波数送受信信号から受信相関関係を検出する送受信相関処理部と、
前記送受信相関処理部の検出した前記送信相関関係から、前記複数の送信アンテナがそれぞれ出力する電波の位相および強度の送信相対関係を、および前記送受信相関処理部の検出した前記受信相関関係から、前記複数の受信ユニットでの振幅および位相の受信相対関係を、検出する送受信相対関係検出部と、を有することを特徴とするアクティブフェーズドアレイ送受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクティブフェーズドアレイ送信機、アクティブフェーズドアレイ受信機およびアクティブフェーズドアレイ送受信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線分野において、機械的に方向を変更せずに電波の放射方向を正確に制御する送信機および機械的に方向を変更せずに電波の到来方向を正確に検出する受信機として、アクティブフェーズドアレイ送信機およびアクティブフェーズドアレイ受信機が知られている。また、そのような送信機能および受信機能を併せ持つ送受信機として、アクティブフェーズドアレイ送受信機が知られている。まず、アクティブフェーズドアレイ送信機を例として説明する。
【０００３】
アクティブフェーズドアレイ送信機は、アレイ状に一体に形成された複数の送信アンテナを含むアレイアンテナを有し、複数の送信アンテナから放射された電波を空間合成する。アクティブフェーズドアレイ送信機は、さらに複数の送信アンテナにそれぞれ接続される複数の送信ユニットと、高周波数の送信周波数信号を生成する送信周波数信号源と、送信周波数信号を送信データに応じて変調し、送信変調信号を生成する変調器と、を有する。送信変調信号は、複数の送信ユニットに供給される。各送信ユニットは、可変利得増幅器（アンプ）および移相器を有し、供給された送信変調信号の振幅および位相を独立して変化させる。ここでは、送信ユニットにより形成される信号経路を、チャネルと称する。
【０００４】
アレイアンテナにおいて、ある方向に対して振幅と位相が一致するように各チャネルの出力信号を制御することにより、アレイアンテナから出力される電波の放射方向を制御することができる。しかし、ミリ波のような非常に高い周波数の送信変調信号を使用する場合、複数の送信ユニットが搭載されている回路特性のバラツキが大きく、また温度変動による影響も大きいため回路特性が変化し、複数のチャネルの出力信号の振幅および位相が高精度で制御できず、実際の指向性や放射方向が所望のものでなくなるという問題があった。
【０００５】
そこで、１チャネルごとの出力信号の振幅および位相を検出する構成を有するキャリブレーション機能を有するアクティブフェーズドアレイ送信機が提案されている。このアクティブフェーズドアレイ送信機は、各チャネルの送信アンテナに近い所で出力信号の振幅および位相を検出する回路を有する。この回路は、各送信チャネルの出力信号の振幅および位相を１チャネルずつ検出し、検出したチャネル間の差をなくすように各送信チャネルのアンプおよび移相器を補正する。具体的には、送信アンテナの直近にカプラを搭載し、１チャネルのみが送信信号を出力し、カプラは１チャネルの送信信号に対応する受信信号を生成する。この受信信号を、送信周波数信号と少し周波数が異なるローカル送信周波数信号を用いてミキサで混合し、低周波数の中間周波数信号に変換する。この中間周波数信号をＡ／Ｄ変換し、デジタル処理によりＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を行い、中間周波数信号の振幅および位相を検出する。この処理をすべてのチャネルに対して行うことで、チャネル間の振幅差および位相差のバラツキを検出することができる。この検出結果に基づいて、複数の送信ユニット（チャネル）のアンプおよび移相器を制御し、振幅および位相の再設定を行う。実際には、このサイクルを複数回行い、複数の送信アンテナからの電波の振幅差および位相差のバラツキを規定値内に収めるように校正（キャリブレーション）を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２０１１−５０７０００号公報
【特許文献２】国際公開第２００４／１０９９５２号
【特許文献３】特表平１０−５０３８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の技術では、高周波信号である送信周波数信号およびローカル送信周波数信号は、独立した信号源により生成される。そのため、それぞれの信号には位相雑音に起因する無相関なジッタが重畳されている。ミキサで送信周波数信号とローカル送信周波数信号から低周波数の中間周波数信号を生成すると、中間周波数信号には大きなジッタが発生する。そのため、検出した中間周波数信号の振幅および位相は精度が低く、校正精度が不十分であるという問題があった。この問題は、アクティブフェーズドアレイ送信機に限らず、アクティブフェーズドアレイ受信機およびアクティブフェーズドアレイ送受信機も同様の問題を有していた。
【０００８】
実施形態によれば、高精度の校正が行えるアクティブフェーズドアレイ送信機、アクティブフェーズドアレイ受信機およびアクティブフェーズドアレイ送受信機が実現される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の態様のアクティブフェーズドアレイ送信機は、送信周波数信号源と、変調器と、複数の送信ユニットと、送信フェーズドアレイアンテナと、ローカル送信周波数信号源と、第１ミキサと、第２ミキサと、送信相関処理部と、送信相対関係検出部と、を有する。送信周波数信号源は、送信周波数信号を生成する。変調器は、送信周波数信号を送信データに応じて変調し、送信変調信号を出力する。複数の送信ユニットは、送信変調信号の位相および強度をそれぞれ変化させる。送信フェーズドアレイアンテナは、複数の送信ユニットの出力に対応した電波を出力する複数の送信アンテナを含む。ローカル送信周波数信号源は、送信周波数信号に対して所定の周波数差を有するローカル送信周波数信号を生成する。第１ミキサは、複数の送信アンテナの出力する電波の受信信号とローカル送信周波数信号から第１中間周波数送信信号を生成する。第２ミキサは、送信変調信号とローカル送信周波数信号から第２中間周波数送信信号を生成する。送信相関処理部は、第１中間周波数送信信号と第２中間周波数送信信号の送信相関関係を検出する。送信相対関係検出部は、送信相関処理部の検出した送信相関関係から、複数の送信アンテナがそれぞれ出力する電波の位相および強度の送信相対関係を検出する。
【００１０】
第２の態様のアクティブフェーズドアレイ受信機は、受信周波数信号源と、受信フェーズドアレイアンテナと、複数の受信ユニットと、ローカル受信周波数信号源と、ミキサと、受信相関処理部と、受信相対関係検出部と、を有する。受信周波数信号源は、受信周波数信号を生成する。受信フェーズドアレイアンテナは、複数の受信アンテナを含む。複数の受信ユニットは、複数の受信アンテナの受信信号と受信周波数信号から複数の第１中間周波数受信信号を生成する。ローカル受信周波数信号源は、受信周波数信号に対して所定の周波数差を有するローカル受信周波数信号を生成する。ミキサは、受信周波数信号とローカル受信周波数信号から第２中間周波数受信信号を生成する。受信相関処理部は、複数の受信アンテナがローカル受信周波数信号に対応する電波を受信した時の受信信号と受信周波数信号から生成した複数の第１中間周波数受信信号と記第２中間周波数受信信号の受信相関関係を検出する。受信相対関係検出部は、受信相関処理部の検出した受信相関関係から、複数の受信ユニットでの振幅および位相の受信相対関係を検出する。
【００１１】
第３の態様のアクティブフェーズドアレイ送受信機は、送受信周波数信号源と、変調器と、複数の送信ユニットと、送信フェーズドアレイアンテナと、受信フェーズドアレイアンテナと、複数の受信ユニットと、ローカル送受信周波数信号源と、を有する。第３の態様のアクティブフェーズドアレイ送受信機は、さらに、スイッチと、受信カプラと、校正用受信ユニットと、校正用送信ユニットと、送信カプラと、ミキサと、送受信相関処理部と、送受信相対関係検出部と、を有する。送受信周波数信号源は、送受信周波数信号を生成する。変調器は、送受信周波数信号を送信データに応じて変調し、送受信変調信号を出力する。複数の送信ユニットは、送受信変調信号の位相および強度をそれぞれ変化させる。送信フェーズドアレイアンテナは、複数の送信ユニットの出力に対応した電波を出力する複数の送信アンテナを含む。受信フェーズドアレイアンテナは、複数の受信アンテナを含む。複数の受信ユニットは、複数の受信アンテナの受信信号と受信周波数信号から複数の第１中間周波数受信信号を生成する。ローカル送受信周波数信号源は、送受信周波数信号に対して所定の周波数差を有するローカル送受信周波数信号を生成する。スイッチは、送受信周波数信号とローカル送受信周波数信号の一方を選択して、複数の受信ユニットに受信周波数信号として供給する。受信カプラは、複数の送信アンテナの出力する電波を共通に受信する。校正用受信ユニットは、受信カプラの受信信号と受信周波数信号から第１中間周波数送信信号を生成する。校正用送信ユニットは、送受信変調信号を送信カプラに出力する。送信カプラは、校正用送信ユニットの出力に対応した電波を複数の受信アンテナに出力する。ミキサは、送受信変調信号とローカル送受信周波数信号から第２中間周波数送受信信号を生成する。送受信相関処理部は、第１中間周波数送信信号と第２中間周波数送受信信号から送信相関関係を、複数の第１中間周波数受信信号と第２中間周波数送受信信号から受信相関関係を検出する。送受信相対関係検出部は、送受信相関処理部の検出した送信相関関係から、複数の送信アンテナがそれぞれ出力する電波の位相および強度の送信相対関係を検出する。また、送受信相対関係検出部は、送受信相関処理部の検出した受信相関関係から、複数の受信ユニットでの振幅および位相の受信相対関係を検出する。
【発明の効果】
【００１２】
実施形態によれば、アクティブフェーズドアレイ送信機、アクティブフェーズドアレイ受信機およびアクティブフェーズドアレイ送受信機において、高精度の校正が行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一般的なアクティブフェーズドアレイ送信機の概略構成を示す図である。
【図２】一般的なアクティブフェーズドアレイ受信機の概略構成を示す図である。
【図３】アクティブフェーズドアレイ送信機（受信機）の校正方法を説明する図であり、（Ａ）が送信機の場合を、（Ｂ）が受信機の場合を示す。
【図４】校正（キャリブレーション）機能を有するアクティブフェーズドアレイ送信機の概略構成を示す図である。
【図５】第１実施形態のアクティブフェーズドアレイ送信機の概略構成を示す図である。
【図６】受信カプラを設けたアレイアンテナの平面図の例を示す図である。
【図７】ＴＸ−ＰＬＬシンセサイザ、クロック源およびＢＩＳＴ−ＰＬＬシンセサイザの部分のより詳細な構成を示す図である。
【図８】第１実施形態におけるキャリブレ−ション処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】シミュレーションにおける信号波形を示す。
【図１０】図４の相関関係を検出しない場合と第１実施形態の場合の、ジッタによる変動位相量に対する検出振幅の変化を示す図である。
【図１１】図４の相関関係を検出しない場合と第１実施形態の場合の、ジッタによる変動位相量に対する検出位相の変化を示す図である。
【図１２】第２実施形態において、相関関係を検出する部分と検出されたアナログ相関関係信号をデジタルデータに変換する部分の構成を示す図である。
【図１３】アナログ相関器の構成例を示す図である。
【図１４】第３実施形態のアクティブフェーズドアレイ受信機の構成を示す図である。
【図１５】第３実施形態におけるキャリブレ−ション処理の流れを示すフローチャートである。
【図１６】第４実施形態のアクティブフェーズドアレイ送受信機の構成を示す図である。
【図１７】第４実施形態におけるキャリブレ−ション処理の流れを示すフローチャートである。
【図１８】第１および第２実施形態のアクティブフェーズドアレイ送信機の校正を製造工程で行う場合の校正方法を説明する図である。
【図１９】第３実施形態のアクティブフェーズドアレイ受信機の校正を製造工程で行う場合の校正方法を説明する図である。
【図２０】校正回路を有さないアクティブフェーズドアレイ送信機の校正を製造工程で行う場合を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施形態を説明する前に、アクティブフェーズドアレイ送信機、受信機および送受信機について説明する。
図１は、一般的なアクティブフェーズドアレイ送信機の概略構成を示す図である。
【００１５】
アクティブフェーズドアレイ送信機は、ＴＸ−ＰＬＬシンセサイザ１１と、変調器１２と、Ｎ（Ｎ：２以上の整数）個の送信ユニットと、Ｎ個の送信アンテナ１５Ａ−１５Ｎと、を有する。ＴＸ−ＰＬＬシンセサイザ１１は、高周波数（例えば８０ＧＨｚ）の送信周波数信号を生成する送信周波数信号源である。変調器１２は、送信周波数信号を送信データ（ベースバンド(BB)データ）に応じて変調し、送信変調信号を生成する。Ｎ個の送信ユニットは、移相器１３Ａ−１３Ｎおよび可変利得増幅器（アンプ）１４Ａ−１４Ｎを有する。移相器１３Ａ−１３Ｎは、変調器１２から出力された送信変調信号の位相を独立して変化させる。可変利得増幅器１４Ａ−１４Ｎは、移相器１３Ａ−１３Ｎで位相が調整された送信変調信号の振幅を独立して変化させる。なお、移相器１３Ａ−１３Ｎおよび可変利得増幅器（アンプ）１４Ａ−１４Ｎの順番は逆でもよい。ここでは、送信ユニットにより形成される信号経路を、チャネルと称する場合がある。送信アンテナ１５Ａ−１５Ｎは、アレイアンテナを形成し、対応する送信ユニットから出力された振幅および位相が調整された送信変調信号に対応する電波を出力する。送信アンテナ１５Ａ−１５Ｎから放射された電波は、空間合成される。
【００１６】
アレイアンテナは、ある方向に対して振幅と位相が一致するように各チャネルの出力信号を制御することにより、空間合成されてアレイアンテナから出力される電波の放射方向を制御することができる。図１では、送信アンテナ１５Ａはφ0の位相で電波を出力し、送信アンテナ１５Ｂはφ0＋Δφ0の位相で電波を出力し、送信アンテナ１５Ｎはφ0＋ｎΔφ0の位相で電波を出力するという具合に、隣接する送信アンテナはΔφ0の位相差で電波を出力する。これにより、アレイアンテナから出力される電波の放射方向は、図１に示すようになる。
【００１７】
図２は、一般的なアクティブフェーズドアレイ受信機の概略構成を示す図である。
アクティブフェーズドアレイ受信機は、ＲＸ−ＰＬＬシンセサイザ２１と、Ｎ個の受信ユニットと、Ｎ個の受信アンテナ２４Ａ−２４Ｎと、を有する。ＲＸ−ＰＬＬシンセサイザ２１は、高周波数（例えば８０ＧＨｚ）の受信周波数信号を生成する受信周波数信号源である。Ｎ個の受信ユニットは、Ｎ個の復調器２２Ａ−２２ＮおよびＮ個の低雑音アンプ２３Ａ−２３Ｎを有する。低雑音アンプ２３Ａ−２３Ｎは、対応する受信アンテナ２４Ａ−２４Ｎが受信した電波に対応する受信信号を増幅する。復調器２２Ａ−２２Ｎは、受信周波数信号と低雑音アンプ２３Ａ−２３Ｎで増幅された複数の受信信号を混合（ミキシング）して、比較的低周波の中間周波数（ＩＦ）受信信号を生成する。この場合も、受信ユニットにより形成される信号経路を、チャネルと称する場合がある。
【００１８】
復調器２２Ａ−２２Ｎで生成された複数のＩＦ受信信号は、Ａ／Ｄ変換およびデジタルデータ処理を行うＡ／Ｄ・ＤＳＰ２５に送られ、デジタルデータに変換された後、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理が施される。信号処理により検出したＩＦ受信信号の振幅および位相を元に、チャネル間の振幅差および位相差を算出し、電波の到来方向を検出する。図２でも、受信アンテナ２４Ａはφ0の位相で電波を受け、受信アンテナ２４Ｂはφ0＋Δφ0の位相で電波を受け、受信アンテナ２４Ｎはφ0＋ｎΔφ0の位相で電波を受けるという具合に、隣接する受信アンテナはΔφ0の位相差で電波を受ける。これにより、アレイアンテナが受ける電波の到来方向は、図２に示すようになる。
【００１９】
ミリ波無線送信機（５Ｇ・Ｅ−ｂａｎｄ）やミリ波レーダのような非常に高い周波数の送信変調信号を使用する場合、複数の送信ユニットが搭載されている回路特性のバラツキが大きく、また温度変動による影響も大きいため回路特性が変化する。さらに個々の送信機によりこれらの変化量も異なる。振幅や位相が理想状態からずれると、放射ビームの形状が崩れて、所望の方向に放射できなくなるという問題が生じ、方向分解能が低下する。これは受信機の場合も同じで、受信ユニットが搭載されている回路特性のバラツキが大きく、また温度変動により変化すると、受信方向が正しく検出できないという問題が生じ、方向分解能が低下する。
【００２０】
そこで、１チャネルごとの送信（受信）信号の振幅および位相を検出し、検出結果に基づいてチャネルごとに振幅および位相を調整するキャリブレーション（校正）機能を有するアクティブフェーズドアレイ送信機（受信機）が提案されている。校正精度が方向分解能を決定するため、フェーズドアレイ技術にとって、校正機能はもっとも重要な機能の１つといえる。
【００２１】
図３は、アクティブフェーズドアレイ送信機（受信機）の校正方法を説明する図であり、（Ａ）が送信機の場合を、（Ｂ）が受信機の場合を示す。
図３の（Ａ）に示すように、アクティブフェーズドアレイ送信機の校正を行う場合には、アレイアンテナを形成する送信アンテナ１５Ａ−１５Ｎに近い所に受信カプラ１６を配置し、送信アンテナ１５Ａ−１５Ｎの出力する電波を受信できるようにする。複数の送信チャネルのうち１つをアクティブにし、他を非アクティブ（例えば、アンプ利得をゼロ）にし、１つの送信チャネルからのみの電波（送信変調信号）を受信し、キャリブレーション（校正）回路で振幅および位相を算出する。この処理を、複数の送信チャネルのすべてについて行い、複数の送信チャネルの振幅差および位相差を算出し、さらに補正量を算出し、各チャネルの振幅および位相の再設定を行う。
【００２２】
図３の（Ｂ）に示すように、アクティブフェーズドアレイ受信機の校正を行う場合には、受信アンテナ２４Ａ−２４５Ｎに近い所に送信カプラ２５を配置し、受信アンテナ２４Ａ−２４Ｎが送信カプラ２５から電波を受信できるようにする。受信機の場合、複数の受信チャネルの振幅差および位相差は、並行して検出することが可能であり、検出した振幅差および位相差に基づいて補正量を算出し、デジタル処理における補正量として使用する。
【００２３】
図４は、校正（キャリブレーション）機能を有するアクティブフェーズドアレイ送信機の概略構成を示す図である。
このアクティブフェーズドアレイ送信機は、図１で説明したように、ＴＸ−ＰＬＬシンセサイザ１１と、変調器１２と、Ｎ（Ｎ：２以上の整数）個の送信ユニットと、Ｎ個の送信アンテナ１５Ａ−１５Ｎと、を有する。Ｎ個の送信ユニットは、Ｎ個の移相器１３Ａ−１３Ｎと、可変利得アンプ１４Ａ−１４Ｎと、を有する。アクティブフェーズドアレイ送信機は、さらに受信カプラ１６と、ＢＩＳＴ−ＰＬＬシンセサイザ３１と、ミキサ３２と、クロック発振器３３と、Ａ／Ｄ変換器３４と、ＦＦＴ処理部３５と、キャリブレーション制御部３６と、を有する。これらが、校正（キャリブレーション）機能を実現する。
【００２４】
受信カプラ１６は、送信アンテナ１５Ａ−１５Ｎの直近に搭載され、送信アンテナ１５Ａ−１５Ｎの出力する電波を受信し、受信信号を生成する。なお、図４では図示していないが、必要に応じて受信信号を増幅するアンプ等が配置される。
【００２５】
ＢＩＳＴ−ＰＬＬシンセサイザ３１は、組込自己テスト(Built-In Self-Test)用のＰＬＬシンセサイザで、ＴＸ−ＰＬＬシンセサイザ１１の出力する送信周波数信号と少し周波数が異なるローカル送信周波数信号ＬＯを生成する。例えば、送信周波数信号の周波数は８０ＧＨｚであり、ローカル送信周波数信号ＬＯの周波数は８０．００１ＧＨｚであり、周波数差Δｆは１ＭＨｚである。ミキサ３２は、受信カプラ１６からの受信信号とローカル送信周波数信号ＬＯを混合（ミキシング）し、低周波数の中間周波数信号ＩＦに変換する。上記のように、Δｆが１ＭＨｚであるから、中間周波数信号ＩＦの周波数は１ＭＨｚである。
【００２６】
クロック発振器３３は、１ＭＨｚの中間周波数信号ＩＦの周波数特性の解析に必要な周波数、例えば数十ＭＨｚのクロックＣＬＫを出力する。Ａ／Ｄ変換器３４は、中間周波数信号ＩＦをクロックＣＬＫのサイクルでデジタルデータに変換する。ＣＬＫは数十ＭＨｚであるから、汎用のＡ／Ｄ変換器がＡ／Ｄ変換器３４として利用できる。ＦＦＴ処理部３５は、デジタル変換された中間周波数信号ＩＦに対してデジタル処理によりＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を行い、中間周波数信号の振幅および位相を検出する。
【００２７】
前述のように、この処理をすべてのチャネルに対して行うことで、チャネル間の（基準となるチャネルに対する）振幅差および位相差を算出することができる。算出したチャネル間の振幅差および位相差は、ルックアップテーブルに保存する。キャリブレーション制御部３６は、上記の一連の処理の制御を行う制御信号を生成する。ルックアップテーブルに保存された振幅差および位相差は、アクティブフェーズドアレイ送信機の通常動作時に、各チャネルの移相器および可変利得アンプの制御値の補正に使用される。
【００２８】
図４に示したキャリブレーションのための構成では、中間周波数信号ＩＦを生成するために、２個のＰＬＬシンセサイザを用いて高周波信号を生成している。そのため、２つの信号（送信周波数信号およびローカル送信周波数信号ＬＯ）にそれぞれ位相雑音に起因するジッタが生じており、中間周波数信号ＩＦには、これらの２つの高周波信号のジッタが重畳し、大きなジッタが発生する。この大きなジッタの影響で、中間周波数信号ＩＦの振幅および位相を高精度で検出するのが難しく、各チャネルの移相器および可変利得アンプの制御値を十分な精度で補正できないという問題があった。
【００２９】
この問題は、アクティブフェーズドアレイ受信機のキャリブレーション機能を実現する場合にも同様である。
以下に説明するアクティブフェーズドアレイ送信機、受信機および送受信機では、チャネルの振幅および位相を高精度で検出可能なキャリブレーション機能が実現され、方向分解能が向上する。
【００３０】
図５は、第１実施形態のアクティブフェーズドアレイ送信機の概略構成を示す図である。
第１実施形態のアクティブフェーズドアレイ送信機は、ＴＸ−ＰＬＬシンセサイザ１１と、変調器１２と、Ｎ個の送信ユニットと、Ｎ個の送信アンテナ１５Ａ−１５Ｎと、を有する。Ｎ個の送信ユニットは、Ｎ個の移相器１３Ａ−１３Ｎと、可変利得アンプ１４Ａ−１４Ｎと、を有する。第１実施形態のアクティブフェーズドアレイ送信機は、さらに、受信カプラ１６と、クロック源３０と、ＢＩＳＴ−ＰＬＬシンセサイザ３１と、（第１）ミキサ３２と、クロック発振器３３と、Ａ／Ｄ変換器４２と、ＦＦＴ処理部４４と、キャリブレーション制御部４６と、を有する。なお、図５では図示していないが、図４の場合と同様に、受信カプラ１６の出力する受信信号を増幅するアンプ等が配置される。以上の構成は、図４と同じであるが、Ａ／Ｄ変換器４２、ＦＦＴ処理部４３およびキャリブレーション制御部４６の処理が異なる。また、第１実施形態のアクティブフェーズドアレイ送信機は、さらに、（第２）ミキサ４１と、相関処理部４３と、計算処理部４５と、を有する。クロック発振器３３、Ａ／Ｄ変換器４２、相関処理部４３、ＦＦＴ処理部４４、計算処理部４５およびキャリブレーション制御部４６は、クロックＣＬＫにしたがって動作する部分である。これらのＣＬＫにしたがって動作する部分、受信カプラ１６、ＢＩＳＴ−ＰＬＬシンセサイザ３１、ミキサ３２およびミキサ４１が、次に説明するキャリブレーション（校正）機能を実現するキャリブレーション回路を形成する。
【００３１】
図５に戻り、図４に示した構成については説明済みなので、第１実施形態でキャリブレーションに関係して加えられた部分および図４に示したものとは異なる部分について説明する。
ここでは、変調器１２の出力する送信変調信号を参照するので、送信変調信号を参照送信変調信号Ｒｅｆ−ＴＸと称する。ミキサ４１は、参照送信変調信号Ｒｅｆ−ＴＸとＢＩＳＴ−ＰＬＬシンセサイザ３１の出力するローカル送信周波数信号ＬＯをミキシングし、第２中間周波数送信信号ＩＦ−ＲＥＦを生成する。この例では、第２中間周波数送信信号ＩＦ−ＲＥＦの周波数は１ＭＨｚである。参照送信変調信号Ｒｅｆ−ＴＸは、送信ユニット（移相器および可変利得アンプ）および送信アンテナを介して電波として出力され、受信カプラ１６で受信される。したがって、受信カプラ１６の受信信号ＴＸと参照送信変調信号Ｒｅｆ−ＴＸは、両方ともＴＸ−ＰＬＬシンセサイザ１１の雑音を含んでいる。
【００３２】
ローカル送信周波数信号ＬＯは、ＢＩＳＴ−ＰＬＬシンセサイザ３１の雑音を含んでいる。したがって、ミキサ３２が生成する第１中間周波数送信信号ＩＦおよびミキサ４１が生成する第２中間周波数送信信号ＩＦ−ＲＥＦは、共にＴＸ−ＰＬＬシンセサイザ１１の雑音およびＢＩＳＴ−ＰＬＬシンセサイザ３１の雑音が重畳されている。言い換えれば、第１中間周波数送信信号ＩＦと第２中間周波数送信信号ＩＦ−ＲＥＦの相関処理を行うことにより、ＴＸ−ＰＬＬシンセサイザ１１の雑音およびＢＩＳＴ−ＰＬＬシンセサイザ３１の雑音を検出できる。第１実施形態では、検出した２つの雑音により、ジッタの影響を相殺する。
【００３３】
第１実施形態では、このようなデジタル処理を行うために、Ａ／Ｄ変換器４２が、第１中間周波数送信信号ＩＦと第２中間周波数送信信号ＩＦ−ＲＥＦを並列にデジタルデータに変換する。相関処理部４３は、デジタル処理により相関処理を行う。さらに、ＦＦＴ部４４が相関処理により得られた相関関係をＦＦＴ処理し、計算処理部４５がジッタに依存しないＤＣ成分から各チャネルの位相および強度である送信相対関係を検出する。ここでは、ＦＦＴ処理を行うＦＦＴ処理部４４と計算処理を行う計算処理部４５を合わせて送信相対関係検出部と称する。デジタル処理については後述する。
【００３４】
図６は、受信カプラを設けたアレイアンテナの平面図の例を示す図である。
アレイアンテナ２は、４×４のマトリクス状に配置された複数の送信アンテナ３ＡＡ−３ＤＤを有する。各送信アンテナは、正方形の面形状を有する。各送信アンテナは、図示していない配線により送信ユニットの利得可変アンプと接続される。点線６で示す結合部に、各送信アンテナの辺に平行に受信カプラを形成するアンテナ線４が設けられている。したがって、図６では、１６個のアンテナ線４が設けられており、１６個のアンテナ線４は、配線５によりミキサ３２に接続される。配線５は、各アンテナ線４からミキサ３２までの配線長が等距離となるように設けられる。
【００３５】
図６に示した構成は、後述する送信カプラを設けて受信機のキャリブレーション（校正）を行う場合にも適用できる。
【００３６】
図７は、ＴＸ−ＰＬＬシンセサイザ、クロック源およびＢＩＳＴ−ＰＬＬシンセサイザの部分のより詳細な構成を示す図である。
クロック源３０は、例えば水晶発振器で形成され、基準発振信号を発生する。ＴＸ−ＰＬＬシンセサイザ１１は、電圧制御発振器（ＶＣＯ）５１と、プログラマブル分周器５２と、位相比較器５３と、ループフィルタ５４と、を有する。ＶＣＯ５１は、制御電圧に応じて発振周波数が変化し、発生した発振信号は送信周波数信号として出力される。プログラマブル分周器５２は、分周比制御回路５０から指示された分周比PTXにしたがって送信周波数信号を分周し、分周信号を出力する。分周比PTXは、分周信号の周波数が基準発振信号の周波数と一致するように設定される。位相比較器５３は、クロック源３０からの基準発振信号とプログラマブル分周器５２からの分周信号の位相を比較し、分周信号の位相が基準発振信号の位相に対して進んでいるか遅れているかを示す位相差信号を出力する。ループフィルタ５４は、位相差信号の高周波成分を除去して、ＶＣＯ５１の制御電圧を生成する。以上の構成により、ＴＸ−ＰＬＬシンセサイザ１１は、基準発振信号の周波数のPTX倍の周波数の送信周波数信号を出力する。このようなシンセサイザ回路の構成は広く知られているので、これ以上の説明は省略する。
【００３７】
ＢＩＳＴ−ＰＬＬシンセサイザ３１は、ＴＸ−ＰＬＬシンセサイザ１１と類似の構成を有するが、分周比PBISTがPTXと異なり、基準発振信号の周波数のPBIST倍の周波数のローカル周波数信号ＬＯを出力する。PBISTは、PTX＝Ｍとすると、Ｍ−１またはＭ＋１に設定することが望ましい。このようにして、ＢＩＳＴ−ＰＬＬシンセサイザ３１は、送信周波数信号と周波数が少し異なるローカル周波数信号ＬＯを出力する。
【００３８】
ここで、再び図５に戻り、第１実施形態において各チャネルの振幅および位相を算出する原理を説明する。
ＴＸ−ＰＬＬシンセサイザ１１の出力する送信周波数信号は、周波数がfTXであり、ジッタとして影響する位相雑音σTX(t)が重畳されているとする。また、ＢＩＳＴ−ＰＬＬシンセサイザ３１の出力するローカル送信周波数信号ＬＯは、周波数がfLOであり、位相雑音σLO(t)が重畳されているとする。
【００３９】
図５に示すように、変調器１２は送信周波数信号を変調して送信変調信号を出力する。第１実施形態では、変調器１２の出力する送信変調信号を参照送信信号Ｒｅｆ−ＴＸとして利用する。Ｒｅｆ−ＴＸは、振幅Ａｒおよび位相φｒを有するとする。Ｒｅｆ−ＴＸは、各送信ユニット（チャネル）に供給され、移相器による位相変化および可変利得アンプによる振幅変化を受けた後、各送信アンテナから出力され、受信カプラ１６により受信され、受信信号ＴＸとなる。したがって、ＴＸとＲｅｆ−ＴＸは、同じ周波数の信号である。ここで、ｉ番目のアンテナ（チャネル）からの受信信号ＴＸは、振幅Ａｉおよび位相φｉを有するとする。
【００４０】
ミキサ３２は、ローカル送信周波数信号ＬＯと受信信号ＴＸを混合（ミキシング）して、第１中間周波数送信信号ＩＦを生成する。ミキサ４１は、ローカル送信周波数信号ＬＯと参照送信信号Ｒｅｆ−ＴＸをミキシングして、第２中間周波数送信信号ＩＦ−ＲＥＦを生成する。第１中間周波数送信信号ＩＦおよび第２中間周波数送信信号ＩＦ−ＲＥＦは次の式で表され、式における周波数fIFおよび位相雑音σIF(t)は式中のように表される。
【００４１】
【数１】
2017158086.tif 000003
【００４２】
上記の式で表されるように、第１中間周波数送信信号ＩＦおよび第２中間周波数送信信号ＩＦ−ＲＥＦの２つの信号には、送信周波数信号の位相雑音σTX(t)とローカル送信周波数信号ＬＯの位相雑音σLO(t)の両方がそれぞれ含まれる。したがって、ＩＦおよびＩＦ−ＲＥＦの２つの信号に含まれるジッタには相関があり、相関関係を検出すれば、ジッタの影響を相殺して除去できると考えられる。
【００４３】
第１実施形態では、ＩＦとＩＦ−ＲＥＦにおける相関関係をデジタル処理により検出する。ＴＸ、Ｒｅｆ−ＴＸおよびＬＯは、送信周波数信号と同じ周波数の信号であり、例えば８０ＧＨｚの信号である。これに対して、第１中間周波数送信信号ＩＦおよび第２中間周波数送信信号ＩＦ−ＲＥＦの２つの信号は、例えば１ＭＨｚの信号であり、数十ＭＨｚの周波数でＡ／Ｄ変換すれば、そのプロフィールを十分に解析可能である。ここでは、Ａ／Ｄ変換器４２が、ＩＦおよびＩＦ−ＲＥＦをクロック発振器３３からのクロックで同時にサンプリングしてデジタルデータに変換する。各サンプリング時刻ｔにおけるＩＦおよびＩＦ−ＲＥＦの電圧データをDIF(t)およびDIF-REF(t)とする。
【００４４】
相関処理部４３は、DIF(t)およびDIF-REF(t)を積分処理し、次の式で示されるDIF(t)の自己相関関数RIF(τ)、の自己相関関数RIF-REF(τ)およびDIF(t)およびDIF-REF(t)の相互相関関数C(τ)を算出する。
【００４５】
【数２】
2017158086.tif 000004
【００４６】
ＦＦＴ処理部４４は、３つの相関関数のそれぞれのＦＦＴ処理を行う。
計算処理部４５は、３つの相関関数のＦＦＴ処理結果から、ジッタに影響しない次の式で示す３つのＤＣ（直流）成分F[RIF](0)、F[RIF-REF](0)およびF[C](0)を求める。
【００４７】
【数３】
2017158086.tif 000005
【００４８】
計算処理部４５は、３つのＤＣ成分から、ｉ番目のＴＸ信号の振幅Aiと、Ｒｅｆ−ＴＸ信号を基準とした位相φi−φrを算出する。このようにして、ジッタを相殺して各チャネルの振幅と位相が求まる。
【００４９】
図８は、第１実施形態におけるキャリブレ−ション処理の流れを示すフローチャートである。これらの処理は、キャリブレ−ション制御部４６の制御の下に行われる。
ステップＳ１００で、フェーズドアレイ送信機校正（キャリブレ−ション）モードを開始する。
【００５０】
ステップＳ１０１からＳ１１１までの処理は、校正対象の放射方向θの全てに対して、所定のピッチで繰り返される。
ステップＳ１０２で、校正する放射方向θに対応して、移相器および可変利得増幅器（アンプ）の制御電圧を、関数またはルックアップテーブルに記憶された値に基づいて設定する。この際、補正テーブルがあれば、補正テーブルによる補正を適用してもよく、ここでは補正テーブルを使用するものとする。
【００５１】
ステップＳ１０３からＳ１０８までの処理を、チャネル１からＮまで（ＣＨｉ＝１からＮまで）繰り返す。
ステップＳ１０４で、チャネルＣＨｉの送信ユニットのみの電源をオン（ＯＮ）にし、それ以外のチャネルの送信ユニットの電源をオフ（ＯＦＦ）にする。これにより、チャネルＣＨｉの送信アンテナから出力された電波の受信信号ＴＸが生成される。
【００５２】
ステップＳ１０５で、上記の式を参照して説明した処理により、第１中間周波数送信信号ＩＦおよび第２中間周波数送信信号ＩＦ−ＲＥＦの２つの信号の振幅と位相差(Ai, Ar,φi−φr)を検出する。
ステップＳ１０６で、ＩＦおよびＩＦ−ＲＥＦの振幅と位相差(Ai, Ar,φi−φr)をチャネルＣＨｉの検査データ(Gi=Ai/Ar, Δφi＝φi−φr)として保存する。
【００５３】
ステップＳ１０７で、ＣＨｉ＝Ｎであるか、すなわちすべてのチャネルについて検査データを取得したか判定し、終了していなければステップＳ１０３に戻る。
ステップＳ１０８で、保存したすべてのチャネルの検査データで、振幅比Giおよび位相差Δφiのチャネル間バラツキが規定値以内であるか否か判定し、規定値を超えていればステップＳ１０９に進み、規定値以内であればステップＳ１１０に進む。
【００５４】
ステップＳ１０９で、各チャネルの検査データのバラツキから、移相器および可変利得増幅器（アンプ）の制御電圧補正テーブルを作成（更新）し、ステップＳ１０２に戻る。そしてステップＳ１０２からＳ１０８を実行し、ステップＳ１１０に進めるまで繰り返す。
【００５５】
ステップＳ１１０で、上記のようにして求めた移相器および可変利得増幅器（アンプ）の制御電圧補正テーブルを、放射方向θに対する制御電圧補正テーブルとして保存する。
ステップＳ１１１で、放射方向θに対する校正を終了し、放射方向θを所定のピッチだけ変更してステップＳ１０１に戻る。校正対象の放射方向θについての校正が終了すると、ステップＳ１１２に進み、校正モードを終了する。
【００５６】
第１実施形態における信号処理の効果を確認するためのシミュレーションを実施した。ここでは、位相が１２０°異なる２信号をＩＦ−ＲＥＦおよびＩＦとして生成し、ジッタによる位相変動がガウス分布にしたがい、位相変動σの標準偏差が２８°と１１４°のジッタをＩＦ−ＲＥＦおよびＩＦに重畳した場合をシミュレーションした。
【００５７】
図９は、シミュレーションにおける信号波形を示し、（Ａ）がσ＝２８°のＩＦ−ＲＥＦ（０°）を、（Ｂ）がσ＝２８°のＩＦ（１２０°）を、（Ｃ）がσ＝１１４°のＩＦ−ＲＥＦ（０°）を、（Ｄ）がσ＝１１４°のＩＦ（１２０°）を示す。ジッタが大きいと、信号波形の乱れが非常に大きくなる。
【００５８】
図１０は、図４の相関関係を検出しない場合と第１実施形態の場合の、ジッタによる変動位相量に対する検出振幅の変化を示す図である。ここで、横軸のジッタによる変動位相量は、上記の通りジッタによる位相変動がガウス分布にしたがい、その標準偏差で表される。図１０において、第１実施形態の場合の検出振幅がＸの線で、図４の相関関係を検出しない場合の検出振幅がＹの線で、真の値がＺの点線で示される。図４の相関関係を検出しない構成では、ジッタによる変動位相量が大きくなると、検出振幅の真の値からのずれが大きくなる。これに対して、第１実施形態では、ジッタによる変動位相量が大きくても、真の値に近い振幅を検出できることが分かる。
【００５９】
図１１は、図４の相関関係を検出しない場合と第１実施形態の場合の、ジッタによる変動位相量に対する検出位相の変化を示す図である。横軸のジッタによる変動位相量は、図１０と同じである。図１１において、第１実施形態の場合の検出振幅がＸの線で、図４の相関関係を検出しない場合の検出振幅がＹの線で、真の値がＺの点線で示される。図４の相関関係を検出しない構成では、ジッタによる変動位相量が大きくなると、検出位相の真の値からのずれが非常に大きくなる。これに対して、第１実施形態では、ジッタによる変動位相量が大きくても、真の値に近い位相を検出できることが分かる。
【００６０】
以上説明した通り、第１実施形態のアクティブフェーズドアレイ送信機は、複数の送信チャネルの振幅および位相を高精度で検出可能なキャリブレーション機能が行えるので、高精度での補正が可能であり、方向分解能が向上する。
【００６１】
次に説明する第２実施形態のアクティブフェーズドアレイ送信機は、第１実施形態のアクティブフェーズドアレイ送信機と類似の構成を有するが、Ａ／Ｄ変換器４２、相関処理部４３およびＦＦＴ処理部４４の部分が異なる。
図１２は、第２実施形態において、相関関係を検出する部分と検出されたアナログ相関関係信号をデジタルデータに変換する部分の構成を示す図である。第１実施形態のＦＦＴ処理部４４は設ける必要が無い。
【００６２】
第２実施形態では、第１中間周波数送信信号ＩＦおよび第２中間周波数送信信号ＩＦ−ＲＥＦの２つの信号のそれぞれの自己相関関数信号および相互相関関数信号をアナログ相関器６１で検出する。
【００６３】
図１３は、アナログ相関器の構成例を示す図である。
アナログ相関器６１は、３個の線形乗算器６４−６５、および３個のローパスフィルタ（ＬＰＦ）６７−６９を有する。線形乗算器６４がＩＦ−ＲＥＦの２乗演算を行い、ＬＰＦ６７が線形乗算器６４の出力から低周波成分を抽出する。ＬＰＦ６７の出力は、ＩＦ−ＲＥＦを２乗した信号の振幅Ar2、すなわちＩＦ−ＲＥＦの自己相関関数信号である。線形乗算器６５がＩＦの２乗演算を行い、ＬＰＦ６８が線形乗算器６５の出力から低周波成分を抽出する。ＬＰＦ６８の出力は、ＩＦを２乗した信号の振幅Ai2、すなわちＩＦの自己相関関数信号である。線形乗算器６６がＩＦ−ＲＥＦとＩＦの乗算演算を行い、ＬＰＦ６９が線形乗算器６６の出力から低周波成分を抽出する。ＬＰＦ６９の出力は、ＩＦ−ＲＥＦとＩＦを乗算した信号の位相差成分Ai・Arcos(φi−φr）、すなわちＩＦ−ＲＥＦとＩＦの相互相関関数信号である。
【００６４】
Ａ／Ｄ変換器６２は、アナログ相関器６１の出力する２つの自己相関関数信号および相互相関関数信号をデジタルデータに変換する。アナログ相関器６１の出力する２つの自己相関関数信号および相互相関関数信号はＤＣ信号であるので、Ａ／Ｄ変換器６２は、は低速なものが使用可能である。
計算処理部４５は、Ａ／Ｄ変換器６２の出力するＩＦ−ＲＥＦの振幅Ar2、ＩＦの振幅Ai2およびＩＦ−ＲＥＦとＩＦの位相差成分Ai・Arcos(φi−φr）から、第１実施形態と同様の処理を行い、ＩＦおよびＩＦ−ＲＥＦの振幅と位相差(Ai, Ar,φi−φr)を検出する。
【００６５】
以上説明した通り、第２実施形態のアクティブフェーズドアレイ送信機は、第１実施形態の送信機の効果に加えて、第１実施形態に比べて簡単な構成になり、低コストの部品で実現可能である。
【００６６】
図１４は、第３実施形態のアクティブフェーズドアレイ受信機の構成を示す図である。
図３の（Ｂ）で説明したように、アクティブフェーズドアレイ受信機で、送信カプラ２５からの電波に対応する受信信号から検出した振幅差および位相差に基づいて補正量を算出する。この場合も、ＲＸ−ＰＬＬシンセサイザ２１が生成するローカル受信周波数信号と送信カプラ２５に供給されるローカル受信周波数信号にそれぞれ位相雑音に起因するジッタが生じており、各受信ユニットの振幅および位相を高精度で検出するのが難しいという問題があった。第３実施形態のアクティブフェーズドアレイ受信機では、この問題を解決し、各受信ユニットの生成するチャネルの振幅および位相を高精度で検出可能なキャリブレーション機能が実現され、方向分解能が向上する。
【００６７】
第３実施形態のアクティブフェーズドアレイ受信機は、ＲＸ−ＰＬＬシンセサイザ２１と、Ｎ個の受信ユニットと、Ｎ個の受信アンテナ２４Ａ−２４Ｎと、を有する。Ｎ個の受信ユニットは、Ｎ個の復調器２２Ａ−２２ＮおよびＮ個の低雑音アンプ２３Ａ−２３Ｎを有する。第３実施形態のアクティブフェーズドアレイ受信機は、さらに、送信カプラ２５と、クロック源７０と、ＢＩＳＴ−ＰＬＬシンセサイザ７１と、ミキサ７２と、クロック発振器７３と、Ａ／Ｄ変換器７４と、相関処理部７５と、ＦＦＴ処理部７６と、計算処理部７７と、を有する。なお、図示していないが、キャリブレーション制御部が設けられる。送信カプラ２５、クロック源７０と、ＢＩＳＴ−ＰＬＬシンセサイザ７１、ミキサ７２、クロック発振器７３、Ａ／Ｄ変換器７４、相関処理部７５、ＦＦＴ処理部７６、計算処理部７７およびキャリブレーション制御部は、キャリブレーション回路を形成する。
【００６８】
第３実施形態において、ＲＸ−ＰＬＬシンセサイザ２１、クロック源７０およびＢＩＳＴ−ＰＬＬシンセサイザ７１は、図７に示した第１実施形態の受信機のものと同様に実現される。ＲＸ−ＰＬＬシンセサイザ２１の出力するローカル受信周波数信号ＬＯとＢＩＳＴ−ＰＬＬシンセサイザ７１の出力する受信周波数信号ＲＸは、類似の周波数（例えば８０ＧＨｚ）を有するが、小さな周波数差（例えば１ＭＨｚ）を有する。
また、Ｎ個の受信アンテナ２４Ａ−２４Ｎおよび送信カプラ２５は、図６において、送信アンテナを受信アンテナとし、受信カプラを送信カプラとすることにより同様に実現される。
【００６９】
ＢＩＳＴ−ＰＬＬシンセサイザ７１の出力する受信周波数信号ＲＸは、送信カプラ２５およびミキサ７２に供給される。なお図示していないが、送信カプラ２５に供給する受信周波数信号ＲＸを増幅するアンプを設けてもよい。ミキサ７２は、ＲＸ−ＰＬＬシンセサイザ２１の出力するローカル受信周波数信号ＬＯと受信周波数信号ＲＸを混合（ミキシング）して第２中間周波数受信信号ＩＦ−ＲＥＦを生成する。ＩＦ−ＲＥＦの周波数は１ＭＨｚである。
【００７０】
複数の復調器２２Ａ−２２Ｎのそれぞれは、送信カプラ２５からの受信周波数信号ＲＸに対応する電波の受信信号をローカル受信周波数信号ＬＯで復調し、第１中間周波数受信信号ＩＦを生成する。したがって、ＩＦの周波数は１ＭＨｚである。第１実施形態で説明したのと同様に、ＩＦおよびＩＦ−ＲＥＦの２つの信号には、受信周波数信号の位相雑音とローカル受信周波数信号ＬＯの位相雑音の両方がそれぞれ含まれる。したがって、ＩＦおよびＩＦ−ＲＥＦの２つの信号に含まれるジッタには相関があり、相関関係を検出すれば、ジッタの影響を相殺して除去できると考えられる。
【００７１】
Ａ／Ｄ変換器７４は、複数の復調器２２Ａ−２２Ｎの１つの出力する第１中間周波数受信信号ＩＦと第２中間周波数受信信号ＩＦ−ＲＥＦを同時にデジタルデータに変換する。そして、相関処理部７５、ＦＦＴ処理部７６および計算処理部７７は、第１実施形態で説明したのと同様の処理を行い、ＩＦ−ＲＥＦに対する１つの受信ユニットにおける第１中間周波数受信信号の振幅および位相を検出する。これを複数の復調器２２Ａ−２２Ｎのすべての出力に対して行うことで、複数の受信ユニットの補正データ(cGi, cφi)が得られる。
【００７２】
なお、第２実施形態で説明したアナログ相関器を使用する構成は、第３実施形態のアクティブフェーズドアレイ受信機にも適用可能である。
【００７３】
図１５は、第３実施形態におけるキャリブレ−ション処理の流れを示すフローチャートである。これらの処理は、キャリブレ−ション制御部の制御の下に行われる。
ステップＳ２００で、フェーズドアレイ受信機校正（キャリブレ−ション）モードを開始する。
【００７４】
ステップＳ２０１で、ＢＩＳＴ−ＰＬＬシンセサイザ７１の電源をＯＮにし、送信カプラ２５を介して受信機にＲＸ信号が入力される状態にする。
ステップＳ２０２で、受信機のすべての受信チャネルをＯＮに、すなわちすべての復調器２２Ａ−２２Ｎおよびアンプ２３Ａ−２３ＮをＯＮにする。
【００７５】
ステップＳ２０３で、復調器からＡ／Ｄ変換器７４に入力する第１中間周波数受信信号を順次切替ながら、全受信チャネルのＩＦ信号について、ＩＦ−ＲＥＦ信号に対する振幅および位相(Ai, Ar, φi-φr)を検出する。
ステップＳ２０４で、ＩＦ信号とＩＦ−ＲＥＦ信号の振幅比および位相差に、補正値(cGi, cφi)を掛け、チャネルＣＨｉの検出データ(Gi=cGi*Ai/Ar, Δφi=φi-φr+cφi)として保存する。
【００７６】
ステップＳ２０５で、ステップＳ２０４で保存した検出データにおいて、振幅比Giおよび位相差Δφiの受信チャネル間のバラツキが規定値以内であるか判定し、範囲を超えていればステップＳ２０６に進み、範囲内であればステップＳ２０７に進んで校正モードを終了する。
ステップＳ２０６で、各受信チャネルの補正値(cGi, cφi)を計算し、補正テーブルを作成し、ステップＳ２０１に戻る。以下、Ｓ２０７に進むまで、Ｓ２０１からＳ２０６を繰り返す。
【００７７】
以上説明した通り、第３実施形態のアクティブフェーズドアレイ受信機は、チャネルの振幅および位相を高精度で検出可能なキャリブレーション機能が行えるので、高精度での補正が可能であり、方向分解能が向上する。
【００７８】
図１６は、第４実施形態のアクティブフェーズドアレイ送受信機の構成を示す図である。
第４実施形態のアクティブフェーズドアレイ送受信機は、送信機の構成と受信機の構成の両方を有し、第１実施形態および第３実施形態で説明したキャリブレーション機能を有する。以下、第４実施形態のアクティブフェーズドアレイ送受信機は、第４実施形態の送受信機と称する。
【００７９】
第４実施形態の送受信機は、ＴＸ−ＰＬＬシンセサイザ８１と、変調器８２と、Ｎ個の送信ユニット８３Ａ−８３Ｎと、Ｎ個の送信アンテナ８４Ａ−８４Ｎと、受信カプラ８５と、校正用送信ユニット８６と、ＢＩＳＴ−ＰＬＬシンセサイザ８８と、を有する。第４実施形態の送受信機は、さらに、スイッチ８９と、Ｎ個の受信ユニット９０Ａ−９０Ｎと、Ｎ個の受信アンテナ９１Ａ−９１Ｎと、送信カプラ９２と、校正用受信ユニット９３と、ミキサ９４と、を有する。第４実施形態の送受信機は、さらに、Ａ／Ｄ変換器９５と、相関処理部９６と、ＦＦＴ処理部９７と、計算処理部９８と、を有する。
【００８０】
ＴＸ−ＰＬＬシンセサイザ８１およびＢＩＳＴ−ＰＬＬシンセサイザ８８は、図示していないクロック源を合わせて、図７のように実現される。ＢＩＳＴ−ＰＬＬシンセサイザ８８は、ＴＸ−ＰＬＬシンセサイザ８１の生成する高周波数の送受信周波信号（８０ＧＨｚ）に類似（周波数差１００ＭＨｚ）のローカル送受信周波数信号ＢＩＳＴ−ＬＯを生成する。変調器８２、送信アンテナ８４Ａ−８４Ｎおよび受信カプラ８５は、第１実施形態の送信機の対応部分と同じように実現される。送信ユニット８３Ａ−８３Ｎは、第１実施形態の送信機と同様に、Ｎ個の移相器１３Ａ−１３Ｎと、可変利得アンプ１４Ａ−１４Ｎと、を有するように実現される。送信アンテナ８４Ａ−８４Ｎおよび受信カプラ８５は、図６のように実現される。校正用送信ユニット８６は、送信周波数信号を送信カプラ９２に供給する。校正用送信ユニット８６は、可変利得アンプを有してもよい。受信ユニット９０Ａ−９０Ｎは、第３実施形態の送信機と同様に、Ｎ個の復調器２２Ａ−２２Ｎと、低雑音アンプ２３Ａ−２３Ｎと、を有し、第１中間周波数受信信号を生成するように実現される。受信アンテナ９１Ａ−９１Ｎおよび送信カプラ９２は、第３実施形態と同様に、図６のように実現される。校正用受信ユニット９３は、復調器を有し、受信カプラ８５から受信信号を受け、受信信号と受信周波数信号ＬＯから第１中間周波数送信信号を生成する。スイッチ８９は、受信ユニット９０Ａ−９０Ｎに供給する受信周波数信号ＬＯを、ＴＸ−ＰＬＬシンセサイザ８１の出力する送受信周波数信号ＴＸ−ＬＯとＢＩＳＴ−ＰＬＬシンセサイザ８８の出力するローカル送受信周波数信号ＢＩＳＴ−ＬＯの間で切り替える。ミキサ９４は、変調器８２の出力する送受信周波数信号とローカル送受信周波数信号ＢＩＳＴ−ＬＯを混合して第２中間周波数送受信信号ＩＦ−ＲＥＦを生成する。Ａ／Ｄ変換器９５は、受信ユニット９０Ａ−９０Ｎの復調器からの第１中間周波数受信信号および校正用受信ユニット９３の復調器からの第１中間周波数送信信号を選択してデジタルデータに変換すると共に、ＩＦ−ＲＥＦをデジタルデータに変換する。相関処理部９６、ＦＦＴ処理部９７および計算処理部９８は、第１および第３実施形態で説明したものと同じである。
【００８１】
第４実施形態の送受信機は、通常動作時には、ＴＸ−ＰＬＬシンセサイザ８１、変調器８２、送信ユニット８３Ａ−８３Ｎおよび受信ユニット９０Ａ−９０ＮがＯＮ状態になる。スイッチ８９はＴＸ−ＬＯを選択し、ＢＩＳＴ−ＰＬＬシンセサイザ８８、校正用送信ユニット８６、ミキサ９４、Ａ／Ｄ変換器９５、相関処理部９６、ＦＦＴ処理部９７および計算処理部９８は、ＯＦＦ状態になる。校正用受信ユニット９３はＯＮでもＯＦＦでも良いが、ＯＦＦすることが望ましい。これにより、送信機と受信機の機能が実現される。
【００８２】
複数の送信ユニットの出力の振幅および位相を検出する送信機校正モード時には、ＴＸ−ＰＬＬシンセサイザ８１、変調器８２および送信ユニット８３Ａ−８３ＮはＯＮ状態を維持する。受信ユニット９０Ａ−９０Ｎは、ＯＮでもＯＦＦでもよいが、ＯＦＦすることが望ましい。ＢＩＳＴ−ＰＬＬシンセサイザ８８、校正用受信ユニット９３、ミキサ９４、Ａ／Ｄ変換器９５、相関処理部９６、ＦＦＴ処理部９７および計算処理部９８は、ＯＮ状態になる。スイッチ８９はＢＩＳＴ−ＬＯを選択し、校正用送信ユニット８６はＯＦＦ状態になる。この場合、校正用受信ユニット９３は、図５のミキサ３２に対応する機能を実現し、ミキサ９４はミキサ４１に対応し、図５の第１実施形態の構成が実現される。動作は第１実施形態の場合を同じなので説明は省略する。
【００８３】
複数の受信ユニットでの振幅および位相を検出する受信機校正モード時には、ＴＸ−ＰＬＬシンセサイザ８１、変調器８２、校正用送信ユニット８６、および受信ユニット９０Ａ−９０ＮはＯＮ状態になる。送信ユニット８３Ａ−８３Ｎおよび校正用受信ユニット９３はＯＦＦする。ＢＩＳＴ−ＰＬＬシンセサイザ８８、ミキサ９４、Ａ／Ｄ変換器９５、相関処理部９６、ＦＦＴ処理部９７および計算処理部９８は、ＯＮ状態になる。スイッチ８９はＢＩＳＴ−ＬＯを選択する。この場合、校正用送信ユニット８６は、図１４の送信カプラ２５への信号経路に対応し、ミキサ９４はミキサ７２に対応し、図１４の第３実施形態の構成が実現される。動作は第３実施形態の場合を同じなので説明は省略する。
【００８４】
図１７は、第４実施形態におけるキャリブレ−ション処理の流れを示すフローチャートである。これらの処理は、図１６には示していないキャリブレ−ション制御部の制御の下に行われる。
まず、通常動作時には、ＴＸ−ＰＬＬシンセサイザ８１、変調器８２、送信ユニット８３Ａ−８３Ｎ、および受信ユニット９０Ａ−９０ＮはＯＮ状態になる。校正用送信ユニット８６、校正用受信ユニット９３、ＢＩＳＴ−ＰＬＬシンセサイザ８８、ミキサ９４、Ａ／Ｄ変換器９５、相関処理部９６、ＦＦＴ処理部９７および計算処理部９８は、ＯＦＦする。スイッチ８９はＴＸ−ＬＯを選択する。
ステップＳ３００で、フェーズドアレイ送受信機校正（キャリブレ−ション）モードを開始する。この時、ＢＩＳＴ−ＰＬＬシンセサイザ８８、ミキサ９４、Ａ／Ｄ変換器９５、相関処理部９６、ＦＦＴ処理部９７および計算処理部９８をＯＮ状態にする。
【００８５】
ステップＳ３０１で、スイッチ８９がローカル送受信周波数信号ＢＩＳＴ−ＬＯを選択し、受信周波数信号ＬＯとして出力するようにする。
ステップＳ３０２で、校正対象が送信機であるか受信機であるかを判定し、送信機であればステップＳ３１１に進み、受信機であればステップＳ３２１に進む。
【００８６】
ステップＳ３１１で、通常時の状態から、送信ユニット８３Ａ−８３ＮのＯＮ状態を維持し、受信ユニット９０Ａ−９０ＮをＯＦＦ状態にし、校正用送信ユニット８６のＯＦＦ状態を維持し、校正用受信ユニット９３をＯＮ状態にする。
ステップＳ３１２で、校正用受信ユニット９３の復調器の出力信号を第１中間周波数送信信号ＩＦとして、第１実施形態と同様に（図８のフローチャートにしたがって）送信ユニット８３Ａ−８３Ｎを校正する。
【００８７】
ステップＳ３２１で、通常時の状態から、送信ユニット８３Ａ−８３ＮをＯＦＦ状態にし、受信ユニット９０Ａ−９０ＮのＯＮ状態を維持し、校正用送信ユニット８６をＯＮ状態にし、校正用受信ユニット９３をＯＦＦ状態にする。
ステップＳ３２２で、受信ユニット９０Ａ−９０Ｎの復調器の出力信号を第１中間周波数送信信号ＩＦとして、第３実施形態と同様に（図１５のフローチャートにしたがって）受信ユニット９０Ａ−９０Ｎを校正する。
【００８８】
以上説明した通り、第４実施形態のアクティブフェーズドアレイ送受信機は、送信チャネルおよび受信チャネルの振幅および位相を高精度で検出可能なキャリブレーション機能が行えるので、高精度での補正が可能であり、方向分解能が向上する。
なお、第２実施形態で説明したアナログ相関器を使用する構成は、第４実施形態のアクティブフェーズドアレイ送受信機にも適用可能である。
【００８９】
以上説明した第１および第２実施形態のアクティブフェーズドアレイ送信機、第３実施形態のアクティブフェーズドアレイ受信機および第４実施形態のアクティブフェーズドアレイ送受信機は、校正回路を搭載し、され、フィールドにおいて随時校正が可能である。しかし、製造工程でのみ校正を行い、校正結果に基づく補正データを利用する場合もあり得る。そのような場合には、第１および第２実施形態の受信カプラ１６、第３実施形態の送信カプラ２５、第４実施形態の受信カプラ８５および送信カプラ９２を設ける必要はない。
【００９０】
図１８は、第１および第２実施形態のアクティブフェーズドアレイ送信機の校正を製造工程で行う場合の校正方法を説明する図である。
校正対象のアクティブフェーズドアレイ送信機１０１には、複数の送信アンテナ１０２Ａ−１０２Ｎからなるアレイアンテナが設けられているが、受信カプラは設けられていない。製造工程には、複数の受信アンテナ１１０Ａ−１１０Ｎを有する電力合成器１１１が設けられる。受信アンテナ１１０Ａ−１１０Ｎは、送信アンテナ１０２Ａ−１０２Ｎに対して平行に対応して配置され、送信アンテナ１０２Ａ−１０２Ｎから対応する受信アンテナ１１０Ａ−１１０Ｎに同じ損失および時間差で通信が可能である。合成器１１１は、受信アンテナ１１０Ａ−１１０Ｎの信号を等位相合成して生成した送信信号ＴＸを、校正（キャリブレーション）回路１０３に送信する。第１実施形態の送信機の図５に示した構成で、合成器１１１からの信号が送信周波数信号ＴＸとしてミキサ３２に入力する。校正方法は、第１実施形態または第２実施形態と同じなので、説明は省略する。
【００９１】
図１９は、第３実施形態のアクティブフェーズドアレイ受信機の校正を製造工程で行う場合の校正方法を説明する図である。
校正対象のアクティブフェーズドアレイ受信機２０１には、複数の受信アンテナ２０２Ａ−２０２Ｎからなるアレイアンテナが設けられているが、送信カプラは設けられていない。製造工程には、複数の送信アンテナ２１０Ａ−２１０Ｎを有する電力合成器２１１が設けられる。送信アンテナ２１０Ａ−２１０Ｎは、受信アンテナ２０２Ａ−２０２Ｎに対して平行に対応して配置され、送信アンテナ２１０Ａ−２１０Ｎから対応する受信アンテナ２０２Ａ−２０２Ｎに同じ損失および時間差で通信が可能である。合成器２１１は、校正（キャリブレーション）回路２０３からの受信周波数信号ＲＸを等位相分配して送信アンテナ２１０Ａ−２１０Ｎに供給する。第３実施形態の受信機の図１４に示した構成で、ＢＩＳＴ−ＰＬＬシンセサイザ７１からの受信周波数信号ＲＸが、電力合成器２１１に送信される。校正方法は、第３実施形態と同じなので、説明は省略する。
【００９２】
第４実施形態のアクティブフェーズドアレイ送受信機の校正を製造工程で行う場合には、図１８の複数の受信アンテナ１１０Ａ−１１０Ｎを有する電力合成器１１１および図１９の複数の送信アンテナ２１０Ａ−２１０Ｎを有する電力合成器２１１を設ける。送信機と受信機の場合を合わせれば良いので、説明は省略する。
【００９３】
２つの中間周波数信号を相関処理し、相関処理の結果から各チャネルの振幅比および位相差を求めジッタを相殺する手法は、実施形態の送信機、受信機および送受信機に校正回路を搭載せず、製造工程でのみ校正を行う場合に適用可能である。この場合の校正方法について、アクティブフェーズドアレイ送信機の場合を例として説明する。
【００９４】
図２０は、校正回路を有さないアクティブフェーズドアレイ送信機の校正を製造工程で行う場合を説明する図である。
アクティブフェーズドアレイ送信機３０１には、複数の送信アンテナ３０２Ａ−３０２Ｎからなるアレイアンテナが設けられているが、受信カプラは設けられていない。製造工程には、複数の受信アンテナ３１０Ａ−３１０Ｎを有する合成器３１１と、キャリブレーション（校正）回路３００が設けられている。受信アンテナ３１０Ａ−３１０Ｎは、送信アンテナ３０２Ａ−３０２Ｎに対して平行に対応して配置され、対応するアンテナ間で同じ損失および時間差で通信が可能である。合成器３１１は、受信アンテナ３１０Ａ−３１０Ｎの受信信号を等位相合成して、キャリブレーション回路３００に送る。
【００９５】
キャリブレーション回路３００は、ＢＩＳＴ−ＰＬＬシンセサイザ３１、ミキサ３２、クロック発振器３３、ミキサ４１、Ａ／Ｄ変換器４２、相関処理部４３、ＦＦＴ処理部４４、計算処理部４５およびキャリブレーション制御部４６を有する。合成器３１１からの信号が送信周波数信号ＴＸとしてミキサ３２に入力する。アクティブフェーズドアレイ送信機３０１からの変調送信信号がＲｅｆ−ＴＸとしてミキサ４１に入力する。アクティブフェーズドアレイ送信機３０１は、クロック源３０を有しており、キャリブレーション回路３００のＢＩＳＴ−ＰＬＬシンセサイザ３１に、クロック源３０から信号が供給される。このような構成で、第１実施形態または第２実施形態の校正方法が行える。詳しい説明は省略する。
【００９６】
校正回路を有さないアクティブフェーズドアレイ受信機およびアクティブフェーズドアレイ送受信機の校正も、２つの中間周波数信号の相関処理結果からジッタを相殺する手法を適用して、図２０で説明したのと類似の方法で行うことができる。詳しい説明は省略する。
【００９７】
以上、実施形態を説明したが、ここに記載したすべての例や条件は、発明および技術に適用する発明の概念の理解を助ける目的で記載されたものである。特に記載された例や条件は発明の範囲を制限することを意図するものではなく、明細書のそのような例の構成は発明の利点および欠点を示すものではない。発明の実施形態を詳細に記載したが、各種の変更、置き換え、変形が発明の精神および範囲を逸脱することなく行えることが理解されるべきである。
【００９８】
以下、実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
送信周波数信号を生成する送信周波数信号源と、
前記送信周波数信号を送信データに応じて変調し、送信変調信号を出力する変調器と、
前記送信変調信号の位相および強度をそれぞれ変化させる複数の送信ユニットと、
前記複数の送信ユニットの出力に対応した電波を出力する複数の送信アンテナを含む送信フェーズドアレイアンテナと、
前記送信周波数信号に対して所定の周波数差を有するローカル送信周波数信号を生成するローカル送信周波数信号源と、
前記複数の送信アンテナの出力する電波の受信信号と前記ローカル送信周波数信号から第１中間周波数送信信号を生成する第１ミキサと、
前記送信変調信号と前記ローカル送信周波数信号から第２中間周波数送信信号を生成する第２ミキサと、
前記第１中間周波数送信信号と前記第２中間周波数送信信号の送信相関関係を検出する送信相関処理部と、
前記送信相関処理部の検出した前記送信相関関係から、前記複数の送信アンテナがそれぞれ出力する電波の位相および強度の送信相対関係を検出する送信相対関係検出部と、を有することを特徴とするアクティブフェーズドアレイ送信機。
（付記２）
前記複数の送信アンテナの出力する電波を共通に受信する受信カプラを有する付記１に記載のアクティブフェーズドアレイ送信機。
（付記３）
前記複数の送信アンテナは、前記送信フェーズドアレイアンテナとして一体に形成され、
前記受信カプラは、前記送信フェーズドアレイアンテナに形成されている付記２に記載のアクティブフェーズドアレイ送信機。
（付記４）
前記送信相対関係を検出する時に、前記複数の送信ユニットの１つの送信ユニットのみをアクティブ状態に、他の送信ユニットを非アクティブ状態にして前記複数の送信アンテナの１つのみが電波を出力するように制御するキャリブレーション制御部を有する付記１から３のいずれかに記載のアクティブフェーズドアレイ送信機。
（付記５）
前記送信相関処理部は、
前記第１中間周波数送信信号の送信自己相関と、
前記第２中間周波数送信信号の送信自己相関と、
前記第１中間周波数送信信号と前記第２中間周波数送信信号の送信相互相関と、を検出する付記１から４のいずれかに記載のアクティブフェーズドアレイ送信機。
（付記６）
前記送信相関処理部は、
前記第１中間周波数送信信号および前記第２中間周波数送信信号をデジタルデータに変換する送信Ａ／Ｄ変換器と、
デジタルデータに変換された前記第１中間周波数送信信号および前記第２中間周波数送信信号をデジタル処理して前記送信相関関係を検出するデジタル送信相関処理部と、を有する付記５に記載のアクティブフェーズドアレイ送信機。
（付記７）
前記送信相関処理部は、
前記第１中間周波数送信信号と前記第２中間周波数送信信号の前記送信相関関係を検出するアナログ送信相関器と、
前記アナログ送信相関器の出力をデジタルデータに変換する送信Ａ／Ｄ変換器と、を有する付記５に記載のアクティブフェーズドアレイ送信機。
（付記８）
前記送信相対関係検出部は、
前記第１中間周波数送信信号の送信自己相関、前記第２中間周波数送信信号の送信自己相関および前記第１中間周波数送信信号と前記第２中間周波数送信信号の送信相互相関の３つの送信相関関係をフーリエ処理する送信フーリエ処理部と、
前記送信フーリエ処理部の出力する前記３つの送信相関関係の周波数ゼロ成分から前記送信相対関係を算出する送信計算処理部と、を有する付記４から７のいずれかに記載のアクティブフェーズドアレイ送信機。
（付記９）
受信周波数信号を生成する受信周波数信号源と、
複数の受信アンテナを含む受信フェーズドアレイアンテナと、
前記複数の受信アンテナの受信信号と前記受信周波数信号から複数の第１受信中間周波数受信信号を生成する複数の受信ユニットと、
前記受信周波数信号に対して所定の周波数差を有するローカル受信周波数信号を生成するローカル受信周波数信号源と、
前記受信周波数信号と前記ローカル受信周波数信号から第２中間周波数受信信号を生成するミキサと、
前記複数の受信アンテナが前記ローカル受信周波数信号に対応する電波を受信した時の前記受信信号と前記受信周波数信号から生成した複数の第１中間周波数受信信号と前記第２中間周波数受信信号の受信相関関係を検出する受信相関処理部と、
前記受信相関処理部の検出した前記受信相関関係から、前記複数の受信ユニットでの振幅および位相の受信相対関係を検出する受信相対関係検出部と、を有することを特徴とするアクティブフェーズドアレイ受信機。
（付記１０）
前記ローカル受信周波数信号の電波を前記複数の受信アンテナに出力する送信カプラを有する付記９に記載のアクティブフェーズドアレイ受信機。
（付記１１）
前記複数の受信アンテナは、前記受信フェーズドアレイアンテナとして一体に形成され、
前記送信カプラは、前記受信フェーズドアレイアンテナに一体で形成されている付記１０に記載のアクティブフェーズドアレイ受信機。
（付記１２）
前記受信相関処理部は、
前記第１中間周波数受信信号の受信自己相関と、
前記第２中間周波数受信信号の受信自己相関と、
前記第１中間周波数受信信号と前記第２中間周波数受信信号の受信相互相関と、を検出する付記９から１１のいずれかに記載のアクティブフェーズドアレイ受信機。
（付記１３）
前記受信相関処理部は、
前記第１中間周波数受信信号および前記第２中間周波数受信信号をデジタルデータに変換する受信Ａ／Ｄ変換器と、
デジタルデータに変換された前記第１中間周波数受信信号および前記第２中間周波数受信信号をデジタル処理して前記受信相関関係を検出するデジタル受信相関処理部と、を有する付記１２に記載のアクティブフェーズドアレイ受信機。
（付記１４）
前記受信相関処理部は、
前記第１中間周波数受信信号と前記第２中間周波数受信信号の前記受信相関関係を検出するアナログ受信相関器と、
前記アナログ受信相関器の出力をデジタルデータに変換する受信Ａ／Ｄ変換器と、を有する付記１２に記載のアクティブフェーズドアレイ受信機。
（付記１５）
前記受信相対関係検出部は、
前記第１中間周波数受信信号の受信自己相関、前記第２中間周波数受信信号の受信自己相関および前記第１中間周波数受信信号と前記第２中間周波数受信信号の受信相互相関の３つの受信相関関係をフーリエ処理する受信フーリエ処理部と、
前記受信フーリエ処理部の出力する前記３つの受信相関関係の周波数ゼロ成分から前記受信相対関係を算出する受信計算処理部と、を有する付記１２から１４のいずれかに記載のアクティブフェーズドアレイ受信機。
（付記１６）
送受信周波数信号を生成する送受信周波数信号源と、
前記送受信周波数信号を送信データに応じて変調し、送受信変調信号を出力する変調器と、
前記送受信変調信号の位相および強度をそれぞれ変化させる複数の送信ユニットと、
前記複数の送信ユニットの出力に対応した電波を出力する複数の送信アンテナを含む送信フェーズドアレイアンテナと、
複数の受信アンテナを含む受信フェーズドアレイアンテナと、
前記複数の受信アンテナの受信信号と受信周波数信号から複数の第１中間周波数受信信号を生成する複数の受信ユニットと、
前記送受信周波数信号に対して所定の周波数差を有するローカル送受信周波数信号を生成するローカル送受信周波数信号源と、
前記送受信周波数信号と前記ローカル送受信周波数信号の一方を選択して、前記複数の受信ユニットに前記受信周波数信号として供給するスイッチと、
前記複数の送信アンテナの出力する電波を共通に受信する受信カプラと、
前記受信カプラの受信信号と前記受信周波数信号から第１中間周波数送信信号を生成する校正用受信ユニットと、
前記送受信変調信号の校正用送信ユニットと、
前記校正用送信ユニットの出力に対応した電波を前記複数の受信アンテナに出力する送信カプラと、
前記送受信変調信号と前記ローカル送信周波数信号から第２中間周波数送受信信号を生成するミキサと、
前記第１中間周波数送信信号と前記第２中間周波数送受信信号から送信相関関係を、前記第１中間周波数受信信号と前記第２中間周波数送受信信号から受信相関関係を検出する送受信相関処理部と、
前記送受信相関処理部の検出した前記送信相関関係から、前記複数の送信アンテナがそれぞれ出力する電波の位相および強度の送信相対関係を、および前記送受信相関処理部の検出した前記受信相関関係から、前記複数の受信ユニットでの振幅および位相の受信相対関係を、検出する送受信相対関係検出部と、を有することを特徴とするアクティブフェーズドアレイ送受信機。
（付記１７）
送信周波数信号を送信データに応じて変調した送信変調信号の位相および強度を、複数の送信ユニットでそれぞれ変化させた後、複数の送信アンテナを含む送信フェーズドアレイアンテナから出力するアクティブフェーズドアレイ送受信機の校正方法であって、
前記送信周波数信号を生成し、
前記送信周波数信号に対して所定の周波数差を有するローカル送信周波数信号を生成し、
前記複数の送信アンテナのそれぞれから前記送信変調信号に対応する電波を出力し、
前記複数の送信アンテナのそれぞれが出力する電波を受信して受信信号を生成し、
前記受信信号と前記ローカル送信周波数信号とをミキシングして第１中間周波数送信信号を生成し、
前記送信変調信号と前記ローカル送信周波数信号とをミキシングして第２中間周波数送信信号を生成し、
前記第１中間周波数送信信号と前記第２中間周波数送信信号の送信相関関係を検出し、
検出した前記送信相関関係から、前記送信周波数信号および前記ローカル送信周波数信号の位相雑音に起因するジッタを相殺し、前記複数の送信アンテナがそれぞれ出力する電波の位相および強度の送信相対関係を検出する、ことを特徴とするアクティブフェーズドアレイ送信機の校正方法。
（付記１８）
受信フェーズドアレイアンテナを形成する複数の受信アンテナで受信した受信信号を、複数の受信ユニットで復調するアクティブフェーズドアレイ受信機の校正方法であって、
受信周波数信号を生成し、
前記受信周波数信号に対して所定の周波数差を有するローカル受信周波数信号を生成し、
前記ローカル受信周波数信号に対応する電波を前記複数の受信アンテナに出力し、
前記複数の受信ユニットにおいて、前記複数の受信アンテナが生成した受信信号と前記受信周波数信号から第１中間周波数受信信号を生成し、
前記受信周波数信号と前記ローカル受信周波数信号から第２中間周波数受信信号を生成し、
前記第１中間周波数受信信号と前記第２中間周波数受信信号の受信相関関係を検出し、
検出した前記受信相関関係から、前記受信周波数信号および前記ローカル受信周波数信号の位相雑音に起因するジッタを相殺し、前記複数の受信ユニットでの復調信号の振幅および位相の受信相対関係を検出する、ことを特徴とするアクティブフェーズドアレイ受信機の校正方法。
【符号の説明】
【００９９】
１１    ＴＸ−ＰＬＬシンセサイザ
１２    変調器
１３Ａ−１３Ｎ    移相器
１４Ａ−１４Ｎ    可変利得アンプ
１５Ａ−１５Ｎ    送信アンテナ
１６    受信カプラ
２１    ＲＸ−ＰＬＬシンセサイザ
２２Ａ−２２Ｎ    復調器
２３Ａ−２３Ｎ    低雑音アンプ
２４Ａ−２４Ｎ    受信アンテナ
２５    送信カプラ
３０、７０    クロック源
３１、７１    ＢＩＳＴ−ＰＬＬシンセサイザ
３２、７２    ミキサ
３３、７３    クロック発振器
４１    ミキサ
４２、７４    Ａ／Ｄ変換器
４３、７５    相関処理部
４４、７６    ＦＦＴ処理部
４５、７７    計算処理部
【図１】
2017158086.tif 000006
【図２】
2017158086.tif 000007
【図３】
2017158086.tif 000008
【図４】
2017158086.tif 000009
【図５】
2017158086.tif 000010
【図６】
2017158086.tif 000011
【図７】
2017158086.tif 000012
【図８】
2017158086.tif 000013
【図９】
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【図１０】
2017158086.tif 000015
【図１１】
2017158086.tif 000016
【図１２】
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【図１３】
2017158086.tif 000018
【図１４】
2017158086.tif 000019
【図１５】
2017158086.tif 000020
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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