(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の信号が入力される第１の入力端子と、
第２の信号が入力される第２の入力端子と、
第１の入力端子からの第１の信号が入力され、供給された位相制御信号に基づいて第１の信号の位相を変化させて出力する可変位相手段と、
第２の入力端子からの第２の信号を位相反転させる位相反転手段と、
この位相反転手段の出力信号と前記可変位相手段の出力信号とを合成して、出力する第１の合成手段と、
第１の合成手段の出力信号が予め定めた第１の値よりも大きい間、前記可変位相手段における位相変化量を変化させるように前記位相制御信号を出力し、第１の合成手段の出力信号が第１の値以下になったときの位相制御信号を継続して前記可変位相手段に供給する制御手段と、
前記可変位相手段の出力信号と第２の入力端子からの第２の信号とを合成する第２の合成手段と、
第２の合成手段の出力信号が供給される出力端子とを、
具備する位相合成回路。
【請求項２】
請求項１記載の位相合成回路において、
前記制御手段は、第２の合成手段の出力信号が、予め定めた第２の値より小さい間にも、前記可変位相手段における位相変化量が少なくとも０から２πの間で変化するように前記位相制御信号を出力する位相合成回路。
【請求項３】
位相が調整されるべき信号が入力される複数の入力端子と、
基準となる信号が入力される基準信号入力端子と、
複数の入力端子から信号がそれぞれに入力され、供給された位相制御信号に基づいてこれら入力信号の位相を変化させて出力する複数の可変位相手段と、
基準信号入力端子からの基準信号を位相反転させる位相反転手段と、
この位相反転手段の出力信号と前記各可変位相手段の出力信号とをそれぞれ合成して、出力する複数の第１の合成手段と、
対応する第１の合成手段の出力信号が予め定めた第１の値よりも大きい間、対応する前記可変位相手段における位相変化量を変化させるように対応する可変位相手段に前記位相制御信号を出力し、対応する第１の合成手段の出力信号が第１の値以下になったときの位相制御信号を継続して対応する前記可変位相手段に供給する複数の制御手段と、
前記各可変位相手段の出力信号と前記基準信号入力端子からの基準信号とを合成する第２の合成手段と、
第２の合成手段の出力信号が供給される出力端子とを、
具備する位相合成回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば２つのアンテナで受信された２つの受信信号を同相合成するために使用する位相合成回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上述したような位相合成回路には、例えば図９に示すようなものがある。この位相合成回路は、入力端子２、４を有し、入力端子２には第１のアンテナ（図示せず）が受信した受信信号が入力され、入力端子４には第２のアンテナ（図示せず）が受信した受信信号が入力されている。第１及び第２のアンテナは、同一送信源から送信されている同一周波数帯の電波を受信するように、所定の間隔を隔てて配置されている。入力端子２に入力された受信信号が可変位相器６によって位相が変化させられ、合成器８に供給される。この合成器８には、第２の入力端子４に入力された受信信号も供給されている。この合成器８の出力信号は、１分岐器１０を介して出力端子１２に供給される。１分岐器１０によって分岐された合成器８の出力信号は、検波器１４によって検波され、その検波出力は、Ａ／Ｄ変換器１６によってディジタル検波信号に変換され、このディジタル検波信号は、例えばＣＰＵによって構成されたディジタル演算回路１８に入力される。演算回路１８は、このディジタル検波信号に基づいて、第１の入力端子２に供給された受信信号を第２の入力端子４に供給された受信信号と同相とするために必要な可変位相器６の移相量を算出し、この移相量を得るために必要な制御電圧を算出する。この制御電圧がＤ／Ａ変換器２０によってアナログ信号に変換され、制御部２２に供給される。制御部２２は、この制御電圧に基づいて、可変位相器６での位相を変化させるように位相制御信号を可変位相器６に入力する。これによって、出力端子１２には、第１及び第２の入力端子２、４に入力された受信信号を同相合成した出力信号が生じる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような位相合成回路では、ディジタル演算回路１８を用いているので、これにデータを入力するためにＡ／Ｄ変換器１６が必要であり、また、ディジタル演算回路１８での演算結果である制御電圧を、アナログ回路である制御部２２に供給するためにＤ／Ａ変換器２０が必要である。そのため、位相合成回路が大型になる上に、コストが高くなっていた。更に、ディジタル演算回路１８を動作させるためには、高周波クロック信号が必要であり、これが、入力端子２、４に供給される受信信号と特定の関係にある場合、受信信号に妨害を与える可能性がある。
【０００４】
本発明は、ディジタル演算回路等を使用せずに、小型で低コストの位相合成回路を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による位相合成回路は、第１の信号が入力される第１の入力端子と、  第２の信号が入力される第２の入力端子とを、有している。第１の入力端子からの第１の信号が可変位相手段に入力される。この可変位相手段は、供給された位相制御信号に基づいて第１の信号の位相を変化させて出力する。第２の入力端子からの第２の信号を位相反転手段が位相反転させる。この位相反転手段の出力信号と前記可変位相手段の出力信号とを第１の合成手段が合成して、出力する。  第１の合成手段の出力信号に基づいて、制御手段が、可変位相手段の位相量を変化させる。即ち、制御手段は、第１の合成手段の出力信号が予め定めた第１の値よりも大きい間、前記可変位相手段における位相変化量を変化させるように前記位相制御信号を出力し、第１の合成手段の出力信号が第１の値以下になったときの位相制御信号を継続して前記可変位相手段に供給する。前記可変位相手段の出力信号と第２の入力端子からの第２の信号とが第２の合成手段によって合成され、出力端子から出力される。制御手段が発生する位相制御信号は、位相可変手段において位相を少なくとも０から２πまで変化させられることが望ましい。第１及び第２の信号は、例えば同一送信源から送信された同一周波数帯の電波を受信するように所定の間隔を隔てて配置された２つのアンテナから得ることができる。第１の値は、例えば位相が変化させられた第１の信号と、第２の信号とが、同相であると見なせる値で、零に対して予めマージンを見込んだ値とすることができる。なお、第１及び第２の信号のレベルを揃えるように、レベル調整手段を設けることもできる。
【０００６】
このように構成された位相合成回路では、第１の合成手段には、可変位相手段によって位相が変化させられた第１の信号と位相を反転させた第２の信号とを合成した出力が生じている。制御手段によって、可変位相手段での移相量が変化させられているのと、位相量を変化させていく間に、位相が変化させられている第１の信号と、第２の信号とが同相になる時点がある。このとき、第１の合成手段の出力信号は、０に近い値となり、第１の値よりも小さくなる。このとき、制御手段が、位相可変手段での位相量の変化を中止し、そのときの位相を維持する。従って、出力端子には、同相合成された出力信号が生じる。この位相合成回路では、位相反転手段によって位相を反転させた第２の信号と、位相を変化させた第１の信号とを、第１の合成手段によって合成しているので、両者が完全に同相となったとき、その出力は０となる。従って、制御手段は、複雑な演算を行う必要がなく、第１の合成手段の出力信号が、第１の値よりも大きいか小さいかを判断するだけでよく、複雑なディジタル演算を行う必要がなく、Ａ／Ｄ変換器やＤ／Ａ変換器も不要であり、低コストで小型化が可能である。しかも、ディジタル演算回路が不要であるので、当然に高周波クロックも不要であり、第１及び第２の信号に妨害を与えることもない。なお、可変位相手段への位相制御信号が固定された後に、第１の入力端子に供給される第１の信号の位相が変化し、第１の合成手段の出力信号が第１の値よりも大きくなったとき、位相制御信号は再び変化を開始し、第１の合成手段の出力信号が第１の値よりも小さくなったときに、固定される。
【０００７】
前記制御手段は、第２の合成手段の出力信号が、予め定めた第２の値より小さい間にも、前記可変位相手段における位相変化量を変化させるように前記位相制御信号を出力するものとできる。上述した位相合成回路では、第１及び第２の入力端子に第１及び第２の信号が供給されていない状態においても、第１の合成手段の出力信号が零となるので、可変位相手段に供給される位相制御信号が固定される。無論、第１及び第２の入力端子に第１及び第２の信号が供給され、第１の合成手段に出力が生じると、制御手段が、位相可変手段への位相制御信号を変化させるが、或る程度の時間遅れが生じる。そこで、第１の合成手段の出力信号が第１の値よりも小さいときであっても、第２の合成手段の出力信号が第２の値よりも小さい時には、位相制御信号を固定せずに、変化させておき、速やかに第１の信号を第２の信号と同相としている。
【０００８】
本発明による位相制御回路は、位相が調整されるべき信号が入力される複数の入力端子と、基準となる信号が入力される基準信号入力端子とを、有している。
複数の入力端子から信号が複数の可変位相手段それぞれに入力され、複数の可変位相手段は、供給された位相制御信号に基づいてこれら入力信号の位相を変化させて出力する。基準信号入力端子からの基準信号を位相反転手段が位相反転させる。この位相反転手段の出力信号と前記各可変位相手段の出力信号とを複数の第１の合成手段がそれぞれ合成して、出力する。対応する第１の合成手段の出力信号が予め定めた第１の値よりも大きい間、対応する前記可変位相手段における位相変化量を変化させるように、複数の制御手段が、対応する可変位相手段に前記位相制御信号を出力し、対応する第１の合成手段の出力信号が第１の値以下になったときの位相制御信号を継続して対応する前記可変位相手段に、前記複数の制御手段が供給する。前記各可変位相手段の出力信号と前記基準信号入力端子からの基準信号とを第２の合成手段が合成する。第２の合成手段の出力信号が出力端子に供給される。
【０００９】
このように構成した位相合成回路では、各入力端子に供給された信号は、いずれも基準信号と同相に、各可変位相手段によって位相が調整され、その後に第２の合成手段によって、基準信号と合成される。従って、３以上の信号であっても、同相合成することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態の位相合成回路は、図１に示すように、第１の入力端子３０と第２の入力端子３２とを有している。第１の入力端子３０には、第１のアンテナ３４の受信信号が第１の信号として入力されている。第２の入力端子３２には、第２のアンテナ３６の受信信号が第２の信号として入力されている。第１及び第２のアンテナ３４、３６は、同一の送信源から送信された同一周波数帯の電波を受信するためのもので、この位相合成回路と共に、例えばフェーズドアレイアンテナを構成している。
【００１１】
第１の入力端子３０からの受信信号は、可変位相手段、例えば可変位相器３８に供給されている。可変位相器３８は、制御部４０から供給される位相制御信号に基づいて入力された受信信号の位相を変化させて、出力する。この可変位相器３８での移相量は、位相制御信号の値に基づいて変化する。
【００１２】
第２の入力端子３２からの受信信号は、レベル調整手段、例えば可変減衰器４２を介して１分岐器４４に入力されている。この１分岐器４４からの分岐信号は、位相反転手段、例えば固定位相器４６によって位相が１８０度反転され、第１の合成手段、例えば合成器４８に入力される。この合成器４８には、可変位相器３８の出力信号を１分岐器５０によって分岐した分岐信号も入力されている。従って、合成器４８は、第２の入力端子３２の受信信号の位相を反転させたものと、第１の入力端子３０の受信信号を可変位相器３８によって移相した信号とを合成したものを、出力する。この合成器４８の出力信号は、制御部４０に入力されている。
【００１３】
また、１分岐器４４の出力信号と、１分岐器５０の出力信号とは、第２の合成手段、例えば合成器５２によって合成される。この合成器５２の出力信号は、第１の入力端子３０の受信信号の位相を可変位相器３８によって調整したものと、第２の入力端子３２の受信信号とを合成したものとなる。この合成器５２の出力信号は、１分岐器５４の出力端子から出力端子５６に出力されると共に、１分岐器５４の分岐端子から制御部４０に入力される。
【００１４】
制御部４０は、図２に示すように、検波器５８、６０を有している。検波器５８は、合成器４８の出力信号（第２の入力端子３２の受信信号の位相を反転させたものと、第１の入力端子３０の受信信号を可変位相器３８によって移相した信号とを合成したもの）を検波し、この合成器４８の出力信号のレベルを表す検波信号を発生する。同様に、検波器６０は、分岐器５４の分岐信号（第１の入力端子３０の受信信号の位相を可変位相器３８によって移相した信号と、第２の入力端子３２の受信信号とを合成したもの）を検波し、この分岐信号のレベルを表す検波信号を発生する。これら２つの検波信号は、判定回路６２に供給される。
【００１５】
判定回路６２は、図３に示すように、検波器５８からの検波信号が予め定めた第１の値よりも大きい間、変化指示信号を制御信号発生回路６４に供給する。また、判定回路６２は、検波器６０からの検波信号が予め定めた第２の値よりも小さい間、変化指示信号を制御発生回路６４に供給する。また、判定回路６２は、検波器５８からの検波信号が第１の値よりも小さく、かつ検波器６０からの検波信号が第２の値よりも大きいとき、固定指示信号を発生する。
【００１６】
制御信号発生回路６４は、可変位相器３８に位相制御信号を供給するもので、判定回路６２から変化指示信号が供給されているとき、例えば、図４に示すような位相制御信号を発生する。即ち、最小値が０で最大値がＶｃで、中間値がＶｃ／２である正弦波形の位相制御電圧Ｖφが発生される。即ち、Ｖｃ／２のバイアスがかけられた交流電圧が発生する。この交流電圧は、例えば、制御部４０に外部から与えられた商用交流電源等の交流電圧発生装置に基づいて生成される。
【００１７】
この位相制御電圧Ｖφが供給された可変位相器３８は、例えば図５に示すように、位相制御電圧Ｖφが０のとき移相量が０で、位相制御電圧ＶφがＶｃのとき移相量が２πとなり、位相制御電圧Ｖφが０からＶｃの間にあるとき、移相量が０から２πの間の値となる。また、制御信号発生回路６４は、固定指示信号が供給されたとき、その直前に発生した位相制御電圧Ｖφを、図６に示すように維持し、以後、継続する。
【００１８】
例えば、図７（ａ）における（イ）及び（ロ）に示すように、第１及び第２の入力端子３０、３２に、同相の受信信号が供給されていると仮定する。可変位相器３８での移相量が０であると、入力端子３０、３２の受信信号は同相であるので、合成器５２の出力信号、即ち、出力端子５６の出力信号は、図７（ａ）における（ニ）に示すように、入力端子３０、３２の受信信号の２倍の振幅を持つものとなる。一方、入力端子３２の受信信号は、固定位相器４６によって位相が反転され、図７（ａ）における（ハ）に示すように、入力端子３０の受信信号とは逆相となるので、合成器４８の出力信号は、図７（ａ）における（ホ）に示すように、零となる。即ち、合成器４８の出力信号は、第１の値よりも小さな値となる。
【００１９】
一方、図７（ｂ）における（イ）及び（ロ）に示すように、第１及び第２の入力端子３０、３２に入力される受信信号に位相差があると仮定する。合成器４８には、図７（ｂ）における（イ）及び（ハ）の信号が供給され、合成器５２には図７（ｂ）における（イ）及び（ロ）に示す信号が供給される。その結果、合成器５２の出力信号は、図７（ｂ）における（ニ）に示すように、両信号が同相の場合よりも振幅が小さくなる。一方、合成器４８の出力信号は、図７（ｂ）における（ホ）に示すように、零よりも大きな値となる。
【００２０】
このとき、検波器５８の検波信号が、第１の値よりも大きくなるように、第１の値が設定されているので、判定回路６２は、変化指示信号を制御信号発生回路６４に供給する。これに応動して、制御信号発生回路６４は、値が変化する可変位相制御電圧Ｖφを可変位相信号として可変位相器３８に供給する。その結果、可変位相器３８での移相量は、０と２πとの間で変化を繰り返し、可変位相器３８の出力信号と固定位相器４６の出力信号とが同相になるときが生じる。このとき、検波器５８の検波信号は、第１の値よりも小さくなり、判定回路６２は、固定指示信号を制御信号発生回路６４に供給する。そのときに発生していた可変位相制御電圧を継続して、制御信号発生回路６４は、可変位相器３８に供給する。従って、可変位相器３８の出力信号と、第２の入力端子３２の受信信号とは同相となり、合成器５２には同相の信号が供給され、同相合成が行われ、出力端子５６から出力される。
【００２１】
このように第１の入力端子３０に供給され、かつ可変位相器３８によって位相が順次変化させられている信号と、第２の入力端子３２に供給され、位相が反転させられている信号とが逆相になっているか、即ち、可変位相器３８の出力信号と第２の入力端子３２の受信信号とが同相であるかを判定回路６２によって判定しているので、判定回路６２は、検波器５８の検波信号が第１の値よりも小さいか否かを判定する比較回路を備えていればよく、回路構成が簡単になる。また、後述するようなＣＰＵ等を用いていないので、高周波クロック信号を使用する必要がなく、高周波クロック信号が第１及び第２の入力端子３０、３２に入力した受信信号に悪影響を与えることもない。
【００２２】
例えば、第１及び第２の入力端子３０、３２に供給された信号をそのまま合成し、かつ検波した信号から、２つの信号が同相であるか判断しようとすると、移相量が変化するごとに、そのときの検波信号の最大値を求め、各最大値のうち最も値が大きくなるときの位相制御信号が同相にするために必要な信号と決定しなければならない。そのため、ＣＰＵ等を用いた演算回路やＡ／Ｄ変換器やＤ／Ａ変換器が必要になり、回路構成が複雑になる。
【００２３】
もし、検波器５８の検波信号が第１の値よりも小さいときに、判定回路６２が固定指示信号を発生するように構成したなら、第１及び第２の入力端子３０、３２に受信信号が全く供給されていない場合にも、固定指示信号を発生し、可変位相器３８での移相量は固定されたままとなる。この状態は、例えばフェースドアレイアンテナの始動時に生じる。しかし、このような状態でも、第１及び第２の入力端子３０、３２に受信信号が供給され、合成器４８の出力信号が第１の値よりも大きくなると、可変位相器３８の移相量も変化するようになるが、合成器４８の出力信号が第１の値よりも大きくなるまでの時間だけ、時間遅れが生じる。
【００２４】
そこで、たとえ検波器５８の検波信号が第１の値よりも小さくても、検波器６０の検波信号が第２の値よりも小さいときには、判定回路６２は、可変指示信号を制御信号発生回路６４に供給する。逆に言えば、判定回路６２は、検波器５８の検波信号が第１の値よりも小さく、検波器６０の検波信号が第２の値よりも大きいときに、固定指示信号を制御信号発生回路６４に供給する。また、検波器６０の検波信号が第２の値よりも大きいか否かを判断するだけでよいので、判定回路６２は、この判定に対して比較器を備えるだけでよい。
【００２５】
なお、第１の値は、第１及び第２の入力端子３０、３２の受信信号が同相であるときの検波器５８の検波信号に予め定めたマージンを見込んだ値である。第２の値は、第１及び第２の入力端子３０、３２に受信信号が供給されていないときの検波器６０の検波信号に予め定めたマージンを見込んだ値である。
【００２６】
第１の実施の形態では、２つの入力端子３０、３２に供給された受信信号を同相合成したが、例えば３以上の入力端子に供給された受信信号を同相合成することもできる。例えば、図８は、３つの入力端子３０、３０ａ、３２に供給された受信信号を同相合成する第２の実施形態のもので、入力端子３０に供給されている受信信号が、入力端子３２の受信信号と同相に合成され、かつ入力端子３０ａの受信信号も入力端子３２の受信信号と同相に合成され、これら合成器５２、５２ａの合成信号が、さらに第２の合成手段、例えば合成器６４によって合成されて、出力端子５６に供給されている。即ち、入力端子３２に供給される信号が、基準信号となり、入力端子３０、３０ａに供給される信号の位相が、基準信号と同相とされる。入力端子３０、３２の受信信号の同相合成のための構成は、上述した実施の形態とほぼ同一であるので、同等部分には同一符号を付して、説明を省略する。また、入力端子３０ａと入力端子３２とに供給された受信信号の合成は、固定位相器４６の出力信号が、２分配器６０によって２分配され、その一方が第１の合成手段、例えば合成器４８に供給されると共に、第１の合成手段、例えば合成器４８ａに供給され、入力端子３２の受信信号が２分配器６２によって２分配され、その一方の分配出力が１分岐器４４を介して合成器５２に供給され、他方の分配出力が合成器５２ａに供給されている以外、上述した実施の形態とほぼ同一であるので、同等部分には、同一符号に添え字ａを付して、その説明を省略する。
【００２７】
また、上記の２つの実施の形態では、入力端子３２にレベル調整手段として減衰器４２を設けたが、場合によっては不要である。或いは減衰器に代えて、増幅器を使用することもできる。アンテナが４以上の場合には、第１の実施の形態の位相合成回路を複数設け、これらのうちアンテナがそれぞれ接続された位相合成回路の出力を他の位相合成回路を用いてトーナメント方式で合成すると、より利得を高くすることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、複雑な演算回路等を使用せずに、小型で低コストの位相合成回路を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の位相合成回路のブロック図である。
【図２】図１の位相合成回路で使用する制御部の詳細なブロック図である。
【図３】図２の判定回路が制御信号発生回路に供給する信号を示す図である。
【図４】図２の制御信号発生回路が発生する位相制御電圧を示す図である。
【図５】図４の位相制御電圧と可変位相器での移相量との関係を示す図である。
【図６】図２の制御信号発生回路が発生する位相制御電圧の変化を示す図である。
【図７】図１の位相制御回路において、２つの入力端子に供給される信号が同相の場合と異なる位相の場合の各部の波形図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態の位相合成回路のブロック図である。
【図９】従来の位相合成回路のブロック図である。
【符号の説明】
３０  第１の入力端子（信号入力端子）
３０ａ  信号入力端子
３２  第２の入力端子（基準信号入力端子）
３８  ３８ａ  可変位相器（可変位相手段）
４０  制御部（制御手段）
４６  固定位相器（位相反転手段）
４８  ４８ａ  合成器（第１の合成手段）
５２  合成器（第２の合成手段）
６４  合成器（第２の合成手段）
【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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【図９】
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