JP2002100918A - アンテナビームコントロールシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構成が簡単で、安価であると共にＩＣ化に適
したアンテナビームコントロールシステムを提供する。 【課題を解決するための手段】 少なく共４つのアンテ
ナ素子の各々に第１の信号処理回路を接続し、これらの
第１の信号処理回路にそれぞれ移相回路を接続し、これ
らの移相回路から出力される信号を合成回路で合成し、
この合成した信号を第２の信号処理回路で処理し、ここ
で処理される信号の強度情報に基づいて複数の移相回路
における移相量を、前記第２の信号処理回路で処理され
る信号の強度が最適となるように制御するアンテナビー
ムコントロールシステムにおいて、前記複数の移相回路
の各々での移相量を、前記第２の信号処理回路で生成さ
れる自動利得制御電圧の振幅に基づいて０°と１８０°
との間で切換える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術】本発明は、変調信号を受信する複
数のアンテナ素子と、これらのアンテナ素子の各々に接
続された高周波回路と、これらの高周波回路にそれぞれ
接続され、高周波回路から出力される高周波信号の位相
を制御する位相回路と、これらの位相回路から出力され
る高周波信号を合成する合成回路と、この合成回路の出
力信号を復調する復調回路と、この復調回路から出力さ
れる復調信号の強度情報を処理して前記位相回路を制御
する制御信号を出力する制御回路とを具え、前記復調回
路から出力される復調信号の強度が最適となるように前
記位相回路での位相を制御する制御信号を出力するアン
テナビームコントロールシステムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】上述したアンテナビームコントロールシ
ステムは、例えば静止衛星を用いる衛星テレビジョン放
送信号を受信する受信システムや、ＧＰＳシステムの受
信システムに適用することができるだけではなく、例え
ば携帯電話のように信号の送受信を行う送受信システム
にも使用することができる。

【０００３】

【発明が解決すべき課題】図１は、従来のフェースドア
レーアンテナの代表的な構成を示すものである。Ｎ個の
アンテナ素子１−１〜１−Ｎで受信された信号を、それ
ぞれ移相器２−１〜２−Ｎを経て合成器３へ供給し、こ
の合成器で合成された信号を増幅器４で増幅した後、受
信回路５へ供給するようにしている。この受信回路５に
は、位相制御回路６を設け、受信信号を処理して、移相
器２−１〜２−Ｎでの位相量を、合成器３から出力され
る信号の振幅が最大となるように制御する制御信号を生
成し、この制御信号に基づいて移相器を制御している。
アンテナ素子１−１〜１−Ｎで受信すべき信号の周波数
が、トランジスタを適用できない程高い場合には、移相
器２−１〜２−Ｎは、マイクロストリップラインで構成
されている。

【０００４】このようなアンテナビームコントロールシ
ステムにおいては、位相制御回路６において、移相器２
−１〜２−Ｎの位相量を制御することにより、受信信号
の強度を常に最大とすることができるが、その構成は非
常に複雑となる欠点がある。さらに、高周波数の用途で
は、移相器２−１〜２−Ｎをマイクロストリップライン
で構成しているため、合成器４、増幅器５および位相制
御回路６を含めた回路部分をＩＣ化することができない
という問題もある。

【０００５】図２は、車載用のテレビジョン受像システ
ムにおいて使用されるアンテナビームコントロールシス
テムとして、特開平８−２３４８４号公報に記載されて
いるシステムを示すものである。この従来のアンテナビ
ームコントロールシステムにおいては、２つのアンテナ
素子１１−１および１１−２で受信された高周波信号
を、それぞれ低雑音アンプ１２−１および１２−２で増
幅した後、ミキサ１３−１および１３−２に供給してい
る。これらのミキサ１３−１および１３−２には、局部
発振器１４から選択された放送局に対応する周波数の搬
送波をも供給し、それぞれ中間周波数信号を生成してい
る。

【０００６】ミキサ１３−１から出力される中間周波数
信号を合成器１５へ直接供給すると共に、ミキサ１３−
２から出力される中間周波数信号を移相器１６を経て合
成器１５へ供給している。合成器１５で合成された信号
を、ＶＳＢ特性（残留側波帯振幅変調）を補正するナイ
キストフィルタ１７を経て映像検波回路１８へ供給する
と共に搬送波再生回路１９へ供給するようにしている。
この搬送波再生回路１９で再生された搬送波によって映
像検波回路１８で映像信号の検波を行なっている。さら
に、映像検波回路１８から出力端子２１へ供給される映
像信号を位相制御回路２０へ供給し、この位相制御回路
で生成される位相制御信号を移相器１６へ供給するよう
にしている。位相制御回路２０は位相の負帰還回路に接
続されており、映像検波回路１８から出力される受信映
像信号の強度が常に最大となるように移相器１６の位相
量を制御するようにしている。

【０００７】図２に示した従来のアンテナビームコント
ロールシステムにおいては、合成器１５で受信信号を合
成する以前にミキサ１３−１および１３−２で受信した
高周波信号を中間周波数信号に変換しているので、移相
器１６としては、図１に示すアンテナビームコントロー
ルシステムのようにマイクロストリップラインを用いる
必要はなく、それだけ回路構成は簡単となるが、位相の
負帰還回路に接続された位相制御回路２０の構成は依然
として複雑なものである。したがって、合成器１５、移
相器１６および位相制御回路２０を含む回路部分をＩＣ
化した場合に、大規模なものとなり、小型化が困難であ
ると共に価格も高価となる問題がある。

【０００８】上述したアンテナビームコントロールシス
テムを小型化、軽量化、低価格化が強く要求されている
携帯電話機のアンテナシステムに適用した場合、構成が
複雑で、小型化が困難であるということは致命的な欠点
となる。

【０００９】本発明の目的は上述した従来のアンテナビ
ームコントロールシステムの欠点を解消若しくは軽減
し、構成が簡単で、安価であると共にＩＣ化に適したア
ンテナビームコントロールシステムを提供しようとする
ものである。

【００１０】本発明の他の目的は、小型化、軽量化、低
価格化が強く要求される携帯無線機器のアンテナシステ
ムとして好適に用いることができるアンテナビームコン
トロールシステムを提供しようとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によるアンテナビ
ームコントロールシステムは、信号を受信する複数のア
ンテナ素子と、これらのアンテナ素子の各々に接続され
た複数の第１の信号処理回路と、これらの第１の信号処
理回路にそれぞれ接続され、信号処理回路から出力され
る信号の位相を制御する複数の移相回路と、これらの移
相回路から出力される信号を合成する合成回路と、この
合成回路の出力信号を処理する第２の信号処理回路と、
この第２の信号処理回路で処理される信号の強度情報に
基づいて、前記複数の移相回路における移相量を制御す
る位相制御信号を出力する位相制御回路とを具え、前記
合成回路から出力される信号の振幅が所望の値となるよ
うに前記複数の移相回路での移相量を制御する位相制御
信号を出力するアンテナビームコントロールシステムに
おいて、前記複数のアンテナ素子として少なくとも４個
のアンテナ素子を設け、前記複数の移相回路の各々を、
その入力信号の位相を０°と１８０°の何れかに切換え
るように構成し、前記位相制御回路を、前記移相回路で
の移相量を０°と１８０°との間で切換える位相制御信
号を出力するように構成したことを特徴とするものであ
る。

【００１２】このような本発明によるアンテナビームコ
ントロールシステムの好適な実施例においては、前記位
相制御回路に、前記少なくとも４個のアンテナ素子に対
応する少なくとも４つの移相回路の内の１つの移相回路
での移相量を１８０°とし、他の移相回路での移相量を
０°として得られる４つのアンテナビームパターンと、
４つのアンテナ素子の全てに対応する全ての移相回路に
おける移相量を０°とすることによって得られる１つの
アンテナビームパターンとの５つのアンテナビームパタ
ーンを得るための２値制御信号の少なくとも５つの組み
合わせを予め記憶する記憶回路を設け、この記憶回路に
記憶されている２値制御信号の組み合わせを読み出して
前記複数の移相回路での移相量を制御するように構成す
る。

【００１３】このような実施例においては、前記記憶回
路に記憶した２値制御信号の少なくとも５つの組み合わ
せを順次に読み出し、各２値制御信号における前記第２
の信号処理回路で処理される信号の強度を検出して記憶
し、前記記憶回路に予め記憶されている全ての２値制御
信号の組み合わせを読み出した後に、第２の信号処理回
路で処理される信号の強度が最大となる２値制御信号を
選択して前記移相回路の移相量を制御してアンテナビー
ムスキャンを行うことができる。

【００１４】或いはまた、前記記憶回路に記憶した２値
制御信号の少なくとも５つの組み合わせを予め決められ
た順番に読み出し、各２値制御信号における前記第２の
信号処理回路の信号の強度情報から、所定レベル以上の
合成信号が得られるアンテナビームを設定する２値制御
信号を検出し、この検出された２値制御信号に基づいて
前記移相回路の移相量を制御することによってもアンテ
ナビームスキャンを行うことができる。

【００１５】また、上述したアンテナビームパターンの
スキャンは、前記記憶回路に記憶されている２値制御信
号の少なくとも５つの組み合わせの読み出しを、前記合
成回路から出力される信号の強度が所定のレベルよりも
低くなると判断されるときに行うか、または予め決めら
れた時間毎に定期的に行うことができる。

【００１６】さらに、本発明によるアンテナビームコン
トロールシステムにおいては、前記第２の信号処理回路
に自動利得制御回路を設け、第２の信号処理回路で処理
される信号の強度情報を、前記自動利得制御回路におい
て発生される自動利得制御電圧として取り出すのが好適
である。この場合には、前記２値制御信号の少なくとも
５つの組み合わせの２値制御信号を読み出して前記移相
回路での移相量を切り換えた後、前記自動利得制御電圧
が安定するに要する時間が経過した後に前記第２の信号
処理回路で処理される信号の強度情報の判定を行うこと
が好適である。

【００１７】さらに、本発明によるアンテナビームコン
トロールシステムの好適な実施例においては、前記移相
回路の各々を、移相回路への入力信号と同相の信号およ
び１８０°位相が反転した信号とを同時に生成するよう
に構成し、前記切換回路を、移相回路から出力される同
相信号および１８０°反転信号の何れかを選択するよう
に構成することができる。この場合、前記移相回路の各
々を、トランジスタ回路で構成したり、抵抗およびコン
デンサより成るＣＲ回路で構成することができる。

【００１８】また，本発明によるアンテナビームコント
ロールシステムの好適な実施例においては、前記アンテ
ナ素子で高周波変調信号を受信し、前記第１の信号処理
回路にミキサを設け、アンテナ素子で受信した高周波変
調信号を中間周波数の変調信号に変換し、この中間周波
数の変調信号を移相回路へ供給するように構成し、前記
第２の信号処理回路を、前記合成回路から出力される中
周波数の変調信号を復調する復調回路を含むように構成
することができる。この場合には、前記位相制御信号を
生成するための強度情報を、前記復調回路で生成される
自動利得制御信号から取り出すことができる。

【００１９】さらに、本発明によるアンテナビームコン
トロールシステムの他の実施例においては、前記複数の
アンテナ素子に、それぞれ分波器を接続し、これら分波
器の出力端子を前記第１の信号処理回路に接続し、これ
ら第１の信号処理回路から出力される受信信号を複数の
受信用の移相回路へ供給するように構成し、前記アンテ
ナ素子から送信すべき送信信号を電力分配器で分配した
後、前記複数の受信用移相回路と対応し、対応する受信
用移相回路への位相制御信号と同じ位相制御信号によっ
て移相量が制御される複数の送信用移相回路へそれぞれ
供給し、これら送信用移相回路から出力される送信信号
を第３の信号処理回路を経て前記分波器の入力端子へ供
給してアンテナ素子から送信するように構成する。この
ようなアンテナビームコントロールシステムは、携帯電
話の端末に適用するのが特に好適である。

【００２０】

【発明の実施の形態】図３は本発明によるアンテナビー
ムコントロールシステムの一実施例の構成を示すブロッ
ク図である。本例では、４つのアンテナ素子３１−１〜
３１−４を設け、これらのアンテナ素子で受信した高周
波信号をそれぞれ低雑音アンプ３２−１〜３２−４で増
幅した後、ミキサ３３−１〜３３−４へそれぞれ供給す
る。これらのミキサ３３−１〜３３−４には、それぞれ
局部発振器３４−１〜３４−４から所定の周波数の搬送
波をも供給する。ミキサ３３−１〜３３−４から出力さ
れる中間周波数信号を、それぞれ移相器３５−１〜３５
−４へ供給する。本発明においては、この移相器３５−
１〜３５−４は、中間周波数信号を「０°」と「１８０
°」との何れかで移相するように構成する。

【００２１】移相器３５−１〜３５−４から出力される
中間周波数信号を合成器３６において合成し、この合成
器から出力される合成信号を可変利得増幅器３７へ供給
し、この増幅器から出力される復調信号をＩＱミキサ３
８へ供給する。このＩＱミキサ３８の構成は従来のもの
と同じであるので詳細な説明は省略するが、ＩＱミキサ
３８らはＩ信号およびＱ信号が出力される。

【００２２】可変利得増幅器３７では自動利得制御信号
（ＡＧＣ）が得られるが、本例ではこのＡＧＣ信号を用
いて、移相器３５−１〜３５−４での移相量を制御する
ための位相制御信号を位相制御回路３９で生成する。こ
の位相制御回路３９においては、ＡＧＣ信号をＡ／Ｄ変
換器４０へ供給してディジタル信号に変換し、このディ
ジタル信号を中央処理ユニット（ＣＰＵ）４１に供給す
る。このＣＰＵ４１では、ＡＧＣ信号のレベルに基づい
て所望の強度の信号が受信されているか否かを判断し、
所望の強度の信号が受信されていないと判断されたとき
には、ＲＯＭまたはＲＡＭより成る記憶回路４２に記憶
されているテーブルにしたがって位相制御信号を出力す
る。この位相制御信号を切換回路４３へ供給し、この切
換回路によって移相器３５−１〜３５−４における移相
量をそれぞれ制御し、所望のレベルの振幅を有する信号
が受信されるようにアンテナビームを制御する。

【００２３】図４は、アンテナ素子３１−１〜３１−４
によるアンテナビームの方向と、移相器３５−１〜３５
−４における移相量との関係を示す線図である。本例で
は、各々が３０．３ｍｍ角の正方形の対向する角を３．
４ｍｍだけ切り取った円偏波パッチアレーアンテナとし
て構成した４個のアンテナ素子３１−１〜３１−４を正
方形の頂点に、対角線上のアンテナ素子間の距離が、例
えば４５ｍｍとなるように配置する。これら４個のアン
テナ素子３１−１〜３１−４の内の何れか１つに対応す
る移相器における移相量を１８０°とし、他の３つの移
相器における移相量を０°とすることにより、水平面内
におけるアンテナビームの方向を水平面のすべての方向
に向けることができる。例えば、第１のアンテナ素子３
１−１に対応する移相器３５−１における移相量を１８
０°とし、他の移相器３５−２〜３５−４における移相
量を０°に設定すると、Ｄで示す方向に最大の感度を有
することになり、アンテナビームはこの方向に向けられ
ることになる。さらに、４つのアンテナ素子３１−１〜
３１−４に対応する４つの移相器３５−１〜３５−４の
すべてにおける移相量を０°とすると、いわゆるオムニ
ディレクション特性が得られ、アンテナビームの指向性
は殆どなくなる。本例では、これら５つのアンテナビー
ムパターンを切換えて所定の振幅を有する受信信号が得
られるように制御する。なお、４素子の円偏波パッチア
レーアンテナの位相を制御して指向性を持たせること自
体は既知であり、例えば電子通信学会技報Ａ・Ｐ９７−
２０５、ＲＣＳ９７−２４３、ＭＷ９７−１８８（１９
９８−０２）の第３１〜３９頁において、「移動体衛星
通信用円偏波パッチアレーアンテナのビーム切替特性」
として辻剛史他により詳細に開示されている。

【００２４】次に、記憶回路４２に記憶されているテー
ブルからデータを読み出して切換回路４３によって移相
器３５−１〜３５−４での移相量の切換えを行ない、ア
ンテナビームを所定の方向に向けるアンテナビームスキ
ャン方法について説明する。このようなアンテナビーム
スキャン方法としては幾つかの方法がある。本発明にお
いては、上述したように位相制御回路３９に設けた記憶
回路４２に予め設定したアンテナビームパターンを得る
ためのデータを記憶してあるので、受信信号を処理する
増幅回路で生成されるAGC電圧の振幅情報から受信信号
のレベルを常時チェックし、このレベルが予め決められ
た閾値よりも低下したときにアンテナビームのスキャン
を開始したり、AGC電圧のレベルとは無関係に予め決め
られた一定の時間間隔でアンテナビームのスキャンを開
始したりすることもできる。或いは、これら両方のモー
ドの何れかをユーザが選択できるようにしてもよい。

【００２５】図5はアンテナビームスキャン方法の一例
の順次のプロセスを示すものである。スタート後、ステ
ップＳ１において、ＣＰＵ４１に設けられているメモ
リ、カウンタ、レジスタなどを初期化する。次に、ステ
ップＳ２において、記憶回路４２に記憶されている最初
のアンテナビームパターンを得るための移相量データ、
本例では図４に示されている第１のアンテナビームパタ
ーンＰ１で示すように方向Aへの指向性を実現するため
のこのアンテナビームパターンP1の２値データを読み出
してCPU４１へ供給する。この２値データは、例えば、
移相量が０°のときに「０」、１８０°のときに「１」
とすることができる。CPU４１は、この２値データを受
けて処理を行い、切換回路４３へ位相制御信号を送り、
移相器３５−１〜３５−４での移相量を、それぞれ０
°、１８０°、０°、０°に設定する。

【００２６】このように移相器３５−１〜３５−４の移
相量を設定することによりステップS３で示すように、
アンテナビームパターンP1の方向Aに指向性を持ったア
ンテナビームが得られる。本例では、上述したようにAG
C電圧のレベルから受信信号の強度を検知しているが、
このAGC電圧が安定するまでに、１００μｓ程度の時間
が必要であるので、ステップS４で示すようにAGC電圧の
安定期間待った後に、ステップS５で示すように、AGC電
圧の読み込みを行う。

【００２７】次ぎに、ステップS６において、このよう
にして読み込んだAGC電圧が、予め決められた閾値以上
であるか否かを判断し、閾値以上であればステップS５
に戻り、AGC電圧の読み込みを行う。したがって、安定
した受信が行われているときには、アンテナビームパタ
ーンは変化せず、指向性はそのままの状態に維持され
る。

【００２８】一方、ステップS６において、AGC電圧が閾
値以上ではないと判断される場合には、ステップS７に
おいて、次のアンテナビームパターンP2のデータが記憶
回路４２から読み出される。この読み出されたビームパ
ターンが予め登録されているビームパターンの数を超え
たか否かを判断し、超えていない場合にはステップS３
へ戻り、アンテナビームパターンP2のデータが読み出さ
れ、アンテナビームはB方向に指向されることになる。
このようにして、AGC電圧が所定の閾値以上となるま
で、ビームパターンデータが順次に読み出され、AGC電
圧が閾値以上となると、そのアンテナビームパターンが
設定され、何らかの原因でAGC電圧が閾値よりも低下す
ると、上述した制御プロセスが再開されることになる。

【００２９】図6は、アンテナビームスキャン方法の他
の例を示すフローチャートである。スタート後のステッ
プS１〜ステップS５までは図5に示した例と同じであ
り、記憶回路４２に記憶されている最初のビームパター
ンP1のデータを読み込み、移相器３５−１〜３５−４で
の移相量をそれぞれアンテナビームパターンP1に対応す
るように設定し、AGC電圧が安定となる期間を経過した
後に、AGC電圧の読み込みを行なう。本例では、このよ
うにして取り込んだAGC電圧の値を、ステップS６におい
て当該ビームパターンに関連付けてCPU４２のメモリに
記憶する。

【００３０】次ぎに、ステップS７で示すように次のア
ンテナビームパターンP2を選択した後、ステップS８に
おいて、予め登録されたアンテナビームパターンの個
数、本例では5個を超えたか否かを判断し、超えていな
い場合には、ステップS３へ戻り、アンテナビームを第2
のビームパターンP2によって指定されるものに変更し、
AGC電圧が安定した後に、AGC電圧を取り込みこれもメモ
リへ記憶する。

【００３１】その後、ステップS７において第3のアンテ
ナビームパターンP3のデータを記憶回路４２から読み出
し、このデータに基づいて上述したところと同様の処理
を行ない、第３のアンテナビームパターンにおけるAGC
電圧をメモリへ記憶する。このような操作を、記憶回路
４２に記憶されているすべてのビームパターンP1~P5に
ついて実行する。最後のビームパターンP5に対するAGC
電圧の記憶が終了すると、ステップS８において、登録
されたビームパターンの個数を超えると判断され、ステ
ップS９において、上述したようにしてメモリに記憶し
たアンテナビームパターンP1〜P5におけるAGC電圧の値
を比較して、最大のAGC電圧が得られるアンテナビーム
パターンを検出し、ステップS１０においてアンテナビ
ームを当該アンテナビームパターンに対応する指向性を
有するように設定する。

【００３２】その後、ステップS１１で示すように予め
決めた時間の経過後、ステップS１２において、当該ア
ンテナビームパターンの次のアンテナビームパターンを
選択する。例えば、上述したステップS９において、ア
ンテナビームパターンP3が選択されていたとすると、ス
テップS１２においては、アンテナビームパターンP4を
選択する。このように新たなアンテナビームパターンを
選択したら、ステップS３へ戻り、この選択したアンテ
ナビームパターンに対応した移相量を移相回路３５−１
〜３５−４に与え、当該アンテナビームをD方向へ指向
させる。その後ステップS４からステップS８までを繰り
返し、記憶回路４２に記憶されているすべてのアンテナ
ビームパターンをスキャンした後、AGC電圧が最大とな
るアンテナビームパターンを探し出し、そのアンテナビ
ームパターンを所定の時間に亘って維持する。

【００３３】上述したように、図６に示した例では、所
定の時間間隔で最大の受信強度が得られる方向にアンテ
ナビームを指向させることができる。しかし、このよう
な例では、記憶回路４２に記憶されているすべてのアン
テナビームパターンをスキャンした後、最大のAGC電圧
が得られるアンテナビームパターンを探すようにしてい
るので、アンテナビームパターンのスキャン中に受信信
号が途切れる恐れがある。このようなアンテナビームパ
ターンのスキャン方法は、個々の用途に応じて最適な方
法を、アンテナ部分だけではなく、システム全体を考慮
して選定すれば良い。

【００３４】図３に示したアンテナビームコントロール
システムにおいては、鎖線で囲んで示す部分、すなわち
移相器３５−１〜３５−４、合成器３６、CPU４１、記
憶回路４２、切換回路４３を集積化して１個のICで構成
しているので、アンテナビームコントロールシステム全
体の構成を簡単とし、コストも低減することができる。
勿論、本発明においては、これらの部分をすべて集積化
する必要はないが、最小限、移相器３５−１〜３５−
４、合成器３６および切換回路４３を集積化するのが好
適である。

【００３５】図７は、上述したように図３において鎖線
で囲んで示す集積化したICの移相器３５−１〜３５−
４、合成器３６および切換回路４３の部分の具体的な構
成の一例を示すものである。本例では、移相器３５−１
〜３５−４の各々で、入力信号と同位相の信号と、１８
０°移相した信号とを常に生成し、これら２つの信号の
いずれかを切換回路４３によって位相制御信号に応じて
選択するように構成されている。入力端子５１−１〜５
１−４には、図３に示したミキサ３３−１〜３３−４か
ら出力される中間周波数信号をそれぞれ供給する。これ
らの入力端子５１−１〜５１−４は、それぞれコンデン
サ５３−１〜５３−４を介してグランドレベルに接続さ
れた入力端子５２−１〜５２−４と対を成して移相回路
５４−１〜５４−４の第１および第２の入力端子へ接続
する。

【００３６】上述したように、移相回路５４−１〜５４
−４の各々は、第１の入力端子に供給される中間周波数
信号を、０°および１８０°移相した信号を生成し、こ
れらの信号を第１および第２の出力端子から出力する。
これらの移相回路５４−１〜５４−４の第１および第２
の出力端子から出力される０°および１８０°移相した
中間周波数信号を、切換合成回路５５へ供給する。本例
の集積回路においては、図３に示すCPU４１から出力さ
れる位相制御信号が供給される入力端子５６−１〜５６
−４を設け、これらの入力端子を切換合成回路５５に接
続する。移相回路５４−１〜５４−４の第１および第２
の出力端子から出力される０°および１８０°移相した
中間周波数信号のいずれかを、入力端子５６−１〜５６
−４から供給される位相制御信号によって選択し、選択
した中間周波数信号を合成し、合成した信号を出力端子
５７から出力する。

【００３７】図８は、図７に示した移相回路５４−１の
詳細な構成を示す回路図であるが、他の移相回路５４−
２〜５４−４の構成もまったく同じである。移相回路５
４−１においては、入力端子５１−１から供給される中
間周波数信号を第１のエミッタフォロワ６１のベースに
供給し、入力端子５２−１は第２のエミッタフォロワ６
２のベースに接続する。これらエミッタフォロワ６１お
よび６２のエミッタを電流ミラーを構成するトランジス
タ６３および６４のベースにそれぞれ接続する。電流ミ
ラーを流れる電流は電流源によって決まり、常に一定と
なるので、電流ミラーを構成する一方のトランジスタ６
３または６４を流れる電流が、例えば増大すると、他方
のトランジスタ６４または６３を流れる電流は減少する
ことになる。したがって、これらのトランジスタ６３お
よび６４のコレクタには位相が１８０°反転した電圧が
現れることになるになる。これらのトランジスタ６３お
よび６４のコレクタをエミッタフォロワ６５および６６
のベースに接続することにより、エミッタフォロワ６５
のエミッタに接続された出力端子６７−１には入力端子
５１−１に供給される中間周波数信号と同相の信号が現
れ、エミッタフォロワ６６のエミッタに接続された出力
端子６７−２には入力端子５１−１に供給される中間周
波数信号の位相が１８０°反転された信号が現れること
になる。

【００３８】図９は、図７に示した切換合成回路５５の
詳細な構成を示す回路図である。上述した移相回路５４
−１〜５４−４の各々から出力される０°および１８０
°移相された中間周波数信号を、切換回路７１−１〜７
１−４の各々へ供給する。これらの切換回路７１−１〜
７１−４には、図７に示す入力端子５６−１〜５６−４
から位相制御信号を供給し、０°および１８０°移相さ
れた中間周波数信号の何れか一方を出力端子７２−１〜
７２−４に出力する。これらの出力端子７２−１〜７２
−４は、合成用トランジスタ７３のエミッタに共通に接
続する。この合成用トランジスタ７３のコレクタをダー
リントン接続したトランジスタ７４および７５を介して
出力端子７６に接続する。このようにして、出力端子７
６には、位相制御信号によって指定された位相量だけ移
相された中間周波数信号の合成信号が出力されることに
なる。

【００３９】図１０は、図７に示す移相回路５４−１〜
５４−４の他の例の構成を示す回路図である。上述した
図８に示した移相回路の例では、トランジスタを使用し
て０°および１８０°の信号を生成したが、本例ではコ
ンデンサと抵抗によって０°および１８０°の信号を出
力するようにしたものである。入力端子８１を抵抗８
２、８３およびコンデンサ８４を経て接地すると共にコ
ンデンサ８５、８６および抵抗８７を経て接地する。抵
抗８２と抵抗８３との接続点をコンデンサ８８および抵
抗８９を経て、コンデンサ８５とコンデンサ８６との接
続点に接続し、これらのコンデンサ８８と抵抗８９との
接続点を接地する。このように構成では、抵抗によって
は信号の位相は変化しないが、コンデンサによっては信
号の位相が９０°シフトされるので、抵抗８３とコンデ
ンサ８４との接続点から出力端子９０に入力端子８１に
供給される信号と同相の、すなわち０°移相された信号
が出力され、コンデンサ８６と抵抗８７との接続点から
出力端子９１へ入力信号に対して１８０°移相された信
号が出力されることになる。

【００４０】図１１は、送受信装置に本発明によるアン
テナビームコントロールシステムを適用した実施例の構
成を示すブロック図であり、例えば携帯電話の端末に利
用できるものである。本例において、受信信号を処理し
てアンテナビームを所定の方向に指向させる部分の構成
は図３に示したものと同じであるので、図３に示した実
施例と同様の部分には図３で用いた符号を付けて示し、
その詳細な説明は省略する。本例では、アンテナ素子３
１−１〜３１−４で受信された高周波変調信号を、それ
ぞれ分波器９５−１〜９５−４を経て低雑音アンプ３２
−１〜３２−４へ供給され、増幅された高周波変調信号
をミキサ３５−１〜３５−４へ供給する。これらのミキ
サ３５−１〜３５−４から出力される中間周波数に変換
された変調信号を受信用移相回路３５−１〜３５−４へ
それぞれ供給し、これら受信用移移相回路の出力信号を
電力合成器３６で合成した後、可変利得増幅器３７へ供
給し、復調された信号を出力端子９６へ出力する。

【００４１】可変利得増幅器３７において生成されるＡ
ＧＣ電圧を位相制御回路３９のＡ／Ｄ変換器４０でディ
ジタル信号に変換した後、ＣＰＵ４１へ供給する。ＣＰ
Ｕ４１においては、記憶回路４２に予め記憶されている
アンテナビームパターンを所定のプロセスにしたがって
読み出し、２値の位相制御信号を生成し、これを切換回
路４３へ供給し、受信用移相回路３５−１〜３５−４で
生成される０°および１８０°移相された信号の何れか
を選択し、アンテナビームをアンテナビームパターンに
よって指定される所定の方向に指向性を持つようにす
る。

【００４２】一方、送信を行う場合には、入力端子９７
に供給される送信変調信号を、電力分配器９８において
それぞれ送信用移相回路３５−５〜３５−８へ分配供給
する。これらの送信用移相回路３５−５〜３５−８の各
々は、受信用移相回路３５−１〜３５−４の各々と同じ
構成を有しており、それらの制御入力端子には、切換回
路４３から受信用移相回路へ供給するのと同じ位相制御
信号を供給するように構成する。したがって、例えば、
受信用移相回路３５−１が受信信号に対して０°の移相
を与える場合には、対応する送信用移相回路３５−５も
送信信号に対して０°の移相を与えるようになる。

【００４３】このように送信用移相回路３５−５〜３５
−８においてそれぞれ０°または１８０°移相された送
信変調信号はそれぞれミキサ３３−５〜３３−８へ供給
され、ここで局部発振器から信号と混合され、高周波変
調信号を生成する。これらミキサ３３−５〜３３−８か
ら出力される高周波変調信号をそれぞれパワーアンプ３
２−５〜３２−８で増幅した後、それぞれ分波器９５−
１〜９５−４を経てアンテナ素子３１−１〜３１−４へ
供給され、これらのアンテナ素子から電波として放射さ
れる。本例においても、鎖線で囲んで示す回路部分を集
積化して１個のＩＣとして構成することができる。

【００４４】上述した図４に示すように、上述した実施
例においては、４個のアンテナ素子３１−１〜３１−４
を正方形の頂点に配置し、１つのアンテナ素子に対応す
る移相回路での移相量を１８０°として指向性を与える
ようにしたが、このような４素子アレーアンテナにおけ
る給電位相の変化に伴うアンテナビームパターンの変化
をシミュレーションした結果について説明する。なお、
このシミュレーションでは、信号の周波数を２．６４２
５ＧＨｚとし、波長を１１３．５２ｍｍとし、アンテナ
素子の基板の膜厚を１．５７ｍｍとし、ｅｒ＝３．２
８、tanδ＝０．００２５とした。また、基板やグラン
ド板は共に無限大として計算を行なった。

【００４５】図１２〜１５は、図４に示したアンテナビ
ームパターンＰ１〜Ｐ４に示すように、４つのアンテナ
素子の内の何れか１つのアンテナ素子への給電位相を他
のアンテナ素子に対して１８０°移相させた場合のアン
テナ放射パターンを示すものであり、水平面内ではそれ
ぞれ９０°づつずれた方向にアンテナビームのピークが
得られている。図１６は、アンテナビームパターンＰ５
で示すように、４つのアンテナ素子３１−１〜３１−４
の全ての移相を０°とした場合のアンテナ放射パターン
を示すものであり、水平面内においては互いに直交する
４方向、すなわち４５°、１３５°、２２５°、３１５
°にピークが現れている。これらの図面においては、θ
＝４５°での｜Ｅ｜をプロットしたものである。

【００４６】本発明は上述した実施例にのみ限定される
ものではなく、幾多の変更や変形が可能である。例え
ば、本発明では上述した実施例では、４個のアンテナ素
子を正方形の頂点に配置した４素子パッチアレーアンテ
ナとしたが、９素子或いは１６素子のアンテナを使用す
ることもできる。また、受信信号の振幅情報を復調器で
生成されるＡＧＣ電圧から取り出すようにしたが、他の
部分から取り出すこともできる。さらに、上述した実施
例では、０°および１８０°移相された信号を生成する
移相器３５−１〜３５−８を、図８に示すようなトラン
ジスタ回路や図１０に示すＣＲ回路で構成したが、他の
構成も可能である。

【００４７】上述したように、本発明によるアンテナビ
ームコントロールシステムにおいては、アンテナ素子に
対応した移相量を、記憶回路に予め記憶したアンテナビ
ームパターンデータにしたがって０°および１８０°で
切換えることによって所望のアンテナビームパターンを
得るようにしたので、移相回路は、例えばトランジスタ
回路やＣＲ回路で構成することができ、構成を簡単とす
ることができると共にコストも低減することができる。
また、このように移相回路の構成を簡単とすることによ
って、移相回路や中央処理ユニット、記憶回路などを含
む回路部分を容易に集積化することができ、したがって
全体を小型とすることができ、例えば携帯電話の端末に
有利に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来のフェーズドアレーアンテナの一例の構
成を示すブロック図である。

【図２】 テレビジョン受像機に用いられた従来のアン
テナビームコントロールシステムを示すブロック図であ
る。

【図３】 本発明によるアンテナビームコントロールシ
ステムの一実施例の構成を示すブロック図である。

【図４】 この実施例のアンテナ素子の構成および配置
並びにアンテナビームパターンを示す線図である。

【図５】 アンテナビームパターンのスキャン方法の一
例を示すフローチャートである。

【図６】 アンテナビームパターンのスキャン方法の他
の例を示すフローチャートである。

【図７】 図３に示した実施例における移相回路、合成
器および切換回路などを集積化したＩＣの一部分の構成
を示すブロック図である。

【図８】 図７に示す移相回路の詳細な構成を示す回路
図である。

【図９】 図７に示す合成器および切換回路の詳細な構
成を示す回路図である。

【図１０】 移相回路の他の例の詳細な構成を示す回路
図である。

【図１１】 携帯電話の端末に適用した本発明によるア
ンテナビームコントロールシステムの一例の全体の構成
を示すブロック図である。

【図１２】 図４に示した４素子パッチアレーアンテナ
の放射パターンのシミュレーション結果を示す線図であ
る。

【図１３】 同じく４素子パッチアレーアンテナの放射
パターンのシミュレーション結果を示す線図である。

【図１４】 同じく４素子パッチアレーアンテナの放射
パターンのシミュレーション結果を示す線図である。

【図１５】 同じく４素子パッチアレーアンテナの放射
パターンのシミュレーション結果を示す線図である。

【図１６】 同じく４素子パッチアレーアンテナの放射
パターンのシミュレーション結果を示す線図である。

【符号の説明】

３１−１〜３１−４ アンテナ素子、 ３２−１〜３２
−４ 低雑音アンプ、３２−５〜３２−８ パワーアン
プ、 ３３−１〜３３−８ ミキサ、 ３４−１〜３４
−４ 局部発振器、 ３５−１〜３５−８ 移相器、
３６ 電力合成器、 ３７ 可変利得増幅器、 ３８
ＩＱミキサ、 ３９ 位相制御回路、４０ Ａ／Ｄ変換
器、 ４１ 中央処理ユニット（ＣＰＵ）、 ４２ 記
憶回路、 ４３ 切換回路、 ５１−１〜５１−４、５
２−１〜５２−４、５６−１〜５６−４ 入力端子、
５３−１〜５３−４ コンデンサ、 ５４−１〜５４−
４ 移相回路、 ５５ 切換合成回路、 ６１〜６６
トランジスタ、 ６７−１、６７−２ 出力端子、 ７
１−１〜７１−４ 切換回路、 ７２−１、７２−２
出力端子、 ７３〜７５ トランジスタ、 ７６ 出力
端子、 ８１ 入力端子、 ８２、８３、８７、８９
抵抗、 ８４〜８６、８８ コンデンサ、９０、９１出
力端子、９５−１〜９５−４ 分波器、 ９６ 受信信
号出力端子、 ９７ 送信信号入力端子、 ９８ 電力
分配器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 紀久 東京都中央区日本橋一丁目13番１号 ティ ーディーケイ株式会社内 Ｆターム(参考） 5J021 AA05 AA06 CA06 DB02 DB03 DB04 EA04 FA05 FA14 FA15 FA16 FA17 FA20 FA29 FA31 FA32 GA02 GA08 HA05 HA10

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 信号を受信する複数のアンテナ素子と、
   これらのアンテナ素子の各々に接続された複数の第１の
   信号処理回路と、これらの第１の信号処理回路にそれぞ
   れ接続され、信号処理回路から出力される信号の位相を
   制御する複数の移相回路と、これらの移相回路から出力
   される信号を合成する合成回路と、この合成回路の出力
   信号を処理する第２の信号処理回路と、この第２の信号
   処理回路で処理される信号の振幅情報に基づいて、前記
   複数の移相回路における移相量を制御する位相制御信号
   を出力する位相制御回路とを具え、前記合成回路から出
   力される信号の強度が所望の値となるように前記複数の
   移相回路での移相量を制御する位相制御信号を出力する
   アンテナビームコントロールシステムにおいて、前記複
   数のアンテナ素子として少なくとも４個のアンテナ素子
   を設け、前記複数の移相回路の各々を、その入力信号の
   位相を０°と１８０°の何れかに切換えるように構成
   し、前記位相制御回路を、前記移相回路での移相量を０
   °と１８０°との間で切換える位相制御信号を出力する
   ように構成したことを特徴とするアンテナビームコント
   ロールシステム。
2. 【請求項２】 前記移相回路での移相量を０°と１８０
   °との間で切換える位相制御信号を２値制御信号とする
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナビームコン
   トロールシステム。
3. 【請求項３】 前記位相制御回路に、前記少なくとも４
   個のアンテナ素子に対応する少なくとも４つの移相回路
   の内の１つの移相回路での移相量を１８０°とし、他の
   移相回路での移相量を０°として得られる４つのアンテ
   ナビームパターンと、４つのアンテナ素子の全てに対応
   する全ての移相回路における移相量を０°とすることに
   よって得られる１つのアンテナビームパターンとの５つ
   のアンテナビームパターンを得るための２値制御信号の
   少なくとも５つの組み合わせを予め記憶する記憶回路を
   設け、この記憶回路に記憶されている２値制御信号の組
   み合わせを読み出して前記複数の移相回路での移相量を
   制御することを特徴とする請求項２に記載のアンテナビ
   ームコントロールシステム。
4. 【請求項４】 前記記憶回路に記憶した２値制御信号の
   少なくとも５つの組み合わせを順次に読み出し、各２値
   制御信号における前記第２の信号処理回路で処理される
   信号の強度を検出して記憶し、前記記憶回路に予め記憶
   されている全ての２値制御信号の組み合わせを読み出し
   た後に、第２の信号処理回路で処理される信号の強度が
   最大となる２値制御信号を選択して前記移相回路の移相
   量を制御することを特徴とする請求項３に記載のアンテ
   ナビームコントロールシステム。
5. 【請求項５】 前記記憶回路に記憶した２値制御信号の
   少なくとも５つの組み合わせを予め決められた順番に読
   み出し、各２値制御信号における前記第２の信号処理回
   路で処理される信号の強度情報から、所定レベル以上の
   合成信号が得られるアンテナビームを設定する２値制御
   信号を検出し、この検出された２値制御信号に基づいて
   前記移相回路の移相量を制御することを特徴とする請求
   項３に記載のアンテナビームコントロールシステム。
6. 【請求項６】 前記記憶回路に記憶されている２値制御
   信号の少なくとも５つの組み合わせの読み出しを、前記
   合成回路から出力される信号の強度が所定のレベルより
   も低くなると判断されるときに行うことを特徴とする請
   求項４または５に記載のアンテナビームコントロールシ
   ステム。
7. 【請求項７】 前記記憶回路に記憶されている２値制御
   信号の少なくとも５つの組み合わせの読み出しを、予め
   決められた時間毎に定期的に行うことを特徴とする請求
   項４または５に記載のアンテナビームコントロールシス
   テム。
8. 【請求項８】 前記第２の信号処理回路に自動利得制御
   回路を設け、第２の信号処理回路で処理される信号の振
   幅情報を、前記自動利得制御回路において発生される自
   動利得制御電圧として取り出すことを特徴とする請求項
   １〜７の何れかに記載のアンテナビームコントロールシ
   ステム。
9. 【請求項９】 前記２値制御信号の少なくとも５つの組
   み合わせの２値制御信号を読み出して前記移相回路での
   移相量を切り換えた後、前記自動利得制御電圧の振幅が
   安定するに要する時間が経過した後に前記第２の信号処
   理回路で処理される信号の振幅情報の判定を行うことを
   特徴とする請求項８に記載のアンテナビームコントロー
   ルシステム。
10. 【請求項１０】 前記移相回路の各々を、移相回路への
    入力信号と同相の信号および１８０°位相が反転した信
    号とを同時に生成するように構成し、前記切換回路を、
    移相回路から出力される同相信号および１８０°反転信
    号の何れかを選択するように構成したことを特徴とする
    請求項１〜９の何れかに記載のアンテナビームコントロ
    ールシステム。
11. 【請求項１１】 前記移相回路の各々を、トランジスタ
    回路で構成したことを特徴とする請求項１０に記載のア
    ンテナビームコントロールシステム。
12. 【請求項１２】 前記移相回路の各々を、抵抗およびコ
    ンデンサで構成したことを特徴とする請求項１０に記載
    のアンテナビームコントロールシステム。
13. 【請求項１３】 前記アンテナ素子で高周波変調信号を
    受信し、前記第１の信号処理回路にミキサを設け、アン
    テナ素子で受信した高周波変調信号を中間周波数の変調
    信号に変換し、この中間周波数の変調信号を移相回路へ
    供給するように構成し、前記第２の信号処理回路を、前
    記合成回路から出力される中間 周波数の変調信号を復
    調する復調回路を含むように構成したことを特徴とする
    請求項１〜１２の何れかに記載のアンテナビームコント
    ロールシステム。
14. 【請求項１４】 前記位相制御信号を生成するための振
    幅情報を、前記復調回路で生成される自動利得制御信号
    から取り出すことを特徴とする請求項１３に記載のアン
    テナビームコントロールシステム。
15. 【請求項１５】 前記複数のアンテナ素子に、それぞれ
    分波器を接続し、これら分波器の出力端子を前記第１の
    信号処理回路に接続し、これら第１の信号処理回路から
    出力される受信信号を複数の受信用の移相回路へ供給す
    るように構成し、前記アンテナ素子から送信すべき送信
    信号を電力分配器で分配した後、前記複数の受信用移相
    回路と対応し、対応する受信用移相回路への位相制御信
    号と同じ位相制御信号によって移相量が制御される複数
    の送信用移相回路へそれぞれ供給し、これら送信用移相
    回路から出力される送信信号を第３の信号処理回路を経
    て前記分波器の入力端子へ供給してアンテナ素子から送
    信するように構成したことを特徴とする請求項１〜１４
    の何れかに記載のアンテナビームコントロールシステ
    ム。
16. 【請求項１６】 前記第１および第３の信号処理回路に
    ミキサを設けたことを特徴とする請求項１５に記載のア
    ンテナビームコントロールシステム。
17. 【請求項１７】 前記移相回路および位相制御回路の少
    なくとも一部分を集積化したことを特徴とする請求項１
    〜１７の何れかに記載のアンテナビームコントロールシ
    ステム。