JP2003134017A - ディジタルビームフォーミングアンテナ装置 - Google Patents

ディジタルビームフォーミングアンテナ装置

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JP2003134017A
JP2003134017A JP2001322046A JP2001322046A JP2003134017A JP 2003134017 A JP2003134017 A JP 2003134017A JP 2001322046 A JP2001322046 A JP 2001322046A JP 2001322046 A JP2001322046 A JP 2001322046A JP 2003134017 A JP2003134017 A JP 2003134017A
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JP
Japan
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signals
transmission
signal
modulation
output
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JP2001322046A
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Kenichi Numata
健一 沼田
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 従来のディジタルビームフォーミングアンテ
ナ装置においては、受信機やA/D変換器が素子アンテ
ナ数と同じ数だけ必要となるため、ハードウェア規模が
増大し、寸法、質量、消費電力が増大化してしまうとい
う問題があった。また、これらの利得、透過位相の特性
を同一にしなければビーム形成が不可能であり、受信
機、A/D変換器の調整に多大な時間が必要であった。 【解決手段】 各々の送受信モジュールで受信信号に各
々異なる符号変調を施し、送受信モジュールの出力を合
成し、受信機において合成信号の周波数変換、利得調整
を行い、A/D変換器でアナログ信号からディジタル信
号に変換し、その後、分配器にて受信信号を素子アンテ
ナ数だけ等分配し、復調器にて送信時に送受信モジュー
ルで変調した各々の信号で復調し、ビーム形成器にてこ
れを合成することで、受信機数、A/D変換器数を減ら
したディジタルビームフォームグアンテナ装置を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、受信信号をディ
ジタル信号に変換し、ビーム合成するディジタルビーム
フォーミングアンテナ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図3は従来のディジタルビームフォーミ
ングアンテナ装置の構成を説明するための図である。図
において1は複数の素子アンテナ、2は複数の送受信モ
ジュール、3は周波数変換機能、利得制御機能を有する
複数の受信機、4はアナログ信号をディジタル信号に変
換する複数のA/D変換器、5はn個の信号を合成する
複数のビーム形成器である。
【0003】次にこの装置の受信系の動作について説明
する。ディジタルビームフォーミングは、「DIGITAL MU
LTIPLE BEAMFORMING TECHNIQUES FOR RADAR(1978 IEE
E)」に記載の原理で動作する。すなわち、受信信号は各
素子アンテナ1で受信され、各モジュール2を経由し、
各受信機3で周波数変換、利得制御される。さらに、各
A/D変換器4で、この周波数変換、利得制御されたア
ナログ信号から、位相と振幅の情報を含むディジタル信
号に変換される。その後、全てのA/D変換器4の出力
信号に、ビーム形成器5で個別フーリエ変換、高速フー
リエ変換、Winogradフーリエ変換等の技術によ
り得られる複素ウェイトの値を各々掛け合わせた後に合
成を行い、ディジタル信号としてビーム形成される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来のディジタルビー
ムフォーミングアンテナ装置では、受信機3やA/D変
換器4は素子アンテナ数と同じ数だけ必要となる。した
がって、素子アンテナの数が大量となった場合、ハード
ウェアの規模が増大し、寸法、質量、消費電力が増大化
してしまうという問題があった。また、複数の受信機3
や複数のA/D変換器4の利得、透過位相の特性を同一
にしなければ、ビーム形成器5によるビーム形成が不可
能であり、受信機3、A/D変換器4の調整に多大な時
間が必要であった。
【0005】この発明はかかる課題を解決するためにな
されたものであり、n個必要な受信機、A/D変換器の
個数を低減したディジタルビームフォーミングアンテナ
装置を提供する。
【0006】
【課題を解決するための手段】第1の発明によるディジ
タルビームフォーミングアンテナ装置は、n個(nは任
意の自然数)の素子アンテナと、それぞの素子アンテナ
に接続された送受切替器、送受切替器を介して素子アン
テナから出力された信号を増幅する低雑音増幅器と低雑
音増幅器の出力に対しそれぞれ付与される変調コードに
基いて符号変調を施す変調器とを持つ受信系、および送
受切替器を介して素子アンテナに送信信号を出力する送
信系とを有したn個の送受信モジュールと、各送受信モ
ジュールからのn個の信号を合成する合成器と、合成器
で合成した信号の周波数変換機能、利得制御機能を有す
る受信機と、受信機の出力をディジタル信号に変換する
A/D変換器と、A/D変換器の出力をn個の信号に等
分配する分配器と、上記n個の変調器に対し、それぞれ
互いに異なるn個の変調コードを出力する変調コード生
成器と、上記n個の変調コードに基いて、分配器で分配
されたn個の信号に対し、それぞれ符号変調された信号
の復調を行うn個の復調器と、上記n個の復調された信
号を合成するビーム形成器と、を備えたものである。
【0007】第2の発明によるディジタルビームフォー
ミングアンテナ装置は、n個(nは任意の自然数)の素
子アンテナと、それぞの素子アンテナに接続された送受
切替器、送受切替器を介して素子アンテナから出力され
た信号を増幅する低雑音増幅器を持つ受信系、およびそ
れぞれ付与される変調コードに基いて送信信号に符号変
調を施し変調信号が送受切替器を介して素子アンテナに
出力される変調器を持つ送信系とを有したn個の送受信
モジュールと、各送受信モジュールからのn個の信号を
合成する合成器と、合成器で合成した信号の周波数変換
機能、利得制御機能を有する受信機と、受信機の出力を
ディジタル信号に変換するA/D変換器と、A/D変換
器の出力をn個の信号に等分配する分配器と、上記n個
の変調器に対し、それぞれ互いに異なるn個の変調コー
ドを出力する変調コード生成器と、上記n個の変調コー
ドに基いて、分配器で分配されたn個の信号に対し、そ
れぞれ符号変調された信号の復調を行うn個の復調器
と、上記n個の復調された信号を合成するビーム形成器
と、を備えたものである。
【0008】
【発明の実施の形態】実施の形態1.図1は実施の形態
1を説明するための図である。図において、1はn個の
素子アンテナ、2aは、送受切替器21と、低雑音増幅
器22と変調器23とから成る受信系と、高出力増幅器
24と位相制御器25とから成る送信系とを有して、素
子アンテナ1の受信信号に符号変調を施すことができる
n個の送受信モジュール、8はn個の信号を合成する合
成器、3は周波数変換機能、利得制御機能を有する1つ
の受信機、4は受信機3からの周波数変換、利得制御さ
れたアナログ信号を、位相と振幅の情報を含むディジタ
ル信号に変換する1つのA/D変換器、6はn個の信号
に等分配する分配器、7は送受信モジュール2aで施し
た符号変調を復調するn個の復調器、5は復調器7で復
調された信号に、ビーム形成器5で個別フーリエ変換、
高速フーリエ変換、Winogradフーリエ変換等の
技術により得られる複素ウェイトの値を各々掛け合わせ
た後に合成を行い、ディジタル信号としてビーム形成す
るビーム形成器、9はn種類の変調コードを発生するコ
ード生成器、10は送信信号を送受信モジュール2aに
分配する電力分配器、11は送信信号を生成する発振器
である。
【0009】次に、実施の形態1の動作について説明す
る。送信時には、発振器11で送信信号を生成し、電力
分配器10で各送信モジュール2aに電力分配し、電力
分配された信号が所望のアンテナビームを形成するよう
に位相制御器25で位相制御され、位相制御された信号
を高出力増幅器24で増幅した後に、増幅された信号を
送受切替器21を介して各々の素子アンテナ1から送信
する。受信時には、n個の各素子アンテナ1の受信信号
が各送受信モジュール2aに出力され、そこで送受切替
器21を介して低雑音増幅器22に送られた信号が低雑
音増幅される。n個の各送受信モジュール2aの変調器
23では、それぞれ互いに異なるn個の変調コードに基
いて、各々異なり互いに相関のないn種類の符号変調
が、それぞれの低雑音増幅器22からの増幅信号に対し
て施され、その出力信号が合成器8で合成されて、受信
機3に出力される。受信機3において周波数変換、利得
調整が行われ、A/D変換器4でアナログ信号からディ
ジタル信号に変換する。その後、分配器6にてディジタ
ル信号に変換された受信信号は、素子アンテナ数nだけ
等分配される。n個の復調器7は、この分配器6で分配
されたn個の信号を、受信時に送受信モジュール2aで
変調したn種類の符号にそれぞれ対応するn個の変調コ
ードに基いて復調し、ビーム形成器5では、これら復調
されたn個の信号を合成することにより、ディジタル信
号としてビーム形成される。コード生成器9は、送受信
モジュール1および復調器7に、n個の異なる種類の変
調コードを供給する。
【0010】したがって、以上の構成により、受信機と
A/D変換器を素子アンテナの数だけ持つ必要がなく、
共用することが可能となる。これにより、ハードウェア
規模が縮小し、寸法、質量、消費電力を小さくすること
が可能となる。また、複数の受信機、複数のA/D変換
器の利得、透過位相の特性を同一に調整する必要がなく
なるため、試験調整作業が軽減する。また、各素子アン
テナの送信信号は別々の符号変調が施されており、通信
の秘匿性が向上する。
【0011】実施の形態2.図2は実施の形態2を説明
するための図である。図において、1はn個の素子アン
テナ、2bは送受切替器21と、低雑音増幅器22を持
つ受信系と、高出力増幅器24と変調器23bと位相制
御器25とから成る送信系とを有して、素子アンテナ1
の受信信号に符号変調を施すことができるn個の送受信
モジュール、8はn個の信号を合成する合成器、3は周
波数変換機能、利得制御機能を有する1つの受信機、4
はアナログ信号をディジタル信号に変換する1つのA/
D変換器、6はn個の信号に等分配する分配器、7は送
受信モジュール2bで施した符号変調を復調するn個の
復調器、5は復調器7で復調された信号を合成するビー
ム形成器、9はn種類の変調コードを発生するコード生
成器、10は送信信号を送受信モジュール2bに分配す
る電力分配器、11は送信波を生成する発振器である。
【0012】次に実施の形態2の動作について、図2を
用いて説明する。発振器11で送信信号を生成し、電力
分配器10で各送信モジュール2bに電力分配し、各電
力分配された信号が所望のアンテナビームを形成するよ
うに各位相制御器25で位相制御され、各変調器23b
では、それぞれ互いに異なるn個の変調コードに基い
て、それぞれの位相制御された信号に対して、各々の変
調器23bで異なり互いに相関のないn種類の符号変調
が施され、その出力信号が各高出力増幅器24で増幅さ
れた後に、送受切替器21を介してこの増幅された信号
が各々の素子アンテナ1から送信される。送信時に送受
信モジュール2bで各々異なり互いに相関のないn種類
の符号変調を施し、各々の素子アンテナ1から送信す
る。受信時は素子アンテナ1の出力信号を低雑音増幅器
22で増幅した後、増幅された信号を合成器8で合成
し、受信機3において周波数変換、利得調整を行い、A
/D変換器4でアナログ信号からディジタル信号に変換
する。その後、分配器6にてディジタル信号に変換され
た受信信号を素子アンテナ数nだけ等分配し、分配器6
で分配されたn個の信号を、n個の復調器7にて送信時
に送受信モジュール2bで変調したn種類の符号にそれ
ぞれ対応する変調コードに基いて復調し、ビーム形成器
5にてこれら復調されたn個の信号を合成することによ
りビーム形成する。コード生成器9は送受信モジュール
1および復調器7にn個の異なる種類の変調コードを供
給する。
【0013】したがって、以上の構成により、受信機と
A/D変換器を素子アンテナの数だけ持つ必要がなく、
共用することが可能となる。これにより、ハードウェア
規模が縮小し、寸法、質量、消費電力を小さくすること
が可能となる。また、複数の受信機、複数のA/D変換
器の利得、透過位相の特性を同一に調整する必要がなく
なるため、試験調整作業が軽減する。また、各素子コン
テナの送信信号は別々の符号変調が施されており通信の
秘匿性が向上する。
【0014】なお、上記実施の形態1、2では、1つの
受信機3と1つのA/D変換器で構成した例について示
したが、合成器8の種類によっては、合成した信号を素
子アンテナ数のnより少ないm個の信号に合成し、m個
の受信機3に出力しても良い。この場合、A/D変換器
4でA/D変換された信号はm個の各分配器6で、再び
n個の信号に分配される。
【0015】
【発明の効果】第1の発明によれば、受信機とA/D変
換器を素子アンテナの数だけ持つ必要がなく、共用する
ことが可能となる。これにより、ハードウェア規模が縮
小し、寸法、質量、消費電力を小さくすることが可能と
なる。また、複数の受信機、複数のA/D変換器の利
得、透過位相の特性を同一に調整する必要がなくなるた
め、試験調整作業が軽減する。
【0016】第2の発明によれば、受信機とA/D変換
器を素子アンテナの数だけ持つ必要がなく、共用するこ
とが可能となる。これにより、ハードウェア規模が縮小
し、寸法、質量、消費電力を小さくすることが可能とな
る。また、複数の受信機、複数のA/D変換器の利得、
透過位相の特性を同一に調整する必要がなくなるため、
試験調整作業が軽減する。また、各素子コンテナの送信
信号は別々の符号変調が施されており通信の秘匿性が向
上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明のディジタルビームフォーミングア
ンテナ装置の実施の形態1を示す構成図である。
【図2】 この発明のディジタルビームフォーミングア
ンテナ装置の実施の形態2を示す構成図である。
【図3】 従来のディジタルビームフォーミングアンテ
ナ装置を説明するための図である。
【符号の説明】
1 素子アンテナ 2 送受信モジュール 3 受信機 4 A/D変換器 5 ビーム形成器 6 分配器 7 復調器 8 合成器 9 コード生成器 10 電力分配器 11 発振器 23 変調器 23b 変調器

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 n個(nは任意の自然数)の素子アンテ
    ナと、 それぞの素子アンテナに接続された送受切替器、送受切
    替器を介して素子アンテナから出力された信号を増幅す
    る低雑音増幅器と低雑音増幅器の出力に対しそれぞれ付
    与される変調コードに基いて符号変調を施す変調器とを
    持つ受信系、および送受切替器を介して素子アンテナに
    送信信号を出力する送信系とを有したn個の送受信モジ
    ュールと、 各送受信モジュールからのn個の信号を合成する合成器
    と、 合成器で合成した信号の周波数変換機能、利得制御機能
    を有する受信機と、 受信機の出力をディジタル信号に変換するA/D変換器
    と、 A/D変換器の出力をn個の信号に等分配する分配器
    と、 上記n個の変調器に対し、それぞれ互いに異なるn個の
    変調コードを出力する変調コード生成器と、 上記n個の変調コードに基いて、分配器で分配されたn
    個の信号に対し、それぞれ符号変調された信号の復調を
    行うn個の復調器と、 上記n個の復調された信号を合成するビーム形成器と、 を備えたディジタルビームフォーミングアンテナ装置。
  2. 【請求項2】 n個(nは任意の自然数)の素子アンテ
    ナと、 それぞの素子アンテナに接続された送受切替器、送受切
    替器を介して素子アンテナから出力された信号を増幅す
    る低雑音増幅器を持つ受信系、およびそれぞれ付与され
    る変調コードに基いて送信信号に符号変調を施し変調信
    号が送受切替器を介して素子アンテナに出力される変調
    器を持つ送信系とを有したn個の送受信モジュールと、 各送受信モジュールからのn個の信号を合成する合成器
    と、 合成器で合成した信号の周波数変換機能、利得制御機能
    を有する受信機と、 受信機の出力をディジタル信号に変換するA/D変換器
    と、 A/D変換器の出力をn個の信号に等分配する分配器
    と、 上記n個の変調器に対し、それぞれ互いに異なるn個の
    変調コードを出力する変調コード生成器と、 上記n個の変調コードに基いて、分配器で分配されたn
    個の信号に対し、それぞれ符号変調された信号の復調を
    行うn個の復調器と、 上記n個の復調された信号を合成するビーム形成器と、 を備えたディジタルビームフォーミングアンテナ装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007336164A (ja) * 2006-06-14 2007-12-27 Mitsubishi Electric Corp Dbf信号処理装置およびdbf信号処理方法
WO2016125305A1 (ja) * 2015-02-06 2016-08-11 三菱電機株式会社 アンテナ装置

Cited By (4)

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