JP2005210517A - Method for arraying array antenna, multi-frequency common antenna assembly, and arrival direction estimating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無線通信システムに関し、特に、到来波の到来方向を推定する到来方向推定装置、この装置に適用する多周波共用アンテナ装置、及び多周波共用アンテナ装置が備えるアレーアンテナの配置方法に関するものである。 The present invention relates to a wireless communication system, and more particularly to an arrival direction estimation device that estimates an arrival direction of an incoming wave, a multi-frequency shared antenna device applied to this device, and an array antenna arrangement method provided in the multi-frequency shared antenna device. It is.
携帯電話等の普及に伴い、電波の利用状況や無線基地局や携帯端末の電波感度の監視制御の重要性が高まっている。例えば、エリア設計において、携帯端末網のサービス対象エリアのもれが無く、十分な通信品質が提供できるように、基地局アンテナの設置移動やチルト等の調整を行う必要がある。 With the widespread use of mobile phones and the like, the importance of monitoring control of radio wave usage and radio wave sensitivity of radio base stations and mobile terminals is increasing. For example, in the area design, it is necessary to adjust the installation movement and tilt of the base station antenna so that there is no leakage of the service target area of the mobile terminal network and sufficient communication quality can be provided.
都市部や市街地では、高層ビルによる電波の反射、回折、散乱によってマルチパスフージョンが存在する。また、CDMA方式による通信では、各パスの受信電波の遅延時間を調節して合成するレイク受信が行われるが、この合成するパス数であるレイクフィンガーを越える電波が到来する場合がある。このようなマルチパスフュージョンの影響やレイクフィンガーを越える電波は到来すると、十分な通信品質の確保が困難となる特異点が発生することがある。エリア設計では、このよう問題を考慮することが望まれる。このために、到来波の到来方向や電解強度の推定、パイロット信号による基地局の特定等が必要となる。 In urban areas and urban areas, multipath fusion exists due to reflection, diffraction, and scattering of radio waves by high-rise buildings. In CDMA communication, rake reception is performed by combining the delay times of the received radio waves of each path, and there may be a case where radio waves that exceed the rake fingers corresponding to the number of paths to be combined may arrive. When radio waves that exceed the influence of such multipath fusion or rake fingers arrive, a singular point that makes it difficult to ensure sufficient communication quality may occur. In area design, it is desirable to consider such problems. For this purpose, it is necessary to estimate the direction of arrival of incoming waves, the estimation of electrolytic strength, the identification of a base station using a pilot signal, and the like.
また、不法に設置されたブースターから電波により通信品質が低下するという問題がある。このためには、到来波の到来方向を推定して不法ブースターの設置位置を特定する必要がある。到来波の推定では調査対象のエリアは広大となるため、到来波推定装置を搭載した車両を走行させながらリアルタイム処理することが望ましい。 In addition, there is a problem that communication quality deteriorates due to radio waves from an illegally installed booster. For this purpose, it is necessary to estimate the arrival direction of the incoming wave and specify the installation position of the illegal booster. Since the area to be investigated is very large in the estimation of the incoming wave, it is desirable to perform real-time processing while driving the vehicle equipped with the incoming wave estimation device.
電波の受信状況を調べる方法として、パラボラアンテナのような指向性の高いアンテナを機械的に回転させ、角度と受信信号強度とから伝搬路の周波数特性と到来波の方向を測定する方法が知られている(例えば非特許文献1)。 As a method for checking the reception status of radio waves, a method is known in which a highly directional antenna such as a parabolic antenna is mechanically rotated to measure the frequency characteristics of the propagation path and the direction of the incoming wave from the angle and received signal strength. (For example, Non-Patent Document 1).
このパラボラアンテナパラボラアンテナを用いた方法では、角度分解能を向上させるために、開口面積の大きな指向性アンテナとこのアンテナを回転させるための駆動装置が必要であるため、システム規模が大きくなるという問題が指摘されている。 In the method using the parabolic antenna, a directional antenna having a large aperture area and a driving device for rotating the antenna are necessary in order to improve the angular resolution. It has been pointed out.
また、無指向性アンテナを直線上に等速度で移動させながら遅延プロファイル測定を行い、測定結果をフーリエ変換することにより到来波のドップラースペクトルを求め、ドップラーシフトと到来方向との関係から到来方向を推定する方法も提案されている(例えば非特許文献2)。 In addition, the delay profile measurement is performed while moving the omnidirectional antenna on a straight line at a constant speed, the Doppler spectrum of the incoming wave is obtained by Fourier transforming the measurement result, and the arrival direction is determined from the relationship between the Doppler shift and the arrival direction. An estimation method has also been proposed (for example, Non-Patent Document 2).
この無指向性アンテナを移動させる方法では、連続的に各位置での到来方向の推定が可能であるが、進行方向に対して対称な方向を分離することができないこと、角度分解能が劣る等の点が指摘されている。 With this method of moving the omnidirectional antenna, it is possible to continuously estimate the direction of arrival at each position, but it is not possible to separate a symmetric direction with respect to the traveling direction, the angle resolution is inferior, etc. A point has been pointed out.
基地局からの電波は、水平面内の様々な方向から到来し、また、その到来波は角度的に近接している場合がある。そのため、矩形アレーアンテナを用いて、MUSIC(Multiple Signal Classification )法(例えば非特許文献3)やESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)法(例えば非特許文献4)により到来波を推定するシステム(例えば非特許文献5)が知られている。矩形アレーアンテナでは、相関波の到来方向を推定するために、Forward/Backward(F/B)空間平均法 (例えば非特許文献5)が用いられる。また、円形アレーアンテナを用いて、MUSIC法やESPRIT法により到来波を推定することも提案されている。
通信システムでは複数の異なる周波数を用いられている。例えば、携帯電話では900MHz、1.5GHz、2.0GHz等の異なる周波数が用いられている。各周波数の電波はそれぞれ異なる無線局から送信される。これらの周波数を異にする電波の到来方向を推定するには、各周波数に対応したアンテナを用意する必要がある。各周波数の電波をアレーアンテナで受信するには、各アンテナ間の間隔をその周波数の半波長以下に配列する必要がある。 A plurality of different frequencies are used in the communication system. For example, mobile phones use different frequencies such as 900 MHz, 1.5 GHz, and 2.0 GHz. Radio waves of each frequency are transmitted from different radio stations. In order to estimate the arrival directions of radio waves having different frequencies, it is necessary to prepare an antenna corresponding to each frequency. In order to receive radio waves of each frequency with an array antenna, it is necessary to arrange the intervals between the antennas to be equal to or less than a half wavelength of the frequency.
図11は、アレーアンテナの各アンテナの配置を説明するための概略図である。図11(a),(b)は矩形アレーアンテナの例であり、各アンテナを矩形状に配置し、辺上で隣接するアンテナ間の距離を受信する周波数の半波長としている。図11(a)は受信周波数f1(波長λ1)の場合の矩形配列の一例を示し、図11(b)は受信周波数f2(波長λ2)の場合の矩形配列の一例を示している。アンテナ間はそれぞれ半波長のλ1/2,λ2/2である。周波数f2が周波数f1よりも高い周波数としたとき、周波数f1を受信するアレーアンテナのアンテナ間の距離λ1/2は、周波数f2を受信するアレーアンテナのアンテナ間の距離λ2/2よりも長くなる。そのため、各周波数を一つのアンテナで受信することはできず、周波数毎にアレーアンテナを用意する必要がある。 FIG. 11 is a schematic diagram for explaining the arrangement of each antenna of the array antenna. FIGS. 11A and 11B are examples of rectangular array antennas. Each antenna is arranged in a rectangular shape, and the distance between adjacent antennas on the side is a half wavelength of the frequency to be received. FIG. 11A shows an example of a rectangular arrangement for the reception frequency f1 (wavelength λ1), and FIG. 11B shows an example of a rectangular arrangement for the reception frequency f2 (wavelength λ2). The distance between the antennas is λ1 / 2 and λ2 / 2, which are half wavelengths. When the frequency f2 is higher than the frequency f1, the distance λ1 / 2 between the antennas of the array antenna that receives the frequency f1 is longer than the distance λ2 / 2 between the antennas of the array antenna that receives the frequency f2. Therefore, it is not possible to receive each frequency with one antenna, and it is necessary to prepare an array antenna for each frequency.
円形アレーアンテナについても同様である。図11(c),(d)は円形アレーアンテナの例であり、各アンテナを円形状に配置し、周上で隣接するアンテナ間の距離を受信する周波数の半波長としている。図11(c)は受信周波数f1(波長λ1)の場合の矩形配列の一例を示し、図11(d)は受信周波数f2(波長λ2)の場合の矩形配列の一例を示している。円形アレーアンテナにおいても、各周波数を一つのアンテナで受信することはできず、周波数毎にアレーアンテナを用意する必要がある。なお、図11(a),(b)に示す矩形アレーアンテナは素子数が9の例を示し、図11(c),(d)に示す円形アレーアンテナは素子数が8の例を示している。 The same applies to the circular array antenna. FIGS. 11C and 11D show examples of circular array antennas, in which each antenna is arranged in a circular shape, and the distance between adjacent antennas on the circumference is a half wavelength of the frequency to be received. FIG. 11C shows an example of a rectangular array for the reception frequency f1 (wavelength λ1), and FIG. 11D shows an example of a rectangular array for the reception frequency f2 (wavelength λ2). Even in a circular array antenna, each frequency cannot be received by one antenna, and it is necessary to prepare an array antenna for each frequency. The rectangular array antenna shown in FIGS. 11A and 11B shows an example in which the number of elements is 9, and the circular array antenna shown in FIGS. 11C and 11D shows an example in which the number of elements is 8. Yes.
矩形アレーアンテナ及び円形アレーアンテナの何れにおいても、複数の周波数を受信するには、周波数毎にアレーアンテナが必要であり、各アンテナの配置間隔も異なるためそれぞれに対応した配置が必要となる。 In either of the rectangular array antenna and the circular array antenna, in order to receive a plurality of frequencies, an array antenna is required for each frequency, and the arrangement interval of each antenna is different, so that an arrangement corresponding to each antenna is required.
また、アレーアンテナによって到来波の到来方向を推定するには、アレーアンテナの各アンテナが受信した受信信号を前記したようなMUSIC法、ESPRIT法、Forward/Backward(F/B)空間平均法等を用いて信号処理を行う。そのため、アレーアンテナの各アンテナはそれぞれに給電部と接続する必要がある。 In addition, in order to estimate the direction of arrival of an incoming wave with an array antenna, the received signal received by each antenna of the array antenna is subjected to the MUSIC method, ESPRIT method, Forward / Backward (F / B) spatial averaging method, etc. Signal processing. Therefore, each antenna of the array antenna needs to be connected to the power feeding unit.
図12は、従来の到来波推定装置におけるアンテナと給電部との関係を説明するための概略図である。周波数f1とf2の2つの到来波の到来方向を推定する場合、それぞれの周波数の対応したアレーアンテナを配置する。各アレーアンテナはそれぞれ給電部を個別に備え、互いに独立してそれぞれの到来波の到来方向の推定を行う。 FIG. 12 is a schematic diagram for explaining a relationship between an antenna and a power feeding unit in a conventional arrival wave estimation apparatus. When estimating the arrival directions of two incoming waves of frequencies f1 and f2, array antennas corresponding to the respective frequencies are arranged. Each array antenna is provided with a feeding unit, and estimates the direction of arrival of each incoming wave independently of each other.
したがって、到来波推定装置において複数の周波数について到来波を推定するには、測定対象とする周波数毎にアレーアンテナを備えると共に、各アレーアンテナのそれぞれのアンテナ毎に給電部が必要であるため、多数の給電部が必要となり装置構成が大型となり重量もかさむという問題がある。 Therefore, in order to estimate an incoming wave for a plurality of frequencies in an incoming wave estimation device, an array antenna is provided for each frequency to be measured, and a power feeding unit is required for each antenna of each array antenna. There is a problem that the power supply section is required, the apparatus configuration is large, and the weight is increased.
到来波の推定では広いエリアを調査対象とするため、車両上に到来波推定装置を搭載し、走行させながらリアルタイム処理することが望ましく、複数の周波数について到来波の到来方向を推移するには、測定対象とするそれぞれの周波数に対応したアレーアンテナ及びそのアレーアンテナの信号処理を行う給電部等を含む無線装置を車両上に搭載する必要がある。 In order to estimate the arrival wave, a wide area is to be investigated, so it is desirable to install an arrival wave estimation device on the vehicle and perform real-time processing while traveling, and to change the arrival direction of the arrival wave for multiple frequencies, It is necessary to mount on the vehicle a radio device including an array antenna corresponding to each frequency to be measured and a power feeding unit that performs signal processing of the array antenna.
到来波推定装置を車載するには、アレーアンテナを含む無線装置を小型であることが望ましいが、複数の周波数に対応した到来波推定装置では多数のアンテナと共に多数の給電部が必要であり装置構成が大型で重くなるため、複数の周波数に対して共用することができる到来波推定装置が求められている。 In order to mount the arrival wave estimation device on a vehicle, it is desirable that the wireless device including the array antenna is small. However, the arrival wave estimation device corresponding to a plurality of frequencies requires a large number of power feeding units together with a large number of antennas, and the device configuration. Therefore, an arrival wave estimation device that can be shared for a plurality of frequencies is demanded.
そこで、本発明は従来の課題を解決して、複数の周波数に対して共用することができる多周波共用アンテナ装置を提供することを目的とし、多周波共用アンテナ装置を構成するアレーアンテナの配置を提供することを目的とし、また、複数の周波数の到来波の到来方向を一つの装置で測定することができる到来方向推定装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve the conventional problems and to provide a multi-frequency shared antenna device that can be shared for a plurality of frequencies, and to arrange the array antennas constituting the multi-frequency shared antenna device. It is another object of the present invention to provide an arrival direction estimation device that can measure the arrival directions of arrival waves having a plurality of frequencies with a single device.
本発明は、複数のアンテナから構成されるアレーアンテナを異なる送受信周波数毎に用意し、これら各周波数のアレーアンテナを所定の位置関係となるように配置することにより、見かけ上一つのアンテナを複数の周波数に対して共用する多周波共用アンテナ装置を構成し、この多周波共用アンテナ装置を用いて到来方向推定装置を構成する。 The present invention prepares an array antenna composed of a plurality of antennas for different transmission / reception frequencies, and arranges the array antennas of these frequencies so as to have a predetermined positional relationship, so that one antenna is apparently arranged in a plurality. A multi-frequency shared antenna device shared with respect to the frequency is configured, and an arrival direction estimating device is configured using the multi-frequency shared antenna device.
本発明のアレーアンテナの配置方法の態様は、複数のアンテナから構成されるアレーアンテナを異なる送受信周波数毎に互いに層状に配置し、各層の互いに対応する位置にあるアンテナを直列接続し、直列接続したアンテナの一端を各給電部に接続する。 In the array antenna arrangement method according to the present invention, array antennas composed of a plurality of antennas are arranged in layers for different transmission / reception frequencies, and antennas in positions corresponding to each layer are connected in series and connected in series. One end of the antenna is connected to each feeder.
本発明のアレーアンテナの配置方法の態様によれば、各アレーアンテナを層状に配置することにより見かけ上一つのアンテナを構成し、各層間において互いに対応する位置関係にあるアンテナを直列接続し、直列接続したアンテナの一端を各給電部に接続することにより、複数の周波数に対して給電部を共用し無線装置の構成を簡易なものとすることができる。 According to the aspect of the array antenna arrangement method of the present invention, each array antenna is arranged in a layer form to apparently constitute one antenna, and antennas in a positional relationship corresponding to each other in each layer are connected in series. By connecting one end of the connected antenna to each power feeding unit, the power feeding unit can be shared for a plurality of frequencies, and the configuration of the wireless device can be simplified.
層状に配置するアレーアンテナの層順は送受信周波数の順とすることができる。この送受信周波数順の第1の配置形態では、低い送受信周波数のアレーアンテナを上層に配置し、高い送受信周波数のアレーアンテナを下層に配置し、上下で隣接する層の対応するアンテナ間を接続し、最下層のアレーアンテナのアンテナを給電部に接続する配置とする。 The layer order of array antennas arranged in layers can be the order of transmission and reception frequencies. In the first arrangement form in this order of transmission / reception frequency, an array antenna having a low transmission / reception frequency is arranged in an upper layer, an array antenna having a high transmission / reception frequency is arranged in a lower layer, and corresponding antennas in adjacent layers above and below are connected to each other. The arrangement is such that the antenna of the lowermost array antenna is connected to the feeding section.
アンテナ間の接続は、上層のアレーアンテナの送受信周波数を通すローパスフィルタを介して行うことができる。アンテナ間にローパスフィルタを設けることによって、受信時において、低い送受信周波数のアレーアンテナ側で受信した信号中に含まれる高周波数成分をローパスフィルタで除き、測定対象の低い送受信周波数成分を給電部側に送ることができる。 The connection between the antennas can be made through a low-pass filter that passes the transmission / reception frequency of the upper-layer array antenna. By providing a low-pass filter between the antennas, at the time of reception, the high-frequency component contained in the signal received on the array antenna side with a low transmission / reception frequency is removed by the low-pass filter, and the low transmission / reception frequency component to be measured is placed on the power feeding unit side. Can send.
また、送受信周波数順の第2の配置形態では、高い送受信周波数のアレーアンテナを上方に配置し、低い送受信周波数のアレーアンテナを下方に配置し、上下で隣接する層の対応するアンテナ間を接続し、最下層のアレーアンテナのアンテナを給電部に接続する配置とする。 In the second arrangement form in order of transmission / reception frequency, an array antenna having a high transmission / reception frequency is arranged above, an array antenna having a low transmission / reception frequency is arranged below, and corresponding antennas in adjacent layers above and below are connected. The arrangement is such that the antenna of the lowermost array antenna is connected to the feeder.
アンテナ間の接続はマイクロストリップライン等の接続線で行うことができる。アンテナ間を接続するマイクロストリップライン等の接続線は、各層におけるアンテナを支持する基板上に形成することができ、この基板上には合わせてローパスフィルタを形成することができる。 The connection between the antennas can be made by a connection line such as a microstrip line. A connection line such as a microstrip line connecting the antennas can be formed on a substrate supporting the antenna in each layer, and a low-pass filter can be formed on the substrate.
各層のアレーアンテナは、複数のアンテナをそのアレーアンテナの送受信周波数の半波長の長さをアレー間隔として矩形状に配列することにより、層状の矩形アレーアンテナを構成することができる。 The array antenna of each layer can be formed into a layered rectangular array antenna by arranging a plurality of antennas in a rectangular shape with the length of the half wavelength of the transmission / reception frequency of the array antenna as the array interval.
また、各層のアレーアンテナは、複数のアンテナをそのアレーアンテナの送受信周波数の半波長の長さをアレー間隔として円形状に配列することにより、層状の円形アレーアンテナを構成することができる。 Moreover, the array antenna of each layer can constitute a layered circular array antenna by arranging a plurality of antennas in a circular shape with the length of the half wavelength of the transmission / reception frequency of the array antenna as the array interval.
本発明の多周波共用アンテナ装置の態様は、複数のアンテナから構成される複数のアレーアンテナと、複数のアレーアンテナのアンテナ間を接続する接続部と、アンテナに送受信を行う給電部を備えた構成とし、複数のアレーアンテナは送受信周波数毎に層状に配置し、同一の給電部を共用して異なる周波数の送受信を行う。 An aspect of the multi-frequency shared antenna device of the present invention includes a plurality of array antennas composed of a plurality of antennas, a connection unit that connects the antennas of the plurality of array antennas, and a power feeding unit that transmits and receives the antennas. The plurality of array antennas are arranged in layers for each transmission / reception frequency, and transmit and receive at different frequencies by sharing the same power feeding unit.
本発明の多周波共用アンテナ装置の態様によれば、各アレーアンテナを層状に配置することにより見かけ上一つのアンテナを構成し、接続部により各層間において互いに対応する位置関係にあるアンテナを接続し、給電部からアンテナの一端に給電することにより、複数の周波数に対して給電部を共用し、無線装置の構成を簡易なものとすることができる。 According to the aspect of the multi-frequency shared antenna apparatus of the present invention, each array antenna is arranged in layers to form an apparently one antenna, and the antennas connected to each other in the corresponding positions in each layer are connected by the connecting portion. By supplying power from the power supply unit to one end of the antenna, the power supply unit can be shared for a plurality of frequencies, and the configuration of the wireless device can be simplified.
層状に配置するアレーアンテナの層順は送受信周波数の順とすることができる。この送受信周波数順の第1の配置形態では、アレーアンテナは、低い送受信周波数のアレーアンテナを上層に配置し、高い送受信周波数のアレーアンテナを下層に配置する。接続部は、上下で隣接する層の対応するアンテナ間を上層のアレーアンテナの送受信周波数を通すローパスフィルタを介して接続する。給電部は、最下層のアレーアンテナのアンテナと接続する。 The layer order of array antennas arranged in layers can be the order of transmission and reception frequencies. In the first arrangement form in this order of transmission / reception frequency, the array antenna has an array antenna having a low transmission / reception frequency arranged in an upper layer and an array antenna having a high transmission / reception frequency arranged in a lower layer. The connecting portion connects the corresponding antennas in the upper and lower adjacent layers via a low-pass filter that passes the transmission / reception frequency of the upper-layer array antenna. The feeding unit is connected to the antenna of the lowermost array antenna.
アンテナ間にローパスフィルタを設けることによって、多周波共用アンテナ装置は受信時において低い送受信周波数のアレーアンテナ側で受信した信号中に含まれる高周波数成分をローパスフィルタで除き、測定対象の低い送受信周波数成分を給電部側に送ることができる。 By providing a low-pass filter between the antennas, the multi-frequency antenna device removes the high-frequency component contained in the signal received on the array antenna side of the low transmission / reception frequency at the time of reception by using the low-pass filter, and the low transmission / reception frequency component to be measured Can be sent to the power feeding unit side.
また、送受信周波数順の第2の配置形態では、アレーアンテナは、高い送受信周波数のアレーアンテナを上層に配置し、低い送受信周波数のアレーアンテナを下層に配置する。給電部は、最下層のアレーアンテナのアンテナと接続する。 In the second arrangement form in order of transmission / reception frequency, the array antenna has an array antenna with a high transmission / reception frequency arranged in the upper layer and an array antenna with a low transmission / reception frequency arranged in the lower layer. The feeding unit is connected to the antenna of the lowermost array antenna.
多周波共用アンテナ装置において、アンテナ間の接続はマイクロストリップライン等の接続線で行うことができる。アンテナ間を接続するマイクロストリップライン等の接続線は、各層におけるアンテナを支持する基板上に形成することができ、この基板上には合わせてローパスフィルタを形成することができる。 In the multi-frequency shared antenna apparatus, the antennas can be connected by a connection line such as a microstrip line. A connection line such as a microstrip line connecting the antennas can be formed on a substrate supporting the antenna in each layer, and a low-pass filter can be formed on the substrate.
多周波共用アンテナ装置において、各層のアレーアンテナは、複数のアンテナをそのアレーアンテナの送受信周波数の半波長の長さをアレー間隔として矩形状に配列することにより、層状の矩形アレーアンテナを構成することができ、また、複数のアンテナをそのアレーアンテナの送受信周波数の半波長の長さをアレー間隔として円形状に配列することにより、層状の円形アレーアンテナを構成することができる。 In the multi-frequency antenna device, the array antennas of each layer constitute a layered rectangular array antenna by arranging a plurality of antennas in a rectangular shape with the length of half wavelength of the transmission / reception frequency of the array antenna as an array interval. Further, by arranging a plurality of antennas in a circular shape with the length of a half wavelength of the transmission / reception frequency of the array antenna as an array interval, a layered circular array antenna can be configured.
本発明の到来方向推定装置の態様は、多周波共用アンテナ装置と、多周波共用アンテナ装置が備える複数のアンテナで受信した到来波に基づいて到来波の方向を推定する到来波方向推定部とを備える構成とする。 An aspect of an arrival direction estimation device according to the present invention includes a multi-frequency shared antenna device, and an arrival wave direction estimation unit that estimates the direction of an incoming wave based on incoming waves received by a plurality of antennas included in the multi-frequency shared antenna device. It is set as the structure provided.
到来波方向推定部は、多周波共用アンテナ装置が備える複数のアレーアンテナが受信した各アレーアンテナが測定対象とする周波数の内の何れか一つの周波数の到来波について到来方向を推定する。 An arrival wave direction estimation part estimates an arrival direction about the arrival wave of any one frequency in the frequency which each array antenna which the multiple array antenna with which a multi-frequency shared antenna apparatus is equipped receives is made into a measuring object.
本発明の多周波共用アンテナ装置によれば、複数の周波数に対して共用することができ、本発明のアレーアンテナの配置方法によれば、本発明の多周波共用アンテナ装置に用いるアレーアンテナを構成することができる。また、本発明の到来方向推定装置によれば、複数の周波数の到来波の到来方向を一つの装置で測定することができる。 According to the multi-frequency shared antenna apparatus of the present invention, it can be shared for a plurality of frequencies. According to the array antenna arrangement method of the present invention, the array antenna used in the multi-frequency shared antenna apparatus of the present invention is configured. can do. Moreover, according to the arrival direction estimation apparatus of the present invention, the arrival directions of arrival waves having a plurality of frequencies can be measured with one apparatus.
以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。図1〜図9を用いて本発明のアレーアンテナの配置方法及びこのアレーアンテナの配置方法で構成される本発明の多周波共用アンテナ装置について説明し、図10を用いて本発明の多周波共用アンテナ装置により構成される到来方向推定装置について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The array antenna arrangement method of the present invention and the multi-frequency shared antenna apparatus of the present invention configured by this array antenna layout method will be described with reference to FIGS. 1 to 9, and the multi-frequency shared antenna device of the present invention will be described with reference to FIG. A direction-of-arrival estimation apparatus constituted by an antenna apparatus will be described.
はじめに、矩形アレーアンテナについて図1〜図5を用いて説明し、次に円形アレーアンテナについて図6〜図9を用いて説明する。 First, a rectangular array antenna will be described with reference to FIGS. 1 to 5, and a circular array antenna will be described with reference to FIGS. 6 to 9.
図1は、アンテナを矩形状に配列して構成される矩形アレーアンテナの一例である。ここで示す矩形アレーアンテナは、900MHz,1.5GHz,2.0GHzの3つの周波数を送受信する例である。多周波共用アンテナ装置は、各周波数のアレーアンテナ1,2,3を層状に重ねて構成される。なお、ここでは、各層のアレーアンテナは、それぞれ一辺に4つのアンテナが配置されて成る16素子の例について示している。
FIG. 1 is an example of a rectangular array antenna configured by arranging antennas in a rectangular shape. The rectangular array antenna shown here is an example that transmits and receives three frequencies of 900 MHz, 1.5 GHz, and 2.0 GHz. The multi-frequency shared antenna apparatus is configured by layering
図1(a),(b)は、900MHz用の第1アレーアンテナ1と、1.5GHz用の第2アレーアンテナ2と、2.0GHz用の第3アレーアンテナ3の層状配置を下方又は上方の積層方向から見た状態を示している。なお、図1(a)は層状配置を模式的に示し、図1(b)は各アレーアンテナを構成するアンテナ配置を示している。
FIGS. 1A and 1B show the layered arrangement of a
図1に示す例では、第1アレーアンテナ1はアンテナ1a〜1p(図中の斜線で示す)の16素子を各格子点上に配置し、第2アレーアンテナ2はアンテナ2a〜2p(図中の斜めに交差する斜線で示す)の16素子を各格子点上に配置し、第3アレーアンテナ3はアンテナ3a〜3p(図中のx,y方向に交差する斜線で示す)の16素子を各格子点上に配置して構成される。各格子点のx,y方向の間隔は、各周波数の半波長の長さである。
In the example shown in FIG. 1, the
各層に配置されたアレーアンテナ1〜3において、同じ格子点位置にある各アンテナ(例えば、アンテナ1aとアンテナ2aとアンテナ3a、…、アンテナ1pとアンテナ2pとアンテナ3p)は、マイクロストリップライン等の接続線により直列に接続される。例えば、アンテナ1pとアンテナ2pとの間は接続線4p1により接続され、アンテナ2pとアンテナ3pとの間は接続線4p2により接続される。
In the
図1(c)は、各層のアレーアンテナ1,2,3を分離して示している。同じ格子点位置にある各層のアンテナは接続線によって直列接続され、その一端は給電部5の各部5a〜5pに接続される。これにより、直列接続された各アンテナは共通の給電部を共用することになる。例えば、同じ格子点位置にあるアンテナ1p,2p,3pは給電部5pを共用し(図1(c)中の実線で接続する)、また、アンテナ1l,2l,3lは給電部5lを共用している(図1(c)中の破線で接続する)。
FIG. 1 (c) shows the
前記図12に示す従来の構成では、各周波数のアレーアンテナはそれぞれ個別に給電部を必要とするのに対して、本発明の構成では複数の周波数のアレーアンテナに対して給電部を共用することにより給電部の個数を低減させることができる。 In the conventional configuration shown in FIG. 12, each frequency array antenna requires a power feeding unit individually, whereas in the configuration of the present invention, the power feeding unit is shared with a plurality of frequency array antennas. Thus, the number of power feeding units can be reduced.
図2は、本発明の多周波共用アンテナ装置において矩形アレーアンテナの層状の構成及び矩形アレーアンテナの配置方法を説明するための概略斜視図である。 FIG. 2 is a schematic perspective view for explaining a layered structure of the rectangular array antenna and a method of arranging the rectangular array antenna in the multi-frequency shared antenna apparatus of the present invention.
本発明の多周波共用アンテナ装置の各層のアレーアンテナは周波数の順で配置することができる。 The array antenna of each layer of the multi-frequency shared antenna apparatus of the present invention can be arranged in order of frequency.
図2(a),(b)は、低い周波数のアレーアンテナを上層に配置し高い周波数のアレーアンテナを下層に配置する構成例を示し、図2(c),(d)は、高い周波数のアレーアンテナを上層に配置し低い周波数のアレーアンテナを下層に配置する構成例を示している。なお、図2(a),(c)は各層間のアンテナの接続状態を示すために、各アレーアンテナ1,2,3が備える複数のアンテナのうちの一部のみを示している。また、図2(b),(d)は各層におけるアンテナの配置状態を示すために、各アレーアンテナ1,2,3間の接続は省略している。
FIGS. 2A and 2B show a configuration example in which a low-frequency array antenna is arranged in the upper layer and a high-frequency array antenna is arranged in the lower layer, and FIGS. 2C and 2D show the high-frequency array antenna. A configuration example is shown in which an array antenna is arranged in the upper layer and a low-frequency array antenna is arranged in the lower layer. 2A and 2C show only a part of the plurality of antennas included in each of the
図2(b),(d)において、各層のアレーアンテナ1〜3において、アンテナ1a〜1pはアレーアンテナ1の基板上に支持され、アンテナ2a〜2pはアレーアンテナ2の基板上に支持され、また、アンテナ3a〜3pはアレーアンテナ3の基板上に支持される。各基板は、その基板の下層のアレーアンテナのアンテナの上端と隣接して配置される。例えば、図2(a)の配置例では、アレーアンテナ1の基板は下層のアレーアンテナ2のアンテナの上端と隣接し、アレーアンテナ2の基板は下層のアレーアンテナ3のアンテナの上端と隣接する。
2B and 2D, in the
この基板上には、各層間のアンテナを接続する接続線を設けることができる。例えば、図2(a)の配置例では、アレーアンテナ1の基板上には接続線4d1が設けられ、この接続線4d1により下層のアレーアンテナ2のアンテナ2dの上端との接続が行われる。また、アレーアンテナ2の基板上には接続線4d2が設けられ、この接続線4d2により下層のアレーアンテナ3のアンテナ3dの上端との接続が行われる。最下層の各アンテナは給電部5に接続される。
On this board | substrate, the connection line which connects the antenna of each layer can be provided. For example, in the arrangement example of FIG. 2A, a connection line 4d1 is provided on the substrate of the
上記の構成は、図2(c),(d)に示すように、高い周波数のアレーアンテナを上層に配置し低い周波数のアレーアンテナを下層に配置する構成例においても同様とすることができる。 The above configuration can be similarly applied to a configuration example in which a high frequency array antenna is arranged in an upper layer and a low frequency array antenna is arranged in a lower layer, as shown in FIGS.
なお、各層の基板間の間隔は、基板底部とアンテナ上端を接触させるほか、基板底部とアンテナ上端の間に所定の間隔を開けることもできる。基板底部とアンテナ上端を接触させる場合には、多周波共用アンテナ装置の高さを低くすることができる。なお、各基板を含むアンテナは図示しない固定手段によって保持させることができる。 In addition, the space | interval between the board | substrates of each layer can also make a predetermined space | interval between a board | substrate bottom part and an antenna upper end besides contacting a board | substrate bottom part and an antenna upper end. When the bottom of the substrate and the upper end of the antenna are brought into contact with each other, the height of the multi-frequency antenna device can be reduced. The antenna including each substrate can be held by a fixing means (not shown).
図3,図4を用いて各層のアレーアンテナのアンテナの配置についてより詳細に説明する。なお、図3は低い周波数のアレーアンテナを上層に配置し高い周波数のアレーアンテナを下層に配置する構成例であり、図4は高い周波数のアレーアンテナを上層に配置し低い周波数のアレーアンテナを下層に配置する構成例である。また、ここでは、対象とする周波数を900MHz,1.5GHz,2.0GHzの3つの周波数について示している。 The arrangement of the antennas of the array antennas in each layer will be described in more detail with reference to FIGS. FIG. 3 shows a configuration example in which a low frequency array antenna is arranged in the upper layer and a high frequency array antenna is arranged in the lower layer. FIG. 4 shows a configuration in which the high frequency array antenna is arranged in the upper layer and the low frequency array antenna is arranged in the lower layer. It is the example of a structure arrange | positioned. Here, three frequencies of 900 MHz, 1.5 GHz, and 2.0 GHz are shown as target frequencies.
図3において、アレーアンテナ1の基板上に設けられた接続線4d1は下層のアレーアンテナ2のアンテナ2dの上端と接続し、アレーアンテナ2の基板上に設けられた接続線4d2は下層のアレーアンテナ3のアンテナ3dの上端と接続することにより、各アンテナを直列に接続している。最下層のアンテナは給電部5に接続され、これによって直列接続された各アンテナ1d,2d,3dは給電部を共用することになる。図3(a)中に示すアンテナ1c,1h,1g,〜,3c,3h,3gのほか、図示しないアンテナについても同様の構成である。
In FIG. 3, the connection line 4d1 provided on the substrate of the
接続線4d1,4d2,…は、基板上にマイクロストリップラインを形成することにより設けることができる。また、接続線にフィルタ(ローパスフィルタ)を設けることもできる。 The connection lines 4d1, 4d2,... Can be provided by forming microstrip lines on the substrate. Further, a filter (low-pass filter) can be provided in the connection line.
図3(b)はマイクロストリップラインにより各層間のアンテナを接続する構成を示している。低い周波数のアレーアンテナを上層に配置し高い周波数のアレーアンテナを下層に配置する構成例では、各層のアンテナ間をマイクロストリップラインにより接続する。 FIG. 3B shows a configuration in which antennas between layers are connected by microstrip lines. In the configuration example in which the low-frequency array antenna is arranged in the upper layer and the high-frequency array antenna is arranged in the lower layer, the antennas in each layer are connected by a microstrip line.
900MHz,1.5GHz,2.0GHzの周波数の到来波が到来したとき、900MHz用のアンテナは900MHzの周波数信号を受信し、1.5GHz用のアンテナは1.5GHzの周波数信号を受信し,2.0GHz用のアンテナは2.0GHzの周波数信号を受信し、給電部に送る。 When an incoming wave having a frequency of 900 MHz, 1.5 GHz, and 2.0 GHz arrives, the 900 MHz antenna receives a 900 MHz frequency signal, the 1.5 GHz antenna receives a 1.5 GHz frequency signal, and 2 The 0.0 GHz antenna receives the 2.0 GHz frequency signal and sends it to the power feeding unit.
また、900MHz用のアンテナにより900MHzの到来波を受信する際、900MHzの到来波に加えて1.5GHzや2.0GHzの到来波が含まれる場合がある。このとき、1.5GHzや2.0GHzの信号は給電部に達する前に1.5GHz用のアンテナや2.0GHz用のアンテナから送信されるため、900MHzの到来波の測定中に給電部が受信する1.5GHzや2.0GHzの到来波の強度は低減される。 Further, when a 900 MHz incoming wave is received by a 900 MHz antenna, a 1.5 GHz or 2.0 GHz incoming wave may be included in addition to the 900 MHz incoming wave. At this time, since the 1.5 GHz or 2.0 GHz signal is transmitted from the 1.5 GHz antenna or the 2.0 GHz antenna before reaching the power feeding unit, the power feeding unit receives it during the measurement of the 900 MHz incoming wave. The intensity of incoming waves at 1.5 GHz and 2.0 GHz is reduced.
また、1.5GHz用のアンテナの受信信号中においても同様であり、1.5GHzの到来波に加えて2.0GHzの到来波が含まれる場合がある。このとき、2.0GHzの信号は給電部に達する前に2.0GHz用のアンテナから送信されるため、1.5GHzの到来波の測定中において給電部に達する1.5GHzや2.0GHzの到来波の強度は低減される。 The same applies to the received signal of the 1.5 GHz antenna, and an incoming wave of 2.0 GHz may be included in addition to the incoming wave of 1.5 GHz. At this time, since the 2.0 GHz signal is transmitted from the 2.0 GHz antenna before reaching the power feeding unit, the arrival of 1.5 GHz or 2.0 GHz reaching the power feeding unit during the measurement of the 1.5 GHz incoming wave. Wave intensity is reduced.
また、接続線にフィルタを設けることもできる。図3に示すように、低い周波数のアレーアンテナを上層に配置し高い周波数のアレーアンテナを下層に配置する構成では、ローパスフィルタを設ける。 In addition, a filter can be provided on the connection line. As shown in FIG. 3, in a configuration in which a low-frequency array antenna is arranged in the upper layer and a high-frequency array antenna is arranged in the lower layer, a low-pass filter is provided.
このローパスフィルタは上層のアレーアンテナの低い送受信周波数を通すフィルタとする。このローパスフィルタは上層のアレーアンテナで受信された低い周波数の信号成分をそのまま給電部側に送り、上層のアレーアンテナで受信された高い周波数の信号成分については遮断して給電部側への入力を低減させる。なお、接続線の長さを調節することによっても、接続線自体にフィルタ機能を持たせることもできる。 This low-pass filter is a filter that passes the low transmission / reception frequency of the upper layer array antenna. This low-pass filter sends the low-frequency signal component received by the upper-layer array antenna to the feeding unit side as it is, blocks off the high-frequency signal component received by the upper-layer array antenna, and inputs it to the feeding unit side. Reduce. The connection line itself can be provided with a filter function by adjusting the length of the connection line.
図4において、アレーアンテナ2の基板上に設けられた接続線4d1は下層のアレーアンテナ1のアンテナ1dの上端と接続し、アレーアンテナ3の基板上に設けられた接続線4d2は下層のアレーアンテナ2のアンテナ2dの上端と接続することにより、各アンテナを直列に接続している。最下層のアンテナ1dは給電部5に接続され、これによって直列接続された各アンテナ1d,2d,3dは給電部を共用することになる。図4(a)中に示すアンテナ1c,1h,1g,〜,3c,3h,3gのほか、図示しないアンテナについても同様の構成である。
In FIG. 4, the connection line 4d1 provided on the substrate of the
接続線4d1,4d2,…は、基板上にマイクロストリップラインを形成することにより設けることができる。 The connection lines 4d1, 4d2,... Can be provided by forming microstrip lines on the substrate.
図4(b)はマイクロストリップラインにより各層間のアンテナを接続する構成を示している。高い周波数のアレーアンテナを上層に配置し低い周波数のアレーアンテナを下層に配置する構成例では、各層のアンテナ間をマイクロストリップラインにより接続する。 FIG. 4B shows a configuration in which antennas between layers are connected by microstrip lines. In the configuration example in which the high-frequency array antenna is arranged in the upper layer and the low-frequency array antenna is arranged in the lower layer, the antennas in each layer are connected by a microstrip line.
900MHz,1.5GHz,2.0GHzの周波数の到来波が到来したとき、900MHz用のアンテナは900MHzの周波数信号を受信し、1.5GHz用のアンテナは1.5GHzの周波数信号を受信し,2.0GHz用のアンテナは2.0GHzの周波数信号を受信し、給電部に送る。 When an incoming wave having a frequency of 900 MHz, 1.5 GHz, and 2.0 GHz arrives, the 900 MHz antenna receives a 900 MHz frequency signal, the 1.5 GHz antenna receives a 1.5 GHz frequency signal, and 2 The 0.0 GHz antenna receives the 2.0 GHz frequency signal and sends it to the power feeding unit.
また、2.0GHz用のアンテナが2.0GHzの到来波を受信する際、2.0GHzの到来波に加えて1.5GHzや900MHzの到来波が含まれる場合がある。このとき、1.5GHzや900MHzの信号は給電部に達する前に1.5GHz用のアンテナや900MHz用のアンテナから送信されるため、2.0GHzの到来波の測定中において給電部に達する1.5GHzや900MHzの到来波の強度は低減される。 In addition, when the 2.0 GHz antenna receives an incoming wave of 2.0 GHz, an incoming wave of 1.5 GHz or 900 MHz may be included in addition to the incoming wave of 2.0 GHz. At this time, since the 1.5 GHz or 900 MHz signal is transmitted from the 1.5 GHz antenna or the 900 MHz antenna before reaching the power supply unit, the signal reaches the power supply unit during measurement of the 2.0 GHz incoming wave. The intensity of incoming waves at 5 GHz and 900 MHz is reduced.
また、1.5GHz用のアンテナの受信信号中においても同様であり、1.5GHzの到来波に加えて900MHzの到来波が含まれる場合には、900MHzの信号は給電部に達する前に900MHz用のアンテナから送信されるため、1.5GHzの到来波の測定中に給電部が受信する900MHzの到来波の強度は低減される。 The same applies to the reception signal of the 1.5 GHz antenna, and when the 900 MHz arrival wave is included in addition to the 1.5 GHz arrival wave, the 900 MHz signal is used for the 900 MHz signal before reaching the power feeding unit. Therefore, the intensity of the 900 MHz incoming wave received by the power feeding unit during the measurement of the 1.5 GHz incoming wave is reduced.
図5は、各層を積層方向(上下方向)から見た図であり、各層のアレーアンテナのアンテナ間の水平方向の距離関係を示している。図5において、各層において同じ位置関係にあるアンテナ間において水平方向の距離を見ると、第1のアレーアンテナ1が備えるアンテナ1dと、第2のアレーアンテナ2が備えるアンテナ2dと、第3のアレーアンテナ3が備えるアンテナ3dとの間の各距離は、それぞれ14.1cm,5.30cmである。ここで、第1のアレーアンテナ1,第2のアレーアンテナ2,第3のアレーアンテナ3の周波数はそれぞれ900MHz,1.5GHz,2.0GHzとしたとき、各半波長(λ/2)はそれぞれ16.7cm,10.0cm,7.5cmであり、この半波長の長さを格子配列の間隔としている。
FIG. 5 is a diagram of each layer as viewed from the stacking direction (vertical direction), and shows a horizontal distance relationship between the antennas of the array antenna of each layer. In FIG. 5, when the horizontal distance between the antennas having the same positional relationship in each layer is viewed, the
また、第1のアレーアンテナ1が備えるアンテナ1hと、第2のアレーアンテナ2が備えるアンテナ2hと、第3のアレーアンテナ3が備えるアンテナ3hとの間の各距離は、それぞれ10.5cm,3.95cmであり、第1のアレーアンテナ1が備えるアンテナ1gと、第2のアレーアンテナ2が備えるアンテナ2gと、第3のアレーアンテナ3が備えるアンテナ3gとの間の各距離は、それぞれ4.71cm,1.76cmである。
The distances between the
次に、円形アレーアンテナについて説明する。 Next, a circular array antenna will be described.
図6は、アンテナを円形状に配列して構成される円形アレーアンテナの一例である。ここで示す円形アレーアンテナは、900MHz,1.5GHz,2.0GHzの3つの周波数を送受信する例である。多周波共用アンテナ装置は、各周波数のアレーアンテナ1,2,3を層状に重ねて構成される。なお、ここでは、各層のアレーアンテナは、それぞれ円周上に8個のアンテナが配置されて成る8素子の例について示している。
FIG. 6 is an example of a circular array antenna configured by arranging antennas in a circular shape. The circular array antenna shown here is an example of transmitting and receiving three frequencies of 900 MHz, 1.5 GHz, and 2.0 GHz. The multi-frequency shared antenna apparatus is configured by layering
図6(a),(b)は、900MHz用の第1アレーアンテナ11と、1.5GHz用の第2アレーアンテナ12と、2.0GHz用の第3アレーアンテナ13の層状配置を下方又は上方の積層方向から見た状態を示している。なお、図6(a)は層状配置を模式的に示し、図6(b)は各アレーアンテナを構成するアンテナ配置を示している。
6A and 6B show the layered arrangement of the
図6に示す例では、第1アレーアンテナ11はアンテナ11a〜11h(図中の斜線で示す)の8素子を円周上に等間隔に配置し、第2アレーアンテナ12はアンテナ12a〜12h(図中の斜めに交差する斜線で示す)の8素子を円周上に等間隔に配置し、第3アレーアンテナ13はアンテナ13a〜13h(図中のx,y方向に交差する斜線で示す)の8素子を円周上に等間隔に配置して構成される。各円周上で隣接するアンテナの間隔は、各周波数の半波長の長さである。
In the example shown in FIG. 6, the
各層に配置されたアレーアンテナ11〜13において、円周上の同じ角度位置にある各アンテナ(例えば、アンテナ11aとアンテナ12aとアンテナ13a、…、アンテナ11hとアンテナ12hとアンテナ13h)は、マイクロストリップライン等の接続線により直列に接続される。例えば、アンテナ11aとアンテナ12aとの間は接続線4a1により接続され、アンテナ12aとアンテナ13aとの間は接続線4a2により接続され、また、アンテナ11hとアンテナ12hとの間は接続線4h1により接続され、アンテナ12hとアンテナ13hとの間は接続線4h2により接続される。
In the
図6(c)は、各層のアレーアンテナ1,2,3を分離して示している。円周上の同じ角度位置にある各層のアンテナは接続線によって直列接続され、その一端は給電部5の各部15a〜15hに接続される。これにより、直列接続された各アンテナは共通の給電部を共用することになる。例えば、同じ角度位置にあるアンテナ11h,12h,13hは給電部15hを共用し(図6(c)中の実線で接続する)、また、アンテナ11a,12a,13aは給電部15aを共用している(図6(c)中の破線で接続する)。
FIG. 6C shows the
従来の構成では、各周波数のアレーアンテナはそれぞれ個別に給電部を必要とするのに対して、本発明の構成では複数の周波数のアレーアンテナに対して給電部を共用することにより給電部の個数を低減させることができる。 In the conventional configuration, the array antenna of each frequency requires a power feeding unit individually, whereas in the configuration of the present invention, the number of power feeding units is shared by sharing the power feeding unit for the array antennas of a plurality of frequencies. Can be reduced.
図7は、本発明の多周波共用アンテナ装置において円形アレーアンテナの層状の構成及び円形アレーアンテナの配置方法を説明するための概略斜視図である。 FIG. 7 is a schematic perspective view for explaining a layered configuration of a circular array antenna and a method for arranging the circular array antenna in the multi-frequency shared antenna apparatus of the present invention.
本発明の多周波共用アンテナ装置の各層のアレーアンテナは周波数の順で配置することができる。 The array antenna of each layer of the multi-frequency shared antenna apparatus of the present invention can be arranged in order of frequency.
図7(a),(b)は、低い周波数のアレーアンテナを上層に配置し高い周波数のアレーアンテナを下層に配置する構成例を示し、図7(c),(d)は、高い周波数のアレーアンテナを上層に配置し低い周波数のアレーアンテナを下層に配置する構成例を示している。なお、図7(a),(c)は各層間のアンテナの接続状態を示すために、各アレーアンテナ11,12,13が備える複数のアンテナのうちの一部のみを示している。また、図7(b),(d)は各層におけるアンテナの配置状態を示すために、各アレーアンテナ11,12,13間の接続は省略している。
FIGS. 7A and 7B show a configuration example in which a low-frequency array antenna is arranged in the upper layer and a high-frequency array antenna is arranged in the lower layer, and FIGS. 7C and 7D show the high-frequency array antenna. A configuration example is shown in which an array antenna is arranged in the upper layer and a low-frequency array antenna is arranged in the lower layer. FIGS. 7A and 7C show only a part of the plurality of antennas included in each of the
図7(b),(d)において、各層のアレーアンテナ11〜13において、アンテナ11a〜11hはアレーアンテナ11の基板上に支持され、アンテナ12a〜12hはアレーアンテナ12の基板上に支持され、また、アンテナ13a〜13hはアレーアンテナ13の基板上に支持される。各基板は、その基板の下層のアレーアンテナのアンテナの上端と隣接して配置される。例えば、図7(a)の配置例では、アレーアンテナ11の基板は下層のアレーアンテナ12のアンテナの上端と隣接し、アレーアンテナ12の基板は下層のアレーアンテナ13のアンテナの上端と隣接する。
7B and 7D, in the
この基板上には、各層間のアンテナを接続する接続線を設けることができる。例えば、図7(a)の配置例では、アレーアンテナ11の基板上には接続線14-1が設けられ、この接続線14-1により下層のアレーアンテナ12のアンテナの上端との接続が行われる。また、アレーアンテナ2の基板上には接続線14-2が設けられ、この接続線14-2により下層のアレーアンテナ3のアンテナ13の上端との接続が行われる。最下層の各アンテナは給電部15に接続される。
On this board | substrate, the connection line which connects the antenna of each layer can be provided. For example, in the arrangement example of FIG. 7A, a connection line 14-1 is provided on the substrate of the
上記の構成は、図7(c),(d)に示すように、高い周波数のアレーアンテナを上層に配置し低い周波数のアレーアンテナを下層に配置する構成例においても同様とすることができる。 As shown in FIGS. 7C and 7D, the above configuration can be similarly applied to a configuration example in which a high frequency array antenna is arranged in the upper layer and a low frequency array antenna is arranged in the lower layer.
なお、各層の基板間の間隔は、基板底部とアンテナ上端を接触させるほか、基板底部とアンテナ上端の間に所定の間隔を開けることもできる。基板底部とアンテナ上端を接触させる場合には、多周波共用アンテナ装置の高さを低くすることができる。なお、各基板を含むアンテナは図示しない固定手段によって保持させることができる。 In addition, the space | interval between the board | substrates of each layer can also make a predetermined space | interval between a board | substrate bottom part and an antenna upper end besides contacting a board | substrate bottom part and an antenna upper end. When the bottom of the substrate and the upper end of the antenna are brought into contact with each other, the height of the multi-frequency antenna device can be reduced. The antenna including each substrate can be held by a fixing means (not shown).
また、円形アレーアンテナの各層において隣接するアンテナ間の距離及び円の半径は、例えば、900MHz用の第1アレーアンテナ11では半波長の長さの16.7cm及び42.7cmであり、1.5GHz用の第2アレーアンテナ12では半波長の長さの10.0cm及び25.6cmであり、2.0GHz用の第3アレーアンテナ13では半波長の長さの7.5cm及び19.2cmである。
In addition, the distance between adjacent antennas and the radius of the circle in each layer of the circular array antenna are, for example, 16.7 cm and 42.7 cm of half-wavelength in the
図8,図9は円形アレーアンテナの構成例を説明するための概略図である。図8は前記したように各基板上に設けた接続線によって各層のアンテナを接続する構成例であり、図9は斜めに配置した各層のアンテナを接続線で直線上に配列する構成例である。なお、図8,9は8素子の例を示している。 8 and 9 are schematic diagrams for explaining a configuration example of a circular array antenna. FIG. 8 is a configuration example in which the antennas of the respective layers are connected by the connection lines provided on the respective substrates as described above, and FIG. 9 is a configuration example in which the antennas of the respective layers arranged obliquely are arranged in a straight line by the connection lines. . 8 and 9 show examples of eight elements.
図8において、多周波共用アンテナ装置は、図8(a)に示される複数のアンテナを単位とし、円周上に等角度で配置することにより構成される。図8(a)に示されるアンテナの各単位は、垂直方向に位置ずれした各層のアンテナ(11,12,13)を水平方向の接続部16で直列接続した構成であり、高い周波数のアンテナを上層に配置する構成(図8(b))と、低い周波数のアンテナを上層に配置する構成(図8(c))のいずれの構成とすることができる。なお、図8に示す構成の詳細は前記図6,7に示した通りである。
In FIG. 8, the multi-frequency shared antenna apparatus is configured by arranging a plurality of antennas shown in FIG. 8A as a unit and arranging them at an equal angle on the circumference. Each unit of the antenna shown in FIG. 8 (a) has a configuration in which the antennas (11, 12, 13) of the respective layers displaced in the vertical direction are connected in series at the
また、図9において、多周波共用アンテナ装置は、図9(a)に示される複数のアンテナを単位とし、円周上に等角度で配置することにより構成される。図9(a)に示されるアンテナの各単位は、各層のアンテナを垂直方向に直線状に配置し、これらのアンテナの間を接続部で接続して直線状に構成したものであり、この複数のアンテナを直線状に配置して成るアンテナの単位を傾斜させることによって、各層におけるアンテナ間の距離を半波長に設定するものである。 In FIG. 9, the multi-frequency shared antenna apparatus is configured by arranging a plurality of antennas shown in FIG. 9A as a unit and arranging them at an equal angle on the circumference. Each unit of the antenna shown in FIG. 9A is configured by arranging the antennas of each layer in a straight line in the vertical direction and connecting these antennas at a connecting portion to form a straight line. The distance between the antennas in each layer is set to a half wavelength by tilting the antenna unit formed by arranging the antennas in a straight line.
図9(a)は、複数のアンテナによる一構成単位を示し、接続部17で複数のアンテナ(11,12,13)を直線状に接続してなる。
FIG. 9A shows one structural unit of a plurality of antennas, and a plurality of antennas (11, 12, 13) are connected in a straight line at the
図9(b)は、この構成単位を、高い周波数のアンテナが上層となるように傾斜させて円周上に等角度で配置した構成例であり、図9(c)は、この構成単位を、低い周波数のアンテナが上層となるように傾斜させて円周上に等角度で配置した構成例である。なお、構成単位の接続部17の長さ及び傾斜角度は、各層を構成する各アンテナ間の間隔が測定対象の周波数で定まる半波長の長さとなるように設定される。
FIG. 9B is a configuration example in which this structural unit is inclined at an equal angle on the circumference so that the high-frequency antenna is an upper layer, and FIG. This is a configuration example in which a low frequency antenna is tilted so as to be an upper layer and arranged at an equal angle on the circumference. Note that the length and the inclination angle of the
なお、円形アレーアンテナの各層において隣接するアンテナ間の距離及び円の半径の寸法例は、900MHz用の第1アレーアンテナ11では半波長の長さの16.7cm及び42.7cmであり、1.5GHz用の第2アレーアンテナ12では半波長の長さの10.0cm及び25.6cmであり、2.0GHz用の第3アレーアンテナ13では半波長の長さの7.5cm及び19.2cmである。
In addition, the example of the dimension of the distance between adjacent antennas and the radius of a circle in each layer of the circular array antenna is 16.7 cm and 42.7 cm of the half-wavelength in the
図10は、到来方向推定装置の一構成例を説明するための概略図である。なお、ここでは、MUSIC法によって到来波の到来方向を推定する例について説明する。到来方向推定装置20は、到来波を受信するアレーアンテナ30と、受信信号から到来波の方向を推定する到来波方向推定部60と、推定した到来方向を表示する到来方向表示部70を備える。
FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a configuration example of the arrival direction estimation apparatus. Here, an example in which the arrival direction of an incoming wave is estimated by the MUSIC method will be described. The arrival
アレーアンテナ30は、到来波を受信する複数のアンテナ31から構成され、各アンテナ31は給電部40の受信部41に接続される。受信部41は、アンテナ31で受信した信号に対して到来波の方向を推定するために要する前信号処理を行う。
The
到来波方向推定部60は、受信信号に基づいて到来波の方向を推定する。MUSIC法による場合には、例えば、各受信部41からのベースバンド信号をまとめた入力信号ベクトルの相関行列を算出する相関行列算出器と、相関行列を固有値分解することによって固有値と固有ベクトルを算出する固有値・固有ベクトル算出器と、固有値を利用して到来波数判定規範を算出する到来波数判定規範算出器と、到来波数判定規範の最小値を検出して到来波数を推定する到来波数推定器と、到来波数推定結果から固有ベクトルのうち雑音部分空間固有ベクトルを抽出する雑音部分空間固有ベクトル抽出器と、雑音部分空間固有ベクトルを利用して到来波の角度分布(MUSICスペクトラム)を算出するMUSICスペクトラム算出器と、MUSICスペクトラムの極大値を検出して到来方向を推定する到来方向推定器から構成される。到来波方向推定部60で推定した到来方向は、到来方向表示部70で表示される。
The arrival wave
本発明は、電波の受信状況の調査、基地局の設置調整、不正ブースターの検出等に適用することができる。 The present invention can be applied to investigation of reception status of radio waves, installation adjustment of base stations, detection of unauthorized boosters, and the like.
1 第1アレーアンテナ
1a〜1p アンテナ
2 第2アレーアンテナ
2a〜2p アンテナ
3 第3アレーアンテナ
3a〜3p アンテナ
4,4d1,4d2,4h1,4h2,4-1,4-2 接続線
5,5a〜5p 給電部
11 第1アレーアンテナ
11a〜11h アンテナ
12 第2アレーアンテナ
12a〜12h アンテナ
13 第3アレーアンテナ
13a〜13h アンテナ
14a1,14a2,14h1,14h2,14-1,14-2 接続線
15,15a〜15h 給電部
16,17 接続部
20 到来方向推定装置
30 アレーアンテナ
31 アンテナ
40 給電部
41 受信部
50 多周波共用アンテナ装置
60 到来波方向推定部
70 到来波方向比較部
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (18)
各層の互いに対応する位置にあるアンテナを直列接続し、当該直列接続したアンテナの一端を各給電部に接続することを特徴とするアレーアンテナの配置方法。 Arranging array antennas composed of multiple antennas in layers for different transmission and reception frequencies,
An array antenna arranging method, wherein antennas at positions corresponding to each layer are connected in series, and one end of the series-connected antennas is connected to each feeding portion.
前記複数のアレーアンテナのアンテナ間を接続する接続部と、
アンテナに送受信を行う給電部を備え、
前記複数のアレーアンテナは送受信周波数毎に層状に配置し、同一の給電部を共用して異なる周波数の送受信を行うことを特徴とする多周波共用アンテナ装置。 A plurality of array antennas composed of a plurality of antennas;
A connection for connecting the antennas of the plurality of array antennas;
It has a power feeding part that transmits and receives to the antenna,
The plurality of array antennas are arranged in layers for each transmission / reception frequency, and transmit and receive at different frequencies by sharing the same power supply unit.
前記接続部は、上下で隣接する層の対応するアンテナ間を接続し、
前記給電部は、最下層のアレーアンテナのアンテナと接続することを特徴とする、請求項9に記載の多周波共用アンテナ装置。 The array antenna has a low transmission / reception frequency array antenna arranged in the upper layer, a high transmission / reception frequency array antenna arranged in the lower layer,
The connection portion connects between corresponding antennas of adjacent layers in the upper and lower sides,
The multi-frequency shared antenna apparatus according to claim 9, wherein the power feeding unit is connected to an antenna of a lowermost array antenna.
前記接続部は、上下で隣接する層の対応するアンテナ間を接続し、
前記給電部は、最下層のアレーアンテナのアンテナと接続することを特徴とする、請求項9に記載の多周波共用アンテナ装置。 The array antenna has a high transmission / reception frequency array antenna arranged in the upper layer, and a low transmission / reception frequency array antenna arranged in the lower layer,
The connection portion connects between corresponding antennas of adjacent layers in the upper and lower sides,
The multi-frequency shared antenna apparatus according to claim 9, wherein the power feeding unit is connected to an antenna of a lowermost array antenna.
前記多周波共用アンテナ装置が備える複数のアンテナで受信した到来波に基づいて到来波の方向を推定する到来波方向推定部とを備えることを特徴とする到来方向推定装置。 The multi-frequency shared antenna device according to any one of claims 9 to 16,
An arrival direction estimation apparatus, comprising: an arrival wave direction estimation unit that estimates an arrival wave direction based on arrival waves received by a plurality of antennas included in the multi-frequency shared antenna apparatus.
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