JP2006325033A - アレイアンテナの校正装置及び校正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナ素子間隔の偏差によらず、アレイアンテナの校正を正確に行なえるようにする。
【解決手段】 校正対象の複数のアンテナ素子E0，E1，E2，E3に校正信号を供給する校正信号供給手段１６，１３，１４と、上記校正対象のアンテナ素子E0，E1，E2，E3の両側に位置する各アンテナ素子DA，DBで受信された信号から上記校正信号をそれぞれ抽出する校正信号抽出手段１７，１８，１９と、この校正信号抽出手段１７，１８，１９により抽出された校正信号の位相差に基づいて上記校正対象のアンテナ素子E0，E1，E2，E3から送信されるべき信号の位相を個々に制御する校正制御手段１５，２０とをそなえるように構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アレイアンテナの校正装置及び校正方法に関し、より詳細には、アレイアンテナ端での位相差に対する校正技術に関する。

次世代移動通信システムとして、DS-CDMA（Direct Spread Code Division Multiple Access）技術を用いたデジタルセルラー無線通信システムの開発が進められている。ＣＤＭＡ方式は、符号によりチャネルを割り当てて同時通信を行なうアクセス方式であるが、同時通信を行なっている他チャネルからの信号が干渉し、結果として同時通信可能なチャネル数、すなわちチャネル容量が制限される。このチャネル容量を増加するために、干渉を抑制する技術が有効である。

アダプティブアレイアンテナは、環境に応じて適応的に、希望ユーザにはビームを形成する一方、大きな干渉源となるユーザにはヌル点を形成することができるものであり、チャネル容量の増加を可能とする技術である。すなわち、希望ユーザの方向にビームを形成し、大きな干渉源となるユーザの方向にはヌル点を向けることで、希望ユーザからは感度よく電波を受信し、大きな干渉源からは電波を受信しないようにすることができる。これにより、干渉量を減らすことができ、その結果、チャネル容量を増やすことができる。

ところで、アダプティブアレイアンテナは、アンテナ端での位相差を用いてビームを生成している。このため、各無線部における位相変動が発生すると、ビームパターンを正しく制御することが不可能になる。
したがって、ビームパターンを正しく制御するためには、各アンテナ端での位相差を補正する必要がある。この位相差の補正手段は、例えば、キャリブレーション信号を多重化して、その多重化された信号の位相差を検出して補正する。

例えば図９は従来のアレイアンテナ用キャリブレーション装置（校正装置）の一例を示すブロック図で、下記特許文献１の図１に相当する図である。この図９に示す従来装置は、リニアアレイアンテナを構成するアンテナ素子１００−１〜１００−８，送信機１０３，校正信号発生器１０４，加算器１０５，サーキュレータ１０６，受信機１０７，ＲＦスイッチ１０８，校正係数計算部１０９，乗算器１１０，電力合成器１１１，ユーザ信号多重部１１２及びユーザ“１”〜“ｎ”に対応するビームフォーマ１１３などをそなえて構成され、各ビームフォーマ１１３から送信されたユーザ信号は、ユーザ信号多重部１１２で多重化された後、乗算器１１０にて校正係数計算部１０９で求められた校正係数が乗じられ、さらに、加算器１０５にて校正信号発生器１０４で発生した校正信号（キャリブレーション信号）が加算されて送信機１０３に入力されて対応するアンテナ素子１００−１〜１００−６から送信される。なお、アレイアンテナの両端に位置するアンテナ素子１００−７，１００−８は、ダミーアンテナで無反射抵抗器１０２が接続されている。

ここで、各アンテナ素子１００−１〜１００−６から送信された信号は、隣接するアンテナ素子に電磁的に結合して伝送されるが、この結合成分はサーキュレータ１０６により取り出されてＲＦスイッチ１０８経由で受信機１０７により受信される。
例えば、アンテナ素子１００−１及び１００−３からそれぞれ送信された校正信号Ｃ１，Ｃ３は、アンテナ素子間の電磁的結合によりアンテナ素子１００−２で受信され、その信号Ｃ１＋Ｃ３はサーキュレータ１０６により取り出されてＲＦスイッチ１０８の１つのポートに入力される。同様にしてＲＦスイッチ１０８の他の各ポートには信号Ｃ２＋Ｃ４、信号Ｃ３＋Ｃ５、信号Ｃ４＋Ｃ６がそれぞれ入力される。なお、アンテナ素子１００−１，１００−６に電磁的に結合した信号Ｃ３，Ｃ５は電力合成器１１にて電力合成されてからＲＦスイッチ１０８経由で受信機１０７にて受信される。

そして、ＲＦスイッチ１０８を順番に切り替えることにより、各ポートに入力した信号を受信機１０７で復調してベースバンド信号に変換し、校正係数計算部１０９で各校正信号の位相及び振幅を測定して校正係数が計算される。例えば、校正信号Ｃ１〜Ｃ６として互いに相関の無い直交する信号パターンを用いることにより、信号Ｃ１，Ｃ３それぞれの信号パターンで相関処理を行なうことにより、信号Ｃ１，Ｃ３のそれぞれの位相及び振幅を求めて、信号Ｃ１と信号Ｃ３の振幅及び位相を揃えるための係数を求める。同様にして、ＲＦスイッチ１０８を順番に切り替えてゆき、信号Ｃ２とＣ４、信号Ｃ３とＣ５、信号Ｃ４とＣ６、信号Ｃ２とＣ５の振幅及び位相を揃えるための係数をそれぞれ求める。

ついで、このようにして求めた係数から信号Ｃ１〜Ｃ６すべての位相及び振幅を揃えるための校正係数を求め、この構成係数を乗算器１１０にて送信信号に乗じることにより各アンテナ素子１００−１〜１００−６から送信される信号の振幅及び位相特性を揃えることが可能となる。
また、他の従来技術として下記特許文献２により提案されている技術もある。この従来技術は、アレイアンテナの両端に設けた付加アンテナから送信した校正信号のアンテナ素子への結合成分と各アンテナ素子で受信したユーザ信号とに基づいて、各アンテナ素子の位相及び振幅を校正するもので、これにより、アンテナ素子から受信機までの間の伝送路の特性まで考慮することができ、基地局と信号発生器との間の位置関係を把握する必要のない、アレイアンテナの校正装置を実現することが可能になっている。
特開２００３−２１８６２１号公報 特開２００３−９２５０８号公報

しかしながら、上述した従来技術では、いずれも、アンテナ素子間隔が既知であることを前提として、校正信号の位相差検出を行なっているため、アンテナ素子間隔に偏差が存在すると、校正誤差を生じてしまうという課題がある。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、アンテナ素子間隔の偏差によらず、校正を正確に行なえるようにすることを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、下記のアレイアンテナの校正装置及び校正方法を要旨とするものである。即ち、
（１）本発明のアレイアンテナの校正装置は、複数のアンテナ素子から成るアレイアンテナの校正装置であって、校正対象の複数のアンテナ素子に校正信号を供給する校正信号供給手段と、上記校正対象のアンテナ素子の両側に位置する各アンテナ素子で受信された信号から該校正信号をそれぞれ抽出する校正信号抽出手段と、該校正信号抽出手段により抽出された該校正信号の位相差に基づいて上記校正対象のアンテナ素子から送信されるべき信号の位相を個々に制御する校正制御手段とをそなえたことを特徴としている。

（２）また、本発明のアレイアンテナの校正装置は、複数のアンテナ素子から成るアレイアンテナの校正装置であって、校正対象の複数のアンテナ素子の両側に位置するアンテナ素子へ校正信号を供給する校正信号供給手段と、上記校正対象の各アンテナ素子で受信された信号から該校正信号をそれぞれ抽出する校正信号抽出手段と、該校正信号抽出手段により抽出された該校正信号の位相差に基づいて上記校正対象のアンテナ素子で受信される信号の位相を個々に制御する校正制御手段とをそなえたことを特徴としている。

（３）ここで、上記校正対象の各アンテナ素子の両側に位置するアンテナ素子は、ダミーアンテナ素子であるのが好ましい。
（４）また、本発明のアレイアンテナの校正方法は、複数のアンテナ素子から成るアレイアンテナの校正方法であって、校正対象の複数のアンテナ素子から校正信号を放射し、上記校正対象のアンテナ素子の両側に位置する各アンテナ素子で受信された信号から該校正信号をそれぞれ抽出し、抽出した該校正信号の位相差に基づいて上記校正対象のアンテナ素子から送信されるべき信号の位相を個々に制御することを特徴としている。

（５）さらに、本発明のアレイアンテナの校正方法は、複数のアンテナ素子から成るアレイアンテナの校正方法であって、校正対象の複数のアンテナ素子の両側に位置するアンテナ素子から校正信号を放射し、上記校正対象の各アンテナ素子で受信された信号から該校正信号をそれぞれ抽出し、抽出した該校正信号の位相差に基づいて上記校正対象のアンテナ素子で受信される信号の位相を個々に制御することを特徴としている。

上記本発明によれば、ダウンリンク及びアップリンクとも、校正対象の複数のアンテナ素子の両側に位置するアンテナ素子（例えば、ダミーアンテナ素子）を用いて、校正信号の送受を行なうことにより、アンテナ素子間隔に依存しない正確なキャリブレーションを実現できる。したがって、アンテナ素子間隔偏差を許容することができ、アレイアンテナの歩留まりを低減して製造コストの削減に寄与することができる。

〔１〕第１実施形態の説明
図１は本発明の第１実施形態としてのアレイアンテナの校正装置が適用される無線送信機の構成（ダウンリンク）を示すブロック図で、この図１に示す無線送信機は、例えば、リニアアレイアンテナを構成する複数（図１では計６本）のアンテナ素子E0，E1，E2，E3，DA，DBと、複数のユーザに対応したビームフォーマ１０−１〜１０−ｎ（ｎは２以上の整数）と、信号多重部１１と、各アンテナ素子E0，E1，E2，E3に対応してそれぞれ設けられた複数の移相器１２、加算器１３及び無線送信部１４と、キャリブレーション（校正）制御部１５と、キャリブレーション信号生成部１６と、ＲＦスイッチ１７と、無線受信部１８と、キャリブレーション信号抽出部１９と、ウエイト生成部２０とをそなえて構成されている。ただし、リニアアレイアンテナの両端に位置するアンテナ素子DA，DBは、それぞれ、各アンテナ素子E0，E1，E2，E3からの放射パターンを整形するためのダミーアンテナである。また、アンテナ素子数は上記に勿論限定されない（以下、同様）。

ここで、ビームフォーマ１０−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、それぞれ、各ユーザについての指向性をもったビームを形成するユーザ信号を出力するものであり、信号多重部１１は、これらのビームフォーマ１０−ｉからの各ユーザ信号を多重化するものであり、移相器１２は、それぞれ、この信号多重部１１で多重化されたユーザ信号の位相をウエイト生成部２０からの重み係数に従って調整するものであり、加算器１３は、それぞれ、これらの移相器１２による位相調整後の信号（主信号）に、キャリブレーション信号生成部１６で生成されたキャリブレーション信号（校正信号）を加算するものであり、無線送信部１４は、それぞれ、このようにキャリブレーション信号の加算された信号を所定の変調方式で変調して無線信号にアップコンバートする等の所要の無線送信処理を行なってアンテナ素子E0，E1，E2，E3から送信するものである。

つまり、上記のキャリブレーション信号生成部１６，加算器１３及び無線送信部１４は、校正対象の複数のアンテナ素子E0，E1，E2，E3に校正信号を供給する校正信号供給手段として機能するものである。
また、キャリブレーション制御部１５は、各アンテナ素子E0，E1，E2，E3についてのキャリブレーションを制御するものであり、キャリブレーション信号生成部１６は、このキャリブレーション制御部１５による制御の下に必要なキャリブレーション信号を生成して加算器１３に供給するもので、アンテナ素子E0，E1，E2，E3毎のキャリブレーション信号を区別できるようにするために、例えば、各アンテナ素子E0，E1，E2，E3について同じキャリブレーション信号を時分割に生成したり、アンテナ素子E0，E1，E2，E3毎に異なる周波数や符号をもつキャリブレーション信号を生成したりすることができるようになっている。つまり、キャリブレーション信号としては、時間によって放射アンテナ素子を切り替える時分割多重方式、各アンテナ素子から例えば異なる拡散コードで拡散された信号を放射する符号分割多重方式、アンテナ素子毎に周波数を変える周波数分割多重方式などを適用することができる。

さらに、ＲＦスイッチ（スイッチ部）１７は、ダミーアンテナであるアンテナ素子DA，DB（以下、ダミーアンテナ素子DA，DBとも表記する）に電磁的に結合するＲＦ信号をキャリブレーション制御部１５による制御に従って選択的に出力して無線受信部１８に受信させるものであり、無線受信部１８は、ダミーアンテナ素子DA又はDBからＲＦスイッチ１８経由で受信されるＲＦ信号に対して中間周波数（ＩＦ）信号及びベースバンド信号へのダウンコンバート処理や所定の復調処理等を含む所要の無線受信処理を行なうものであり、キャリブレーション信号抽出部１９は、キャリブレーション制御部１５による制御に従って、この無線受信部１８から出力されるダミーアンテナ素子DA又はDBでの受信信号からキャリブレーション信号を抽出するものである。

つまり、上記のＲＦスイッチ１７，無線受信部１８及びキャリブレーション信号抽出部１９は、校正対象のアンテナ素子E0，E1，E2，E3の両側に位置する各ダミーアンテナ素子DA，DBで受信された信号からキャリブレーション信号をそれぞれ抽出する校正信号抽出手段として機能するものである。
また、ウエイト生成部２０は、このキャリブレーション信号抽出部１９で抽出された各キャリブレーション信号の位相差を検出して移相器１２へ供給すべき重み係数（ウエイト値）を求めるものである。

ここで、ウエイト生成部２０は、上記キャリブレーション信号を各アンテナ素子E0，E1，E2，E3から順番に（時分割に）送信（放射）する場合には、キャリブレーション信号抽出部１９で時分割に抽出される各キャリブレーション信号をメモリ等に蓄積しながらキャリブレーション信号位相差を検出し、キャリブレーション信号の周波数や符号をアンテナ素子E0，E1，E2，E3毎に変えて各アンテナ素子E0，E1，E2，E3から同時に送信する場合には、周波数や符号によりキャリブレーション信号抽出部１９で抽出される各キャリブレーション信号を周波数又は符号により区別してそれぞれの位相差を検出することになる。

つまり、上記のキャリブレーション制御部１５及びウエイト生成部２０は、上記キャリブレーション信号位相差に基づいて校正対象のアンテナ素子E0，E1，E2，E3から送信されるべき信号の位相を個々に制御する校正制御手段として機能し、上記のキャリブレーション制御部１５，キャリブレーション信号生成部１６，ＲＦスイッチ１７，無線受信部１８，キャリブレーション信号抽出部１９及びウエイト生成部２０から成るブロックが、本発明のアレイアンテナの構成装置として機能する。

以下、上述のごとく構成された本実施形態の無線送信機におけるダウンリンクのアンテナキャリブレーション動作について詳述する。
キャリブレーション信号生成部１６で生成されたキャリブレーション信号は、加算器１３により各アンテナ素子E0，E1，E2，E3への主信号に加算（多重化）されて各アンテナ素子E0，E1，E2，E3から放射される。放射されたキャリブレーション信号は、ダミーアンテナ素子DA及びダミーアンテナ素子DBに電磁的に結合し、ＲＦスイッチ経由１７で無線受信部１８にて受信された後、キャリブレーション信号抽出部１９により受信信号から抽出される。抽出されたキャリブレーション信号は、ウエイト生成部２０に入力され、ウエイト生成部２０は、各アンテナ素子E0，E1，E2，E3からのキャリブレーション信号の位相差を検出して、各アンテナ素子E0，E1，E2，E3（移相器１２）に対する重み係数（ウエイト値）を算出する。

ここで、図２を用いて、ウエイト生成部２０での位相差の検出方法について説明する。アンテナ素子間隔を次表１及び図２中に示すように定義し、各部の位相を次表２に示すように定義する。

まず、図２中に実線矢印５０で示すごとく、キャリブレーション信号生成部１６によってキャリブレーション信号を生成し、加算器１３及び無線送信部１４を通じてアンテナ素子E0，E1，E2，E3から当該キャリブレーション信号を送出し、ダミーアンテナ素子DAにおいて、キャリブレーション信号を受信した場合（ＲＦスイッチ１７をダミーアンテナ素子DA側へ切り替えた場合）について説明する。

ダミーアンテナ素子DAにおいて受信した各アンテナ素子E0，E1，E2，E3からのキャリブレーション信号の位相は以下の表３に示すように表される。ただし、この表３において、λは波長を表す。

次に、ダミーアンテナ素子DAにおいて受信した各アンテナ素子間キャリブレーション信号の位相差を求める。例として、隣接するアンテナ素子間のキャリブレーション信号の位相差を求める。
まず、アンテナ素子E0とアンテナ素子E1のキャリブレーション信号の位相差θ_01aは下式（１）で表される。

θ_01a＝θ_0a−θ_1a
＝（ψ₀−２πｄ_a0／λ＋φ_a）−（ψ₁−２πｄ_a1／λ＋φ_a）
＝（ψ₀−２πｄ_a0／λ＋φ_a）−（ψ₁−２π（ｄ_a0＋ｄ₀₁）／λ＋φ_a）
＝ψ₀−ψ₁＋２πｄ₀₁／λ …（１）

同様に、各アンテナ素子E1-E2間及びE2-E3間のキャリブレーション信号の位相差θ_12a，θ_23aはそれぞれ下記式（２），（３）により表される。

θ_12a＝θ_1a−θ_2a＝ψ₁−ψ₂＋２πｄ₁₂／λ …（２）
θ_23a＝θ_2a−θ_3a＝ψ₂−ψ₃＋２πｄ₂₃／λ …（３）

次に、図２中に点線矢印６０で示すごとく、ダミーアンテナ素子DBにおいて、キャリブレーション信号を受信する（キャリブレーション制御部１５の制御によりＲＦスイッチ１７をダミーアンテナ素子DB側に切り替える）。ダミーアンテナ素子DBにおいて受信した各アンテナ素子E0，E1，E2，E3からのキャリブレーション信号の位相は次表４で表される。

次に、ダミーアンテナ素子DAと同様に、アンテナ素子間キャリブレーション信号の位相差、例えば、隣接するアンテナ素子間のキャリブレーション信号の位相差を求める。
即ち、アンテナ素子E0とアンテナ素子E1のキャリブレーション信号の位相差θ_01bは下式（４）で表される。
θ_01b＝θ_0b−θ_1b
＝（ψ₀−２πｄ_0b／λ＋φ_b）−（ψ₁−２πｄ_1b／λ＋φ_b）
＝（ψ₀−２π（ｄ₀₁＋ｄ_1b）／λ＋φ_b）−（ψ₁−２πｄ_1b／λ＋φ_b）
＝ψ₀−ψ₁−２πｄ₀₁／λ …（４）

同様に、各アンテナ素子E1-E2間及びE2-E3間のキャリブレーション信号の位相差θ_12b，θ_23bをそれぞれ下式（５）及び（６）に示す。

θ_12b＝θ_1b−θ_2b＝ψ₁−ψ₂−２πｄ₁₂／λ …（５）
θ_23b＝θ_2b−θ_3b＝ψ₂−ψ₃−２πｄ₂₃／λ …（６）

次に、ダミーアンテナ素子DＡで受信したキャリブレーション信号から上記式（１），（２），（３）により求めた各アンテナ素子間の位相差θ_01a，θ_12a，θ_23aとダミーアンテナ素子DBで受信したキャリブレーション信号から上記式（４），（５），（６）により求めた各アンテナ素子間の位相差θ_01b，θ_12b，θ_23bの和をそれぞれ下記の式（７），（８），（９）により求める。

２θ₀₁＝θ_01a＋θ_01b＝（ψ₀−ψ₁＋２πｄ₀₁／λ）＋（ψ₀−ψ₁−２πｄ₀₁／λ）
＝２（ψ₀−ψ₁）
∴ θ₀₁＝ψ₀−ψ₁ …（７）

２θ₁₂＝θ_12a＋θ_12b＝２（ψ₁−ψ₂）
∴ θ₁₂＝ψ₁−ψ₂ …（８）

２θ₂₃＝θ_23a＋θ_23b＝２（ψ₂−ψ₃）
∴ θ₂₃＝ψ₂−ψ₃ …（９）

以上のようにして、ダミーアンテナ素子DA及びDBを用いて、各アンテナ素子E0，E1，E2，E3から放射されるキャリブレーション信号を受信してキャリブレーション信号位相差を検出し、当該位相差に基づいて移相器１２を個別制御することにより、アンテナ素子間隔偏差によるキャリブレーション誤差を生じることなく、各アンテナ素子E0，E1，E2，E3のキャリブレーションを正確に行なうことが可能となる。

〔２〕第２実施形態の説明
図３は本発明の第２実施形態としてのアレイアンテナの校正装置が適用される無線受信機の構成（アップリンク）を示すブロック図で、この図３に示す無線受信機は、例えば、リニアアレイアンテナを構成する複数（図３では計６本）のアンテナ素子E0，E1，E2，E3，DA，DBと、各アンテナ素子E0，E1，E2，E3に対応してそれぞれ設けられた複数の無線受信部３１及び移相器３２と、信号分配部３３と、複数のユーザに対応したビームフォーマ３４−１〜３４−ｎ（ｎは２以上の整数）と、キャリブレーション（校正）制御部３５と、キャリブレーション信号生成部３６と、無線送信部３７と、ＲＦスイッチ３８と、キャリブレーション信号抽出部３９と、ウエイト生成部４０とをそなえて構成されている。ただし、本例においても、リニアアレイアンテナの両端に位置するアンテナ素子DA，DBは、それぞれ、各アンテナ素子E0，E1，E2，E3からの放射パターンを整形するためのダミーアンテナである。

ここで、無線受信部３１は、それぞれ、対応するアンテナ素子E0，E1，E2，E3で受信した無線信号について、ＩＦ帯、ベースバンド帯へのダウンコンバートや所定の復調処理等を含む所要の無線受信処理を施すものであり、移相器３２は、それぞれ、これらの無線受信部３１から出力される信号の位相をウエイト生成部４０からのウエイト値に従って調整するものである。

また、信号分配部３３は、移相器３２により位相調整された各アンテナ素子E0，E1，E2，E3で受信した信号（ユーザ多重信号）を各ビームフォーマ３４−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）に分配するものであり、ビームフォーマ３４−ｉは、それぞれ、各ユーザについての指向性をもったビームを形成するユーザ信号を受信するものである。
さらに、キャリブレーション制御部３５は、各アンテナ素子E0，E1，E2，E3についてのキャリブレーションを制御するものであり、キャリブレーション信号生成部３６は、このキャリブレーション制御部３５による制御の下に必要なキャリブレーション信号を生成するものである。例えば、キャリブレーション信号を放射するダミーアンテナ素子ＤＡ及びＤＢの切り換えを行なったり、各アンテナ素子E0，E1，E2，E3で受信したキャリブレーション信号の抽出タイミングの制御を行なう。

また、無線送信部３７は、このキャリブレーション信号生成部３６で生成されたキャリブレーション信号を所定の変調方式で変調して無線信号にアップコンバートする等の所要の無線送信処理を行なうものであり、ＲＦスイッチ（スイッチ部）３８は、この無線送信部３７からのキャリブレーション信号をダミーアンテナ素子DA，DBのいずれかに選択的に供給するものである。

つまり、上記のキャリブレーション信号生成部３６，無線送信部３７及びＲＦスイッチ３８は、校正対象のアンテナ素子E0，E1，E2，E3の両側に位置する各ダミーアンテナ素子DA，DBへキャリブレーション信号を供給する校正信号供給手段として機能するものである。
さらに、キャリブレーション信号抽出部３９は、キャリブレーション制御部３５の制御の下に、各無線受信部３１の出力からキャリブレーション信号を抽出するものであり、ウエイト生成部４０は、キャリブレーション制御部３５の制御の下に、キャリブレーション信号抽出部３９により抽出された各アンテナ素子E0，E1，E2，E3からのキャリブレーション信号の位相差を検出して移相器３２へ供給すべき重み係数（ウエイト値）を求めるものである。

つまり、上記のキャリブレーション制御部３５及びウエイト生成部４０は、上記キャリブレーション信号位相差に基づいて校正対象のアンテナ素子E0，E1，E2，E3で受信される信号の位相を個々に制御する校正制御手段として機能し、上記のキャリブレーション制御部３５，キャリブレーション信号生成部３６，無線送信部３７，ＲＦスイッチ３８，キャリブレーション信号抽出部３９及びウエイト生成部４０から成るブロックが、本発明のアレイアンテナの校正装置として機能する。

以下、上述のごとく構成された本実施形態の無線受信機におけるアップリンクのアンテナキャリブレーション動作について詳述する。
キャリブレーション信号生成部３６で生成されたキャリブレーション信号は、無線送信部３７及びＲＦスイッチ３８を通じて、ダミーアンテナ素子DA又はダミーアンテナ素子DBから放射され、各アンテナ素子E0，E1，E2，E3で受信される。各アンテナ素子E0，E1，E2，E3で受信されたキャリブレーション信号は、無線受信部３１で復調された後、キャリブレーション信号抽出部３９にて抽出され、ウエイト生成部４０にて抽出されたキャリブレーション信号の位相差が求められて、移相器３２のためのウエイト値が算出される。

ここで、図４を用い、ウエイト生成部４０での位相差の検出方法について説明する。なお、アンテナ素子間隔は前記の表１及び図４中に示すように定義し、各部の位相を次表５に示すように定義する。

まず、図４中に点線矢印８０で示すごとく、キャリブレーション制御部３５によりＲＦスイッチ３８を一方のダミーアンテナ素子DA側に切り替えて、ダミーアンテナ素子DAからキャリブレーション信号を放射する。
各アンテナ素子E0，E1，E2，E3において受信したダミーアンテナ素子DAからのキャリブレーション信号の位相は次表６により表される。

次に、各アンテナ素子E0，E1，E2，E3からのキャリブレーション信号（アンテナ素子E0-E1間、アンテナ素子E1-E2間、アンテナ素子E2-E3間）の位相差θ_01a，θ_12a，θ_23aをそれぞれ下記の式（１０），（１１），（１２）により求める。

θ_01a＝θ_0a−θ_1a
＝（ψ₀−２πｄ_a0／λ＋φ_a）−（ψ₁−２πｄ_a1／λ＋φ_a）
＝（ψ₀−２πｄ_a0／λ＋φ_a）−（ψ₁−２π（ｄ_a0＋ｄ₀₁）／λ＋φ_a）
＝ψ₀＋２πｄ₀₁／λ−ψ₁ …（１０）
θ_12a＝θ_1a−θ_2a＝ψ₁＋２πｄ₁₂／λ−ψ₂ …（１１）
θ_23a＝θ_2a−θ_3a＝ψ₂＋２πｄ₂₃／λ−ψ₃ …（１２）

次に、図４中に実線矢印７０で示すごとく、キャリブレーション制御部３５によりＲＦスイッチ３８を他方のダミーアンテナ素子DB側に切り替えることで、ダミーアンテナ素子DBから放射され、各アンテナ素子E0，E1，E2，E3において受信したキャリブレーション信号の位相は次表７により表される。

次に、各アンテナ素子E0，E1，E2，E3からのキャリブレーション信号の位相差θ_01b，θ_12b，θ_23bをそれぞれ下記の式（１３），（１４），（１５）により求める。

θ_01b＝θ_0b−θ_1b
＝（ψ₀−２πｄ_0b／λ＋φ_b）−（ψ₁−２πｄ_1b／λ＋φ_b）
＝（ψ₀−２π（ｄ₀₁+ｄ_1b）ｄ_0b／λ＋φ_b）−（ψ₁−２πｄ_1b／λ＋φ_b）
＝ψ₀−２πｄ₀₁／λ−ψ₁ …（１３）
θ_12b＝θ_1b−θ_2b＝ψ₁−２πｄ₁₂／λ−ψ₂ …（１４）
θ_23b＝θ_2b−θ_3b＝ψ₂−２πｄ₂₃／λ−ψ₃ …（１５）

次に、ダミーアンテナ素子DAから放射されたキャリブレーション信号から上記式（１０），（１１），（１２）により求めた各アンテナ素子間の位相差θ_01a，θ_12a，θ_23aとダミーアンテナ素子DBから放射されたキャリブレーション信号から上記式（１３），（１４），（１５）により求めた各アンテナ素子間の位相差θ_01b，θ_12b，θ_23bの和をそれぞれ下記の式（１６），（１７），（１８）により求める。

２θ₀₁＝θ_01a＋θ_01b＝（ψ₀−ψ₁＋２πｄ₀₁／λ）＋（ψ₀−ψ₁−２πｄ₀₁／λ）
＝２（ψ₀−ψ₁）
∴ θ₀₁＝ψ₀−ψ₁ …（１６）

２θ₁₂＝θ_12a＋θ_12b＝２（ψ₁−ψ₂）
∴ θ₁₂＝ψ₁−ψ₂ …（１７）

２θ₂₃＝θ_23a＋θ_23b＝２（ψ₂−ψ₃）
∴ θ₂₃＝ψ₂−ψ₃ …（１８）

以上のようにして、ダミーアンテナ素子DA及びDBを用いて、キャリブレーション信号を放射し、各アンテナ素子E0，E1，E2，E3で当該キャリブレーション信号を受信してキャリブレーション信号位相差を検出することにより、アンテナ素子間隔偏差によるキャリブレーション誤差を生じることなく、各アンテナ素子E0，E1，E2，E3のキャリブレーションを正確に行なうことが可能となる。

〔３〕第３実施形態の説明
図５は本発明の第３実施形態としてのアレイアンテナの校正装置が適用される無線送信機の構成（ダウンリンク）を示すブロック図で、この図５に示す無線送信機は、図１に示す構成に比して、ＲＦスイッチ１７を用いる代わりに、ダミーアンテナDA及びDBのそれぞれについて、無線受信部１８Ａ，１８Ｂ及びキャリブレーション信号抽出部１９Ａ，１９Ｂをそなえている点が異なる。

ここで、無線受信部１８Ａ，１８Ｂ自体は、いずれも、既述の無線受信部１８と同一若しくは同様の機能を有するものであり、キャリブレーション信号抽出部１９Ａ，１９Ｂ自体も、既述のキャリブレーション信号抽出部１９と同一若しくは同様の機能を有するものである。つまり、本例の構成は、図１により前述した構成で無線受信部１８及びキャリブレーション信号抽出部１９がＲＦスイッチ１７の切り替えによりダミーアンテナ素子DA，DBに対して兼用（共用）になっていたのに対し、専用の無線受信部１８Ａ，１８Ｂ及びキャリブレーション信号抽出部１９Ａ，１９Ｂとしたものである。

このような構成によっても、上述した第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。即ち、ダミーアンテナ素子DA及びDBを用いて、各アンテナ素子E0，E1，E2，E3から放射されるキャリブレーション信号を受信してキャリブレーション信号位相差を検出し、当該位相差に基づいて移相器１２を個別制御することにより、アンテナ素子間隔偏差によるキャリブレーション誤差を生じることなく、各アンテナ素子E0，E1，E2，E3のキャリブレーションを正確に行なうことが可能となる。

なお、ダミーアンテナ素子DA，DB以外のアンテナ素子数に関わらず、無線受信部は図５に示すように２つで実現可能である。
〔４〕第４実施形態の説明
図６は本発明の第４実施形態としてのアレイアンテナの校正装置が適用される無線受信機の構成（アップリンク）を示すブロック図で、この図６に示す無線受信機は、図３に示す構成に比して、ＲＦスイッチ３８を用いる代わりに、ダミーアンテナDA及びDBのそれぞれについて、無線送信部３７Ａ，３７Ｂをそなえている点が異なる。

ここで、無線送信部３７Ａ，３７Ｂ自体は、いずれも、既述の無線送信部３７と同一若しくは同様の機能を有するものである。つまり、本例の構成は、図３により前述した構成で無線送信部３７がＲＦスイッチ３８の切り替えによりダミーアンテナ素子DA，DBに対して兼用（共用）になっていたのに対し、専用の無線送信部３７Ａ，３７Ｂとしたものである。

このような構成によっても、上述した第２実施形態と同様の作用効果を得ることができる。即ち、ダミーアンテナ素子DA及びDBを用いて、キャリブレーション信号を放射し、各アンテナ素子E0，E1，E2，E3で当該キャリブレーション信号を受信してキャリブレーション信号位相差を検出することにより、アンテナ素子間隔偏差によるキャリブレーション誤差を生じることなく、各アンテナ素子E0，E1，E2，E3のキャリブレーションを正確に行なうことが可能となる。キャリブレーション信号として、時間によって放射アンテナ素子を切り換える時分割多重方式、各アンテナ素子から例えば異なる拡散コードで拡散された信号を放射する符号分割方式、アンテナ素子毎に周波数を変える周波数多重方式などを適用することができる。

なお、ダミーアンテナ素子DA，DB以外のアンテナ素子数に関わらず、無線送信部は図５に示すように２つで実現可能である。
〔５〕第５実施形態の説明
図７は本発明の第５実施形態としてのアレイアンテナの校正装置が適用される無線送信機の構成（ダウンリンク）を示すブロック図で、この図７に示す無線送信機は、図１により前述した構成に比して、ダミーアンテナDA，DB以外のアンテナ素子E0，E1，E2，E3をもキャリブレーション信号を受信するアンテナ素子として用いるべく、アンテナ素子E0，E1，E2，E3毎に受信信号の一部を分岐する分岐手段としてのサーキュレータ２１が設けられるとともに、ＲＦスイッチ１７に代えて、各アンテナ素子E0，E1，E2，E3（サーキュレータ２１）及びダミーアンテナ素子DA，DBからの受信信号を選択的に無線受信部１８へ出力するＲＦスイッチ１７′が設けられている点が異なる。なお、この図７において、既述の符号と同一符号を付したものは、それぞれ、既述のものと同一若しくは同様のものである。

このような構成を採ることにより、ダミーアンテナDA，DB以外のアンテナ素子E0，E1，E2，E3でもキャリブレーション信号を受信することが可能となるので、より柔軟にアンテナ素子E0，E1，E2，E3のキャリブレーションを行なうことができる。
例えば、アンテナ素子E0，E1のキャリブレーションを行なう場合には、その両端に位置するアンテナ素子DA，E2を用いてキャリブレーションを行なうことができる。即ち、アンテナ素子E0，E1から放射した信号をダミーアンテナ素子DAで受信し、同様に、アンテナ素子E0，E1から放射した信号をアンテナ素子E2で受信することで、第１実施形態と同様にして、キャリブレーション信号位相差を検出し、当該位相差に基づいて移相器１２を個別制御することにより、アンテナ素子間隔偏差によるキャリブレーション誤差を生じることなく、各アンテナ素子のキャリブレーションを正確に行なうことが可能となる。

〔６〕第６実施形態の説明
図８は本発明の第６実施形態としてのアレイアンテナの校正装置が適用される無線受信機の構成（アップリンク）を示すブロック図で、この図８に示す無線受信機は、図３により前述した構成に比して、ダミーアンテナDA，DB以外のアンテナ素子E0，E1，E2，E3をもキャリブレーション信号を送信（放射）するアンテナ素子として用いるべく、アンテナ素子E0，E1，E2，E3毎に受信信号と干渉させずにキャリブレーション信号の送信を可能にするためのサーキュレータ４１が設けられるとともに、ＲＦスイッチ３８に代えて、各アンテナ素子E0，E1，E2，E3（サーキュレータ４１）及びダミーアンテナ素子DA，DBへ無線送信部３７からのキャリブレーション信号を選択的に出力するＲＦスイッチ３８′が設けられている点が異なる。なお、この図８において、既述の符号と同一符号を付したものは、それぞれ、既述のものと同一若しくは同様のものである。

このような構成を採ることにより、ダミーアンテナDA，DB以外のアンテナ素子E0，E1，E2，E3からもキャリブレーション信号を送信することが可能となるので、より柔軟にアンテナ素子E0，E1，E2，E3のキャリブレーションを行なうことができる。
例えば、アンテナ素子E0，E1のキャリブレーションを行なう場合には、その両端に位置するアンテナ素子DA，E2を用いてキャリブレーションを行なうことができる。即ち、アンテナ素子DAから放射した信号をアンテナ素子E0，E1で受信し、同様に、アンテナ素子E2から放射した信号をアンテナ素子E0，E1で受信することで、第２実施形態と同様にして、キャリブレーション信号位相差を検出し、当該位相差に基づいて移相器３２を個別制御することにより、アンテナ素子間隔偏差によるキャリブレーション誤差を生じることなく、各アンテナ素子のキャリブレーションを正確に行なうことが可能となる。

以上のように、ダウンリンク及びアップリンクとも、キャリブレーション信号を受信及び送信するアンテナ素子として、放射パターンを整形するために通常設けられるダミーアンテナ素子DA，DBを用いて、２方向からキャリブレーションを行なうことにより、アンテナ素子間隔に依存しない正確なキャリブレーションを実現できる。したがって、アンテナ素子間隔偏差を許容することができ、アレイアンテナの歩留まりを低減して製造コストの削減に寄与することができる。

なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できることはいうまでもない。
〔７〕付記
（付記１）
複数のアンテナ素子から成るアレイアンテナの校正装置であって、
校正対象の複数のアンテナ素子に校正信号を供給する校正信号供給手段と、
上記校正対象のアンテナ素子の両側に位置する各アンテナ素子で受信された信号から該校正信号をそれぞれ抽出する校正信号抽出手段と、
該校正信号抽出手段により抽出された該校正信号の位相差に基づいて上記校正対象のアンテナ素子から送信されるべき信号の位相を個々に制御する校正制御手段とをそなえたことを特徴とする、アレイアンテナの校正装置。

（付記２）
該校正信号抽出手段が、
上記校正対象のアンテナ素子の両側に位置する各アンテナ素子で受信された信号を選択的に出力するスイッチ部と、
該スイッチ部の出力信号を受信する無線受信部と、
該無線受信部で受信された信号から該校正信号を抽出する校正信号抽出部とをそなえて構成されたことを特徴とする、付記１記載のアレイアンテナの校正装置。

（付記３）
該校正信号抽出手段が、
上記校正対象のアンテナ素子の両側に位置するアンテナ素子毎に設けられ、当該アンテナ素子で受信された信号を受信する無線受信部と、
該無線受信部毎に設けられ、当該無線受信部で受信された信号から該校正信号を抽出する校正信号抽出部とをそなえて構成されたことを特徴とする、付記１記載のアレイアンテナの校正装置。

（付記４）
該校正信号抽出手段が、
上記校正対象の複数のアンテナ素子で受信された信号からも該校正信号を抽出すべく構成されたことを特徴とする、付記１〜３のいずれか１項に記載のアレイアンテナの校正装置。

（付記５）
複数のアンテナ素子から成るアレイアンテナの校正装置であって、
校正対象の複数のアンテナ素子の両側に位置するアンテナ素子へ校正信号を供給する校正信号供給手段と、
上記校正対象の各アンテナ素子で受信された信号から該校正信号をそれぞれ抽出する校正信号抽出手段と、
該校正信号抽出手段により抽出された該校正信号の位相差に基づいて上記校正対象のアンテナ素子で受信される信号の位相を個々に制御する校正制御手段とをそなえたことを特徴とする、アレイアンテナの校正装置。

（付記６）
該校正信号供給手段が、
該校正信号を生成する校正信号生成部と、
該校正信号生成部で生成された該校正信号を無線信号により送信する無線送信部と、
該無線送信部からの該無線信号を上記校正対象の複数のアンテナ素子の両側に位置するアンテナ素子へ選択的に出力するスイッチ部とをそなえて構成されたことを特徴とする、付記５記載のアレイアンテナの校正装置。

（付記７）
該校正信号供給手段が、
該校正信号を生成する校正信号生成部と、
上記校正対象の複数のアンテナ素子の両側に位置するアンテナ素子毎に設けられ、該校正信号生成部で生成された該校正信号を無線信号によりそれぞれ当該アンテナ素子へ送信する無線送信部とをそなえて構成されたことを特徴とする、付記５記載のアレイアンテナの校正装置。

（付記８）
上記校正対象の各アンテナ素子の両側に位置するアンテナ素子が、ダミーアンテナ素子であることを特徴とする、付記１〜７のいずれか１項に記載のアレイアンテナの校正装置。
（付記９）
該校正信号供給手段が、
該校正信号として、時分割多重方式、符号分割多重方式及び周波数分割多重方式のいずれかによる信号を供給すべく構成されたことを特徴とする、付記１〜８のいずれか１項に記載のアレイアンテナの校正装置。

（付記１０）
複数のアンテナ素子から成るアレイアンテナの校正方法であって、
校正対象の複数のアンテナ素子から校正信号を放射し、
上記校正対象のアンテナ素子の両側に位置する各アンテナ素子で受信された信号から該校正信号をそれぞれ抽出し、
抽出した該校正信号の位相差に基づいて上記校正対象のアンテナ素子から送信されるべき信号の位相を個々に制御することを特徴とする、アレイアンテナの校正方法。

（付記１１）
複数のアンテナ素子から成るアレイアンテナの校正方法であって、
校正対象の複数のアンテナ素子の両側に位置するアンテナ素子から校正信号を放射し、
上記校正対象の各アンテナ素子で受信された信号から該校正信号をそれぞれ抽出し、
抽出した該校正信号の位相差に基づいて上記校正対象のアンテナ素子で受信される信号の位相を個々に制御することを特徴とする、アレイアンテナの校正方法。

（付記１２）
上記校正対象の各アンテナ素子の両側に位置するアンテナ素子が、ダミーアンテナ素子であることを特徴とする、付記１０又は１１に記載のアレイアンテナの校正方法。
（付記１３）
該校正信号として、時分割多重方式、符号分割多重方式及び周波数分割多重方式のいずれかによる信号を供給することを特徴とする、付記１０〜１２のいずれか１項に記載のアレイアンテナの校正方法。

本発明の第１実施形態としてのアレイアンテナの校正装置が適用される無線送信機の構成（ダウンリンク）を示すブロック図である。 図１に示す無線送信機（ダウンリンク）のアンテナ校正（キャリブレーション）方法を説明するための図である。 本発明の第２実施形態としてのアレイアンテナの校正装置が適用される無線受信機の構成（アップリンク）を示すブロック図である。 図３に示す無線受信機（アップリンク）におけるアンテナ校正（キャリブレーション）方法を説明するための図である。 本発明の第３実施形態としてのアレイアンテナの校正装置が適用される無線送信機の構成（ダウンリンク）を示すブロック図である。 本発明の第４実施形態としてのアレイアンテナの校正装置が適用される無線受信機の構成（アップリンク）を示すブロック図である。 本発明の第５実施形態としてのアレイアンテナの校正装置が適用される無線送信機の構成（ダウンリンク）を示すブロック図である。 本発明の第６実施形態としてのアレイアンテナの校正装置が適用される無線受信機の構成（アップリンク）を示すブロック図である。 従来のアンテナキャリブレーション方法を説明すべく無線送信機の構成を示すブロック図である。

符号の説明

E0，E1，E2，E3 アンテナ素子
DA，DB ダミーアンテナ素子
１０−１〜１０−ｎ，３４−１〜３４−ｎ ビームフォーマ
１１ 信号多重部
１２，３２ 移相器
１３ 加算器
１４，３７，３７Ａ，３７Ｂ 無線送信部
１５，３５ キャリブレーション制御部
１６，３６ キャリブレーション信号生成部
１７，１７′，３８，３８′ ＲＦスイッチ
１８，１８Ａ，１８Ｂ，３１ 無線受信部
１９，１９Ａ，１９Ｂ，３９ キャリブレーション信号抽出部
２０，４０ ウエイト生成部
２１，４１ サーキュレータ
３３ 信号分配部

Claims (5)

1. 複数のアンテナ素子から成るアレイアンテナの校正装置であって、
   校正対象の複数のアンテナ素子に校正信号を供給する校正信号供給手段と、
   上記校正対象のアンテナ素子の両側に位置する各アンテナ素子で受信された信号から該校正信号をそれぞれ抽出する校正信号抽出手段と、
   該校正信号抽出手段により抽出された該校正信号の位相差に基づいて上記校正対象のアンテナ素子から送信されるべき信号の位相を個々に制御する校正制御手段とをそなえたことを特徴とする、アレイアンテナの校正装置。
2. 複数のアンテナ素子から成るアレイアンテナの校正装置であって、
   校正対象の複数のアンテナ素子の両側に位置するアンテナ素子へ校正信号を供給する校正信号供給手段と、
   上記校正対象の各アンテナ素子で受信された信号から該校正信号をそれぞれ抽出する校正信号抽出手段と、
   該校正信号抽出手段により抽出された該校正信号の位相差に基づいて上記校正対象のアンテナ素子で受信される信号の位相を個々に制御する校正制御手段とをそなえたことを特徴とする、アレイアンテナの校正装置。
3. 上記校正対象の各アンテナ素子の両側に位置するアンテナ素子が、ダミーアンテナ素子であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のアレイアンテナの校正装置。
4. 複数のアンテナ素子から成るアレイアンテナの校正方法であって、
   校正対象の複数のアンテナ素子から校正信号を放射し、
   上記校正対象のアンテナ素子の両側に位置する各アンテナ素子で受信された信号から該校正信号をそれぞれ抽出し、
   抽出した該校正信号の位相差に基づいて上記校正対象のアンテナ素子から送信されるべき信号の位相を個々に制御することを特徴とする、アレイアンテナの校正方法。
5. 複数のアンテナ素子から成るアレイアンテナの校正方法であって、
   校正対象の複数のアンテナ素子の両側に位置するアンテナ素子から校正信号を放射し、
   上記校正対象の各アンテナ素子で受信された信号から該校正信号をそれぞれ抽出し、
   抽出した該校正信号の位相差に基づいて上記校正対象のアンテナ素子で受信される信号の位相を個々に制御することを特徴とする、アレイアンテナの校正方法。

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