JP2009296580A - 信号の送受信方法および信号を送受信するための多重符号アレイ - Google Patents

Abstract

【課題】１つ以上の実施例に従うシステムおよび方法は、相関された受信機が用いられると高出力アレイのように働くが、相関されていない受信機が用いられると小さな低利得送信機の集合体として働く多重符号送受信機を提供する。
【解決手段】１つの実施例において、信号の送受信方法は、信号をアレイの別々の素子に入力するために、この信号を２つ以上の部分に分割するステップと、アレイの各別々の素子を通じた送信のために、信号の各部分を異なる符号でそれぞれ符号化するステップと、信号の符号化された各部分を、アレイの対応する別々の素子を通じて送信するステップと、信号の符号化された部分を、受信機側にある少なくとも１つの素子で受信するステップと、信号の符号化された部分を復号するステップと、信号の復号された部分を加算し、完全な受信信号を形成するステップとを含む。
【選択図】図３

Description

この開示は、概して送受信機システムに関し、より具体的には、多重符号送受信機アレイに関する。

背景
フェーズドアレイアンテナは、放射エネルギの送受信のために１つ以上の放射ビームを所望の方向に向けて送り出すために、広く用いられている。典型的なフェーズドアレイアンテナには、複数の放射器があり、この放射器各々は、アンテナの放射素子を含み、このアンテナの放射素子では、各放射素子の中を伝わった無線周波数（ＲＦ）波の相対位相は、制御され、アンテナの放射パターンの「ビーム」の向きを操作することができる。フェーズドアレイアンテナのうち、アクティブアレイ（複数の低電力送信機素子を含むアンテナ）として知られる１種では、各放射素子は、増幅器と移相器とを含み放射のための送受信を支援する関連付けられた電子回路を有する。

レイモンド・エス・バーコウィッツ（Raymond S. Berkowitz）著、「近代レーダー（Modern Radar）」（米国）、ジョンワイリーアンドサンズ社（John Wiley & Sons, Inc.）、１９６５年、第４章

アクティブアレイアーキテクチャの分散型の性質には、幅広い種類の用途における利点がある。１つの例として、人工衛星は、この人工衛星と地球上の１つ以上の地上局の間の通信を容易にする、この種類のアンテナシステムを含んでもよい。しかしながら、典型的なアクティブフェーズドアレイアンテナシステムは、各独立した素子に対して、共通の送信機モジュールおよび波形を用いるので、移動体通信システムへの同一チャネル干渉、連邦通信委員会によって義務付けられたレベルを超える検出電力レベル、または生物への放射線損傷などの、無線周波数干渉（ＲＦＩ）または他のシステムおよび物体に対する被害という包括的な問題を引起すことがある。

概要
１つの実施例において、信号の送受信方法は、信号をアレイの別々の素子に入力するために、信号を２つ以上の部分に分割するステップと、アレイの各別々の素子を通じた送信のために、信号の各部分を異なる符号でそれぞれ符号化するステップと、信号の符号化された各部分を、アレイの対応する別々の素子を通じて送信するステップと、信号の符号化された部分を、受信機側にある少なくとも１つの素子で受信するステップと、信号の符号化された部分を復号するステップと、信号の復号された部分を加算し、完全な受信信号を形成するステップとを含む。

別の実施例において、信号を送受信するための多重符号アレイは、信号を受信し、低電力信号に分割するように構成される給電部と、多重符号アレイの送信機側にある個別の素子とを含む。各低電力信号は、異なる符号でそれぞれ符号化され、多重符号アレイの各個別の素子を通じて送信される。このアレイは、受信機側にある少なくとも１つの素子をさらに含む。この少なくとも１つの素子は、すべての低電力信号を受信する。このアレイは
、復号された低電力信号を加算し、完全な受信信号を形成するように構成される受信機をさらに含む。

別の実施例において、高出力システムにおいて信号を送受信する方法は、信号を低電力信号に分割するステップと、低電力信号を異なる符号で符号化するステップと、符号化された低電力信号をアレイの個別の素子を通じて送信するステップと、符号化された低電力信号を少なくとも１つの個別の受信機素子で受信するステップと、符号化された低電力信号を復号するステップと、復号された信号を相関された受信機で加算し、完全な受信信号を形成するステップとを含む。このアレイは、相関された受信機が用いられると高出力送信機アレイのように働くが、相関されていない受信機が用いられると小さな送信機の集合体として働く。

別の実施例において、信号受信方法は、信号の符号化された部分を少なくとも１つの受信機素子で受信するステップを含む。この信号の各部分は、異なる符号でそれぞれ符号化されている。この方法は、信号の符号化された部分を復号するステップと、信号の復号された部分を加算し、完全な受信信号を形成するステップとをさらに含む。

別の実施例において、多重符号アレイは、信号の複数の部分を処理し符号化するように構成される複数のモジュールと、少なくとも１つの相関された受信機素子を有する相関された受信機とを含む。この少なくとも１つの相関された受信機素子は、信号の符号化された部分を受信し、復号する。この相関された受信機は、信号の復号された部分を加算し、完全な受信信号を形成するように構成される。

この開示の範囲は、この項中に引用により援用される特許請求の範囲によって定義される。以下の１つ以上の実施例の詳細な説明を検討することによって、実施例のより完全な理解のみならずそのその他の利点の認識も当業者に与えられるであろう。最初に簡単に説明する添付の図面が参照されるであろう。

ある実施例に従う通信システムのための多重符号開口送受信機を説明する図である。 ある実施例に従うレーダーシステムのためのアクティブアレイの多重符号開口送受信機を説明する図である。 ある実施例に従う図２ａのＴ／Ｒ ＲＦモジュール２０１の分解図である。 ある実施例に従うレーダーシステムのための従来のフェーズドアレイの多重符号開口送受信機を説明する図である。 ある実施例に従う信号送受信方法を説明するフロー図である。

実施例およびその利点は、以下の詳細な説明を参照することによって最もよく理解される。同様の参照番号は、１つ以上の図面に説明される同様の構成要素を識別するために用いられることが理解されるべきである。

詳細な説明
１つ以上の実施例に従うシステムおよび方法は、フェーズドアレイアンテナが送信しているときに、未知の受信機によって見られる、または物体によって感じられる検出電力を低減し、その一方で同時に、システム全体の電力関係を維持する多重符号送受信機システムを提供する。１つ以上の実施例において、符号化された送受信機システムが送信する信号は、フェーズドアレイの個別の素子を通じて直交出力波形で畳込み積分されており、相
関されていないまたは整合されていない受信機で、容易に検出することはできない。なぜなら、相関されていない受信機は、フェーズドアレイの各素子からの非常に低いエネルギ出力を見るためである。つまり、検出電力は、整合されていない受信機が見る、または物体（動物、人間、または無生物）が感じるように、低減される。フェーズドアレイの各素子は、低利得で広角のビーム幅を有し、任意の検知可能な距離での伝播損失が、顕著である。しかしながら、整合されたまたは相関された受信機は、それ自身の送信システムからの帰還を容易に検出してもよい。なぜなら、相関された受信機は、受信された個別の信号を、コヒーレントに合成してもよいからである。相関された受信機は、狭角の送信パターンを有する高利得の送信アレイアンテナから、高いエネルギが来るのを見る。送信される波形の無線周波数干渉（ＲＦＩ）は、用いられる直交出力波形の数に基づいて低減されてもよい。１つ以上の実施例に従って、この明細書中で説明されるシステムは、通信システム、レーダーシステム、超音波システム、光学システム、赤外線システム、または他のマイクロ波システムを含む、いくつかの用途の電力管理を支援してもよい。

図１を参照して、ある実施例に従う通信システムのための多重符号開口送受信機を説明する図を示す。図１において、アレイアンテナ送信機システム１００（「アクティブアレイ」とも呼ばれる）中で、信号１０２は、給電ネットワーク１０４を通じて低電力信号に分割される。分割された信号は、次に、互いに直交する多重符号化波形の形で、アレイアンテナ送信機システム１００のＮ個のＲＦモジュール１０１を通じて送信される。ＲＦモジュール１０１のうち１つは、信号１０２（低電力信号）の一部分を給電ネットワーク１０４を介して受信してもよく、そこから信号１０２のこの部分は、移相器１０８と、可変減衰器１１０と、それぞれの個別のアンテナ素子１１４に対応する符号化波形ｆ_n（ｔ）での畳込み積分によって信号１０２のこの部分を符号化する相関器１１２とを介して、次に各個別のアンテナ素子１１４へ向けて送り出されてもよい。個別の符号化波形ｆ₁（ｔ）、ｆ₂（ｔ）、…、ｆ_n（ｔ）は、波形発生器１１１によってそれぞれのＲＦモジュール１０１に供給されてもよく、またはこれに代わって、符号化波形は、ＲＦモジュール１０１に内蔵であってもよい。ランダム符号を生成する一般的な技術は、技術文献に明記されるように、この技術分野では周知である。たとえば、レイモンド・エス・バーコウィッツ（Raymond S. Berkowitz）著、「近代レーダー（Modern Radar）」（ジョンワイリーアンドサンズ社（John Wiley & Sons, Inc.）、ニューヨーク、１９６５年）、第４章を参照されたい。

信号１０２を分割し、それをアレイアンテナ送信システムの複数のアンテナ素子１１４に入力する数多くの実施例が存在するであろうこと、また文書による十分な裏づけがあることが理解されるであろう。これらは、並列給電構造もしくはコーポレイト給電、直列給電、または空間給電を含んでもよい。この実施例においては、給電ネットワーク１０４は、コーポレイト給電システムである。したがって、信号１０２は、低電力の信号または複数の部分に分割されてもよく、分割された信号１０２の各部分は、個別に符号化されてもよい。Ｍ個の相関された受信機素子１１６が、信号１０２の送信されるＮ個の符号化された部分すべてを検出し、復号するようプログラムされるように、信号１０２の各符号化された部分は、次に高出力増幅器（ＨＰＡ）１１３を通じて送り出され、Ｎ−素子アレイアンテナ送信機システムの対応する個別の素子１１４を通じて、実用的な距離「Ｒ」にわたって送信される。Ｎ個の個別の素子１１４は、高利得および高出力、さらには各個別の素子１１４からの放射のコヒーレント加算からの制御された方向も実現するように位相が調整されてもよい。信号１０２の送信される符号化された部分すべてからの放射は、Ｍ個の相関された受信機素子１１６で受信され、そこでそれはコヒーレントに積分され処理される。Ｍ個の相関された受信機素子１１６は、Ｍが１に等しいときに、単一の素子であってもよく、または、フェーズドアレイ受信機の場合は、複数のＭ個の相関された受信機素子を含んでもよい。Ｍ個の相関された受信機素子１１６で受信される信号１０２の各符号化された部分の符号化された放射は、受信給電ネットワーク１１７を通じて合成されてもよ
い。合成信号は、次に相関器１１８で、符号化された波形各々について、送信機素子で用いられた符号化波形の共役複素数の和での畳込み積分により復号されてもよい。相関器１１８は、受信機１２０に組込まれていてもよく、または受信機１２０から分離していてもよい。相関器は、受信機１２０の前にか、受信機素子１１６の後にかのいずれかで置かれてもよく、給電ネットワーク１１７の前に置かれてもよい。復号された信号は、次に加算され、最終受信信号を与える。符号化波形は、受信機側にある対応する波形発生器１１１ａによって供給されてもよい。または符号化波形は、受信機１２０にある記憶装置に格納されていてもよい。結果として、このシステムは、通常の通信システムとして機能し、送信機を高出力、高利得送信機として見る。

受信機１２０が、整合されていないまたは相関されていない受信機である場合は、受信機１２０は、Ｎ個の個別の素子１１４から送信された符号化された信号を検出してもよいが、相関されていない受信機１２０は、送信された信号を生成する際に用いられたすべての符号の知識がないために、フィルタを整合させ、または符号化された信号すべてを復号し、それらを同時にコヒーレントに加算することができない。これに代わって、相関されていない受信機１２０は、符号化された分割された信号１０２を、非常に低電力の信号であると認識し、各個別の素子１１４から放射されたエネルギのインコヒーレントな和を検出することだけができるであろう。この放射されたエネルギは、各素子からの放射パターンのビーム幅が広角なために、どんな実用的な距離Ｒにおいても非常に低い。したがって、相関されていない受信機１２０は、Ｎ個の個別の素子１１４からの放射を、低電力と検出する。なぜなら、相関されていない受信機１２０は、このアンテナを、その個別の素子１１４のビームパターンを有する送信機と見る、つまり、エネルギのパターンが個別のアレイ素子の遠方界パターンであると見るためである。

図１において、電力「Ｐ_e」を放射する個別の素子１１４について、Ｇ_eが個別の素子１１４の利得である場合、送信媒体を説明する比例定数Ｋ_cについて距離「Ｒ」での電力密度「Ｐ_D」は以下のとおりである。

Ｐ_D＝Ｋ_cＰ_eＧ_e／４πＲ²
アレイの「Ｎ」個の素子について、「Ｐ_e」が１素子当たりの電力である場合、電力は合成し、距離「Ｒ」で電力密度「Ｐ_D」を以下のとおり生成する。

Ｐ_D＝Ｋ_cＮＰ_eＧ_e／４πＲ²
これは、個別の素子１１４からの波形が、相関されておらず、したがってそれらがコヒーレントに合成しないと仮定している。符号ｆ_n（ｔ）を信号１０２の複数の部分に与えない場合、または素子１１４から放射される信号１０２の出力される部分すべての波形が、同一に符号化されている場合は、素子１１４から送信された放射は、送信される電力（Ｎ²Ｐ_e）およびアレイアンテナ利得（ＮＧ_e）についてコヒーレントに合成し、距離「Ｒ」での電力密度は以下のとおりである。

Ｐ_D＝Ｋ_cＮ³Ｐ_eＧ_e／４πＲ²
相関された受信機素子１１６が、距離「Ｒ」に設けられている場合は、相関された受信機素子は、「Ｎ」個の個別の素子１１４からのすべての波形を復号することができ、それらをコヒーレントに合成するであろう。この場合、相関されている受信機素子１１６の距離「Ｒ」での電力密度「Ｐ_D」は、送信される符号化された波形がすべて同一であった場合、または送信機の素子１１４で符号化
を与えなかった場合と同一であり、以下のとおりである。

Ｐ_D＝Ｋ_cＮ³Ｐ_eＧ_e／４πＲ²
すなわち、電力密度は、相関された受信機、または各素子の波形が同一のアレイ送信機
については、相関されていない受信機、および各送信素子の波形が直交符号化されている送信機についてよりも、「Ｎ²」倍高くなるであろう。結果として、ＲＦＩまたは放射線障害は、多重符号開口送受信機についてはＮ²の因子で減少し、その一方で、同等の性能が維持される。

次に、図２ａを参照して、１つの実施例に従うレーダーシステムのためのアクティブアレイの多重符号開口送受信機を説明する図を提供する。図２ｂも参照して、図２ａの送受信機（Ｔ／Ｒ）ＲＦモジュール２０１の分解図を、実施例に従い説明する。図２ａにおいて、レーダーシステム２００の場合は、アクティブアレイは、送信機として働いてもよく、この送信機に対して受信機としても働いてもよい。励振器２２８からの信号２３２は、低電力信号に分割され、「Ｎ」個のＴ／Ｒ ＲＦモジュール２０１に給電部２１２を通じて供給される。図２ｂに示すように、分割された信号２３２の各部分は、各ＲＦモジュール２０１で、減衰器２０２の中で振幅調整され、移相器２１０の中で移相され、所望される放射ビームを生成し、距離「Ｒ」にある目標物体２２２を照射する。説明のために、送受信機（Ｔ／Ｒ）スイッチ２０３は、送信動作モードで図示する。信号２３２の各部分は、それぞれのアンテナ素子２１４への送信のために、相関器２０９において符号化波形ｆ_n（ｔ）で畳込み積分されてもよい。異なる素子２１４のための符号化波形各々は、互いに直交していてもよい。符号化波形は、信号発生器２１１によって供給されてもよく、または、それぞれのＲＦモジュール２０１に格納されていてもよい。ランダム符号を生成する一般的な技術は、技術文献に明記されるように、この技術分野において周知である。レーダーシステム２００の送信モード中、Ｔ／Ｒスイッチ２０３は、分割された信号２３２が送信駆動最終増幅器（transmit driver and final amplifier）２０４によって増幅され、サーキュレータ２０５を通じて個別の素子２１４に送られるように、送信モードに接続される。

レーダーシステム２００の受信モード中、レーダーシステム２００の帰還信号は、サーキュレータ２０５を通じて、受信機保護器またはＴ／Ｒ制限器２０６および低雑音増幅器２０７へ戻される。増幅された帰還信号は、前述の減衰器２０２および移相器２１０でそれぞれ振幅調整され、移相される。次に帰還信号は、給電部２１２に送られ、符号化された波形各々について、整合フィルタ受信機２１６において、整合フィルタで復号された後に、合成される。復号化は、合成された受信信号を、送信機素子２１４で信号２３２の個別の分割された部分を符号化するのに用いられた符号化波形の和の共役複素数、［ｆ₁（ｔ）^＊＋ｆ_２（ｔ）^＊＋…＋ｆ_n（ｔ）^＊］で畳込み積分することによって、受信機２１６中で、なされてもよい。この明細書中で記号^＊は、共役複素数であることを示し、すなわち、ｆ（ｔ）^＊は、ｆ（ｔ）の共役複素数である。

１つ以上の実施例において、制御電子回路２０８または電力調整ブロック２０９が設けられてもよい。制御電子回路２０８は、ＲＦモジュール２０１をアレイ制御器に結び付け、ＲＦモジュール２０１が必要とするビーム向きの操作情報およびビームタイミング情報を提供するように働いてもよい。電力調整ブロック２０９は、必要な連続バイアスおよび切換命令を、それぞれのＲＦモジュール２０１構成部品に提供してもよい。

送信モードおよび受信モードにおける（減衰器２０２を通じた）振幅の重み付けは、送信モードと受信モードの両方中でのアレイの低サイドローブパターンを合成するために用いられてもよい。パルスレーダーについては、Ｔ／Ｒスイッチ２０３によって、送信中、受信側低雑音増幅器２０７の出力が切られ、受信中、送信増幅器入力が切られる。レーダーシステム不感時間（dead time）は、相および減衰器の値を変更するため、およびチャネル選択Ｔ／Ｒスイッチ２０３を切換えるために用いられてもよい。他の種類のレーダーは、独立した送受信機を備える連続波（ＣＷ）レーダー、または送信中受信してもよく、パルス化されてはいないが同一の符号化技術を用いて検出された電力を管理するＦＭ−Ｃ
Ｗレーダーを含んでもよい。

図２ｃを参照して、レーダーシステムのための従来のフェーズドアレイの多重符号開口送受信機を説明する図を、ある実施例に従って示す。アクティブアレイではなく、従来のフェーズドアレイが用いられるこの実施例において、送信機２５２は、給電部２５４での信号２５１の分割に先立って、励振器２５０からの入力信号２５１の増幅を提供する。分割された信号２５１の複数の部分は、移相器２７４を通じて移相される。符号化された波形ｆ_n（ｔ）は、個別の送信素子２６４を通じての送信に先立ち、相関器２７７において、分割された信号２５１の個別の部分で畳込み積分される。符号化された波形ｆ_n（ｔ）は、符号化発生器２７２によって供給されてもよい。

目標物体２２２は、各個別の素子２６４を通じて、一見互いに相関されずに送信されるように見える信号２５１の複数の部分（または複数の低電力信号）によって照射される。したがって、目標物体２２２は、目標物体がマイクロ波放射で照射されていることを検出しないかもしれない。しかしながら、反射信号は、低雑音増幅器２５８を通じて受信されてもよく、同一のアンテナに位置する受信機２５６によって復号され、結果として得られる復号信号は、加算され、強い信号を生成するであろう。したがって、レーダーシステム２６０の受信モード中、アレイの各個別の送信素子２６４からの放射は、相関され、受信機２５６は、帰還信号中のすべての波形を検出し、この波形についてＮ個の符号化された送信すべてのコヒーレント加算を行なうことができる。

典型的なアクティブフェーズドアレイにおいてと同様に、（図２ａに説明する）各個別の素子２１４は、ＲＦモジュール２０１に対応し、したがって、目標物体２２２を照射するレーダーシステムを構成するＮ個の個別の素子２１４があってもよいことが理解されるであろう。典型的なレーダーシステムにおいて、ビームは興味のある物体を照射し、エネルギは、散乱され、アンテナへ戻る。アンテナの受信素子は、個別の素子によって受信されたエネルギを合成し、アンテナアレイを形成する素子の集合体の物理的大きさに相当する増大された利得を得る。結果として、フェーズドアレイのコヒーレント加算は、送信と受信両方のための高利得、さらには、個別の低電力素子から送信された電力の加算も実現し、実質上、興味のある目標物体上の電力密度と、目標物体によって散乱される集められた電力とを増大させる。

高出力放射および利得は、このようにして、相関された受信機によって実現可能であるが、放射は、任意の距離で低電力として、相関されていない受信機または目標物体によって検出される。したがって、フェーズドアレイは、送受信パターンをコヒーレントに積分し、標準の大きさのアンテナの実効送受信利得を有し、システムが実質上高利得送受信アンテナとして働くことを可能にする。

レーダーシステムのための１つ以上の実施例に従って、図２ａ−図２ｃに関して説明したように、目標物体２２２は、照射され、波形は、帰還されてもよい。受信機個別素子２１４（図２ａ−図２ｂ）または２６４（図２ｃ）各々のための相関された受信機を有するレーダーシステムについて、電力検出は、以下のとおりである。

Ｐ_D＝［Ｋ_rＮ⁴Ｐ_eＧ_eＧ_Rλ²σ／（４π）³Ｒ⁴］
式中、「σ」は、散乱を行なっている目標物体２２２の断面であり、Ｋ_rは、レーダーシステムの伝送媒体に依存する定数であり、Ｇ_Rは、受信モード時のアンテナ素子利得であり、（ＮＧ_R）の実効アレイ受信利得をもたらし、λは、放射の波長である。送信電力は（Ｎ²Ｐ_e）であり、実効アレイ送信利得は、（ＮＧ_e）である。この場合のＰ_Dは、符号化が用いられない場合に、従来のフェーズドアレイレーダーによって検出される電力である。このレーダーシステムについて、距離「Ｒ」での電力密度Ｐ_Dは、図１の通信システ
ムについて説明したものと同一であろう。相関された受信機が距離「Ｒ」に存在する場合は、電力密度は以下のとおりである。

Ｐ_D＝Ｋ_cＮ³Ｐ_eＧ_e／４πＲ²
距離「Ｒ」にある受信機が、相関されていない場合、または、放射が、距離「Ｒ」にある物体に入射する場合は、相関されていない受信機または物体によって見られる電力密度は、以下のとおりである。

Ｐ_D＝Ｋ_cＮＰ_eＧ_e／４πＲ²
したがって、これらの方程式から、多重符号開口レーダーは、距離「Ｒ」に入射する電力密度をＮ²の因子で減少させ、その一方で同等の性能を実現することが理解されるであろう。

１つ以上の実施例が、フェーズドアレイアンテナから得ることのできる利得を使用して、アレイの独立した個別の素子からのものと同等であろう密度である電力密度のアレイのＮ個の個別の素子について、レーダーまたは通信システム性能のＮ²の因子での向上を得る。

１つ以上の実施例に従って、フェーズドアレイアンテナが、標準の大きさのアンテナのように見え、標準の大きさのアンテナの特性を有するように構成されるが、相関されない受信機または目標物体には、小さなアンテナの集合体のように見えるように構成されるように、電力管理がなされる。外部受信機または目標物体は、非常に低い電力出力をこのシステムから見るため、このシステムは検出可能性がより低く、ＲＦＩが非常に低く、その一方で、必要な電力密度を提供する。

送受信機システムは、通信システム（図１）に関して、さらにはレーダーシステム（図２ａ−図２ｃ）に関して説明されてきたが、他にも、このフェーズドアレイアーキテクチャの構成から恩恵を受けるであろう用途がある。たとえば、超音波システムの場合、フェーズドアレイアンテナを、超音波送信機または超音波送受信機のアレイと置き換えてもよく、光学または赤外線システムの場合は、フェーズドアレイアンテナを、光学もしくは赤外線送信機、または光学もしくは赤外線送受信機と置き換えてもよい。

次に図３を参照して、ある実施例に従う信号の送受信方法を説明するフロー図を提供する。図３の方法は、アクティブアレイが、外部の協調的な相関された受信機とともに送信機として働く図１に示される通信システムで実現化されてもよい。また、図３の方法は、フェーズドアレイが、送信機および受信機として働き、外部目標物体２２２を照射する図２ａ−図２ｃに示すレーダーシステムで実現化されてもよい。さらに、図３の方法は、フェーズドアレイアンテナを、超音波送信機または超音波送受信機のアレイと置き換えてもよい超音波システム、またはフェーズドアレイアンテナを、光学もしくは赤外線送信機または光学もしくは赤外線送受信機のアレイと置き換えてもよい光学もしくは赤外線システムなどの、他の用途において実現化されてもよい。

ブロック３００において、信号は、アレイの別々の素子に入力されるために、低電力信号に分割される。図１および図２ａ−図２ｃについて説明したように、信号は分割され、分割された信号の各個別の部分（低電力信号）は、互いに直交する波形で符号化され、次に、フェーズドアレイの対応する個別の素子１１４、２１４、２６４を通じて送信されてもよい。

ブロック３０１において、アレイの各個別の素子を通じて送信される信号の複数の部分は、異なる符号でそれぞれ符号化されてもよい。

ブロック３０２において、アレイの各個別の素子は、信号の対応する符号化された部分を別々に送信する。異なる個別の素子からの符号化は、異なり、直交し、すなわち、空間にある物体は、各送信素子からのエネルギを、独立したものとして見る。

ブロック３０３において、信号の送信された符号化された部分が、相関された受信機によって受信されたか否かが判断される。受信されなかった場合は、ブロック３０８において、相関されていない受信機は、信号の送信された符号化された部分を復号することができない。たとえば、個別の素子１１４、２１４、２６４からの放射が、通信システムの場合は、外部受信機で、またはレーダーシステムの場合は、目標物体またはレーダー受信機で、まるでエネルギが単一の大きなアンテナから来ているかのように合成することはない。結果として、電力のコヒーレント加算および個別の素子１１４、２１４、２６４の集合体と同等のアンテナの大きさへの利得の増大は、外部受信機または目標物体で起こらない。たとえば、相関されていない受信機の個別の素子１１６（図１）によって検出される、または目標物体２２２（図２ａ−図２ｃ）によって見られる電力は、低電力無指向性アンテナ素子の集合体からの放射のインコヒーレント加算であり、これは、目標物体または受信機への伝播による損失を考慮に入れると、非常に低いものである。

ブロック３０４において、信号の送信された符号化された部分が相関された受信機によって受信される場合は、受信機側にある少なくとも１つのアレイ素子が、次に、異なる送信された符号化された信号すべての放射を集める。集められた信号は、次に、給電部を通じて受信機に入力される。図１の通信システムにおいて、外部受信機側にある各個別の素子１１６は、信号１０２のすべての部分を集め、それらを受信機１２０へ送信し、この受信機で、送信された信号は、復号され、加算され、受信信号を形成する。図２ａ−図２ｃのレーダーシステムにおいて、アレイの相関された受信機側にある各個別の素子は、帰還した符号化された信号すべてを集め、増幅し、それらを給電部を通じて受信機に送り、この受信機で、それらは復号され、加算され、検出帰還信号を形成する。光学または赤外線システムにおいては、アンテナアレイを、レーザダイオード送信機アレイおよび受信へテロダイン検出器あるいは検出器アレイなどの、光学または赤外線レーザ送受信機と置き換えてもよい。超音波システムにおいては、アンテナアレイを、超音波送信機アレイ／受信機と置き換えてもよい。

ブロック３０６において、すべてのアレイ素子からのすべての多重復号信号は、合成または加算される。したがって、アレイは、受信信号を、まるで高出力、高利得送信機および高利得受信機であるかのように見て、従来の高出力アレイシステムのように機能する。

１つ以上の実施例に従って、符号化される送受信機システムは、マイクロ波、光学、超音波または他の装備の電力管理を支援してもよい。多くの用途において、電力を可能な限り低いレベルで放射し、他の装備との干渉を回避し、生物（人または動物、たとえば、海軍のソナー検査によるイルカおよびクジラへの被害回避に利用されるであろう）または無生物物体（爆発物起爆、装備損傷、など）への放射線障害を最小化することが望ましい。同時に、装備が適切に機能するように、十分な電力の照射が必要であり、すなわち、レーダーシステムの場合は、所与の範囲に対するノイズ比に十分な信号が所望される。通信システムの場合は、容認可能なビット誤り率を得るための十分な電力が所望される。

上述の実施例は、開示を説明するが、制限するものではない。この開示の本質に従って数多くの変形および変更が可能であることも理解されるべきである。したがって、この開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によってのみ規定される。

１００ アレイアンテナ送信機システム、１０１ ＲＦモジュール、１０８ 移相器、１１０ 可変減衰器、１１２ 相関器、１１４ アンテナ素子、１１６ 受信機素子、１１８ 相関器、２００ レーダーシステム、２０２ 減衰器、２０３ Ｔ／Ｒスイッチ、２０５ サーキュレータ、２０９ 相関器、２１０ 移相器、２１４ アンテナ素子、２５１ 信号、２６０ レーダーシステム、２６４ 素子、２７４ 移相器、２７７ 相関器。

Claims (19)

1. 信号の送受信方法であって、前記方法は、
   信号をアレイの別々の素子に入力するために、前記信号を２つ以上の部分に分割するステップと、
   前記アレイの各別々の素子を通じた送信のために、前記信号の各部分を異なる符号でそれぞれ符号化するステップと、
   前記信号の符号化された各部分を、前記アレイの対応する別々の素子を通じて送信するステップと、
   前記信号の前記符号化された部分を、受信機側にある少なくとも１つの素子で受信するステップと、
   前記信号の前記符号化された部分を復号するステップと、
   前記信号の復号された部分を加算し、完全な受信信号を形成するステップとを備える、方法。
2. 前記アレイは、アクティブアンテナアレイまたは従来のフェーズドアレイをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記信号を分割するステップは、コーポレイト給電システムを用いるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記受信機側にある前記少なくとも１つの素子は、複数の別々の受信機素子をさらに含み、各別々の受信機素子は、前記信号の前記符号化された部分すべてを受信する、請求項１に記載の方法。
5. 前記各別々の素子を通じた送信のために信号の各部分を符号化するステップは、前記信号の各部分を、互いに直交する符号化された波形でそれぞれ符号化するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記アレイは、超音波、光学、または赤外線送受信機アレイをさらに含む、請求項１に記載の方法。
7. 通信システムまたはレーダーシステム中で、前記アクティブアンテナアレイを用いるステップをさらに備える、請求項２に記載の方法。
8. 前記信号の符号化された部分をレーダーシステムの受信機側にある少なくとも１つの素子で受信するステップは、目標物体から反射された前記信号の前記符号化された部分を、前記アクティブアンテナアレイにある別々の受信機素子によって受信するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記通信システム中の前記少なくとも１つの受信機素子は、外部受信機とともに外部に位置する、請求項７に記載の方法。
10. 信号を送受信するための多重符号アレイであって、
    前記信号を受信し、低電力信号に分割するように構成される給電部と、
    前記多重符号アレイの送信機側にある個別の素子とを備え、各低電力信号は、異なる信号でそれぞれ符号化され、前記多重符号アレイの各個別の素子を通じて送信され、
    受信機側にある少なくとも１つの素子をさらに備え、前記少なくとも１つの素子は、すべての前記低電力信号を受信し、
    復号された低電力信号を加算し、完全な受信信号を形成するように構成される受信機を
    さらに備える、多重符号アレイ。
11. 前記受信機側にある前記少なくとも１つの素子は、複数の別々の受信機素子をさらに含む、請求項１０に記載のアレイ。
12. 制御電子回路および電力調整ブロックと、
    アクティブアンテナアレイまたは従来のフェーズドアレイと、
    超音波、光学、または赤外線送受信機アレイとをさらに備える、請求項１０に記載のアレイ。
13. 前記アクティブアンテナアレイは、通信システム中でまたはレーダーシステム中で用いるために構成される、請求項１２に記載のアレイ。
14. 前記通信システム中の前記受信機側にある前記少なくとも１つの素子は、外部受信機とともに外部に位置する、請求項１３に記載のアレイ。
15. 前記レーダーシステム中の前記受信機側にある前記少なくとも１つの素子は、前記アクティブアンテナアレイ自身の一部分である、請求項１２に記載のアレイ。
16. 前記異なる符号は、互いに直交する符号化された波形をさらに含み、前記異なる符号は、波形発生器によって供給される、請求項１０に記載のアレイ。
17. 前記受信機の外部に位置する相関器をさらに備え、前記相関器は、前記受信機側にある前記少なくとも１つの素子から受信された前記低電力信号を復号し、復号された低電力信号を前記受信機に供給するように構成される、請求項１０に記載のアレイ。
18. 少なくとも１つの送受信（Ｔ／Ｒ）モジュールをさらに備え、前記異なる符号は、前記少なくとも１つのモジュールに内蔵される、請求項１０に記載のアレイ。
19. 前記受信機は、前記受信機側にある前記少なくとも１つの素子から受信される前記低電力信号を復号するための符号化された波形を格納するための記憶装置をさらに含む、請求項１０に記載のアレイ。

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