JP2017224989A - アンテナ調整方法及び通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＯＡＭ波の送受信方向を調整する。【解決手段】通信装置１０のアレイアンテナ１３は、ＯＡＭ（Orbital Angular Momentum）波を送信する。通信装置２０のアレイアンテナ２１は、ＯＡＭ波を受信する。軸ズレ推定・制御部２６は、アレイアンテナ２１が有する複数のアンテナ素子２２のそれぞれにおいて受信したＯＡＭ波の位相に基づいて、アレイアンテナ１３からの電波放射方向のズレの角度を求め、求められた角度に基づいてアレイアンテナ１３の垂直方向の向きの調整とアレイアンテナ１３の水平方向の向きの調整とを個別に行う。【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ調整方法及び通信システムに関する。

無線通信において、ＯＡＭ（Orbital Angular Momentum：軌道運動量）波を使用して、同じ周波数や偏波に加えて多重を行うことにより、通信容量を増加できると期待されている（例えば、非特許文献１、２参照）。ＯＡＭ波は、軌道運動量を持つ電波である。この電波は進行方向に対して螺旋状に同位相となる。この螺旋状に位相が回転する数に応じてＯＡＭモードが異なる。ＯＡＭモードＬ１が１回転するのに対し、ＯＡＭモードＬ２は倍の２回転となる。同様にＯＡＭモードＬ３は３倍の回転数、…である。これら複数のＯＡＭモードに対しそれぞれ別々の無線信号が通信できる。さらに、このような特徴を持つＯＡＭ波はＶ（垂直）／Ｈ（水平）偏波や周波数チャネルなどと組合せて多重することもできる。

ＯＡＭ波を無線通信に利用するためには、切り込みがあるパラボラアンテナや段差を設けた誘電体に電波を透過させることもある。或いはＯＡＭ波を複数のパッチアンテナを円周上に配置し、アンテナ素子毎に所定の位相設定をすることによりＯＡＭ波を送受信するケースもある。

Fabio Spinello，Elettra Mari，Matteo Oldoni，Roberto A. Ravanelli，Carlo G. Someda，Fabrizio Tamburini，Filippo Romanato，Piero Coassini，Giuseppe Parisi，"Experimental near field OAM-based communication with circular patch array"，［online]，2015年7月24日，［2016年5月25日検索］，<URL：http://arxiv.org/abs/1507.06889> Zhang Y，Feng W and Ge N，"On the Restriction of Utilizing Orbital Angular Momentum in Radio Communications"，Proc. VIII International Conference on Communications and Networking in China (CHINACOM)，［online]，2013年4月20日，p.271-275，［2016年6月8日検索］，<URL：https://www.computer.org/csdl/proceedings/chinacom/2013/9999/00/06694604.pdf>

送信方向に同位相が螺旋状に変化するＯＡＭ波を用いた無線通信を実現するためには、送受信間において送受信の軸の方向（送受信方向）を的確に調整する必要がある。例え僅かな軸ズレであっても、送信側の通信装置と受信側の通信装置との間で螺旋状の位相変化に違いが生じる。この軸ズレの影響により、ＯＡＭ波の多重（例えばＯＡＭモードＬ１とＬ２など）の識別が困難となる場合がある。

上記事情に鑑み、本発明は、ＯＡＭ波の送受信方向を調整することができるアンテナ調整方法及び通信システムを提供することを目的としている。

本発明の一態様は、第一通信装置と第二通信装置とを有する通信システムにおけるアンテナ調整方法であって、前記第一通信装置の第一アンテナが、ＯＡＭ（Orbital Angular Momentum）波を送信する送信ステップと、前記第二通信装置の第二アンテナが、前記ＯＡＭ波を受信する受信ステップと、前記第二通信装置の制御部が、前記第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれにおいて受信した前記ＯＡＭ波の位相に基づいて、前記第一アンテナからの電波放射方向のズレの角度を求め、求められた前記角度に基づいて前記第一アンテナの垂直方向の向きの調整と前記第一アンテナの水平方向の向きの調整とを個別に行う制御ステップと、を有する。

本発明の一態様は、上述のアンテナ調整方法であって、前記制御ステップにおいては、前記第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれにおいて受信した前記ＯＡＭ波の位相と、前記第一アンテナからの電波放射方向にズレがあるときに前記第一アンテナから送信された信号を前記第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれが受信したときの位相変化の特性とに基づいて、前記第一アンテナからの電波放射方向の垂直方向又は水平方向のズレの角度を求める。

本発明の一態様は、上述のアンテナ調整方法であって、前記制御部が、前記第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれにおいて受信した前記ＯＡＭ波の位相に基づいて、水平方向又は垂直方向の調整が必要か否かを判断する判断ステップをさらに有し、前記制御ステップにおいては、前記判断ステップにより垂直方向の調整が必要と判断された場合に前記第一アンテナの垂直方向の回転の調整を行い、前記判断ステップにより水平方向の調整が必要と判断された場合に前記第一アンテナの水平方向の回転の調整を行う。

本発明の一態様は、上述のアンテナ調整方法であって、前記制御部が、前記第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれにおいて受信した前記ＯＡＭ波の位相に基づいて、前記第一アンテナの水平方向又は垂直方向の一方を回転させた前後において、他方の方向の位相の変化があるか否かを判断する判断ステップをさらに有し、前記制御ステップにおいては、前記判断ステップにより水平方向の位相変化があると判断された場合に前記第一アンテナの垂直方向の回転の調整を行い、前記判断ステップにより垂直方向の位相変化があると判断された場合に前記第一アンテナの水平方向の回転の調整を行う。

本発明の一態様は、上述のアンテナ調整方法であって、前記制御ステップにおいては、前記第一通信装置の可動部が、求められた前記角度に基づいて、前記第一アンテナの向きを水平方向又は垂直方向に回転させる。

本発明の一態様は、上述のアンテナ調整方法であって、前記第一通信装置は、複数のアンテナ素子が三次元に配された三次元アレイを有し、前記第一アンテナは、前記三次元アレイが有する前記アンテナ素子から選択されたアンテナ素子により構成され、前記制御ステップにおいては、前記第一通信装置の選択部が、求められた前記角度に基づいて、前記三次元アレイが有する前記アンテナ素子から前記第一アンテナとして用いるアンテナ素子を選択する。

本発明の一態様は、第一通信装置と第二通信装置とを有する通信システムであって、前記第一通信装置は、ＯＡＭ（Orbital Angular Momentum）波を送信する第一アンテナを備え、前記第二通信装置は、前記ＯＡＭ波を受信する第二アンテナと、前記第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれにおいて受信した前記ＯＡＭ波の位相に基づいて、前記第一アンテナからの電波放射方向のズレの角度を求め、求められた前記角度に基づいて前記第一アンテナの垂直方向の向きの調整と前記第一アンテナの水平方向の向きの調整とを個別に行う制御部とを備える。

本発明の一態様は、上述の通信システムであって、前記制御部は、前記第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれにおいて受信した前記ＯＡＭ波の位相と、前記第一アンテナからの電波放射方向にズレがあるときに前記第一アンテナから送信された信号を前記アンテナ素子が受信したときの位相変化の特性とに基づいて、前記第一アンテナからの電波放射方向の垂直方向又は水平方向のズレの角度を求める。

本発明により、ＯＡＭ波の送受信方向を調整することが可能となる。

本発明の第１の実施形態による通信システムの構成図である。 モードＬ１のＯＡＭ波の特徴と生成を示す図である。 モードＬ２のＯＡＭ波の特徴と生成を示す図である。 モードＬ−１のＯＡＭ波の特徴と生成を示す図である。 送信側がＺ軸回転した状態を示す図である。 図５に示すＺ軸回転による軸ズレの影響を示す図である。 モードＬ１がＬ２に誤認される場合の軸ズレの状態を示す図である。 送信側のアレイアンテナのＺ軸回転による軸ズレが受信側の平面上で平行移動したときの位相変化を示す図である。 第１の実施形態による可動部の構成例を示す図である。 同実施形態による可動部の他の構成例を示す図である。 同実施形態による三次元アレイからのサブアレイ選択によるアレイアンテナの２軸回転を説明する図である。 同実施形態による三次元アレイからアレイを選択したときのアンテナ素子間隔を示す図である。 同実施形態による三次元アレイからアレイを選択したときのアンテナ素子間隔を示す図である。 同実施形態による三次元アレイからアレイを選択したときのアンテナ素子間隔を示す図である。 同実施形態による三次元アレイからアレイを選択したときのアンテナ素子間隔を示す図である。 第２の実施形態による送信側におけるＺ軸回転を示す図である。 同実施形態による送信側におけるＸ軸回転を示す図である。 同実施形態による通信システムにおける、軸回転による方向調整の動作フローを示す図である。 同実施形態による送信回転ズレがある場合の各アンテナ位置における位相を示す図である。 同実施形態による送信回転ズレがある場合の各受信アンテナ位置における位相変化の特徴を示す位相特性グラフである。 図２０の位相特性グラフが示す位相変化の特徴を求めるための系を示す図である。 同実施形態による通信システムにおける動作サブフローを示す図である。 同実施形態による送信回転の軸ズレがある場合の各受信アンテナ位置における位相変化の特徴を示す位相特性グラフである。 同実施形態による通信システムにおける動作サブフローを示す図である。 同実施形態による通信システムにおける軸回転による方向調整の他の動作フローを示す図である。 同実施形態による受信側の受信位置を示す図である。 同実施形態による送信側がＺ軸回転したときの受信側の位相変化のグラフを示す図である。 同実施形態によるＹ軸回転を使用したＸ軸上へのアンテナ素子の位置の移動を示す図である。 第３の実施形態による送信側と受信側において順に方向ズレ調整する状況を示す図である。 同実施形態による通信システムにおける、送受信両方の方向ズレ調整の動作フローを示す図である。 第４の実施形態による通信システムの構成図である。 同実施形態による通信システムの他の構成図である。 通信に用いる電波の種類、軸調整に用いる方法、及び、共有する構成部分の組合せの表を示す図である。 第５の実施形態による通信システムの構成図である。 同実施形態による他の無線信号とＯＡＭ試験信号の切替えにおける通信システムの動作フローを示す図である。間動作フローを示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態による通信システム１の構成図である。同図では、ＯＡＭ（Orbital Angular Momentum：軌道運動量）波の送受信アレイアンテナの方向調整に関わる構成を抽出して示している。同図に示す通信システム１は、通信装置１０及び通信装置２０を備える。以下では、ＯＡＭ波の送信を行う通信装置１０又は通信装置２０を「送信側」、ＯＡＭ波の受信を行う通信装置１０又は通信装置２０を「受信側」とも記載する。以下では、送信側が通信装置１０であり、受信側が通信装置２０である場合を例に説明する。また、以下では、送信側からの電波の放射方向をＹ軸、Ｙ軸に直交する水平方向をＸ軸、垂直方向をＺ軸とする。

通信装置１０は、信号発生部１１、位相調整部１２、アレイアンテナ１３、軸ズレ推定・制御部１５、可動部１６及び制御無線部１７を備える。例えば、通信装置１０は、信号発生部１１、位相調整部１２及びアレイアンテナ１３を備える既存の通信装置に、軸ズレ推定・制御部１５、可動部１６及び制御無線部１７を追加することにより実現することができる。一方、通信装置２０は、アレイアンテナ２１、位相調整部２３、信号復調部２４、位相測定部２５、軸ズレ推定・制御部２６、可動部２７及び制御無線部２８を備える。例えば、通信装置２０は、アレイアンテナ２１、位相調整部２３及び信号復調部２４を備える既存の通信装置に、位相測定部２５、軸ズレ推定・制御部２６、可動部２７及び制御無線部２８を追加して実現することができる。

各装置が送受信において共用する機能部は、通信装置１０では位相調整部１２、アレイアンテナ１３、軸ズレ推定・制御部１５、可動部１６及び制御無線部１７であり、通信装置２０ではアレイアンテナ２１、位相調整部２３、軸ズレ推定・制御部２６、可動部２７及び制御無線部２８である。つまり、通信装置１０が受信側である場合には、位相調整部１２、アレイアンテナ１３、軸ズレ推定・制御部１５、可動部１６及び制御無線部１７のそれぞれが、受信側の通信装置２０の位相調整部２３、アレイアンテナ２１、軸ズレ推定・制御部２６、可動部２７及び制御無線部２８と同様の動作を行う。通信装置２０が送信側である場合には、位相調整部２３、アレイアンテナ２１、軸ズレ推定・制御部２６、可動部２７及び制御無線部２８のそれぞれが、送信側の通信装置１０の位相調整部１２、アレイアンテナ１３、軸ズレ推定・制御部１５、可動部１６及び制御無線部１７と同様の動作を行う。なお、同図においては、通信装置１０には、受信で必要な信号復調部２４及び位相測定部２５の記載を省略しており、通信装置２０には、送信に必要な信号発生部１１の記載を省略している。以下に、通信側の通信装置１０及び受信側の通信装置２０それぞれの構成を述べる。

＜送信側の構成＞
信号発生部１１は、無線通信に用いる送信信号を発生する機能を持ち、必要があれば送信信号の変調も行う。位相調整部１２は、信号発生部１１が発生させた送信信号に対して、アレイアンテナ１３の各アンテナ素子１４に応じて異なる所定の位相を加える。アレイアンテナ１３は、送信用のアレイアンテナであり、複数のアンテナ素子１４を有する。同図では、アレイアンテナ１３が、８素子のアレイアンテナであり、８個のアンテナ素子１４を備える例を示している。この各アンテナ素子１４への入力信号それぞれは、位相調整部１２により位相調整される。アレイアンテナ１３は、これら位相調整された送信信号をＯＡＭ波として送出する。

軸ズレ推定・制御部１５は、受信側から通知された軸ズレに関する情報に基づいて、アレイアンテナ１３の送信方向を変更するよう可動部１６を制御する。軸ズレとは、送信軸と受信軸のズレ（差分）である。送信軸は送信側が信号を送信する方向であり、受信軸は受信側が信号を受信する方向である。また、軸ズレ推定・制御部１５は、自装置が受信側であるときに、受信信号から得た位相などの情報を基にして、送信側のアレイアンテナの回転による軸ズレを推定する。軸ズレ推定・制御部１５は、受信側で推定された軸ズレに関する情報を送信側のアレイアンテナを回転させるよう指示するため、制御無線部１７へ関連情報通信の指示をする。

可動部１６は、送信用のアレイアンテナ１３の送信方向を２軸回転により変えるための機構を有する。可動部１６は、この時、アレイアンテナ１３に対しＺ軸回転とＸ軸回転の２軸回転によりを行い、アンテナの送信方向を変更する。

制御無線部１７は、制御無線により通信装置１０と通信装置２０との間の通信を行う。制御無線は、ＯＡＭ波の通信とは別の無線である。制御無線部１７は、この制御無線により、通信装置２０との間で制御通信を行う。制御無線部１７は、受信側の通信装置２０が得た軸ズレの調整に関する情報を送受信する。この制御無線を用いて、送信側回転の調整開始・完了、送信側回転軸と回転の調整量を送受信間で通知・確認する。また、実施形態に応じた必要な通信として、例えば送受信の入替え調整、受信信号の電界強度による粗調整とＯＡＭ波の位相による微調整の開始・完了なども制御無線により送受信間で通知・確認する。

なお、図１では無線通信により制御通信を行う場合を示しているが、通信装置１０と通信装置２０が関係情報をやり取りできれば有線通信を行ってもよい。この場合には、通信装置１０は、制御無線部１７に代えて、通信装置２０と有線により通信する「制御通信部」を備える。

＜受信側の構成＞
アレイアンテナ２１は、受信用のアレイアンテナであり、複数のアンテナ素子２２を備える。アレイアンテナ２１は、送信用のアレイアンテナ１３から送信されたＯＡＭ波を受信する。同図では、アレイアンテナ２１が、送信用のアレイアンテナ１３と同じ８素子のアレイアンテナである例を示している。ただし、必ずしも受信用のアレイアンテナ２１の素子数を、送信用のアレイアンテナ１３の素子数と同じにする必要はない。アレイアンテナ２１が無線により受信した受信信号は位相調整部２３に渡される。

位相調整部２３は、送信側に対応して、各アンテナ素子２２それぞれが受信した信号に位相を加える調整を行う。位相調整部２３は、位相調整後の受信信号を信号復調部２４へ受け渡す。位相調整部２３は、送信側のアレイアンテナ１３の素子数と受信側のアレイアンテナ２１の素子数とが異なる場合、送信側のアレイアンテナ１３のアンテナ素子１４と位相調整に対応して、受信側のアレイアンテナ２１が備えるアンテナ素子２２の素子数や配置を考慮し、受信信号の位相調整を行う。信号復調部２４は、位相調整された受信信号を受け、送信側で施された変調に応じた復調を行い、通信情報を出力する。

位相測定部２５は、受信用のアレイアンテナ２１の全てのアンテナ素子２２それぞれにおいて受信した信号を受け、これら信号の位相を測定する。位相測定部２５は、測定された位相の情報を、軸ズレ推定・制御部２６へ渡す。

軸ズレ推定・制御部２６は、位相測定部２５から渡された位相情報に基づいて送信用のアレイアンテナ１３の回転による軸ズレを推定する。軸ズレ推定・制御部２６は、この推定した軸ズレの情報について制御無線を介して送信側と通信し、可動部１６を制御するよう指示する。

可動部２７は、軸ズレ推定・制御部２６からの指示に従ってアレイアンテナ２１を２軸回転させ、軸ズレを補正する機構を有する。

制御無線部２８は、軸ズレ推定・制御部２６が推定した軸ズレに基づいて送信用のアレイアンテナ１３を２軸回転させるための指示などの関係情報を、送信側の通信装置１０との間で制御無線により通信する。この制御無線を用いて、送信側回転の調整開始・完了、送信側回転軸と回転の調整量を送受信間で通知・確認する。また、実施形態に応じ、送受信の入替え調整、受信信号の電界強度による粗調整とＯＡＭ波による微調整の開始・完了なども、制御無線により送受信間で通知・確認する。

なお、通信装置２０は必ずしも無線でなくても有線により送受信間の制御通信を行ってもよい。この場合、通信装置２０は、制御無線部２８に代えて有線で通信装置１０と通信する制御通信部を備える。

図２〜図４は、ＯＡＭ波の特徴と生成を示す図である。ＯＡＭ波は、位相が螺旋状に変化する電波である。図２〜図４では、送信側の通信装置１０が、送信用のアレイアンテナ１３を用いてＯＡＭ波を送信し、受信側の通信装置２０が、その送信されたＯＡＭ波を、送信用のアレイアンテナ１３と同様の受信用のアレイアンテナ２１を用いて受信する。アレイアンテナ１３の各アンテナ素子１４への入力信号には位相がそれぞれ設定される。位相の設定により、ＯＡＭ波のモードＬを変更できる。

図２は、モードＬ１のＯＡＭ波の特徴と生成を示す。モードＬ１では、アレイアンテナ１３の全アンテナ素子１４を１周して位相が２π（つまり３６０［°］）となるように各アンテナ素子１４に対する位相が設定される。例えば、同図に示すように１周が８素子の場合、隣り合うアンテナ素子１４間の位相の変化をπ／４（４５［°］）とする。

図３は、モードＬ２のＯＡＭ波の特徴と生成を示す。モードＬ２では、アレイアンテナ１３の全アンテナ素子１４を１周して、位相が４π（つまり７２０［°］）となるように各アンテナ素子１４に対する位相が設定される。１周が８素子の場合には、隣接するアンテナ素子１４間では位相がπ／２（９０［°］）となる。モードＬ２では、モードＬ１の螺旋に比べて２倍の回転となる。

図４は、モードＬ−１のＯＡＭ波の特徴と生成を示す。モードＬ−１では、アレイアンテナ１３の全アンテナ素子１４を１周して、位相が−２π（−３６０［°］）になるように各アンテナ素子１４に対する位相が設定される。１周が８素子の場合、隣接するアンテナ素子１４間では位相が−π／４（−４５［°］）となる。このモードＬ−１は、モードＬ１での螺旋の回転に対して逆転の螺旋となる。

さらに、モードＬ３、Ｌ４、Ｌ５、…の場合、アレイアンテナ１３の全アンテナ素子１４による１周で設定される位相が６π、８π、１０π、…（１０８０［°］、１４４０［°］、１８００［°］、…）である。上記と同様に１周が８素子の場合には、モードＬ３、Ｌ４、Ｌ５、…のとき、隣接するアンテナ素子１４間の位相は、３π／４、π、５π／４、…（１３５［°］、１８０［°］、２２５［°］、…）となる。また、モードＬ−２、Ｌ−３、Ｌ−４、…の場合、アレイアンテナ１３の全アンテナ素子１４による１周で設定される位相は、−４π、−６π、−８π、…（−７２０［°］、−１０８０［°］、−１４４０［°］、…）である。上記と同様に１周が８素子の場合には、モードＬ−２、Ｌ−３、Ｌ−４、…のとき、隣接するアンテナ素子１４間の位相は、−π／２、−３π／４、−π、…（−９０［°］、−１３５［°］、−１８０［°］、…）となる。

受信側のアレイアンテナ２１のアンテナ素子２２が受信した信号は、位相調整部２３により、上述したＯＡＭモードに応じた位相、つまり送信側のアンテナ素子１４に対応した位相調整が施される。

図２〜図４に示すように、送信側のアレイアンテナ１３および受信側のアレイアンテナ２１が８素子の場合、モードＬ１のとき、受信側の調整位相は、送信側の調整位相０［°］、４５［°］、９０［°］、…、３１５［°］に対応して、３１５［°］、２７０［°］、２２５［°］、…、０［°］となる。また、モードＬ２の場合、受信側の調整位相は、送信側の調整位相０［°］、９０［°］、１８０［°］、…、６３０［°］に対応して、６３０［°］、５４０［°］、４５０［°］、…、０［°］となる。さらに、モードＬ−１のとき、受信側の調整位相は、送信側の調整位相０［°］、３１５［°］（−４５［°］）、２７０［°］（−９０［°］）、…、４５［°］（−３１５［°］）に対応して、４５［°］（−３１５［°］）、９０［°］（−２７０［°］）、１３５［°］（−２２５［°］）、…、０［°］となる。

ここで、図５及び図６を用いて軸回転の軸ズレの影響を説明する。
図５は、送信側がＺ軸回転した状態を示す図である。図６は、図５に示すＺ軸回転による軸ズレの影響を示す図である。図５からは、次の様な点が分かる。

（１）送信側が軸回転した場合、受信側のアレイアンテナ２１があるＸ−Ｚ平面に平行な垂直平面（以下、受信側の平面と記載する）において、送信側のアレイアンテナ１３の送信軸（Ｙ軸方向）が到達する位置の点Ｐは、受信側のアレイアンテナ２１の中心位置から平行移動している。
（２）送信側のアレイアンテナ１３の送信軸（Ｙ軸方向）と受信側のアレイアンテナ２１の受信軸は方向が違うため、これら送受信の両軸が不一致の状態にある。

なお、送信側のアレイアンテナ１３の回転に対する軸ズレの影響による厳密な考察による受信側で得られる位相の計算は、第２の実施形態（図１９〜図２１、図２３）で後述する。送信側のアレイアンテナ１３が回転することにより、受信側において軸の平行移動、送受信間の距離の伸張、受信方向の変化がある。送受信間の距離Ｄがアレイアンテナの開口径（半径ｒｏ）に比べ十分に長く（Ｄ≫ｒｏ）、かつ、送信側のアレイアンテナ１３の回転の角度αが数度以内の範囲（α＜５°）である場合、受信側においては平行移動が主に位相を変化させる要因となる。この第１の実施形態では送信側の回転が受信側の位相を変化させる事を大まかに捉え検討する。

図６を参照して、図５に示すように受信側が平行移動した状態の場合に、平行移動した軸ズレの影響を説明する。なお、アレイアンテナ２１が備える８個のアンテナ素子２２をそれぞれ、アンテナ素子ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈとしている。図６では、受信側の平面において、各アンテナ素子ａ〜ｈの位置と平行移動する位置にある送信軸が垂直面と交差する点Ｐを中心として、ＯＡＭモードＬ１の時に想定される各位相の配置を示す。また、同図の下側に示す表には、図６の上側の図のような軸ズレがあるときの受信側の各アンテナ素子ａ〜ｈおよびＯＡＭモードＬ１の位相配置から得られる各アンテナ素子ａ〜ｈの位相をまとめた。この図６の下側に示す表には、ＯＡＭモードＬ１において、軸ズレのない場合の本来の各アンテナ素子ａ〜ｈそれぞれの位相値を、各アンテナ素子ａ〜ｈの欄のカッコ内に示している。

同図の表の位相欄に示すように、送信側が回転する軸ズレの影響で、各アンテナ素子ａ〜ｈの位相は、軸ズレがないときの本来の位相値とは異なることが分かる。しかも同図の表を詳細に見ると、ＯＡＭモードＬ１で受信側のＸ軸のプラス方向を位相０［°］と仮定した時でも、アンテナ素子ａの位相は６［°］、アンテナ素子ｂの位相は１８［°］、…、アンテナ素子ｈの位相は３５４［°］である。つまり、図５に示す軸ズレの状態で全てのアンテナ素子の位相は０〜３０［°］、３３０〜３６０［°］の範囲に偏っている。従って、ＯＡＭモードＬ１による送信における（当然、他のＯＡＭモードＬ−１、Ｌ２、…などの送信においても）受信が上手くできない。

また、図７及び図８を用いて、ＯＡＭの送信モードＬ１とＬ２が誤認される場合について説明する。
図７は、モードＬ１がモードＬ２に誤認される場合の軸ズレの状態を示す図である。同図では、受信側の各アンテナ素子の位置と、送信軸が受信側の平面と交差した点Ｐを中心としたＯＡＭモードＬ１の位相配置を示す。先の図６に示した例と比較すると、図７では送信アンテナがＺ軸回転する軸ズレによって、受信側の平面上で受信側のアレイアンテナ２１が平行移動する移動量が少ない。

先の図６と同様に、図７の下側の表は、図７の上側に示す軸ズレが生じたときに、各アンテナ素子ａ〜ｈで得られる位相を示す。アンテナ素子ａの位相は５５［°］、アンテナ素子ｂの位相は１０７［°］、…、アンテナ素子ｈの位相は３０５［°］である。

またこの表には、各アンテナ素子との軸ズレがない場合にＯＡＭモードＬ１の送信により受信側で得られると想定される位相値を、アンテナ素子の欄の括弧内に示す。軸ズレがない時に、アンテナ素子ａの位相は２２．５［°］、アンテナ素子ｂの位相は６７．５［°］、…、アンテナ素子ｈの位相は３３７．５［°］である。

さらにこの表には、各アンテナ素子との軸ズレがない場合にＯＡＭモードＬ２の送信により受信側で得られると想定される位相値を、（Ｌ２）の欄に示す。ＯＡＭモードＬ２では、アンテナ素子ａの位相は４５［°］、アンテナ素子ｂの位相は１３５［°］、…、アンテナ素子ｈの位相は３１５［°］である。

この図７の表において、破線で囲まれている半数のアンテナ素子２２においては、軸ズレがある場合の位相の値が、ＯＡＭモードＬ１で送信した時に想定される位相値よりも、ＯＡＭモードＬ２で送信した時に想定される位相値に近い。従って、それらアンテナ素子から得られる受信信号からはＯＡＭモードを誤認する恐れがある。つまり、図７の一部素子でモードＬ１がモードＬ２に誤認される。

図８は、送信側のアレイアンテナ１３のＺ軸回転による軸ズレを受信側の平面上での平行移動に近似したときの位相変化を示す図である。この図８は、図６や図７で説明した８素子の例以外について、ＯＡＭモードを誤認するような影響について説明する。図８は、任意の数のアンテナ素子２２に対して、横軸を図７に示す点Ｐを中心とした素子位置の方向（０〜３６０[°]）とし、縦軸を送信側の軸回転による軸ズレにより影響を受けて変化した位相[°］とするグラフを示す。図８のグラフの横軸の値は、ＯＡＭモードＬ１の場合に軸ズレがない本来の位相に等しくなる。

符号Ｇ１は、軸回転による軸ズレにより影響を受けて変化した位相［°］を示す。また参考に、符号Ｇ２は、軸ズレがない時のＯＡＭモードＬ１の位相変化を示し、符号Ｇ３は、軸ズレがない時のＯＡＭモードＬ２の位相変化を示す。符号Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３のそれぞれの線上において実線でプロットされた点は、各アンテナ素子２２で得られる位相値を示す。プロットされた点の数から分かるように、この例におけるアンテナ素子の数は１０個である。同図によれば、符号Ｇ４、Ｇ５に示す範囲内にあるこの１０個のアンテナ素子の半数以上の６素子において、軸ズレのために位相値が、本来のＯＡＭモードＬ１の位相値よりもＯＡＭモードＬ２の位相値に近い値になっていることが分かる。また、符号Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３のそれぞれの線上において点線でプロットされた点は、８素子の場合の位相を示す。

上記では、Ｚ軸回転の軸ズレについて示したが、Ｘ軸回転の軸ズレについても同様の問題が生じる。以下では、このようにＯＡＭ波を使用する無線通信において課題となる送信側でのＺ軸回転およびＸ軸回転による軸ズレを調整するために必要な機構及び調整法を説明する。

図９は、位置ズレ・方向ズレを調整する可動部１６の構成例を示す図である。同図に示す構成例の可動部１６は、２軸（Ｘ軸、Ｚ軸）を中心としてアレイアンテナ１３を回転させる機能がある。Ｚ軸は垂直軸、Ｙ軸は電波の放射方向、Ｘ軸はＺ軸及びＹ軸に垂直な水平軸である。同図では、８素子のアンテナ素子１４を円状に配置したアレイアンテナ１３を例に挙げている。アレイアンテナ１３の板３１は、複数の背面支持部３２により、背面板及び外枠３３に接続される。同図は、各背面支持部３２の設置位置は、四角のアレイアンテナ１３を支える板３１の左右上下の４辺それぞれの中央から中心に移動した位置である。

同図に示す可動部１６の軸回転は、左側の吹き出し内に示すように、複数ある背面支持部３２を伸縮させることにより実現される。この吹き出しに示した左右の２つの背面支持部３２のうち、片方が伸張し、他方が収縮することで、Ｚ軸を中心とする回転（垂直軸回転）が実現される。吹き出し内の下側は上面図であり、アレイアンテナ１３を取り付ける板３１をＺ軸で回転させている（垂直軸回転の）様子が分かる。このＺ軸の回転に伴い、電波の放射方向がＹ軸から左右に方向を変えている。以上のような垂直軸回転に加えて、Ｘ軸を中心とする回転（水平軸回転）には、上下に位置する２つの背面支持部３２の伸縮を利用する。上下の背面支持部３２の伸縮により、上述した左右の背面支持部でＺ軸回転させたのと同様に、Ｘ軸を中心とする回転（水平軸回転）が実現される。

なお、背面支持部３２の位置は、四角のアレイアンテナ１３を支える板３１の左右上下の４辺それぞれの中央付近とは限らない。例えば、四角の４隅を背面支持部３２の位置としてもよい。この場合は、Ｘ軸回転とＺ軸回転のための背面支持部３２の伸縮は、上述したように背面支持部３２の設置位置を、四角の板３１の四辺の中央から中心に寄った位置とした場合とは多少異なる。例えば、Ｚ軸回転では、右側の辺の上下の隅にある２組の背面支持部３２に同時に同じ伸縮をさせ、左側の辺の上下の隅にある２組の背面支持部３２に同時に逆の伸縮をさせる。

図１０は、方向ズレを調整する可動部１６の他の構成例を示す図である。同図に示す構成の可動部１６は、先の図９と同様に、２軸で回転する機能がある。この図でも８素子のアンテナ素子１４を円状に配置したアレイアンテナ１３を、取付け板４０に取り付けている。同図においても図９と同様に、Ｚ軸は垂直軸、Ｙ軸は電波の放射方向、Ｘ軸はＺ軸及びＹ軸に垂直な水平軸である。Ｘ軸を中心とする回転（水平軸回転）を行うために、アレイアンテナ１３の取付け板４０を支持している左右のアーム４４それぞれに、Ｘ軸回転する回転部４５、４６が備えられている。回転部４５、４６は、曲線矢印に示すように、前後に同じ方向に回転することによりＸ軸回転が実現される。

また、Ｚ軸を中心とする回転（垂直軸回転）は、底面板４１の上に立てられた支柱４２を含めて、底面板４１よりも上部の全ての部分がＺ軸で回転できる回転部４７により実現される。回転部４７は、曲線矢印に示すようにＺ軸回転する。その支柱４２には、アレイアンテナ１３の取付け板４０を支持し、左右に伸びるアーム４４が取り付けられる。従って、アーム４４とアレイアンテナ１３の取付け板４０もＺ軸で回転するので、上述したＸ軸の回転と併せ、２軸でアレイアンテナを回転できる。

さらに、図１０に示す構成の可動部１６は、Ｙ軸で回転させる機構も追加して実現できる。左右に伸びるアーム４４は、破線の矢印で示すようにアレイアンテナ１３をＹ軸中心に回転させる回転部４８により支柱４２に接続される。この回転部４８がＹ軸回転することにより、アンテナ素子１４の位置を変えて、後述する第２の実施形態の図２６に示すアレイアンテナの方向調整に役立てることができる。

図１１は、三次元アレイからのサブアレイ選択によるアレイアンテナ１３の２軸回転を説明する図である。同図では、多数のアンテナ素子１３２が並べられた三次元アレイ１３１から方向に応じたサブアレイを選択する。図１１（ａ）は、三次元アレイ１３１を示す図である。三次元アレイ１３１には、多数のアンテナ素子１３２が直方体の領域に三次元配置された大規模アレイである。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）と同じアンテナ素子１３２の配置の三次元アレイ１３１を、上から見た図である。

図１１（ａ）及び図１１（ｂ）では、三次元アレイ１３１の直方体の領域内で、２つの平面のサブアレイＳＡ１、ＳＡ２を選択している。サブアレイＳＡ１、ＳＡ２は、サブアレイ範囲として選択された２つの平面のサブアレイを示す。同図では、これらサブアレイＳＡ１、ＳＡ２において利用されるアンテナ素子１３２を、サブアレイ範囲内に円状に配置される８素子である場合としている。サブアレイＳＡ１、ＳＡ２において利用されるアンテナ素子１３２を、網掛けにより示している。

図１１（ｂ）に示す、これら２つの選択されたサブアレイＳＡ１、ＳＡ２を上から見た図面によれば、各サブアレイＳＡ１、ＳＡ２の送信軸は異なっている。回転前のサブアレイＳＡ１の送信軸をＢ１とすると、回転実施形態のサブアレイＳＡ２の送信軸はＢ２となる。図１１に示すように、三次元アレイ１３１内に三次元に配置される多数のアンテナ素子１３２から複数個のアンテナ素子を適切に選択したサブアレイにより、またこのサブアレイからアンテナ素子１３２を選び直して別のサブアレイとすることにより、送信軸を回転させる操作が実現できる。

なお、この図１１のようなサブアレイの選択を採用する場合は、図１に示す通信装置１０は、可動部１６に代えて、三次元アレイ１３１からサブアレイを選択する「サブアレイ選択機能部」を備える。この三次元アレイ１３１からのサブアレイの選択では、電波を放射する方向の前後に、選択されないアンテナ素子１３２が幾つも配置される状況が考えられる。これらのアンテナ素子との間でカップリングの効果がどのように影響するかについて説明を補足する。

図１２〜図１５を用いて、三次元アレイから異なるアレイを選択したときのアンテナ素子間隔を比較する。図１２〜図１５では、それぞれ三次元アレイから選択されたアレイが異なっている。図１２はアンテナ素子間隔小で正面方向の選択を、図１３はアンテナ素子間隔小で斜め方向の選択を、図１４はアンテナ素子間隔大で正面方向の選択を、図１５はアンテナ素子間隔大で斜め方向の選択を示す。

図１２（ａ）、図１３（ａ）、図１４（ａ）、図１５（ａ）は、三次元アレイから選択されたアレイの位置を示す。これらの図に示す三次元アレイは、二次元の平面上に８素子のアンテナ素子を円周上に配置し、この二次元平面アレイを４層重ねた構成である。この三次元アレイを構成するアンテナ素子は、アンテナ長λ／４（λは波長）のダイポールアンテナである。４層の各二次元平面アレイにおいてアンテナ素子が配置された円周の直径を４λとし、層間の素子間隔を図１２及び図１３では小さく（波長より短く（素子間隔＜λ））、図１４及び図１５では間隔を大きく（波長とほぼ同程度（素子間隔≒λ））する。なお、アンテナ素子１４１は、選択されたアレイに含まれないアンテナ素子であり、アンテナ素子１４２は、選択されたアレイに含まれるアンテナ素子である。そして、図１２（ｂ）、図１３（ｂ）、図１４（ｂ）、図１５（ｂ）はそれぞれ、選択されたアレイが図１２（ａ）、図１３（ａ）、図１４（ａ）、図１５（ａ）のアレイ位置であるときのそのアレイの放射パターンを示す。

図１２（ａ）及び図１４（ａ）では、三次元アレイから、二次元平面アレイで１層にある８個のアンテナ素子、具体的には、４層の二次元平面アレイにおける３層目の二次元平面にある８素子を全て選択している。この場合、図１２（ｂ）及び図１４（ｂ）に示すように、正面方向（Ｙ軸方向）の電界強度が高いメインローブが得られる。ただし、矢印で示すように、ＯＡＭ波は放射方向へ２つに分かれる。

これに対し、図１３（ａ）及び図１５（ａ）では、複数の層の二次元平面アレイからアンテナ素子を選択し、電波放射を斜め方向とする。この場合、図１３（ｂ）では、矢印で示すように、所望の方向にメインローブが傾く。また、図１５（ｂ）でも、メインローブを矢印Ｄ１の所望の方向に変更できる。しかし、矢印Ｄ２で示す別方向にも強いサイドローブが生じる。

図１２〜図１５においては、アンテナ素子間隔を変化させたシミュレーションを示したが、この他に例えばアンテナ素子の位置つまり放射方向の前後にあるアンテナ素子の位置を少し変え、前後方向でアンテナ素子を重複させない、すなわち位置を一致させないようにすることも考えられる。このようなシミュレーション解析から、例えば、図１３のようにアンテナ素子の間隔や配置を工夫することで、三次元アレイからのアンテナ素子選択によって送信軸を回転させる操作が実現できる。

なお、図９〜図１１では、軸ズレを調整するための可動部１６の機構の例を示したが、受信側における軸ズレを調整するための可動部２７の機構も、図９〜図１１と同様である。図１１に示すサブアレイの選択を採用する場合、図１に示す通信装置２０は、可動部２７に代えて、三次元アレイ１３１からサブアレイを選択するサブアレイ選択機能部を備える。

ここまで第１の実施形態では、ＯＡＭ波を送受信するアレイアンテナの方向調整に関して、方向調整の可動機構（図９、図１０）またはサブアレイの選択による方向調整の実現（図１１）を示した。この後、第２の実施形態以降では、方向調整の処理について説明する。

［第２の実施形態］
第２の実施形態では、送信側が水平回転と垂直回転を順に行うことにより受信方向を調整する方法について述べる。

図１６及び図１７を用いて、送信側における、垂直・水平軸回転によるアンテナ方向の調整を説明する。図１６及び図１７においては、送信側と受信側の双方とも、８素子を円状に配置したアレイアンテナを備える場合を例に挙げる。この図１６及び図１７では、垂直方向をＺ軸、水平の左右方向をＸ軸、送受信方向をＹ軸とする。

図１６は、送信側におけるＺ軸回転を示す図である。Ｚ軸を中心軸にして送信側のアレイアンテナ１３を回転（垂直軸回転）させると、受信側では送信軸が受信側のアレイアンテナ２１を含む平面と交差する点が左右に（Ｘ軸に平行な方向に）移動する。例えば、上方から下方へ（Ｚ軸のプラス側からマイナス側へ）見て時計回りに数度、Ｚ軸を中心に送信側のアレイアンテナ１３を回転させる（矢印Ｅ１の方向への回転）。この回転により、送信側のアレイアンテナ１３の向きが受信側における元の位置（符号Ｆ０の三重円）から右側（符号Ｆ１の三重円）へ移動する。逆に上方から見て反時計回りでＺ軸中心に送信側のアレイアンテナ１３を回転させる（矢印Ｅ２の方向への回転）。送信側のアレイアンテナ１３の向きは、受信側における元の位置（符号Ｆ０の三重円）から左側（符号Ｆ２の三重円）へ移動する。

図１７は、送信側におけるＸ軸回転を示す図である。Ｘ軸を中心軸にして送信側のアレイアンテナ１３を回転（水平軸回転）させると、受信側では送信軸が受信側のアレイアンテナ２１を含む平面と交差する点が上下に（Ｚ軸に平行な方向に）移動する。例えば、左側から右側へ（Ｘ軸のマイナスからプラス側へ）見て反時計回りへ数度のＸ軸回転（矢印Ｅ３の方向への回転）により、送信側のアレイアンテナ１３の向きが、受信側における元位置（符号Ｆ０の三重円）から下方（符号Ｆ３の三重円）へ変わる。逆に、送信側のアレイアンテナ１３を左から見て時計回り（矢印Ｅ４の方向への回転）にＸ軸回転すると、送信側のアレイアンテナ１３の向きは、受信側における元の位置（符号Ｆ０の三重円）から上方（符号Ｆ４の三重円）へ変わる。
これらＺ軸（垂直軸）及びＸ軸（水平軸）回転を順に調整することにより、送信側のアレイアンテナ１３の方向を、受信側のＸ−Ｚ平面の原点に合せる、つまり、Ｙ軸に一致させることができる。

図１８は、通信システム１における、軸回転による方向調整の動作フローを示す図である。この動作フローでは、送信側において送信側のアレイアンテナ１３の垂直と水平の軸（Ｚ軸とＸ軸）を回転させて送受信方向を調整する。また、この動作フローでは、Ｚ軸とＸ軸の回転で段階的に調整を行う。この調整において、本来の方向に送信軸が合っているか否かの確認については、後で詳細を示す位相変化の特徴を用いて判定する。

同図に示す動作フローは、大きく４つの段階からなる。この４つの段階には、「調整の必要確認」、「Ｚ軸回転の調整」、「Ｘ軸回転の調整」、「調整完了の確認」がある。

「調整の必要確認」段階では、まず、送受側と受信側が制御無線により、「送信側のＺ軸回転の調整開始」の通知と確認を行う。例えば、受信側の通信装置２０が送信側の通信装置１０に制御無線により「送信側のＺ軸回転の調整開始」を通知し、通信装置１０は、その制御無線を受信して「送信側のＺ軸回転の調整開始」を認識する。なお、通信装置１０から通信装置２０へ通知を行ってもよい。

同図に示す動作フローにおいては、「調整の必要確認」段階で、受信側の通信装置２０の軸ズレ推定・制御部２６は、「Ｚ軸回転の軸調整」段階に移行するために、Ｚ軸回転による調整が不要か否か（又は調整が終了したか否か）を判定する（ステップＳ１０５）。軸ズレ推定・制御部２６は、Ｚ軸回転の調整が必要と判定した場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）、次のステップＳ１１０へ移行する。受信側の軸ズレ推定・制御部２６は、Ｚ軸回転の全範囲内で確認したか否かを判定する（ステップＳ１１０）。

受信側の軸ズレ推定・制御部２６が、まだＺ軸回転の確認は全範囲分に達していないと判定した場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、次に通信システム１は、第２段階である「Ｚ軸回転の調整」段階に進み、Ｚ軸回転での調整を行う（ステップＳ１１５）。ステップＳ１１５のＺ軸回転での調整処理においては、送信側の通信装置１０のＺ軸回転角を変更する。具体的には、ステップＳ１１５のＺ軸回転の調整処理において、まず、受信側の通信装置２０の軸ズレ推定・制御部２６は、アレイアンテナ２１が有する複数のアンテナ素子２２のそれぞれにおいて受信したＯＡＭ波の位相に基づいて、送信側に指示するＺ軸回転の調整量を算出する。受信側の通信装置２０は、制御無線を用いて送信側の通信装置１０へ「送信側Ｚ軸回転の調整量」を通知指示する。送信側の軸ズレ推定・制御部１５は、受信側から受信した「送信側Ｚ軸回転の調整量」に基づいて、可動部１６を制御し、アレイアンテナ１３のＺ軸回転角を変更する。ステップＳ１１５のＺ軸回転での調整処理の後、通信システム１は、最初のステップＳ１０５に戻り、判定とＺ軸回転での調整（ステップＳ１０５〜ステップＳ１１５）を繰り返す。

受信側の通信装置２０の軸ズレ推定・制御部２６は、ステップＳ１０５においてＺ軸回転による調整が不要（又は終了）と判定した場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、Ｚ軸回転の調整（ステップＳ１０５〜ステップＳ１１５）が終了していると判断する。通信システム１は、第３段階の「Ｘ軸回転の調整」段階、及び、最後の段階の「調整完了の確認」を合せた動作段階に移行する。ただし、受信側の通信装置２０の軸ズレ推定・制御部２６は、ステップＳ１１０においてＺ軸回転を全範囲内で確認したと判定した場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、回転調整の未完了を表示し（ステップＳ１４０）、図１８の動作フロー処理を終了する。

「Ｘ軸回転の調整」段階に移行するときに、送受側と受信側が制御無線により、「送信側のＸ軸回転調整開始」の通知と確認を行う。例えば、受信側の通信装置２０が送信側の通信装置１０に制御無線により「送信側のＸ軸回転の調整開始」を通知し、通信装置１０は、その制御無線を受信して「送信側のＸ軸回転の調整開始」を認識する。なお、通信装置１０から通信装置２０へ通知を行ってもよい。受信側の通信装置２０の軸ズレ推定・制御部２６は、Ｘ軸回転による調整が不要（又は終了）か否かを判定する（ステップＳ１２０）。軸ズレ推定・制御部２６は、Ｘ軸回転による調整が必要と判定した場合（ステップＳ１２０：ＮＯ）、続いて、Ｘ軸回転を全範囲内で確認したか否かを判定する（ステップＳ１２５）。

受信側の軸ズレ推定・制御部２６は、まだＸ軸回転の確認は全範囲分に達していないと判定した場合（ステップＳ１２５：ＮＯ）、Ｘ軸回転での調整を行う（ステップＳ１３０）。ステップＳ１３０におけるＸ軸回転での調整処理では、送信側の通信装置１０のＸ軸回転角を変更する。このＸ軸回転の調整処理では、まず、受信側の通信装置２０の軸ズレ推定・制御部２６は、アレイアンテナ２１が有する複数のアンテナ素子２２のそれぞれにおいて受信したＯＡＭ波の位相に基づいて、送信側に指示するＸ軸回転の調整量を算出する。受信側の通信装置２０は、制御無線を使用して送信側の通信装置１０へ「送信側Ｘ軸回転の調整量」を通知指示する。送信側の軸ズレ推定・制御部１５は、受信側から受信した「送信側Ｘ軸回転の調整量」に基づいて、可動部１６を制御し、アレイアンテナ１３のＸ軸回転角を変更する。ステップＳ１３０のＸ軸回転での調整処理の後、通信システム１はステップＳ１２０に戻り、再度Ｘ軸回転での調整が不要か／否かの判定と、Ｘ軸回転での調整を繰り返す（ステップＳ１２０〜ステップＳ１３０）。

受信側の通信装置２０の軸ズレ推定・制御部２６が、ステップＳ１２０においてＺ軸回転による調整は不要（又は終了）と判定した場合（ステップＳ１２０：ＹＥＳ）、通信システム１は回転調整を完了する（ステップＳ１３５）。ステップＳ１３５では、制御無線を用いて、送受側と受信側が制御無線により、「送信側回転の調整完了」の通知と確認を行う。例えば、制御無線を用いて、受信側の通信装置２０から送信側の通信装置１０へ「送信側回転の調整完了」を通知する。送信側の通信装置１０は、この制御無線を受信し、「送信側回転の調整完了」を認識する。

なお、受信側の通信装置２０の軸ズレ推定・制御部２６は、Ｘ軸回転の調整途中で、全ての範囲のＸ軸回転を確認したと判定した場合（ステップＳ１２５：ＹＥＳ）、回転調整の未完了を表示し（ステップＳ１４０）、図１８の動作フローを終了する。ステップＳ１４０の処理においては、制御無線を用いて受信側から送信側へ「送信側の回転調整未完了」を通知する。

ここまでは、Ｚ軸とＸ軸の回転により段階的に送信側のアレイアンテナ１３の方向を調整する方法を挙げた。それぞれの回転による調整が不要か否かの判定は、軸の回転による位相変化の特徴に基づいて行われる。以下に、調整が必要かの判定に用いられる、軸回転による位相変化の特徴の幾つかの例と、その特徴を用いた調整の詳細な処理を説明する。

＜詳細な処理の例１＞
図１９は、送信回転ズレがある場合の各アンテナ位置における位相を示す図である。ここで、同図におけるパラメータ条件を定義する。送受信間（通信装置１０と通信装置２０の間）の距離をＤ[ｍ]とする。また、円周上に受信側の全てのアンテナ素子２２が配置されている円をＣ１とする。円Ｃ１の中心を点Ｒｏとし、送信側の全てのアンテナ素子１４が配置されている円の中心を点０とすると、距離Ｄは、点０と点Ｒｏの間の距離である。受信側のあるアンテナ素子２２の位置は、円Ｃ１における中心角θ_ｏと円Ｃ１の円周上に配置されるアンテナ素子２２の送信側からの広がりの角度β[°]により決まる。つまり、受信側のアンテナ素子２２が配置される円Ｃ１の半径はＤ・ｔａｎβにより求められる。

同図に示す受信側のアレイアンテナ２１の例では、円状に８素子のアンテナ素子２２を配置している。中心角θ_ｏ＝２２．５[°]、６７．５［°］、１１２．５［°］、…、３３７．５［°］のアンテナ素子２２をそれぞれ、アンテナ素子ａ、ｂ、ｃ、…、ｈとする。そして、ズレ回転角（軸ズレ回転角ともいう）α［°］だけ、送信側のアレイアンテナ１３がＺ軸回転している。この回転ズレによる位相の値（位相変化）をθ_１［°］とする。ＯＡＭモードＬ１の場合、回転ズレのない（本来の）位相を、ここでは簡単に検討できるよう仮に中心角θ_ｏと同じとして検討する。この仮定を同様に適用して、回転ズレの位相も軸ズレのある軸を中心として受信側のアンテナ素子２２の位置を見る中心角をθ_１とする。これにより軸ズレに伴う位相変化量Δθ（＝θ_１−θ_ｏ）となる。

なお、この図１９では円状に配置した素子数は８個であるが、例えば素子数が１０個である場合、１０個のアンテナ素子２２の中心角θ_ｏはそれぞれ、１８［°］、５４［°］、９０［°］、…、３４２［°］となる。また例えば、素子数が６個である場合、６個のアンテナ素子２２それぞれの中心角θ_ｏは、３０［°］、９０［°］、１５０［°］、…、３３０［°］となる。

また、ここではＯＡＭモードＬ１の場合を前提にして簡単な検討にしているが、仮にＯＡＭモードＬ２の場合なら、回転ズレのない（本来の）位相が中心角θ_ｏに対し２倍と考える必要がある。さらに別の仮定でＯＡＭモードＬ３の場合なら中心角θ_ｏに対し３倍と考え、或いは別の仮定でＯＡＭモードＬ−１の場合なら中心角θ_ｏに対し−１倍、つまりプラスマイナス（±）符号が反転すると考える。

図２０および図２３は、送信回転ズレがある場合の各受信アンテナ位置における位相変化の特徴を示す位相特性グラフである。以下では、図２０に示す位相特性グラフを位相特性グラフ（Ａ）と記載し、図２３に示す位相特性グラフを位相特性グラフ（Ｂ）と記載する。図２０と図２３では、先の図１９に示した条件において、一例としてズレ回転角αを−６〜６［°］まで変化させた場合の位相変化を示している。図２０に示す位相特性グラフ（Ａ）においてプロットされた点は、回転角α＝−６、−４、−２、…、６［°］のときの位相変化を表す。また、受信アンテナの位置については、角度β＝８［°］のときの８個のアンテナ素子ａ、ｂ、ｃ、…、ｈそれぞれの位置（中心角θ_ｏ＝２２．５［°］、６７．５［°］、１１２．５［°］、…、３３７．５［°］）を例としている。

図２０の位相特性グラフ（Ａ）に示すように、ズレ回転角αの変化に伴い、円周上にアンテナ素子２２を配置した円Ｃ１の中心角θ_ｏ＝２２．５［°］、６７．５［°］、１１２．５［°］、…、３３７．５［°］（各アンテナ素子ａ、ｂ、ｃ、…、ｈそれぞれの位置に相当）に対して、位相変化θ_１が違っていることが分かる。さらに、ズレ回転角αが変化すると、図２０の位相特性グラフ（Ａ）に示すように、各アンテナ素子における位相θ_１が変化し、図２３の位相特性グラフ（Ｂ）に示すように、位相変化量Δθ（＝θ_１−θ_ｏ）はアンテナ素子ａ、ｂ、ｃ、…、ｈそれぞれの位置（θ_ｏ＝２２．５［°］、６７．５［°］、１１２．５［°］、…、３３７．５［°］）に依存している。これらの変化の特徴から、各アンテナ素子２２の位相が分かるとズレ回転角αを特定できる。

この図２０に示した、送信回転の軸ズレがあるときの各受信アンテナ位置における位相変化の特徴は、図２１に示す系から求められる。

図２１は、位相変化の特徴を求めるための系を示す図である。図２１（ａ）は、受信側のＸ−Ｚ平面を正面とした図であり、図２１（ｂ）は、図２１（ａ）の一部を拡大した図である。図２１において、受信側のあるアンテナ素子２２の位置を点Ｒｘとする。受信側の平面（Ｘ−Ｚ平面）において、アンテナ素子２２を配置する円Ｃ１（受信素子配置の円）の円周上に点Ｒｘがある。送信側が回転角αでＺ軸回転した場合、送受信方向が変わる。その送受信方向に垂直な平面に、位相を求めるための円Ｃ２（位相計算の補助円）を想定する。この位相計算の補助円Ｃ２の円周上にも点Ｒｘがある。位相計算の補助円Ｃ２の中心をＰ_１とする。

ここで、点Ｒｘの垂直（Ｚ軸）成分の長さＺｏについて、位相計算の補助円Ｃ２から考えると、Ｚｏ＝ｒ_１・ｓｉｎθ_１となる。他方で、同じ長さＺｏを、受信素子配置の円Ｃ１から見れば、Ｚｏ＝ｒｏ・ｓｉｎθ_ｏとなる。よって、次の式（１）が成り立つ。

点ＲｘをＸ軸上に投影した点をＴとする。点Ｐ_１と点Ｔの距離は、位相計算の補助円Ｃ２（送信軸と垂直な面における三角形Ｔ（Ｐ_１）（Ｒｘ））から考えればｒ_１・ｃｏｓθ_１となる。また、点Ｐ_１と点Ｔの距離は、水平面（Ｘ−Ｙ平面）における三角形Ｔ（Ｐ_１）（Ｒ_１）から見ると、Δｘ_１・ｃｏｓαである。これら点Ｐ_１と点Ｔの距離から、次の式（２）となる。

受信素子配置の円Ｃ１の中心は点Ｒｏである。アンテナ素子１４が配置されている円の中心である点０からＹ軸に対して回転角αだけＸ軸方向にずれた直線（受信側が回転角αだけＺ軸回転したときの送信軸）が受信側のＸ−Ｚ平面と交わるＸ軸上の点をＲ１とする。このとき、点Ｒｏと点Ｒ_１との距離Δｘは、送信面と受信面（点０と点Ｒｏ）の距離Ｄと回転角αから、Δｘ＝Ｄ・ｔａｎαである。また、距離ΔｘについてはΔｘ＝Ｘｏ−Δｘ_１の関係もある。ここでの点Ｘｏは、点Ｒｘの水平（Ｘ軸）成分であり、ｒｏ・ｃｏｓθ_ｏに当たる。これらの関係から次の式（３）となる。

そして、この式（３）を上記の式（２）へ代入すると、次の式（４）となる。

先の式（１）と式（４）それぞれ両辺を２乗して、それらの辺々の和を取る。ここで、左辺がｒ_１ ^２・(ｓｉｎ^２θ_１＋ｃｏｓ^２θ_１）＝ｒ_１ ^２のようにまとまるので、次の式（５）となる。

また、式（４）の両辺をｒ_１で除算し、その後で右辺の分母ｒ_１に式（５）の平方根を代入すると、次の式（６）となる。

従って、位相θ_１は、次の式（７）で与えられる。

上記の式（７）によって、送信側が回転角αでＺ軸回転する場合に図２０の位相特性グラフ（Ａ）に示す位相特性が計算される。

図２２は、図２０の位相特性グラフ（Ａ）が示す位相変化の特徴を用いた、通信システム１の動作サブフローを示す図である。この図２２に示す動作サブフローは、図１８に示す方向調整の動作フローの一部分（ステップＳ１０５〜ステップＳ１１５）における、ステップＳ１０５のＺ軸回転による調整が不要か否か（調整が終了したか否か）の判定処理と、ステップＳ１１５におけるＺ軸回転での調整（Ｚ軸回転角の変更）処理の詳細を示す。

まず、ステップＳ１０５における調整が不要（又は終了）か否かの判定処理の詳細な処理を説明する。ステップＳ１０５において、通信装置２０は、次の４段階で処理と判定を実施する。

１段階目として、まず、通信装置２０の位相測定部２５は、各アンテナ素子２２から位相を取得する（ステップＳ２０５）。図２０（或いは、後述する図２３）において仮定している受信側のアレイアンテナ２１は８素子の形態であるので、位相測定部２５は、これらの各アンテナ素子２２により受信した無線信号の位相値を得る。

２段階目では、通信装置２０の軸ズレ推定・制御部２６は、全アンテナ素子２２の相対的な位相を算出する（ステップＳ２１０）。この後のステップＳ２１５において比較に用いる位相特性グラフ（Ａ）では、受信側のアレイアンテナ２１におけるアンテナ素子２２の位置における位相θ_ｏを基にして、ＯＡＭ波による受信の位相値を想定している。つまりθ_ｏ＝２２．５［°］、６７．５［°］、１１２．５［°］、…、３３７．５［°］とは、アンテナ素子２２の位置は、Ｘ−Ｚ座標の平面上でＸ軸方向を０［°］として反時計回りに２２．５［°］、６７．５［°］、１１２．５［°］、…、３３７．５［°］の場所である。従って、軸ズレ推定・制御部２６は、各アンテナ素子２２について取得された位相に（８素子であれば８つの位相の全てに）適切な位相差を加える。このような位相差としては、例えば、各アンテナ素子２２について、取得された位相に対し一定の位相差を加えた値と、当該アンテナ素子２２に対応する位相θ_ｏとの差分を求め、これら差分の二乗和が最小となるような位相差を求めればよい。具体的には、位相θ_ｏ＝２２．５［°］、６７．５［°］、１１２．５［°］、…、３３７．５［°］の位置の各アンテナ素子２２について、位相値−３８．６（３２１．４）［°］、５．８［°］、５１．９［°］、…、２７８．２［°］が得られた場合、軸ズレ推定・制御部２６は、位相差６０［°］を加算する。この加算によりθ_ｏ＝２１．４［°］、６５．８［°］、１１１．９［°］、…、３３８．２［°］となり、アンテナ素子位置θ_ｏに近い値とできる。この説明では、ＯＡＭモードＬ１の場合を述べているが、ＯＡＭモードＬ２、Ｌ３、…である場合には、アンテナ素子位置θ_ｏに対して２倍、３倍、…となる位相２θ_ｏ、３θ_ｏ、…を想定して加算する位相差を求める。ＯＡＭモードＬ−１の場合には、アンテナ位置θ_ｏの符号のプラスマイナスを反転させた位相−θ_ｏを想定して加算する位相差を求める。

３段階目では、軸ズレ推定・制御部２６は、前段階のステップＳ２１０において算出した位相を図２０に示す位相特性グラフ（Ａ）と比較する（ステップＳ２１５）。軸ズレ推定・制御部２６は、ステップＳ２１０において算出された全アンテナ素子２２の相対的な位相を、位相特性グラフ（Ａ）と照合する。位相特性グラフ（Ａ）においては、ズレ回転角αが−６〜６［°］と異なる条件について位相変化を示している。しかし、このステップＳ２１０の比較処理において、軸ズレ推定・制御部２６は、ステップＳ２１０において算出された位相が、ズレがない時（α＝０［°］）の位相特性にどの程度一致するか、或いはズレが最も少ない時（図２０ではα＝±２［°］）の特性に近いかを見る。

４段階目では、軸ズレ推定・制御部２６は、ステップＳ２１５において一致すると判断した位相特性が、ズレが無い時の直線グラフと一致する（Ｚ軸回転調整不要）か否かを判定する（ステップＳ２２０）。つまり、軸ズレ推定・制御部２６は、ステップＳ２１５における位相特性グラフ（Ａ）との比較において、ステップＳ２１０において算出された全アンテナ素子２２の位相は、ズレがない時（α＝０［°］）の直線グラフに一致していてＺ軸回転の調整が不要なのか、又は、ズレがあるときの他の曲線グラフ（α≠０［°］）の方に似ていてＺ軸回転の調整が必要なのかを確認する。

或いは、軸ズレ推定・制御部２６は、ここでの確認として全ての位相を位相特性グラフ（Ａ）と比較する際に、ズレのない時（α＝０［°］）の直線グラフよりも、ズレが最小時のグラフ（図２０での回転角α＝±２［°］）の方に類似しておりＺ軸回転の調整が必要であるか、ズレのない時（α＝０［°］）の直線グラフの方に類似しておりＺ軸回転の調整が必要ないかを判断するようにしてもよい。図２０に示す位相特性グラフ（Ａ）ではα＝±２［°］を最小時ズレの角度としたが、さらに詳細な回転角α＝±１［°］としたり、必要に応じてα＝±０．１［°］のグラフを計算で求め用意して、その回転調整の必要性判断の基準値に設定したりしても構わない。

次に、ステップＳ１１５における軸回転での調整処理の詳細について説明する。ステップＳ１１５においては、受信側の通信装置２０の軸ズレ推定・制御部２６は、以下の２つの処理を行う。
１つ目の処理では、軸ズレ推定・制御部２６は、各アンテナ素子２２の相対的な位相が、図２０に示す位相特性グラフ（Ａ）におけるどの曲線に近いかを求める（ステップＳ３０５）。軸ズレ推定・制御部２６は、このステップＳ３０５の処理よりも前に、Ｚ軸回転の調整が不要か否かを判断（ステップＳ１０５）した際に、受信側のアレイアンテナ２１の全アンテナ素子２２について位相測定部２５が得た位相を相対的な値とした後（ステップＳ２１０）、位相特性グラフ（Ａ）におけるズレのない（α＝０［°］）直線グラフと比較した（ステップＳ２１５）。ステップＳ３０５において、軸ズレ推定・制御部２６は、それら各アンテナ素子２２の相対的な位相を、位相特性グラフ（Ａ）における他の（図２０で、軸ズレがあるα＝±２［°］時の）曲線と比較する。そして、軸ズレ推定・制御部２６は、８個のアンテナ素子２２の位相に対して最も近い曲線を特定する。

２つ目の処理では、軸ズレ推定・制御部２６は、求められた最も近い曲線のパラメータであるズレ回転角αに対して反対方向へ、送信側のアレイアンテナ１３をＺ軸回転させる（ステップＳ３１０）。このＺ軸回転の操作は、受信側のアレイアンテナ２１について得られた位相から求められるズレ回転角α分だけ送信側のアレイアンテナ１３を逆方向に回転させ、軸ズレのない状態にする。つまり、通信装置２０の軸ズレ推定・制御部２６は、ステップＳ３０５において算出したズレ回転角αと逆方向の回転角（−α）だけＺ軸方向にアレイアンテナ１３を回転するよう指示する制御信号を生成し、制御無線部２８は、生成された制御信号を通信装置１０に無線送信する。通信装置１０の制御無線部１７は、制御信号を受信し、軸ズレ推定・制御部１５は、受信した制御信号に基づき、Ｚ軸方向に回転角（−α）だけアレイアンテナ１３を回転するよう可動部１６を制御する。

なお、この図２２（ステップＳ１０５〜ステップＳ１１５、ステップＳ２０５〜ステップＳ２２０、ステップＳ３０５〜ステップＳ３１０）には、Ｚ軸回転での調整処理についてのみ説明した。これに加え、図１８に示す動作フローにおける２段階目の処理（ステップＳ１２０〜ステップＳ１３０）にあたるＸ軸回転において、通信システム１は、ステップＳ１０５〜ステップＳ１１５におけるＸ軸をＺ軸に、Ｚ軸をＸ軸に置き換えて、図２２と同様の動作サブフローにより処理を行う。

＜詳細な処理の例２＞
図２３に示す位相特性グラフ（Ｂ）は、送信回転の軸ズレがある場合の各受信アンテナ位置における位相変化の特徴を表す。位相特性グラフ（Ｂ）は、図２０と同じ条件から得られている。すなわち、送信側でＺ軸回転した時のズレ回転角α＝−６〜６［°］としている。受信側のアンテナ素子２２は８素子であり、各アンテナ素子２２の位置は図２１に示す円Ｃ１の円周上に配置される。それらアンテナ素子２２の送信側からの広がりの角度β＝８［°］であり、各アンテナ素子２２の位置は、円Ｃ１の円周上における中心角θ_ｏ＝２２．５［°］、６７．５［°］、１１２．５［°］、…、３３７．５［°］の位置としている。

他方、図２３に示す位相特性グラフ（Ｂ）は、図２０に示す位相特性グラフ（Ａ）とは異なり、横軸にはズレ回転角αを、縦軸に位相変化量Δθ（＝θ_１−θ_ｏ）［°］を取る。この位相特性グラフ（Ｂ）では、送信側のアレイアンテナ１３を回転角α［°］で回転させた時に、受信側のアレイアンテナ２１での各アンテナ素子２２において得られる位相がどの程度変化をするかを表している。この図２３に示す位相特性グラフ（Ｂ）では、どのアンテナ素子２２についても、軸ズレがない（グラフでの中央となるα＝０［°］）時の位相を基準にしている。

図２４は、図２３の位相特性グラフ（Ｂ）が示す位相変化の特徴を用いた、通信システム１の動作サブフローを示す図である。この図２４に示す動作サブフローは、図１８に示す方向調整の動作フローの一部分（ステップＳ１０５〜ステップＳ１１５）における、ステップＳ１０５のＺ軸回転による調整が不要か否か（調整が終了したか否か）の判定処理と、ステップＳ１１５におけるＺ軸回転での調整（Ｚ軸回転角の変更）処理の詳細を示す。この図１８からの抜粋部分は、図２２と同じ処理の部分であるが、この図２４に示す動作サブフローでは、具体的な処理の内容が異なる。

まず、ステップＳ１０５における調整が不要（又は終了）か否かの判定処理の詳細な処理を説明する。ステップＳ１０５において、通信装置２０は、受信アンテナの位相取得（ステップＳ４０５）、位相変化量の把握（ステップＳ４１０）、位相特性グラフ（Ｂ）との比較（ステップＳ４１５）、ズレ有無の判定（ステップＳ４２０）を順に行う。

受信アンテナの位相取得処理（ステップＳ４０５）において、通信装置２０は、送信側のアレイアンテナ１３をＺ軸回転させ、ズレ回転角αが異なる時に、受信側のアレイアンテナ２１の全アンテナ素子２２のそれぞれから位相値を２つずつ取得する。ここでは受信側のアレイアンテナ２１の素子数が８であるとする。通信装置２０の位相測定部２５は、送信側のアレイアンテナ１３が回転角α１の時と、その回転角α１から所定の角度差（Δα＝±１〜３［°］程度）だけＺ軸回転した時（回転角α２＝α１＋Δαの時）の各アンテナ素子２２における位相の値を取得する。すなわち、受信側の全アンテナ素子２２で得られる位相の値を２つずつ合計１６個（８素子×２回：回転角α１とα２の時に）取得する。

具体的には、通信装置２０の位相測定部２５は、各アンテナ素子２２が通信装置１０から送信されるＯＡＭ波を受信したときの位相を取得する。続いて、通信装置２０の軸ズレ推定・制御部２６は、回転角ΔαだけＺ軸回転するよう指示する制御無線を通信装置１０に送信する。通信装置１０の軸ズレ推定・制御部１５は、その制御無線に基づいて回転角Δαだけ送信側のアレイアンテナ１３がＺ軸回転するように可動部１６を制御する。なお、回転角Δαが送信側と受信側で既知である場合、制御無線に回転角Δαを設定しなくてもよい。また、制御無線を用いずに、送信側が予め決められたタイミングで回転角Δαだけ送信側のアレイアンテナ１３をＺ軸回転させてもよい。通信装置２０の位相測定部２５は、送信側のアレイアンテナ１３がＺ軸回転した後に、各アンテナ素子２２が通信装置１０から受信したＯＡＭ波の位相を取得する。

位相変化量の把握処理（ステップＳ４１０）において、受信側の軸ズレ推定・制御部２６は、直前のステップＳ４０５の処理において送信側のアレイアンテナ１３をＺ軸回転させることにより異なる回転角αについて取得した受信側のアンテナ素子２２毎の２つの位相値の差を計算し、各アンテナ素子２２の位相変化量を把握する。それぞれのアンテナ素子２２の位相変化量を得ることにより、先の図２２において必要だった、適切に相対的な位相を算出する処理（ステップＳ２１０）を、単純な差分計算（単に２つの位相の測定値の差を取るだけの処理）に代えることができる。

位相特性グラフ（Ｂ）との比較処理（ステップＳ４１５）において、受信側の軸ズレ推定・制御部２６は、全ての受信側のアンテナ素子２２について計算した位相変化量を、先の図２３に示す位相特性グラフ（Ｂ）と比較する。位相特性グラフ（Ｂ）との比較においては、２つの位相を取得する時に回転した角度Δα（＝α１−α２）を考える。例えば、Δα＝２［°］であった時、アンテナ素子２２（円Ｃ１円周上の位置θ_ｏ：２２．５［°］、６７．５［°］、１１２．５［°］、…、３３７．５［°］）について算出された位相変化がそれぞれ−１２．３［°］、−１５．６［°］、−９．１［°］、…、１２．２［°］であったとする。これらの位相変化が求められた場合、図２３の位相特性グラフ（Ｂ）においては、ズレ回転角がα＝−４［°］から−２［°］へと変化した時に近い。

ズレ有無の判定処理（ステップＳ４２０）においては、受信側の軸ズレ推定・制御部２６は、直前のステップＳ４１５における位相特性グラフ（Ｂ）との比較の結果に基づいて、現在の回転角が、回転角α＝０［°］と一致するか否か（Ｚ軸回転の調整が不要か否か）を判断する。つまり、例えば、Ｚ軸回転Δα＝−３［°］の時にアンテナ素子２２の位相変化が−７．２［°］、−１７．７［°］、−２２．９［°］、…、６．１［°］になった場合は、α１＝３［°］からα２＝０［°］へＺ軸回転させたことになる。従って、このような（α２＝０［°］の）場合には、回転角α＝０［°］（＝α２）となり、回転調整が不要と判定できる。なお、図２３に示した位相特性グラフ（Ｂ）から分かるが、必ずしもα＝０［°］と厳密にアンテナ方向を一致させるだけでなく、無線通信での通信品質など必要性に対応し許容できる値α＝±１［°］やα＝±０．１［°］としても構わない。

一方、Ｚ軸回転での調整処理（ステップＳ１１５）において、通信システム１は、位相変化量と位相特性グラフ（Ｂ）との比較で回転角αを確認し（ステップＳ５０５）、確認された回転角αと反対へ送信側アレイをＺ軸回転させる（ステップＳ５１０）。

通信装置２０の軸ズレ推定・制御部２６は、位相変化量と位相特性グラフ（Ｂ）とを比較し、先の異なる回転角α１と回転角α２で２つの位相差（位相変化量）と、位相特性グラフ（Ｂ）とを比較し、近い回転角αを確認する（ステップＳ５０５）。具体的には、上述した例では、通信装置２０の軸ズレ推定・制御部２６は、Δα＝２［°］の場合に、受信側の全アンテナ素子２２で得られた位相を、図２３に示す位相特性グラフ（Ｂ）と比較する。軸ズレ推定・制御部２６は、位相特性グラフ（Ｂ）と比較して各アンテナ素子２２について得られた位相差が最も近いグラフを特定し、回転角をα１＝−４［°］からα２＝−２［°］へＺ軸回転して位相が取得されたことを確認する。

通信装置２０は、ステップＳ５０５において確認された回転角αと反対方向に、送信側アレイをＺ軸回転させる（ステップＳ５１０）。つまり、通信装置２０の軸ズレ推定・制御部２６は、上記のように回転角α１＝−４［°］から回転角α２＝−２［°］へ回転させた位相を取得したとする。この場合、軸ズレ推定・制御部２６は、現在の回転角α２＝−２［°］から回転角２［°］、すなわち回転角α２＝−２［°］の反対方向へＺ軸回転させるように、送信側のアレイアンテナ１３をさらに回転させる。つまり、通信装置２０の軸ズレ推定・制御部２６は、回転角α２と反対方向にＺ軸回転するよう指示する制御無線を送信する。通信装置１０の軸ズレ推定・制御部１５は、その制御無線に基づいて回転角α２と反対方向にアレイアンテナ１３をＺ軸回転させるように可動部１６を制御する。この回転によって回転角α＝０［°］となり、Ｚ軸回転の軸ズレがなくなることが期待できる。

これまで、図２２および図２４の動作サブフローでは、図１８の動作フローにおけるＺ軸回転とＸ軸回転の調整を順に行うことを説明した。しかし、図２２および図２４の動作サブフローの説明にそれぞれ用いた位相特性グラフ（Ａ）（図２０）および位相特性グラフ（Ｂ）（図２３）はＺ軸回転のみの計算解析によるものであるため、ここではＺ軸回転およびＸ軸回転の双方の軸ズレがある場合について触れておく。位相特性グラフ（Ａ）および位相特性グラフ（Ｂ）を詳細に検討すると、数度以下（≦６［°］）の軸回転の軸ズレによって、個々のアンテナ素子２２の位相は、最大で数十度程度（≒５０［°］）変化する。しかし、全てのアンテナ素子２２について、それらの位相の変化量を平均すると、相互に変化量が相殺され、その平均の変化量は僅かとなる。この性質を利用し、ＯＡＭ波を用いて受信側のアンテナ素子２２で得られる位相変化に基づいて行う軸ズレの回転調整を、後で述べる第５の実施形態のように、送受信側のアレイアンテナの方向が概ね対向した状態から開始するようにする。この状態でＺ軸回転の調整を行えば、受信側の各アンテナ素子２２の位相特性は、Ｚ軸回転の軸ズレに加えてＸ軸回転の軸ズレの影響も受けたものとなるが、全てのアンテナ素子２２について位相特性を平均して扱うことで対処が可能となる。具体的には、各アンテナ素子２２の位相特性に全て一律に一定量（例えば約十数度）だけ数値に幅を持たせて対処すればよい。すなわち、Ｚ軸回転の調整を行う時に、後でＸ軸回転の調整を行う分の位相量が追加された状態であるとみなして調整を行えばよい。

なお、この図２４（ステップＳ１０５〜ステップＳ１１５、ステップＳ４０５〜ステップＳ４２０、ステップＳ５０５〜ステップＳ５１０）には、Ｚ軸回転での調整処理についてのみ説明した。これに加え、図１８に示す動作フローにおける２段階目の処理（ステップＳ１２０〜ステップＳ１３０）にあたるＸ軸回転において、通信システム１は、ステップＳ１０５〜ステップＳ１１５におけるＸ軸をＺ軸に、Ｚ軸をＸ軸に置き換えて、図２４と同様の動作サブフローにより処理を行う。

＜軸回転による方向調整の他の処理の例＞
図２５は、通信システム１における、軸回転による方向調整の他の動作フローを示す図である。この図２５の動作フローでは、送信側で垂直と水平の軸（Ｚ軸とＸ軸）の回転により送受信方向を調整する別の方法を示す。この調整において受信側は、軸回転の調整の方向が合っているかを、別軸の回転による位相変化の有無で判定する。つまり、受信側は、Ｚ軸調整においてはＸ軸回転の位相変化を判定に利用し、Ｘ軸調整においてはＺ軸回転の位相変化を判定に利用する。

この図２５に示す動作フローは、先の図１８に示す動作フローと同様に、大きく４つの段階からなる。この４つの段階は、「調整の必要確認」、「Ｚ軸回転の調整」、「Ｘ軸回転の調整」、「調整完了の確認」がある。

「調整の必要確認」段階では、まず、送信側と受信側が制御無線により、「送信側のＺ軸回転の調整開始」の通知と確認を行う。例えば、受信側の通信装置２０が送信側の通信装置１０に制御無線により「送信側のＺ軸回転の調整開始」を通知し、通信装置１０は、その制御無線を受信して「送信側のＺ軸回転の調整開始」を認識する。なお、通信装置１０から通信装置２０へ通知を行ってもよい。

同図に示す動作フローにおいては、「調整の必要確認」段階で、受信側の通信装置２０の軸ズレ推定・制御部２６は、「Ｚ軸回転の軸調整」段階に移行するために、Ｘ軸回転による位相変化があるか否かを判定する（ステップＳ６０５）。軸ズレ推定・制御部２６は、Ｘ軸回転の位相変化があると判定した場合（ステップＳ６０５：ＹＥＳ）、次のステップＳ６１０へ移行する。受信側の軸ズレ推定・制御部２６は、Ｚ軸回転の全範囲内で確認したか否かを判定する（ステップＳ６１０）。

受信側の軸ズレ推定・制御部２６が、まだＺ軸回転の確認は全範囲分に達していないと判定した場合（ステップＳ６１０：ＮＯ）、次に通信システム１は、第２段階である「Ｚ軸回転の調整」段階に進み、Ｚ軸回転での調整を行う（ステップＳ６１５）。ステップＳ６１５のＺ軸回転での調整処理においては、送信側の通信装置１０のＺ軸回転角を変更する。具体的には、ステップＳ６１５のＺ軸回転の調整において、まず、制御無線を用いて受信側の通信装置２０から送信側の通信装置１０へ「送信側Ｚ軸回転の調整量」を通知指示する。送信側の軸ズレ推定・制御部１５は、受信側から受信した「送信側Ｚ軸回転の調整量」に基づいて、可動部１６を制御し、アレイアンテナ１３のＺ軸回転角を変更する。ステップＳ６１５のＺ軸回転での調整（Ｚ軸回転角変更）処理の後、通信システム１は、最初のステップＳ６０５に戻り、判定とＺ軸回転での調整（ステップＳ６０５〜ステップＳ６１５）を繰り返す。

通信システム１は、第２段階の終了後、第３段階の「Ｘ軸回転の調整」および最後の段階の「調整完了の確認」を合せた動作段階に移行する。受信側の通信装置２０の軸ズレ推定・制御部２６は、ステップＳ６０５においてＸ軸回転の位相変化はないと判定した場合（ステップＳ６０５：ＮＯ）、Ｚ軸回転の調整が終了していると判断し、その後の「Ｘ軸回転の調整」段階へ移行する。なお、受信側の通信装置２０の軸ズレ推定・制御部２６は、Ｚ軸回転の調整途中で、Ｚ軸回転の全範囲内で確認したと判定した場合（ステップＳ６１０：ＹＥＳ）、回転調整の未完了を表示して終了する（ステップＳ６４０）。

移行した「Ｘ軸回転の調整」段階では、受信側の通信装置２０の軸ズレ推定・制御部２６は、Ｚ軸回転で位相変化があるか否かを判定する（ステップＳ６２０）。この「Ｘ軸回転の調整」段階では、この判定に先立ち、制御無線を用いて送受信間で「送信側のＸ軸回転調整開始」の通知と確認を行う。例えば、受信側の通信装置２０が送信側の通信装置１０に制御無線により「送信側のＸ軸回転の調整開始」を通知し、通信装置１０は、その制御無線を受信して「送信側のＸ軸回転の調整開始」を認識する。なお、通信装置１０から通信装置２０へ通知を行ってもよい。受信側の通信装置２０の軸ズレ推定・制御部２６は、Ｚ軸回転で位相変化があると判定した場合（ステップＳ６２０：ＹＥＳ）、続いてＸ軸回転の全範囲内で確認したか否かを判定する（ステップＳ６２５）。

受信側の軸ズレ推定・制御部２６は、まだＸ軸回転の確認は全範囲分に達していないと判定した場合（ステップＳ６２５：ＮＯ）、Ｘ軸回転での調整を行う（ステップＳ６３０）。ステップＳ６３０におけるＸ軸回転での調整処理では、送信側の通信装置１０のＸ軸回転角を変更する。このＸ軸回転の調整処理では、まず、制御無線を用いて受信側の通信装置２０から送信側の通信装置１０へ「送信側Ｘ軸回転の調整量」を通知指示する。送信側の軸ズレ推定・制御部１５は、受信側から受信した「送信側Ｘ軸回転の調整量」に基づいて、可動部１６を制御し、アレイアンテナ１３のＸ軸回転角を変更する。ステップＳ６３０のＸ軸回転での調整処理の後、通信システム１はステップＳ６２０に戻り、再度Ｚ軸回転の位相変化があるか否かの判定と、Ｘ軸回転での調整を繰り返す（ステップＳ６２０〜ステップＳ６３０）。

受信側の通信装置２０の軸ズレ推定・制御部２６が、ステップＳ６２０においてＺ軸回転で位相変化がないと判定した場合（ステップＳ６２０：ＮＯ）、通信システム１は回転調整を完了する（ステップＳ６３５）。ステップＳ６３５では、制御無線を用いて、送受側と受信側が制御無線により、「送信側回転の調整完了」の通知と確認を行う。例えば、制御無線を用いて、受信側の通信装置２０から送信側の通信装置１０へ「送信側回転の調整完了」を通知する。送信側の通信装置１０は、この制御無線を受信し、「送信側回転の調整完了」を認識する。

なお、受信側の通信装置２０の軸ズレ推定・制御部２６は、Ｘ軸回転の調整途中で、全ての範囲のＸ軸回転を確認したと判定した場合（ステップＳ６２５：ＹＥＳ）、回転調整の未完了を表示し（ステップＳ６４０）、図２５の動作フローを終了する。ステップＳ６４０の処理においては、制御無線を用いて受信側から送信側へ「送信側の回転調整未完了」を通知する。

図２６及び図２７は、回転調整で用いる位相変化の特徴を示す図である。
図２６は、受信側の受信位置を示す。同図では、受信側のアンテナ素子２２を含むＸ−Ｚ平面における４つの受信位置をＰＡ、ＰＢ、ＰＣ、ＰＤとする。位置ＰＡ、ＰＢ、ＰＣ、ＰＤは、受信側のアンテナ素子２２が配置されている円周上の位置であり、各位置の中心角θ_ｏは、９０［°］、６７．５［°］、２２．５[°]、０［°］である。

また、図２７は、送信側がＺ軸回転したときの受信側の位相変化のグラフを示す図である。図２７に示すグラフの横軸は送信側におけるＺ軸回転の角度であり、縦軸は受信側の位相変化量である。符号Ｌ_ＰＡは位置ＰＡについて、符号Ｌ_ＰＢは位置ＰＢについて、符号Ｌ_ＰＣは位置ＰＣについて、符号Ｌ_ＰＤは位置ＰＤについての、送信側Ｚ軸回転の角度と位相変化量の関係を示す。

図２７に示すグラフは、先の図２３における横軸の「ズレ回転角α［°］」を、「送信側Ｚ軸回転の角度［°］」に置き換えることにより求められる。つまり、受信側のアンテナ素子２２の位置に相当する角度θに対する位相θ_１を、先の図２１において説明した式（７）により計算し、さらに図２３と同様に、基準とする位相θ_ｏとの差から位相変化量Δθ［°］を求めることができる。

送信側がＺ軸回転した場合、Ｘ軸上以外の位置、例えば、位置ＰＡ、ＰＢ、ＰＣにおける受信は、位相が変化する。また、Ｘ軸から位置ＰＡ、ＰＢ、ＰＣ、ＰＤ（アンテナ素子２２の位置）までの距離の垂直成分（Ｚ軸成分）により、位相の変化量が異なる。また、Ｘ軸からの距離が長いほど（位置ＰＡとＸ軸の距離＞位置ＰＢとＸ軸の距離＞位置ＰＣとＸ軸の距離）、位相変化は大きくなる。逆に、送信側がＸ軸回転した場合、Ｚ軸上の位置（位置ＰＤ）における位相は変化せず、Ｚ軸からの距離が長いほど、位相変化は大きくなる。

図２５の動作フローでは、図２７に示すグラフが位相変化の特徴を、ステップＳ６０５及びステップＳ６２０の判定処理に活用している。すなわち、ステップＳ６０５では、Ｘ軸上にないアンテナ素子２２（例えば、位置ＰＡ、ＰＢ、ＰＣのアンテナ素子２２）において位相変化があり、かつ、Ｘ軸上のアンテナ素子２２（例えば、位置ＰＤのアンテナ素子２２）において位相変化がないかを判定する。また、ステップＳ６２０では、Ｚ軸上にあるアンテナ素子２２（例えば、位置ＰＢ、ＰＣ、ＰＤのアンテナ素子２２）において位相変化があり、かつ、Ｚ軸上にあるアンテナ素子２２（例えば、位置ＰＡのアンテナ素子２２）において位相変化がないかを判定する。

なお、Ｘ軸上にアンテナ素子２２を設けるなど、受信側のアレイアンテナ２１におけるアンテナ素子２２の位置を工夫してもよい。また、図１０に示したＹ軸回転を使用してアンテナ素子の位置をＸ軸上へ移動させることができる。図２８は、Ｙ軸回転を使用したＸ軸上への受信側のアンテナ素子２２の位置の移動を示す図である。同図では、Ｙ軸回転を使用して位置ＰＥにあったアンテナ素子２２をＸ軸上の位置ＰＤ’に移動させており、これよって、例えば、位置ＰＢにあったアンテナ素子２２はＺ軸上の位置ＰＡ’に移動する。Ｙ軸回転を使用してアンテナ素子２２の位置をＸ軸上へ移動させた場合、アンテナ素子２２が傾き、偏波の向きが多少ずれる。例えば、Ｖ偏波に少しＨ偏波の成分が混ざるが、アレイアンテナ２１のＺ軸回転に対する位相の変化が無くなり、図２７のＬ_ＰＤのような特性となる。或いは、単純な位相変化の有無で判定するのではなく、位相の変化量の違いを活用して軸ズレを調整するともできる。この位相の変化量の違いを活用すれば、アンテナ素子２２が配置される円周上の中心角θ_ｏ＝９０［°］、０［°］の位置ＰＡ、位置ＰＤにアンテナ素子２２を配置しなくても、別の位置、例えば、中心各θ_ｏ＝６７．５［°］、２２．５［°］の位置ＰＢ、ＰＣに配置されたアンテナ素子２２の位相変化に基づいて判定を行ってもよい。

以上説明した第１の実施形態及び第２の実施形態によれば、ＯＡＭ波を用いた無線通信を行う通信システムは、送信側の電波放射の方向を調整する。この送信側の電波放射の方向調整のため、以下のように順に処理する。すなわち、受信側は、受信アレイアンテナの全アンテナ素子から得られる受信信号の位相に対し、送信側の電波放射の軸回転から想定される受信信号の位相変化の特徴から、方向調整が必要か否かを判定する。受信側が判定したこの位相変化の特徴から方向調整が必要な場合、通信システムは、次の順に送信アレイアンテナの方向調整を行う。まず、通信システムは、送信側のアレイアンテナをＺ軸（垂直方向）回転させる調整を実行する。次に、通信システムは、送信側のアレイアンテナをＸ軸（送信方向と直交する水平方向）回転させる調整を実行する。

なお、上述した送信側の電波放射の方向の調整において、方向調整が必要か否かを判定するために、送信側の電波放射の軸回転により想定される、受信アレイアンテナの全アンテナ素子における受信信号の位相変化の特性（特徴）を利用してもよい。

また、上述した送信側の電波放射の方向の調整において、方向調整が必要かを判定するために、送信側の電波放射を調整する回転軸とは異なる軸を中心として回転させたときの受信アレイアンテナにおける受信信号の位相変化の特性（特徴）を利用してもよい。

なお、送信側は、Ｘ軸（送信方向と直交する水平方向）及びＺ軸（垂直方向）の２軸でアレイアンテナを回転する可動機構を有する。
あるいは、送信側は、多数のアンテナ素子を三次元に配置した三次元アレイアンテナと、三次元アレイアンテナからサブアレイを選択する選択部とを設ける。選択部は、三次元アレイアンテナから、部分的な領域にあるアンテナ素子を選択し、送信アレイアンテナとして用いるサブアレイを構成する。選択部は、現在選択されているサブアレイから、軸回転に合う別のサブアレイを選択することにより、送信アレイアンテナの軸回転の調整を行う。

［第３の実施形態］
第２の実施形態までは受信側のアンテナ素子２２について得られた位相により送信側の回転による軸ズレを調整する方法を述べた。この第３の実施形態では送受信のアレイアンテナを順に調整する。

図２９は、送信側と受信側において順に方向ズレを調整する状況を示す図である。
図２９（ａ）は、送信側と受信側の両方の方向ズレ状態を示す図である。送信側のアレイアンテナ１３ａは、Ｘ−Ｚ平面上の送信側のアレイアンテナ１３がＺ軸回転した状態であり、受信側のアレイアンテナ２１ａは、Ｘ−Ｚ平面上の受信側のアレイアンテナ２１がＺ軸回転した状態である。アレイアンテナ１３とアレイアンテナ１３ａの中心は一致し、アレイアンテナ２１とアレイアンテナ２１ａの中心は一致する。送信側のアレイアンテナ１３ａの方向ＤＳ１も、受信側のアレイアンテナ２１ａの方向ＤＲ１も、それぞれが対向する受信側のアレイアンテナ２１ａの中心、送信側のアレイアンテナ１３ａの中心には一致しない。この状態では、まだ送信側と受信側の両方とも、全く軸調整が実施されていない。

図２９（ｂ）は、送信側の方向ズレのみ調整済みの状態を示す図である。送信側のアレイアンテナ１３の方向ＤＳ２は、対向の受信側のアレイアンテナ２１ａの中心に一致している。一方、受信側のアレイアンテナ２１ａの方向ＤＲ２は、対向する送信側のアレイアンテナ１３の中心には一致しない。図２９（ａ）の状態から図２９（ｂ）の状態とするための送信側の調整には、先の第２の実施形態で説明した調整法を使用する。

図２９（ｃ）は、送信側と受信側の両方の方向ズレ調整済み状態を示す図である。送信側のアレイアンテナ１３の方向ＤＳ３も、受信側のアレイアンテナ２１の方向ＤＲ３も、それぞれが対向する受信側のアレイアンテナ２１の中心、送信側のアレイアンテナ１３の中心と一致している。図２９（ａ）又は図２９（ｂ）の状態から図２９（ｃ）の状態とするために、通信システム１は、後述する調整動作を実施する。この状態は、送受信双方向で軸ズレの影響がなく、問題無くＯＡＭ波を使用した無線通信ができる。

図３０は、通信システム１における、送受信両方の方向ズレ調整の動作フローを示す図である。
同図に示す動作フローの動作開始には、まず送信側の通信装置１０の調整を実施する（ステップＳ７０５）。このステップＳ７０５の処理に当たり、制御無線を用い、送信側と受信側との間で、「送信側の回転の調整開始」を通知・確認する。例えば、受信側の通信装置２０が送信側の通信装置１０に制御無線により「送信側の回転の調整開始」を通知し、通信装置１０は、その制御無線を受信して「送信側の回転の調整開始」を認識する。あるいは、送信側の通信装置１０が受信側の通信装置２０に制御無線により「送信側の回転の調整開始」を通知し、通信装置２０は、その制御無線を受信して「送信側の回転の調整開始」を認識する。ステップＳ７０５の送信側の調整処理では、図２９（ａ）に示す状態にある送信側のアレイアンテナ１３の２軸回転を調整する。また、この調整法については第２の実施形態で説明した軸ズレの調整方法により実施する。

通信装置２０の軸ズレ推定・制御部２６は、方向ズレでの位相が許容範囲内か否かを判定する（ステップＳ７１０）。軸ズレ推定・制御部２６は、方向ズレの位相が許容範囲内であると判定した場合（ステップＳ７１０：ＹＥＳ）、調整完了を表示して（ステップＳ７１５）、処理を終了する。このステップＳ７１５の調整完了の表示処理では、制御無線により、通信装置２０から通信装置１０に「送信側の回転の調整完了」を通知する。

一方、通信装置２０の軸ズレ推定・制御部２６は、方向ズレでの位相が許容範囲を超えていると判定した場合（ステップＳ７１０：ＮＯ）、送受信を入替えて、新たに送信側になった通信装置２０の調整を実施する（ステップＳ７２０）。このステップＳ７２０の処理へ移行するため、制御無線により送信側と受信側との間で「送受信を入替た調整開始」を通知・確認する。例えば、受信側の通信装置２０が送信側の通信装置１０に制御無線により「送受信を入替た調整開始」を通知し、通信装置１０は、その制御無線を受信して「送受信を入替た調整開始」を認識する。あるいは、送信側の通信装置１０が受信側の通信装置２０に制御無線により「送受信を入替た調整開始」を通知し、通信装置２０は、その制御無線を受信して「送受信を入替た調整開始」を認識する。そして、ステップＳ７０５の送信側の調整処理における通信装置２０の処理を通信装置１０が行い、通信装置１０の処理を通信装置２０が行う。

ステップＳ７２０の送受信を入替えた調整処理においては、図２９（ｂ）に示す状態では受信側であり、入替えにより送信側となったアレイアンテナ２１の２軸回転を調整する。通信装置１０の軸ズレ推定・制御部１５は、方向ズレ（本来の位相との差異）が許容範囲内か否かを判定する（ステップＳ７２５）。軸ズレ推定・制御部１５が、方向ズレは許容範囲内であると判定した場合（ステップＳ７２５：ＹＥＳ）、通信システム１は送受信を入替えた調整を完了し（ステップＳ７３０）、処理を終了する。調整の完了により、通信システム１は、図２９（ｃ）の状態となる。このステップＳ７３０の調整の完了においては、送受信の入替えにより受信側となった通信装置１０から、送受信の入替えにより送信側となった通信装置２０へ、制御無線を用いて「送受を入替えた調整の完了」を通知する。

なお、ステップＳ７２５の判定には、通信に利用する複数のＯＡＭモードが問題無く識別できる位相の範囲とすることができる。例えばＯＡＭモードＬ１〜Ｌ３を多重して使用する無線通信なら、位相は±１０［°］程度を許容範囲とできる。通信装置１０の軸ズレ推定・制御部１５は、方向ズレが許容範囲を超えると判定した場合（ステップＳ７２５：ＮＯ）、送受合せた調整量オーバーを表示し（ステップＳ７３５）、動作を終了する。この動作終了前のステップＳ７３５の処理においては、制御無線を用い受信側の通信装置１０から送信側の通信装置２０へ「送受合せた調整量を超えた」旨を通知する。

［第４の実施形態］
本実施形態では、上述した実施形態とは異なる方法により生成されたＯＡＭ波の方向調整法を示す。

第１の実施形態から第３の実施形態までは、円状に配置されたアンテナ素子１４により構成されるアレイアンテナ１３がＯＡＭ波を送信し、同様のアレイアンテナ２１が各アンテナ素子２２でＯＡＭ波を受信する形態に基づいていた。しかし、ＯＡＭ波の位相変化を活用した軸ズレの調整は、必ずしもアレイアンテナを用いて送信されるＯＡＭ波に限定されるものではない。そこで、アレイアンテナ以外にＯＡＭ波を送信する形態として図３１及び図３２に示す２つの例を挙げた。

図３１及び図３２は、上述した実施形態とは異なる方法により生成されるＯＡＭ波を用いる通信システムの構成図である。図３１では、ＯＡＭ波の生成に切り込みパラボラアンテナを用いた通信システム１ａの構成例を示し、図３２は、ＯＡＭ波の生成に段差のある誘電体の透過を用いた通信システム１ｂの構成例を示す。

図３１に示す通信システム１ａは、通信装置５１と通信装置５５とを備える。同図において、図に示す第１の実施形態による通信システム１と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。通信装置５１が、図１に示す通信装置１０と異なる点は、アレイアンテナ１３に代えて、切り込みパラボラアンテナ５２を備える点、及び、位相調整部１２を備えない点である。また、通信装置５５が、図１に示す通信装置２０と異なる点は、アレイアンテナ２１に代えて切り込みパラボラアンテナ５６を備える点、切り込みパラボラアンテナ５６の周囲に複数のアレイアンテナ５７を備える点、及び、位相調整部２３を備えない点である。

切り込みパラボラアンテナ５２を用いることにより、ＯＡＭ波の送信において、送信側の各アンテナ素子１４に入力する信号に対する位相設定の機能が不要でなる。一方、受信側では、軸ズレの調整において、軸ズレ調整が必要か（軸ズレがあるか否か）の検出と、調整量（ズレ量）の検出のため、受信側の切り込みパラボラアンテナ５６の周囲に円周上にアレイアンテナ５７を配置している。これらのアレイアンテナ５７の全アンテナ素子からの信号に基づき位相測定部２５が位相を測定する。軸ズレ推定・制御部２６はこの位相測定結果を用いて軸ズレを推定し、その推定に基づき切り込みパラボラアンテナ５６の軸ズレを調整することができる。なお、ＯＡＭ波の生成に用いた切り込みパラボラアンテナ５２の切り込み箇所では、位相が３６０［°］変化する。切り込みパラボラアンテナ５２におけるこの切り込みの数により、ＯＡＭモードが決まる。つまり、切り込みパラボラアンテナ５２に１か所、２か所、３か所…の切り込みがあると、それぞれＯＡＭモードＬ１、Ｌ２、Ｌ３、…になる。

また、図３２には、段差のある誘電体に電波を透過させ、ＯＡＭ波として通信する形態を挙げた。図３２に示す通信システム１ｂは、通信装置６１と通信装置６５とを備える。同図において、図１に示す第１の実施形態による通信システム１と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。通信装置６１が、図１に示す通信装置１０と異なる点は、アレイアンテナ１３に代えて、指向性アンテナ６２と指向性アンテナ６２が送信した電波を透過させる段差のある誘電体６３とを備える点、及び、位相調整部１２を備えない点である。また、通信装置６５が、図１に示す通信装置２０と異なる点は、アレイアンテナ２１に代えて、指向性アンテナ６６と指向性アンテナ６６が送信した電波を透過させる段差のある誘電体６７とを備える点、誘電体６７の周囲に複数のアレイアンテナ６８を備える点、及び、位相調整部２３を備えない点である。

この構成例においても、図３１と同様に、位相設定が不要であり、受信側の誘電体６７の周囲にアレイアンテナ６８を配置している。ＯＡＭ波の生成に用いる誘電体６３には、放射状に８つの段差がある。そして、ＯＡＭモードをＬ１とする場合は、誘電体６３を通過する経路差が最大となる段差を１か所とし、その段差の場所で経路差の位相を３６０［°］変えている。

これら図３１の通信システム１ａ、図３２の通信システム１ｂの両方とも、受信側のパラボラアンテナ５６または誘電体６７の周囲に配置されたアレイアンテナ５７、６８の全アンテナ素子からの信号に基づき位相を測定する。通信装置５５、６５の軸ズレ推定・制御部２６は、この測定された全アンテナ素子の位相から軸ズレを推定して、その推定により切り込みパラボラアンテナ５６を、または、指向性アンテナ６６および誘電体６７を平行移動させ軸ズレを調整する。

［第５の実施形態］
本実施形態では、ＯＡＭ波以外の他の無線通信の方向調整を、ＯＡＭ波を用いて行う。第１〜第４の実施形態は、アンテナ方向の調整を行う対象の無線通信はＯＡＭ波を用いることが前提であった。しかし、一般的にアンテナ方向調整のために、無線通信と違う専用の試験信号を使用することがある。これと同様にアンテナ方向調整用にＯＡＭ波を試験信号に用いて、この方向調整されたアンテナで他の無線通信をすることができる。

図３３は、通信に用いる電波の種類、軸調整（粗調整・微調整）に用いる方法、及び、共有する構成部分の組合せの表を示す図である。これらの組み合わせにより、様々な機構の通信システムが考えられる。

図３３に示す表から、通信、軸調整法、共有する構成部分それぞれから下線で示す候補を選択した機構を持つ通信システム１ｃの構成例を図３４に示す。すなわち、図３３に示す表から、通信には「ＯＡＭ波ではない他の無線通信」を、軸調整法では粗調整に「受信する電波強度による調整」、微調整に「ＯＡＭ波を用い位相特性による方向調整」を、共有する構成部分では「送受信アレイアンテナ」を、それぞれに選んでいる。

図３４は、本実施形態の通信システム１ｃの構成図である。通信システム１ｃの構成は、図１に示す第１の実施形態の通信システム１の構成と類似している。通信システム１ｃは、通信装置７０と通信装置８０を有する。以下では、送信側が通信装置７０であり、受信側が通信装置８０である場合を例に説明する。同図において、図１に示す第１の実施形態による通信システム１と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。同図において、点線で示す部分が、他の無線通信の構成部分であり、他の無線通信の構成部分に対する本実施形態の追加部分は、図１に示す第１に実施形態の通信システム１と同様である。第１の実施形態と共通の部分が軸ズレの調整（特に、図３５で後述する微調整）に使用される。

通信装置７０は、試験信号発生部７２、位相調整部７３、通信信号発生部７４、調整部７５、アレイアンテナ１３、軸ズレ推定・制御部１５、可動部１６及び制御無線部１７を備える。送信側の通信装置７０において、他の無線通信の構成部分（図１にけるＯＡＭによる通信を行う構成部分に相当）には、通信信号発生部７４、調整部７５、アレイアンテナ１３がある。アレイアンテナ１３は、他の無線通信と軸調整で共有されている。

通信信号発生部７４は、図１の信号発生部１１と同じである。調整部７５は、アンテナ素子１４毎に給電される送信信号の振幅や位相の調整を行い、図１の位相調整部１２にあたる。しかし、これらはＯＡＭ波ではない他の無線通信に用いられる。そのため、通信信号発生部７４は、送信信号の生成機能に加えて、無線通信に合わせた変調も行う。また、調整部７５は、ＯＡＭと異なる他の無線通信において、複数のアンテナ素子１４に同じ位相調整を行なったり、アンテナ素子１４毎に信号振幅を変えたりすることもある。

続いて、本実施形態において送信側で追加された構成を説明する。軸ズレ推定・制御部１５、可動部１６、制御無線部１７は、全て図１に示す第１の実施形態と同じである。通信装置７０が有し、図１の通信装置１０にはない機能は、試験信号発生部７２と位相調整部７３により実現される。この試験信号発生部７２は、無線でＯＡＭ波となるアンテナへの入力信号を発生させる。また位相調整部７３は、アンテナ素子１４毎に異なる位相を調整する。この図３４の試験用ＯＡＭ信号に対する位相調整部７３は、利用目的が違うものの、図１のＯＡＭを使う無線通信における位相調整部１２と同じ機能である。

ここまでが送信側の通信装置７０の構成で、ここから受信側の通信装置８０について述べる。通信装置８０は、アレイアンテナ２１、調整部８３、通信信号復調部８４、位相測定部２５、軸ズレ推定・制御部２６、可動部２７及び制御無線部２８を備える。通信装置８０の調整部８３、通信信号復調部８４は、図１に示す第１の実施形態の位相調整部１２、信号復調部２４に相当する。調整部８３は、アンテナ素子２２毎に受信信号の振幅や位相の調整を行う。ただし、図３４ではＯＡＭ波ではない他の無線通信を行うため、調整部８３は、送信側の通信装置７０と同様に、受信側のアンテナ素子毎の調整を行う際、ＯＡＭと異なる他の無線通信においては、複数のアンテナ素子２２で同じ位相調整を行なったり、アンテナ素子２２毎に信号振幅を変更したりする。通信信号復調部８４は、調整部８３からの受信信号を受け、通信装置７０で施された変調に応じた復調も行う。

また、通信装置８０の位相測定部２５、軸ズレ推定・制御部２６、可動部２７、制御無線部２８は、図１に示す第１の実施形態と同じである。ただし図１ではアレイアンテナ２１の軸ズレ調整と無線通信の両方でＯＡＭ波を用いるが、図３４の通信装置８０は、ＯＡＭ波ではない他の無線通信を行い、ＯＡＭ波はアレイアンテナの軸ズレ調整のみに使う。特に、ＯＡＭ波は、この後の図３５で説明する軸ズレの微調整に用いられる。

以上の通信装置７０と通信装置８０の構成により、通信システム１ｃは、他の無線通信の方向調整においてもＯＡＭ波を試験信号に利用する構成となっている。通信システム１ｃにおける他の無線通信とＯＡＭ波を試験信号に利用した軸調整との切替え動作について説明する。そこで、他の無線通信の方向調整においてＯＡＭ波を試験信号に利用する例を挙げる。

図３５は、他の無線信号とＯＡＭ試験信号の切替えにおける通信システム１ｃの動作フローを示す。この動作フローでは、ＯＡＭ波ではない他の無線信号を用いた通信を行う前のアンテナ方向調整に関する。

図３５では、最初に、電波強度による受信側のアレイアンテナの方向粗調整を行う（ステップＳ８０５）。この方向粗調整にあたり、制御無線を用いて送受信間相互で「受信信号の電波強度による粗調整の開始」を通知・確認する。この方向粗調整では、電波強度以外の方法としてスコープのような照準器を用いたり、送受信アンテナの緯度経度に関する情報から計算で求まる方位にアンテナ方向を合わせたりする方法でもよい。これ以降、通信システム１ｃは、以下の順に処理を進める。

受信側の通信装置８０の軸ズレ推定・制御部２６は、アレイアンテナの方向粗調整を終えたか否かを判定する（ステップＳ８１０）。軸ズレ推定・制御部２６は、粗調整を終えていないと判定した場合（ステップＳ８１０：ＮＯ）、通信システム１ｃは、再びステップＳ８０５の方向粗調整を実施する。通信装置８０の軸ズレ推定・制御部２６が、粗調整を終えたと判定した場合（ステップＳ８１０：ＹＥＳ）、通信装置７０は、試験信号にＯＡＭ波の発生を設定する（ステップＳ８１５）。

このＯＡＭ波を試験信号に用いた調整へ移る際に、制御無線を用いて、通信装置８０から通信装置７０に「粗調整の終了」を通知し、通信装置７０と通信装置８０の間でＯＡＭ波による微調整の開始を相互に通知・確認する。通信装置８０は、ＯＡＭ波を受信し、方向ズレ微調整処理を実施する（ステップＳ８２０）。通信装置８０は、この方向ズレ微調整処理により、ＯＡＭ波によるアレイアンテナの方向の微調整を行う。

このステップＳ８２０におけるアレイアンテナの方向の微調整の処理は、第１の実施形態〜第３の実施形態と同様の処理である。つまり、図１８のステップＳ１０５〜ステップＳ１３０と同様の処理、図２５におけるステップＳ６０５〜ステップＳ６３０と同様の処理、又は、図３０におけるステップＳ７０５〜ステップＳ７２０と同様の処理により、通信装置８０、又は、通信装置８０及び通信装置７０は、ＯＡＭ波の位相特性を活用した軸ズレ調整を行う。

受信側の通信装置８０の軸ズレ推定・制御部２６又は通信装置７０の軸ズレ推定・制御部１５は、ＯＡＭ波の試験信号による方向微調整を終えたか否かを判定する（ステップＳ８２５）。ここで、受信側の通信装置８０の軸ズレ推定・制御部２６又は通信装置７０の軸ズレ推定・制御部１５が、微調整を終えていないと判定した場合（ステップＳ８２５：ＮＯ）、通信システム１ｃは再びステップＳ８２０の方向微調整を実施する。受信側の通信装置８０の軸ズレ推定・制御部２６又は通信装置７０の軸ズレ推定・制御部１５は、微調整を終えたと判定した場合（ステップＳ８２５：ＹＥＳ）、ステップＳ８３０の処理を行う。すなわち、受信側の通信装置８０の軸ズレ推定・制御部２６又は通信装置７０の軸ズレ推定・制御部１５は、軸ズレが許容範囲内か否かを判定する（ステップＳ８３０）。受信側の通信装置８０の軸ズレ推定・制御部２６又は通信装置７０の軸ズレ推定・制御部１５が、軸ズレは許容範囲内であると判定した場合（ステップＳ８３０：ＹＥＳ）、通信装置７０及び通信装置８０は、他の無線通信の通信信号に切替え、通信を開始する（ステップＳ８３５）。

このステップＳ８３５で通信を開始する際には、制御無線により受信側の通信装置８０又は通信装置７０から送信側の通信装置７０又は通信装置８０に「ＯＡＭ波による軸調整で許容範囲内になった」旨を通知し、受信側から送信側へ（又は送信側から受信側へ）「通常の通信を開始する」旨を通知することにより、送受間で相互に確認する。

一方、受信側の通信装置８０の軸ズレ推定・制御部２６又は通信装置７０の軸ズレ推定・制御部１５は、軸ズレが許容範囲内ではないと判定した場合（ステップＳ８３０：ＮＯ）、方向微調整（移動調整）が不調である旨を表示する（ステップＳ８４０）。受信側の通信装置８０又は通信装置７０の軸ズレ推定・制御部１５は、制御無線により、送信側の通信装置７０又は通信装置８０へ「ＯＡＭ波による軸調整で許容範囲に収まらず、調整が不調」を通知する。

ここで粗調整・微調整に関連して、例えば他の無線通信においては送受信間距離が４００ｍ、粗調整により送信アンテナ方向に対し受信アンテナの位置で角度≦０．１［°］が許容範囲と仮定する。加えて、アンテナ方向調整の最初の段階では、角度≦０．３［°］の粗調整しかできないとして考える。当然、これらの仮定において粗調整だけの実施では許容範囲の角度を超えるため、通信システム１ｃは、本実施形態のＯＡＭ波を用いた微調整を行う。この場合には、理想的に軸ズレがない状態との差、つまり図２３に示す軸ズレの回転角α＝０［°］に対し、軸ズレによる位相変化量Δθの識別精度値には０．５［°］程度が必要なる。この精度の値は、図２３において、軸ズレの回転角αがプラス範囲ではθ_ｏ＝１１２．５［°］、回転角αがマイナスではθ_ｏ＝６７．５［°］のアンテナ素子を利用するときに、α＝±６［°］ならΔθ＝±４４．５［°］であり、α＝０〜±６［°］の範囲でほぼ比例（直線的に）変化することから、０．７４［°］（≒０．１×４４．５／６）と計算できる。従って、軸ズレによる位相変化量Δθの識別精度０．５［°］は、図２３に示す位相変化特徴から算出される０．７４［°］よりも高い精度となり、許容範囲の角度≦０．１［°］を十分に調整できる。

またあるいは、先の第１の実施形態〜第４の実施形態のような別の形態として、仮にＯＡＭ波を使用する通信では送受信間距離を１００ｍとし、送信アンテナ方向に対し許容範囲が角度≦０．０３［°］であるとする。また粗調整では角度≦０．０５［°］にしかできない場合を検討してみる。これら仮定から、ＯＡＭ波を用いた微調整でズレ位相変化量Δθの識別精度値には０．１［°］とできれば、十分に許容範囲の条件を満たせる。上記の微調整と許容範囲の関連する説明と同様に、図２３から、位相変化量Δθが０．２２（≒０．０３×４４．５／６）以内となり、許容範囲の角度≦０．０３［°］に対し２倍強の精度の識別能力にあたる。

以上説明した実施形態によれば、通信システムは、第一通信装置（例えば、通信装置１０、５１、６１、７０）と第二通信装置（例えば、通信装置２０、５５、６５、８０）とを有する。第一通信装置の第一アンテナ（例えば、アレイアンテナ１３、パラボラアンテナ５２、誘電体６３）は、ＯＡＭ波を送信する。第二通信装置の第二アンテナ（例えば、アレイアンテナ２１、５７、６８）は、第一アンテナから送信されたＯＡＭ波を受信する。第二通信装置の制御部（例えば、軸ズレ推定・制御部２６）は、第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれにおいて受信したＯＡＭ波の位相に基づいて、第一アンテナからの電波放射方向のズレの角度を求め、求められた角度に基づいて第一アンテナの垂直方向の向きの調整と第一アンテナの水平方向の向きの調整とを個別に行う。

なお、第二通信装置の制御部は、第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれにおいて受信したＯＡＭ波の位相と、第一アンテナからの電波放射方向にズレがあるときに第一アンテナから送信された信号を第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれが受信したときの位相変化の特性とに基づいて、第一アンテナからの電波放射方向の垂直方向又は水平方向のズレの角度を求めてもよい。

また、第二通信装置の制御部は、第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれにおいて受信したＯＡＭ波の位相に基づいて、水平方向又は垂直方向の調整が必要か否かを判断する。そして、第二通信装置の制御部は、垂直方向の調整が必要と判断した場合に第一アンテナの垂直方向の回転の調整を行い、水平方向の調整が必要と判断した場合に第一アンテナの水平方向の回転の調整を行う。
あるいは、第二通信装置の制御部は、第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれにおいて受信したＯＡＭ波の位相に基づいて、第一アンテナの水平方向又は垂直方向の一方を回転させた前後において、他方の方向の位相の変化があるか否かを判断する。そして、第二通信装置の制御部は、水平方向の位相変化があると判断した場合に第一アンテナの垂直方向の回転の調整を行い、垂直方向の位相変化があると判断した場合に第一アンテナの水平方向の回転の調整を行う。

また、第一通信装置は、第二通信装置の制御部による調整に基づいて、第一アンテナの向きを水平方向及び垂直方向に回転させる機構の可動部を備える。
あるいは、第一通信装置は、複数のアンテナ素子が三次元に配された三次元アレイを有しており、この三次元アレイが有するアンテナ素子から選択されたアンテナ素子により第一アンテナを構成する。第一通信装置の選択部は、制御部による調整に基づいて、三次元アレイが有するアンテナ素子から第一アンテナとして用いるアンテナ素子を選択する。

上述した実施形態によれば、送受信の軸を的確に調整して、ＯＡＭ波を用いた無線通信を実現できる。また、他の無線通信においても、ＯＡＭ波を試験信号に用いることにより、高精度に送受信の軸を調整できる。

上述した実施形態における通信装置１０、５１、６１、７０の軸ズレ推定・制御部１５、及び、通信装置２０、５５、６５、８０の軸ズレ推定・制御部２６など一部の機能をコンピュータで実現するようにしてもよく、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現してもよい。通信装置１０、５１、６１、７０の軸ズレ推定・制御部１５、及び、通信装置２０、５５、６５、８０の軸ズレ推定・制御部２６など一部の機能をコンピュータで実現する場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

ＯＡＭ波により通信する通信システムに利用可能である。また、無線通信における送受信アンテナの高精度な方向調整に利用可能である。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ…通信システム
１０、２０、５１、５５、６１、６５、７０、８０…通信装置
１１…信号発生部
１２、２３、７３…位相調整部
１３、２１、５７、６８…アレイアンテナ
１４、２２、１３２…アンテナ素子
１５、２６…軸ズレ推定・制御部
１６、２７…可動部
１７、２８…制御無線部
２４…信号復調部
２５…位相測定部
３１…板
３２…背面支持部
３３…外枠
４０…取付け板
４１…底面板
４２…支柱
４４…アーム
４５、４６、４７、４８…回転部
５２、５６…パラボラアンテナ
６２、６６…指向性アンテナ
６３、６７…誘電体
７２…試験信号発生部
７４…通信信号発生部
７５、８３…調整部
８４…通信信号復調部
１３１…三次元アレイ

Claims (8)

1. 第一通信装置と第二通信装置とを有する通信システムにおけるアンテナ調整方法であって、
   前記第一通信装置の第一アンテナが、ＯＡＭ（Orbital Angular Momentum）波を送信する送信ステップと、
   前記第二通信装置の第二アンテナが、前記ＯＡＭ波を受信する受信ステップと、
   前記第二通信装置の制御部が、前記第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれにおいて受信した前記ＯＡＭ波の位相に基づいて、前記第一アンテナからの電波放射方向のズレの角度を求め、求められた前記角度に基づいて前記第一アンテナの垂直方向の向きの調整と前記第一アンテナの水平方向の向きの調整とを個別に行う制御ステップと、
   を有することを特徴するアンテナ調整方法。
2. 前記制御ステップにおいては、前記第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれにおいて受信した前記ＯＡＭ波の位相と、前記第一アンテナからの電波放射方向にズレがあるときに前記第一アンテナから送信された信号を前記第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれが受信したときの位相変化の特性とに基づいて、前記第一アンテナからの電波放射方向の垂直方向又は水平方向のズレの角度を求める、
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ調整方法。
3. 前記制御部が、前記第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれにおいて受信した前記ＯＡＭ波の位相に基づいて、水平方向又は垂直方向の調整が必要か否かを判断する判断ステップをさらに有し、
   前記制御ステップにおいては、前記判断ステップにより垂直方向の調整が必要と判断された場合に前記第一アンテナの垂直方向の回転の調整を行い、前記判断ステップにより水平方向の調整が必要と判断された場合に前記第一アンテナの水平方向の回転の調整を行う、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアンテナ調整方法。
4. 前記制御部が、前記第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれにおいて受信した前記ＯＡＭ波の位相に基づいて、前記第一アンテナの水平方向又は垂直方向の一方を回転させた前後において、他方の方向の位相の変化があるか否かを判断する判断ステップをさらに有し、
   前記制御ステップにおいては、前記判断ステップにより水平方向の位相変化があると判断された場合に前記第一アンテナの垂直方向の回転の調整を行い、前記判断ステップにより垂直方向の位相変化があると判断された場合に前記第一アンテナの水平方向の回転の調整を行う、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアンテナ調整方法。
5. 前記制御ステップにおいては、前記第一通信装置の可動部が、求められた前記角度に基づいて、前記第一アンテナの向きを水平方向又は垂直方向に回転させる、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のアンテナ調整方法。
6. 前記第一通信装置は、複数のアンテナ素子が三次元に配された三次元アレイを有し、
   前記第一アンテナは、前記三次元アレイが有する前記アンテナ素子から選択されたアンテナ素子により構成され、
   前記制御ステップにおいては、前記第一通信装置の選択部が、求められた前記角度に基づいて、前記三次元アレイが有する前記アンテナ素子から前記第一アンテナとして用いるアンテナ素子を選択する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のアンテナ調整方法。
7. 第一通信装置と第二通信装置とを有する通信システムであって、
   前記第一通信装置は、ＯＡＭ（Orbital Angular Momentum）波を送信する第一アンテナを備え、
   前記第二通信装置は、
   前記ＯＡＭ波を受信する第二アンテナと、
   前記第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれにおいて受信した前記ＯＡＭ波の位相に基づいて、前記第一アンテナからの電波放射方向のズレの角度を求め、求められた前記角度に基づいて前記第一アンテナの垂直方向の向きの調整と前記第一アンテナの水平方向の向きの調整とを個別に行う制御部とを備える、
   ことを特徴する通信システム。
8. 前記制御部は、前記第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれにおいて受信した前記ＯＡＭ波の位相と、前記第一アンテナからの電波放射方向にズレがあるときに前記第一アンテナから送信された信号を前記アンテナ素子が受信したときの位相変化の特性とに基づいて、前記第一アンテナからの電波放射方向の垂直方向又は水平方向のズレの角度を求める、
   ことを特徴とする請求項７に記載の通信システム。

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