JP2019050521A - アンテナ装置、無線通信装置および信号送信方法 - Google Patents

アンテナ装置、無線通信装置および信号送信方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2019050521A
JP2019050521A JP2017174236A JP2017174236A JP2019050521A JP 2019050521 A JP2019050521 A JP 2019050521A JP 2017174236 A JP2017174236 A JP 2017174236A JP 2017174236 A JP2017174236 A JP 2017174236A JP 2019050521 A JP2019050521 A JP 2019050521A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
phase shifter
phase
signal
antenna device
transmission line
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2017174236A
Other languages
English (en)
Inventor
佐野　誠
Makoto Sano
誠 佐野
誠也 岸本
Seiya Kishimoto
誠也 岸本
誠 桧垣
Makoto Higaki
誠 桧垣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2017174236A priority Critical patent/JP2019050521A/ja
Priority to US15/907,730 priority patent/US10218426B1/en
Publication of JP2019050521A publication Critical patent/JP2019050521A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0682—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission using phase diversity (e.g. phase sweeping)
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
    • H01Q25/001—Crossed polarisation dual antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • H01Q21/245—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction provided with means for varying the polarisation 
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H01Q3/34—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
    • H01Q3/36—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with variable phase-shifters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/045—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means

Abstract

【課題】簡単な構造で、高い交さ偏波識別度を実現する。【解決手段】本発明の実施形態としてのアンテナ装置は、入力信号を分割して第１の信号および第２の信号を生成する分岐回路と、前記第１の信号の位相を可変な第１移相器と、前記第２の信号の位相を可変な第２移相器と、前記第１移相器の第１出力信号に基づき右旋円偏波を送信し、前記第２移相器の第２出力信号に基づき左旋円偏波を送信する放射素子と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、アンテナ装置、無線通信装置および信号送信方法に関する。
右旋円偏波アンテナおよび左旋円偏波アンテナを備えた偏波面可変アンテナにおいて、右旋円偏波アンテナおよび左旋円偏波アンテナの片方の給電線に移相器を接続した構成が知られている。これによれば、当該１つの移相器の移相量を制御することのみで、直線偏波の偏波面を変えることができる。
しかしながら、移相器の挿入損失によって、右旋・左旋円偏波の振幅差が生じ、交さ偏波識別度が劣化する（交さ偏波成分が大きくなる）問題がある。また、直線偏波の偏波面の可変範囲を最大（0〜180°）にするためには、移相器の移相量の可変範囲を0~360°にする必要がある。すなわち、移相量の可変範囲を大きくする必要がある。移相量の可変範囲が大きい移相器は、移相器が物理的に大きい、挿入損失が大きい、および、移相量・周波数の変化による挿入損失の変動が大きいといった問題もある。
一方、右旋円偏波および左旋円偏波の一方の位相を移相器で制御するとともに、これらの両方の振幅をそれぞれの増幅器で制御する偏波面制御アンテナも知られている。これによれば、移相器の挿入損失の変動を、各増幅器で補償することで、交さ偏波識別度を改善できる。
しかしながら、移相器の挿入損失は周波数によって異なるため、送受信する周波数に応じて振幅を調整する必要があり、各増幅器および移相器の構成が複雑になる問題がある。また、好適な交さ偏波識別度を維持しつつ広い周波数帯域を使用するのは困難である。その他、送受信する高周波信号の波形が可変増幅器によって歪む問題や、高調波が発生する問題などもある。
特開昭63-238726号公報 特開平8-78947号公報
本発明の実施形態は、簡単な構造で、高い交さ偏波識別度を実現するアンテナ装置、および当該アンテナ装置を備えた無線通信装置を提供する。
本発明の実施形態としてのアンテナ装置は、入力信号を分割して第１の信号および第２の信号を生成する分岐回路と、前記第１の信号の位相を可変な第１移相器と、前記第２の信号の位相を可変な第２移相器と、前記第１移相器の第１出力信号に基づき右旋円偏波を送信し、前記第２移相器の第２出力信号に基づき左旋円偏波を送信する放射素子と、を備える。
本発明の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す図。 放射素子の変形例を示す図。 放射素子の変形例を示す図。 放射素子の変形例を示す図。 第１の移相器と第２の移相器の移相量と偏波面の関係を示す図。 右旋円偏波および左旋円偏波の振幅差と交さ偏波識別度との関係を示す図。 本発明の実施形態に係るアンテナ装置に制御回路を接続した構成例を示す図。 本発明の実施形態に係るアンテナ装置に制御回路を接続した構成例を示す図。 本発明の実施形態に係るアンテナ装置の変形例を示す図。 本発明の実施形態に係るアンテナ装置の変形例を示す図。 本発明の実施形態に係るアンテナ装置と無線通信回路とを備えた無線通信装置の例を示す図。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態にかかるアンテナ装置の概略構成の一例を示す。
図１のアンテナ装置は、放射素子１００、第１の移相器１０１ａ、第２の移相器１０１ｂ、分岐回路（以下、２分岐回路）１０２を備える。
放射素子１００は、第１の移相器１０１ａと、伝送線路１０４ａで接続されている。放射素子１００は、第２の移相器１０１ｂと、伝送線路１０４ｂで接続されている。第１の移相器１０１ａは、２分岐回路１０２と、伝送線路１０５ａで接続されている。第２の移相器１０１ｂは、２分岐回路１０２と、伝送線路１０５ｂで接続されている。２分岐回路１０２は、伝送線路１０６を介して、高周波回路の入出力端子１０７に接続されている。
放射素子１００は、右旋円偏波と左旋円偏波を送受信する。放射素子１００は、右旋円偏波の入出力端子１０３ａと、左旋円偏波の入出力端子１０３ｂとを備える。右旋円偏波の入出力端子１０３ａを用いると、右旋円偏波を送受信できる。左旋円偏波の入出力端子１０３ｂを用いると、左旋円偏波を送受信できる。右旋円偏波の入出力端子１０３ａと左旋円偏波の入出力端子１０３ｂとを同時に用いると、右旋円偏波と左旋円偏波を同時に送受信できる。より詳細には、送信時、放射素子１００から送信される右旋円偏波と左旋円偏波が合成された直線偏波が送信される。受信時、放射素子１００で受信された直線偏波が右旋円偏波と左旋円偏波に分離され、右旋円偏波の高周波信号および左旋円偏波の高周波信号が入出力端子１０３ａ、１０４ｂから出力される。放射素子１００の具体例として、摂動素子を備えたパッチアンテナを用いることができる。
図２、図３、図４を用いて、放射素子１００の変形例を説明する。放射素子１００は、図２のように、右旋円偏波を放射する放射素子２００ａと、左旋円偏波を放射する放射素子２００ｂとの２つの放射素子から構成されてもよい。また、放射素子１００は、図３のように２つの直交する直線偏波を発生させるための直線偏波共用アンテナ３００に、９０°ハイブリッドカプラなどの外部回路３０１を接続することで構成してもよい。この場合、外部回路３０１で、入力される２つの直交する直線偏波信号に±９０°の位相差を与えることで、直線偏波共用アンテナ３００で右旋円偏波および左旋円偏波を発生させる。また、図３の直線偏波共用アンテナ３００を２つに分けてもよい。この場合の構成例を図４に示す。それぞれ２つの直交する直線偏波のうちの１つに対応する直線偏波アンテナ３１０ａ、３１０ｂが外部回路３０１に接続されている。外部回路３０１で、入力される２つの直交する直線偏波の高周波信号に±９０°の位相差を与えることで、直線偏波アンテナ３１０ａ、３１０ｂでそれぞれ右旋円偏波および左旋円偏波を発生させることができる。その他、放射素子１００として、複数の直線偏波用のアンテナに位相差を与えて励振させることで円偏波を発生させるシーケンシャルアレーを用いてもよい。
放射素子１００、アンテナ200a, 200b, 300, 301, 310a, 310bは、例示したものに限定されず、右旋円偏波および左旋円偏波、またはこれらのうちの一方を送受信できるものであれば、どのようなアンテナでもよい。例えば、ダイポールアンテナ、ヘリカルアンテナ、スパイラルアンテナ、ループアンテナ、誘電体共振器アンテナ、セプタム構造や直交モード変換器を装荷した導波管を用いたアンテナ、スロットアンテナ、反射鏡アンテナ、レンズアンテナ、メタ表面を用いたアンテナなどでもよいし、これらを組み合わせたアンテナでもよい。これらのアンテナを複数個配列したアレーアンテナでもよい。
右旋円偏波の入出力端子１０３ａは、伝送線路１０４ａと電気的に接続されている。左旋円偏波の入出力端子１０３ｂは、伝送線路１０４ｂと電気的に接続されている。入出力端子１０３ａは、一例として、同軸ケーブルのコネクタや導波管のコネクタなどのように伝送線路１０４ａと放射素子１００間を着脱できる構造を有する。あるいは、伝送線路１０４ａと放射素子１００間が、例えば固定的に結合あるいは一体に形成されていてもよく（すなわち伝送線路１０４ａと放射素子１００間が脱着できない構成）、この場合、伝送線路１０４ａ上の任意の点を、右旋円偏波の入出力端子１０３ａと定義してもよい。入出力端子１０３ｂも入出力端子１０３ａと同様である。
第１の移相器１０１ａは、伝送線路１０４ａから伝送線路１０５ａに伝送する高周波信号、または伝送線路１０５ａから伝送線路１０４ａに伝送する高周波信号の位相を変えることができる移相器である。同様に、第２の移相器１０１ｂは、伝送線路１０４ｂから伝送線路１０５ｂに伝送する高周波信号、または伝送線路１０５ｂから伝送線路１０４ｂに伝送する高周波信号の位相を変えることができる移相器である。第１の移相器１０１ａは、入力される高周波信号の位相を調整し、第２の移相器１０１ｂは、入力される高周波信号の位相を調整する。調整するとは、位相を変更する場合の他、同一の位相を維持する場合も含む。
第１の移相器１０１ａと第２の移相器１０１ｂは、入力される高周波信号の周波数が同じで、かつ、移相量が同じときに挿入損失が略等しい。略等しいとは、等しい場合、ほぼ等しい場合の両方を含む。ほぼ等しい場合の例として、挿入損失の差が所定の誤差範囲に収まる場合がある。所定の誤差範囲は、一例として、通信に要求される品質または性能に応じて任意に定められる。第１の移相器１０１ａの構成は、第２の移相器１０１ｂと同じでもよい。具体的には、第１の移相器１０１ａと第２の移相器１０１ｂは、同じ型番号の製品でもよい。または、第１の移相器１０１ａと第２の移相器１０１ｂは、同じパターンを有するデバイスでもよい。
第１の移相器１０１ａと第２の移相器１０１ｂは、移相量を連続的に変えられるアナログ方式の移相器でも良いし、移相量を離散的に切り換えられるデジタル方式の移相器でもよい。第１の移相器１０１ａと第２の移相器１０１ｂは、ＰＩＮダイオードやＦＥＴ、ＭＥＭＳスイッチなどで線路長を切り替える移相器でもよいし、フェライト移相器、ＭＥＭＳ移相器でもよい。バラクタダイオードなどの可変インピーダンス素子または線路長を切り換えられる伝送線路と、９０°ハイブリッドカプラとを組み合わせた反射型移相器などでもよい。
伝送線路１０４ａ、１０４ｂ、１０５ａ、１０５ｂ、１０６は、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路、ストリップ線路、平行２線式線路、同軸線路、導波管などの高周波信号を伝送する伝送線路である。一例として、伝送線路１０４ａと１０４ｂは同じ構造の伝送線路であり、伝送線路１０５ａ、１０５ｂが同じ構造の伝送線路である。伝送線路１０４ａ、１０５ａ、１０６の種類が互いに異なっていても構わない。同様に、伝送線路１０４ｂ、１０５ｂ、１０６の種類が異なっていても構わない。
また、伝送線路１０４ａ、１０５ａに、第１の移相器１０１ａに付随する回路素子が接続されていてもかまわない。同様に、伝送線路１０４ｂ、１０５ｂに第２の移相器１０１ｂに付随する回路素子が接続されていてもよい。また、伝送線路１０６に２分岐回路１０２に付随する回路素子が接続されていてもかまわない。
２分岐回路１０２は、送信時、伝送線路１０６から入力された高周波信号（入力信号）を２つに分割して伝送線路１０５ａ、１０５ｂに出力する。また、２分岐回路１０２は、受信時、伝送線路１０５ａ、１０５ｂから入力された高周波信号を合成して伝送線路１０６に出力する。２分岐回路１０２の例として、ウィルキンソン型分配器、Ｔ分岐、マジックＴ、９０°ハイブリッド、ラットレースなどがある。
入出力端子１０７は、一例として、伝送線路１０６と高周波回路（例えば増幅器）間を着脱可能なコネクタ等である。または、伝送線路１０６と高周波回路が、固定的に結合あるいは一体に形成されていてもよく（すなわち伝送線路１０６と高周波回路間が脱着できない構成）、この場合、伝送線路１０６上の任意の点を、高周波回路の入出力端子１０７と定義することができる。
図１のアンテナ装置によれば、第１の移相器１０１ａと第２の移相器１０１ｂの少なくとも一方の移相量を変えて、右旋円偏波と左旋円偏波の相対的な位相差を調整することのみで、広い周波数帯域でわたって交さ偏波識別度を好適に維持しつつ、直線偏波の偏波面を変えることができる。
以下に、図１のアンテナ装置の動作原理を示す。右旋円偏波の電界ERHCP、左旋円偏波の電界ELHCPは、以下のように表される。
Figure 2019050521
 Ex、Eyは、電界のx、y成分である。第１の移相器１０１ａの移相量をψ1、第２の移相器１０１ｂの移相量をψ2とすると、ERHCPとELHCPを等振幅で合成した電界Eは
Figure 2019050521
 と表される。
例えば、ψ1=ψ2=0°のとき、
Figure 2019050521
 となり、偏波面がxz面（φ=0°、φはx軸からの回転角）の直線偏波となる。
ψ1=90°、ψ2=0°のとき、
Figure 2019050521
 となり、偏波面がφ=45°の直線偏波となる。
ψ1=180°、ψ2=0°のとき、
Figure 2019050521
 となり、偏波面がφ=90°の直線偏波となる。
このように、第２の移相器１０１ｂの移相量をψ2=0°に固定した状態で、ψ1を0°〜180°の範囲で変えることで、直線偏波の偏波面をφ=0~90°の範囲で変えることができる。
同様に、ψ1=0°、ψ2=90°のとき、
Figure 2019050521
 となり偏波面がφ=-45°の直線偏波となる。
ψ1=0°、ψ2=180°のとき
Figure 2019050521
 となり、偏波面がφ=-90°の直線偏波となる。
よって、第１の移相器１０１ａの移相量をψ1=0°に固定した状態で、ψ2を0°〜180°の範囲で変えることで、直線偏波の偏波面をφ=0〜-90°の範囲で変えることができる。
ここで、図５に示すように、φ=90°とφ=-90°は同じ偏波面を表す。以上から、第１の移相器１０１ａと第２の移相器１０１ｂの移相量の範囲がいずれも0~180°の場合、第１の移相器１０１ａと第２の移相器１０１ｂの移相量を調整することで、任意の偏波面の直線偏波を実現できる。
関連技術にかかる偏波面可変のアンテナ装置について説明する。この関連技術にかかるアンテナ装置では、
Figure 2019050521
 の式で表されるように、右旋円偏波（または左旋円偏波）のみに、移相器で移相量を与える。この場合、任意の偏波面を実現するためには、移相器の移相量を0~360°にする必要がある。移相器の移相量を大きくすると、移相器が物理的に大きくなる問題、挿入損失が大きくなる問題、移相量および周波数の少なくとも一方の変化時の挿入損失の変動が大きくなる問題等がある。移相器の挿入損失または挿入損失の変動により、関連技術のアンテナ装置では、右旋円偏波と左旋円偏波に大きな振幅差が生じ、交さ偏波識別度が劣化する。
図６に、右旋円偏波と左旋円偏波の振幅差と、交さ偏波識別度との関係のグラフの例を示す。
移相器の挿入損失が0dBのときは、右旋円偏波と左旋円偏波の振幅が等しくなり、交さ偏波識別度は無限大になるが、実際には、挿入損失が0dBの移相器を実現することはできない。移相器の挿入損失が例えば5dBのとき、右旋円偏波は左旋円偏波より5dB低くなり、交さ偏波識別度は12.9dBに劣化する。可変増幅器などの振幅調整回路を用いることで、右旋・左旋円偏波の振幅差を低減できるが、移相器の移相量や周波数に応じて、振幅調整回路の利得を調節する必要があるため、これらの制御を行うための制御回路が複雑になるといった問題が生じる。
一方、本実施形態にかかるアンテナ装置では、右旋円偏波と左旋円偏波の両方の伝送線路に挿入損失が略等しい移相器（第１の移相器１０１ａと第２の移相器１０１ｂ）を設けている。第１の移相器１０１ａと第２の移相器１０１ｂの移相量が同じとき、右旋・左旋円偏波の両方が、挿入損失の分だけ振幅が小さくなり、振幅が略等しくなる。すなわち、右旋・左旋円偏波の振幅差が生じないか、あるいは所定の誤差範囲に収まる。第１の移相器１０１ａと第２の移相器１０１ｂのうちの一方の移相量を変えると、移相量を変えた移相器の挿入損失が変動し、両移相器間で挿入損失が異なることになるが、当該挿入損失の変動が0.5dB以下であれば、すなわち、挿入損失の差が0.5dB以下であれば、交さ偏波識別度は30.8dB以上である。また、挿入損失の変動が1.0dB以下の場合でも、交さ偏波識別度は24.8dB以上である。したがって、いずれか一方の移相器の移相量を変えた場合も、好適な交さ偏波識別度が得られる。
本実施形態にかかるアンテナ装置では、直線偏波の任意の偏波面の実現に必要な移相量が180°であり、これは、関連技術のアンテナ装置で必要な移相量360°より小さい。また、挿入損失の変動が小さい移相器の設計は比較的容易である。よって、本実施形態によれば、振幅調整回路を用いることなく、好適な交さ偏波識別度を有する偏波面可変のアンテナ装置を実現できる。また、第１の移相器１０１ａと第２の移相器１０１ｂが同一構成のとき、移相量変化時の挿入損失の変化量、および周波数変化時の挿入損失の変化量が等しくなるため、より広い周波数帯域で好適な交さ偏波識別度を実現できる。
図７に、第１の移相器１０１ａと第２の移相器１０１ｂとの移相量を調整する制御回路を図１のアンテナ装置に追加した構成を示す。図１のアンテナ装置に制御回路４００が接続されている。制御回路４００は、第１の移相器１０１ａと第２の移相器１０１ｂとの移相量を調整する。第１の移相器１０１ａと第２の移相器１０１ｂの移相量の範囲が同じとき、右旋円偏波と左旋円偏波の移相量を同じ方法で制御でき、また制御方式を簡単にできるため、制御回路４００の構成を簡単にできる。制御回路４００は、専用回路により構成してもよいし、ソフトウェアを実行するＣＰＵ等のプロセッサにより構成してもよい。
制御回路４００は、第１の移相器１０１ａと第２の移相器１０１ｂのうち、片方の移相器の移相量を固定にし、もう片方の移相器の移相量を連続的に変えてもよい。これによって偏波面を連続的に変えてもよい。この場合、２つの移相器のうち、一方のみを制御対象とすることができる。これによれば、制御回路の構成や制御方式をさらに簡単にできる。第２の移相器１０１ｂの移相量のみを制御する場合の構成例を図８に示す。制御回路４１０は、第２の移相器１０１ｂの移相量のみを制御する。第１の移相器１０１ａの移相量は所定の値に固定されている。
当該所定の値は、第１の移相器１０１ａの範囲の最大値または最小値でもよい。これにより、偏波面の可変範囲を最大化できる。例えば、第１の移相器１０１ａと第２の移相器１０１ｂとして移相量が0〜180°の移相器を用い、第１の移相器の移相量を0°または180°に固定し、第２の移相器１０１ｂの移相量を0〜180°の範囲で変えることで、偏波面の可変範囲が最大化される。ここでは、第２の移相器１０１ｂを制御対象としたが、第２の移相器１０１ｂでなく、第１の移相器１０１ａを制御してもよい。この場合、第２の移相器の移相量を0°または180°に固定し、第１の移相器１０１ａの移相量を0〜180°の範囲で変えることで、偏波面の可変範囲が最大化される。
また、伝送線路１０４ａ、１０５ａの長さの和と、伝送線路１０４ｂ、１０５ｂの長さの和とが略等しいとき、伝送線路１０４ａ、１０５ａによる右旋円偏波の高周波信号の位相と振幅の変化は、伝送線路１０４ｂ、１０５ｂによる左旋円偏波の高周波信号の振幅と位相の変化と略等しくなるため、交さ偏波識別度を改善できる。伝送線路１０４ａ、１０５ａの長さの和と、伝送線路１０４ｂ、１０５ｂの長さの和が略等しければ、伝送線路１０５ａと伝送線路１０５ｂの長さが異なっても、同様の効果を得ることができる。
図９に、伝送線路１０５ａと伝送線路１０５ｂの長さが異なる場合のアンテナ装置の構成例を示す。伝送線路１０５ａと伝送線路１０５ｂの長さが異なっており、また、伝送線路１０４ａと伝送線路１０４ｂの長さが異なっている。ただし、伝送線路１０４ａ、１０５ａの長さの和と、伝送線路１０４ｂ、１０５ｂの長さの和とが略等しい。このため、これらの伝送線路１０４ａ、１０４ｂ、１０５ａ、１０５ｂに起因する右旋円偏波・左旋円偏波の高周波信号の振幅と位相の変化が略等しくなるため、交さ偏波識別度を改善できる。
また、図１０に、伝送線路１０５ａ、１０５ｂの形状が、２分岐回路１０２から見て略対称である場合（対称の場合も含む）の構成例を示す。２分岐回路１０２から見て略対称であるとは、一例として、２分岐回路１０２の中心（例えば信号の分岐点または結合点）と、放射素子１００の中心とを通る対称軸４３０に対して対称であることである。なお、対称軸４３０は仮想の線である。このとき、伝送線路１０５ａ、１０５ｂによる右旋円偏波・左旋円偏波の高周波信号の振幅・位相変化の周波数特性が等しくなるため、より広い周波数帯域で好適な交さ偏波識別度を実現できる。
また、２分岐回路１０２の形状が、伝送線路１０６から見て略対称でもよい。この場合、２分岐回路１０２が広帯域になるため、アンテナ装置がより広い周波数帯域で動作するようになる。
２分岐回路１０２が、伝送線路１０６から供給される高周波信号を分割する際、略等振幅（同じ振幅の場合を含む）で分割を行ってもよい。これにより、より好適な交さ偏波識別度を実現できる。また、伝送線路１０５ａ、１０５ｂから供給される高周波信号が略等振幅の場合、これらの信号が略等振幅で合成されるため、より好適な交さ偏波識別度を実現できる。なお、２分岐回路１０２では、等位相で分配・合成を行う必要はない。
図１１は、図１のアンテナ装置と、無線通信回路１２０とを備えた無線通信装置の構成例を示す。無線通信回路１２０は、アンテナ装置を用いて、相手の無線通信装置と無線通信を行う。無線通信回路１２０は、ベースバンド回路１０９と、ＤＡ／ＡＤ変換回路１１０と、高周波回路１１１とを含む。ベースバンド回路１０９は、使用する通信方式または仕様等に準拠したフレームまたはパケットを生成し、生成したフレームまたはパケットのデジタル信号を符号化および変調する。ＤＡ／ＡＤ変換回路１１０は、変調後のデジタル信号をアナログ信号に変換する。高周波回路１１１は、帯域制御によりアナログ信号から所望帯域の信号を抽出し、抽出した信号を無線周波数に周波数変換し、変換後の信号（高周波信号）を増幅器で増幅して、２分岐回路１０２に出力する。高周波回路１１１の増幅器は、入出力端子１０７を介して、伝送線路１０６に接続されている。受信時は、高周波回路１１１は、２分岐回路１０２から高周波信号を受信する。高周波回路１１１は、受信した信号をＬＮＡで低ノイズ増幅を行い、増幅後の信号から所望帯域の信号を抽出し、抽出した信号をベースバンドに周波数変換して、ベースバンド信号をＤＡ／ＡＤ変換回路１１０に出力する。高周波回路１１１のＬＮＡは、入出力端子１０７を介して伝送線路１０６に接続されている。ＤＡ／ＡＤ変換回路は、入力されたベースバンド信号をデジタル信号に変換してベースバンド回路１０９に出力する。ベースバンド回路１０９は、入力されたデジタル信号を復調および復号して、フレームまたはパケットを取得する。
本アンテナ装置は、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）のアクセスポイント、基地局、レーダー、リモートコントローラーなど、無線通信の相手方のアンテナの偏波面が未知のとき、または通信の相手方が移動する場合に有利である。アンテナを機械的に動かすことなく、相手方のアンテナの偏波面に合わせることができる。通信品質・通信距離の向上、レーダーの多機能化などが期待できる。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
１００：放射素子
１０１ａ：第１の移相器
１０１ｂ：第２の移相器
１０２：２分岐回路（分岐回路）
１０４ａ、１０４ｂ、１０５ａ、１０５ｂ、１０６：伝送線路
１０３ａ、１０３ｂ、１０７：入出力端子
１２０：
１０９：ベースバンド回路
１１０：ＤＡ／ＡＤ変換回路
１１１：高周波回路
２００ａ、２００ｂ：円偏波アンテナ
３００：直線偏波共用アンテナ
３０１：外部回路
３１０ａ、３１０ｂ：直線偏波アンテナ
４００、４１０：制御回路

Claims (12)

  1. 入力信号を分割して第１の信号および第２の信号を生成する分岐回路と、
    前記第１の信号の位相を可変な第１移相器と、
    前記第２の信号の位相を可変な第２移相器と、
    前記第１移相器の第１出力信号に基づき右旋円偏波を送信し、前記第２移相器の第２出力信号に基づき左旋円偏波を送信する放射素子と、
    を備えたアンテナ装置。
  2. 前記第１移相器の挿入損失は、前記第２移相器の挿入損失と略等しい
    請求項１に記載のアンテナ装置。
  3. 前記分岐回路および前記第１移相器間を接続する伝送線路と、前記第１移相器と前記放射素子間を接続する伝送線路との長さの和は、前記分岐回路および前記第２移相器間を接続する伝送線路と、前記第２移相器と前記放射素子間を接続する伝送線路との長さの和と略等しい
    請求項１または２に記載のアンテナ装置。
  4. 前記分岐回路の形状は、前記分岐回路に前記入力信号を供給する伝送線路から見て略対称である
    請求項１ないし３のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
  5. 前記分岐回路および前記第１移相器間を接続する伝送線路の形状と、前記分岐回路および前記第２移相器間を接続する伝送線路の形状は、前記分岐回路から見て略対称である
    請求項１ないし４のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
  6. 前記第１の信号および前記第２の信号の振幅は略等しい
    請求項１ないし５のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
  7. 前記第１移相器の移相量の範囲は、前記第２移相器の移相量の範囲と等しい
    請求項１ないし６のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
  8. 前記第１移相器は、前記第２移相器と同じ構成を有する
    請求項１ないし７のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
  9. 前記第１移相器および前記第２移相器のうちの一方の移相量を固定した状態で、他方の移相量を変化させる制御回路
    を備えた請求項１ないし８のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
  10. 前記制御回路は、前記一方の移相器の移相量を前記移相量の範囲の最大または最小値に固定する
    請求項９に記載のアンテナ装置。
  11. 請求項１ないし１０のいずれか一項に記載のアンテナ装置と、
    前記アンテナ装置を用いて無線通信を行う無線通信回路と
    を備えた無線通信装置。
  12. 入力信号を分割して第１の信号および第２の信号を生成し、
    前記第１の信号の位相を第１移相器により調整し、
    前記第２の信号の位相を第２移相器により調整し、
    前記第１移相器により調整された信号に基づき右旋円偏波を送信し、
    前記第２移相器により調整された信号に基づき左旋円偏波を送信する
    信号送信方法。
JP2017174236A 2017-09-11 2017-09-11 アンテナ装置、無線通信装置および信号送信方法 Pending JP2019050521A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017174236A JP2019050521A (ja) 2017-09-11 2017-09-11 アンテナ装置、無線通信装置および信号送信方法
US15/907,730 US10218426B1 (en) 2017-09-11 2018-02-28 Antenna device, wireless communication device and signal transmission method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017174236A JP2019050521A (ja) 2017-09-11 2017-09-11 アンテナ装置、無線通信装置および信号送信方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2019050521A true JP2019050521A (ja) 2019-03-28

Family

ID=65410963

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017174236A Pending JP2019050521A (ja) 2017-09-11 2017-09-11 アンテナ装置、無線通信装置および信号送信方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10218426B1 (ja)
JP (1) JP2019050521A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10523481B1 (en) 2018-06-20 2019-12-31 Kabushiki Kaisha Toshiba Antenna device and signal reception method
JP2020178254A (ja) * 2019-04-18 2020-10-29 株式会社東芝 アンテナ装置
JP2021010068A (ja) * 2019-06-28 2021-01-28 株式会社東芝 アンテナ装置

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017078851A2 (en) 2015-09-18 2017-05-11 Corman David W Laminar phased array
US11418971B2 (en) 2017-12-24 2022-08-16 Anokiwave, Inc. Beamforming integrated circuit, AESA system and method
JP7010719B2 (ja) 2018-02-13 2022-01-26 東芝テック株式会社 読取システム
US10998640B2 (en) 2018-05-15 2021-05-04 Anokiwave, Inc. Cross-polarized time division duplexed antenna
US20200145265A1 (en) * 2018-11-01 2020-05-07 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Device, Method, And System For Obscuring A Transmitted Radio Frequency Signal Using Polarization Modulation To Avoid Interception
US10644763B1 (en) * 2019-03-21 2020-05-05 Kabushiki Kaisha Toshiba Technique for single antenna full duplex
CN110165372B (zh) * 2019-05-31 2021-01-12 大连海事大学 一种x波段船用雷达微带天线阵
US10651920B1 (en) * 2019-08-30 2020-05-12 Cth Lending Company, Llc Methods for formation of antenna array using asymmetry
CN112271459B (zh) * 2020-10-30 2021-08-03 南京大学 一种频率实时可调的共形低散射超表面
CN112582784B (zh) * 2020-11-23 2022-03-15 华南理工大学 一种基于环加载和开槽的宽带基站天线及无线通信设备
CN113659339B (zh) * 2021-08-23 2023-07-25 深圳市塞防科技有限公司 车载毫米波雷达及其发射天线与接收天线系统、天线系统
CN116826384A (zh) * 2022-03-21 2023-09-29 中兴通讯股份有限公司 超表面单元及其基站
CN114826174B (zh) * 2022-04-25 2023-06-13 中国电子科技集团公司第二十九研究所 可实现极化方式选择的微波功率放大器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0878947A (ja) * 1994-09-02 1996-03-22 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> 偏波面制御アンテナ装置
JPH11163954A (ja) * 1997-11-26 1999-06-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 偏波変調方法および復調装置
WO2011145264A1 (ja) * 2010-05-21 2011-11-24 日本電気株式会社 アンテナ装置、アンテナシステム、及びその調整方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63238726A (ja) 1987-03-26 1988-10-04 Matsushita Electric Works Ltd マイクロ波送受信装置
JPH0677916A (ja) 1991-04-30 1994-03-18 Mazda Motor Corp 車両用受信装置
JP3036159B2 (ja) 1991-09-20 2000-04-24 日本電気株式会社 偏波共用アンテナ
FR2760569B1 (fr) 1997-03-04 1999-04-09 Alsthom Cge Alcatel Antenne pour l'emission et/ou la reception de signaux a polarisation rectiligne
JP5380997B2 (ja) 2008-10-15 2014-01-08 パナソニック株式会社 ダイバーシティアンテナ装置と、これを用いた電子機器
US9203161B2 (en) * 2010-05-21 2015-12-01 Nec Corporation Antenna apparatus and method of adjusting the same
JP2014093767A (ja) 2012-11-06 2014-05-19 Masayoshi Aikawa 直交偏波共用・偏波面可変アンテナ
US9571183B2 (en) * 2014-06-30 2017-02-14 Viasat, Inc. Systems and methods for polarization control
JP6649090B2 (ja) 2016-01-04 2020-02-19 株式会社エンプラス 光レセプタクルおよび光モジュール
US10630370B2 (en) 2016-05-10 2020-04-21 Hitachi, Ltd. Transmitter and receiver
WO2017213102A1 (ja) 2016-06-09 2017-12-14 株式会社日立製作所 無線システム、およびそれを用いた昇降機制御システム、変電設備監視システム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0878947A (ja) * 1994-09-02 1996-03-22 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> 偏波面制御アンテナ装置
JPH11163954A (ja) * 1997-11-26 1999-06-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 偏波変調方法および復調装置
WO2011145264A1 (ja) * 2010-05-21 2011-11-24 日本電気株式会社 アンテナ装置、アンテナシステム、及びその調整方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10523481B1 (en) 2018-06-20 2019-12-31 Kabushiki Kaisha Toshiba Antenna device and signal reception method
JP2020178254A (ja) * 2019-04-18 2020-10-29 株式会社東芝 アンテナ装置
US10992063B2 (en) 2019-04-18 2021-04-27 Kabushiki Kaisha Toshiba Antenna apparatus, method, and electronic apparatus
JP7064467B2 (ja) 2019-04-18 2022-05-10 株式会社東芝 アンテナ装置
JP2021010068A (ja) * 2019-06-28 2021-01-28 株式会社東芝 アンテナ装置
US11081793B2 (en) 2019-06-28 2021-08-03 Kabushiki Kaisha Toshiba Antenna apparatus
JP7064471B2 (ja) 2019-06-28 2022-05-10 株式会社東芝 アンテナ装置

Also Published As

Publication number Publication date
US10218426B1 (en) 2019-02-26
US20190081685A1 (en) 2019-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2019050521A (ja) アンテナ装置、無線通信装置および信号送信方法
US6233434B1 (en) System for transmitting/receiving a signal having a carrier frequency band for a radio base station
CN101719599B (zh) 圆极化介质谐振器阵列天线
TW200541159A (en) Antenna device
JP2008510425A (ja) 導波管ノッチアンテナ
KR20080071991A (ko) 원편파를 갖는 안테나 어레이
US20060012536A1 (en) Wideband omnidirectional radiating device
US10523481B1 (en) Antenna device and signal reception method
KR101127147B1 (ko) 광대역 편파 재구성을 위한 광대역 안테나 시스템 및 이를 이용한 신호 송신 방법
Seo et al. A quadruple-polarization reconfigurable feeding network for UAV RF sensing antenna
CN109155457A (zh) 具有对辐射元件的频率相关的功率分发的天线系统
CN110224232B (zh) 用于减少不希望方向上的信号辐射的天线系统和方法
Emami et al. Reconfigurable photonic feed for sinuous antenna
US6429824B2 (en) Low profile, broadband, dual mode, modified notch antenna
US8860628B2 (en) Antenna array for transmission/reception device for signals with a wavelength of the microwave, millimeter or terahertz type
CN104993245A (zh) S波段动中通双频圆极化微带天线及其阵列
Jokanovic et al. Advanced antennas for next generation wireless access
JP2003110354A (ja) 中継局およびこれに用いられる送信アンテナ並びに受信アンテナ
JP7064471B2 (ja) アンテナ装置
JP2000307327A (ja) 双ループアンテナ
Shu et al. A High-Gain Antenna with Dual Circular Polarization for W-band mmWave Wireless Communications
US11973257B2 (en) Wearable accessory with phased array antenna system
WO2024065506A1 (en) Devices and methods for steering an electromagnetic beam having one or more orbital angular momentum modes
KR102158981B1 (ko) 안테나 패턴을 개선하기 위한 대칭 급전회로를 갖는 안테나
Xiang et al. A Dual-Band High Gain Antenna for $ K $ and $ Ka $ Bands

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190822

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200730

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20201030

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210104

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20210525