JP2019052976A - アレイアンテナ装置およびキャリブレーション方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アレイアンテナ装置における各アンテナに対応する送受信部の各々の伝搬特性のばらつきに起因する位相誤差の校正に係る時間を短縮するアレイアンテナ装置およびキャリブレーション方法を提供することである。【解決手段】実施形態のアレイアンテナ装置は、複数の送受信部、キャリブレーション部を持つ。送受信部は、アンテナ素子、送信部、受信部、送信校正部、受信校正信号生成部を持つ。送信部は、校正の際に送信信号を他の送受信部と並列に出力する。受信部は、受信信号を受信データ信号として出力する。送信校正部は、送信部からの送信信号を送信データ信号として出力する。受信校正信号生成部は、受信校正信号を他の送受信部と並列に受信部に出力する。キャリブレーション部は校正の際に、送受信部から並列に入力される送信データ信号間或は受信データ信号間の位相差により、並行して各送受信部の校正用のキャリブレーションデータを求める。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、アレイアンテナ装置およびキャリブレーション方法に関する。

アンテナ素子の各々の受信信号に対し、位相制御を加えつつ信号処理を行い、指向性を有する送信ビームパターンを形成するアレイアンテナ装置おいては、各アンテナ素子から信号処理回路までの信号の伝搬特性にばらつきがある。このばらつきにより、受信ビームパターンに歪みが生じて、アレイアンテナ装置による受信方位の探知精度が低下する。
このため、アレイアンテナ装置には、各アンテナ素子から信号処理回路に入力する受信信号それぞれの受信位相に含まれる、伝搬特性のばらつきに起因する位相誤差を校正する校正機能を備える必要がある。しかしながら、アンテナ素子単位に切り替えて校正処理を行うと、アンテナ素子を複数有するため、アンテナ素子数分繰り返して同様の校正処理を行うこととなり、アレイアンテナ装置における校正にかかる時間が長くなってしまう。

特開２０１３−６６２２１号公報 特許第５９０４８０４号公報

本発明が解決しようとする課題は、アレイアンテナ装置における各アンテナに対応する送受信部の各々の伝搬特性のばらつきに起因する位相誤差の校正に係る時間を短縮するアレイアンテナ装置およびキャリブレーション方法を提供することである。

実施形態のアレイアンテナ装置は、複数の送受信部と、キャリブレーション部とを持つ。送受信部は、アンテナ素子、送信部、受信部、送信校正部及び受信校正信号生成部を持つ。送信部は、アンテナ素子に対して送信信号を出力し、校正処理を行う際に送信信号を他の送受信部と並列に出力する。受信部は、アンテナ素子から供給される受信信号を受信データ信号として出力する。送信校正部は、前記校正処理を行う際に他の送受信部と並列に前記送信部から供給される前記送信信号を送信データ信号として出力する。受信校正信号生成部は、受信校正信号を他の送受信部と並列に前記受信部に出力する。キャリブレーション部は前記校正処理を行う際に、前記送受信部から並列に入力される前記送信データ信号間の位相差、及び前記受信データ信号間の位相差により、並行して前記送受信部の各々の校正に用いるそれぞれのキャリブレーションデータを求める。

第１の実施形態のアレイアンテナ装置１０の構成例を示すブロック図。 第１の実施形態のアレイアンテナ装置１０における校正処理の動作例を説明するフローチャート。 第２の実施形態のアレイアンテナ装置２０の構成例を示すブロック図。 第２の実施形態のアレイアンテナ装置２０における校正処理の動作例を説明するフローチャート。 第３の実施形態のアレイアンテナ装置２０の構成例を示すブロック図。 第３の実施形態のアレイアンテナ装置２０における校正処理の動作例を説明するフローチャート。

以下、実施形態のアレイアンテナ装置を、図面を参照して説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態のアレイアンテナ装置１０の構成例を示すブロック図である。アレイアンテナ装置１０は、アレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子の各々で受信された受信信号により受信アンテナパターンを形成するものである。アレイアンテナ装置３０は、複数の送受信部、例えば送受信部１１＿１〜１１＿ｎ、キャリブレーション部１２、アンテナ制御部１３、基準信号生成部１４及び受信信号処理部１５の各々を備えている。

キャリブレーション部１２は、送受信部１１＿１〜１１＿ｎの各々における送信信号及び受信信号の位相の校正を行うキャリブレーションデータ（後述する送信キャリブレーションデータ及び受信キャリブレーションデータ）を生成する。この送信信号及び受信信号の位相の校正を行うキャリブレーションデータの生成が本実施形態における校正処理である。

アンテナ制御部１３は、送受信部１１＿１〜１１＿ｎの各々における送信部１１２それぞれの送信信号の位相をキャリブレーションデータにより調整する。また、アンテナ制御部３３は、送受信部１１＿１〜１１＿ｎの各々におけるスイッチ１１６を制御し、校正処理及び通常の信号の送受信処理の各々の際の送受信部１１＿１〜１１＿ｎの各々における各部の接続状態を変更する。

また、基準信号生成部１４は、送受信部１１＿１〜１１＿ｎの各々における受信部１１３に対し、受信校正信号生成部１１８から受信キャリブレーションデータを求めるための受信校正信号を生成するための基準信号を供給する。
基準信号生成部１４において、基準信号は一つの周波数（例えば、１０ＭＨｚ、１００ＭＨｚ）であり、各部の動作に用いる周波数の各々はそれぞれ各部で生成する。
受信信号処理部１５は、送受信部１１＿１〜１１＿ｎの各々から供給される受信データの位相を受信キャリブレーションデータにより調整し、Ｉ／Ｑ（in-phase／quadrature）変換などを行い、受信アンテナパターンを生成する。

送受信部１１＿１から１１＿ｎの各々は、同様の構成である。以下の説明において、送受信部１１＿１から１１＿ｎを総称して説明する場合、送受信部１１として示す。
送受信部１１は、アンテナ素子１１０、送信校正部１１１、送信部１１２、受信部１１３、クロック生成部１１４、サーキュレータ１１５、スイッチ１１６及び受信校正信号生成部１１８の各々を備えている。

送信校正部１１１は、周波数変換部１１１２及びＡ／Ｄ（analog／digital）変換器１１１３の各々を備えている。
周波数変換部１１１２は、サーキュレータ１１５を介して送信部１１２から供給される送信信号をＲＦ（radio frequency）からＩＦ（intermediate frequency）とする周波数変換を行い、ＩＦ信号として出力する。
Ａ／Ｄ変換器１１１３は、周波数変換部１１１２から供給されるＩＦ信号のＡ／Ｄ変換を行い、デジタル信号Ｄ１（送信データ信号）として出力する。

送信部１１２は、パワーアンプ１１２１、周波数変換部１１２２及びＤ／Ａ変換器１１２３の各々を備えている。
Ｄ／Ａ変換器１１２３は、デジタルデータである送信データをアナログデータである送信信号に変換する。
周波数変換部１１２２は、Ｄ／Ａ変換器１１２３から供給される送信信号をＩＦ周波数からＲＦ周波数とする周波数変換を行う。
パワーアンプ１１２１は、周波数変換部１１２２から供給される送信信号の電力増幅を行う。

受信部１１３は、低ノイズアンプ１１３１、周波数変換部１１３２及びＡ／Ｄ変換器１１３３の各々を備えている。
低ノイズアンプ１１３１は、アンテナ素子１１０が受信した受信信号を低ノイズで増幅して出力する。
周波数変換部１１３２は、送信部１１２から供給される送信信号をＲＦからＩＦとする周波数変換を行い、ＩＦ信号として出力する。
Ａ／Ｄ変換器１１３３は、周波数変換部１１３２から供給されるＩＦ信号のＡ／Ｄ変換を行い、デジタル信号Ｄ２（受信データ信号）として出力する。

クロック生成部１１４は、ローカル信号を基準信号により生成し、周波数変換部１１１２、１１２２及び１１３２の各々に対して出力する。また、クロック生成部１１４は、信号のサンプリングに用いるサンプリングクロックを生成し、ＩＦであるローカル信号を基準信号により生成し、Ａ／Ｄ変換器１１１３、Ｄ／Ａ変換器１１２３及びＡ／Ｄ変換器１１３３の各々に対して出力する。
サーキュレータ１１５は、端子１１５ａに入力した信号を端子１１５ｂから出力し、端子１１５ｂから入力した信号を端子１１５ｃへ出力する。

スイッチ１１６は、サーキュレータ１１５の端子１１５ｂを、アンテナ素子１１０に接続するか、送信校正部１１１の入力に接続するか、受信校正信号生成部１１８の出力に接続するかの切り替えを行うスイッチである。サーキュレータ１１５の端子１１５ｂを、アンテナ素子１１０に接続するか、送信校正部１１１の入力に接続するか、受信校正信号生成部１１８の出力に接続するかの切り替えを行うことができれば、どのような形態でも良い。

受信校正信号生成部１１８は、受信キャリブレーションデータを生成する受信校正信号を、基準信号に基づき生成する。また、送受信部１１＿１〜１１＿ｎの各々における受信校正信号生成部１１８それぞれは、同期して受信部１１３に対して受信校正信号を出力する。これにより、送受信部１１＿１〜１１＿ｎの各々における受信部１１３それぞれの入力には、同時に受信校正信号が供給される。

＜校正処理＞
本実施形態においては、送受信部１１＿１から１１＿ｎの各々における送信部１１２を含む送信系における送信信号の位相の校正を行う送信キャリブレーションデータを求める処理を行う。そして、送受信部１１＿１から１１＿ｎの各々における受信部１１３を含む受信系における受信信号の位相の校正を行う受信キャリブレーションデータを求める処理を行う。本実施形態においては、送信系及び受信系の各々の校正処理が独立して、相互に関連していないため、送信系及び受信系のいずれの校正処理を先に行っても良い。以下、アレイアンテナ装置１０における校正処理について説明する。図２は、第１の実施形態のアレイアンテナ装置１０における校正処理の動作例を説明するフローチャートである。図２のフローチャートにおいては、一例として、送信系、受信系の順番で校正処理を行っている。

ステップＳ１１： アンテナ制御部１３は、所定の周期毎に校正処理を行う校正モードにアレイアンテナ装置３０の動作を移行させる。アンテナ制御部３３は、送信系に対する校正処理を行うため、スイッチ１１６における端子１１６ａと端子１１６ｂとを接続させる。
すなわち、スイッチ１１６は、サーキュレータ１１５の端子１１５ｂと、送信校正部１１１の入力とを接続する。
これにより、スイッチ１１６及びサーキュレータ１１５の各々を介して、送信部１１２の出力が送信校正部１１１の入力に接続される。

ステップＳ１２： アンテナ制御部１３は、送受信部１１＿１から１１＿ｎの全ての送信部１１２に対して、所定のデジタル信号を同期させて出力する。
送受信部１１の各々において、送信部１１２から出力される送信信号が、送信校正部１１１に対して入力される。これにより、送受信部１１＿１から１１＿ｎの各々の送信校正部１１１は、それぞれ入力される送信信号をデジタル信号Ｄ１としてキャリブレーション部１２に対して出力する。

ステップＳ１３： キャリブレーション部１２は、送受信部１１の各々から並列に供給されるデジタル信号Ｄ１それぞれ比較することで、各送受信部１１間における位相差を算出する。そして、キャリブレーション部１２は、得られたそれぞれの位相差に基づいて、この位相差をなくすように、送受信部１１の各々の送信系に対する送信キャリブレーションデータを求める。キャリブレーション部１２は、求めた送受信部１１の各々に対する送信キャリブレーションデータをアンテナ制御部１３に出力する。

ステップＳ１４： アンテナ制御部３３は、供給された送受信部１１の各々に対する送信キャリブレーションデータを、内部の送信キャリブレーションデータ記憶部に書き込んで記憶させる。これにより、送信系に対する校正処理が終了し、次に受信系に対する校正処理が行われる。
アンテナ制御部１３は、受信系に対する校正処理を行うため、スイッチ１１６における端子１１６ａと端子１１６ｄとを接続させ。
すなわち、スイッチ１１６は、受信校正信号生成部１１８の出力とサーキュレータ１１５の端子１１５ｂとを接続する。
これにより、スイッチ１１６及びサーキュレータ１１５の各々を介して、受信校正信号生成部１１８の出力と受信部１１３の入力に接続される。

ステップＳ１５： アンテナ制御部１３は、送受信部１１＿１から１１＿ｎの全ての受信校正信号生成部１１８を制御し、各受信校正信号生成部１１８から同期させて受信校正信号を受信部１１３に対して出力させる。
送受信部２１の各々において、受信校正信号生成部１１８から出力される受信校正信号が、受信部１１３に対して同一のタイミングで入力される。これにより、送受信部１１＿１から１１＿ｎの各々の受信部１１３は、それぞれ入力される受信信号をデジタル信号Ｄ２としてキャリブレーション部１２に対して出力する。

ステップＳ１６： キャリブレーション部１２は、送受信部２１の各々から並列に供給されるデジタル信号Ｄ２それぞれ比較することで、各送受信部２１間における位相差を算出する。そして、キャリブレーション部１２は、得られたそれぞれの位相差に基づいて、この位相差をなくすように、送受信部２１の各々の受信系に対する受信キャリブレーションデータを求める。キャリブレーション部１２は、求めた送受信部２１の各々に対する受信キャリブレーションデータを受信信号処理部１５に出力する。
受信信号処理部１５は、求めた受信キャリブレーションデータを、内部の受信キャリブレーションデータ記憶部に書き込んで記憶させる。これにより、受信系に対する校正処理が終了する。

＜通常送受信処理＞
アンテナ制御部１３は、通常の信号の送受信処理を行う際、送受信処理を行う通常モードにアレイアンテナ装置１０の動作を移行させる。アンテナ制御部１３は、通常の送受信処理を行うため、スイッチ１１６における端子１１６ａを端子１１６ｃに接続させる。
すなわち、アンテナ制御部１３は、アンテナ素子１１０がサーキュレータ１１５の端子１１５ｂに接続する。これにより、送信部１１２の出力する送信信号がアンテナ素子１１０から送信され、アンテナ素子１１０が受信した受信信号が受信部１１３に入力される。

アンテナ制御部１３は、送受信部１１＿１から１１＿ｎの各々の送信部１１２に対して、送信キャリブレーションデータを用いることで、それぞれアンテナ素子１１０から送信信号を、同期させて送信することができる。また、アンテナ制御部１３は、送信キャリブレーションデータを用いて、任意の方向に指向性を有する送信ビームパターンを形成する制御を行う。
また、アンテナ制御部１３は、送受信部１１＿１から１１＿ｎの各々から供給されるデジタル信号Ｄ２それぞれの位相を、対応する受信キャリブレーションデータにより校正するため、位相差による歪みなどない精度の高い受信アンテナパターンを得ることができる。

上述したように構成されたアレイアンテナ装置１０は、送受信部１１＿１から１１＿ｎの各々における送信部１１１のそれぞれに対して、同期して送信データを入力させ、送信信号を送信校正部１１１に対して供給する。そして、アレイアンテナ装置１０は、送受信部１１＿１から１１＿ｎの各々の送信校正部１１１から出力されるデジタル信号Ｄ１それぞれの位相差を求めて、送信系の位相遅延を校正する送信キャリブレーションデータを求める。これにより、アレイアンテナ装置１０は、送受信部１１＿１から１１＿ｎの各々の送信系に対する校正処理を並行に一括して行うことができ、従来に比較して校正処理を高速とすることが可能となる。

また、アレイアンテナ装置１０は、送受信部１１＿１から１１＿ｎの各々における受信部１１３のそれぞれに対して、受信校正信号生成部１１８から受信校正信号を同期して供給する。そして、アレイアンテナ装置１０は、送受信部１１＿１から１１＿ｎの各々の受信部１１３から出力されるデジタル信号Ｄ２それぞれの位相差を求めて、受信系の位相遅延を校正する受信キャリブレーションデータを求める。これにより、アレイアンテナ装置１０は、送受信部１１＿１から１１＿ｎの各々の受信系に対する校正処理を並行に一括して行うことができ、従来に比較して校正処理を高速とすることが可能となる。

＜第２の実施形態＞
図３は、第２の実施形態のアレイアンテナ装置２０の構成例を示すブロック図である。アレイアンテナ装置２０は、アレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子の各々で受信された受信信号により受信アンテナパターンを形成するものである。アレイアンテナ装置２０は、複数の送受信部、例えば送受信部２１＿１〜２１＿ｎ、キャリブレーション部１２、アンテナ制御部２３、基準信号生成部１４及び受信信号処理部１５の各々を備えている。第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付してある。以下、第１の実施形態と異なる構成及び動作のみを説明する。

アンテナ制御部２３は、送受信部２１＿１〜２１＿ｎの各々における送信部１２それぞれの送信信号の位相をキャリブレーションデータにより調整する。また、アンテナ制御部２３は、送受信部２１＿１〜２１＿ｎの各々におけるスイッチ２１６、２１７及び２１８の各々を制御し、校正処理及び通常の信号の送受信処理の各々の際の送受信部２１＿１〜２１＿ｎの各々における各部の接続状態を変更する。

送受信部２１＿１から２１＿ｎの各々は、同様の構成である。以下の説明において、送受信部２１＿１から２１＿ｎを総称して説明する場合、送受信部２１として示す。
送受信部１１は、アンテナ素子１１０、送信校正部１１１、送信部１１２、受信部１１３、クロック生成部１１４、サーキュレータ１１５、スイッチ２１６、スイッチ２１７及びスイッチ２１８の各々を備えている。

スイッチ２１６からスイッチ２１８の各々は、送信部１１２の出力を、アンテナ素子１１０に接続するか、送信校正部１１１の入力に接続するか、受信部１１３の入力に接続するかの切替を行うスイッチである。送信部１１２の出力を、アンテナ素子１１０に接続するか、送信校正部１１１の入力に接続するか、受信部１１３の入力に接続するかの切替が行うことができれば、どのような形態でも良い。

＜校正処理＞
本実施形態においては、送受信部２１＿１から２１＿ｎの各々における送信部１１２を含む送信系における送信信号の位相の校正を行う送信キャリブレーションデータを求める処理を行う。そして、本実施形態においては、校正された送信系から送信される送信信号を用いて、送受信部２１＿１から２１＿ｎの各々における受信部１１３を含む受信系における受信信号の位相の校正を行う受信キャリブレーションデータを求める処理を行う。以下、アレイアンテナ装置２０における校正処理について説明する。図４は、第２の実施形態のアレイアンテナ装置２０における校正処理の動作例を説明するフローチャートである。

ステップＳ２１： アンテナ制御部２３は、所定の周期毎に校正処理を行う校正モードにアレイアンテナ装置２０の動作を移行させる。アンテナ制御部２３は、送信系に対する校正処理を行うため、スイッチ２１６における端子２１６ｃと端子２１６ｂとを接続させ、スイッチ２１８における端子２１８ｃと端子２１８ａとを接続させ、スイッチ２１７における端子２１７ｃと端子２１７ａを接続させる。

すなわち、スイッチ２１６は、送信部１１２の出力とサーキュレータ１１５の端子１１５ａとを接続する。また、スイッチ２１８は、サーキュレータ１１５の端子１１５ｂと、スイッチ２１７の端子２１７ｃとを接続する。スイッチ２１７は、スイッチ２１８を介して、サーキュレータ１１５の端子１１５ｂと、送信校正部１１１の入力とを接続する。
これにより、スイッチ２１６、スイッチ２１７及びスイッチ２１８の各々を介して、送信部１１２の出力が送信校正部１１１の入力に接続される。

ステップＳ２２： アンテナ制御部２３は、送受信部２１＿１から２１＿ｎの全ての送信部１１２に対して、所定のデジタル信号を並列に同期させて出力する。
送受信部１１の各々において、送信部１１２から出力される送信信号が、送信校正部１１１に対して入力される。これにより、送受信部２１＿１から２１＿ｎの各々の送信校正部１１１は、それぞれ入力される送信信号をデジタル信号Ｄ１としてキャリブレーション部１２に対して出力する。

ステップＳ２３： キャリブレーション部１２は、送受信部１１の各々から並列に供給されるデジタル信号Ｄ１それぞれ比較することで、各送受信部１１間における位相差を算出する。そして、キャリブレーション部１２は、得られたそれぞれの位相差に基づいて、この位相差をなくすように、送受信部１１の各々の送信系に対する送信キャリブレーションデータを求める。キャリブレーション部１２は、求めた送受信部１１の各々に対する送信キャリブレーションデータをアンテナ制御部２３に出力する。

ステップＳ２４： アンテナ制御部２３は、供給された送受信部１１の各々に対する送信キャリブレーションデータを、内部の送信キャリブレーションデータ記憶部に書き込んで記憶させる。これにより、送信系に対する校正処理が終了し、次に受信系に対する校正処理が行われる。
アンテナ制御部２３は、受信系に対する校正処理を行うため、スイッチ２１６における端子２１６ｃと端子２１６ａとを接続させ、スイッチ２１７における端子２１７ｃと端子２１７ｂを接続させ、スイッチ２１８における端子２１８ｃと端子２１８ａとを接続させる。

すなわち、スイッチ２１６は、送信部１１２の出力とスイッチ２１７の端子２１７ｂを接続する。また、スイッチ２１７は、スイッチ２１６の端子２１６ａとスイッチ２１８の端子２１８ａとを接続する。スイッチ２１８は、スイッチ２１７の端子１１ｃとサーキュレータ１１５の端子１１５ｂとを接続する。
これにより、スイッチ２１６、スイッチ２１７及びスイッチ２１８の各々を介して、送信部１１２の出力が受信部１１３の入力に接続される。

ステップＳ２５： アンテナ制御部２３は、送受信部２１＿１から２１＿ｎの各々の送信部１１２に対して、所定のデジタル信号を送信キャリブレーションデータにより校正した位相で並列に出力させる制御を行う。
このとき、送受信部２１＿１から２１＿ｎの各々の受信部１１３に対して、それぞれの送信部１１２からサーキュレータ１１５を介して出力される送信信号が同期して受信信号として入力される。これにより、送受信部２１＿１から２１＿ｎの各々の受信部１１３は、それぞれ入力される受信信号をデジタル信号Ｄ２としてキャリブレーション部１２に対して出力する。

ステップＳ２６： キャリブレーション部１２は、送受信部２１の各々から並列に供給されるデジタル信号Ｄ２それぞれ比較することで、各送受信部２１間における位相差を算出する。そして、キャリブレーション部１２は、得られたそれぞれの位相差に基づいて、この位相差をなくすように、送受信部２１の各々の受信系に対する受信キャリブレーションデータを求める。キャリブレーション部１２は、求めた送受信部２１の各々に対する受信キャリブレーションデータを受信信号処理部１５に出力する。
受信信号処理部１５は、供給された送受信部２１の各々に対する送信キャリブレーションデータを、内部の受信キャリブレーションデータ記憶部に書き込んで記憶させる。これにより、受信系に対する校正処理が終了する。

＜通常送受信処理＞
アンテナ制御部２３は、通常の信号の送受信処理を行う際、送受信処理を行う通常モードにアレイアンテナ装置２０の動作を移行させる。アンテナ制御部２３は、通常の送受信処理を行うため、スイッチ２１６における端子２１６ｃと端子２１６ｂとを接続させ、スイッチ２１８における端子２１８ｃと端子２１８ｂとを接続させ、スイッチ２１７における端子２１７ｃと端子２１７ａを接続させる。
すなわち、アンテナ制御部２３は、送信部１１２の出力をサーキュレータ１１５の端子１１５ａに接続し、アンテナ素子１１０をサーキュレータ１１５の端子１１５ｂに接続する。これにより、送信部１１２の出力する送信信号がアンテナ素子１１０から送信され、アンテナ素子１１０が受信した受信信号が受信部１１３に入力される。

アンテナ制御部２３は、送受信部２１＿１から２１＿ｎの各々の送信部１１２に対して、送信キャリブレーションデータにより校正した位相で、送信すべきデジタル信号を出力させる。また、アンテナ制御部２３は、送信すべきデジタルデータを送信部１１２に供給した時刻とデータ送信キャリブレーションデータとに基づき、アンテナ素子１１０から送信データが送信された時刻を求め、受信信号処理部１５に対して送信する。
これにより、送受信部２１＿１から２１＿ｎの各々は、送信キャリブレーションデータを用いて位相差を校正することにより、それぞれアンテナ素子１１０から送信信号を、同期させて送信することができる。
また、受信信号処理部１５は、送受信部２１＿１から２１＿ｎの各々から供給されるデジタル信号Ｄ２それぞれの位相を、対応する受信キャリブレーションデータにより校正した後、Ｉ／Ｑ変換などの信号処理を行う。このため、受信信号処理部１５は、送受信部２１＿１から２１＿ｎの各々の受信系の全てが同一の位相遅延を有している場合と同等に、位相差による歪みなどない精度の高い受信アンテナパターンを得ることができる。

上述したように構成されたアレイアンテナ装置２０は、送受信部２１＿１から２１＿ｎの各々における送信部１１１のそれぞれに対して、同期して送信データを入力させ、送信信号を送信校正部１１１に対して供給する。そして、アレイアンテナ装置２０は、送受信部２１＿１から２１＿ｎの各々の送信校正部１１１から出力されるデジタル信号Ｄ１それぞれの位相差を求めて、送信系の位相遅延を校正する送信キャリブレーションデータを求める。これにより、アレイアンテナ装置２０は、送受信部２１＿１から２１＿ｎの各々の送信系に対する校正処理を並行して一括に行うことができ、従来に比較して校正処理を高速とすることが可能となる。

また、アレイアンテナ装置２０は、送受信部２１＿１から２１＿ｎの各々における送信部１１１のそれぞれに対して、送信キャリブレーションデータにより校正した位相で送信データを入力させ、送信信号を受信部１１３に対して供給する。そして、アレイアンテナ装置２０は、送受信部２１＿１から２１＿ｎの各々の受信部１１３から出力されるデジタル信号Ｄ２それぞれの位相差を求めて、受信系の位相遅延を校正する受信キャリブレーションデータを求める。これにより、アレイアンテナ装置２０は、送受信部２１＿１から２１＿ｎの各々の受信系に対する校正処理を並行して一括に行うことができ、従来に比較して校正処理を高速とすることが可能となる。

また、アレイアンテナ装置２０は、送信キャリブレーションで校正され、送受信部２１＿１から２１＿ｎの各々における送信部１１１の全てに同期して供給される送信信号を用いて、受信系の校正処理を行う。このため、アレイアンテナ装置２０は、受信系の校正処理のための校正を特に備える必要がないため、装置を小型化することが可能となる。

＜第３の実施形態＞
図５は、第３の実施形態のアレイアンテナ装置３０の構成例を示すブロック図である。アレイアンテナ装置３０は、アレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子の各々で受信された受信信号により受信アンテナパターンを形成するものである。アレイアンテナ装置３０は、複数の送受信部、例えば送受信部３１＿１〜３１＿ｎ、キャリブレーション部１２、アンテナ制御部３３、基準信号生成部１４及び受信信号処理部１５の各々を備えている。第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付してある。以下、第１の実施形態と異なる構成及び動作のみを説明する。

アンテナ制御部３３は、送受信部３１＿１〜３１＿ｎの各々における送信部１２それぞれの送信信号の位相をキャリブレーションデータにより調整する。また、アンテナ制御部３３は、送受信部３１＿１〜３１＿ｎの各々におけるスイッチ３１６及び３１７の各々を制御し、校正処理及び通常の信号の送受信処理の各々の際の送受信部３１＿１〜３１＿ｎの各々における各部の接続状態を変更する。また、アンテナ制御部３３は、送受信部３１＿１〜３１＿ｎの各々における受信部１１３に対し、受信校正信号生成部１１８から受信キャリブレーションデータを求めるための受信校正信号を供給する。

送受信部３１＿１から３１＿ｎの各々は、同様の構成である。以下の説明において、送受信部３１＿１から３１＿ｎを総称して説明する場合、送受信部３１として示す。
送受信部３１は、アンテナ素子１１０、送信部１１２、受信部１１３、クロック生成部１１４、サーキュレータ１１５、スイッチ３１６、スイッチ３１７及び受信校正信号生成部１１８の各々を備えている。
スイッチ３１６及び３１７の各々は、送信部１１２の出力を、アンテナ素子１１０に接続するか、受信部１１３の入力に接続するかの切り替え、及び受信部１１３の入力を、アンテナ素子１１０に接続するか、サーキュレータ１１５の端子１１５ｂに接続するかのの切り替えを行うスイッチである。送信部１１２の出力を、アンテナ素子１１０に接続するか、受信部１１３の入力に接続するかの切り替え、及び受信部１１３の入力を、アンテナ素子１１０に接続するか、サーキュレータ１１５の端子１１５ｂに接続するかのの切り替えが行うことができれば、どのような形態でも良い。

＜校正処理＞
本実施形態においては、送受信部３１＿１から３１＿ｎの各々における受信部１１３を含む受信系における受信信号の位相の校正を行う受信キャリブレーションデータを求める処理を行う。そして、本実施形態においては、受信系に対応する受信キャリブレーションデータ及び送信部１１２の各々を用いて、送受信部３１＿１から３１＿ｎの各々における送信部１１２を含む送信系における送信信号の位相の校正を行う送信キャリブレーションデータを求める処理を行う。以下、アレイアンテナ装置３０における校正処理について説明する。図６は、第３の実施形態のアレイアンテナ装置３０における校正処理の動作例を説明するフローチャートである。

ステップＳ３１： アンテナ制御部３３は、所定の周期毎に校正処理を行う校正モードにアレイアンテナ装置３０の動作を移行させる。アンテナ制御部３３は、受信系に対する校正処理を行うため、スイッチ３１６における端子３１６ｃと端子３１６ａとを接続させ、スイッチ３１７における端子３１７ａと端子３１７ｄとを接続させる。

すなわち、スイッチ３１６は、サーキュレータ１１５の端子１１５ｂとアンテナ素子１１０とを接続する。また、スイッチ３１７は、受信校正信号生成部１１８の出力と、受信部１１３の出力とを接続する。
これにより、スイッチスイッチ３１７を介して、受信校正信号生成部１１８の出力が受信部１１３の入力に接続される。

ステップＳ３２： アンテナ制御部３３は、送受信部３１＿１から３１＿ｎの全ての受信校正信号生成部１１８を制御し、各受信校正信号生成部１１８から同期させて受信校正信号をそれぞれ受信部１１３に対して出力させる。
送受信部３１の各々において、受信校正信号生成部１１８から出力される受信校正信号が、受信部１１３に対して同一のタイミングで入力される。これにより、送受信部３１＿１から３１＿ｎの各々の受信部１１３は、それぞれ入力される受信信号をデジタル信号Ｄとしてキャリブレーション部１２に対して出力する。

ステップＳ３３： キャリブレーション部１２は、送受信部３１の各々から並列に供給されるデジタル信号Ｄそれぞれ比較することで、各送受信部３１間における位相差を算出する。そして、キャリブレーション部１２は、得られたそれぞれの位相差に基づいて、この位相差をなくすように、送受信部３１の各々の受信系に対する受信キャリブレーションデータを求める。キャリブレーション部１２は、求めた送受信部３１の各々に対する受信キャリブレーションデータを受信信号処理部１５に出力する。そして、受信信号処理部１５は、供給された受信キャリブレーションデータを、内部の受信キャリブレーションデータ記憶部に書き込んで記憶させる。
また、キャリブレーション部１２は、求めた受信キャリブレーションデータを、内部の受信キャリブレーションデータ記憶部に書き込んで記憶させる。

ステップＳ３４： キャリブレーション部１２は、求めた送受信部３１の各々に対する受信キャリブレーションデータを受信信号処理部１５に出力する。
受信信号処理部１５は、供給された送受信部３１の各々に対する送信キャリブレーションデータを、内部の受信キャリブレーションデータ記憶部に書き込んで記憶させる。
これにより、受信系に対する校正処理が終了し、次に送信系に対する校正処理が行われる。
アンテナ制御部３３は、送信系に対する校正処理を行うため、スイッチ３１６における端子３１６ｃと端子３１６ｂとを接続させ、スイッチ３１７における端子３１７ａと端子３１８ｃとを接続させる。

すなわち、スイッチ３１６は、サーキュレータ１１５の端子１１５ｂとスイッチ３１７の端子３１７ｃとを接続する。また、スイッチ３１７は、スイッチ３１６の端子３１６ｂと送信部１１２の入力とを接続する。
これにより、スイッチ３１６及びスイッチ３１７の各々を介して、送信部１１２の出力が受信部１１３の入力に接続される。

ステップＳ３５： アンテナ制御部３３は、送受信部３１＿１から３１＿ｎの各々の送信部１１２に対して所定のデジタル信号を、同期させて入力する制御を行う。送受信部３１＿１から３１＿ｎの各々の送信部１１２は、それぞれ所定のデジタル信号を送信信号に変換し、受信部１１３に対して出力する。
これにより、送受信部３１＿１から３１＿ｎの各々の受信部１１３は、それぞれ入力される送信信号を受信信号として、受信信号をデジタル信号Ｄに変換してキャリブレーション部１２に対して出力する。

ステップＳ３６： キャリブレーション部１２は、送受信部３１の各々から並列に供給されるデジタル信号Ｄそれぞれ比較することで、各送受信部３１間における位相差を算出する。そして、キャリブレーション部１２は、得られたそれぞれの位相差に対し、受信キャリブレーションデータを加算し、この加算結果の位相差に基づいて、この位相差をなくすように、送受信部３１の各々の送信系に対する送信キャリブレーションデータを求める。キャリブレーション部１２は、求めた送受信部１１の各々に対する送信キャリブレーションデータをアンテナ制御部３３に出力する。
アンテナ制御部３３は、供給された送受信部３１の各々に対する送信キャリブレーションデータを、内部の送信キャリブレーションデータ記憶部に書き込んで記憶させる。これにより、送信系に対する校正処理が終了する。

＜通常送受信処理＞
アンテナ制御部３３は、通常の信号の送受信処理を行う際、送受信処理を行う通常モードにアレイアンテナ装置３０の動作を移行させる。アンテナ制御部３３は、通常の送受信処理を行うため、スイッチ３１６における端子３１６ｃと端子３１６ａとを接続させ、スイッチ３１７における端子３１７ａと端子３１７ｂを接続させる。
すなわち、アンテナ制御部３３は、アンテナ素子１１０をサーキュレータ１１５の端子１１５ｂに接続し、サーキュレータ１１５の端子１１５ｃを送信部１１２の入力に接続する。これにより、送信部１１２の出力する送信信号がアンテナ素子１１０から送信され、アンテナ素子１１０が受信した受信信号が受信部１１３に入力される。

アンテナ制御部３３は、アンテナ制御部１３と同様に、送受信部３１＿１から３１＿ｎの各々の送信部１１２に対して、送信キャリブレーションデータを用いることで、それぞれアンテナ素子１１０から送信信号を、同期させて送信することができる。
また、アンテナ制御部３３は、アンテナ制御部１３と同様に、送受信部３１＿１から３１＿ｎの各々から供給されるデジタル信号Ｄそれぞれの位相を、対応する受信キャリブレーションデータにより校正するため、位相差による歪みなどない精度の高い受信アンテナパターンを得ることができる。

上述したように構成されたアレイアンテナ装置３０は、送受信部３１＿１から３１＿ｎの各々における受信部１１３のそれぞれに対して、受信校正信号生成部１１８から受信校正信号を同期して供給する。そして、アレイアンテナ装置２０は、送受信部３１＿１から３１＿ｎの各々の受信部１１３から出力されるデジタル信号Ｄそれぞれの位相差を求めて、受信系の位相遅延を校正する受信キャリブレーションデータを求める。これにより、アレイアンテナ装置３０は、送受信部３１＿１から３１＿ｎの各々の受信系に対する校正処理を並行に一括して行うことができ、従来に比較して校正処理を高速とすることが可能となる。

また、アレイアンテナ装置３０は、送受信部３１＿１から３１＿ｎの各々における送信部１１１のそれぞれに対して、同期して送信データを入力させ、送信信号を受信部１１３に対して供給する。そして、アレイアンテナ装置３０は、送受信部３１＿１から３１＿ｎの各々の送信部１１２から出力されるデジタル信号Ｄそれぞれの位相差を求めて、受信キャリブレーションデータを加算して位相差を補正し、この補正した位相差に基づいて、送信系の位相遅延を校正する送信キャリブレーションデータを求める。これにより、アレイアンテナ装置３０は、送受信部３１＿１から３１＿ｎの各々の送信系に対する校正処理を並行に一括して行うことができ、従来に比較して校正処理を高速とすることが可能となる。

また、アレイアンテナ装置３０は、送信部１１２から出力される送信信号を送信部１１２により受信し、得られる位相差を受信アプリケーションデータにより補正し、送信アプリケーションデータを求めて送信系の校正処理を行う。このため、アレイアンテナ装置１０は、送信系の校正処理のための校正を特に備える必要がないため、装置を小型化することが可能となる。
上述した実施形態においては、送受信部３１＿１から３１＿ｎの各々に、それぞれ受信校正信号生成部１１８が設けられている構成として説明したが、受信校正信号生成部１１８をアレイアンテナ装置３０に一つ設け、送受信部３１＿１から３１＿ｎの各々に対して分配して供給する構成としても良い。

以上述べた少なくともひとつの実施形態のアレイアンテナ装置によれば、複数のアンテナの各々の送受信部それぞれの送信系の校正処理を、全ての送受信部に対して並行に行うことが可能となり、複数の送受信部の送信系の校正処理を同時に行うことで校正処理に掛かる時間を従来に比較して短縮することができる。同様に、複数のアンテナの各々の送受信部それぞれの受信系の校正処理を、全ての送受信部に対して並行に一括して行うことが可能となり、複数の送受信部の受信系の校正処理を同時に行うことで校正処理に掛かる時間を従来に比較して短縮することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０，２０，３０…アレイアンテナ装置、１１，２１，３１，１１＿１，１１＿ｎ，２１＿１，２１＿ｎ，３１＿１，３１＿ｎ…送受信部、１２…キャリブレーション部、１３，２３，３３…アンテナ制御部，１４…基準信号生成部、１５…受信信号処理部，１１０…アンテナ素子，１１１…送信校正部、１１２…送信部、１１３…受信部、１１４…クロック生成部、１１５…サーキュレータ、１１８…受信校正信号生成部、１１６，２１６，２１７，２１８，３１６，３１７…スイッチ，１１１２，１１２２，１１３２…周波数変換部、１１１３，１１３３…Ａ／Ｄ変換器、１１２３…Ｄ／Ａ変換器

Claims (9)

1. アンテナ素子と、
   アンテナ素子に対して送信信号を出力し、校正処理を行う際に送信信号を他の送受信部と並列に出力する送信部と、
   アンテナ素子から供給される受信信号を受信データ信号として出力する受信部と、
   前記校正処理を行う際に他の送受信部と並列に前記送信部から供給される前記送信信号を送信データ信号として出力する送信校正部と、
   受信校正信号を他の送受信部と並列に前記受信部に出力する受信校正信号生成部と、
   を備える前記送受信部が複数設けられているアレイアンテナ装置であり、
   前記校正処理を行う際に、前記送受信部から並列に入力される前記送信データ信号間の位相差、及び前記受信データ信号間の位相差により、並行して前記送受信部の各々の校正に用いるそれぞれのキャリブレーションデータを求めるキャリブレーション部を備える
   アレイアンテナ装置。
2. 前記校正処理を行う際、前記送信部の校正を行う場合、前記送信部と前記送信校正部とを接続し、前記受信部の校正を行う場合、前記受信部と前記受信校正信号生成部とを接続し、
   前記送受信部の各々の前記送信校正部に対し、同期して入力した前記送信信号に対応して出力される前記送信データ信号それぞれの位相により、前記送信部の各々を校正する前記キャリブレーションデータとしてそれぞれの送信キャリブレーションデータを求め、前記受信校正信号生成部から全ての前記受信部に対して同期して供給される前記受信校正信号により、前記受信部の各々から並列に出力される前記受信データ間の位相差から、前記受信データ信号の位相を校正する前記キャリブレーションデータとして受信キャリブレーションデータを求める
   請求項１に記載のアレイアンテナ装置。
3. アンテナ素子と、
   アンテナ素子から供給される受信信号を受信データ信号として出力する受信部と、
   アンテナ素子に対して送信信号を出力し、校正処理を行う際に送信信号を他の送受信部と並列に出力する送信部と、
   前記校正処理を行う際に他の送受信部と並列に前記送信部から供給される前記送信信号を送信データ信号として出力する送信校正部と、
   を備える前記送受信部が複数設けられているアレイアンテナ装置であり、
   前記校正処理を行う際に、前記送受信部から並列に入力される前記送信データ信号間の位相差、及び前記受信データ信号間の位相差により、並行して前記送受信部の各々の校正に用いるそれぞれのキャリブレーションデータを求めるキャリブレーション部を備える
   アレイアンテナ装置。
4. 前記校正処理を行う際、前記送信部の校正を行う場合、前記送信部と前記送信校正部とを接続し、前記受信部の校正を行う場合、前記受信部と前記送信部とを接続し、
   前記送受信部の各々の前記送信校正部に対し、同期して入力した前記送信信号に対応して出力される前記送信データ信号それぞれの位相により、前記送信部の各々を校正する前記キャリブレーションデータとしてそれぞれの送信キャリブレーションデータを求め、前記送信キャリブレーションデータの各々でそれぞれ校正された前記送信部から送信される前記送信信号により、前記受信部から出力される前記受信データ信号の位相を校正する前記キャリブレーションデータとして受信キャリブレーションデータを求める
   請求項３に記載のアレイアンテナ装置。
5. アンテナ素子と、
   アンテナ素子から供給される受信信号、あるいは校正処理を行う際に供給される受信校正信号を受信データ信号として出力する受信部と、
   アンテナ素子に対して送信信号を出力し、校正処理を行う際に送信信号を他の送受信部と並列に前記受信部に対して出力するする送信部と、
   前記受信校正信号を他の送受信部と並列に前記受信部に出力する受信校正信号生成部と、
   を備える送受信部が複数設けられているアレイアンテナ装置であり、
   前記校正処理を行う際に、前記送受信部から並列に入力される前記送信データ信号間の位相差、及び前記受信データ信号間の位相差により、並行して前記送受信部の各々の校正に用いるそれぞれのキャリブレーションデータを求めるキャリブレーション部を備える
   アレイアンテナ装置。
6. 前記校正処理を行う際、前記受信部の校正を行う場合、前記受信部と前記受信校正信号生成部とを接続し、前記送信部の校正を行う場合、前記送信部と前記受信部とを接続し、
   前記受信校正信号生成部から全ての前記受信部に対して同期して供給される前記受信校正信号により、前記受信部の各々から並列に出力される前記受信データ信号間の位相差から、前記受信データ信号の位相を校正する前記キャリブレーションデータとして受信キャリブレーションデータを求め、前記送信部の各々に対して同期して入力した送信データに対応して出力される前記送信信号を前記受信部に入力させ、並列に出力される前記受信データ信号間の位相差と前記受信キャリブレーションデータとにより、前記送信部の各々を校正する前記キャリブレーションデータとしてそれぞれの送信キャリブレーションデータを求める
   請求項５に記載のアレイアンテナ装置。
7. アンテナ素子と、
   アンテナ素子に対して送信信号を出力し、校正処理を行う際に送信信号を他の送受信部と並列に出力する送信部と、
   アンテナ素子から供給される受信信号を受信データ信号として出力する受信部と、
   前記校正処理を行う際に他の送受信部と並列に前記送信部から供給される前記送信信号を送信データ信号として出力する送信校正部と、
   受信校正信号を他の送受信部と並列に前記受信部に出力する受信校正信号生成部と、
   を備える複数の前記送受信部とキャリブレーション部が設けられているアレイアンテナ装置のキャリブレーション方法であり、
   前記キャリブレーション部が前記校正処理を行う際に、前記送受信部から並列に入力される前記送信データ信号間の位相差、及び前記受信データ信号間の位相差により、並行して前記送受信部の各々の校正に用いるそれぞれのキャリブレーションデータを求める
   キャリブレーション方法。
8. アンテナ素子と、
   アンテナ素子から供給される受信信号を受信データ信号として出力する受信部と、
   アンテナ素子に対して送信信号を出力し、校正処理を行う際に送信信号を他の送受信部と並列に前記受信部に対して出力する送信部と、
   前記校正処理を行う際に他の送受信部と並列に前記送信部から供給される前記送信信号を送信データ信号として出力する送信校正部と、
   を備える複数の前記送受信部とキャリブレーション部が設けられているアレイアンテナ装置のキャリブレーション方法であり、
   前記キャリブレーション部が前記校正処理を行う際に、前記送受信部から並列に入力される前記送信データ信号間の位相差、及び前記受信データ信号間の位相差により、並行して前記送受信部の各々の校正に用いるそれぞれのキャリブレーションデータを求める
   キャリブレーション方法。
9. アンテナ素子と、
   アンテナ素子から供給される受信信号、あるいは校正処理を行う際に供給される受信校正信号を受信データ信号として出力する受信部と、
   アンテナ素子に対して送信信号を出力し、校正処理を行う際に送信信号を他の送受信部と並列に前記受信部に対して出力するする送信部と、
   前記受信校正信号を他の送受信部と並列に前記受信部に出力する受信校正信号生成部と、
   を備える複数の前記送受信部とキャリブレーション部が設けられているアレイアンテナ装置のキャリブレーション方法であり、
   前記キャリブレーション部が前記校正処理を行う際に、前記送受信部から並列に入力される前記送信データ信号間の位相差、及び前記受信データ信号間の位相差により、並行して前記送受信部の各々の校正に用いるそれぞれのキャリブレーションデータを求める
   キャリブレーション方法。

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