JP2019057768A - 送信信号処理装置、および送信装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】半開口により信号を送信する際に、距離方向の覆域が小さくなるのを抑制することである。
【解決手段】第1ハイブリッドカプラは、第1信号が入力される第1端子、前記第1端子に隣接し第1アンテナ素子に接続される第2端子、第3端子、および第4端子を持つ。第2ハイブリッドカプラは、第2信号が入力される第5端子、前記第5端子に隣接し第2アンテナ素子に接続される第6端子、第7端子、および第8端子を持つ。第1遮断部は、前記第1ハイブリッドカプラの第3端子と前記第2ハイブリッドカプラの第7端子とを接続する経路に設けられ、所定条件下で前記第3端子と前記第7端子との間の信号の流通を遮断する。第2遮断部は、前記第1ハイブリッドカプラの第4端子と前記第2ハイブリッドカプラの第8端子とを接続する経路に設けられ、所定条件下で前記第4端子と前記第8端子との間の信号の流通を遮断する。
【選択図】図3
【解決手段】第1ハイブリッドカプラは、第1信号が入力される第1端子、前記第1端子に隣接し第1アンテナ素子に接続される第2端子、第3端子、および第4端子を持つ。第2ハイブリッドカプラは、第2信号が入力される第5端子、前記第5端子に隣接し第2アンテナ素子に接続される第6端子、第7端子、および第8端子を持つ。第1遮断部は、前記第1ハイブリッドカプラの第3端子と前記第2ハイブリッドカプラの第7端子とを接続する経路に設けられ、所定条件下で前記第3端子と前記第7端子との間の信号の流通を遮断する。第2遮断部は、前記第1ハイブリッドカプラの第4端子と前記第2ハイブリッドカプラの第8端子とを接続する経路に設けられ、所定条件下で前記第4端子と前記第8端子との間の信号の流通を遮断する。
【選択図】図3
Description
本発明の実施形態は、送信信号処理装置、および送信装置に関する。
複数のアンテナ素子を備える送信装置が知られている。複数のアンテナ素子がマトリクスなどの幾何的配置で並べられたものは、アレイアンテナと称される。送信装置は、例えば、レーダー装置や通信装置の一部を構成するものである。
この種の送信装置において、半開口で信号を送信することで、送信ビーム幅を広げることができる。半開口とは、複数のアンテナ素子のうち半分のアンテナ素子に送信信号を供給して信号を送信させることをいう。しかしながら、半開口で信号を送信すると、距離方向の覆域が小さくなってしまうという課題が存在する。
本発明が解決しようとする課題は、半開口により信号を送信する際に、距離方向の覆域が小さくなるのを抑制することができる送信信号処理装置、および送信装置を提供することである。
実施形態の送信信号処理装置は、第1ハイブリッドカプラと、第2ハイブリッドカプラと、第1遮断部と、第2遮断部とを持つ。第1ハイブリッドカプラは、第1信号が入力される第1端子、前記第1端子に隣接し第1アンテナ素子に接続される第2端子、第3端子、および第4端子を持つ。第2ハイブリッドカプラは、第2信号が入力される第5端子、前記第5端子に隣接し第2アンテナ素子に接続される第6端子、第7端子、および第8端子を持つ。第1遮断部は、前記第1ハイブリッドカプラの第3端子と前記第2ハイブリッドカプラの第7端子とを接続する経路に設けられ、所定条件下で前記第3端子と前記第7端子との間の信号の流通を遮断する。第2遮断部は、前記第1ハイブリッドカプラの第4端子と前記第2ハイブリッドカプラの第8端子とを接続する経路に設けられ、所定条件下で前記第4端子と前記第8端子との間の信号の流通を遮断する。送信信号処理装置は、前記第1端子に入力された第1信号に基づく信号が前記第2端子から前記第1アンテナ素子に出力されると共に前記第5端子に入力された第2信号に基づく信号が前記第6端子から前記第2アンテナ素子に出力される第1モードと、前記第1端子に入力された第1信号に基づく信号および前記第5端子に入力された第2信号に基づく信号が前記第6端子から前記第2アンテナ素子に出力される第2モードと、を切り替え可能である。
以下、実施形態の送信信号処理装置、および送信装置を、図面を参照して説明する。図1は、送信信号処理ユニット100を利用した送信装置1の動作原理について説明するための図である。送信装置1は、複数のアンテナ素子20を含むアレイアンテナ10と、送信信号処理ユニット100とを備える。送信装置1は、レーダー装置や通信装置の一部として構成されてもよい。アレイアンテナ10が受信アンテナとしても用いられる場合、例えば、サーキュレータや受信信号処理装置等が、更に構成に追加される。
送信装置1は、全開口(第1モード)と半開口(第2モード)とを切り替え可能な装置である。図1(A)は、送信装置1が全開口で送信ビームTB1を形成する様子を示している。全開口とは、アンテナ素子20の全てから送信信号を発信することをいう。なお、全開口と半開口を切り替える対象が複数のアンテナ素子の一部である場合、全開口とは、「対象のアンテナ素子20の全てから送信信号を発信すること」であってもよい。図では送信信号を出力するアンテナ素子20を「オン」と表記している。この送信信号を出力するか、出力しないかを切り替える機能は、送信信号処理ユニット100が備えている。
図1(B)は、送信装置1が半開口で送信ビームTB2を形成する様子を示している。半開口とは、アンテナ素子20のうち半数から送信信号を発信することをいう。なお、全開口と半開口を切り替える対象が複数のアンテナ素子の一部である場合、半開口とは、「対象のアンテナ素子20のうち半数から送信信号を発信すること」であってもよい。図では送信信号を出力しないアンテナ素子20を「オフ」と表記している。
図1に示すように、半開口による送信ビームTB2は、全開口による送信ビームよりもビーム幅が広がっており、且つ距離方向の覆域が小さくなっている。この原理を利用して、例えば、高仰角方向に、一度に幅広く送信信号を発信したいといったニーズに対応することができる。しかしながら、距離方向の覆域に関しても可能な限り大きくすることが望ましい。また、単純に半開口においてオフの状態にするアンテナ素子20への信号供給を停止する制御を行った場合、トータルパワーPTと開口面積GTがそれぞれ3[dB]低下するため、PTGT積が6[dB]低下してしまう。以下に説明する各実施形態の送信信号処理ユニット100は、この距離方向の覆域やPTGT積の低下分を抑制するための構成を備えている。
送信信号処理ユニット100は、複数の送信信号処理装置110(第2の実施形態では110Aであるが、ここでは110と表記する)を備える。図2は、送信信号処理装置110とアンテナ素子20との接続関係の一例を示す図である。アレイアンテナ10における第1群のアンテナ素子20とは、全開口のときにオンの状態にされ、半開口のときにオフの状態にされるアンテナ素子20である。アレイアンテナ10における第2群のアンテナ素子20とは、全開口のときにも半開口のときにもオンの状態にされるアンテナ素子20である。送信信号処理装置110は、第2端子と第6端子(後述)を備え、例えば、第1群に含まれる一つのアンテナ素子20に第2端子が、第2群に含まれる一つのアンテナ素子20に第6端子が、それぞれ接続される。そして、例えば、第1群に含まれる一つのアンテナ素子20と、第2群に含まれる一つのアンテナ素子20との組み合わせの全てに対応して、一つの送信信号処理装置110が接続される。これに代えて、第1群に含まれるk個のアンテナ素子20が第1出力端子に接続され、第2群に含まれるk個のアンテナ素子20が第2出力端子に接続される構成であってもよい(kは2以上の自然数)。
図2(A)に示すように、各群における同じ配列位置にあるアンテナ素子20が一つの送信信号処理装置110に接続されてもよいし、図2(B)に示すように、各群における線対称の位置にあるアンテナ素子20が一つの送信信号処理装置110に接続されてもよい。いずれの場合も、送信信号処理装置110からアンテナ素子20への電気長がなるべく均一化されるように配線構造が設計されると好適である。
(第1の実施形態)
図3は、第1の実施形態に係る送信信号処理装置110の構成図である。第1の実施形態に係る送信信号処理装置110は、例えば、第1信号供給部120と、第1HPA(High Power Amplifier)122と、第2信号供給部130と、第2HPA132と、第1ハイブリッドカプラ140と、第2ハイブリッドカプラ150と、第1BPF(Band Pass Filter)160と、第2BPF162とを備える。
図3は、第1の実施形態に係る送信信号処理装置110の構成図である。第1の実施形態に係る送信信号処理装置110は、例えば、第1信号供給部120と、第1HPA(High Power Amplifier)122と、第2信号供給部130と、第2HPA132と、第1ハイブリッドカプラ140と、第2ハイブリッドカプラ150と、第1BPF(Band Pass Filter)160と、第2BPF162とを備える。
第1信号供給部120は、第1信号S1を第1HPA122に出力する。第1信号S1は、周波数帯f1とf2とのいずれかで生成される。第1HPA122は、第1信号S1を増幅して第1ハイブリッドカプラ140の第1端子T1に出力する。
第2信号供給部130は、第2信号S1を第2HPA132に出力する。第2信号S2は、周波数帯f1で生成される。第2HPA132は、第2信号S2を増幅して第2ハイブリッドカプラ150の第5端子T5に出力する。
第1ハイブリッドカプラ140は、第1端子T1、第1端子T1に隣接する第2端子T2、第3端子T3、および第4端子T4を備える。また、第2ハイブリッドカプラ150は、第5端子T5、第5端子T5に隣接する第6端子T6、第7端子T7、および第8端子T8を備える。「隣接する」とは、第1端子T1と第3端子T3のような対角関係に無いことをいう。
第1ハイブリッドカプラ140の第2端子T2は、第1群のいずれかのアンテナ素子20に接続される。第2ハイブリッドカプラ150の第6端子T6は、第2群のいずれかのアンテナ素子20に接続される。
第1ハイブリッドカプラ140の第3端子T3と、第2ハイブリッドカプラ150の端子T7は、第1BPF160を介して接続される。第1ハイブリッドカプラ140の第4端子T4と、第2ハイブリッドカプラ150の端子T8は、第2BPF162を介して接続される。第1BPF160および第2BPF162は、それぞれ、周波数帯f1を遮断し、周波数帯f2を通過させるフィルタである。バンドパスフィルタに代えて、ローパスフィルタまたはハイパスフィルタが用いられてもよい。
図4は、第1ハイブリッドカプラ140および第2ハイブリッドカプラ150の特性の一例を示す図である。第1端子T1に入力された入力信号をP0・eiθとすると、時計回りに、第4端子T4から出力される信号は(1/2)P0・eiθ+(π/2)、第3端子T3から出力される信号は(1/2)P0・eiθ+π、(第3端子T3と第4端子T4とが開放端である場合に)第2端子T2から出力される信号はP0・eiθ+(3π/2)というふうに位相が(π/2)すなわち90度ずつずれて出力される。また、第5端子T5に入力された入力信号をP0・eiθとすると、時計回りに、第8端子T8から出力される信号は(1/2)P0・eiθ+(π/2)、第7端子T7から出力される信号は(1/2)P0・eiθ+π、(第7端子T7と第8端子T8とが開放端である場合に)第6端子T6から出力される信号はP0・eiθ+(3π/2)というふうに位相が(π/2)すなわち90度ずつずれて出力される。
第3端子T3または第4端子T4から出力された信号は、第1BPF160または第2BPF162を通過しない場合、第1BPF160または第2BPF162で反射されて再度、第1ハイブリッドカプラ140に入力される。なお、この状態は、第3端子T3と第4端子T4とが開放端である状態と同視できる。同様に、第7端子T7または第8端子T8から出力された信号は、第1BPF160または第2BPF162を通過しない場合、第1BPF160または第2BPF162で反射されて再度、第2ハイブリッドカプラ150に入力される。この状態は、第7端子T7と第8端子T8とが開放端である状態と同視できる。
このような構成を採用することで、周波数帯f1の第1信号S1を第1端子T1に入力し、周波数帯f1の第2信号S2を第5端子T5に入力した場合、第1信号S1が第2端子T3から第1群のアンテナ素子20に供給され、第2信号S2が第6端子T6から第2群のアンテナ素子20に供給される。この状態が本実施形態における全開口の状態である。
一方、周波数帯f2の第1信号S1を第1端子T1に入力し、周波数帯f1の第2信号S2を第5端子T5に入力した場合、第1群のアンテナ素子20には第1信号S1が供給されず、第1信号S1と第2信号S2とを合わせたパワーを持つ信号が第6端子T6から第2群のアンテナ素子20に供給される。この状態が本実施形態における半開口の状態である。
信号処理ユニット100の上位装置105は、全開口と半開口とを切り替えるための周波数指示を第1信号供給部120に出力する。ここで、全開口と半開口とを切り替えるための周波数指示は、第2信号供給部130に出力してもよい。つまり、上位装置105からの周波数指示によって、上述の第1群と第2群のアンテナ素子20の関係を逆にすることも可能である。また、信号処理ユニット100の上位装置105は、動作指示を第1信号供給部120と第2信号供給部130にそれぞれ出力する。
以上説明した実施形態の送信信号処理装置110、並びにこれを利用した送信装置1によれば、第1信号S1が入力される第1端子T1、第1端子T1に隣接し第1アンテナ素子(第1群のアンテナ素子20)に接続される第2端子T2、第3端子T3、および第4端子T4を備える第1ハイブリッドカプラ140と、第2信号S2が入力される第5端子T5、第5端子T5に隣接し第2アンテナ素子(第2群のアンテナ素子20)に接続される第6端子T6、第7端子T7、および第8端子T8を備える第2ハイブリッドカプラ150と、第1ハイブリッドカプラ140の第3端子T3と第2ハイブリッドカプラ150の第7端子T7とを接続する経路に設けられ、周波数帯が通過周波数帯でない信号の流通を遮断する第1BPF160と、第1ハイブリッドカプラ140の第4端子T4と第2ハイブリッドカプラ150の第8端子T8とを接続する経路に設けられ、周波数帯が通過周波数帯でない信号の流通を遮断する第2BPF162と、を備え、第1端子T1に与える信号S1の周波数を切り替えることで、全開口と半開口を切り替えることができる。また、半開口の状態において、第6端子T6から第2群のアンテナ素子20に出力される信号は、第1信号S1のパワーと第2信号S2のパワーを合わせたパワーを持つ。この結果、半開口の状態において、距離方向の覆域の低下を抑制すると共に、PTGT積の低下分を3[dB]に抑えることができる。
(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態について説明する。図5は、第2の実施形態に係る送信信号処理装置110Aの構成図である。第2の実施形態に係る送信信号処理装置110Aにおいて、第1ハイブリッドカプラ140の第3端子T3と、第2ハイブリッドカプラ150の端子T7は、第1スイッチSW1を介して接続される。第1ハイブリッドカプラ140の第4端子T4と、第2ハイブリッドカプラ150の端子T8は、第2スイッチSW2を介して接続される。各スイッチは、例えば、半導体スイッチである。各スイッチは、上位装置105によってオン状態(導通状態)またはオフ状態(遮断状態)のいずれかにされる。第2の実施形態において、第1信号S1および第2信号S2の周波数帯は任意に定めてよい。
以下、第2の実施形態について説明する。図5は、第2の実施形態に係る送信信号処理装置110Aの構成図である。第2の実施形態に係る送信信号処理装置110Aにおいて、第1ハイブリッドカプラ140の第3端子T3と、第2ハイブリッドカプラ150の端子T7は、第1スイッチSW1を介して接続される。第1ハイブリッドカプラ140の第4端子T4と、第2ハイブリッドカプラ150の端子T8は、第2スイッチSW2を介して接続される。各スイッチは、例えば、半導体スイッチである。各スイッチは、上位装置105によってオン状態(導通状態)またはオフ状態(遮断状態)のいずれかにされる。第2の実施形態において、第1信号S1および第2信号S2の周波数帯は任意に定めてよい。
係る構成において、送信装置1は、第1スイッチSW1および第2スイッチSW2をオフ状態にすることで、全開口で送信信号を発信することができる。一方、送信装置1は、第1スイッチSW1および第2スイッチSW2をオン状態にすることで、半開口で送信信号を発信することができる。
以上説明した第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を奏することができる。
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、第1信号が入力される第1端子、第1端子に隣接し第1アンテナ素子に接続される第2端子、第3端子、および第4端子を備える第1ハイブリッドカプラと、第2信号が入力される第5端子、第5端子に隣接し第2アンテナ素子に接続される第6端子、第7端子、および第8端子を備える第2ハイブリッドカプラと、第1ハイブリッドカプラの第3端子と第2ハイブリッドカプラの第7端子とを接続する経路に設けられ、所定条件下で第3端子と前記第7端子との間の信号の流通を遮断する第1遮断部と、第1ハイブリッドカプラの第4端子と第2ハイブリッドカプラの第8端子とを接続する経路に設けられ、所定条件下で第4端子と前記第8端子との間の信号の流通を遮断する第2遮断部と、を備え、第1端子に入力された第1信号に基づく信号が前記第2端子から第1アンテナ素子に出力されると共に第5端子に入力された第2信号に基づく信号が第6端子から第2アンテナ素子に出力される第1モードと、第1端子に入力された第1信号および第5端子に入力された第2信号に基づく信号が第6端子から第2アンテナ素子に出力される第2モードと、を切り替え可能であるため、半開口により信号を送信する際に、距離方向の覆域が小さくなるのを抑制することができる。
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。
1…送信装置、10…アレイアンテナ、20…アンテナ素子、100…送信信号処理ユニット、105…上位装置、110…送信信号処理装置、120…第1信号供給部、122…第1HPA、130…第2信号供給部、132…第2HPA、140…第1ハイブリッドカプラ、150…第2ハイブリッドカプラ、160…第1BPF、162…第2BPF、SW1…第1スイッチ、SW2…第2スイッチ
Claims (5)
- 第1信号が入力される第1端子、前記第1端子に隣接し第1アンテナ素子に接続される第2端子、第3端子、および第4端子を備える第1ハイブリッドカプラと、
第2信号が入力される第5端子、前記第5端子に隣接し第2アンテナ素子に接続される第6端子、第7端子、および第8端子を備える第2ハイブリッドカプラと、
前記第1ハイブリッドカプラの第3端子と前記第2ハイブリッドカプラの第7端子とを接続する経路に設けられ、所定条件下で前記第3端子と前記第7端子との間の信号の流通を遮断する第1遮断部と、
前記第1ハイブリッドカプラの第4端子と前記第2ハイブリッドカプラの第8端子とを接続する経路に設けられ、所定条件下で前記第4端子と前記第8端子との間の信号の流通を遮断する第2遮断部と、
を備え、
前記第1端子に入力された第1信号に基づく信号が前記第2端子から前記第1アンテナ素子に出力されると共に前記第5端子に入力された第2信号に基づく信号が前記第6端子から前記第2アンテナ素子に出力される第1モードと、
前記第1端子に入力された第1信号および前記第5端子に入力された第2信号に基づく信号が前記第6端子から前記第2アンテナ素子に出力される第2モードと、
を切り替え可能である送信信号処理装置。 - 前記第1遮断部および前記第2遮断部は、信号の流通を遮断する場合、信号を送信元の前記第1ハイブリッドカプラまたは前記第2ハイブリッドカプラに向けて反射する、
請求項1記載の送信信号処理装置。 - 前記第1端子に信号を供給する第1信号供給部と、
前記第5端子に信号を供給する第2信号供給部と、を更に備え、
前記第1遮断部および前記第2遮断部は、第1周波数帯の信号を遮断すると共に第2周波数帯の信号を通過させるフィルタであり、
前記第1信号供給部は、前記第1モードにおいて前記第1周波数帯の信号を前記第1端子に出力すると共に前記第2モードにおいて前記第2周波数帯の信号を前記第1端子に出力し、
前記第2信号供給部は、前記第1モードおよび前記第2モードにおいて前記第1周波数帯の信号を前記第5端子に出力する、
請求項1または2記載の送信信号処理装置。 - 前記第1遮断部および前記第2遮断部は、制御信号を与えるによって導通状態と遮断状態とを切り替え可能なスイッチである、
請求項1から3のうちいずれか1項記載の送信信号処理装置。 - 請求項1から4のうちいずれか1項記載の送信信号処理装置を複数備え、更に、
前記第1アンテナ素子および前記第2アンテナ素子を含む複数のアンテナ素子を備える、送信装置。
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WO2024035985A1 (en) * | 2022-08-08 | 2024-02-15 | Commscope Technologies Llc | Hybrid coupler and method for manufacturing hybrid coupler |
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2017
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WO2024035985A1 (en) * | 2022-08-08 | 2024-02-15 | Commscope Technologies Llc | Hybrid coupler and method for manufacturing hybrid coupler |
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