JP3348863B2 - アダプティブアレイアンテナ - Google Patents

アダプティブアレイアンテナ

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JP3348863B2
JP3348863B2 JP54038098A JP54038098A JP3348863B2 JP 3348863 B2 JP3348863 B2 JP 3348863B2 JP 54038098 A JP54038098 A JP 54038098A JP 54038098 A JP54038098 A JP 54038098A JP 3348863 B2 JP3348863 B2 JP 3348863B2
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山口　　良
佳雄 恵比根
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    • 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
    • H01Q3/2605—Array of radiating elements provided with a feedback control over the element weights, e.g. adaptive arrays

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  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は例えば移動通信の基地局に用いられ、複数
のアンテナ素子を１群として指向制御方向範囲を固定化
するサブアレイ化したアダプティブアレイアンテナに関
する。
従来の技術 図１は例えばTakeo Ohgane等の″A Development of G
MSK/TDMA System with CM A Adaptive Array for Land
Mobile Communications″,IEEE 1991,pp.172−176に示
されている従来のアダプティブアレイアンテナの原理的
構成を示す。Ｍ個のアンテナ素子111〜11Mは例えば距離
ｄの間隔で配列され、それぞれビーム幅が広い同一の素
子指向性12を有し、高周波分配器13に接続され、アンテ
ナ素子111〜11Mの各受信信号は高周波分配器13で、チャ
ネル部141〜14Nに分配供給され、つまり各素子の受信信
号はＮ個に分配される。アンテナ素子間隔ｄは使用波長
の数分の１から数倍程度である。
各チャネル部14i（ｉ＝1,2,…,N）では分配されたＭ
個のアンテナ素子111〜11Mよりの各受信信号がそれぞれ
Ｍ個の受信機151〜15Mに供給される。受信機151〜15Mよ
りの各ベースバンド信号はそれぞれレベル・位相調整器
161〜16Mを通されてベースバンド合成器17で合成されて
受信出力とされると共に、その出力はアダプティブ信号
処理部18に分岐供給され、受信ベースバンド信号の誤差
が最小になるようにレベル・位相調整器161〜16Mが調整
され干渉波方向の利得が小さくなり、希望波方向の利得
が大きくなるようにアンテナ素子111〜11Mの合成指向性
19が例えば図１に示すように適応的制御される。これに
より、基地局はＮチャネルを使ってＮ個の移動局との間
で良好な通信が行われる。アンテナ素子数Ｍを増加させ
ることにより、利得、干渉除去特性が向上する。しかし
これに伴なって受信機15の数も増加し、かつ信号処理量
が著しく増大する。
このような点から図２に示すようにアレイアンテナ素
子を複数個づつのグループ（サブアレイ）に分け、サブ
アレイ毎に高周波の受信信号レベルの位相制御を行って
合成し、Ｎチャネルに分配するアダプティブアレイアン
テナが日本特許出願公開62−24702に示されている。そ
の例では４個のアンテナ素子毎にサブアレイ211〜21Lを
構成し、各サブアレイ毎に高周波信号合成器221〜22Lで
受信信号を合成する。その際に、各サブアレイ毎にその
アンテナ素子出力に高周波レベル・位相調整器231〜234
を設け、係数値W1〜W4を設定して受信レベル、位相を調
整し、サブアレイ211〜21Lに同一のアンテナ指向性24を
与える。各高周波信号合成器221〜22Lの出力が高周波分
配器13へ供給され、各チャネル部141〜14Nに分配され
る。その後の処理は図１の場合と同様である。
この場合は各チャネル部14iにおける受信機151〜15L
の数がＬ個、この例ではM/4個になり、レベル・位相調
整器161〜16LもM/4個に減少し、ハードウェア量が少な
くなり、しかも、アンテナ素子111〜11Mの全体の指向性
（合成指向性）の利得が向上し、かつ干渉波の除去も良
好に行われる。しかし、その合成指向性の指向方向を制
御できる範囲は、サブアレイ指向性24の範囲に限られ、
広い範囲の制御ができない。つまり、例えば各レベル・
位相調整器231〜234をそれぞれW1'〜W4'に設定して図２
中に１点鎖線26で示すようにサブアレイ指向性の方向を
かえると、レベル・位相調整器161〜16Lにより調整でき
る総合指向性19の範囲はこの指向性26の範囲内でしかな
い。このように移動局を追尾できる範囲が制限されてし
まうため、広い角度範囲をカバーするには、図３に示す
ように図２に示した各Ｍ個の素子を複数群にサブアレイ
化したアレイアンテナを複数個271〜275設け、これら各
アレイアンテナ271〜275のサブアレイ指向性がビーム24
1〜245に示すように、順次適当な角度ずつずれて、ビー
ム241から245の広い範囲のどの方向の移動局に対して
も、アレイアンテナ271〜275を切替え使用することによ
り、広いサービス領域を確保できる。しかもこのように
多くのアンテナ素子を設置することは設置上から困難に
なる。
アンテナ素子の数Ｍを減少し素子の間隔をｄより広く
することが考えられる。この場合は図４に示すように素
子指向性12のビーム幅が広ければ主ビーム19の他に比較
的利得が大きい幅狭のグレーティングローブ28がほぼ一
定の角度間隔で複数の方向に発生する。グレーティング
ローブ28の方向では干渉波によるBER（ビットエラーレ
ート）が大きくなるため、使用が困難になる。一方素子
指向性を図５の破線24で示すように狭くするとグレーテ
ィングローブは発生しないが、合成指向性19の制御範囲
が、その素子指向性24により制限され、広い範囲をカバ
ーすることができない。
この発明の目的は受信器数、処理回路数及び演算量を
それ程多くすることなく、かつ、広い範囲でのサービス
を可能とするアダプティブアレイアンテナを提供するこ
とにある。
発明の開示 この発明によるアダプティブアレイアンテナは、以下
を含む： それぞれのグループが少なくとも２つのアンテナ素子
からなるサブアレイを構成し、高周波受信信号を出力す
る複数のグループの配列されたアンテナ素子と、 各サブアレイの複数の上記アンテナ素子からの上記高
周波受信信号のレベルと位相をそれぞれ調整し、それに
よって上記サブアレイの指向性を設定する複数の高周波
レベル・位相調整器と、 各サブアレイに対応する上記複数の高周波レベル・位
相調整器が出力する調整された高周波受信信号を合成
し、合成高周波信号を出力する高周波信号合成器と、 各サブアレイに対応する上記高周波信号合成器からの
上記合成高周波信号をベースバンド信号に変換して出力
する受信機と、 各サブアレイに対応する上記受信機からの上記ベース
バンド信号のレベルと位相を適応的に調整するベースバ
ンドレベル・位相調整器と、 それぞれのサブアレイに対応する上記ベースバンド位
相調整器からの調整されたベースバンド信号を合成して
ベースバンド合成信号を出力するベースバンド信号合成
器と、 上記ベースバンド信号合成器からの上記ベースバンド
合成信号に基づいて上記複数のサブアレイにそれぞれ対
応する上記ベースバンドレベル・位相調整器をそれぞれ
適応的に制御し、希望波の方向に全アンテナ素子の合成
指向性を合わせるアダプティブ信号処理部。
図面の簡単な説明 図１は従来のアダプティブアレイアンテナを示す図。
図２は従来のサブアレイ化アダプティブアレイアンテ
ナを示す図。
図３はサービス領域を広くした従来のサブアレイ化ア
ダプティブアレイアンテナを示す図。
図４は広い素子指向性のアンテナ素子の間隔を大とし
たアダプティブアレイアンテナを示す図。
図５は狭い素子指向性のアンテナ素子の間隔を大とし
たアダプティブアレイアンテナを示す図。
図６はこの発明の実施例を示す図。
図７は図６の実施例におけるサブアレイの指向性と合
成指向性の関係を示す概念図。
図８は図６の実施例において、全アレイアンテナの合
成指向性とサブアレイ指向性のピーク方向がずれた場合
の関係を示す概念図。
図９は図８において、サブアレイ指向性のサイドロー
ブを抑圧した場合のサブアレイ指向性を合成指向性の関
係を示す概念図。
図10は計算機シミュレーションにより求めたサブアレ
イの低サイドローブ化による指向性の変化を示す図。
図11はアンテナ配列密度を変えることにより低サイド
ローブ化を行う場合の実施例を示す図。
図12は隣接サブアレイの間隔をd/2に縮めた実施例を
示すブロック図。
図13は図12の実施例による効果を説明するためのサブ
アレイ指向性と合成指向性の概念図。
図14は隣接サブアレイ間で１つのアンテナ素子を共用
する構成とした実施例を示すブロック図。
図15は隣接サブアレイ間で１つのアンテナ素子とそれ
に接続されたレベル・位相調整器を共用する構成とした
実施例を示すブロック図。
図16は隣接サブアレイをd/2重ねた構成の実施例を示
すブロック図。
図17は各サブアレイ内のアンテナ素子間隔を両外側で
2dとし、隣接サブアレイをｄだけ重ねた構成の実施例を
示すブロック図。
図18は隣接サブアレイ間で２つのアンテナ素子を共用
する構成の実施例を示すブロック図。
図19は隣接サブアレイ間で２つのアンテナ素子と、そ
れらに接続されたレベル移動調整器を共用する構成の実
施例を示すブロック図。
図20はこの発明を送信部にも適用した場合の実施例を
示すブロック図。
発明を実施する最良の形態 図６にこの発明を受信用アンテナに適用した例を、図
２、図３と対応する部分に同一符号を付けて示す。この
実施例ではＭ個のアンテナ素子111〜11Mの出力をそれぞ
れ高周波分配器13によりＮチャネルに分配し、各チャネ
ル部14i（ｉ＝1,…,N）における高周波分配器13により
分配されたＭ個の出力が入力される。実際に使用される
アンテナ素子の数Ｍは、例えば８〜32程度である。この
発明ではアンテナ素子111〜11Mを複数Ｐ個（Ｐは２以上
の整数）、この例では４個ずつＬ＝M/P個の群（サブア
レイ）に分け、その各サブアレイ毎にそのＰ個のアンテ
ナ素子からの高周波受信信号に対応した高周波分配器13
の出力に高周波レベル・位相調整器231〜234がそれぞれ
接続され、これら高周波レベル・位相調整器231〜234の
出力高周波受信信号は高周波信号合成器22j（ｊ＝1,2,
…,L）に与えられる。つまり各Ｐ個のアンテナ素子から
の高周波受信信号が高周波信号合成器22jで合成され
て、対応する受信機15jに供給される。各サブアレイ内
のアンテナ素子数Ｐは、例えば２〜８程度である。
アンテナ素子111〜11Mはｄの等間隔で直線又は円弧上
に配列されており、従って、隣接サブアレイの外側端の
間隔はｄである。即ち、隣接サブアレイの中心間隔はサ
ブアレイの幅（ここでは3d）よりｄだけ長い。また各サ
ブアレイの幅は3dである。ｄ間隔で配列された各アンテ
ナ素子111〜11Mの指向性12はサービス領域をカバーする
十分広い幅であり、例えばチャネル部141の各サブアレ
イに対応する高周波レベル・位相調整器231〜234にはそ
れぞれ係数値W1〜W4が設定される。各係数値Ｗは振幅と
位相の情報を含んだ複素信号であり、高周波レベル・位
相制御部25により例えば何れか１つのサブアレイのアン
テナ素子からのそれぞれの受信電力に基づいてサブアレ
イ指向性のピーク方向が希望波方向と一致するように決
定される。これにより各サブアレイアンテナの指向性24
は図６に示すように、例えば図２に示したサブアレイ指
向性24とほぼ同じにすることができる。このチャネル部
141により得られる合成指向性19は、アダプティブ信号
処理部18で生成したベースバンド係数Z1〜ZLをベースバ
ンドレベル・位相調整器161〜16Lに与えて受信機151〜1
5Lの出力ベースバンド信号の位相とレベルを調整するこ
とによりサブアレイ指向性24内で制御される。ベースバ
ンド係数Z1〜ZLはそれぞれ振幅と位相の情報を有する複
素信号である。
一方、図に示していないが、例えばチャネル部142の
各高周波レベル・位相調整器231〜234に対しては係数値
W1'〜W4'が設定され、そのサブアレイ指向性は図中の１
点鎖線26に示すように、サブアレイ指向性24とは異なる
方向に選ぶことができる。同様にしてチャネル部141〜1
4Nの何れかにより、例えば図３に示したサブアレイ指向
性241〜245の１つが形成され、つまり、ビーム241〜245
の全体をチャネル部141〜14Nの何れかで受けもつことが
できるように、各チャネル部の高周波レベル・位相調整
器231〜234が設定される。
このようにして図３に示した５通りの指向性を実現す
る場合に必要とするアンテナ素子数を、この例では５分
の１のアンテナ素子数で実現することができ、図３でカ
バーできると同じ広いサービス領域を実現できる。
図７は図６の実施例において、サブアレイの指向性と
全アレイアンテナの合成指向性の相対指向性を概念的に
波線24と実線19でそれぞれ示す。横軸は方位角、縦軸は
受信感度（受信レベル）を表す。サブアレイの指向性24
は、幅が広く、最大のピークを有する中央の主ローブ
と、その両側に幅が主ローブのほぼ半分で、ピークが主
ローブより低い、この例では４つのサイドローブとを互
いに隣接して有している。サブアレイ指向性のそれぞれ
のローブの隣接点での受信レベルがゼロとなる点PZを零
点と呼ぶ。合成指向性19は、サブアレイ指向性の主ロー
ブ内に位置し、最大ピークが主ローブのピーク方向に一
致している幅の狭いビーム状のローブと、その左右にこ
の例では２つずつ一定のピーク間隔で生じる、幅がビー
ム状ローブのほぼ半分で、高さがそれより低いビーム状
サイドローブの合計５つのビーム状ローブの組と、それ
ら５つのビーム状ローブの組の左右に、それらより低い
同様の５つのビーム状ローブの組がエコーのように複数
ほぼ同じ幅を持って生じる。これら各エコーの組の中央
のビーム状ローブはその両側のビーム状ローブ（ビーム
状サイドローブ）より高く、その幅はビーム状サイドロ
ーブ幅のほぼ倍となっている。従って、それぞれの組の
最大ピークのビーム状ローブは、合成指向性19の最大ピ
ークのビームから等角度間隔で生じ、グレーティングロ
ーブと呼ばれている。
図７の例では、全アレイアンテナの合成指向性19の最
大ピーク方向とサブアレイ指向性の最大ピーク方向（以
下、単にピーク方向と呼ぶ）が一致している、即ち、横
軸上の同じ角度位置にある場合であり、これらグレーテ
ィングローブRGがサブアレイ指向性の零点PZにあるの
で、それらの方向におけるグレーティングローブは低く
抑えられ、干渉波の影響はほとんどない。
ところで、移動通信システムにおいて、移動局が移動
するにつれ基地局は移動局のおおよその方向にサブアレ
イ指向性のピークを追従させる修正を比較的長い時間間
隔（例えば数秒〜数10秒間隔）で繰り返す。あるいは、
サブアレイ指向性が１つのセクタ（セルを基地局を中心
として等角度間隔、例えば60度間隔に区分した１つのサ
ービス領域）の角度範囲をカバーする場合は、サブアレ
イの指向性をそのセクタの角度範囲に合わせて固定的に
設定する。これらのサブアレイ指向性の設定はサブアレ
イレベル・位相制御部25から高周波レベル・位相調整器
231〜234に設定する係数W1〜W4により制御される。
一方、移動局が移動するにつれ、基地局は受信ベース
バンド信号のレベルと位相をベースバンドレベル・位相
調整器161〜16Lにより適応的に制御して全アレイアンテ
ナの合成指向性のピーク方向を移動局の方向に常時追従
させる。従って、サブアレイの指向性が設定され、一定
に保持されている間に、全アレイアンテナの合成指向性
のピーク方向を移動局に追従させると、図８に示すよう
に合成指向性のピーク方向がサブアレイの主ローブのピ
ーク方向からこの例では左にずれていくことになる。こ
の様なピーク方向のずれが生じると、図８に示すように
合成指向性がサブアレイ指向性に対し全体的に左にず
れ、その結果、グレーティングローブRGの位置が零点PZ
から左にずれ、サブアレイの指向性ローブの中に入って
行く。その結果、グレーティングローブRGが大きくな
り、それらのグレーティングローブ方向の干渉波の影響
を受け、BERが悪化することになる。
この様に、サブアレイ化したアダプティブアレイアン
テナでは、合成指向性のピーク方向がサブアレイ指向性
のピーク方向からずれると、サブアレイのローブにグレ
ーティングローブRGが入ってくるため、そのずれが干渉
特性に直接的に影響を与えてくる。この様な指向性のピ
ーク方向のずれが避けられないとした場合、グレーティ
ングの影響を小さくする１つの方法としては、サブアレ
イのサイドローブを低く抑圧することによりグレーティ
ングローブを低くすることが考えられる。そこで、サイ
ドローブにグレーティングローブが生じるのを抑える１
つの方法として、図６の実施例において、複数個（３個
以上）のアンテナ素子からなる各サブアレイの、両外側
端アンテナ素子の、内側アンテナ素子に対する電力比を
１より小さくして電力合成することが考えられる。
図９はサブアレイの両側端のアンテナ素子からの高周
波受信信号の合成比率を、内側のアンテナ素子からの高
周波受信信号に対し、例えば0.5と低くした場合のサブ
アレイ指向性24と全アレイアンテナの合成指向性19を概
念的に示す。図に示すように、サブアレイ指向性のサイ
ドローブを低く押さえることにより、それらのサイドロ
ーブ内のグレーティングローブRGが低く抑えられてい
る。この様な低サイドローブ化を具体的に行うには、例
えば図６の実施例においてサブアレイに対応した高周波
信号合成器221〜22Lのそれぞれにおいて、４つの高周波
レベル・位相調整器231〜234の出力を高周波信号合成器
221で合成する場合に、４つのアンテナ素子の両外側端
２つと両内側２つの合成比率を例えば0.5:1にする。
図10は４つのアンテナ素子からなる各サブアレイの指
向性のピーク方向が30゜方向の場合に、高周波信号合成
器221において1:1:1:1の合成を行う場合と、0.75:1:1:
0.75の合成を行う場合と、0.5:1:1:0.5の合成を行う場
合のサブアレイ指向性を計算機シミュレーションにより
求め、それぞれ曲線＃0,＃1,＃２で示す。図から明らか
なように、サブアレイの両外側端に対応するアンテナ出
力の合成比を小さくするにつれ、サイドローブが小さく
なっている。これにより、サブアレイ指向性のサイドロ
ーブ領域に生じる全アレイアンテナの合成指向性19のグ
レーティングローブを抑制することができる。
この様に、サブアレイの受信信号の合成比を制御する
ことによりサイドローブを低く抑えることができるが、
もう１つの方法として、合成比を制御する代わりに、各
サブアレイのアンテナ素子の配列密度を制御することに
よっても低サイドローブ化が可能である。即ち、各サブ
アレイの中央部での配列間隔より長い間隔でその両外側
のアンテナ素子を配列することにより、サブアレイの両
外側部からの受信信号電力をそれらより内側のアンテナ
素子からの受信信号電力より小さくすることができ、従
って、高周波信号合成器221〜22Lで合成比を制御したこ
とと同等の効果が得られる。図11は、サブアレイにおけ
るアンテナ素子配列密度を変えることにより低サイドロ
ーブ化を実現する場合の実施例を示す。この例では、図
６の実施例における各サブアレイの中央の２つのアンテ
ナ素子の間隔をｄより狭めることにより、その両側のア
ンテナ素子との間隔をｄより広げた場合を示す。ただ
し、サブアレイの幅は図６の場合と同じ3dとする。この
実施例では、高周波信号合成器221〜224では、入力され
た受信信号の電力比を変えず、そのまま合成する。
この様に、各サブアレイの両外側部でのアンテナ素子
の配列間隔を、それより内側の配列間隔より大きくする
ことにより、サブアレイの両外側部のアンテナ素子から
の受信信号電力を、それらの内側のアンテナ素子からの
受信信号電力より小さくすることができ、従って、サブ
アレイ指向性のサイドローブを低くすることができる。
即ち、図６に示すこの発明の原理的な実施例に対し、更
にサブアレイ指向性を低サイドローブ化するには、図６
あるいは図11で説明した方法により、結果的に各サブア
レイの両外側部のアンテナ素子からの受信信号電力を、
それより内側のアンテナ素子からの受信信号電力より小
さくすればよい。勿論、図６で説明した高周波信号合成
器における電力合成比の制御と、図11で示したサブアレ
イにおけるアンテナ素子配列間隔の調整とを組み合わせ
て使用してもよいことは明らかである。従って、以下の
低サイドローブ化を行う他の実施例を説明する図におい
て、特にサブアレイのアンテナ素子間隔が指定されてい
ない場合は、等間隔とし、低サイドローブ化は周波信号
合成器221〜224で実施するか、又は高周波信号合成器で
の合成比は変更せず、アンテナ素子の配列間隔を調整し
て低サイドローブ化を実施するか、又はその両方を組み
合わせて実施するか、これらのいずれでもよい。
ところで、図９及び10に示されるように、実際には、
サブアレイ指向性のサイドローブを抑圧するにつれ、サ
ブアレイ指向性の主ローブの幅が広がって行くため、図
９に示すようにサブアレイ指向性の主ローブ内にグレー
ティングローブが入ってしまうことが生じる。従って、
サブアレイ指向性の低サイドローブ化と主ローブ幅の一
定化を両立させるサブアレイが望まれる。そのために
は、主ローブの幅の広がりを逆に縮めるか、又は主ロー
ブの幅の広がりに応じてグレーティングローブの生じる
間隔を広げればよい。前者の方法は隣接サブアレイの中
心間隔を縮めることにより実現でき、後者の方法は各サ
ブアレイのアンテナ素子数を増加することにより実現で
きる。
まず、隣接サブアレイの中心間隔を狭くすることによ
り、低サイドローブ化にともなうサブアレイの主ローブ
の広がりを抑える実施例を以下に示す。以下の各実施例
においては、アレイアンテナの全素子数Ｍと各サブアレ
イの素子数を特定な数で説明するが、この発明はこれら
の数に限定されるものではない。
図12の実施例では、アンテナアレイの全素子数Ｍは1
6,各サブアレイのアンテナ素子数は４である。比較説明
のため、各サブアレイの幅は図６及び11の場合と同じ3d
とする。前述と同様に、各サブアレイのアンテナ素子か
らの高周波受信信号は、高周波レベル・位相調整器231
〜234を経て各高周波信号合成器22j（ｊ＝1,…,4）にお
いて合成される。サブアレイ指向性のサイドローブは高
周波信号合成器22jにおいてサブアレイの両外側端のア
ンテナ素子からの受信信号電力を内側の両アンテナ素子
からの受信信号電力より小さくして合成するか、又は各
サブアレイの中央２つのアンテナ素子間隔をそれらの外
側のアンテナ素子との間隔より小さくすることにより各
サブアレイ指向性のサイドローブを低くしているものと
する（低サイドローブ化）。更に、この実施例では、隣
接するサブアレイの隣接する外側端のアンテナ素子の間
隔、即ち、第４と第５アンテナ素子114と115の間隔、第
８と第９アンテナ素子118と119の間隔、及び第12と第13
アンテナ素子112と1113の間隔をそれぞれｄより小、こ
こではd/2にすることにより隣接サブアレイの中心間隔
を図６及び11の場合の4dより小さい3.5dとする。その他
の構成は図６と同様である。この様に、隣接サブアレイ
中心間隔を縮めることにより、図13に概念的に示すよう
に、サブアレイ指向性の主ローブの広がりを抑えること
ができ、それによって低サイドローブ化によるグレーテ
ィングローブの主ローブ内への侵入を抑えることができ
る。
図14の実施例は、図12の実施例における隣接サブアレ
イの隣接する外側端のアンテナ素子間の間隔を零にした
場合である。即ち、隣接サブアレイの中心間隔3dはサブ
アレイの幅3dと等しくされている。この場合、隣接サブ
アレイの外側端のアンテナ素子は一体化（共通化）さ
れ、その結果、全アンテナアレイの素子数は13に減って
いる。隣接サブアレイにより共用されているアンテナ素
子114,117,1110からの受信電力は２等分されてそれぞれ
隣接サブアレイの第４及び第１高周波レベル・位相調整
器234、231に与えられる。低サイドローブ化の方法は前
述した２つの方法のいずれを使ってもよい。この実施例
においても低サイドローブ化によるサブアレイの主ロー
ブの広がりを抑え、グレーティングローブが主ローブに
入るのを抑えることができる。
図15の実施例は、図14の実施例において隣接サブアレ
イ間で共用されるアンテナ素子114,117,1110の各出力に
接続される２つの高周波レベル・位相調整器234,231を
も１つの高周波レベル・位相調整器23により共用する場
合である。従って、共用される各高周波レベル・位相調
整器23の出力が隣接サブアレイに等分配され、それぞれ
の高周波信号合成器22j+1（ｊ＝1,2,3）に与えられる。
サブアレイ指向性の低サイドローブ化の方法は前述の２
つの方法のいずれを使っても良い。
図16の実施例は、図12の実施例において隣接サブアレ
イの中心間隔を更に互いに近づけ、サブアレイ幅3dより
小さくした場合である。ここでは図12の実施例において
隣接サブアレイの中心間隔を更にｄだけ相対的に近づく
方向に移動させて中心間隔を2.5dとし、その結果、隣接
サブアレイがd/2だけ互いに重なり合った配置となって
いる。即ち、隣接する２つのサブアレイの一方の第４ア
ンテナ素子114,118,1112が他方のサブアレイの第１アン
テナ素子115,119,1113と第２アンテナ素子116,1110,11
14の中央に位置するように、隣接サブアレイが互いに重
なり合っている。
図17は、図16の実施例と同様に、隣接サブアレイ間は
重なるように配置されるが、隣接サブアレイ間のd/2の
重なり部の隣接アンテナ素子の干渉が大きくなってしま
うので、隣接サブアレイの重なり部におけるアンテナ素
子が同じｄ間隔となるように、各サブアレイの第１と第
２アンテナ素子間と、第３と第４アンテナ素子間隔は2d
に広げられている。その結果、各サブアレイの幅は5dと
なり、サブアレイの中心間隔は4dとなっている。この実
施例では、各サブアレイの外側部のアンテナ素子間隔が
内側部のアンテナ素子間隔ｄより広い2dとされているの
で、これによりサブアレイ指向性が低サイドローブ化さ
れている。
図18の実施例では、隣接サブアレイの中心間隔は図６
の実施例の場合と同じ4dであるが、各サブアレイのアン
テナ素子数を前述の実施例より増やして、この例では６
とし、それによって合成指向性のグレーティングローブ
が生じる間隔を広げることにより、低サイドローブ化で
広がったサブアレイの主ローブへグレーティングが入り
込むのを抑えている。この実施例では、隣接サブアレイ
間で２つのアンテナ素子を共用する構成としているた
め、アレイアンテナの全素子数Ｍは18であり、ｄの間隔
で配列されている。各共用アンテナ素子、（例えば1
15）の受信電力は隣接サブアレイに等分配又は異なる比
に分配され、それぞれ隣接サブアレイの高周波レベル・
位相調整器例えば（231,235）に供給される。各サブア
レイのそれぞれの高周波レベル・位相調整器231〜236の
出力は高周波信号合成器22jに与えられる。この実施例
では隣接サブアレイの重なり部で２つのアンテナ素子を
共用することにより、大きな重なりを実現している。低
サイドローブ化は、各サブアレイにおいて中央２つのア
ンテナ素子からの受信電力に対し、外側のアンテナ素子
になるほど、小さい合成比で高周波信号合成器22jによ
り合成するか、あるいは各サブアレイにおいて外側部の
アンテナ素子間隔より内側部のアンテナ素子間隔を小さ
くすることにより実施される。
図19は、図18の実施例と同様に、各サブアレイのアン
テナ素子数を６に増やすと共に、隣接サブアレイ間で２
つのアンテナ素子を共用するが、この実施例では更に、
それら２つの共用アンテナ素子からの高周波受信電力が
それぞれ与えられる２つの高周波レベル・位相調整器も
共用し、それら共用される各高周波レベル・位相調整器
の出力が隣接サブアレイにそれぞれ等分配される。各サ
ブアレイにおける低サイドローブ化の方法は図19の実施
例の場合と同様である。
上述の各実施例ではこの発明を多チャネルの受信装置
に適用した場合を示したが、１チャネルの受信装置に適
用してもこの発明の効果が得られる。
この発明は、更に送信装置にも適用することができ
る。その実施例を図20に示す。図20の実施例では、各チ
ャネルを受信部100と送信部200で構成する。受信部100
は、例えば図６の実施例におけるチャネル141に示す構
成と同じものを使用する。この場合、送信部200の構成
は図６のベースバンド信号合成器17に対応して送信すべ
き入力ベースバンド信号をＬ個に分配するベースバンド
ハイブリッド31が設けられ、ベースバンドレベル・位相
調整器161〜16Lに対応してベースバンドレベル・位相調
整器321〜32Lが設けられ、受信機151〜15Lに対応して送
信機331〜33Lが設けられ、高周波信号合成器221〜22Lに
対応して高周波送信信号を分配する高周波ハイブリッド
341〜34Lが設けられ、高周波レベル・位相調整器231〜2
34に対応して高周波レベル・位相調整器351〜354が設け
られている。高周波レベル・位相調整器351〜354からの
高周波送信信号は高周波分配器13に与えられ、対応する
サブアレイの対応するアンテナ素子に送出される。
移動局と基地局間の交信において、短時間内であれ
ば、上り送信信号と下り送信信号はほぼ同じ伝送路を通
ると見なすことができる。従って、基地局が受信時に設
定したサブアレイ指向性と、全アレイアンテナの合成指
向性をそのまま送信時に使用することができる。そこ
で、図20に示すように、送信部200のベースバンドレベ
ル・位相調整器321〜32Lに波受信部100のアダプティブ
信号処理部18で生成したベースバンド係数Z1〜ZLをその
まま設定する。更に、高周波レベル・位相調整器351〜3
54には、受信部100のサブアレイレベル・位相制御部25
で決定した係数W1〜W4がそのまま設定される。従って、
受信部100による受信時に得られるのと同じサブアレイ
指向性と合成指向性で送信が可能となる。
図20では受信部100として図６の構成を使用する場合
について説明したが、前述した他のどの実施例を使用し
てもよい。その場合は、図20の場合と同様に、送信部
を、その受信部と対応して構成すればよい。
発明の効果 以上述べたようにこの発明によればアンテナ素子配列
のサブアレイ化により、受信器数、処理回路数及び演算
量をそれ程増やさないで、広い範囲の制御可能な合成指
向性を実現すると共に、受信機の数を少なくすることが
できる。この発明を多チャネルの受信機に適用した場
合、各チャネル部毎にサブアレイ指向方向を互いに異な
る方向に固定化し、チャネル部間の切替えにより、広い
範囲のサービス領域を得ることができる。つまり従来の
サブアレイ化（図２）にもとづく効果（高利得、干渉波
除去）を保持し、しかも、受信器数、処理回路数及び演
算量をそれほど増加することなく、広いサービス領域を
形成することができる。
またこの発明を送信装置に適用することができる。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｂ 1/04 Ｈ０４Ｂ 1/04 (56)参考文献 特開 昭62−24704（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−58544（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−102618（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−61737（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−5711（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01Q 3/00 - 3/42 H01Q 21/06 H01Q 21/08 H01Q 21/22 H01Q 25/00

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】それぞれのグループが少なくとも２つのア
    ンテナ素子からなるサブアレイを構成し、高周波受信信
    号を出力する複数のグループの配列されたアンテナ素子
    と、 上記各アンテナ素子からのそれぞれの出力を複数のチャ
    ネル部に分配する高周波分配器と、 複数の上記チャネル部とを含むアダプティブアレイアン
    テナであり、 上記チャネル部は以下を含む； 各サブアレイの複数の上記アンテナ素子からの上記高周
    波受信信号のレベルと位相をそれぞれ調整し、それによ
    って上記サブアレイの指向性を設定する複数の高周波レ
    ベル・位相調整器と、 各サブアレイに対応する上記複数の高周波レベル・位相
    調整器が出力する調整された高周波受信信号を合成し、
    合成高周波信号を出力する高周波信号合成器と、 各サブアレイに対応する上記高周波信号合成器からの上
    記合成高周波信号をベースバンド信号に変換して出力す
    る受信機と、 各サブアレイに対応する上記受信機からの上記ベースバ
    ンド信号のレベルと位相を適応的に調整するベースバン
    ドレベル・位相調整器と、 それぞれのサブアレイに対応する上記ベースバンド位相
    調整器からの調整されたベースバンド信号を合成してベ
    ースバンド合成信号を出力するベースバンド信号合成器
    と、 上記ベースバンド信号合成器からの上記ベースバンド合
    成信号に基づいて上記複数のサブアレイにそれぞれ対応
    する上記ベースバンドレベル・位相調整器をそれぞれ適
    応的に制御し、希望波の方向に全アンテナ素子の合成指
    向性を合わせるアダプティブ信号処理部。
  2. 【請求項２】請求項１記載のアダプティブアンテナの各
    上記チャネル部は、 少なくとも１つのサブアレイの上記複数のアンテナ素子
    からの受信信号に基づいて、上記サブアレイの指向性の
    ピーク方向が希望波方向となるように、各上記サブアレ
    イに対応する上記複数の高周波レベル・位相調整器にそ
    れぞれ設定する係数を決定し、それらの係数の組を上記
    複数のサブアレイに対応する上記複数の高周波レベル・
    位相調整器に設定するサブアレイレベル・位相制御部を
    含む。
  3. 【請求項３】請求項１又は２記載のアダプティブアレイ
    アンテナにおいて、各サブアレイを構成するグループの
    アンテナ素子数は３以上であり、各上記グループに対応
    する上記高周波信号合成器は、対応する上記グループの
    配列された上記複数のアンテナ素子からの高周波受信信
    号を、そのグループの両外側端のアンテナ素子からの高
    周波受信信号の電力の、それらの内側のアンテナ素子か
    らの高周波受信信号の電力に対する比を１より小にして
    合成する合成器であり、それによって上記サブアレイの
    指向性のサイドローブを抑圧する。
  4. 【請求項４】請求項１又は２記載のアダプティブアレイ
    アンテナにおいて、各上記サブアレイの中央部のアンテ
    ナ素子の配列間隔より、その両側のアンテナ素子の配列
    間隔は広くされており、それによって上記サブアレイの
    指向性のサイドローブを抑圧している。
  5. 【請求項５】請求項３又は４記載のアダブティブアレイ
    アンテナにおいて、各上記サブアレイのアンテナ素子間
    隔は等しく第１の間隔とされ、隣接するサブアレイに属
    する隣接するアンテナ素子の間隔を上記第１の間隔より
    小さい第２の間隔としている。
  6. 【請求項６】請求項３又は４記載のアダプティブアレイ
    アンテナにおいて、上記第２の間隔は０であり、上記隣
    接するサブアレイに属する隣接するアンテナ素子として
    １つのアンテナ素子が共用され、上記共用されたアンテ
    ナ素子からの受信信号電力が２等分配され上記隣接する
    サブアレイに対応する２つの上記高周波レベル・位相調
    整器にそれぞれ与えられる。
  7. 【請求項７】請求項３又は４記載のアダプティブアレイ
    アンテナにおいて、上記第２の間隔は０であり、上記隣
    接するサブアレイに属する隣接するアンテナ素子として
    １つのアンテナ素子が共用され、上記隣接するサブアレ
    イに属するアンテナ素子に対応する上記高周波レベル・
    位相調整器として１つの高周波レベル・位相調整器が共
    用され、各上記共用されたアンテナ素子からの受信信号
    が上記共用された高周波レベル・位相調整器に与えら
    れ、その出力受信信号が上記隣接するサブアレイにそれ
    ぞれ対応する上記高周波信号合成器に等分配される。
  8. 【請求項８】請求項３記載のアダプティブアレイアンテ
    ナにおいて、上記サブアレイのアンテナ素子間隔は等し
    く、隣接する上記サブアレイは互いに上記アンテナ素子
    間隔の半分が重なって配置されている。
  9. 【請求項９】請求項４記載のアダプティブアレイアンテ
    ナにおいて、上記サブアレイの両外側端のアンテナ素子
    と、それらに隣接する内側のアンテナ素子との間の第１
    間隔は、それらの内側のアンテナ素子間の第２間隔の２
    倍とされ、隣接サブアレイは互いに上記第２間隔だけ重
    なって配置されている。
  10. 【請求項１０】請求項３又は４記載のアダプティブアレ
    イアンテナにおいて、各上記サブアレイは少なくとも６
    つのアンテナ素子を有し、隣接する上記サブアレイ間で
    ２つのアンテナ素子が共有され、各共有されたアンテナ
    素子からの受信信号は隣接サブアレイがそれぞれ属する
    グループに等分配され、それぞれのグループ内に対応す
    る高周波レベル・位相調整器に与えられる。
  11. 【請求項１１】請求項３又は４記載のアダプティブアレ
    イアンテナにおいて、各上記サブアレイは少なくとも６
    つのアンテナ素子を有し、隣接する上記サブアレイ間で
    ２つのアンテナ素子が共有され、上記隣接するサブアレ
    イ間で２つの高周波レベル・位相調整器が共有され、各
    共有された２つのアンテナ素子からの受信信号はそれぞ
    れ上記共有された２つの高周波レベル・位相調整器に与
    えられ、各上記共有されたレベル・位相調整器の出力は
    上記隣接するサブアレイの上記高周波信号合成器にそれ
    ぞれ等分配される。
  12. 【請求項１２】請求項１〜９のいずれかに記載のアダプ
    ティブアレイアンテナにおいて、各上記サブアレイのア
    ンテナ素子は少なくとも４つであり、上記サブアレイは
    少なくとも２つある。
  13. 【請求項１３】請求項２〜12のいずれかに記載のアダプ
    ティブアレイアンテナにおいて、更に、 送信ベースバンド信号をそれぞれのサブアレイに対応し
    て分配するベースバンドハイブリッドと、 上記アダプティブ信号処理部からの各サブアレイに対応
    する係数が設定され、上記ベースバンド送信信号のレベ
    ルと位相を調整するベースバンド送信レベル・位相調整
    器と、 各サブアレイに対応する上記ベースバンド送信レベル・
    位相調整器からの上記ベースバンド送信信号を高周波送
    信信号に変換して出力する送信機と、 各サブアレイに対応する上記高周波送信信号をそのサブ
    アレイの複数のアンテナ素子に対応して複数に分配する
    高周波ハイブリッドと、 上記サブアレイレベル・位相制御部から上記各サブアレ
    イの高周波レベル・位相係数が与えられ、それに従って
    上記分配された複数の高周波送信信号のレベルと位相を
    調整して出力する高周波送信レベル・位相調整器と、 上記高周波送信レベル・位相調整器の出力を対応するア
    ンテナ素子にそれぞれ送出する高周波分配器と、 を含む。
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