JP3983589B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、アンテナの放射パターンにおいて、アンテナ個数以上に零点を形成する機能を有するアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は例えば特開平９−１４８８３６号公報に示された従来のアンテナ装置を示す構成図であり、図において、２９はＮ個の素子アンテナ、３０は受信機、３１は受信機３０に接続されたＡＤ変換器、３２はＡＤ変換器３１によりＡＤ変換された後の各素子アンテナ２９からの信号に、振幅情報および位相情報を含んだ複素ウェイトＷ１，Ｗ２，・・・，ＷＮを演算する演算器、３３は各素子アンテナ２９による受信信号に複素ウェイトＷ１，Ｗ２，・・・，ＷＮを乗算する乗算器、３４は複素ウェイトＷ１，Ｗ２，・・・，ＷＮを乗算した各素子アンテナ２９の受信信号を合成する合成器、３５は演算器３２、乗算器３３、および合成器３４からなるビーム形成器である。
【０００３】
次に動作について説明する。
受信機３０は、素子アンテナ２９を通じて所望信号を含んだ電波を受信する。受信された信号は、ＡＤ変換器３１によってディジタル信号に変換される。演算器３２は、各受信信号を入力信号とし、決められたアルゴリズムに従って複素ウェイトＷ１，Ｗ２，・・・，ＷＮを演算する。
ここで使われるアルゴリズムは、基準信号を用いて合成後の信号と基準信号との誤差の自乗が最小になるように、各複素ウェイトＷ１，Ｗ２，・・・，ＷＮを決定するＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）アルゴリズムや、移動通信用の変調信号が位相変調であるために電力の包絡線がほぼ一定であることを利用して、干渉信号の存在によって乱れた包絡線を一定の値に復元して各複素ウェイトＷ１，Ｗ２，・・・，ＷＮを決定するＣＭＡ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｍｏｄｕｌｕｓ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）等が使われる。
いずれのアルゴリズムを使用しても、所望信号の到来方向にアンテナの主ビームを形成すると、アンテナの素子数をＮとすると、（Ｎ−１）個の零点を干渉信号の到来方向に形成できる。すなわち、（Ｎ−１）個の干渉信号を除去することが可能になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアンテナ装置は以上のように構成されているので、素子数をＮとすると、（Ｎ−１）個の干渉信号を除去できる。しかし、近年の電波環境では干渉信号の数は増大している。一方、基地局においても携帯端末においても小型化が要求されアンテナの個数は制限される。従って、少ないアンテナの個数で電波環境に応じて干渉信号の影響を除去することは、従来のアンテナ装置では不可能であるなどの課題があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、アンテナの個数以上の零点を形成する機能を有するアンテナ装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るアンテナ装置は、各ＡＤ変換器によるディジタル信号をＭ分配するＮ個の分配回路と、分配されたＮ個のディジタル信号に、振幅情報および位相情報からなる複素ウェイトをそれぞれ乗算した後に、それら信号を合成するＭ個のビーム形成器と、各ビーム形成器によるＭ個のビーム合成信号に、振幅情報および位相情報からなる複素ウェイトを乗算した後に、それら信号を乗算するビーム乗算処理機能とを備えたものである。
【０００７】
この発明に係るアンテナ装置は、ビーム乗算処理機能に接続され、所望の情報を含んだ信号を決められたコードに従って拡散した変調信号を、そのコードに基づいて復調するＣＤＭＡ受信機を備えたものである。
【０００８】
この発明に係るアンテナ装置は、ＣＤＭＡ受信機を、複数の端末機から到来する所望範囲の信号を受信し、復調する基地局機能を有する受信機とするようにしたものである。
【０００９】
この発明に係るアンテナ装置は、ＣＤＭＡ受信機を、携帯機能を持つ受信機とするようにしたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す構成図、図２はビーム形成器の詳細を示す構成図、図３はアンテナ装置の各部で得られる指向性を示す特性図である。
図１において、１は複数（Ｎ個）の素子アンテナ（アンテナ）、２は各素子アンテナ１の端子に接続されたＡＤ変換器、３は複数のビーム形成器、４は各ＡＤ変換器２によるディジタル信号を各ビーム形成器３に分配する複数の分配回路、５は各ビーム形成器３から得られるビーム合成信号に与える振幅情報および位相情報からなる複素ウェイトＷｂ１，Ｗｂ２，・・・，ＷｂＭを演算する演算器（ビーム乗算処理機能）、６はビーム合成信号に複素ウェイトＷｂ１，Ｗｂ２，・・・，ＷｂＭを乗算する乗算器（ビーム乗算処理機能）、７は複素ウェイトＷｂ１，Ｗｂ２，・・・，ＷｂＭを乗算された信号同士をさらに乗算する乗算器（ビーム乗算処理機能）である。
次に、図２において、８はＡＤ変換されたＮ個のディジタル信号に与える振幅情報および位相情報からなる複素ウェイト（Ｗａ１，Ｗａ２，・・・，ＷａＮ）を演算する演算器、９は演算器８で得られた複素ウェイトをＡＤ変換後のディジタル信号に乗算する乗算器、１０は乗算後のディジタル信号を合成する合成器である。従って、ビーム形成器３は、アンテナの素子数と同一数の演算器８、ＡＤ変換後のディジタル信号に複素ウェイトを乗算する乗算器９、ディジタル信号の合成器１０からなる。
【００１１】
次に動作について説明する。
図１において、素子アンテナ１は、所望信号を含んだ電波を受信する。受信された信号は、ＡＤ変換器２によってディジタル信号に変換される。分配回路４は、各ＡＤ変換器２によるディジタル信号を各ビーム形成器３に分配する。
図２において、演算器８は、各受信信号を入力信号とし、決められたアルゴリズムに従って複素ウェイトＷａ１，Ｗａ２，・・・，ＷａＮを演算する。
ここで使われるアルゴリズムは、基準信号を用いて合成後の信号と基準信号との誤差の自乗が最小になるように、各複素ウェイトＷａ１，Ｗａ２，・・・，ＷａＮを決定するＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）アルゴリズムや、移動通信用の変調信号が位相変調であるために電力の包絡線がほぼ一定であることを利用して、干渉信号の存在によって乱れた包絡線を一定の値に復元して各複素ウェイトＷａ１，Ｗａ２，・・・，ＷａＮを決定するＣＭＡ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｍｏｄｕｌｕｓ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）等が使われる。乗算器９は、演算器８で得られた複素ウェイトをＡＤ変換後のディジタル信号に乗算し、合成器１０は、乗算後のディジタル信号を合成する。
図１において、各ビーム形成器３のＦ１，Ｆ２，・・・，ＦＭは、いずれのアルゴリズムを使用しても、所望信号の到来方向にアンテナの主ビームを形成すると、アンテナの素子数をＮとすると、（Ｎ−１）個の零点を干渉信号の到来方向に形成できる。
また、演算器５は、各ビーム形成器３から得られるビーム合成信号に与える振幅情報および位相情報からなる複素ウェイトＷｂ１，Ｗｂ２，・・・，ＷｂＭを演算し、乗算器６によって、各ビーム形成器３の出力に複素ウェイトＷｂ１，Ｗｂ２，・・・，ＷｂＭを乗算し、さらに、乗算器６の出力信号を乗算器７で乗算することにより、（Ｎ−１）×Ｍ個の零点が形成できる。この原理について図３を用いて説明する。
【００１２】
図３は上記の原理を図示したものであり、例えば、アンテナ素子数が３個、ビーム形成器３が２個の場合を想定している。各ビーム形成器３のＦ１，Ｆ２では、２個の零点が形成できる。各々の零点の位置をθ１，θ２とθ３，θ４とする。ここで実施の形態１における乗算器７の出力は、各ビーム形成器３のＦ１とＦ２の積であるから、最終的な指向性ではθ１，θ２，θ３，θ４の４個の零点が形成できることになる。アンテナの素子数としては２個であるから、結果として、素子数以上の零点が形成できることになる。
【００１３】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２によるアンテナ装置を示す構成図であり、図において、１８は所望の情報を含んだ信号を決められたコードに従って拡散した変調信号を、そのコードに基づいて復調するＣＤＭＡ受信機である。
その他の構成については、図１と同一であり、また、複数のビーム形成器３の構成は図２と同一であり、さらに、アンテナ装置の各部で得られる指向性を示す特性図は図３と同一である。
【００１４】
次に動作について説明する。
ＣＤＭＡ通信方式では、所望の信号をコードで拡散するが干渉信号の電力が大きい場合、その方向の指向性を零にしてその影響を除去する必要がある。この実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様な動作原理により、少ない素子アンテナ数でより多くの零点が形成できる。そのためＣＤＭＡ通信方式に適したアンテナ装置が実現できる。
【００１５】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３によるアンテナ装置を示す説明図であり、図において、１９は基地局機能を有する受信機に接続されたアンテナ装置、２０はアンテナ装置１９に備えられた複数の素子アンテナ、２１はアンテナ装置１９が形成する指向性を図示した放射パターン、２２は所望の信号を生成する端末、２３は干渉信号を生成する端末である。
なお、この実施の形態３におけるアンテナ装置を示す構成図は、図１および図２と同一であり、また、アンテナ装置の各部で得られる指向性を示す特性図は、図３と同一である。
【００１６】
次に動作について説明する。
ＣＤＭＡ通信方式では、所望の信号をコードで拡散するが、干渉信号の電力が大きい場合、その方向の指向性を零にしてその影響を除去する必要がある。アンテナ装置１９は、図１および図２と同様に構成され、図３と同様に少ない素子アンテナ数でより多くの零点が形成できる。そのため、ＣＤＭＡ通信方式に適した基地局用アンテナ装置が実現できる。例えば、図５においては、４つの素子アンテナ２０からなる基地局機能を有するアンテナ装置１９で形成された指向性を図示した放射パターン２１は、所望の信号を生成する端末２２からの信号を効率良く受信し、端末２２以外の６個の干渉信号を生成する端末２３から到来する信号を除去している。
【００１７】
実施の形態４．
図６はこの発明の実施の形態４によるアンテナ装置を示す構成図であり、図において、２４は携帯機能を持つ受信機に接続されたアンテナ装置、２５はアンテナ装置２４に備えられた複数の素子アンテナ、２６はアンテナ装置２４により形成される放射パターン、２７は所望の信号、２８は干渉信号である。
なお、この実施の形態４におけるアンテナ装置を示す構成図は、図１および図２と同一であり、また、アンテナ装置の各部で得られる指向性を示す特性図は、図３と同一である。
【００１８】
次に動作について説明する。
携帯機能を持つ受信機に接続したアンテナ装置に関するものであり、ＣＤＭＡ通信方式では、所望の信号をコードで拡散するが干渉信号の電力が大きい場合、その方向の指向性を零にしてその影響を除去する必要がある。アンテナ装置２４は、図１および図２と同様なブロック図で構成され、図３と同様に少ない素子数でより多くの零点が形成できるため、ＣＤＭＡ通信方式に適した携帯機能を持つ受信機に接続したアンテナ装置が実現できる。例えば、図６においては、２つの素子アンテナ２５からなる携帯機能を持つ受信機に接続したアンテナ装置２４で形成された放射パターン２６は、所望の信号２７以外の６個の干渉信号２８を除去している。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、各ＡＤ変換器によるディジタル信号をＭ分配するＮ個の分配回路と、分配されたＮ個のディジタル信号に、振幅情報および位相情報からなる複素ウェイトをそれぞれ乗算した後に、それら信号を合成するＭ個のビーム形成器と、各ビーム形成器によるＭ個のビーム合成信号に、振幅情報および位相情報からなる複素ウェイトを乗算した後に、それら信号を乗算するビーム乗算処理機能とを備えるように構成したので、ビーム形成器の出力では（Ｎ−１）個の零点を干渉信号の到来方向に形成することができ、さらに、それらＭ個のビーム形成器の出力を乗算するので、（Ｎ−１）×Ｍ個の零点を形成することができ、アンテナの個数であるＮ以上の零点を干渉信号の到来方向に形成することができる効果がある。
【００２０】
この発明によれば、ビーム乗算処理機能に接続され、所望の情報を含んだ信号を決められたコードに従って拡散した変調信号を、そのコードに基づいて復調するＣＤＭＡ受信機を備えるように構成したので、少ないアンテナ数でより多くの零点が形成できるため、ＣＤＭＡ通信方式に適したアンテナ装置が実現できるという効果がある。
【００２１】
この発明によれば、ＣＤＭＡ受信機を、複数の端末機から到来する所望範囲の信号を受信し、復調する基地局機能を有する受信機とするように構成したので、少ないアンテナ数でより多くの零点が形成できるため、ＣＤＭＡ通信方式に適した基地局用アンテナ装置が実現できるという効果がある。
【００２２】
この発明によれば、ＣＤＭＡ受信機を、携帯機能を持つ受信機とするように構成したので、少ないアンテナ数でより多くの零点が形成できるため、ＣＤＭＡ通信方式に適した携帯機能を持つ受信機用アンテナ装置が実現できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図２】 ビーム形成器の詳細を示す構成図である。
【図３】 アンテナ装置の各部で得られる指向性を示す特性図である。
【図４】 この発明の実施の形態２によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図５】 この発明の実施の形態３によるアンテナ装置を示す説明図である。
【図６】 この発明の実施の形態４によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図７】 従来のアンテナ装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 素子アンテナ（アンテナ）、２ ＡＤ変換器、３ ビーム形成器、４ 分配回路、５ 演算器（ビーム乗算処理機能）、６ 乗算器（ビーム乗算処理機能）、７ 乗算器（ビーム乗算処理機能）、８ 演算器、９ 乗算器、１０ 合成器、１８ ＣＤＭＡ受信機、１９ アンテナ装置、２０，２５ 素子アンテナ、２１，２６ 放射パターン、２２，２３ 端末、２４ アンテナ装置、２７ 所望の信号、２８ 干渉信号。

Claims (4)

1. Ｎ個の素子アンテナと、
   上記各素子アンテナによる受信信号をディジタル信号にそれぞれ変換するＮ個のＡＤ変換器と、
   上記各ＡＤ変換器によるディジタル信号をそれぞれＭ分配するＮ個の分配回路と、
   上記各分配回路によってそれぞれ分配されたＮ個のディジタル信号に、振幅情報および位相情報からなる複素ウェイトをそれぞれ乗算した後に、それら信号を合成するＭ個のビーム形成器と、
   上記各ビーム形成器によるＭ個のビーム合成信号に、振幅情報および位相情報からなる複素ウェイトを乗算した後に、それら信号を乗算するビーム乗算処理機能とを備えたアンテナ装置。
2. ビーム乗算処理機能に接続され、所望の情報を含んだ信号を決められたコードに従って拡散した変調信号を、そのコードに基づいて復調するＣＤＭＡ受信機を備えたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
3. ＣＤＭＡ受信機は、
   複数の端末機から到来する所望範囲の信号を受信し、復調する基地局機能を有する受信機であることを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
4. ＣＤＭＡ受信機は、
   携帯機能を持つ受信機であることを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。

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