JP4465383B2 - アレーアンテナ制御方法、受信アンテナ装置、および無線通信システム - Google Patents
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Description
J.Cheng,Y.Kamiya,T.Ohira,"Adaptive Beamforming of ESPAR Antenna Based on Steepest Gradient Algorithm",IEICE Trans. Commun.,Vol..E84-B, No. 7, pp. 1790-1800, July2001. 森下、山田他,「複数給電型パラサイトアレーにおける適応指向性制御の高速化」,電子情報通信学会2007年ソサイエティ大会、平成19年8月29日、通信講演論文集1,p.184
信システムへの適用は難しい。
これにより、給電アンテナ素子および終端インピーダンスが可変に調整される無給電素子からなるアレーアンテナにおいて、いくつかの異なる終端条件に対する伝達関数のみを測定することによって、逐次的に指向性を変化させて何度も受信特性を測定することなく、通信容量が最大となる所望の放射特性を実現する終端インピーダンスを算出することができる。特に、無給電のアンテナ素子数と給電アンテナ素子数が等しい場合は、最低2回の測定だけで終端条件を決定できる。
これにより、受信アンテナ装置において、いくつかの異なる終端条件に対する伝達関数のみを測定することによって、逐次的に指向性を変化させて何度も受信特性を測定することなしに、所望の放射特性を実現する終端インピーダンスを算出することができる。特にアレーアンテナにおいて、無給電のアンテナ素子数と給電アンテナ素子数が等しい場合は、最低2回の測定だけで終端条件を決定できる。
これにより、アレーアンテナを使用した無線通信システムにおいて、送信側のアンテナ素子と受信側のアンテナ素子との間で、いくつかの異なる終端条件に対する伝達関数のみを測定することによって、逐次的に指向性を変化させて何度も受信特性を測定することなしに、所望の放射特性を実現する終端インピーダンスを算出することができる。特にアレーアンテナにおいて、無給電のアンテナ素子数と給電アンテナ素子数が等しい場合は、最低2回の測定だけで終端条件を決定できる。
[第1の実施の形態]
図1は、本発明に使用される4素子のアレーアンテナの構成例を示す図であり、本発明の第1の実施の形態を説明するためのものである。図1(A)は平面図、図1(B)は断面図(A−A’における断面図)を示す。
図6は、本発明の第2の実施の形態に係わる無線通信システムの構成を示す図である。図6に示す例は、図1に示す無給電のアンテナ素子を持つアレーアンテナ4を送信アンテナ装置1Aに用いる場合の無線通信システムの構成例を示すものである。
図8は、本発明の第3の実施の形態で使用されるアレーアンテナの例である。図8(A)は平面図、図8(B)は断面図(A−A’における断面図)を示している。このアレーアンテナは素子数が(MP+2)素子のアレーアンテナであり、本発明における第3の実施の形態を説明するためのものである。
以上から分かるように、式(17)の
1A 送信アンテナ装置
11、12 給電アンテナ素子
20、21、22 無給電アンテナ素子
3 誘電体基板
31 誘電体基板背面のグランド板
4、4A アレーアンテナ
50、51、52 可変容量素子(可変リアクタンス素子)
61、62 給電線路
7 スルーホール
81、82、83 信号処理回路
9 送信アンテナ装置
9A 受信アンテナ装置
91、91A 信号処理回路
92 アレーアンテナ
Claims (9)
- アンテナ毎に個別の受信機が接続された受信アンテナ素子と終端インピーダンスが可変に調整される無給電のアンテナ素子とを有する受信側のアレーアンテナと、前記アレーアンテナと通信を行う送信機と接続された送信アンテナ素子とを備えると共に、前記受信アンテナ素子のインピーダンスと、前記無給電アンテナ素子のインピーダンスと、前記受信アンテナ素子と無給電アンテナ素子の相互インピーダンスとからなるインピーダンス行列が既知である無線通信システムにおけるアレーアンテナ制御方法であって、
前記無線通信システム内の信号処理回路により、
前記無給電アンテナ素子の終端インピーダンスを変化させ、複数の異なる終端条件下における前記送信アンテナ素子と受信アンテナ素子の間の伝達関数を測定するステップと、
前記測定された伝達関数と前記インピーダンス行列とを基に前記無給電アンテナ素子と送信アンテナ素子の間の伝達関数を計算するステップと、
前記計算された無給電アンテナ素子と送信アンテナ素子の間の伝達関数と、前記送信アンテナ素子と受信アンテナ素子の間の伝達関数と、前記インピーダンス行列とを基に、前記無給電アンテナ素子の終端インピーダンスを算出するステップと、
が行われることを特徴とするアレーアンテナ制御方法。 - アンテナ毎に個別の送信機が接続された送信アンテナ素子と終端インピーダンスが可変に調整される無給電のアンテナ素子とを有する送信側のアレーアンテナと、前記アレーアンテナと通信を行う受信機が接続された受信アンテナ素子とを備えると共に、前記送信アンテナ素子のインピーダンスと、前記無給電アンテナ素子のインピーダンスと、前記送信アンテナ素子と無給電アンテナ素子の相互インピーダンスとからなるインピーダンス行列が既知である無線通信システムにおけるアレーアンテナ制御方法であって、
前記無線通信システム内の信号処理回路により、
前記無給電アンテナ素子の終端インピーダンスを変化させ、複数の異なる終端条件下における前記送信アンテナ素子と受信アンテナ素子の間の伝達関数を測定するステップと、
前記測定された伝達関数と前記インピーダンス行列とを基に前記無給電アンテナ素子と受信アンテナ素子の間の伝達関数を計算するステップと、
前記計算された無給電アンテナ素子と受信アンテナ素子の間の伝達関数と、前記送信アンテナ素子と受信アンテナ素子の間の伝達関数と、前記インピーダンス行列とを基に、前記無給電アンテナ素子の終端インピーダンスを算出するステップと、
が行われることを特徴とするアレーアンテナ制御方法。 - 前記測定した伝達関数行列を基に、送信側のアンテナ素子と受信側のアンテナ素子との間の散乱行列を算出するステップと、
前記散乱行列を基に、任意の終端条件における伝達関数行列を推定する伝達関数行列生成ステップと、
前記任意の終端条件における伝達関数行列を基にチャネル容量を算出するチャネル容量算出ステップと、
前記終端条件を変化させて前記伝達関数行列生成ステップと前記チャネル容量算出ステップを実行し、チャネル容量が最大になるように前記無給電アンテナ素子の終端インピーダンスを算出するステップと、
が行われることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のアレーアンテナ制御方法。 - 前記アレーアンテナ中の受信機が接続された受信アンテナ素子または前記アレーアンテナ中の送信機が接続された送信アンテナ素子の数がMr、前記アレーアンテナ中の無給電アンテナ素子の数がMpであり、MpがMrと等しいかまたはMpがMr未満である場合に、
前記無給電アンテナ素子の終端条件を変化させ、各終端条件に対して送信アンテナ素子と受信アンテナ素子の間の伝達関数を測定するステップは、
2通りの終端条件に対して伝達関数を測定すること、
を特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載のアレーアンテナ制御方法。 - 前記アレーアンテナ中の受信機が接続された受信アンテナ素子または前記アレーアンテナ中の送信機が接続された送信アンテナ素子の数がMr、前記アレーアンテナ中の無給電アンテナ素子の数がMpであり、MpがMrより大きい場合に、
前記無給電アンテナ素子の終端条件を変化させ、各終端条件に対して送信アンテナ素子と受信アンテナ素子の間の伝達関数を測定するステップは、
Mp/Mr≦K<Mp/Mr+1、となるような(K+1)通りの終端条件に対して伝達関数を測定すること、
を特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載のアレーアンテナ制御方法。 - アンテナ毎に個別の受信機が接続された受信アンテナ素子と終端インピーダンスが可変に調整される無給電のアンテナ素子を有する受信アンテナ装置と、前記受信アンテナ装置と通信を行う送信機と接続された送信アンテナ素子を有する送信アンテナ装置と、を備える無線通信システムにおける前記受信アンテナ装置であって、
前記受信アンテナ装置内の信号処理回路には、
前記受信アンテナ素子のインピーダンスと、前記無給電アンテナ素子のインピーダンスと、前記受信アンテナ素子と無給電アンテナ素子の相互インピーダンスとからなるインピーダンス行列の情報を予め保持する手段と、
前記無給電アンテナ素子の終端インピーダンスを変化させて前記送信アンテナ装置から送信される信号を受信し、複数の異なる終端条件下における前記送信アンテナ素子と受信アンテナ素子の間の伝達関数を測定する手段と、
前記インピーダンス行列と各終端条件に対して測定された伝達関数とを基に、前記無給電アンテナ素子と送信アンテナ素子の間の伝達関数を計算する手段と、
前記計算された無給電アンテナ素子と送信アンテナ素子の間の伝達関数と、前記送信アンテナ素子と受信アンテナ素子の間の伝達関数と、前記インピーダンス行列とを基に、前記無給電アンテナ素子の終端インピーダンスを算出する手段と、
を備えることを特徴とする受信アンテナ装置。 - アンテナ毎に個別の受信機が接続されたMr本の受信アンテナ素子と終端インピーダンスが可変に調整されるMp本(Mp≦Mr)の無給電のアンテナ素子を有する受信アンテナ装置と、前記受信アンテナ装置と通信を行う送信機と接続された送信アンテナ素子を有する送信アンテナ装置と、を備える無線通信システムにおける前記受信アンテナ装置であって、
前記受信アンテナ装置内の信号処理回路は、
前記受信アンテナ素子のインピーダンスと、前記無給電アンテナ素子のインピーダンスと、前記受信アンテナ素子と無給電アンテナ素子の相互インピーダンスからなるインピーダンス行列の情報を予め保持する手段と、
前記無給電アンテナ素子の終端インピーダンスを変化させて前記送信アンテナ装置から送信される信号を受信し、2通りの異なる終端条件下における前記送信アンテナ素子と受信アンテナ素子の間の伝達関数を測定する手段と、
前記インピーダンス行列と各終端条件に対して測定された伝達関数とを基に、前記無給電アンテナ素子と送信アンテナ素子の間の伝達関数を計算する手段と、
前記計算された無給電アンテナ素子と送信アンテナ素子の間の伝達関数と、前記送信アンテナ素子と受信アンテナ素子の間の伝達関数と、前記インピーダンス行列とを基に、前記無給電アンテナ素子の終端インピーダンスを算出する手段と、
を備えることを特徴とする受信アンテナ装置。 - アンテナ毎に個別の受信機が接続されたMr本の受信アンテナ素子と終端インピーダンスが可変に調整されるMp本(Mp>Mr)の無給電のアンテナ素子を有する受信アンテナ装置と、前記受信アンテナ装置と通信を行う送信機と接続された送信アンテナ素子を有する送信アンテナ装置と、を備える無線通信システムにおける前記受信アンテナ装置であって、
前記受信アンテナ装置内の信号処理回路は、
前記受信アンテナ素子のインピーダンスと、前記無給電アンテナ素子のインピーダンスと、前記受信アンテナ素子と無給電アンテナ素子の相互インピーダンスとからなるインピーダンス行列の情報を予め保持する手段と、
前記無給電アンテナ素子の終端インピーダンスを変化させて前記送信アンテナ装置から送信される信号を受信し、Mp/Mr≦K<Mp/Mr+1、となるような(K+1)通りの異なる終端条件下におけるに前記送信アンテナ素子と受信アンテナ素子の間の伝達関数を測定する手段と、
前記インピーダンス行列と各終端条件に対して測定された伝達関数とを基に、前記無給電アンテナ素子と送信アンテナ素子の間の伝達関数を計算する手段と、
前記計算された無給電アンテナ素子と送信アンテナ素子の間の伝達関数と、前記送信アンテナ素子と受信アンテナ素子の間の伝達関数と、前記インピーダンス行列とを基に、前記無給電アンテナ素子の終端インピーダンスを算出する手段と、
を備えることを特徴とする受信アンテナ装置。 - アンテナ毎に個別の送信機が接続された送信アンテナ素子と終端インピーダンスが可変に調整される無給電のアンテナ素子とを有する送信アンテナ装置と、前記送信アンテナ装置と通信を行う受信機と接続された受信アンテナ素子を有する受信アンテナ装置と、を備えると共に、前記送信アンテナ素子のインピーダンスと、前記無給電アンテナ素子のインピーダンスと、前記送信アンテナ素子と無給電アンテナ素子の相互インピーダンスとからなるインピーダンス行列が既知である無線通信システムであって、
前記送信アンテナ装置内の信号処理回路は、
前記無給電アンテナ素子の終端インピーダンスを変化させて、複数の異なる終端条件下において前記受信アンテナ装置に信号を送信する手段と、
前記受信アンテナ装置から終端インピーダンスの情報を受信して前記無給電アンテナ素子の終端インピーダンスを設定する手段と、
を備え、
前記受信アンテナ装置内の信号処理回路は、
前記送信アンテナ装置から送信される信号を受信し、複数の異なる終端条件下における前記送信アンテナ素子と受信アンテナ素子の間の伝達関数を測定する手段と、
前記測定された伝達関数と前記インピーダンス行列とを基に、前記無給電アンテナ素子の終端インピーダンスを算出する手段と、
前記算出した終端インピーダンスを前記送信アンテナ装置に送信する手段と、
を備えることを特徴とする無線通信システム。
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