JP5814134B2 - アレーアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、アレー状に配列された複数のアンテナにより通信するアレーアンテナに関する。

近年、無線ＬＡＮ（Local Area Network）、携帯電話、地上デジタル放送のモバイル受信機等、アダプティブアレーアンテナを応用した無線機器の使用が日常化してきている傾向にあり、結果、これら無線機器の低コスト化の必要性が益々高まってきている。しかし、アダプティブアレーアンテナは、原理的に、フィルタ、アンプ、ダウンコンバータ、Ａ／Ｄコンバータ等のアナログ回路がアンテナ数分必要となるので、例えば単一アンテナの無線機器と比較すると、高コストになるという問題があった。

そこで、これを解決する方法として、例えばスイッチによる時分割多重を用いて、アナログ回路を削減する方式（C-TDM-AAA：Conventional Time-Division Multiplexing Adaptive Array Antenna）のアダプティブアレーアンテナが過去に提案されている（非特許文献１参照）。非特許文献１では、無線機器が使用する帯域幅とスイッチ切換速度、フィルタ帯域幅、サンプリング速度が満たすべき条件に関して詳細に検討がなされ、適切なタイミングでスイッチ切り換え、サンプリングを行った場合、各アンテナの受信信号が完全に再生可能であることが示されている。

A CMA Adaptive Array Antenna System with a Single Receiver Using Time-Division Multiplexing,（IEICE Trans. Commun., vol. E84-B, no. 6, pp. 1637-1646, June 2001.）

ここで、アダプティブアレーアンテナの種類としてビームスペース型がある。このビームスペースアダプティブアレーアンテナは、ウェイトによるアンテナに指向性を持たせることで一定方向に電波を受信し易くするビームを複数形成してから、形成されたビームの各々の出力において信号処理を行って電波到来方向等を特定する方式である。このビームスペース型を採用すれば、電波到来方向推定を精度よく行うことが可能となる。

しかし、非特許文献１の時分割多重方式のアダプティブアレーアンテナでビームスペース型を実現しようとすると、後段の受信回路にデジタル回路を追加する必要がある。このため、アダプティブアレーアンテナの回路構成が複雑化し、ひいては部品コストが高くなってしまう問題に繋がっていた。なお、この問題は、アダプティブアレーアンテナに限らず、例えば固定アンテナを用いた他のアレーアンテナでも同様に言える。

本発明の目的は、デジタル回路等を別途追加することなく、ビームスペース方式を実現することができるアレーアンテナを提供することにある。

前記問題点を解決するために、本発明では、複数のアンテナのうち特定のものをスイッチによって選択的に受信回路に接続可能とすることにより、複数の前記アンテナで１つの前記受信回路を共用し、前記スイッチによる時分割多重によって電波を受信する時分割多重方式のアレーアンテナにおいて、前記スイッチの複数を同時接続することにより、アンテナをビームスペース型として動作させるビームスペース動作実行手段と、当該ビームスペース動作実行手段にて選択されたビームに関してアダプティブ処理を実行することにより、電波の到来方向を推定するアダプティブ処理手段とを備えたことを要旨とする。

本発明の構成によれば、複数のアンテナで１つの受信回路を共用するアレーアンテナにおいて、複数アンテナをスイッチにより同時接続することにより、アレーアンテナをビームスペース型として動作させる。このため、専用のデジタル回路を搭載しなくとも、アレーアンテナをビームスペース型として動作させることが可能となるので、回路構成の簡素化や部品コスト削減に効果が高い。
この構成によれば、同時接続するアンテナ数が多くなるので、アンテナ同時接続時に形成されるビームが鋭くなる。このため、ビームが不要な向きをとり難くなるので、ビームの形成精度に効果が高くなり、ひいては電波到来方向推定の精度確保にも効果が高くなる。

本発明では、前記ビームスペース動作実行手段は、複数の前記アンテナを同時接続してビームを形成する際、同時接続のアンテナ数を同一として同時接続アンテナを順次切り換えることにより、ビームを順に形成していくことを要旨とする。この構成によれば、同時接続アンテナ（即ち、ビーム）を順に切り換えていく際、受信回路側から各アンテナを見たインピーダンスがアンテナ切り換え前後で変わらないので、受信効率（受信のエネルギー効率）を確保することが可能となる。

本発明では、各アンテナの接続時間は、前記アンテナの総数をＫとし、同時接続アンテナ数をＫ’とし、スイッチ切換周期をＴ_Ｓとすると、Ｔ_Ｓ・Ｋ’／Ｋを満たす値に設定されていることを要旨とする。この構成によれば、無駄にオフされるスイッチが少なくなるので、受信効率の確保に一層効果が高くなる。

本発明では、同時接続アンテナ数をＫ’とし、前記スイッチ側から前記受信回路を見たときのインピーダンスをＺとすると、前記受信回路側から見た各スイッチのインピーダンスがＫ’Ｚに設定されていることを要旨とする。この構成によれば、インピーダンスが入出力で揃うので、受信効率の確保に一層効果が高くなる。

本発明では、前記インピーダンスＺは、５０Ωの値に設定されていることを要旨とする。この構成によれば、インピーダンスＺが５０Ωの汎用的な受信回路を使用することが可能となる。

本発明では、前記信号処理手段は、ビームを形成した後の信号処理の際、選択されたビームのみ再形成するフィードバックによって前記信号処理を実行することを特徴とする。この構成によれば、信号処理時、ビームをフィードバックにて必要なビームのみ形成するので、ビームを無駄に形成する必要がなくなる。よって、受信効率の向上や信号処理の簡素化に効果が高くなる。

本発明では、前記処理手段は、前記ビームスペース動作実行手段にて選択されたビームに関してアダプティブ処理を実行することにより、受信信号を処理するアダプティブ処理手段であることを要旨とする。この構成によれば、アレーアンテナをアダプティブアレーアンテナとしたので、アンテナの指向性を受信電波に応じた向きに設定することが可能となる。
前記問題点を解決するために、本発明では、複数のアンテナのうち特定のものをスイッチによって選択的に受信回路に接続可能とすることにより、複数の前記アンテナで１つの前記受信回路を共用し、前記スイッチによる時分割多重によって電波を受信する時分割多重方式のアレーアンテナにおいて、前記スイッチの複数を同時接続することにより、アンテナをビームスペース型として動作させるビームスペース動作実行手段と、各ビームで得られた受信信号を信号処理する信号処理手段とを備え、前記信号処理手段は、ビームを形成した後の信号処理の際、選択されたビームのみ再形成するフィードバックによって前記信号処理を実行することを要旨とする。
前記問題点を解決するために、本発明では、複数のアンテナのうち特定のものをスイッチによって選択的に受信回路に接続可能とすることにより、複数の前記アンテナで１つの前記受信回路を共用し、前記スイッチによる時分割多重によって電波を受信する時分割多重方式のアレーアンテナにおいて、前記スイッチの複数を同時接続することにより、アンテナをビームスペース型として動作させるビームスペース動作実行手段と、各ビームで得られた受信信号を信号処理する信号処理手段とを備え、前記処理手段は、前記ビームスペース動作実行手段にて選択されたビームに関してアダプティブ処理を実行することにより、受信信号を処理するアダプティブ処理手段であることを要旨とする。

本発明によれば、アレーアンテナにおいて、デジタル回路等を別途追加することなく、ビームスペース方式を実現することができる。

一実施形態のビームスペースアダプティブアレーアンテナの構成図。 ビームスペース方式の概念図。 複数アンテナの同時接続の概要を示すタイミングチャート。 ２つの同時接続アンテナに形成されるビームの概念図。 順に形成されるビームの概念図。 スイッチ制御信号の時間波形図。 スイッチ制御信号のｒ番目の時間波形図。 第２バンドパスフィルタ通過後の出力信号の振幅スペクトル。 サンプリング信号の時間波形図。

以下、本発明をビームスペースアダプティブアレーアンテナに具体化した一実施形態を図１〜図９に従って説明する。
図１に示すように、アダプティブアレーアンテナ１は、複数のアンテナ（アンテナ素子）２を備え、各アンテナ２の重み付けを伝播環境に応じてアダプティブ制御することにより、目的の希望波の到来方向に指向性を向けたり、不要な電波の到来方向にヌル点を向けて除去したりすることで、高い通信特性を持つアンテナとして機能する。本例のアダプティブアレーアンテナ１は、信号を時間単位で区切り、１つの伝送路で通信する時分割多重式でもある。また、本例のアダプティブアレーアンテナ１は、複数方向にアンテナ２のビームを形成し、特性のよいビームについてアダプティブ制御を行って電波到来方向を推定するビームスペース型でもある。

このビームスペースアダプティブアレーアンテナ１において、アンテナ２の個数をＫ（Ｋは任意の奇数）とすると、ｋ番目のアンテナ２の受信信号は、次式(1)のように表される。

ここで、∧ｆ_ｋ(ｔ)は、ｋ番目のアンテナ２における受信ベースバンド信号である。また、cos(ω_ｃｔ)は、搬送波の角周波数を表す。なお、∧ｆ_ｋは、ｆの上に∧が付された記号である。

通過帯域がＷの第１バンドパスフィルタ３が各々接続されている。これら第１バンドパスフィルタ３は、アンテナ２で受信した受信信号∧ｆ_ｋ(ｔ)cos(ω_ｃｔ)を通過帯域Ｗでフィルタし、Ｗに準じた周波数のみ通過させる。本例のアダプティブアレーアンテナ１では、各アンテナ２に必要とされるのは第１バンドパスフィルタ３のみであり、その他の回路ブロック、つまりアナログ回路からなる受信回路４は複数のアンテナ２で共用されている。

受信ベースバンド信号∧ｆ_ｋ(ｔ)の周波数帯域幅Ｗ"は、第１バンドパスフィルタ３の通過帯域Ｗの幅よりも小さい。よって、受信信号∧ｆ’_ｋ(ｔ)cos(ω_ｃｔ)は、第１バンドパスフィルタ３をそのまま通過する。

複数のこれら第１バンドパスフィルタ３には、第１バンドパスフィルタ３の接続を選択的に切り換えるスイッチ回路５が接続されている。スイッチ回路５は、受信回路４の１構成要素であって、第１バンドパスフィルタ３ごとにスイッチ６を複数有する。これらスイッチ６は、クロック回路７から入力するスイッチ制御信号∧ｇ_ｋ(ｔ)にてスイッチ制御される。なお、∧ｇ_ｋ(ｔ)は、ｇの上に∧が付された記号である。

クロック回路７には、本例のアダプティブアレーアンテナ１をビームスペース型として動作させるビームスペース動作制御部８が設けられている。本例のビームスペース動作制御部８は、複数のアンテナ２を同時接続することによってビームを形成するとともに、同時接続するアンテナ群を順番に切り換えていくことにより、複数方向にビームを形成する。なお、ビームスペース動作制御部８がビームスペース動作実行手段を構成する。

図２に、本例のビーム形成のイメージを示す。同図に示すように、ビームスペース動作制御部８は、複数のアンテナ２を同時接続して所定方向にビームを形成し、オフのアンテナ２を順番に入れ換えていくことにより、各方向にビームを形成していく。このとき、ビームスペース動作制御部８は、同時接続するスイッチ６の個数を変えず、同時接続されるアンテナ群を順次切り換えていく。また、本例の場合、同時接続アンテナ数をＫ’とすると、Ｋ’はＫ−１に設定されている。

本例のビームスペース動作制御部８は、同時接続アンテナ数を同一として、この組を順に切り換えていくことによりマルチビームを形成していく。そして、これらマルチビームの中から電波のレベルの高いものを選択し、ビーム選択後、電波レベルの高いビームに関してのみアダプティブ処理が実施され、電波到来方向が推定される。

ここで、図３に示すように、あるスイッチ６においてスイッチ接続時間（スイッチが接続されている時間）をτ’とすると、τ’は次式を満たす値に設定されている。なお、次式において、Ｔ_Ｓはスイッチ切り換えの周期であり、Ｋ’は同時接続アンテナ数である。

図４に示すように、ビームには、その１特性としてビームの最大放射方向がある。ビームの最大放射方向は、アンテナ２を同時接続した際、これらアンテナ２によって形成されるビームが最も放射される方向を言う。同図に示すように、例えばアンテナ２を２つ同時接続した場合、２つのアンテナ２の中心Ｐを支点に略八の字の指向性を持つビームが形成される。そして、中心Ｐからビームの放射方向に向かう各ベクトルのうち、最も距離の長い方向がビームの最大放射方向となる。

図５に示すように、本例のアンテナ２は、アンテナ２を同時接続した際にできるビームが、それぞれ異なる最大放射方向を向くように配置されている。本例の場合、複数のアンテナ２は、電波のλ／２波長間隔で格子状に配置されている。このような配置にすれば、アンテナ２が配置された面内での主ビーム方向が変化する。ちなみに、本例の配置例の場合、主ビームは複数存在する。

図１に示すように、スイッチ回路５から受信回路４側を見たインピーダンスをＺ［Ω］とすると、受信回路４側から見た各スイッチ６のインピーダンスＺ’［Ω］は、ＫＺに設定されている。インピーダンスをこのように値設定すれば、伝送線路における損失を少なく抑えることが可能となる。なお、本例の場合、インピーダンスＺは５０［Ω］に設定されている。

ここで、次式(ａ)〜(ｃ)を定義する。なお、mod(Ａ，Ｂ)は、ＡをＢで除したときの剰余を表す。また、ｆ_ｋ(ｔ)は、「あるビームが受信した信号」を表す。τ’が式(2)を満たす場合、図６や図７に示すτは、「あるビームが形成されている時間」となり、スイッチ制御信号ｇ_ｋ(ｔ)は、次式(3)により表される。なお、次式のｒは、任意の整数である。

ここで、スイッチ切換周波数をＷ’（Ｗ’＝１／Ｔ_Ｓ）とすると、周期Ｔ_Ｓは、Ｗ’＞Ｗを満たすように適切に設定する必要がある。式(3)は、フーリエ級数展開の形式により、次式(4)〜(6)のように表すことが可能である。なお、次式のｎは、スイッチ切換周波数Ｗ’のｎ倍高調波成分を表す整数であり、Ψは、スイッチ６のＯＮ時間比率である。

各ビームの受信信号ｆ_ｋ(ｔ)cos(ｊω_ｃｔ)は、スイッチ通過時にスイッチ制御信号ｇ_ｋ(ｔ)を乗算された後、Ｋ個のビームからの信号が合成される。この合成信号ｈ(ｔ)は、次式(6)のように表される。

受信回路４には、周波数帯域幅がＫＷ’の第２バンドパスフィルタ９が設けられている。第２バンドパスフィルタ９は、１つのみ設けられ、複数のスイッチ６において共用されている。本例の場合、第２バンドパスフィルタ９は、図８に示すように、理想的な周波数特性Ｂ(ω)を有するフィルタとする。

合成信号ｈ(ｔ)は、第２バンドパスフィルタ９を通過すると、出力信号ｈ’(ｔ)として出力される。出力信号ｈ’(ｔ)は、次式(8)，(9)のように表される。

なお、第２バンドパスフィルタ９の出力信号ｈ’(ｔ)が式(8)で表される理由は、本願出願人が平成２３年８月３１日付けで出願した特願２０１１−１８９７６０にて詳細を開示しているので、ここでは説明を省略する。

受信回路４には、出力信号ｈ’(ｔ)を増幅するアンプ１０と、増幅後の出力信号ｈ’(ｔ)をＩＦ（Intermediate Frequency）周波数にダウンコンバートするコンバータ１１と、ＩＦ周波数の信号を通過させるＩＦバンドパスフィルタ１２と、ＩＦ周波数を直行ダウンコンバートする一対のコンバータ１３，１３とが設けられている。各コンバータ１３，１３には、各コンバータ１３，１３からの出力をフィルタリングするローパスフィルタ１４，１４が接続されている。各ローパスフィルタ１４，１４には、フィルタリングされた信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ１５，１５が各々接続されている。

Ａ／Ｄコンバータ１５が出力するベースバンド信号ｈ"(ｔ)は、アンプの増幅やフィルタの損失を無視すれば、次式(10)のように表される。

ベースバンド信号ｈ"(ｔ)は、Ａ／Ｄコンバータ１５において、周期Ｔ_Ｓでサンプリングされる。このサンプリング信号ｚ_ｉ(ｔ)は、次式(11)のように表される。

図９に示すように、サンプリング信号ｚ_ｉ(ｔ)は、それぞれＴ_Ｓ／Ｋずつタイミングのずれた信号である。実際には、Ａ／Ｄコンバータ１５は、次式(12)で表されるｚ(ｔ)でサンプリングを行う。

さて、ベースバンド信号ｈ"(ｔ)を並び替え部１６においてサンプリング信号ｚ_ｉ(ｔ)でサンプルしたサンプル信号ｘ_ｉ(ｔ)は、次式(13)，(14)のように表される。なお、サンプル信号ｘ_ｉ(ｔ)は、並び替え部１６にて信号が並び替えられることにより、各ビームにおける受信信号として出力される。並び替え部１６は、ビームごとの複数のスイッチとしてイメージできる。

サンプル信号ｘ_ｉ(ｔ)は、式(13)からも分かる通り、各ビームの受信ベースバンド信号ｆ_ｋ(ｔ)が混在された形で得られる。ここで、一見、スイッチ６のＯＮ時間τを、τ＜（Ｔ_Ｓ／Ｋ）とすれば、２つのビームが同時に接続されることはなく、ビームの受信ベースバンド信号ｆ_ｋ(ｔ)の混合は生じないように思われるが、実際にはフィルタを通過する際の波形なまりにより、各ビームの受信ベースバンド信号ｆ_ｋ(ｔ)に混合が生じてしまう。よって、この混合信号から各ビームの受信ベースバンド信号ｆ_ｋ(ｔ)を抽出する必要がある。

そこで、本例のアダプティブアレーアンテナ１には、サンプル信号ｘ_ｉ(ｔ)から各ビームの受信ベースバンド信号ｆ_ｋ(ｔ)を分離抽出する演算処理部１７が設けられている。本例の演算処理部１７は、サンプル信号ｘ_ｉ(ｔ)を入力すると、次式(15)〜(17)を用いて演算を行うことにより、サンプル信号ｘ_ｉ(ｔ)からビームごとに受信ベースバンド信号ｆ_ｋ(ｔ)を分離し、ビームごとにＩ相信号及びＱ相信号を出力する。

なお、式(15)〜(17)に記載の各記号は、次式(18)〜(24)により表される。

なお、式(15)〜式(17)を導き出す原理は、前述の特願２０１１−１８９７６０にて詳細を開示しているので、ここでは説明を省略する。

アダプティブアレーアンテナ１には、アダプティブ処理にて電波到来方向を演算して、アダプティブアレーアンテナ１の機能（動作状態）を設定するアダプティブプロセッサ１８が設けられている。アダプティブプロセッサ１８には、ビームスペース動作制御部８にて作り出されたビームスペースの動作環境下においてビームスペース処理を行うビームスペース処理部１９と、ビームスペース処理部１９より選択されたビームにてアダプティブ処理を行って電波到来方向を推定するアダプティブ処理部２０とが設けられている。なお、ビームスペース処理部１９がビームスペース動作実行手段を構成し、アダプティブ処理部２０が信号処理手段及びアダプティブ処理手段を構成する。

本例のビームスペース処理部１９は、ビームスペース動作制御部８によるビーム形成時、そのときのビームにおける電波のレベル（受信強度）を確認し、各ビームにおける受信レベルを逐次監視する。そして、ビームスペース処理部１９は、これら複数のビーム（マルチビーム）のうち、受信レベルの高いビームを選択する。

アダプティブ処理部２０は、受信レベルの高かったビームでのみアダプティブ処理を行い、電波到来方向を推定する。本例のアダプティブ処理部２０は、アダプティブ処理の際、受信レベルの高かったビームのみスイッチ接続する処理、つまりフィードバックによりスイッチ制御させ、アダプティブ処理を実施する。アダプティブ処理部２０は、演算処理部１７から入力したアンテナ２ごとのＩ相信号及びＱ相信号を基に、アダプティブ処理にて希望波や不要な電波の到来方向を算出し、アダプティブアレーアンテナ１の機能を設定する。

次に、本例のビームスペースアダプティブアレーアンテナ１の動作を、図２を用いて説明する。
図２に示すように、ビームスペース動作制御部８は、複数のアンテナ２を同時接続することによって所定方向にビームを形成する。そして、ビームスペース動作制御部８は、スイッチ接続しないアンテナ２を順番に切り換えることにより、同時接続するアンテナ群を順番に変えて、ビーム方向を切り換えていく。本例の場合、ビームスペース動作制御部８は、同時接続アンテナ数Ｋ’をＫ−１として、同時接続するアンテナ群を順番に切り換えていく。

このとき、ビームスペース処理部１９は、各ビームにおいて電波の受信レベルを求め、これらビームのうち、受信レベルの高いビームを選択する。本例のビームスペース処理部１９は、並び替え部１６からサンプル信号ｘ_ｉ(ｔ)をそのまま入力し、このサンプル信号ｘ_ｉ(ｔ)にて各ビームの受信レベルを判定する。そして、ビームスペース処理部１９は、そのビーム選択結果をアダプティブ処理部２０に出力する。

アダプティブ処理部２０は、ビームスペース処理部１９から入力したビーム選択結果を基に、スイッチ回路５をフィードバック制御して、アダプティブ処理を実行する。即ち、アダプティブ処理部２０は、受信レベルの高かったビームのみスイッチ回路５にて再形成し、このときに得られるサンプル信号ｘ_ｉ(ｔ)を演算処理部１７に入力させる。演算処理部１７は、各ビームにおけるサンプル信号ｘ_ｉ(ｔ)を入力すると、式(15)〜(17)を用いて演算を行うことにより、サンプル信号ｘ_ｉ(ｔ)からビームごとに受信ベースバンド信号ｆ_ｋ(ｔ)を分離し、ビームごとのＩ相信号及びＱ相信号をアダプティブ処理部２０に出力する。

アダプティブ処理部２０は、演算処理部１７からビームごとのＩ相信号及びＱ相信号を入力すると、これら信号をアダプティブ処理することにより、電波到来方向を推定する。ここで、本例のアダプティブ処理部２０は、演算処理部１７によって受信ベースバンド信号ｆ_ｋ(ｔ)の混合が除去された信号によって電波到来方向を算出するので、電波到来方向を精度よく求めることが可能である。

以上により、本例の場合、複数のアンテナ２で１つの受信回路４を共用するアダプティブアレーアンテナ１において、スイッチ６によって複数のアンテナ２を同時接続することにより、アダプティブアレーアンテナ１をビームスペース型として動作可能とした。このため、受信回路４にデジタル回路を追加することなくアダプティブアレーアンテナ１をビームスペース型で動作可能となるので、回路構成の簡素化や、部品コストの削減に効果が高くなる。

ここで、スイッチ制御信号ｇ_ｋ(ｔ)のＯＮ時間（パルス幅）τにより、Ａ／Ｄコンバータ１５でサンプリングされたサンプル信号ｘ_ｉ(t)に含まれる受信ベースバンド信号ｆ_ｋ(Δｔ)がどのように変化するのかを考える。いま、スイッチ６のＯＮ時間τ（ビームの形成時間）が非常に短い、つまりτ≒０の場合を考える。このとき、Ψ＝τ／Ｔ_Ｓ≒０となるので、sinc｛nπΨ｝≒１により、行列Ｓ≒１が導かれる。よって、式(19)は、次式(25)のように表される。

よって、τが非常に小さい場合には、サンプル信号であるベクトルＸ(ｔ)、つまりサンプル信号ｘ_ｉ(t)を要素とするベクトルは、各ビームの受信ベースバンド信号ｆ_ｋ(ｔ) のベクトルＦ(Δｔ)のスカラー倍となる。即ち、サンプル信号ｘ_ｉ(t)は、それぞれ１種類の受信ベースバンド信号ｆ_ｋ(Δｔ)のみを含み、混合された状態ではないことが分かる。

ちなみに、背景技術に記載した非特許文献１は、スイッチ制御信号ｇ_ｋ(ｔ)がデルタ関数であり、本検討におけるτ≒０の場合に相当する。即ち、非特許文献１では、サンプル信号のベクトルＸ(ｔ)において、ベクトルＦ(Δｔ)が混合された状態とならないように、あえてτ≒０としていると考えられる。

しかし、式(25)を見てみると、ベクトルＸ(ｔ)に含まれるベクトルＦ(Δｔ)の大きさは、τに比例することが分かる。このことから、スイッチ６の切り換えによる電力損失を抑制するには、τをなるべく大きくすること、つまりビームが常に形成されていることが望ましいと予測される。このため、本例のアダプティブプロセッサ１８は、スイッチ制御信号ｇ_ｋ(ｔ)のＯＮ時間τを、次信号のτと重複しない範囲で、なるべく長く設定している。このように、ＯＮ時間τ（或いはＯＮ時間比率Ψ）を任意に設定可能な点で、本例は有効であると考えられる。

本実施形態の構成によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（１）複数のアンテナ２で１つの受信回路４を共用するアダプティブアレーアンテナ１において、複数のアンテナ２をスイッチ６により同時接続し、この組を順に切り換えていくことにより、アダプティブアレーアンテナ１をビームスペース型として動作させる。このため、専用のデジタル回路を搭載しなくとも、アダプティブアレーアンテナ１をビームスペース型として動作させることができる。よって、ビームスペースアダプティブアレーアンテナ１を回路構成が簡素なアンテナとすることができ、ひいては部品コストも低く抑えることができる。

（２）同時接続アンテナ（即ち、ビーム）を切り換える際、接続するアンテナ数を変えずに同時接続アンテナを順に切り換える。このため、受信回路４側から見たスイッチ６を見たときのインピーダンスＺが、同時接続アンテナの切り換え前後で変わらないので、受信効率（受信のエネルギー効率）を確保することができる。

（３）τ’を前述の式(2)を満たす値に設定すれば、無駄にオフされるスイッチ６が少なくなるので、受信効率の確保に一層効果が高くなる。
（４）同時接続アンテナ数Ｋ’をＫ−１に設定したので、同時接続されるアンテナ数が極力多くなり、アンテナ同時接続時に形成されるビームが鋭くなる。このため、ビームが不要な向きをとり難くなるので、ビームの形成精度に効果が高くなり、ひいては電波到来方向の推定精度にも効果が高くなる。

（５）スイッチ６側から受信回路４を見たときのインピーダンスをＺ［Ω］とすると、受信回路４側からスイッチ６を見たときのインピーダンスＺ’をＫ’Ｚに設定した。このため、インピーダンスが入出力で揃うので、受信効率の確保に一層効果が高くなる。

（６）インピーダンスＺを５０［Ω］に設定したので、受信回路４として汎用的な回路を使用することができる。
（７）アダプティブ処理部２０による電波到来方向推定時、フィードバックによって必要なビームのみ形成するので、ビームを無駄に形成する必要がなくなる。このため、受信効率やアダプティブ処理の簡素化に効果が高くなる。

なお、実施形態はこれまでに述べた構成によらず、以下の態様に変更してもよい。
・同時接続するアンテナ数は、Ｋ−１個に限定されず、他の値に変更可能である。
・同時接続するアンテナ２の組み合わせは、自由に変更可能である。

・アダプティブ処理で使用する演算方式は、種々のものが採用可能である。
・アダプティブ処理部２０は、ビーム選択後、フィードバックにてアダプティブ処理を実施することに限定されず、最初から順にビームを１つずつ形成する方式をとってもよい。

・アンテナ２の配置形状（配置パターン）は、格子状に限定されず、他の配置形状に変更してもよい。
・受信回路４の構成は、実施形態に述べた構成例に限定されず、他の回路構成に変更可能である。

・受信回路４は、直交ダウンコンバータ１３，１３ではなく、通常のコンバータにて信号をダウンコンバートする回路でもよい。
・受信回路４は、ベースバンド信号をＡ／Ｄコンバータ１５でサンプルする構成に限らず、例えばＩＦ信号をサンプルする構成や、第２バンドパスフィルタ９から出力される（Radio Frequency）信号をサンプルする構成でもよい。

・アンテナ素子数Ｋは、任意の奇数に限らず、任意の偶数であってもよい。
・スイッチ６のＯＮ時間τ（ＯＮ時間比率Ψ）は、実施形態に述べた例に限定されず、他の時間幅に適宜変更可能である。

・ビームのサンプル信号ｘ_ｉ(ｔ)から受信信号ｆ_ｋ(ｔ) cos(ω_ｃt)を再生（分離）する演算は、ビームのサンプル信号ｘ_ｉ(ｔ)に行列Φを乗算する方法に限定されない。要は、ビームのサンプル信号ｘ_ｉ(ｔ)から受信信号ｆ_ｋ(ｔ) cos(ω_ｃt)を分離できれば、他の演算方法に適宜変更可能である。即ち、演算処理部１７は、式(15)〜(17)を用いた演算を行うものに限定されず、電波到来方向を求めることができれば、他の演算に変更可能である。

・第２バンドパスフィルタ９の周波数帯域幅は、例えば第１バンドパスフィルタ３の周波数帯域に係数のＫを乗算した値でもよい。
・アンテナ２の後段に移送器を追加してもよい。この場合、スイッチ切り換えにより形成されるビームの方向を、より柔軟に制御することができる。

・アレーアンテナは、アダプティブ方式のアンテナに限定されず、例えば固定アンテナを使用したアレーアンテナでもよい。
・アダプティブアレーアンテナ１は、車両や電子キーの受信機として使用されることに限定されず、他の機器や装置に適宜応用可能である。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。
（イ）請求項１〜９のいずれかにおいて、前記スイッチのＯＮ時間を長くとることにより、前記スイッチの切り換えによる電力損失を抑制し、この処理によって各アンテナの受信信号が混ざり合ってしまっても、この重畳信号に演算を施すことによって、当該重畳信号を各アンテナの受信信号に分離する演算処理部を備えた。

（ロ）請求項１〜９，前記技術的思想（イ）のいずれかにおいて、前記受信回路は、少なくともフィルタ及びＡ／Ｄコンバータを備えた回路である。この構成によれば、フィルタやＡ／Ｄコンバータ等の部品群を、アンテナごとに設ける必要がないので、装置構成の簡素化や部品コスト削減に効果が高いと言える。

（ハ）請求項１〜９，前記技術的思想（イ），（ロ）のいずれかにおいて、前記スイッチの接続状態を、次スイッチがＯＮされる直前まで維持することにより、当該スイッチのＯＮ時間を長くとる。この構成によれば、スイッチのＯＮ時間を極力長くとるので、電力損失抑制に一層寄与する。

（二）請求項１〜９，前記技術的思想（イ）〜（ハ）のいずれかにおいて、前記受信回路のバンドパスフィルタの帯域幅は、前記アンテナのそれぞれに設けられたバンドパスフィルタの帯域幅ではなく、前記スイッチの切換周波数に係数を乗算した値に設定されている。この構成によれば、スイッチの切り換え速度を、細かい設定することなしに任意に設定することが可能となる。即ち、スイッチの切換周期が１値に限定されずに済み、他の値でも許容可能となるので、この点で効果が高いと言える。

（ホ）請求項１〜９，前記技術的思想（イ）〜（二）のいずれかにおいて、前記演算は、前記スイッチの切換周波数と当該スイッチのＯＮ時間とから求められた行列を用いて前記重畳信号に処理を加える演算である。この構成によれば、スイッチの切換周波数とＯＮ時間とから求められた行列で演算を行うので、重畳信号を精度よく各アンテナの受信信号に分離することが可能となる。

１…ビームスペースアダプティブアレーアンテナ、２…アンテナ、４…受信回路、６…スイッチ、８…ビームスペース動作実行手段を構成するビームスペース動作制御部、１９…ビームスペース動作実行手段を構成するビームスペース処理部、２０…信号処理手段及びアダプティブ処理手段を構成するアダプティブ処理部、Ｋ…アンテナの総数、Ｋ'…同時接続アンテナ数、Ｔ_Ｓ…スイッチ切換周波数、τ'…複数アンテナの同時接続時間、Ｚ，Ｋ'Ｚ…インピーダンス、∧ｆ_ｋ(ｔ) cos(ω_ｃt)…受信信号。

Claims (9)

1. 複数のアンテナのうち特定のものをスイッチによって選択的に受信回路に接続可能とすることにより、複数の前記アンテナで１つの前記受信回路を共用し、前記スイッチによる時分割多重によって電波を受信する時分割多重方式のアレーアンテナにおいて、
   前記スイッチの複数を同時接続することにより、アンテナをビームスペース型として動作させるビームスペース動作実行手段と、
   各ビームで得られた受信信号を信号処理する信号処理手段とを備え、
   前記アンテナの総数をＫとすると、同時接続アンテナ数がＫ−１に設定されている
   ことを特徴とするアレーアンテナ。
2. 前記ビームスペース動作実行手段は、複数の前記アンテナを同時接続してビームを形成する際、同時接続のアンテナ数を同一として同時接続アンテナを順次切り換えることにより、ビームを順に形成していく
   ことを特徴とする請求項１に記載のアレーアンテナ。
3. 各アンテナの接続時間は、前記アンテナの総数をＫとし、同時接続アンテナ数をＫ’とし、スイッチ切換周期をＴ_Ｓとすると、Ｔ_Ｓ・Ｋ’／Ｋを満たす値に設定されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアレーアンテナ。
4. 同時接続アンテナ数をＫ’とし、前記スイッチ側から前記受信回路を見たときのインピーダンスをＺとすると、前記受信回路側から見た各スイッチのインピーダンスがＫ’Ｚに設定されている
   ことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一項に記載のアレーアンテナ。
5. 前記インピーダンスＺは、５０Ωの値に設定されている
   ことを特徴とする請求項４に記載のアレーアンテナ。
6. 前記信号処理手段は、ビームを形成した後の信号処理の際、選択されたビームのみ再形成するフィードバックによって前記信号処理を実行する
   ことを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか一項に記載のアレーアンテナ。
7. 前記処理手段は、前記ビームスペース動作実行手段にて選択されたビームに関してアダプティブ処理を実行することにより、受信信号を処理するアダプティブ処理手段である
   ことを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか一項に記載のアレーアンテナ。
8. 複数のアンテナのうち特定のものをスイッチによって選択的に受信回路に接続可能とすることにより、複数の前記アンテナで１つの前記受信回路を共用し、前記スイッチによる時分割多重によって電波を受信する時分割多重方式のアレーアンテナにおいて、
   前記スイッチの複数を同時接続することにより、アンテナをビームスペース型として動作させるビームスペース動作実行手段と、
   各ビームで得られた受信信号を信号処理する信号処理手段とを備え、
   前記信号処理手段は、ビームを形成した後の信号処理の際、選択されたビームのみ再形成するフィードバックによって前記信号処理を実行する
   ことを特徴とするアレーアンテナ。
9. 複数のアンテナのうち特定のものをスイッチによって選択的に受信回路に接続可能とすることにより、複数の前記アンテナで１つの前記受信回路を共用し、前記スイッチによる時分割多重によって電波を受信する時分割多重方式のアレーアンテナにおいて、
   前記スイッチの複数を同時接続することにより、アンテナをビームスペース型として動作させるビームスペース動作実行手段と、
   各ビームで得られた受信信号を信号処理する信号処理手段とを備え、
   前記処理手段は、前記ビームスペース動作実行手段にて選択されたビームに関してアダプティブ処理を実行することにより、受信信号を処理するアダプティブ処理手段である
   ことを特徴とするアレーアンテナ。