JP6112055B2

JP6112055B2 - アンテナ装置

Info

Publication number: JP6112055B2
Application number: JP2014071791A
Authority: JP
Inventors: 康仁夫馬; 聡岡崎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2034-03-31
Also published as: JP2015195464A

Description

この発明は、アンテナ開口から送受信する電磁波の位相と振幅を制御する送受信モジュールと、上記送受信モジュールが制御する電磁波の位相と振幅の大きさを指示する制御信号を分配または収集する制御信号分配収集回路と上記送受信モジュールに供給される電源の分配を行う電源分配回路と、ＲＦ信号を分配・合成するＲＦ分配・合成回路から構成されるアンテナ装置に関するものである。

従来の送受信モジュールを用いたフェーズドアレーアンテナ装置においては、アンテナ開口から送受信する電磁波の位相と振幅を制御する送受信モジュールと、上記送受信モジュールが制御する電磁波の位相と振幅の大きさを指示する制御信号を分配または収集する制御信号系モジュールとの間は、制御信号伝送用の有線の制御信号ラインによって導通経路が構成されている (例えば、特許文献１参照)。

特開平９−１５３７２０号公報

従来のアンテナ装置は、（１）送受信モジュールと制御信号系モジュールの間は制御信号伝送用の導通経路を構成する制御信号ラインで接続され、（２）送受信モジュールと電源分配回路の間は電源を分配する電源ラインで接続され、（３）送受信モジュールとＲＦ系モジュールの間はＲＦ信号を伝送するＲＦ伝送路を構成するＲＦ信号ラインで接続されていた。
このように従来のアンテナ装置は３系統の接続から構成されており、これらの接続の際は、制御信号系コネクタ、電源系コネクタ、ＲＦ系コネクタの３系統のコネクタを同時に嵌合する必要がある。
精度の低いコネクタがあれば、同時嵌合の際に機構的に接続ができなくなるため、３系統のコネクタに対しては非常に高い機構的精度が要求される。要求される機構的精度を満たすために製品コストが高くなるという課題があった。

この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、３系統の接続部分に要求される機構的精度を緩和することが可能なアンテナ装置を提供することを目的とする。

この発明に係るアンテナ装置は、アンテナ開口から送受信する電磁波の位相と振幅を制御する送受信モジュールと、上記送受信モジュールが制御する電磁波の位相と振幅の大きさを指示する制御信号を分配または収集する制御信号分配収集回路と、上記送受信モジュールに供給される電源の分配を行う電源分配回路と、ＲＦ信号を分配・合成するＲＦ分配・合成回路とを備えるアンテナ装置であって、上記送受信モジュールと上記電源分配回路との間、及び上記送受信モジュールと上記ＲＦ分配・合成回路との間は有線伝送路により接続され、上記送受信モジュールと上記制御信号分配収集回路との間は無線伝送路により接続され、上記制御信号分配収集回路は上記送受信モジュールに対して、無線により上記制御信号を送信する。

この発明に係るアンテナ装置によれば、３系統ある伝送のコネクタ接続部分に要求される機構的精度を緩和できるため、アンテナ装置の低コスト化が可能となる。

この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の構成図である。この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の接続部分を説明する図である。この発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の接続部分を説明する図である。

実施の形態１.
図１はこの発明の実施の形態１に係るアンテナ装置１００の構成図である。
アンテナ装置１００は、電磁波を送受信する素子アンテナ１ａ〜１ｃと、素子アンテナ１ａ〜１ｃに対して設けられ送受信する電磁波の位相と振幅を制御する送受信モジュール２ａ〜２ｃと、送受信モジュール２ａ〜２ｃに接続される電源・制御分配収集回路３と、送受信モジュール２ａ〜２ｃに接続されるＲＦ分配・合成回路４と、電源・制御分配収集回路３が分配する電源を生成する電源回路５と、電源・制御分配収集回路３に接続される制御回路６と、ＲＦ分配・合成回路４が分配するＲＦ信号を生成する送信機７と、ＲＦ分配・合成回路４が合成したＲＦ信号を受信する受信機８から構成される。アンテナ装置１００は例えばフェーズドアレイアンテナである。

ここで、電源・制御分配収集回路３は、送受信モジュール２ａ〜２ｃが制御する電磁波の位相と振幅の大きさを指示する制御信号を分配または収集、ならびに送受信モジュール２ａ〜２ｃを駆動させる電源を分配する回路であり、送受信モジュール２ａ〜２ｃが制御する電磁波の位相と振幅の大きさを指示する制御信号を分配または収集する制御信号分配収集回路３ａと、上記送受信モジュール２ａ〜２ｃに供給される電源の分配を行う電源分配回路３ｂから構成される。
ＲＦ分配・合成回路４は送受信モジュール２ａ〜２ｃが電磁波を送受信するためＲＦ信号を伝送・分配・合成する回路である。
制御回路６は電源・制御分配収集回路３が分配する制御信号を生成し、また、電源・制御分配収集回路３が収集した制御信号を受け取り各送受信モジュール２ａ〜２ｃの動作状態を確認する制御回路である。

また、９は制御信号を分配または収集するために電源・制御分配収集回路３と制御回路６間を接続する制御信号ラインである。
１０ａ〜１０ｄは、電源を分配するために送受信モジュール２ａ〜２ｃと電源・制御分配収集回路３と電源回路５間を接続する電源ラインである。
１１ａ〜１１ｈはＲＦ信号を分配または合成するために送受信モジュール２ａ〜２ｃとＲＦ分配・合成回路４と送信機７、受信機８間を接続するＲＦ伝送路である。
１２ａ〜１２ｃは、電源・制御分配収集回路３によって分配された制御信号を送受信モジュール２ａ〜２ｃに無線により伝送する制御信号の無線伝送路である。

上記のように構成されたアンテナ装置１００の動作について説明する。なお、特許文献１等にも開示される一般的なアンテナ装置が有する構成部分の動作の詳細については、説明を省略する。
各素子アンテナ１ａ〜１ｃから送受信する電磁波の位相と振幅を制御するために、制御回路６は、各素子アンテナ１ａ〜１ｃに対応する電磁波の位相と振幅の大きさを指示する制御信号を生成する。制御回路６は、生成した制御信号を電源・制御分配収集回路３へ出力する。

電源・制御分配収集回路３は、入力された制御信号を制御信号の無線伝送路１２ａ〜１２ｃにより各送受信モジュール２ａ〜２ｃに伝送する。
このとき、電源・制御分配収集回路３は制御信号を赤外信号に変換し、各送受信モジュール２ａ〜２ｃに導通経路を持たない空間を伝播して伝わり、各送受信モジュール２ａ〜２ｃ内部で電気信号に再変換される。

送受信モジュール２ａ〜２ｃは、電源・制御分配収集回路３より無線により伝送された制御信号に従って素子アンテナ１ａ〜１ｃから送受信する電磁波の位相と振幅を制御する。
また、送受信モジュール２ａ〜２ｃは、電源ライン１０ａ〜１０ｄより動作に必要な電力を受け、ＲＦ伝送路１１ａ〜１１ｈよりＲＦ信号を受ける。

このようにして、本実施の形態に係るアンテナ装置１００は、ビーム走査や送受信切り換えなどの所望の機能、性能を発揮することができる。
特に本実施の形態に係るアンテナ装置１００は、電源・制御分配収集回路３が制御信号を赤外信号に変換し、各送受信モジュール２ａ〜２ｃに導通経路を持たない空間を伝播して伝わり、各送受信モジュール２ａ〜２ｃ内部で電気信号に再変換する構成とした。

図２は、上記のような構造のアンテナ装置１００において、送受信モジュール２ａ〜２ｃと、電源・制御分配収集回路３と、ＲＦ分配・合成回路４の接続部分の構造について説明する図である。
図２において、１３ａ〜１３ｆは電源・制御分配収集回路３及び送受信モジュール２ａ〜２ｃに設けられた赤外線通信ＩＣである。
赤外線通信ＩＣ１３ａ〜１３ｆと電源ライン１０ａ〜１０ｄは電源・制御分配収集回路３上と、送受信モジュール２ａ〜２ｃ端面に設けられ、赤外線通信ＩＣ１３ａ〜１３ｆが向き合う形で電源・制御分配収集回路３と送受信モジュール２ａ〜２ｃは接合する。
ＲＦ分配・合成回路４に設けられるＲＦ端子は電源・制御分配収集回路３を貫通して、送受信モジュール２ａ〜２ｃのＲＦ端子と嵌合する。
赤外線通信ＩＣ１３ａ〜１３ｆは各送受信モジュール２ａ〜２ｃに対応してそれぞれ正面に配置され、非接触で向かい合う構成となる。
この時、機構的精度を必要とする接続は、電源ライン１０ａ〜１０ｄとＲＦ伝送路１１ａ〜１１ｈのみとなる。機構的精度を満たすために必要な製造コストが抑得られる構成となる。

アンテナ装置１００の動作は上述の通り、制御回路６から分配された制御信号を電源・制御分配収集回路３は、赤外信号に変換して空気中に放射、赤外信号が導通経路を持たない空間を電波し、各送受信モジュール２ａ〜２ｃにて受信され、赤外信号を電気信号に変換して制御信号が転送される。

このように、本実施の形態に係るアンテナ装置１００は、電源・制御分配収集回路３と送受信モジュール２は赤外線通信ＩＣを備え、電源・制御分配収集回路３に備えれた赤外線通信ＩＣ１３ｄ〜１３ｆが制御信号を赤外信号に変換し、各送受信モジュール２ａ〜２ｃに導通経路を持たない空間を伝播して伝わり、各送受信モジュール２ａ〜２ｃに備えられた赤外線通信ＩＣ１３ａ〜１３ｃにおいて電気信号に再変換する構成とした。
これにより本実施の形態に係るアンテナ装置１００は、従来のアンテナ装置において送受信モジュール２と電源・制御分配収集回路３とＲＦ分配・合成回路４の間を接続する制御信号ラインと電源ラインとＲＦ伝送路の３系統の接続をコネクタで同時に嵌合する必要があるため、接続部分に非常に高い機構的精度が要求されるという課題を解決して、接続部分の機構的精度を緩和可能とし、アンテナ装置のコストを低減できる。

実施の形態２．
実施の形態１では、向かい合う赤外線通信ＩＣ１３ａ〜１３ｆを近づけて赤外線通信を行う構成としたが、実施の形態２では、送受信モジュール２ａ〜２ｃ内部に信号を認識するためのロジックＩＣ１４ａ〜１４ｃと、データを保持するための記憶装置１５ａ〜１５ｃを設ける。

図３は、実施の形態２に係るアンテナ装置１０１において、送受信モジュール２ａ〜２ｃの接続部分の構造について説明する図である。図３において、１３ｇは赤外線通信ＩＣ、１４はロジックＩＣ、１５は記憶装置である。なお、実施の形態１において説明したアンテナ装置１００と同一または同等の構成については同一番号を付し、その説明を省略する。
図３に示すように実施の形態２において、赤外線通信ＩＣ１３ａ〜１３ｃに対して向かい合う送受信モジュールを離して配置し、送受信モジュール２ａ〜２ｃ内部に信号を認識するためのロジックＩＣ１４ａ〜１４ｃと、データを保持するための記憶装置１５ａ〜１５ｃを設ける。

次に、本実施の形態に係るアンテナ装置の動作について説明する。
赤外線通信ＩＣ１３ｇは、送受信モジュール２ａ〜２ｃ内に設けられた赤外線通信ＩＣ１３ａ〜１３ｃに受信可能なように赤外信号を放射する。赤外信号には、予め送信相手毎に決められたＩＤ番号が関連付けされ、放射される。
空間に伝播した赤外信号は各送受信モジュール２ａ〜２ｃで一斉に受信され、送受信モジュール２ａ〜２ｃ内部のロジックＩＣ１４ａ〜１４ｃに送られる。
上記のデータは各ロジックＩＣ１４ａ〜１４ｃにおいて、各記憶装置１５ａ〜１５ｃに事前に用意された個別のＩＤと照合され、ＩＤに基づき対応した送受信モジュールが制御される。

このように本実施の形態に係るアンテナ装置１０１は、送受信モジュール２ａ〜２ｃの各々の内部に、ロジックＩＣ１４ａ〜１４ｃと記憶装置１５ａ〜１５ｃを有し、制御信号ライン９内部の１つの赤外線通信ＩＣが赤外線通信ＩＣ１３ａ〜１３ｃに受信可能なように赤外信号を放射するようにした。そして、各記憶装置１５ａ〜１５ｃに予め用意された個別のＩＤと照合することで、対応する送受信モジュール２ａ〜２ｃを制御するようにした。

これにより、実施の形態１に係るアンテナ装置と比較して赤外線通信ＩＣの必要数を減らすことができ、さらにアンテナ装置のコストを下げることができる。

なお、この発明の実施の形態１、２に係るアンテナ装置１００、１０１において素子アンテナの数は一例として３個としたが３個に限られるものではなく、素子アンテナ数に限定されるものではない。

１素子アンテナ、２送受信モジュール、３電源・制御分配収集回路、３ａ制御信号分配収集回路、３ｂ電源分配回路、４ＲＦ分配・合成回路、５電源回路、６制御回路、７送信器、８受信機、９制御信号ライン、１０電源ライン、１１ＲＦ伝送路、１２制御信号の無線伝送路、１３赤外線通信ＩＣ、１４ロジックＩＣ、１５記憶装置、１００、１０１アンテナ装置。

Claims

アンテナ開口から送受信する電磁波の位相と振幅を制御する送受信モジュールと、
上記送受信モジュールが制御する電磁波の位相と振幅の大きさを指示する制御信号を分配または収集する制御信号分配収集回路と、
上記送受信モジュールに供給される電源の分配を行う電源分配回路と、
ＲＦ信号を分配・合成するＲＦ分配・合成回路と、
を備えるアンテナ装置であって、
上記送受信モジュールと上記電源分配回路との間、及び上記送受信モジュールと上記ＲＦ分配・合成回路との間は有線伝送路により接続され、
上記送受信モジュールと上記制御信号分配収集回路との間は無線伝送路により接続され、
上記制御信号分配収集回路は上記送受信モジュールに対して、無線により上記制御信号を送信し、
上記送受信モジュールは、上記制御信号分配収集回路に備えられた赤外線通信部が送信する上記制御信号に関連付けされたＩＤ番号に基づき、上記制御信号分配収集回路に備えられた上記赤外線通信部の通信相手を認識し、上記認識結果に基づいて動作を行うロジックＩＣを備えることを特徴とするアンテナ装置。
上記送受信モジュールは、上記制御信号分配収集回路に備えられた１個の赤外線通信部が送信する上記送受信モジュールに関連付けされた上記ＩＤ番号を受信し、上記送受信モジュールに備えられた記憶装置に予め用意された個別のＩＤ番号に基づき、対応する上記制御信号を認識することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。