JP6234360B2 - アレイアンテナ装置及び校正方法 - Google Patents

Description

この発明は、複数配列されたアンテナ素子を有するアレイアンテナ装置及びその校正方法に関するものである。

アダプティブアレイアンテナ方式の送受信装置では、一般に、複数のアンテナ素子をアレイ状に並べた構成をとる。
そして、各アンテナ素子における送信信号の相対振幅及び相対位相を制御し合成することで、アレイアンテナの送信信号に指向性を持たせ、その指向性を制御することが可能となる。同様に、各アンテナ素子にて受信する信号の相対振幅及び相対位相を制御して合成することで、アレイアンテナの受信信号に指向性を持たせ、その指向性を制御することも可能となる。

しかしながら、一般にアンテナ素子の送受信信号はアンテナ素子毎に設けられる増幅器等の特性のばらつきにより、それぞれ異なる振幅変動及び位相変動を有する。また、信号送信の際には、各無線送信部へ基準信号又は局所信号を分配するが、分配経路が等長でない場合においても、振幅変動及び位相変動が生じる。信号受信の際には、各無線受信部へ局所信号を分配することがあるが、分配経路が等長でない場合、若しくは各無線受信部から受信信号合成器又は受信信号処理部までの経路長が異なる場合においても、振幅変動及び位相変動が生じる。

そのため、各アンテナ素子における送受信信号の相対振幅及び相対位相が、所望の値とならず、アレイアンテナに対して所望の指向性をもたせることができないといった課題が生じる。
したがって、各アンテナ素子における信号の振幅及び位相の相対値を測定し、校正を行う必要がある。

そこで、例えば特許文献１では、信号送信の際に、各アンテナ素子から送信される信号の位相を変化させながら、アレイアンテナ装置から放射される信号の強度を測定することで、各アンテナ素子での相対振幅及び相対位相の測定及び校正を行う。
しかしながら、この手法では、大きな反射が存在する等、周囲に妨害波となる信号が存在する環境では、相対振幅及び相対位相を測定することが難しい。

そこで、各アンテナ素子における信号を、ケーブルを用いて測定手段と接続する。これにより、周囲に妨害波が存在する環境においても、各アンテナ素子における信号の相対振幅及び相対位相を測定し、校正することが可能となる。
しかしながら、ケーブルを用いて測定手段と接続した場合、ケーブルにより信号の振幅及び位相が変化し、アンテナ素子における信号の振幅及び位相を測定することができないという課題が生じる。

それに対して、例えば特許文献２に示す手法がある。
特許文献２に開示された手法では、信号送信の際に、まず、ケーブルによりアンテナ素子接続端と信号受信部を接続して、アンテナ素子接続端から出力される信号の振幅及び位相を測定する。次に、同じケーブルを用いて、別のアンテナ素子接続端と信号受信部を接続し、アンテナ素子接続端から出力される信号の振幅及び位相を測定する。そして、これらの測定値の差分をとることで、ケーブルによる信号の振幅及び位相の変化分をキャンセルアウトする。その結果、各アンテナ素子における信号の相対振幅及び相対位相を測定し、校正することが可能となる。

特公平３−０３８５４８号公報 特開２００６−０９３８７１号公報

しかしながら、特許文献２に開示された手法では、校正を行うために、アンテナを取外してケーブルを付替えるという作業が必要であった。そのため、アンテナ素子数が増えた場合、その増加数に伴い作業性が大幅に劣化するという課題があった。

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、ケーブルの付替え作業を行うことなく、従来技術と同等の精度で振幅差又は位相差のうち少なくとも一方の測定及び校正を行うことが可能となるアレイアンテナ装置及び校正方法を提供することを目的としている。

この発明に係るアレイアンテナ装置は、複数配列されたアンテナ素子と、対応するアンテナ素子に送信信号を出力する複数の送信モジュールと、各々の送信モジュールでの送信信号の振幅差又は位相差のうち少なくとも一方を校正する制御部と、隣接する２つの送信モジュールを順に選択して接続するよう経路を切替える外部経路切替え部とを備え、送信モジュールは、基準信号から送信信号を生成する送信部と、送信部により生成された送信信号を分岐する信号分配部と、入力された２つの送信信号の振幅差又は位相差のうち少なくとも一方を検出する検出部と、外部経路切替え部により接続された送信モジュールと連動し、信号分配部により分岐された送信信号を、自身又は当該送信モジュールの検出部に切替えて出力する内部経路切替え部とを備え、制御部は、隣接する２つの送信モジュールの検出部による検出結果の差分から校正を行うものである。

また、この発明に係る校正方法は、複数配列されたアンテナ素子と、対応するアンテナ素子に送信信号を出力する複数の送信モジュールとを備えたアレイアンテナ装置の校正方法において、制御部が、各々の送信モジュールでの送信信号の振幅差又は位相差のうち少なくとも一方を校正する制御ステップと、外部経路切替え部が、隣接する２つの送信モジュールを順に選択して接続するよう経路を切替える外部経路切替えステップとを有し、送信モジュールは、送信部が、基準信号から送信信号を生成する送信ステップと、信号分配部が、送信部により生成された送信信号を分岐する信号分配ステップと、検出部が、入力された２つの送信信号の振幅差又は位相差のうち少なくとも一方を検出する検出ステップと、内部経路切替え部が、外部経路切替え部により接続された送信モジュールと連動し、信号分配部により分岐された送信信号を、自身又は当該送信モジュールの検出部に順に出力する内部経路切替えステップとを有し、制御ステップでは、隣接する２つの送信モジュールの検出部による検出結果の差分から校正を行うものである。

この発明によれば、上記のように構成したので、ケーブルの付替え作業を行うことなく、従来技術と同等の精度で振幅差又は位相差のうち少なくとも一方の測定及び校正を行うことが可能となる。

この発明の実施の形態１に係るアレイアンテナ装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係るアレイアンテナ装置において、振幅差及び位相差の測定を説明する図である。 この発明の実施の形態２に係るアレイアンテナ装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態３に係るアレイアンテナ装置の構成を示すブロック図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るアレイアンテナ装置の構成を示すブロック図である。以下では、信号送信を行うアレイアンテナ装置を用い、送信モジュール１２間の振幅差及び位相差の校正を行う場合について説明を行う。
アレイアンテナ装置は、図１に示すように、ｎ（ｎは２以上の任意の自然数）個配列されたアンテナ素子１１、ｎ個の送信モジュール１２、基準信号源１３、信号分配部１４、振幅位相差制御部（制御部）１５及び経路切替え部（外部経路切替え部）１６から構成されている。なお図では、複数系統のアンテナ素子１１及び送信モジュール１２に対し、各機能部を区別するため、各機能部の符号に接尾記号（−１〜−ｎ）を付している。

アンテナ素子１１は、対応する送信モジュール１２からの送信信号を外部に放射するものである。
送信モジュール１２は、対応するアンテナ素子１１毎に設けられ、当該アンテナ素子１１に送信信号を出力するものである。この送信モジュール１２の詳細については後述する。

基準信号源１３は、基準信号を発生するものである。この基準信号源１３により発生された基準信号は、信号分配部１４に出力される。
信号分配部１４は、基準信号源１３により発生された基準信号を、ｎ個に分配するものである。この信号分配部１４により分配された基準信号は、対応する送信モジュール１２の後述する送信部１２１に出力される。

振幅位相差制御部１５は、各送信モジュール１２での送信信号の振幅差及び位相差を校正するものである。この際、振幅位相差制御部１５は、隣接する２つの送信モジュール１２の後述する振幅位相差検出部１２４からの振幅差及び位相差の差分から、当該送信モジュール１２間での振幅差及び位相差を求め、校正を行う。この振幅位相差制御部１５は、ソフトウェアに基づくＣＰＵを用いたプログラム処理によって実行される。図１の例では、この振幅位相差制御部１５による校正内容を示す振幅位相制御信号は、対応する送信モジュール１２の後述する送信部１２１に出力される。

経路切替え部１６は、アレイアンテナ装置の各送信モジュール１２での送信信号の振幅差及び位相差の測定を行う際に、隣接する２つの送信モジュール１２を順に選択して接続するよう経路を切替えるものである。この経路切替え部１６による経路切替えは、手動又は制御部（不図示）により自動で行われる。

送信モジュール１２は、送信部１２１、信号分配部１２２、経路切替え部（内部経路切替え部）１２３及び振幅位相差検出部（検出部）１２４から構成されている。また、送信モジュール１２には、経路切替え部１６を介して隣接する送信モジュール１２と接続するための外部端子１２５が設けられている。

送信部１２１は、信号分配部１４からの基準信号から送信信号を生成するものである。図１の例では、振幅位相差制御部１５からの振幅位相制御信号を用いて、振幅及び位相を制御した送信信号を生成する。この送信部１２１により生成された送信信号は、信号分配部１２２を介してアンテナ素子１１に出力される。

信号分配部１２２は、送信部１２１により生成された送信信号の一部を分岐するものである。この信号分配部１２２により分岐された送信信号は、経路切替え部１２３に出力される。

経路切替え部１２３は、経路切替え部１６により接続された送信モジュール１２（の経路切替え部１２３）と連動し、信号分配部１２２からの送信信号を、自身又は当該送信モジュール１２の振幅位相差検出部１２４に切替えて出力するものである。すなわち、隣接する２つの送信モジュール１２間において、一方の経路切替え部１２３が送信信号を自身の送信モジュール１２の振幅位相差検出部１２４に出力した場合には、他方の経路切替え部１２３は送信信号を外部端子１２５を介して隣接する送信モジュール１２の振幅位相差検出部１２４に出力する。その後、それぞれ他方の経路に切替えた信号出力も行う。この経路切替え部１２３による経路切替えは、手動又は制御部（不図示）により自動で行われる。

振幅位相差検出部１２４は、隣接する２つの送信モジュール１２間の経路切替え部１２３を介した信号分配部１２２からの送信信号に対し、その振幅差及び位相差を検出するものである。この振幅位相差検出部１２４により検出された振幅差及び位相差を示す信号は、振幅位相差制御部１５に出力される。

次に、上記のように構成されたアレイアンテナ装置の動作について説明する。
アレイアンテナ装置の各送信モジュール１２間の振幅差及び位相差の測定及び校正を行う場合、まず、経路切替え部１６により隣接する２つの送信モジュール１２を選択して接続するよう経路を切替える。これにより、上記２つの送信モジュール１２に対して、隣接する他の送信モジュール１２が存在する場合であっても、上記２つの送信モジュール１２を上記他の送信モジュール１２から独立させることができる。

例えば、図１において、隣接する２つの送信モジュール１２−１，１２−２を測定対象とする場合、送信モジュール１２−２には、右隣に隣接している送信モジュール１２−３（不図示）が存在している。そこで、経路切替え部１６により経路を切替え、送信モジュール１２−２，１２−３間を切断し、送信モジュール１２−１，１２−２間を接続させる。これにより、送信モジュール１２−１，１２−２を他の送信モジュール１２から容易に独立させることができる。

この状態において、隣接する２つの送信モジュール１２間の送信信号の振幅差及び位相差を測定する。なお、各々の送信モジュール１２はそれぞれ同一の構成であり、送信モジュール１２間で相対する経路での経路長の差は無視できるとする。

この際、まず、隣接する２つの送信モジュール１２間において、一方の振幅位相差検出部１２４を用いて振幅差及び位相差を検出する。例えば図２（ａ）に示すように、送信モジュール１２−１では、経路切替え部１２３−１により、信号分配部１２２−１により分岐された送信信号を送信モジュール１２−２の振幅位相差検出部１２４−２に出力する。一方、送信モジュール１２−２では、経路切替え部１２３−２により、信号分配部１２２−２により分岐された送信信号を自身の振幅位相差検出部１２４−２に出力する。そして、振幅位相差検出部１２４−２にて２つの送信信号の振幅差及び位相差を検出する。

ここで、一方の振幅位相差検出部１２４のみを用いて送信信号の振幅差及び位相差を検出した場合、隣接する２つの送信モジュール１２を接続するケーブルにより信号の位相が変化するため、送信モジュール１２間の送信信号の振幅差及び位相差を正確に測定することができない。

そこで、次に、隣接する２つの送信モジュール１２間において、経路切替え部１２３により送信信号の経路をそれぞれ切替え、他方の振幅位相差検出部１２４を用いて振幅差及び位相差を検出する。すなわち、例えば図２（ｂ）に示すように、送信モジュール１２−１では、経路切替え部１２３−１により、信号分配部１２２−１により分岐された送信信号を自身の振幅位相差検出部１２４−１に出力する。一方、送信モジュール１２−２では、経路切替え部１２３−２により、信号分配部１２２−２により分岐された送信信号を送信モジュール１２−１の振幅位相差検出部１２４−１に出力する。そして、振幅位相差検出部１２４−１にて２つの送信信号の振幅差及び位相差を検出する。

そして、振幅位相差制御部１５により、振幅位相差検出部１２４−１，１２４−２からの２つの振幅差及び位相差の差分をとる。これにより、上記ケーブルによる信号の位相変化をキャンセルアウトすることができ、送信モジュール１２間の送信信号の振幅差及び位相差を正確に測定することができる。

振幅差及び位相差の測定手法を、数式を用いて具体的に説明する。以下では、位相差を測定する場合を例に説明する。
ここで、図２（ａ）に示すように、経路切替え部１２３−１により信号分配部１２２−１を外部端子１２５−１と接続し、経路切替え部１２３−２により信号分配部１２２−２を振幅位相差検出部１２４−２と接続する。

このとき、振幅位相差検出部１２４−２の出力信号は式（１）で表される位相差θ_１に相当する。

ここで、αは信号分配部１２２−１により分岐された送信信号の位相であり、βは信号分配部１２２−２により分岐された送信信号の位相である。また、φ_１は信号分配部１２２−１と外部端子１２５−１とを繋ぐ経路を通過する際に送信信号の位相が回転する量であり、φ_４は外部端子１２５−１と外部端子１２５−２とを繋ぐ経路を通過する際に送信信号の位相が回転する量である。また、φ’_２は外部端子１２５−２と振幅位相差検出部１２４−２とを繋ぐ経路を通過する際に送信信号の位相が回転する量であり、φ’_３は信号分配部１２２−２と振幅位相差検出部１２４−２とを繋ぐ経路を通過する際に送信信号の位相が回転する量である。

次に、図２（ｂ）に示すように、経路切替え部１２３−２により信号分配部１２２−２を外部端子１２５−２と接続し、経路切替え部１２３−１により信号分配部１２２−１を振幅位相差検出部１２４−１と接続する。

このとき、振幅位相差検出部１２４−１の出力信号は式（２）で表される位相差θ_２に相当する。

ここで、φ’_１は信号分配部１２２−２と外部端子１２５−２とを繋ぐ経路を通過する際に送信信号の位相が回転する量である。また、φ_２は外部端子１２５−１と振幅位相差検出部１２４−１とを繋ぐ経路を通過する際に送信信号の位相が回転する量であり、φ_３は信号分配部１２２−１と振幅位相差検出部１２４−１とを繋ぐ経路を通過する際に送信信号の位相が回転する量である。

そして、振幅位相差制御部１５により、θ_１とθ_２の差分をとり、２で除算する。
このとき、送信モジュール１２間で相対する経路長の差は無視できるとしたので、結果は式（３）となり、信号分配部１２２−１，１２２−２からの送信信号の位相差が求まる。

そして、振幅位相差制御部１５の制御により、送信部１２１−１，１２１−２の相対位相を式（３）とすることで隣接する２つの送信モジュール１２間の位相を校正することができる。すなわち、振幅位相差制御部１５で得られた位相差をなくすように、一方の送信モジュール１２（例えば送信モジュール１２−１）を基準にして、他方の送信モジュール１２（例えば送信モジュール１２−２）の位相を制御する。
振幅差についても同様の処理を行う。

そして、以上の処理を各送信モジュール１２間に対して行うことで、送信モジュール１２間の振幅差及び位相差を校正することが可能となる。

なお上記では、送信モジュール１２間の振幅差及び位相差の両方を校正する場合について示した。それに対し、送信モジュール１２間の振幅差又は位相差のみを校正してもよい。この場合、振幅位相差検出部（検出部）１２４は、送信信号の振幅差又は位相差を検出し、振幅位相差制御部（制御部）１５は、隣接する２つの送信モジュール１２の振幅位相差検出部１２４による振幅差又は位相差の差分から、送信部１２１により生成される送信信号の振幅又は位相を制御して校正を行う。

以上のように、この実施の形態１によれば、経路切替え部１６により、隣接する２つの送信モジュール１２を順に選択して接続するよう経路を切替え、当該送信モジュール１２間において、経路切替え部１２３により、信号分配部１２２により分岐された送信信号を、自身又は経路切替え部１６により接続された送信モジュール１２の振幅位相差検出部１２４に切替えて出力し、振幅位相差検出部１２４により、入力された２つの送信信号の振幅差又は位相差のうち少なくとも一方を検出し、振幅位相差制御部１５により、隣接する２つの送信モジュール１２の振幅位相差検出部１２４による検出結果の差分から校正を行うように構成したので、従来技術のようにケーブルの付替え作業を行うことなく、従来技術と同等の精度で振幅差又は位相差のうち少なくとも一方の測定及び校正を行うことが可能となる。

なお上記では、振幅位相差制御部１５が、送信部１２１により生成される送信信号の振幅又は位相のうち少なくとも一方を制御して校正を行う場合を例に説明を行った。しかしながら、これに限るものではなく、振幅位相差制御部１５が、基準信号源１３により発生される基準信号の振幅又は位相のうち少なくとも一方を制御して校正を行うようにしてもよい。

また、送信モジュール１２に、送信部１２１により生成された送信信号の位相を調整する移相器又は送信部１２１により生成された送信信号の振幅を調整する可変増幅器のうち少なくとも一方を設け、振幅位相差制御部１５が、移相器での位相量又は可変移相器での増幅量のうち少なくとも一方を制御することで校正を行うようにしてもよい。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２に係るアレイアンテナ装置の構成を示すブロック図である。以下では、信号受信を行うアレイアンテナ装置を用い、受信モジュール２２間の位相差の校正を行う場合について説明を行う。
アレイアンテナ装置は、図３に示すように、ｎ（ｎは２以上の任意の自然数）個配列されたアンテナ素子２１、ｎ個の受信モジュール２２、基準信号源２３、信号分配部２４、受信処理部２５、位相差制御部２６及び経路切替え部（外部経路切替え部）２７から構成されている。なお図では、複数系統のアンテナ素子２１及び受信モジュール２２に対し、各機能部を区別するため、各機能部の符号に接尾記号（−１〜−ｎ）を付している。

アンテナ素子２１は、外部からの受信信号を受信するものである。
受信モジュール２２は、対応するアンテナ素子２１毎に設けられ、当該アンテナ素子２１からの受信信号を受信し、信号分配部２４からの基準信号の位相を基準に当該受信信号を受信処理部２５に出力するものである。この受信モジュール２２の詳細については後述する。

基準信号源２３は、基準信号を発生するものである。この基準信号源２３により発生された基準信号は、信号分配部２４に出力される。
信号分配部２４は、基準信号源２３により発生された基準信号を、ｎ個に分配するものである。この信号分配部２４により分配された基準信号は、対応する受信モジュール２２の後述する信号分配部２２２に出力される。
受信処理部２５は、各受信モジュール２２からの受信信号を合成するものである。

位相差制御部２６は、各受信モジュール２２での基準信号の位相差を校正するものである。この際、位相差制御部２６は、隣接する２つの受信モジュール２２の後述する位相差検出部２２４からの位相差の差分から、当該受信モジュール２２間での位相差を求め、校正を行う。この位相差制御部２６は、ソフトウェアに基づくＣＰＵを用いたプログラム処理によって実行される。図３の例では、この位相差制御部２６による校正内容を示す位相制御信号は、対応する受信モジュール２２の後述する受信部２２１に出力される。

経路切替え部２７は、アレイアンテナ装置の各受信モジュール２２での基準信号の位相差の測定を行う際に、隣接する２つの受信モジュール２２を順に選択して接続するよう経路を切替えるものである。この経路切替え部２７による経路切替えは、手動又は制御部（不図示）により自動で行われる。

受信モジュール２２は、受信部２２１、信号分配部２２２、経路切替え部（内部経路切替え部）２２３及び位相差検出部２２４から構成されている。また、受信モジュール２２には、経路切替え部２７を介して隣接する受信モジュール２２と接続するための外部端子２２５が設けられている。

受信部２２１は、アンテナ素子２１からの受信信号を受信し、信号分配部２２２を介した信号分配部２４からの基準信号の位相を基準に当該受信信号を受信処理部２５に出力するものである。
ここで、受信モジュール２２間で基準信号を共有しない場合、各受信部２２１で受信した受信信号の相対的な位相関係が崩れてしまう。例えば、３つの受信モジュール２２において、各アンテナ素子２１からの受信信号の位相がそれぞれ０ｄｅｇ、３０ｄｅｇ、９０ｄｅｇであったとする。この場合、基準信号を共有しないと、各受信部２２１の出力の位相関係が０ｄｅｇ、３０ｄｅｇ、９０ｄｅｇとはならない。それに対し、受信モジュール２２間で基準信号を共有することで、アンテナ素子２１からの受信信号の位相関係を受信部２２１の出力においても保持することができる。
また、図３の例では、位相差制御部２６からの位相制御信号を用いて、上記基準信号の位相を制御する。

信号分配部２２２は、受信部２２１に入力される基準信号の一部を分岐するものである。この信号分配部２２２により分岐された基準信号は、経路切替え部２２３に出力される。

経路切替え部２２３は、経路切替え部２７により接続された受信モジュール２２（の経路切替え部２２３）と連動し、信号分配部２２２からの基準信号を、自身又は当該受信モジュール２２の位相差検出部２２４に切替えて出力するものである。すなわち、隣接する２つの受信モジュール２２間において、一方の経路切替え部２２３が基準信号を自身の受信モジュール２２の位相差検出部２２４に出力した場合には、他方の経路切替え部２２３は基準信号を外部端子２２５を介して隣接する受信モジュール２２の位相差検出部２２４に出力する。その後、それぞれ他方の経路に切替えた信号出力も行う。この経路切替え部２２３による経路切替えは、手動又は制御部（不図示）により自動で行われる。

位相差検出部２２４は、隣接する２つの受信モジュール２２間の経路切替え部２２３を介した信号分配部２２２からの基準信号に対し、その位相差を検出するものである。この位相差検出部２２４により検出された位相差を示す信号は、位相差制御部２６に出力される。

次に、上記のように構成されたアレイアンテナ装置の動作について説明する。
アレイアンテナ装置の各受信モジュール２２間の位相差の測定及び校正を行う場合、まず、経路切替え部２７により隣接する２つの受信モジュール２２を選択して接続するよう経路を切替える。これにより、上記２つの受信モジュール２２に対して、隣接する他の受信モジュール２２が存在する場合であっても、上記２つの受信モジュール２２を上記他の受信モジュール２２から独立させることができる。

例えば、図３において、隣接する２つの受信モジュール２２−１，２２−２を測定対象とする場合、受信モジュール２２−２には、右隣に隣接している受信モジュール２２−３が存在している。そこで、経路切替え部２７により経路を切替え、受信モジュール２２−２，２２−３間を切断し、受信モジュール２２−１，２２−２間を接続させる。これにより、受信モジュール２２−１，２２−２を他の受信モジュール２２から容易に独立させることができる。

この状態において、隣接する２つの受信モジュール２２間の基準信号の位相差を測定する。なお、各々の受信モジュール２２はそれぞれ同一の構成であり、受信モジュール２２間で相対する経路での経路長の差は無視できるとする。

この際、まず、隣接する２つの受信モジュール２２間において、一方の位相差検出部２２４を用いて位相差を検出する。例えば、受信モジュール２２−１では、経路切替え部２２３−１により、信号分配部２２２−１により分岐された基準信号を受信モジュール２２−２の位相差検出部２２４−２に出力する。一方、受信モジュール２２−２では、経路切替え部２２３−２により、信号分配部２２２−２により分岐された基準信号を自身の位相差検出部２２４−２に出力する。そして、位相差検出部２２４−２にて２つの基準信号の位相差を検出する。

ここで、一方の位相差検出部２２４のみを用いて基準信号の位相差を検出した場合、隣接する２つの受信モジュール２２を接続するケーブルにより信号の位相が変化するため、受信モジュール２２間の基準信号の位相差を正確に測定することができない。

そこで、次に、隣接する２つの受信モジュール２２間において、経路切替え部２２３により基準信号の経路をそれぞれ切替え、他方の位相差検出部２２４を用いて位相差を検出する。すなわち、例えば、受信モジュール２２−１では、経路切替え部２２３−１により、信号分配部２２２−１により分岐された基準信号を自身の位相差検出部２２４−１に出力する。一方、受信モジュール２２−２では、経路切替え部２２３−２により、信号分配部２２２−２により分岐された基準信号を受信モジュール２２−１の位相差検出部２２４−１に出力する。そして、位相差検出部２２４−１にて２つの基準信号の位相差を検出する。

そして、位相差制御部２６により、位相差検出部２２４−１，２２４−２からの２つの位相差の差分をとる。これにより、上記ケーブルによる信号の位相変化をキャンセルアウトすることができ、受信モジュール２２間の基準信号の位相差を正確に測定することができる。そして、この位相差を用いて、受信モジュール２２の校正を行う。

そして、以上の処理を各受信モジュール２２間に対して行うことで、受信モジュール２２間の位相差を校正することが可能となる。

以上のように、この実施の形態２によれば、経路切替え部２７により、隣接する２つの受信モジュール２２を順に選択して接続するよう経路を切替え、当該受信モジュール２２間において、経路切替え部２２３により、信号分配部２２２により分岐された基準信号を、自身又は経路切替え部２７により接続された受信モジュール２２の位相差検出部２２４に切替えて出力し、位相差検出部２２４により、入力された２つの基準信号の位相差を検出し、位相差制御部２６により、隣接する２つの受信モジュール２２の位相差検出部２２４からの位相差の差分から校正を行うように構成したので、従来技術のようにケーブルの付替え作業を行うことなく、従来技術と同等の精度で位相差の測定及び校正を行うことが可能となる。

なお図３では、位相差制御部２６が、受信部２２１に入力される基準信号の位相を制御して校正を行う場合を例に説明を行った。しかしながら、これに限るものではなく、位相差制御部２６が、受信処理部２５により合成される受信信号の位相を制御して校正を行うようにしてもよい。

また、受信モジュール２２に、受信部２２１に入力される基準信号の位相を調整する移相器を設け、位相差制御部２６が、移相器での位相量を制御することで校正を行うようにしてもよい。

実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３に係るアレイアンテナ装置の構成を示すブロック図である。以下では、信号送受信を行うアレイアンテナ装置を用い、送受信モジュール３２間の振幅差及び位相差の校正を行う場合について説明を行う。
アレイアンテナ装置は、図４に示すように、ｎ（ｎは２以上の任意の自然数）個配列されたアンテナ素子３１、ｎ個の送受信モジュール３２、基準信号源３３、信号分配部３４、受信処理部３５、振幅位相差制御部（制御部）３６及び経路切替え部（外部経路切替え部）３７から構成されている。なお図では、複数系統のアンテナ素子３１及び送受信モジュール３２に対し、各機能部を区別するため、各機能部の符号に接尾記号（−１〜−ｎ）を付している。

アンテナ素子３１は、対応する送受信モジュール３２からの送信信号を外部に放射し、また、外部からの受信信号を受信するものである。
送受信モジュール３２は、対応するアンテナ素子３１毎に設けられ、当該アンテナ素子３１に送信信号を出力し、また、当該アンテナ素子３１からの受信信号を受信し、信号分配部３４からの基準信号の位相を基準に当該受信信号を受信処理部３５に出力するものである。この送受信モジュール３２の詳細については後述する。

基準信号源３３は、基準信号を発生するものである。この基準信号源３３により発生された基準信号は、信号分配部３４に出力される。
信号分配部３４は、基準信号源３３により発生された基準信号を、ｎ個に分配するものである。この信号分配部３４により分配された基準信号は、対応する送受信モジュール３２の後述する送信部３２１及び受信部３２２に出力される。
受信処理部３５は、各送受信モジュール３２からの受信信号を合成するものである。

振幅位相差制御部３６は、各送受信モジュール３２での送信信号及び受信信号の振幅差及び位相差を校正するものである。この際、振幅位相差制御部３６は、隣接する２つの送受信モジュール３２の後述する振幅位相差検出部３２６からの送信信号及び受信信号の振幅差及び位相差の差分から、当該送受信モジュール３２間での送信信号及び受信信号の振幅差及び位相差を求め、校正を行う。この振幅位相差制御部３６は、ソフトウェアに基づくＣＰＵを用いたプログラム処理によって実行される。図４の例では、この振幅位相差制御部３６による送信信号の校正内容を示す振幅位相制御信号は、対応する送受信モジュール３２の後述する送信部３２１に出力される。また、この振幅位相差制御部３６による受信信号の校正内容を示す振幅位相制御信号は、対応する送受信モジュール３２の後述する受信部３２２に出力される。

経路切替え部３７は、アレイアンテナ装置の各送受信モジュール３２での送信信号及び受信信号の振幅差及び位相差の測定を行う際に、隣接する２つの送受信モジュール３２を順に選択して接続するよう経路を切替えるものである。この経路切替え部３７による経路切替えは、手動又は制御部（不図示）により自動で行われる。

送受信モジュール３２は、送信部３２１、受信部３２２、共用器３２３、信号分配部３２４、経路切替え部（内部経路切替え部）３２５及び振幅位相差検出部（検出部）３２６から構成されている。また、送受信モジュール３２には、経路切替え部３７を介して隣接する送受信モジュール３２と接続するための外部端子３２７が設けられている。

送信部３２１は、信号分配部３４からの基準信号から送信信号を生成するものである。図４の例では、振幅位相差制御部３６からの振幅位相制御信号を用いて、振幅及び位相を制御した送信信号を生成する。この送信部３２１により生成された送信信号は、共用器３２３を介してアンテナ素子３１に出力される。

受信部３２２は、アンテナ素子３１からの受信信号を共用器３２３を介して受信し、信号分配部３４からの基準信号の位相を基準に当該受信信号を受信処理部３５に出力するものである。図４の例では、振幅位相差制御部３６からの振幅位相制御信号を用いて、上記受信信号の振幅及び位相を制御する。

共用器３２３は、送信経路と受信経路とを分離するものである。この共用器３２３は、送信部３２１からの送信信号を入力した場合には、当該送信信号を信号分配部３２４に出力する。一方、アンテナ素子３１からの受信信号を入力した場合には、当該受信信号を受信部３２２に出力する。

信号分配部３２４は、送信部３２１により生成された送信信号及び受信部３２２により受信される受信信号の一部を分岐するものである。この信号分配部３２４により分岐された送信信号は、経路切替え部３２５に出力される。

経路切替え部３２５は、経路切替え部３７により接続された送受信モジュール３２（の経路切替え部３２５）と連動し、信号分配部３２４からの送信信号及び受信信号を、自身又は当該送受信モジュール３２の振幅位相差検出部３２６に切替えて出力するものである。すなわち、隣接する２つの送受信モジュール３２間において、一方の経路切替え部３２５が送信信号及び受信信号を自身の送受信モジュール３２の振幅位相差検出部３２６に出力した場合には、他方の経路切替え部３２５は送信信号及び受信信号を外部端子３２７を介して隣接する送受信モジュール３２の振幅位相差検出部３２６に出力する。その後、それぞれ他方の経路に切替えた信号出力も行う。この経路切替え部３２５による経路切替えは、手動又は制御部（不図示）により自動で行われる。

振幅位相差検出部３２６は、隣接する２つの送受信モジュール３２間の経路切替え部３２５を介した信号分配部３２４からの送信信号及び受信信号に対し、その振幅差及び位相差を検出するものである。この振幅位相差検出部３２６により検出された振幅差及び位相差を示す信号は、振幅位相差制御部３６に出力される。

なお、上記のように構成されたアレイアンテナ装置の動作は、実施の形態１に係るアレイアンテナ装置の動作と同様であり、その説明を省略する。

また上記では、送受信モジュール３２間の振幅差及び位相差の両方を校正する場合について示した。それに対し、送受信モジュール３２間の振幅差又は位相差のみを校正してもよい。この場合、振幅位相差検出部（検出部）３２６は、送信信号及び受信信号の振幅差又は位相差を検出し、振幅位相差制御部（制御部）３６は、隣接する２つの送受信モジュール３２の振幅位相差検出部３２６による振幅差又は位相差の差分から、送信部３２１により生成される送信信号の振幅又は位相、及び受信部３２２により受信された受信信号の振幅又は位相を制御して校正を行う。

以上のように、この実施の形態３によれば、経路切替え部３７により、隣接する２つの送受信モジュール３２を順に選択して接続するよう経路を切替え、当該送受信モジュール３２間において、経路切替え部３２５により、信号分配部３２４により分岐された送信信号及び受信信号を、自身又は経路切替え部３７により接続された送受信モジュール３２の振幅位相差検出部３２６に切替えて出力し、振幅位相差検出部３２６により、入力された２つの送信信号及び受信信号の振幅差又は位相差のうち少なくとも一方を検出し、振幅位相差制御部３６により、隣接する２つの送受信モジュール３２の振幅位相差検出部３２６による検出結果の差分から校正を行うように構成したので、従来技術のようにケーブルの付替え作業を行うことなく、従来技術と同等の精度で振幅差又は位相差のうち少なくとも一方の測定及び校正を行うことが可能となる。

なお上記では、振幅位相差制御部３６が、送信部３２１により生成される送信信号の振幅又は位相のうち少なくとも一方を制御して校正を行う、また、受信部３２２により受信された受信信号の振幅又は位相のうち少なくとも一方を制御して校正を行う場合を例に説明を行った。しかしながら、これに限るものではなく、振幅位相差制御部３６が、基準信号源３３により発生される基準信号の振幅又は位相のうち少なくとも一方を制御して校正を行うようにしてもよい。また、振幅位相差制御部３６が、受信処理部３５により合成された受信信号の振幅又は位相のうち少なくとも一方を制御して校正を行うようにしてもよい。

また、送受信モジュール３２に、送信部３２１により生成された送信信号の位相を調整する第１の移相器又は送信部３２１により生成された送信信号の振幅を調整する第１の可変増幅器のうち少なくとも一方を設け、振幅位相差制御部３６が、第１の移相器での位相量又は第２の可変移相器での増幅量のうち少なくとも一方を制御することで校正を行うようにしてもよい。
また、送受信モジュール３２に、アンテナ素子３１からの受信信号の位相を調整する第２の移相器又はアンテナ素子３１からの受信信号の振幅を調整する第２の可変増幅器のうち少なくとも一方を設け、振幅位相差制御部３６が、第２の移相器での位相量又は第２の可変移相器での増幅量のうち少なくとも一方を制御することで校正を行うようにしてもよい。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１１，２１，３１ アンテナ素子、１２ 送信モジュール、１３，２３，３３ 基準信号源、１４，２４，３４ 信号分配部、１５，３６ 振幅位相差制御部（制御部）、１６，２７，３７ 経路切替え部（外部経路切替え部）、２２ 受信モジュール、２５，３５ 受信処理部、２６ 位相差制御部、３２ 送受信モジュール、１２１，３２１ 送信部、１２２，２２２，３２４ 信号分配部、１２３，２２３，３２５ 経路切替え部（内部経路切替え部）、１２４，３２６ 振幅位相差検出部（検出部）、１２５，２２５，３２７ 外部端子、２２１，３２２ 受信部、２２４ 位相差検出部、３２３ 共用器。

Claims (17)

1. 複数配列されたアンテナ素子と、
   対応する前記アンテナ素子に送信信号を出力する複数の送信モジュールと、
   各々の前記送信モジュールでの送信信号の振幅差又は位相差のうち少なくとも一方を校正する制御部と、
   隣接する２つの前記送信モジュールを順に選択して接続するよう経路を切替える外部経路切替え部とを備え、
   前記送信モジュールは、
   基準信号から前記送信信号を生成する送信部と、
   前記送信部により生成された送信信号を分岐する信号分配部と、
   入力された２つの前記送信信号の振幅差又は位相差のうち少なくとも一方を検出する検出部と、
   前記外部経路切替え部により接続された前記送信モジュールと連動し、前記信号分配部により分岐された送信信号を、自身又は当該送信モジュールの前記検出部に切替えて出力する内部経路切替え部とを備え、
   前記制御部は、隣接する２つの前記送信モジュールの前記検出部による検出結果の差分から前記校正を行う
   ことを特徴とするアレイアンテナ装置。
2. 前記制御部は、前記送信部により生成される送信信号の振幅又は位相のうち少なくとも一方、又は前記基準信号の振幅又は位相のうち少なくとも一方を制御することで前記校正を行う
   ことを特徴とする請求項１記載のアレイアンテナ装置。
3. 前記送信モジュールは、
   前記送信部により生成された送信信号の位相を調整する移相器を備え、
   前記制御部は、前記移相器での位相量を制御することで前記校正を行う
   ことを特徴とする請求項１記載のアレイアンテナ装置。
4. 前記送信モジュールは、
   前記送信部により生成された送信信号の振幅を調整する可変増幅器を備え、
   前記制御部は、前記可変増幅器での増幅量を制御することで前記校正を行う
   ことを特徴とする請求項１又は請求項３記載のアレイアンテナ装置。
5. 複数配列されたアンテナ素子と、
   対応する前記アンテナ素子からの受信信号を受信し、入力された基準信号の位相を基準に当該受信信号を出力する複数の受信モジュールと、
   前記受信モジュールにより出力された受信信号を合成する受信処理部と、
   各々の前記受信モジュールでの前記基準信号の位相差を校正する位相差制御部と、
   隣接する２つの前記受信モジュールを順に選択して接続するよう経路を切替える外部経路切替え部とを備え、
   前記受信モジュールは、
   前記アンテナ素子からの受信信号を受信し、入力された前記基準信号の位相を基準に当該受信信号を出力する受信部と、
   前記受信部に入力される前記基準信号を分岐する信号分配部と、
   入力された２つの前記基準信号の位相差を検出する位相差検出部と、
   前記外部経路切替え部により接続された前記受信モジュールと連動し、前記信号分配部により分岐された前記基準信号を、自身又は当該受信モジュールの前記位相差検出部に切替えて出力する内部経路切替え部とを備え、
   前記位相差制御部は、隣接する２つの前記受信モジュールの前記位相差検出部による検出結果の差分から前記校正を行う
   ことを特徴とするアレイアンテナ装置。
6. 前記位相差制御部は、前記受信部に入力される前記基準信号の位相、又は前記受信処理部により合成される受信信号の位相を制御することで前記校正を行う
   ことを特徴とする請求項５記載のアレイアンテナ装置。
7. 前記受信モジュールは、
   前記受信部に入力される前記基準信号の位相を調整する移相器を備え、
   前記位相差制御部は、前記移相器での位相量を制御することで前記校正を行う
   ことを特徴とする請求項５記載のアレイアンテナ装置。
8. 複数配列されたアンテナ素子と、
   対応する前記アンテナ素子に送信信号を出力し、また、当該アンテナ素子からの受信信号を受信し、入力された基準信号の位相を基準に当該受信信号を出力する複数の送受信モジュールと、
   前記送受信モジュールにより出力された受信信号を合成する受信処理部と、
   各々の前記送受信モジュールでの送信信号及び受信信号の振幅差又は位相差のうち少なくとも一方を校正する制御部と、
   隣接する２つの前記送受信モジュールを順に選択して接続するよう経路を切替える外部経路切替え部とを備え、
   前記送受信モジュールは、
   基準信号から前記送信信号を生成する送信部と、
   前記アンテナ素子からの受信信号を受信し、入力された前記基準信号の位相を基準に当該受信信号を出力する受信部と、
   前記送信部により生成された送信信号、及び前記受信部により受信される受信信号を分岐する信号分配部と、
   入力された２つの送信信号及び２つの受信信号の振幅差又は位相差のうち少なくとも一方を検出する検出部と、
   前記外部経路切替え部により接続された前記送受信モジュールと連動し、前記信号分配部により分岐された送信信号及び受信信号を、自身又は当該送受信モジュールの前記検出部に切替えて出力する内部経路切替え部とを備え、
   前記制御部は、隣接する２つの前記送受信モジュールの前記検出部による検出結果の差分から前記校正を行う
   ことを特徴とするアレイアンテナ装置。
9. 前記制御部は、前記送信部により生成される送信信号の振幅又は位相のうち少なくとも一方、又は前記基準信号の振幅又は位相のうち少なくとも一方を制御することで前記校正を行う
   ことを特徴とする請求項８記載のアレイアンテナ装置。
10. 前記制御部は、前記受信部により受信される受信信号の振幅又は位相のうち少なくとも一方、又は前記受信処理部により合成される受信信号の振幅又は位相のうち少なくとも一方を制御することで前記校正を行う
    ことを特徴とする請求項８又は請求項９記載のアレイアンテナ装置。
11. 前記送受信モジュールは、
    前記送信部により生成された送信信号の位相を調整する第１の移相器を備え、
    前記制御部は、前記第１の移相器での位相量を制御することで前記校正を行う
    ことを特徴とする請求項８記載のアレイアンテナ装置。
12. 前記送受信モジュールは、
    前記送信部により生成された送信信号の振幅を調整する第１の可変増幅器を備え、
    前記制御部は、前記第１の可変増幅器での増幅量を制御することで前記校正を行う
    ことを特徴とする請求項８又は請求項１１記載のアレイアンテナ装置。
13. 前記送受信モジュールは、
    前記アンテナ素子からの受信信号の位相を調整する第２の移相器を備え、
    前記制御部は、前記第２の移相器での位相量を制御することで前記校正を行う
    ことを特徴とする請求項８、請求項１１又は請求項１２記載のアレイアンテナ装置。
14. 前記送受信モジュールは、
    前記アンテナ素子からの受信信号の振幅を調整する第２の可変増幅器を備え、
    前記制御部は、前記第２の可変増幅器での増幅量を制御することで前記校正を行う
    ことを特徴とする請求項８、請求項１１から請求項１３のうちのいずれか１項記載のアレイアンテナ装置。
15. 複数配列されたアンテナ素子と、対応する前記アンテナ素子に送信信号を出力する複数の送信モジュールとを備えたアレイアンテナ装置の校正方法において、
    制御部が、各々の前記送信モジュールでの送信信号の振幅差又は位相差のうち少なくとも一方を校正する制御ステップと、
    外部経路切替え部が、隣接する２つの前記送信モジュールを順に選択して接続するよう経路を切替える外部経路切替えステップとを有し、
    前記送信モジュールは、
    送信部が、基準信号から前記送信信号を生成する送信ステップと、
    信号分配部が、前記送信部により生成された送信信号を分岐する信号分配ステップと、
    検出部が、入力された２つの前記送信信号の振幅差又は位相差のうち少なくとも一方を検出する検出ステップと、
    内部経路切替え部が、前記外部経路切替え部により接続された前記送信モジュールと連動し、前記信号分配部により分岐された送信信号を、自身又は当該送信モジュールの前記検出部に切替えて出力する内部経路切替えステップとを有し、
    前記制御ステップでは、隣接する２つの前記送信モジュールの前記検出部による検出結果の差分から前記校正を行う
    ことを特徴とする校正方法。
16. 複数配列されたアンテナ素子と、対応する前記アンテナ素子からの受信信号を受信し、入力された基準信号の位相を基準に当該受信信号を出力する複数の受信モジュールと、前記受信モジュールにより出力された受信信号を合成する受信処理部とを備えたアレイアンテナ装置の校正方法において、
    位相差制御部が、各々の前記受信モジュールでの前記基準信号の位相差を校正する位相差制御ステップと、
    外部経路切替え部が、隣接する２つの前記受信モジュールを順に選択して接続するよう経路を切替える外部経路切替えステップとを有し、
    前記受信モジュールは、
    受信部が、前記アンテナ素子からの受信信号を受信し、入力された前記基準信号の位相を基準に当該受信信号を出力する受信ステップと、
    信号分配部が、前記受信部に入力される前記基準信号を分岐する信号分配ステップと、
    位相差検出部が、入力された２つの前記基準信号の位相差を検出する位相差検出ステップと、
    内部経路切替え部が、前記外部経路切替え部により接続された前記受信モジュールと連動し、前記信号分配部により分岐された前記基準信号を、自身又は当該受信モジュールの前記位相差検出部に切替えて出力する内部経路切替えステップとを有し、
    前記位相差制御ステップは、隣接する２つの前記受信モジュールの前記位相差検出部による検出結果の差分から前記校正を行う
    ことを特徴とする校正方法。
17. 複数配列されたアンテナ素子と、対応する前記アンテナ素子に送信信号を出力し、また、当該アンテナ素子からの受信信号を受信し、入力された基準信号の位相を基準に当該受信信号を出力する複数の送受信モジュールと、前記送受信モジュールにより出力された受信信号を合成する受信処理部とを備えたアレイアンテナ装置の校正方法において、
    制御部が、各々の前記送受信モジュールでの送信信号及び受信信号の振幅差又は位相差のうち少なくとも一方を校正する制御ステップと、
    外部経路切替え部が、隣接する２つの前記送受信モジュールを順に選択して接続するよう経路を切替える外部経路切替えステップとを有し、
    前記送受信モジュールは、
    送信部が、基準信号から前記送信信号を生成する送信ステップと、
    受信部が、前記アンテナ素子からの受信信号を受信し、入力された前記基準信号の位相を基準に当該受信信号を出力する受信ステップと、
    信号分配部が、前記送信部により生成された送信信号、及び前記受信部への受信信号を分岐する信号分配ステップと、
    検出部が、入力された２つの送信信号及び２つの受信信号の振幅差又は位相差のうち少なくとも一方を検出する検出ステップと、
    内部経路切替え部が、前記外部経路切替え部により接続された前記送受信モジュールと連動し、前記信号分配部により分岐された送信信号及び受信信号を、自身又は当該送受信モジュールの前記検出部に切替えて出力する内部経路切替えステップとを有し、
    前記制御ステップは、隣接する２つの前記送受信モジュールの前記検出部による検出結果の差分から前記校正を行う
    ことを特徴とする校正方法。

Images