JP6249974B2 - フェーズドアレーアンテナ装置及びフェーズドアレーアンテナの制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、通信装置やレーダ装置などが信号を送受信する際に用いられるフェーズドアレーアンテナ装置及びフェーズドアレーアンテナの制御方法に関し、特にアンテナから放射されるスプリアスを制御することが可能なフェーズドアレーアンテナ装置及びフェーズドアレーアンテナの制御方法に関するものである。

無線通信においては、信号を変復調する際に、ディジタル信号処理が用いられることが多い。
変復調装置に搭載されるディジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器として、例えば、数１０ＭＨｚから数１００ＭＨｚ程度の周波数である中間周波数（以下、「ＩＦ周波数」と称する）のアナログ信号を出力するＤ／Ａ変換器が変復調装置に搭載されることがある。
また、空間に放射する信号として、数ＧＨｚから数１０ＧＨｚ程度の周波数である無線周波数（以下、「ＲＦ周波数」と称する）の信号が用いられることがある。
この場合、Ｄ／Ａ変換器により変換されたＩＦ周波数のアナログ信号（以下、「ＩＦ信号」と称する）をＲＦ周波数の信号に変換するミキサが必要となる。

ミキサは、一般的に、ローカル周波数（以下、「Ｌｏ周波数」と称する）の信号（以下、「Ｌｏ信号」と称する）とＩＦ信号を入力し、そのＬｏ周波数とＩＦ周波数との和の周波数の信号（Ｌｏ周波数＋ＩＦ周波数の信号）と、そのＬｏ周波数とＩＦ周波数との差の周波数の信号（Ｌｏ周波数−ＩＦ周波数の信号）とを出力する。
ここで、例えば、Ｌｏ周波数＋ＩＦ周波数の信号が所望の周波数の信号である場合、Ｌｏ周波数−ＩＦ周波数の信号は、不要な周波数（以下、「Ｉｍ周波数」と称する）の信号であり、ミキサとアンテナの間に、Ｉｍ周波数の信号を抑圧するフィルタを設ければ、アンテナからＲＦ周波数の信号だけを放射される。

ただし、実際には、ミキサの出力として、ＲＦ周波数の信号とＩｍ周波数の信号だけでなく、Ｌｏ周波数の信号も一部漏洩する。
Ｌｏ周波数の信号が漏洩する現象はローカルリークと呼ばれ、アンテナからＲＦ周波数の信号だけを放射されるようにするために、フィルタでＬｏ周波数の信号を抑圧する方法を用いることが考えられる。
しかし、ＲＦ周波数とＬｏ周波数は、比較的近接しているため、Ｌｏ周波数の信号を十分に抑圧することが困難な場合がある。Ｌｏ周波数の信号を十分に抑圧することができない場合、Ｌｏ周波数の信号がスプリアスとしてアンテナから放射される。

以下の特許文献１には、ミキサを２つに並列に配置したバランス形とし、２つのミキサの出力に平衡−不平衡回路を接続することで、Ｌｏ周波数の信号を抑圧する方法が開示されている。
また、以下の特許文献２には、Ｌｏ周波数の信号経路に移相器あるいはハイブリッド等の位相調整手段を別途設け、Ｌｏ周波数の信号の位相を制御して、アンテナから放射されるＬｏ周波数の信号の方向を制御することで、Ｌｏ周波数の信号が放射されることに伴う他のシステムへの影響を回避する方法が開示されている。

国際公開第２００１／００１５６４号 国際公開第２０１１／０７７６１７号

従来のフェーズドアレーアンテナ装置は以上のように構成されているので、特許文献１の方法を用いる場合、フェーズドアレーアンテナを構成する素子アンテナ毎に、２つのミキサと平衡−不平衡回路を実装する必要があり、回路構成が複雑になってしまうという課題があった。
特許文献２の方法を用いる場合、Ｌｏ周波数の信号経路に移相器あるいはハイブリッド等の位相調整手段を別途設ける必要があり、回路構成が複雑になってしまう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、回路構成の複雑化を招くことなく、素子アンテナからＬｏ周波数の信号が放射されることに伴う他のシステムへの影響を回避することができるフェーズドアレーアンテナ装置及びフェーズドアレーアンテナの制御方法を得ることを目的とする。

この発明に係るフェーズドアレーアンテナ装置は、中間周波数の信号を発生する第１の信号発生器と、ローカル周波数の信号を発生する第２の信号発生器と、第１の信号発生器から発生された中間周波数の信号の位相を調整する複数の移相器と、移相器により位相が調整された中間周波数の信号と第２の信号発生器から発生されたローカル周波数の信号とを混合して、その中間周波数の信号とローカル周波数の信号との混合信号を出力する複数のミキサと、ミキサから出力された混合信号に含まれているローカル周波数の信号の位相を調整する複数の位相調整部と、位相調整部によりローカル周波数の信号の位相が調整された混合信号を空間に放射する複数の素子アンテナとを備えるようにしたものである。

この発明によれば、複数の位相調整部がミキサから出力された混合信号に含まれているローカル周波数の信号の位相を調整するように構成したので、回路構成の複雑化を招くことなく、素子アンテナからローカル周波数の信号が放射されることに伴う他のシステムへの影響を回避することができる効果がある。

この発明の実施の形態１によるフェーズドアレーアンテナ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態１によるフェーズドアレーアンテナ装置の処理内容であるフェーズドアレーアンテナの制御方法を示すフローチャートである。 ミキサ４及びフィルタ６から出力された混合信号の周波数成分の一例を示す説明図である。 Ｌｏ周波数の信号の位相が、複数の素子アンテナ７の配列において市松模様状で同相と逆相が繰り返される場合の一例を示す説明図である。 この発明の実施の形態２によるフェーズドアレーアンテナ装置を示す構成図である。 位相調整部１２を構成している差動線路の結線を示す説明図である。 この発明の実施の形態３によるフェーズドアレーアンテナ装置を示す構成図である。 ２点給電パッチアンテナの構成例を示す斜視図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面にしたがって説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるフェーズドアレーアンテナ装置を示す構成図である。
図１において、ＩＦ信号源１は中間周波数（以下、「ＩＦ周波数」と称する）の信号（以下、「ＩＦ信号」と称する）を発生する第１の信号発生器である。
Ｌｏ信号源２はローカル周波数（以下、「Ｌｏ周波数」と称する）の信号（以下、「Ｌｏ信号」と称する）を発生する第２の信号発生器である。

移相器３は図示せぬ制御器によって移相量が設定され、その移相量にしたがってＩＦ信号源１から発生されたＩＦ信号の位相を調整し、位相調整後のＩＦ信号をミキサ４に出力する。
ミキサ４は移相器３により位相が調整されたＩＦ信号とＬｏ信号源２から発生されたＬｏ信号とを混合して、そのＩＦ信号とＬｏ信号との混合信号を出力する。
なお、ミキサ４から出力される混合信号には、Ｌｏ周波数とＩＦ周波数との和の周波数の信号（Ｌｏ周波数＋ＩＦ周波数の信号）と、そのＬｏ周波数とＩＦ周波数との差の周波数の信号（Ｌｏ周波数−ＩＦ周波数の信号）と、漏洩したＬｏ信号とが含まれている。
この実施の形態１では、説明の便宜上、Ｌｏ周波数とＩＦ周波数との和の周波数が所望の周波数の信号であるとし、Ｌｏ周波数とＩＦ周波数との差の周波数が不要な周波数（以下、「Ｉｍ周波数」と称する）の信号であるとする。

位相調整部５はミキサ４から出力された混合信号に含まれているＬｏ周波数の信号の位相を予め設定された位相に調整する。
フィルタ６は例えばバンドパスフィルタや、バンドリジェクションフィルタなどで構成されており、位相調整部５によりＬｏ周波数の信号の位相が調整された混合信号に含まれている所望の周波数の信号を通過させる一方、その混合信号に含まれているＩｍ周波数の信号とＬｏ周波数の信号とを抑圧する。
ただし、フィルタ６ではＩｍ周波数の信号とＬｏ周波数の信号を完全には抑圧することができず、Ｉｍ周波数の信号とＬｏ周波数の信号の一部が通過する。

素子アンテナ７はフェーズドアレーアンテナを構成しており、フィルタ６を通過してきた混合信号を空間に放射する。
図１では、４本の素子アンテナ７からフェーズドアレーアンテナが構成されている例を示しているが、２本以上の素子アンテナ７で構成されていればよく、素子アンテナ７の本数は問わない。
また、図１の例では、４本の素子アンテナ７が直線上に配列されているものを示しているが、２次元的あるいは３次元的に配列されているものものであってもよい。
図２はこの発明の実施の形態１によるフェーズドアレーアンテナ装置の処理内容であるフェーズドアレーアンテナの制御方法を示すフローチャートである。

次に動作について説明する。
ＩＦ信号源１は、ＩＦ周波数の信号であるＩＦ信号を発生し、Ｌｏ信号源２は、Ｌｏ周波数の信号であるＬｏ信号を発生する（図２のステップＳＴ１）。
なお、ＩＦ信号源１から発生されるＩＦ信号は、情報が重畳されている変調信号であってもよい。

移相器３は、図示せぬ制御器によって移相量が設定されており、ＩＦ信号源１からＩＦ信号を受けると、その移相量にしたがって当該ＩＦ信号の位相を調整し、位相調整後のＩＦ信号をミキサ４に出力する（ステップＳＴ２）。
移相器３の移相量は、素子アンテナ７から放射される混合信号が、指定された方向にピーク（メインローブ）が形成されるように、あるいは、指定された方向にヌルが形成されるように設定される。
ここでは、移相器３がＩＦ信号の位相を調整しているが、ＩＦ信号の位相を調整することで、素子アンテナ７から放射される混合信号の位相を調整することができる。

ミキサ４は、移相器３から位相調整後のＩＦ信号を受けると、位相調整後のＩＦ信号とＬｏ信号源２から発生されたＬｏ信号とを混合して、そのＩＦ信号とＬｏ信号との混合信号を出力する（ステップＳＴ３）。
図３はミキサ４及びフィルタ６から出力された混合信号の周波数成分の一例を示す説明図である。
図３（ａ）に示すように、ミキサ４から出力される混合信号には、所望の周波数の信号のほかに、不要な周波数であるＩｍ周波数の信号と、一部漏洩したＬｏ周波数の信号とが含まれている。

位相調整部５は、ミキサ４から混合信号を受けると、その混合信号に含まれているＬｏ周波数の信号の位相を予め設定された位相に調整し、Ｌｏ周波数の信号の位相を調整した後の混合信号をフィルタ６に出力する（ステップＳＴ４）。
位相調整部５は、複数の素子アンテナ７から放射される混合信号に含まれているＬｏ周波数の信号の位相が、Ｌｏ周波数の信号の放射方向で共相になるようにするために設けられている。この実施の形態１では、Ｌｏ周波数の信号の放射方向は、他のシステムが存在していない方向に予め設定されているものとする。位相調整部５の詳細は後述する。

フィルタ６は、位相調整部５からＬｏ周波数の信号の位相が調整された混合信号を受けると、その混合信号に含まれている所望の周波数の信号を通過させる一方、その混合信号に含まれているＩｍ周波数の信号とＬｏ周波数の信号とを抑圧する（ステップＳＴ５）。
ただし、図３（ｂ）に示すように、Ｉｍ周波数の信号とＬｏ周波数の信号は、完全には抑圧することができず、Ｉｍ周波数の信号とＬｏ周波数の信号の一部が通過する。
素子アンテナ７は、フィルタ６を通過してきた混合信号を空間に放射する（ステップＳＴ６）。

以下、位相調整部５について説明する。
この実施の形態１では、位相調整部５が伝送線路で構成されている例を説明する。
説明の便宜上、Ｌｏ信号源２から４本の素子アンテナ７に至る４つの信号経路は、位相調整部５を構成している伝送線路の部分を除いて、全て等長であるものとする。
Ｌｏ信号源２から４本の素子アンテナ７に至る４つの信号経路には、Ｌｏ周波数の信号の位相を調整する移相器が挿入されていないが、混合信号の位相を調整することが可能な位相調整部５が挿入されている。
４つの信号経路に挿入されている位相調整部５は、伝送線路で構成されており、素子アンテナ７からＬｏ周波数の信号が放射されることで、影響を与える可能性がある他のシステムの方向が既知であれば、他のシステムの方向以外の方向で、Ｌｏ周波数の信号の位相が共相となるように、各々の伝送線路の長さが事前に調整されている。

例えば、各素子アンテナ７が直線上に配列されている場合、各素子アンテナ７の間隔ｄと、各素子アンテナ７の位相差φと、Ｌｏ周波数の信号の放射方向θとの関係は、下記の式（１）のように表される。
ｋ・ｄ・ｓｉｎθ＝φ （１）
式（１）において、ｋは波数である。
式（１）より、各位相調整部５を構成している伝送線路の長さを調整することで、各素子アンテナ７の位相差φを調整すれば、Ｌｏ周波数の信号の放射方向θが位相差φに応じた方向になることが分かる。
したがって、各位相調整部５を構成している伝送線路の長さを事前に調整することで、Ｌｏ周波数の信号の放射方向θを所望の方向に設定することができる。

このように、Ｌｏ周波数の信号の位相が予め設定された放射方向で共相となるように、各々の伝送線路の長さが事前に調整されていれば、予め設定された放射方向、即ち、他のシステムの方向と異なる方向にＬｏ周波数の信号のピークが発生するようにすることができるため、他のシステムへの影響を回避することができる。

ここでは、Ｌｏ周波数の信号の位相が予め設定された放射方向で共相となるように、各々の伝送線路の長さが事前に調整されている例を示しているが、Ｌｏ周波数の放射パターンに大きなピークが生じないように、各々の伝送線路の長さが事前に調整されているものであってもよい。
Ｌｏ周波数の放射パターンに大きなピークが生じていなければ、他のシステムに対する大きな影響を回避することができる。
例えば、Ｌｏ周波数の信号の位相がランダム位相となるように、各々の伝送線路の長さが事前に調整されていれば、Ｌｏ周波数の放射パターンに大きなピークが生じないようにすることができる。

また、図１の例では、４本の素子アンテナ７が直線上に配列されているため、４本の素子アンテナ７から放射されるＬｏ周波数の信号の位相が、４本の素子アンテナ７の配列順に同相と逆相が繰り返されるように、即ち、図中、上側から１番目の素子アンテナ７から放射されるＬｏ周波数の信号の位相が０°、上から２番目の素子アンテナ７から放射されるＬｏ周波数の信号の位相が１８０°、上から３番目の素子アンテナ７から放射されるＬｏ周波数の信号の位相が０°、上から４番目の素子アンテナ７から放射されるＬｏ周波数の信号の位相が１８０°になるように、各々の伝送線路の長さが事前に調整されていても、Ｌｏ周波数の放射パターンに大きなピークが生じないようにすることができる。

図１では、４本の素子アンテナ７が直線上に配列されているリニアアレーの例を示しているが、複数の素子アンテナ７が２次元に配列されている平面アレーの場合、複数の素子アンテナ７から放射されるＬｏ周波数の信号の位相が、複数の素子アンテナ７の配列において同相と逆相が繰り返されるように、各々の伝送線路の長さが事前に調整されていても、Ｌｏ周波数の放射パターンに大きなピークが生じないようにすることができる。
図４はＬｏ周波数の信号の位相が、複数の素子アンテナ７の配列において市松模様状で同相と逆相が繰り返される場合の一例を示す説明図である。
図４の例では、複数の素子アンテナ７から放射されるＬｏ周波数の信号の位相が、０°と１８０°の市松模様状の繰り返しパターンになっている。
ただし、０°と１８０°は素子アンテナ７間の相対位相であり、例えば、α°と（１８０＋α）°の市松模様状の繰り返しパターンであっても、相対的な位相は同じである。

なお、位相調整部５である伝送線路の長さを調整することで、混合信号の位相も変化するが、この位相の変化は、移相器３の移相量を調整することで相殺することができる。
したがって、移相器３の移相量を調整することで、混合信号の放射パターンを変えることがきる一方、移相器３は、Ｌｏ信号源２から４本の素子アンテナ７に至る信号経路上には存在していないため、混合信号の放射パターンが変化しても、Ｌｏ周波数の放射パターンは変化しない。

また、ミキサ４が、Ｌｏ周波数として高調波を用いるミキサである場合、例えば、Ｌｏ周波数は所望の周波数（Ｌｏ周波数＋ＩＦ周波数の信号）の半分の周波数であり、波長が長くなるため、Ｌｏ信号源２から複数のミキサ４に至るＬｏ周波数の信号経路の回路が多少大型化するが、この実施の形態１では、移相器などの特別な回路がＬｏ周波数の信号経路に実装されていないため、このＬｏ周波数の信号経路の回路の大型化を必要最小限に抑えることができる。

この実施の形態１では、所望の周波数の信号のほかに、不要な周波数であるＩｍ周波数の信号が出力されるミキサ４を用いているものを示したが、Ｉｍ周波数の信号を出力しないイメージリジェクション型のミキサを用いるようにしてもよい。この場合、フィルタ６の搭載を省略することができる。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、複数の位相調整部５がミキサ４から出力された混合信号に含まれているＬｏ周波数の信号の位相を調整するように構成したので、回路構成の複雑化を招くことなく、素子アンテナ７からＬｏ周波数の信号が放射されることに伴う他のシステムへの影響を回避することができる効果を奏する。
即ち、Ｌｏ信号源２から複数のミキサ４に至るＬｏ周波数の信号経路に、移相器などの特別な回路を実装する必要がないため、回路構成の複雑化や大型化を招くことなく、素子アンテナ７からＬｏ周波数の信号が放射されることに伴う他のシステムへの影響を回避することができる。

なお、この実施の形態１では、ＩＦ信号源１がＩＦ周波数の信号であるＩＦ信号を発生するものを示したが、ＩＦ信号源１の代わりに、ベースバンド信号を発生する信号発生器を搭載するようにしてもよい。
この場合、移相器３は、その信号発生器から発生されたベースバンド信号の位相を調整し、ミキサ４は、移相器３により位相が調整されたベースバンド信号とＬｏ信号源２から発生されたＬｏ信号とを混合して、そのベースバンド信号とＬｏ信号との混合信号を出力する。

実施の形態２．
この実施の形態２では、ミキサ４から素子アンテナ７に至る各々の信号経路が差動線路であるものについて説明する。
図５はこの発明の実施の形態２によるフェーズドアレーアンテナ装置を示す構成図であり、図５において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
増幅器１１はフィルタ６から出力された混合信号を増幅し、増幅後の混合信号を位相調整部１２に出力する。
図５の例では、混合信号を増幅する増幅器１１を実装しているが、混合信号を増幅する必要がない場合には、増幅器１１を実装しないようにしてもよい。

位相調整部１２は伝送線路で構成されており、また、この伝送線路は差動線路で構成されている。ただし、４つの位相調整部１２である差動線路のうち、一部の差動線路の結線が反転している。図５の例では、図中、上側から２番目及び４番目の差動線路の結線が反転している。
図５の例では、位相調整部１２が増幅器１１と素子アンテナ７の間に設けられているが、ミキサ４から素子アンテナ７に至る信号経路中であれば、どこの位置に設けてもよい。
この実施の形態２では、素子アンテナ７が２端子を有する差動入力が可能なアンテナを想定している。例えば、ダイポールアンテナや八木・宇田アンテナ等は差動入力が可能なアンテナである。
図５では、４本の素子アンテナ７からフェーズドアレーアンテナが構成されている例を示しているが、２本以上の素子アンテナ７で構成されていればよく、素子アンテナ７の本数は問わない。
また、図５の例では、４本の素子アンテナ７が直線上に配列されているものを示しているが、２次元的あるいは３次元的に配列されているものであってもよい。

図６は位相調整部１２を構成している差動線路の結線を示す説明図である。
図６（ａ）は差動線路の結線が同相接続である場合を示し、図６（ｂ）は差動線路の結線が逆相接続である場合を示している。
図６において、２１，２２は線路、２３は位相調整部１２の出力端子であり、素子アンテナ７の２端子と接続されている。
線路２１と線路２２は別層に設けられているため導通していない。
なお、線路２１，２２は、例えば、半導体上の配線パターンであってもよいし、樹脂基板上の配線パターンであってもよい。

次に動作について説明する。
この実施の形態２では、ミキサ４から素子アンテナ７に至る信号経路が差動の構成になっている点で上記実施の形態１と相違している。
そのため、この実施の形態２では、位相調整部５の代わりに、位相調整部１２が設けられている。

４つの位相調整部１２は、差動線路で構成されており、図５の例では、上側から１番目の差動線路と上側から３番目の差動線路の結線が図６（ａ）に示すような同相接続となっており、上側から２番目の差動線路と上側から４番目の差動線路の結線が図６（ｂ）に示すような逆相接続となっている。
このため、上側から１番目及び３番目の差動線路を通過して、素子アンテナ７から放射される混合信号の位相と、上側から２番目及び４番目の差動線路を通過して、素子アンテナ７から放射される混合信号の位相との差が１８０°になっている。
これにより、４本の素子アンテナ７から放射されるＬｏ周波数の放射パターンに大きなピークが生じないようにすることができる。

図５の例では、４本の素子アンテナ７から放射されるＬｏ周波数の信号の位相が、４本の素子アンテナ７の配列順に同相と逆相が繰り返されるように、同相接続の差動線路と逆相接続の差動線路とを交互に配置しているが、同相接続の差動線路と逆相接続の差動線路とがランダムに配置されているものであってもよい。この場合も、４本の素子アンテナ７から放射されるＬｏ周波数の放射パターンに大きなピークが生じないようにすることができる。

図５では、４本の素子アンテナ７が直線上に配列されているリニアアレーの例を示しているが、複数の素子アンテナ７が２次元に配列されている平面アレーの場合、複数の素子アンテナ７から放射されるＬｏ周波数の信号の位相が、図４に示すように、０°と１８０°の市松模様状の繰り返しパターンになっているものであってもよい。
ただし、０°と１８０°は素子アンテナ７間の相対位相であり、例えば、α°と（１８０＋α）°の市松模様状の繰り返しパターンであっても、相対的な位相は同じである。

なお、位相調整部１２である差動線路の結線を変えることで、混合信号の位相も変化するが、この位相の変化は、移相器３の移相量を調整することで相殺することができる。
したがって、移相器３の移相量を調整することで、混合信号の放射パターンを変えることがきる一方、移相器３は、Ｌｏ信号源２から４本の素子アンテナ７に至る信号経路上には存在していないため、混合信号の放射パターンが変化しても、Ｌｏ周波数の放射パターンは変化しない。

また、ミキサ４が、Ｌｏ周波数として高調波を用いるミキサである場合、例えば、Ｌｏ周波数は所望の周波数の半分の周波数であり、波長が長くなるため、Ｌｏ信号源２から複数のミキサ４に至るＬｏ周波数の信号経路の回路が多少大型化するが、この実施の形態２では、移相器などの特別な回路がＬｏ周波数の信号経路に実装されていないため、このＬｏ周波数の信号経路の回路の大型化を必要最小限に抑えることができる。

この実施の形態２では、所望の周波数の信号のほかに、不要な周波数であるＩｍ周波数の信号が出力されるミキサ４を用いているものを示したが、Ｉｍ周波数の信号を出力しないイメージリジェクション型のミキサを用いるようにしてもよい。この場合、フィルタ６の搭載を省略することができる。

この実施の形態２では、４つの信号経路において、配線長の差が信号の波長と比べて十分に短く、配線長の差に起因する位相変化を無視できることを想定しているが、配線長の差に起因する位相変化を無視できない場合は、４つの信号経路における配線長が全て等しくなるようにすればよい。

この実施の形態２では、ミキサ４から素子アンテナ７に至る信号経路の全部が差動の構成になっているものを示したが、ミキサ４から素子アンテナ７に至る信号経路の一部が差動の構成になっているものであってもよい。
例えば、位相調整部１２である差動線路がミキサ４と増幅器１１の間に挿入され、増幅器１１として、シングル出力の増幅器を用いるものなどが考えられる。

また、この実施の形態２では、ＩＦ信号源１がＩＦ周波数の信号であるＩＦ信号を発生するものを示したが、ＩＦ信号源１の代わりに、ベースバンド信号を発生する信号発生器を搭載するようにしてもよい。
この場合、移相器３は、その信号発生器から発生されたベースバンド信号の位相を調整し、ミキサ４は、移相器３により位相が調整されたベースバンド信号とＬｏ信号源２から発生されたＬｏ信号とを混合して、そのベースバンド信号とＬｏ信号との混合信号を出力する。

実施の形態３．
上記実施の形態２では、ミキサ４から素子アンテナ７に至る信号経路の全部が差動の構成になっているものを示したが、素子アンテナ７である２点給電アンテナの２つの端子と差動線路の間に、２本のシングルエンド線路が挿入されているようにしてもよい。

図７はこの発明の実施の形態３によるフェーズドアレーアンテナ装置を示す構成図であり、図７において、図５と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
シングルエンド線路３０ａ，３０ｂは位相調整部１２である差動線路と、素子アンテナ７である２点給電アンテナの２つの端子との間を結んでいるグランドを有する線路である。
図７では、４本の素子アンテナ７からフェーズドアレーアンテナが構成されている例を示しているが、２本以上の素子アンテナ７で構成されていればよく、素子アンテナ７の本数は問わない。
また、図７の例では、４本の素子アンテナ７が直線上に配列されているものを示しているが、２次元的あるいは３次元的に配列されているものであってもよい。

次に動作について説明する。
シングルエンド線路３０ａ，３０ｂを挿入している点以外は、上記実施の形態２と同様であるため、ここではシングルエンド線路３０ａ，３０ｂについて説明する。
シングルエンド線路３０ａとシングルエンド線路３０ｂの長さが等長である場合、位相調整部１２から出力された差動信号がそのまま素子アンテナ７に与えられる。
一方、シングルエンド線路３０ａとシングルエンド線路３０ｂの長さが不等長である場合、位相調整部１２から出力された差動信号における２つの信号には、シングルエンド線路３０ａとシングルエンド線路３０ｂの線路長差による位相差が付加される。

この実施の形態３では、素子アンテナ７として、任意の位相で入力が可能な２つの端子を有する２点給電アンテナを想定しているが、このような２点給電アンテナとして、例えば、２点給電パッチアンテナなどがある。
図８は２点給電パッチアンテナの構成例を示す斜視図である。
図８の例では、誘電体基板３１上にパッチ３２とマイクロストリップ線路３３ａ，３３ｂとが形成されている。
図８のマイクロストリップ線路３３ａが図７のシングルエンド線路３０ａに相当し、図８のマイクロストリップ線路３３ｂが図７のシングルエンド線路３０ｂに相当する。また、図８のパッチ３２が図７の素子アンテナ７に相当する。

図８の例では、マイクロストリップ線路３３ａ，３３ｂがあり、所望の周波数において、差動信号における２つの信号の位相差が９０°になるように、マイクロストリップ線路３３ａとマイクロストリップ線路３３ｂとの間の線路長が設定されている。
この場合、所望信号である混合信号を円偏波で送信することが可能なフェーズドアレーアンテナ装置を得ることができる。
なお、Ｌｏ周波数の信号は楕円偏波もしくは直線偏波となる。シングルエンド線路３０ａ，３０ｂであるマイクロストリップ線路３３ａ，３３ｂは、４つの信号経路において、全て同一であるため、放射される偏波は同じである。
一方、位相調整部１２である差動線路の結線は、上記実施の形態２と同様である。これにより、上記実施の形態２と同様に、素子アンテナ７から放射されるＬｏ信号の位相を調整することができる。

また、この実施の形態３では、ＩＦ信号源１がＩＦ周波数の信号であるＩＦ信号を発生するものを示したが、ＩＦ信号源１の代わりに、ベースバンド信号を発生する信号発生器を搭載するようにしてもよい。
この場合、移相器３は、その信号発生器から発生されたベースバンド信号の位相を調整し、ミキサ４は、移相器３により位相が調整されたベースバンド信号とＬｏ信号源２から発生されたＬｏ信号とを混合して、そのベースバンド信号とＬｏ信号との混合信号を出力する。

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。

１ ＩＦ信号源（第１の信号発生器）、２ Ｌｏ信号源（第２の信号発生器）、３ 移相器、４ ミキサ、５ 位相調整部、６ フィルタ、７ 素子アンテナ、１１ 増幅器、１２ 位相調整部、２１，２２ 線路、２３ 位相調整部の出力端子、３０ａ，３０ｂ シングルエンド線路、３１ 誘電体基板、３２ パッチ、３３ａ，３３ｂ マイクロストリップ線路。

Claims (13)

1. 中間周波数の信号を発生する第１の信号発生器と、
   ローカル周波数の信号を発生する第２の信号発生器と、
   前記第１の信号発生器から発生された中間周波数の信号の位相を調整する複数の移相器と、
   前記移相器により位相が調整された中間周波数の信号と前記第２の信号発生器から発生されたローカル周波数の信号とを混合して、前記中間周波数の信号と前記ローカル周波数の信号との混合信号を出力する複数のミキサと、
   前記ミキサから出力された混合信号に含まれているローカル周波数の信号の位相を調整する複数の位相調整部と、
   前記位相調整部によりローカル周波数の信号の位相が調整された混合信号を空間に放射する複数の素子アンテナと
   を備えたフェーズドアレーアンテナ装置。
2. 前記ミキサと前記素子アンテナの間に、前記ローカル周波数の信号の通過を抑えるフィルタが挿入されていることを特徴とする請求項１記載のフェーズドアレーアンテナ装置。
3. 前記複数の位相調整部は、前記複数の素子アンテナから放射されるローカル周波数の信号の位相が、前記ローカル周波数の信号の放射方向で共相となるように、前記ミキサから出力された混合信号に含まれているローカル周波数の信号の位相を調整することを特徴とする請求項１または請求項２記載のフェーズドアレーアンテナ装置。
4. 前記複数の位相調整部は、前記複数の素子アンテナから放射されるローカル周波数の信号の位相がランダム位相となるように、前記ミキサから出力された混合信号に含まれているローカル周波数の信号の位相を調整することを特徴とする請求項１または請求項２記載のフェーズドアレーアンテナ装置。
5. 前記複数の素子アンテナが直線上に配列されており、
   前記複数の位相調整部は、前記複数の素子アンテナから放射されるローカル周波数の信号の位相が、前記複数の素子アンテナの配列順に同相と逆相が繰り返されるように、前記ミキサから出力された混合信号に含まれているローカル周波数の信号の位相を調整することを特徴とする請求項１または請求項２記載のフェーズドアレーアンテナ装置。
6. 前記複数の素子アンテナが２次元に配列されており、
   前記複数の位相調整部は、前記複数の素子アンテナから放射されるローカル周波数の信号の位相が、前記複数の素子アンテナの配列において市松模様状で同相と逆相が繰り返されるように、前記ミキサから出力された混合信号に含まれているローカル周波数の信号の位相を調整することを特徴とする請求項１または請求項２記載のフェーズドアレーアンテナ装置。
7. 前記複数の位相調整部は、伝送線路で構成されており、前記伝送線路の長さが調整されることで、前記ミキサから出力された混合信号に含まれているローカル周波数の信号の位相を調整することを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載のフェーズドアレーアンテナ装置。
8. 前記ミキサから前記素子アンテナに至る各々の信号経路の一部又は全部が差動線路であり、
   複数の差動線路のうち、一部の差動線路の結線が反転していることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載のフェーズドアレーアンテナ装置。
9. 前記素子アンテナが２つの端子を有する２点給電アンテナであり、
   前記ミキサから前記２点給電アンテナに至る各々の信号経路の一部又は全部が差動線路であり、
   複数の差動線路のうち、一部の差動線路の結線が反転していることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載のフェーズドアレーアンテナ装置。
10. 前記２点給電アンテナの２つの端子と前記差動線路の間に、２本のシングルエンド線路が挿入されていることを特徴とする請求項９記載のフェーズドアレーアンテナ装置。
11. ベースバンド信号を発生する第１の信号発生器と、
    ローカル周波数の信号を発生する第２の信号発生器と、
    前記第１の信号発生器から発生されたベースバンド信号の位相を調整する複数の移相器と、
    前記移相器により位相が調整されたベースバンド信号と前記第２の信号発生器から発生されたローカル周波数の信号とを混合して、前記ベースバンド信号と前記ローカル周波数の信号との混合信号を出力する複数のミキサと、
    前記ミキサから出力された混合信号に含まれているローカル周波数の信号の位相を調整する複数の位相調整部と、
    前記位相調整部によりローカル周波数の信号の位相が調整された混合信号を空間に放射する複数の素子アンテナと
    を備えたフェーズドアレーアンテナ装置。
12. 第１の信号発生器が中間周波数の信号を発生する工程と、
    第２の信号発生器がローカル周波数の信号を発生する工程と、
    複数の移相器が、前記第１の信号発生器から発生された中間周波数の信号の位相を調整する工程と、
    複数のミキサが、前記移相器により位相が調整された中間周波数の信号と前記第２の信号発生器から発生されたローカル周波数の信号とを混合して、前記中間周波数の信号と前記ローカル周波数の信号との混合信号を出力する工程と、
    複数の位相調整部が、前記ミキサから出力された混合信号に含まれているローカル周波数の信号の位相を調整し、フェーズドアレーアンテナを構成している複数の素子アンテナのうち、接続されている素子アンテナに対して、前記ローカル周波数の信号の位相を調整した後の混合信号を出力する工程と
    を有するフェーズドアレーアンテナの制御方法。
13. 第１の信号発生器がベースバンド信号を発生する工程と、
    第２の信号発生器がローカル周波数の信号を発生する工程と、
    複数の移相器が、前記第１の信号発生器から発生されたベースバンド信号の位相を調整する工程と、
    複数のミキサが、前記移相器により位相が調整されたベースバンド信号と前記第２の信号発生器から発生されたローカル周波数の信号とを混合して、前記ベースバンド信号と前記ローカル周波数の信号との混合信号を出力する工程と、
    複数の位相調整部が、前記ミキサから出力された混合信号に含まれているローカル周波数の信号の位相を調整し、フェーズドアレーアンテナを構成している複数の素子アンテナのうち、接続されている素子アンテナに対して、前記ローカル周波数の信号の位相を調整した後の混合信号を出力する工程と
    を有するフェーズドアレーアンテナの制御方法。

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