JP6264204B2 - 通信装置及び位相調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、信号を送信または受信する複数の通信器を有する通信装置、及び、そのような通信装置において各通信器を経由する信号の位相を調整する位相調整方法に関する。

通信装置において、信号の放射特性に指向性を与えるために、複数の送信器が利用される。そして、各送信器から出力される信号間の位相差が、信号を放射する方向に応じて調節される。同様に、信号の受信特性に指向性を与えるために、複数の受信器間で、所望の受信方向に応じて、受信する信号間の位相差を調節することが行われる。送信器間、あるいは受信器間で信号の位相差を調節する際に、送信器または受信器が有するアンプなどの回路素子にバラツキがあると、所望の位相差が得られないことがある。特に、ミリ波帯の信号のように、波長が短い信号ほど、所望の位相差に対応する信号の遅延量からのずれがわずかでも、位相差の誤差は大きくなる。そこで、各送信器から出力される信号同士の比較によって送信器間の位相差を調節することが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特許文献１には、変調されたＲＦ信号の位相を遅延してから高周波信号に変換してその高周波信号を出力するブランチを複数有するフェイズドアレーアンテナのブランチ間補正装置が開示されている。この装置は、隣接する二つのブランチから出力された二つの高周波信号をミキサに入力して得られる出力信号のＤＣ成分に基づいてブランチにおける位相遅延量を判定し、何れかのブランチにおいて、変調されたＲＦ信号を判定した位相遅延量で遅延させる。

特開２０１３−３４１２９号公報

しかしながら、高周波信号の比較に用いられるミキサ内の回路が、ミキサに入力される二つの高周波信号に対して行われるべき演算を完全には実行できなかったり、あるいは、ミキサに入力される二つの高周波信号間に振幅のレベル差があることがある。このような場合、得られるＤＣ成分にオフセット成分が加わることがある。その結果として、ＤＣ成分に応じて送信器間で信号の位相差が所定値となるように各送信器における信号の位相を調節しても、位相差が所定値からずれてしまうことがある。

そこで、本明細書は、複数の通信器間での信号の位相差の調整精度を向上できる通信装置を提供することを目的とする。

一つの実施形態によれば、通信装置が提供される。この通信装置は、信号を送信または受信し、その信号の位相を調整する位相調整器を有する複数の通信器と、第１の周波数を持つ第１の信号を供給する発振器と、複数の通信器のうちの第１の通信器を経由する第１の信号及び第１の周波数を持ち、第１の通信器を経由しない第２の信号のうちの少なくとも一方を第１の周波数よりも低い第２の周波数で変調するスイッチング素子と、少なくとも一方が変調された、第１の通信器を経由した第１の信号と第２の信号を合成して、第２の周波数において第１の信号と第２の信号の位相差に応じた振幅を持つスイッチング周波数成分を含む合成信号を生成する信号合成器と、合成信号に含まれるスイッチング周波数成分に基づいて、第１の信号と第２の信号の位相差が所定値となるときの第１の通信器の位相調整器による位相調整量を基準位相調整量として求め、第１の通信器が送信または受信する信号と複数の通信器のうちの第１の通信器に隣接する第２の通信器が送信または受信する信号間の位相差が、所定の位相差となるように基準位相調整量に基づいて第１の通信器の位相調整器を制御する制御部とを有する。

本発明の目的及び利点は、請求項において特に指摘されたエレメント及び組み合わせにより実現され、かつ達成される。
上記の一般的な記述及び下記の詳細な記述の何れも、例示的かつ説明的なものであり、請求項のように、本発明を限定するものではないことを理解されたい。

本明細書に開示された通信装置は、複数の通信器間での信号の位相差の調整精度を向上できる。

第１の実施形態による通信装置の概略構成図である。 キャリブレーション処理の実行単位の回路ブロック図である。 ＲＦ信号間の位相差とスイッチング周波数成分の関係の一例を示す図である。 キャリブレーション処理の動作フローチャートである。 キャリブレーション処理を、隣接する二つの送信器の組の全てについて実行したときの各送信器から出力されるＲＦ信号の位相の一例を示す図である。 キャリブレーション処理を、隣接する二つの送信器の組の全てについて実行したときの各送信器から出力されるＲＦ信号の位相の他の一例を示す図である。 変形例による、ミキサの回路ブロック図である。 変形例による、ＲＦ信号間の位相差とスイッチング周波数成分の関係の一例を示す図である。 変形例による、ＲＦ信号間の振幅レベル差とスイッチング周波数成分の関係の一例を示す図である。 変形例による通信装置の概略構成図である。 第３の実施形態による、キャリブレーション処理の実行単位の回路ブロック図である。 第４の実施形態による通信装置の概略構成図である。 第４の実施形態による、キャリブレーション処理の実行単位の回路ブロック図である。

以下、図を参照しつつ、通信装置について説明する。この通信装置は、アンテナから放射される高周波信号の放射特性に指向性を持たせるために、同じ高周波信号を出力する複数の送信器を有し、放射方向に応じて送信器間で高周波信号の位相差を調節する。そこでこの通信装置は、キャリブレーションの実行時に、隣接する二つの送信器の一方から出力される高周波信号の一方を基準信号としたときの、基準信号の位相に対する他方から出力される高周波信号の位相の差を所定値とする。

その際、この通信装置は、隣接する二つの送信器から出力される高周波信号の少なくとも一方をその高周波信号の周波数よりも低いスイッチング周波数で変調する。そしてこの通信装置は、変調された高周波信号をミキサに入力して、スイッチング周波数において入力された二つの高周波信号間の位相差に応じた振幅を持つ成分を含む合成信号を得る。この通信装置は、その合成信号からスイッチング周波数を持つ成分のパワーもしくは振幅レベルに基づいて、少なくとも一方の送信器において高周波信号の位相を調節する。これにより、この通信装置は、高周波信号の振幅のレベル差及びミキサの回路構成に影響を受けずに各送信器間の高周波信号の位相差を調節する。以下では、高周波信号をＲＦ信号と表記する。

図１は、第１の実施形態による通信装置の概略構成図である。通信装置１は、発振器１０と、複数の送信器１１−１〜１１−ｎ（ｎは２以上の整数）と、制御部１２とを有する。さらに、通信装置１は、隣接する二つの送信器の間に設けられる、ミキサ１３−１〜１３−(n-1)と、スイッチ１４−１〜１４−(n-1)及びスイッチ１５−１〜１５−(n-1)と、アナログ／デジタル変換器１６−１〜１６−(n-1)とを有する。

発振器１０は、ＲＦ信号を生成する。そのために、発振器１０は、例えば、一つまたは複数のプロセッサと、揮発性又は不揮発性のメモリ回路と、発振回路とを有する。そして発振器１０は、例えば、送信すべきデータが重畳されたベースバンド周波数を持つベースバンド信号を生成する。そして発振器１０は、例えば、そのベースバンド信号を、通信装置１が準拠する無線通信規格で規定された変調方式に従って変調して搬送波に重畳することで、ＲＦ信号を生成する。

送信器１１−１〜１１−ｎは、それぞれ、ＲＦ信号を送信または受信する通信器の一例であり、発振器１０から受け取ったＲＦ信号を無線電波として出力する。送信器１１−１〜１１−ｎは、互いに隣接する二つの送信器のそれぞれが有するアンテナ間の距離が、隣接する二つの送信器の組の全てについて等間隔となるように配置されることが好ましい。そして送信器１１−１〜１１−ｎは、制御部１２からの制御信号に応じて互いに隣接する二つの送信器から出力されるＲＦ信号に、所定の放射方向に応じた位相差を与えることで、無線電波の放射特性に指向性を与える。

制御部１２は、例えば、プロセッサと、不揮発性のメモリ回路とを有し、無線電波の放射特性に指向性を与えるために、各送信器を経由するＲＦ信号の位相及び振幅を制御する。そのために、制御部１２は、各送信器が有する位相調整器及び振幅調整器を制御する。

ミキサ１３−ｍ(ｍ=1,2,...,(n-1))は、送信器１１−ｍとスイッチ１４−ｍを介して接続され、かつ、送信器１１−(m+1)とスイッチ１５−ｍを介して接続される。そしてミキサ１３−ｍには、送信器１１−ｍから出力され、スイッチ１４−ｍを経由したＲＦ信号と、送信器１１−(m+1)から出力され、スイッチ１５−ｍを経由したＲＦ信号とが入力される。そしてミキサ１３−ｍは、その二つのＲＦ信号を合成した合成信号を出力する。ミキサ１３−ｍから出力された合成信号は、アナログ／デジタル変換器１６−ｍによりデジタル化されてから、制御部１２に入力される。

各ミキサ、各スイッチ及び各アナログ／デジタル変換器は、キャリブレーション処理の実行時に利用される。なお、本実施形態におけるキャリブレーション処理は、各送信器におけるＲＦ信号の位相を調整するのための位相調整量の基準となる基準位相調整量を求める処理である。各ミキサ、各スイッチ及び各アナログ／デジタル変換器の詳細については、キャリブレーション処理とともに後述する。

図２は、キャリブレーション処理の実行単位の回路ブロック図である。キャリブレーション処理は、互いに隣接する二つの送信器と、その二つの送信器からのＲＦ信号が入力される一つのミキサ及び二つのスイッチと、一つのアナログ／デジタル変換器を実行単位として実行される。図２では、送信器１１−１及び送信器１１−２を含む実行単位を示す。

図２に示されるように、送信器１１−１及び送信器１１−２は、それぞれ、増幅器２１と、位相調整器２２と、振幅調整器２３と、分配器２４と、アンテナ２５とを有する。なお、他の送信器も、送信器１１−１及び送信器１１−２と同じ構成を有する。そこで以下では、送信器１１−１について説明する。

増幅器２１は、発振器１０から入力されたＲＦ信号を増幅する。そのために、増幅器２１は、例えば、非線形増幅器及び非線形増幅器で生じる信号波形の歪みを補償する歪補償回路を有する。増幅器２１は、増幅したＲＦ信号を出力する。

位相調整器２２は、増幅器２１により増幅されたＲＦ信号の位相を、制御部１２からの制御信号に応じて調整する。そのために、位相調整器２２は、例えば、制御信号に応じて、入力されたＲＦ信号に与える遅延量を可変に調節できる可変遅延回路を有する。そして位相調整器２２は、位相調整され、かつ増幅されたＲＦ信号を出力する。

振幅調整器２３は、位相調整され、かつ増幅されたＲＦ信号の振幅レベルを、制御部１２からの制御信号に応じて調整する。そのために、振幅調整器２３は、例えば、可変増幅器または可変減衰器を有する。そして振幅調整器２３は、振幅及び位相調整され、かつ増幅されたＲＦ信号を出力する。

分配器２４は、振幅及び位相調整され、かつ増幅されたＲＦ信号をアンテナ２５とミキサ１３−１へ分配する。そしてアンテナ２５は、分配器２４を介して受け取った、振幅及び位相調整され、かつ増幅されたＲＦ信号の一部を、無線電波として出力する。

一方、分配器２４から出力された、振幅及び位相調整され、かつ増幅されたＲＦ信号の他の一部は、スイッチ１４−１を介してミキサ１３−１へ入力される。同様に、送信器１１−２の分配器２４から出力された、振幅及び位相調整され、かつ増幅されたＲＦ信号の他の一部は、スイッチ１５−１を介してミキサ１３−１へ入力される。以下では、説明の便宜上、分配器２４から出力される振幅及び位相調整され、かつ増幅されたＲＦ信号も単にＲＦ信号と呼ぶ。

スイッチ１４−１及びスイッチ１５−１は、スイッチング素子の一例であり、例えば、トランジスタまたは電界効果トランジスタ(Field effect transistor, FET)とすることができる。スイッチ１４−１及びスイッチ１５−１は、制御部１２からの制御信号に応じてオン／オフを切り替える。通信時には、スイッチ１４−１及び１５−１はオフにされる。そのため、通信時には、ミキサ１３−１にはＲＦ信号は入力されない。

一方、キャリブレーション処理の実行時には、スイッチ１４−１及びスイッチ１５−１には、制御部１２から、ＲＦ信号の周波数、すなわち、ＲＦ信号の搬送波の周波数よりも低いスイッチング周波数でオン／オフを切り替える制御信号が入力される。そのため、スイッチ１４−１を経由したＲＦ信号及びスイッチ１５−１を経由したＲＦ信号は、そのスイッチング周波数で変調される。

ミキサ１３−１は、合成信号生成器の一例であり、送信器１１−１からミキサ１３−１までの信号線の長さと送信器１２−１からミキサ１３−１までの信号線の長さの差が、ＲＦ信号の波長の整数倍となるように配置される。例えば、送信器１１−１からミキサ１３−１までの信号線の長さと送信器１１−２からミキサ１３−１までの信号線の長さが等しくなるようにミキサ１３−１は配置される。したがって、送信器１１−１から出力されたＲＦ信号の位相と送信器１１−２から出力されたＲＦ信号の位相とが等しい場合、ミキサ１３−１に入力されるその二つのＲＦ信号の位相も等しくなる。
本実施形態では、ミキサ１３−１は、キャリブレーション処理の実行時において、ミキサ１３−１は、スイッチ１４−１により変調されたＲＦ信号にスイッチ１５−１により変調されたＲＦ信号を乗じて合成信号を得る。ミキサ１３−１は、得られた合成信号を出力する。

アナログ／デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換器と呼ぶ）１６−１は、ミキサ１３−１から出力された合成信号を所定のサンプリング周波数にてサンプリングすることでデジタル化する。なお、サンプリング周波数は、デジタル化された合成信号からスイッチング周波数を持つスイッチング周波数成分を抽出できるように、スイッチング周波数の２倍以上の周波数である。また、サンプリング周波数は、合成信号に含まれる、ＲＦ信号の搬送波の周波数を持つ成分がカットされるように、ＲＦ信号の搬送波の周波数よりも低い周波数とすることが好ましい。Ａ／Ｄ変換器１６−１から出力される、デジタル化された合成信号は、制御部１２に入力される。

制御部１２は、キャリブレーション処理を実行する際、スイッチ１４−１のオン／オフとスイッチ１５−１のオン／オフの切替周期の位相が同一となるように、スイッチ１４−１及びスイッチ１５−１へ制御信号を出力する。そして制御部１２は、入力された合成信号からスイッチング周波数成分を抽出する。そして制御部１２は、スイッチング周波数成分に基づいて、例えば、スイッチング周波数成分のパワー若しくは振幅レベルを最小化するように、二つの送信器１１−１及び２−２の少なくとも一方の位相調整器２２による位相調整量を制御する。

送信器１１−１から出力されたＲＦ信号と送信器１１−２から出力されたＲＦ信号は次式で表される。

ただし、A、Bは、それぞれ、ＲＦ信号の振幅を表す。またωは、ＲＦ信号の搬送波の周波数を表す。そしてα及びβは、それぞれ、ミキサ１３−１に入力された時点での各ＲＦ信号の位相のオフセットを表す。

また、スイッチ１４−１及びスイッチ１５−１のオン／オフの切り替えによりＲＦ信号に重畳されるスイッチング信号S_cは次式で表される。

ただし、ω_sは、スイッチング周波数である。

制御部１２は、スイッチ１４−１とスイッチ１５−１のオン／オフの切替周期の位相が同一となるようにスイッチ１４−１及びスイッチ１５−１を制御する。以下では、便宜上、このような制御を同相制御と呼ぶ。この場合、ミキサ１３−１から出力される合成信号は次式で表される。

もし、ミキサ１３−１の回路の不完全性により、二つのＲＦ信号の乗算が正確に行われない場合、ミキサ１３−１から出力される合成信号は、次式で表される。

ただし、γ_xyは、ミキサ１３−１の回路の不完全性により生じるオフセット項である。

ここで、スイッチング信号S_cの２乗の項は、以下のように近似できる。

この場合、（４）式で表された、ミキサ１３−１から出力される合成信号は次式で近似的に表される。

この合成信号のうち、ＲＦ信号の搬送波の周波数ωを持つ成分は、Ａ／Ｄ変換器１６−１によってカットされる。そのため、制御部１２に入力される合成信号に含まれる直流成分は、近似的に次式で表される。

一方、制御部１２に入力される合成信号に含まれる、スイッチング周波数成分は近似的に次式で表される。

（８）式に示されるように、送信器１１−１から出力されるＲＦ信号と送信器１１−２から出力されるＲＦ信号間の位相差（α-β）が+90°または-90°となるとき、スイッチング周波数成分は、オフセット項γ_xy及びＲＦ信号の振幅によらず、0となる。

そこで制御部１２は、例えば、送信器１１−１及び送信器１１−２のうちのキャリブレーション済みの方から出力されるＲＦ信号を基準信号とする。そして制御部１２は、基準信号を出力する送信器についてはＲＦ信号の位相を調整せず、他方の送信器の位相調整器２２に対してＲＦ信号の位相調整量を所定間隔（例えば、1°）ずつ360°分変化させる。そして制御部１２は、それぞれの位相調整量についてのスイッチング周波数成分の振幅レベル若しくはパワーを記憶する。なお、制御部１２は、例えば、Ａ／Ｄ変換器１６−１から入力された信号に対してFast Fourier Transform(FFT)を実行することにより、スイッチング周波数成分を抽出できる。なお、制御部１２は、合成信号からスイッチング周波数成分を取り出せる検波回路を有していてもよい。そして制御部１２は、スイッチング周波数成分の振幅レベル若しくはパワーが最小となるとき、送信器１１−１と送信器１１−２の間でＲＦ信号間の位相差（α-β）が+90°または-90°となると判定する。そして制御部１２はその位相差（α-β）が+90°または-90°となるときの位相調整量を基準位相調整量として記憶する。なお、スイッチング周波数成分の最小値の前後で、位相差の増加につれて、制御部１２に入力された合成信号の値が低下する場合、その最小値に対応する位相差は+90°である。一方、スイッチング周波数成分の振幅レベル若しくはパワーの最小値の前後で、位相差の増加につれて、制御部１２に入力された合成信号の値が上昇する場合、その最小値に対応する位相差は-90°である。

図３は、ＲＦ信号間の位相差とスイッチング周波数成分の関係の一例を示す図である。図３において、横軸は位相差を表し、縦軸はスイッチング周波数成分の振幅レベルを表す。そしてグラフ３０１〜３０３は、それぞれ、二つの送信器から出力されたＲＦ信号間の振幅レベル差が+5dB、0dB、-5dBのときの位相差とスイッチング周波数成分の振幅レベルの関係を表す。ただし、（８）式において、A>Bのとき、振幅レベル差を正とする。グラフ３０１〜３０３に示されるように、ミキサ１３−１に入力される二つのＲＦ信号間に振幅レベル差があっても、すなわち、パワー差があっても、スイッチング周波数成分は、位相差が+90°のときと-90°のときに最小となることが分かる。

図３にも示されるように、スイッチング周波数成分の振幅レベル若しくはパワーが最小となる近傍では、二つのＲＦ信号間の位相差（α-β）の変化に対するその振幅レベル若しくはパワーの変化の度合いが最も大きくなる。そのため、スイッチング周波数成分の振幅レベル若しくはパワーが最小となるときの位相調整量を基準位相調整量として求めることで、制御部１２は、基準位相調整量を高精度で求めることができる。

なお、図３に示されるように、スイッチング周波数成分の振幅レベル若しくはパワーが最大となる場合、位相差（α-β）は、0°または180°となる。そこで変形例によれば、制御部１２は、スイッチング周波数成分の振幅レベル若しくはパワーが最大となるときの位相調整量を基準調整量として求めてもよい。また、図３に示されるように、スイッチング周波数成分の振幅レベル若しくはパワーと二つのＲＦ信号間の位相差（α-β）は一定の関係にあるので、スイッチング周波数成分の振幅レベル若しくはパワーが所定値となる場合の位相差（α-β）も特定される。そこで制御部１２は、スイッチング周波数成分の振幅レベル若しくはパワーがその最大値と最小値間の所定の値となるときの位相調整量を基準調整量として求めてもよい。

制御部１２は、互いに隣接する二つの送信器の組に含まれる送信器の何れかについてＲＦ信号間の位相差を+90°または-90°としたときの位相調整量を記憶すると、その組に隣接する二つの送信器の組について同様のキャリブレーション処理を実行する。例えば、制御部１２は、最初に送信器１１−１と送信器１１−２の組についてキャリブレーション処理を実行する。そして送信器１１−２の位相調整器２２を制御して、送信器１１−１から出力されるＲＦ信号と送信器１１−２から出力されるＲＦ信号間の位相差が+90°または-90°となるときの送信器１１−２の位相調整量を記憶する。制御部１２は、次に、送信器１１−２と送信器１１−３の組についてキャリブレーション処理を実行する。そして送信器１１−３の位相調整器２２を制御して、送信器１１−２から出力されるＲＦ信号と送信器１１−３から出力されるＲＦ信号間の位相差が+90°または-90°となるときの送信器１１−２の位相調整量を記憶する。なお、制御部１２は、複数の送信器のうちの中央に位置する二つの送信器の組について最初にキャリブレーション処理を実行してもよい。制御部１２は、その後に、最初にキャリブレーション処理が実行された送信器の組の両側にある送信器の組ごとに、最初にキャリブレーション処理が実行された送信器の組に近い方から順にキャリブレーション処理を実行してもよい。このように、制御部１２は、送信器の組ごとに順番にキャリブレーション処理を実行すればよい。

全ての送信器の組についてキャリブレーション処理が終了した後、通信装置１が所定の送信方向へ向けてＲＦ信号を出力するとする。この場合、制御部１２は、各送信器の位相調整器２２を制御して、隣接する二つの送信器から出力されるＲＦ信号間にその所定の送信方向に応じた位相差を与える。その際、制御部１２は、位相差が+90°または-90°となるときの位相調整量を基準位相調整量として、所定の送信方向に応じた位相差に相当する位相調整量を決定できる。例えば、所定の方向に応じた位相差が0°の場合、制御部１２は、位相差が+90°のときの位相調整量と-90°のときの位相調整量の中点に相当する位相調整量を求めればよい。

図４は、通信装置１が実行するキャリブレーション処理の動作フローチャートである。通信装置１は、互いに隣接する二つの送信器の組ごとに、この動作フローチャートに従ってキャリブレーション処理を実行する。

制御部１２は、二つの送信器１１−ｍ及び１１−(m+1)から出力されるＲＦ信号のそれぞれを、スイッチ１４−ｍ及びスイッチ１５−ｍによりそのＲＦ信号の搬送波の周波数よりも低いスイッチング周波数で変調する（ステップＳ１０１）。ミキサ１３−ｍは、スイッチング周波数で変調された二つのＲＦ信号同士を乗じて、二つのＲＦ信号間の位相差に応じた振幅を持つスイッチング周波数成分を含む合成信号を得る（ステップＳ１０２）。Ａ／Ｄ変換器１６−ｍは、ミキサ１３−ｍから出力された合成信号を、スイッチング周波数の２倍以上かつＲＦ信号の搬送波の周波数よりも低いサンプリング周波数でサンプリングすることで、合成信号をデジタル化する（ステップＳ１０３）。制御部１２は、デジタル化された合成信号からスイッチング周波数成分を抽出し、スイッチング周波数成分の振幅レベル若しくはパワーを、調整対象となる少なくとも一方の送信器についての位相調整量とともに記憶する（ステップＳ１０４）。

制御部１２は、調整対象となる送信器についての位相調整量がキャリブレーション開始時から１周期分、すなわち、360°変化したか否か判定する（ステップＳ１０５）。位相調整量の変化量が１周期分に達していない場合（ステップＳ１０５−Ｎｏ）、制御部１２は、所定量だけ位相調整量を増やす（ステップＳ１０６）。そして通信装置１は、ステップＳ１０１以降の処理を繰り返す。

一方、位相調整量の変化量が１周期分に達している場合（ステップＳ１０５−Ｙｅｓ）、制御部１２は、記憶されているスイッチング周波数成分の振幅レベル若しくはパワーが最小となる位相調整量を、二つのＲＦ信号間の位相差が+90°または-90°となる位相調整量として特定する。そして制御部１２は、特定した位相調整量を、調整対象となる送信器についての位相差調整用の基準位相調整量として記憶する（ステップＳ１０７）。そして通信装置１は、キャリブレーション処理を終了する。

図５は、上記のキャリブレーション処理を、隣接する二つの送信器の組の全てについて実行したときの各送信器から出力されるＲＦ信号の位相の一例を示す図である。この例では、各送信器の右側に、送信器１１−１から出力されるＲＦ信号の位相を基準としたときの各送信器から出力されるＲＦ信号の位相を示す。この例では、隣接する二つの送信器から出力されるＲＦ信号間の位相差が交互に+90°または-90°となるように、送信器の組ごとに位相差が調節されている。そのため、送信器１１−１から出力されるＲＦ信号の位相を基準としたときの各送信器から出力されるＲＦ信号の位相は、交互に0°または90°となる。したがって、通信装置１は、一つおきの送信器（例えば、送信器１１−１、１１−３、１１−５、...）にＲＦ信号を出力させることで、通信装置１の正面方向にＲＦ信号を放射できる。

図６は、上記のキャリブレーション処理を、隣接する二つの送信器の組の全てについて実行したときの各送信器から出力されるＲＦ信号の位相の他の一例を示す図である。この例でも、各送信器の右側に、送信器１１−１から出力されるＲＦ信号の位相を基準としたときの各送信器から出力されるＲＦ信号の位相を示す。この例では、ＲＦ信号間の位相差が全て+90°あるいは全て-90°となるように、送信器の組ごとに位相差が調節されている。そのため、送信器１１−１から出力されるＲＦ信号の位相を基準としたときの各送信器から出力されるＲＦ信号の位相は、送信器１１−１から離れるにしたがって90°ずつ増加、あるいはカッコ内に示されるように90°ずつ減少する。したがって、通信装置１は、各送信器にＲＦ信号を出力させることで、通信装置１の右側の特定方向または左側の特定方向にＲＦ信号を放射できる。

以上に説明してきたように、この通信装置は、ミキサの不完全性及び隣接する二つの送信器から出力されるＲＦ信号間の振幅レベル差に依存しない合成信号中のスイッチング周波数成分に基づいてその二つの送信器から出力されるＲＦ信号間の位相差を調整する。そのため、この通信装置は、二つの送信器から出力されるＲＦ信号を合成するミキサが不完全であったり、あるいは、二つの送信器から出力されるＲＦ信号間に振幅レベル差があっても、二つの送信器から出力されるＲＦ信号間の位相差を正確に調整できる。

次に、第２の実施形態による通信装置について説明する。各送信器から出力されるＲＦ信号のパワーが異なる場合、通信装置１から放射される無線電波のビーム形状が所望の形状からずれてしまうことがある。そこで各送信器から出力されるＲＦ信号の振幅レベルは互いに等しいことが好ましい。そこで第２の実施形態による通信装置は、ミキサとして入力された二つの信号の２乗検波成分を含む信号を出力するタイプのものを使用することで、送信器間でのＲＦ信号の位相差と振幅レベルの差の両方を調節する。

第２の実施形態による通信装置は、第１の実施形態による通信装置と比較して、使用されるミキサのタイプ、及び、キャリブレーション処理の実行時における制御部の処理が異なる。そこで以下では、ミキサ及び制御部について説明する。また通信装置が有する各ミキサは同一の構成とすることができるので、以下では、ミキサ１３−１について説明する。第２の実施形態による通信装置のその他の構成要素については、第１の実施形態による通信装置の対応する構成要素の説明を参照されたい。

本実施形態では、ミキサ１３−１は、入力された二つの信号の２乗検波成分を出力するタイプのダブルバランスドミキサと、差分器と、加算器とを有する。この例では、ダブルバランスドミキサには、スイッチ１４−１により変調された送信器１１−１からのＲＦ信号と、スイッチ１５−１により変調された送信器１１−２からのＲＦ信号とが差動入力される。そしてダブルバランスドミキサは、入力された二つのＲＦ信号の和の二乗に相当する信号と、入力された二つのＲＦ信号の差の二乗に相当する信号とを出力する。差分器は、二つのＲＦ信号の和の二乗に相当する信号と二つのＲＦ信号の差の二乗に相当する信号との差を表す信号を差動合成信号として出力する。逆に、加算器は、二つのＲＦ信号の和の二乗に相当する信号と二つのＲＦ信号の差の二乗に相当する信号との和を表す信号を同相合成信号として出力する。そして差動合成信号及び同相合成信号が、Ａ／Ｄ変換器によりデジタル化されて、制御部１２に入力される。

制御部１２は、二つの送信器間のＲＦ信号の位相差を調節する際、スイッチ１４−１とスイッチ１５−１を同相制御する。この場合、ダブルバランスドミキサの二つの出力信号は、次式で表される。

ただし、X、Yは、それぞれ、スイッチ１４−１により変調されたＲＦ信号及びスイッチ１５−１により変調されたＲＦ信号である。

図７は、この変形例で利用されるダブルバランスドミキサの回路ブロック図である。ダブルバランスドミキサ１３１の一方の入力端子IN1には、スイッチ１４−１により変調されたＲＦ信号が差動入力され、他方の入力端子IN2には、スイッチ１５−１により変調されたＲＦ信号が入力される。そしてダブルバランスドミキサ１３１の出力端子OUTの一方からは、入力されたＲＦ信号XとYの和の二乗Z₊が出力され、出力端子OUTの他方からは、入力されたＲＦ信号XとYの差の二乗Z_-が出力される。

ミキサ１３−１から出力される差動合成信号は(Z₊-Z_-)となるので、その差動合成信号に含まれるスイッチング周波数成分は、近似的に次式で表される。

したがって、この実施例でも、二つのＲＦ信号間の位相差(α-β)が+90°または-90°となるときに、スイッチング周波数成分の振幅レベル若しくはパワーは最小となる。そこで制御部１２は、第１の実施形態と同様に、少なくとも一方の送信器の位相調整器を制御して、二つのＲＦ信号間の位相差(α-β)を変化させつつスイッチング周波数成分の振幅レベル若しくはパワーを調べる。そして制御部１２は、スイッチング周波数成分の振幅レベル若しくはパワーが最小となるときの位相調整量を、位相差+90°または-90°に対応する位相調整量とする。
なお、この実施形態においても、制御部１２は、スイッチング周波数成分の振幅レベルが他の値、例えば最大値となるときの位相差(α-β)に相当する位相調整量を基準位相調整量として求めてもよい。

また、制御部１２は、二つの送信器から出力されるＲＦ信号の振幅レベルが同一となるよう、少なくとも一方の送信器から出力されるＲＦ信号の振幅レベルを調節する。そのために、制御部１２は、スイッチ１４−１とスイッチ１５−１のオン／オフの切替周期の位相が反転するようにスイッチ１４−１及びスイッチ１５−１を制御する。以下では、便宜上、このような制御を逆相制御と呼ぶ。この場合、ミキサ１３−１から出力される同相合成信号は次式で表される。

したがって、制御部１２に入力される同相合成信号に含まれる、スイッチング周波数成分は、次式により近似的に表される。

（１２）式から明らかなように、二つのＲＦ信号間の振幅レベルが等しくなるときに、スイッチング周波数成分の振幅レベル若しくはパワーは最小、すなわち、０となる。そこで制御部１２は、少なくとも一方の送信器の振幅調整器２３を制御して、二つのＲＦ信号間の振幅レベル差(A-B)を変化させつつスイッチング周波数成分の振幅レベル若しくはパワーを調べる。そして制御部１２は、スイッチング周波数成分の振幅レベル若しくはパワーが最小となるときの振幅調整量を、二つの送信器間でＲＦ信号の振幅レベルが等しくなる振幅調整量とする。
なお、制御部１２は、スイッチング周波数成分の振幅レベルが他の値、例えば最大値となるときの振幅レベル差(A-B)に相当する振幅調整量を求めてもよい。

図８は、変形例による、ＲＦ信号間の位相差とスイッチング周波数成分の関係の一例を示す図である。図８において、横軸は位相差を表し、縦軸はスイッチング周波数成分の振幅レベル[dB]を表す。そしてグラフ８０１〜８０３は、それぞれ、二つの送信器から出力されたＲＦ信号間の振幅レベル差が+5dB、0dB、-5dBのときの位相差とスイッチング周波数成分の振幅レベルの関係を表す。ただし、（１０）式において、A>Bのとき、振幅レベル差を正とする。グラフ８０１〜８０３に示されるように、ミキサ１３−１に入力される二つのＲＦ信号間に振幅レベル差があっても、すなわち、パワー差があっても、スイッチング周波数成分は、位相差が+90°のときと-90°のときに最小となることが分かる。

図９は、変形例による、ＲＦ信号間の振幅レベル差とスイッチング周波数成分の関係の一例を示す図である。図９において、横軸は位相差を表し、縦軸はスイッチング周波数成分の振幅レベル[dB]を表す。そしてグラフ９０１〜９０３は、それぞれ、二つの送信器から出力されたＲＦ信号間の振幅レベル差が+5dB、0dB、-5dBのときのスイッチング周波数成分の振幅レベルを表す。ただし、（１２）式において、A>Bのとき、振幅レベル差を正とする。グラフ９０１〜９０３に示されるように、ミキサ１３−１に入力される二つのＲＦ信号間の振幅レベル差が小さいほど、スイッチング周波数成分の振幅レベルも小さくなることが分かる。

制御部１２は、隣接する二つの送信器の組の何れかについて上記のようにＲＦ信号間の位相差を+90°または-90°としたときの位相調整量と、ＲＦ信号間の振幅レベルが同一となる振幅調整量を記憶する。その後、制御部１２は、その組に隣接する二つの組について同様のキャリブレーション処理を実行する。このように、制御部１２は、送信器の組ごとに順番にキャリブレーション処理を実行する。

キャリブレーション処理が終了した後、通信装置１が所定の方向へ向けてＲＦ信号を出力する場合、制御部１２は、隣接する二つの送信器の組ごとに位相調整器２２を制御して、それら送信器から出力されるＲＦ信号間にその所定の方向に応じた位相差を与える。さらに、制御部１２は、隣接する二つの送信器の組ごとに、振幅調整器２３を制御して、それら送信器から出力されるＲＦ信号の振幅レベルを等しくする。

第２の実施形態によれば、通信装置は、隣接する二つの送信器から出力されるＲＦ信号間の位相差だけでなく、振幅レベルについても正確に調整することができる。

また、第１の実施形態または第２の実施形態の変形例によれば、各送信器に入力されるＲＦ信号は、周波数が同一であればよく、異なる波源によって生成された信号でもよい。
図１０は、この変形例による通信装置の概略構成図である。この変形例では、発振器１０は、参照信号出力回路３１と、送信器ごとに用意される複数の位相同期回路３２−１〜３２−ｎを有する。

参照信号出力回路３１は、基本周波数で発振する参照信号を生成し、その参照信号を出力する。
各位相同期回路３２−１〜３２−ｎは、それぞれ、基本周波数を持ち、かつ、参照信号の位相と同期したＲＦ信号を生成する。そして各位相同期回路３２−１〜３２−ｎは、生成したＲＦ信号を送信器１１−１〜１１−ｎのうちの対応する通信器へ出力する。この場合、送信器１１−１〜１１−ｎに入力された時点で、各ＲＦ信号の位相がずれていてもよい。このずれは、（８）式または（１０）式における、各ＲＦ信号の位相差(α-β)に含まれる。したがって、この変形例でも、制御部１２は、上記の各実施形態と同様に、各送信器においてＲＦ信号の位相（または振幅レベル）を調節できる。

次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態では、キャリブレーション処理の際に送信器から出力されるＲＦ信号とともにミキサに入力される基準信号として、発振器から出力されたＲＦ信号が直接入力される。

図１１は、第３の実施形態による、キャリブレーション処理の実行単位の回路ブロック図である。この実施形態においても、キャリブレーション処理は、隣接する二つの送信器の組ごとに実行される。またこの実施形態では、隣接する二つの送信器の組ごとに、分配器と、スイッチと、二つのミキサと、二つのＡ／Ｄ変換器が用いられる。図１１では、送信器１１−１及び送信器１１−２を含む実行単位を示す。この実施形態では、発振器１０から出力されたＲＦ信号の一部は、スイッチ４０−１及び分配器４１−１を介してミキサ４２−１とミキサ４３−１に入力される。また、送信器１１−１から出力されたＲＦ信号は、ミキサ４２−１に入力される。一方、送信器１１−２から出力されたＲＦ信号は、ミキサ４３−１に入力される。したがって、ミキサ４２−１は、送信器１１−１から出力されたＲＦ信号と、送信器を経ないでスイッチ４０−１及び分配器４１−１を経由したＲＦ信号との合成信号を生成する。同様に、ミキサ４３−１は、送信器１１−２から出力されたＲＦ信号と、送信器を経ないでスイッチ４０−１及び分配器４１−１を経由したＲＦ信号との合成信号を生成する。ミキサ４２−１から出力された合成信号は、Ａ／Ｄ変換器４４−１により所定のサンプリング周波数でサンプリングされてデジタル化された後、制御部に入力される。同様に、ミキサ４３−１から出力された合成信号は、Ａ／Ｄ変換器４５−１により所定のサンプリング周波数でサンプリングされてデジタル化された後、制御部に入力される。なお、所定のサンプリング周波数は、スイッチ４０−１のスイッチング周波数の２倍以上、かつ、ＲＦ信号の周波数よりも低い周波数である。

なお、分配器４１−１からミキサ４２−１までの信号線の長さと送信器１１−１からミキサ４２−１までの信号線の長さの差が、ＲＦ信号の波長の整数倍となるように、ミキサ４２−１は配置されることが好ましい。同様に、分配器４１−１からミキサ４３−１までの信号線の長さと送信器１２−１からミキサ４３−１までの信号線の長さの差が、ＲＦ信号の波長の整数倍となるように、ミキサ４３−１は配置されることが好ましい。さらに、分配器４１−１から送信器１１−１までの信号線の長さと分配器４１−１から送信器１２−１までの信号線の長さの差が、ＲＦ信号の波長の整数倍となるように、分配器４１−１は配置されることが好ましい。これにより、制御部は、キャリブレーション処理の実行時において、分配器から二つの送信器までの信号線の長さの違いによるＲＦ信号の位相差を考慮しなくて済む。

キャリブレーション処理の実行時において、制御部は、スイッチ４０−１のオン／オフを、ＲＦ信号の周波数よりも低いスイッチング周波数で切り替える。そのため、ミキサ４２−１から出力される合成信号は、次式で表される。

ただし、Xは、基準信号を表し、送信器を経由せずにミキサ４２−１に入力されるＲＦ信号である。Yは送信器１１−１から出力されるＲＦ信号を表す。またS_cは、スイッチ４０−１のオン／オフの切替により基準信号Xに重畳されるスイッチング信号であり、（２）式で表される。

周波数ωがＲＦ信号の周波数（すなわち、ＲＦ信号の搬送波の周波数）であり、Ａ／Ｄ変換器４４−１のサンプリング周波数よりも高いので、（１３）式の第１項は、合成信号がデジタル化される際にカットされる。そして（１３）式の第２項は、（８）式と同様に、ミキサ４２−１に入力された二つのＲＦ信号間の位相差(α-β)の余弦を係数とするスイッチング周波数成分を含む。したがって、送信器１１−１から出力されるＲＦ信号と基準信号間の位相差（α-β）が+90°または-90°となるとき、スイッチング周波数成分の振幅レベルは0となる。そこで制御部は、第１の実施形態と同様に、送信器１１−１の位相調整器２２を制御して、送信器１１−１から出力されたＲＦ信号と基準信号間の位相差(α-β)を変化させつつスイッチング周波数成分の振幅レベル若しくはパワーを調べる。そして制御部は、スイッチング周波数成分の振幅レベル若しくはパワーが最小となるときの位相調整量を、位相差+90°または-90°に対応する位相調整量とする。

制御部は、ミキサ４３−１から出力される合成信号についても同様のキャリブレーション処理を実行する。そして制御部は、その合成信号に含まれるスイッチング周波数成分に基づいて、送信器１１−２から出力されるＲＦ信号と基準信号間の位相調整量を制御できる。例えば、制御部は、その合成信号に含まれるスイッチング周波数成分の振幅レベル若しくはパワーが最小となるときの位相調整量を、送信器１１−２から出力されるＲＦ信号と基準信号間の位相差が+90°または-90°となるときの位相調整量と特定できる。

なお、この実施形態では、送信器１１−１から出力されるＲＦ信号と送信器１１−２から出力されるＲＦ信号の何れも、基準信号に対して位相差が+90°または-90°となるように調整される。したがって、制御部は、送信器１１−１から出力されるＲＦ信号と送信器１１−２から出力されるＲＦ信号を基準信号に対してともに位相差を90°とすることで、その二つのＲＦ信号間の位相差を0°とすることができる。また制御部は、送信器１１−１から出力されるＲＦ信号と送信器１１−２から出力されるＲＦ信号の一方を基準信号に対して位相差90°とし、他方の位相差-90°とすることで、その二つのＲＦ信号間の位相差を180°とすることができる。

なお、第３の実施形態においても、第２の実施形態と同様に、ミキサとして、入力された信号の２乗検波成分を含む信号を出力できるミキサを使用してもよい。また、第３の実施形態においても、制御部は、スイッチング周波数成分の振幅レベルが他の値、例えば最大値となるときの位相差(α-β)に相当する位相調整量を基準位相調整量として求めてもよい。
また、第３の実施形態において、スイッチ４０−１の代わりに、図１１におけるＢ点及びＣ点にスイッチを設け、制御部は、Ｂ点におけるスイッチと、Ｃ点におけるスイッチを同相制御してもよい。すなわち、各ミキサには、スイッチング周波数で変調されたＲＦ信号とともにスイッチング周波数で変調された基準信号が入力されることになる。この場合も、制御部は、第１の実施形態と同様に、各ミキサから出力された合成信号に含まれるスイッチング周波数成分が最小となるように、各送信器におけるＲＦ信号の位相調整量を求める。これにより、制御部は、ＲＦ信号と基準信号間の位相差が+90°または-90°となる位相調整量を特定できる。
さらにまた、第３の実施形態では、各送信器の振幅調整器は省略されてもよい。

次に、第４の実施形態による通信装置について説明する。第４の実施形態による通信装置は、信号の受信特性に指向性を持たせるために複数の受信器を有する。この通信装置は、キャリブレーション処理の実行時において、局部発振信号をスイッチング周波数で変調した上で受信器に入力することで、変調されていない局部発振信号とスイッチング周波数で変調され、かつ受信器を経由した局部発振信号の合成信号を得る。そしてこの通信装置は、その合成信号に含まれるスイッチング周波数成分を抽出し、スイッチング周波数成分に基づいて位相調整量を制御する。

図１２は、第４の実施形態による通信装置の概略構成図である。通信装置２は、発振器５０と、複数の受信器５１−１〜５１−ｎ（ｎは２以上の整数）と、制御部５２とを有する。さらに、通信装置２は、隣接する二つの受信器の間に設けられる、分配器５３−１〜５３−(n-1)及び分配器５４−１〜５４−(n-1)と、スイッチ５５−１〜５５−(n-1)と、Ａ／Ｄ変換器５６−１〜５６−ｎとを有する。

図１３は、第４の実施形態による、キャリブレーション処理の実行単位の回路ブロック図である。キャリブレーション処理の実行単位には、隣接する二つの受信器と、その二つの受信器へ発振器５０から出力される局部発振信号を入力するために利用される二つの分配器と、局部発振信号を変調するためのスイッチとが含まれる。図１３は、受信器５１−１及び受信器５１−２を含む実行単位を示す。

発振器５０は、各受信器が受信した高周波信号の周波数をベースバンド周波数にダウンコンバートするために利用される局部発振信号を出力する。

受信器５１−１〜５１−ｎは、それぞれ、通信器の一例であり、アンテナ６１と、多重化器６２と、増幅器６３と、位相調整器６４と、乗算器６５とを有する。そして各受信器は、無線電波をアンテナ６１により受信してＲＦ信号とする。受信器５１−１〜５１−ｎは、互いに隣接する二つの受信器のそれぞれが有するアンテナ６１間の距離が、隣接する二つの受信器の組の全てについて等間隔となるように配置されることが好ましい。そして受信器５１−１〜５１−ｎは、制御部５２からの制御信号に応じて互いに隣接する二つの受信器で受信したＲＦ信号に、所定の受信方向に応じた位相差を与えることで、受信特性に指向性を与える。そして受信器５１−１〜５１−ｎは、受信したＲＦ信号を発振器５０からの局部発振信号を用いてベースバンド信号に変換し、そのベースバンド信号をＡ／Ｄ変換器５６−１〜５６−ｎを介して制御部５２へ出力する。

制御部５２は、例えば、プロセッサと、不揮発性のメモリ回路とを有し、受信特性に指向性を与えるために、各受信器を経由するＲＦ信号の位相を制御する。そのために、制御部５２は、各受信器が有する位相調整器を制御する。

分配器５３−ｍ(m=1,2,...,n-1)は、それぞれ、発振器５０から出力された局部発振信号の一部を、受信器５１−ｍ及び受信器５１−(m+1)の乗算器６５へ供給する。分配器５３−ｍから受信器５１−ｍ及び受信器５１−(m+1)の乗算器６５に直接入力される局部発振信号は、キャリブレーション処理の実行時において、基準信号となる。
また分配器５３−ｍは、局部発振信号の他の一部を、スイッチ５５−ｍを介して分配器５４−ｍへ出力する。

分配器５４−ｍ(m=1,2,...,n-1)は、それぞれ、スイッチ５５−ｍを介して分配器５３−ｍから受け取った局部発振信号の他の一部を受信器５１−ｍ及び受信器５１−(m+1)の多重化器６２へ分配する。

なお、分配器５３−ｍから受信器５１−ｍの乗算器６５までの信号線の長さと分配器５３−ｍから受信器５１−(m+1)の乗算器６５までの信号線の長さの差が、局部発振信号の波長の整数倍となるように、分配器５３−ｍは配置されることが好ましい。同様に、分配器５４−ｍから受信器５１−ｍの多重化器６２までの信号線の長さと分配器５４−ｍから受信器５１−(m+1)の多重化器６２までの信号線の長さの差が、局部発振信号の波長の整数倍となるように、分配器５４−ｍは配置されることが好ましい。これにより、制御部５２は、キャリブレーション処理の実行時において、分配器から二つの受信器までの信号線の長さの違いによる局部発振信号の位相差を考慮しなくて済む。

スイッチ５５−ｍ(m=1,2,...,n-1)は、それぞれ、キャリブレーション処理の実行時において、局部発振信号を変調するために利用される。キャリブレーション処理の実行時において、スイッチ５５−ｍは、上記の各実施形態または変形例と同様に、制御部５２からの制御信号に応じて、スイッチング周波数でオン／オフを切り替える。なお、スイッチング周波数は、局部発振周波数よりも低い周波数に設定されることが好ましい。一方、通信装置２が信号受信動作を行っている間、スイッチ５５−ｍはオフに保たれる。

以下、受信器５１−１〜５１−ｎの各部について説明する。

受信器５３−ｍ(m=1,2,...,n)の多重化器６２は、通信装置２が信号受信動作を行っている間、アンテナ６１を介して受信したＲＦ信号を増幅器６３へ出力する。一方、キャリブレーション処理が実行されている間、多重化器６２は、分配器５４−(m-1)または分配器５４−ｍを介して入力された局部発振信号を増幅器６３へ出力する。

増幅器６３は、多重化器６２から入力された信号を増幅して、位相調整器６４へ出力する。位相調整器６４は、第１の実施形態による送信器が有する位相調整器２２と同様に、入力された信号の位相を、制御部５２からの制御信号に従って調整する。そして位相調整器６４は、位相が調整された信号を乗算器６５へ出力する。

乗算器６５は、信号合成器の一例であり、位相調整器６４から出力された、位相調整された信号に、分配器５３−(m-1)または分配器５３−ｍから受け取った局部発振信号を乗じて合成信号を得る。通信装置２が信号受信動作を行っている間は、位相調整器６４から乗算器６５が受け取る信号は、受信したＲＦ信号なので、乗算器６５から出力される合成信号には、ベースバンド周波数を持つベースバンド信号が含まれる。そしてベースバンド信号を含む合成信号はＡ／Ｄ変換器５６−１を介して制御部５２に入力される。そして制御部５２は、ベースバンド信号から受信したＲＦ信号に含まれる情報を取り出す。

一方、キャリブレーション処理の実行時には、位相調整器６４から乗算器６５が受け取る信号も局部発振信号なので、合成信号は、後述するように、スイッチ５５−ｍによりスイッチング周波数で変調された局部発振信号となる。したがって、乗算器６５は、合成信号として、スイッチング周波数で変調された局部発振信号と無変調の局部発振信号である基準信号を乗じた信号を出力する。そのため、その合成信号は（１３）式で表される。ただしこの場合には、ωは、局部発振周波数である。

したがって、制御部５２は、第３の実施形態と同様に、受信器５１−ｍが有する位相調整器６４による位相調整量を変化させつつ、合成信号に含まれるスイッチング周波数成分の振幅レベル変化若しくはパワー変化を調べる。そして制御部５２は、スイッチング周波数成分の振幅レベル若しくはパワーが最小となるときの位相調整量を、基準信号と受信器５１−ｍを経由した局部発振信号間の位相差が+90°または-90°となるときの位相調整量として特定できる。制御部５２は、他の受信器についても同様の処理を行って、基準信号と受信器を経由した局部発振信号間の位相差が+90°または-90°となるときの位相調整量を特定できる。

制御部５２は、各受信器について、基準信号と受信器を経由した局部発振信号間の位相差が+90°または-90°となるときの位相調整量を、位相調整の基準となる基準位相調整量として記憶する。そして通信装置２が信号受信動作を実行する際、制御部５２は、信号受信方向に応じて、隣接する二つの受信器の組ごとに、その二つの受信器が受信するＲＦ信号に与える位相差に相当する位相変調量を基準位相調整量に基づいて決定する。制御部５２は、第３の実施形態と同様に、隣接する二つの受信器のそれぞれについて、その受信器を経由する局部発振信号を基準信号に対してともに位相差を90°とすることで、その二つの受信器を経由する局部発振信号間の位相差を0°にできる。また制御部５２は、一方の受信器を経由する局部発振信号を基準信号に対して位相差90°とし、他方の受信器を経由する局部発振信号を基準信号に対して位相差-90°とすることで、その二つの受信器を経由する局部発振信号間の位相差を180°にできる。
なお、この実施形態においても、制御部５２は、スイッチング周波数成分の振幅レベルが他の値、例えば最大値となるときの位相差(α-β)に相当する位相調整量を基準位相調整量として求めてもよい。

この実施形態によれば、通信装置は、受信器が有する乗算器が不完全でも、二つの受信器のそれぞれで受信した信号間の位相差を正確に調整できる。

なお、第４の実施形態の変形例によれば、図１３における点B及び点Cで示される、分配器５４−ｍと受信器５１−ｍの間、及び、分配器５４−ｍと受信器５１−(m+1)の間にスイッチが配置されてもよい。そして分配器５３−ｍと分配器５４−ｍ(ｍ=1,2,...,n-1)の間のスイッチは省略されてもよい。この場合には、制御部５２は、分配器５４−ｍと受信器５１−ｍの間に配置されたスイッチのオン／オフ制御と分配器５４−ｍと受信器５１−(m+1)の間に配置されたスイッチのオン／オフ制御とを独立して行える。これにより、制御部１２は、受信器５１−ｍのキャリブレーションと受信器５１−(m+1)のキャリブレーションを独立して行うことができる。

また、上記の各実施形態の変形例によれば、キャリブレーション処理の実行時において、ＲＦ信号または局部発振信号をスイッチング周波数で変調するスイッチング素子として、送信器または受信器内のオン／オフの切替が可能な回路素子が利用されてもよい。例えば、送信器または受信器内にある増幅器がスイッチング素子として利用されてもよい。この場合、制御部は、キャリブレーション処理の実行時において、増幅器をスイッチング周波数でオン／オフ切替する。これにより、キャリブレーション処理の実行に利用される回路素子の数が削減されるので、回路構成が簡単化される。

また、上記の各実施形態の他の変形例によれば、通信装置は、無線信号の代わりに、信号線に信号を出力する通信装置とすることもできる。この場合には、通信装置が有する各送信器または各受信器は、アンテナの代わりに、信号線と接続するためのインターフェースを有する。そして通信装置は、信号のインプット及びアウトプットの高速化あるいは差動伝送などで複数の信号を並列に通信するために利用される。この場合、通信装置は、各送信器から出力される信号の位相を一致させたり、あるいは、隣接する信号線間で伝送される信号間の位相差を反転するために、上記の何れかの実施形態または変形例に従って、隣接する送信器間でＲＦ信号の位相差を調節すればよい。またこの変形例では、各送信器に入力されるＲＦ信号は、スイッチング周波数を持つバースト信号であってもよい。すなわち、各送信器に入力される時点で、ＲＦ信号はスイッチング周波数で変調されているので、スイッチング素子でＲＦ信号を変調しなくても、制御部は、各実施形態と同様のキャリブレーション処理を実行できる。

ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、読者が、発明者によって寄与された発明及び概念を技術を深めて理解することを助けるための教育的な目的を意図する。ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、そのような具体的に述べられた例及び条件に限定されることなく解釈されるべきである。また、明細書のそのような例示の機構は、本発明の優越性及び劣等性を示すこととは関係しない。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、その様々な変更、置き換え又は修正が本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り行われ得ることが理解されるべきである。

以上説明した実施形態及びその変形例に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
信号を送信または受信し、該信号の位相を調整する位相調整器を有する複数の通信器と、
第１の周波数を持つ第１の信号を供給する発振器と、
前記複数の通信器のうちの第１の通信器を経由する前記第１の信号及び前記第１の周波数を持ち、前記第１の通信器を経由しない第２の信号のうちの少なくとも一方を、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数で変調するスイッチング素子と、
少なくとも一方が変調された、前記第１の通信器を経由した前記第１の信号と前記第２の信号を合成して、前記第２の周波数において前記第１の信号と前記第２の信号の位相差に応じた振幅を持つスイッチング周波数成分を含む合成信号を出力する信号合成器と、
前記合成信号に含まれる前記スイッチング周波数成分に基づいて、前記第１の信号と前記第２の信号の位相差が所定値となるときの前記第１の通信器の前記位相調整器による位相調整量を基準位相調整量として求め、前記第１の通信器が送信または受信する信号と前記複数の通信器のうちの前記第１の通信器に隣接する第２の通信器が送信または受信する信号間の位相差が所定の位相差となるように、前記基準位相調整量に基づいて前記第１の通信器の前記位相調整器を制御する制御部と、
を有する通信装置。
（付記２）
前記第２の信号は、前記発振器から出力され、前記第２の通信器を経由する信号であり、
前記信号合成器は、前記第１の通信器と前記信号合成器間の信号線の長さと前記第２の通信器と前記信号合成器間の信号線の長さの差が前記第１の信号の波長の整数倍となる位置に配置され、
前記スイッチング素子は、前記第１の通信器と前記信号合成器の間に配置される第１のスイッチと、前記第２の通信器と前記信号合成器の間に配置される第２のスイッチとを有し、
前記制御部は、前記第１の通信器から前記信号合成器へ入力される前記第１の信号を前記第１のスイッチにより前記第２の周波数で変調し、かつ、前記第２の通信器から前記信号合成器へ入力される前記第２の信号を、前記第２のスイッチにより前記第２の周波数で、前記第１のスイッチによる変調と同相で変調して、前記スイッチング周波数成分を持つ前記合成信号を前記信号合成器に生成させる、付記１に記載の通信装置。
（付記３）
前記第１の通信器は、当該第１の通信器を経由する前記第１の信号の振幅レベルを調整する振幅調整器をさらに有し、
前記信号合成器は、前記第２の周波数において前記第１の信号の振幅と前記第２の信号の振幅間の差に応じた振幅を持つ第２のスイッチング周波数成分を含む第２の合成信号をさらに出力し、
前記制御部は、前記第２の合成信号に含まれる前記第２のスイッチング周波数成分に基づいて前記振幅調整器を制御する、付記２に記載の通信装置。
（付記４）
前記信号合成器は、前記第１の信号に対する前記第１のスイッチによる変調の位相と前記第２の信号に対する前記第２のスイッチによる変調の位相が反転している場合に前記第２の合成信号を出力し、
前記制御部は、前記第１の信号に対する前記第１のスイッチによる変調の位相と前記第２の信号に対する前記第２のスイッチによる変調の位相が同相となるように前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチを制御して得られる前記合成信号から前記基準位相調整量を求め、一方、前記第１の信号に対する前記第１のスイッチによる変調の位相に対して前記第２の信号に対する前記第２のスイッチによる変調の位相が反転するように前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチを制御して得られる前記第２の合成信号に基づいて前記振幅調整器を制御する、付記３に記載の通信装置。
（付記５）
前記発振器から出力された前記第１の信号を二つの前記第２の信号として分配する分配器と、
前記第２の通信器と前記分配器の間に配置され、変調された前記第２の信号に前記第２の通信器を経由した前記第１の信号を乗じて前記第２の周波数において前記第２の通信器を経由した前記第１の信号と前記第２の信号の位相差に応じた振幅を持つ第２のスイッチング周波数成分を含む第２の合成信号を出力する第２の信号合成器とをさらに有し、
前記信号合成器は前記分配器と前記第１の通信器の間に配置され、
前記スイッチング素子は前記信号合成器及び前記第２の信号合成器に前記第２の信号が入力される前の前記第２の信号の経路上に配置されて前記第２の信号を前記第２の周波数で変調し、
前記制御部は、前記合成信号に含まれる前記スイッチング周波数成分に基づいて前記第１の通信器についての前記位相調整量を求め、かつ、前記第２の合成信号に含まれる前記第２のスイッチング周波数成分に基づいて前記第２の通信器の前記位相調整器による位相調整量を前記第２の通信器についての前記基準位相調整量として求める、付記１に記載の通信装置。
（付記６）
前記第１の通信器と前記分配器間の信号線の長さと前記第２の通信器と前記分配器間の信号線の長さの差が前記第１の信号の波長の整数倍となる位置に前記分配器は配置され、
前記第１の通信器と前記信号合成器間の信号線の長さと前記分配器と前記信号合成器間の信号線の長さの差が前記第１の信号の波長の整数倍となる位置に前記信号合成器は配置され、かつ、
前記第２の通信器と前記第２の信号合成器間の信号線の長さと前記分配器と前記第２の信号合成器間の信号線の長さの差が前記第１の信号の波長の整数倍となる位置に前記第２の信号合成器は配置される、付記５に記載の通信装置。
（付記７）
前記複数の通信器は、それぞれ、信号を送信する送信器である、付記１〜６の何れか一項に記載の通信装置。
（付記８）
前記複数の通信器は、それぞれ、無線電波を受信する受信器であり、かつ、前記第１の通信器は、前記無線電波を受信して前記無線電波に応じた信号を出力するアンテナと、該アンテナと前記位相調整器との間に配置され、前記アンテナからの信号または前記第１の信号を入力させる多重化器と、前記信号合成器とを有し、
前記発振器から出力された前記第１の信号の一部を前記第２の信号として前記第１の通信器の前記信号合成器へ分配する第１の分配器と、
前記第１の分配器から出力された前記第１の信号の他の一部を前記第１の通信器の前記多重化器へ分配する第２の分配器とをさらに有し、
前記スイッチング素子は、前記第１の分配器と前記第２の分配器の間、または、前記第２の分配器と前記第１の通信器の間に配置され、前記第１の信号の前記他の一部を前記第２の周波数で変調する、付記１に記載の通信装置。
（付記９）
前記制御部は、前記合成信号に含まれる前記スイッチング周波数成分が最小となるときの前記第１の通信器の前記位相調整器による位相調整量を前記基準位相調整量とする、付記１〜８の何れか一項に記載の通信装置。
（付記１０）
信号を送信または受信し、該信号の位相を調整する位相調整器を有する複数の通信器と、第１の周波数を持つ第１の信号を供給する発振器とを有する通信装置における位相調整方法であって、
スイッチング素子により、前記複数の通信器のうちの第１の通信器を経由する前記第１の信号及び前記第１の周波数を持ち、前記第１の通信器を経由しない第２の信号のうちの少なくとも一方を、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数で変調し、
少なくとも一方が変調された、前記第１の通信器を経由した前記第１の信号と前記第２の信号を合成して、前記第２の周波数において前記第１の信号と前記第２の信号の位相差に応じた振幅を持つスイッチング周波数成分を含む合成信号を生成し、
前記合成信号に含まれる前記スイッチング周波数成分に基づいて、前記第１の信号と前記第２の信号の位相差が所定値となるときの前記第１の通信器の前記位相調整器による位相調整量を基準位相調整量として求め、
前記第１の通信器が送信または受信する信号と前記複数の通信器のうちの前記第１の通信器に隣接する第２の通信器が送信または受信する信号間の位相差が所定の位相差となるように、前記基準位相調整量に基づいて前記第１の通信器の前記位相調整器を制御する、
ことを含む位相調整方法。
（付記１１）
信号を送信し、該信号の位相を調整する位相調整器を有する複数の送信器と、
第１の周波数を持つ信号を前記第１の周波数よりも低い第２の周波数で変調して得られる第１の信号を前記複数の送信器のそれぞれに供給する発振器と、
前記複数の通信器のうちの第１の通信器からの信号線の長さと前記複数の通信器のうちの前記第１の通信器に隣接する第２の通信器からの信号線の長さの差が前記第１の周波数に対応する波長の整数倍となる位置に配置され、前記第１の通信器から出力された前記第１の信号と、前記第２の通信器から出力された前記第１の信号とを合成して、前記第２の周波数において前記第１の信号と前記第２の信号の位相差に応じた振幅を持つスイッチング周波数成分を含む合成信号を出力する信号合成器と、
前記合成信号に含まれる前記スイッチング周波数成分に基づいて、前記第１の通信器から出力された前記第１の信号と前記第２の通信器から出力された前記第１の信号の位相差が所定値となるときの前記第１の通信器の前記位相調整器による位相調整量を基準位相調整量として求め、前記第１の通信器から出力される前記第１の信号と前記第２の通信器から出力される前記第１の信号間の位相差が所定の位相差となるように、前記基準位相調整量に基づいて前記第１の通信器の前記位相調整器を制御する制御部と、
を有する通信装置。

１、２ 通信装置
１０、５０ 発振器
１１−１〜１１−ｎ 送信器
５１−１〜５１−ｎ 受信器
１２、５２ 制御部
１３−１〜１３−(n-1) ミキサ
１４−１〜１４−(n-1) スイッチ
１５−１〜１５−(n-1) スイッチ
１６−１〜１６−(n-1) アナログ／デジタル変換器
２１ 増幅器
２２ 位相調整器
２３ 振幅調整器
２４ 分配器
２５ アンテナ
３１ 参照信号出力回路
３２−１〜３２−ｎ 位相同期回路
４０−１ スイッチ
４１−１ 分配器
４２−１、４３−１ ミキサ
４４−１、４５−１ アナログ／デジタル変換器
５３−１〜５３−(n-1) 分配器
５４−１〜５４−(n-1) 分配器
５５−１〜５５−(n-1) スイッチ
５６−１〜５６−ｎ アナログ／デジタル変換器
６１ アンテナ
６２ 多重化器
６３ 増幅器
６４ 位相調整器
６５ 乗算器

Claims (7)

1. 信号を送信または受信し、該信号の位相を調整する位相調整器を有する複数の通信器と、
   第１の周波数を持つ第１の信号を供給する発振器と、
   前記複数の通信器のうちの第１の通信器を経由する前記第１の信号及び前記第１の周波数を持ち、前記第１の通信器を経由しない第２の信号のうちの少なくとも一方を、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数で変調するスイッチング素子と、
   少なくとも一方が変調された、前記第１の通信器を経由した前記第１の信号と前記第２の信号を合成して、前記第２の周波数において前記第１の信号と前記第２の信号の位相差に応じた振幅を持つスイッチング周波数成分を含む合成信号を出力する信号合成器と、
   前記合成信号に含まれる前記スイッチング周波数成分に基づいて、前記第１の信号と前記第２の信号の位相差が所定値となるときの前記第１の通信器の前記位相調整器による位相調整量を基準位相調整量として求め、前記第１の通信器が送信または受信する信号と前記複数の通信器のうちの前記第１の通信器に隣接する第２の通信器が送信または受信する信号間の位相差が所定の位相差となるように、前記基準位相調整量に基づいて前記第１の通信器の前記位相調整器を制御する制御部と、
   を有する通信装置。
2. 前記第２の信号は、前記発振器から出力され、前記第２の通信器を経由する信号であり、
   前記信号合成器は、前記第１の通信器と前記信号合成器間の信号線の長さと前記第２の通信器と前記信号合成器間の信号線の長さの差が前記第１の信号の波長の整数倍となる位置に配置され、
   前記スイッチング素子は、前記第１の通信器と前記信号合成器の間に配置される第１のスイッチと、前記第２の通信器と前記信号合成器の間に配置される第２のスイッチとを有し、
   前記制御部は、前記第１の通信器から前記信号合成器へ入力される前記第１の信号を前記第１のスイッチにより前記第２の周波数で変調し、かつ、前記第２の通信器から前記信号合成器へ入力される前記第２の信号を、前記第２のスイッチにより前記第２の周波数で、前記第１のスイッチによる変調と同相で変調して、前記スイッチング周波数成分を持つ前記合成信号を前記信号合成器に生成させる、請求項１に記載の通信装置。
3. 前記第１の通信器は、当該第１の通信器を経由する前記第１の信号の振幅レベルを調整する振幅調整器をさらに有し、
   前記信号合成器は、前記第２の周波数において前記第１の信号の振幅と前記第２の信号の振幅間の差に応じた振幅を持つ第２のスイッチング周波数成分を含む第２の合成信号をさらに出力し、
   前記制御部は、前記第２の合成信号に含まれる前記第２のスイッチング周波数成分に基づいて前記振幅調整器を制御する、請求項２に記載の通信装置。
4. 前記発振器から出力された前記第１の信号を二つの前記第２の信号として分配する分配器と、
   前記第２の通信器と前記分配器の間に配置され、変調された前記第２の信号に前記第２の通信器を経由した前記第１の信号を乗じて前記第２の周波数において前記第２の通信器を経由した前記第１の信号と前記第２の信号の位相差に応じた振幅を持つ第２のスイッチング周波数成分を含む第２の合成信号を出力する第２の信号合成器とをさらに有し、
   前記信号合成器は前記分配器と前記第１の通信器の間に配置され、
   前記スイッチング素子は前記信号合成器及び前記第２の信号合成器に前記第２の信号が入力される前の前記第２の信号の経路上に配置されて前記第２の信号を前記第２の周波数で変調し、
   前記制御部は、前記合成信号に含まれる前記スイッチング周波数成分に基づいて前記第１の通信器についての前記位相調整量を求め、かつ、前記第２の合成信号に含まれる前記第２のスイッチング周波数成分に基づいて前記第２の通信器の前記位相調整器による位相調整量を前記第２の通信器についての前記基準位相調整量として求める、請求項１に記載の通信装置。
5. 前記複数の通信器は、それぞれ、無線電波を受信する受信器であり、かつ、前記第１の通信器は、前記無線電波を受信して前記無線電波に応じた信号を出力するアンテナと、該アンテナと前記位相調整器との間に配置され、前記アンテナからの信号または前記第１の信号を入力させる多重化器と、前記信号合成器とを有し、
   前記発振器から出力された前記第１の信号の一部を前記第２の信号として前記第１の通信器の前記信号合成器へ分配する第１の分配器と、
   前記第１の分配器から出力された前記第１の信号の他の一部を前記第１の通信器の前記多重化器へ分配する第２の分配器とをさらに有し、
   前記スイッチング素子は、前記第１の分配器と前記第２の分配器の間、または、前記第２の分配器と前記第１の通信器の間に配置され、前記第１の信号の前記他の一部を前記第２の周波数で変調する、請求項１に記載の通信装置。
6. 前記制御部は、前記合成信号に含まれる前記スイッチング周波数成分が最小となるときの前記第１の通信器の前記位相調整器による位相調整量を前記基準位相調整量とする、請求項１〜５の何れか一項に記載の通信装置。
7. 信号を送信または受信し、該信号の位相を調整する位相調整器を有する複数の通信器と、第１の周波数を持つ第１の信号を供給する発振器とを有する通信装置における位相調整方法であって、
   スイッチング素子により、前記複数の通信器のうちの第１の通信器を経由する前記第１の信号及び前記第１の周波数を持ち、前記第１の通信器を経由しない第２の信号のうちの少なくとも一方を、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数で変調し、
   少なくとも一方が変調された、前記第１の通信器を経由した前記第１の信号と前記第２の信号を合成して、前記第２の周波数において前記第１の信号と前記第２の信号の位相差に応じた振幅を持つスイッチング周波数成分を含む合成信号を生成し、
   前記合成信号に含まれる前記スイッチング周波数成分に基づいて、前記第１の信号と前記第２の信号の位相差が所定値となるときの前記第１の通信器の前記位相調整器による位相調整量を基準位相調整量として求め、
   前記第１の通信器が送信または受信する信号と前記複数の通信器のうちの前記第１の通信器に隣接する第２の通信器が送信または受信する信号間の位相差が所定の位相差となるように、前記基準位相調整量に基づいて前記第１の通信器の前記位相調整器を制御する、
   ことを含む位相調整方法。

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