JP6586064B2 - アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、アンテナに関する。

図１〜図４は、ＯＡＭ（Orbital Angular Momentum）波の特性を示す図である。図１はＯＡＭモードＬ０のＯＡＭ波の特性を、図２はＯＡＭモードＬ１のＯＡＭ波の特性を、図３はＯＡＭモードＬ２のＯＡＭ波の特性を、図４はＯＡＭモードＬ３のＯＡＭ波の特性を示す。以下では、ＯＡＭモードを単に「モード」とも記載する。これらの図１〜図４に示すような異なる軌道角運動量を持つ電波（モードＬ０，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，…）にそれぞれに違う信号に対応させ、それら電波を多重することができる。図１〜図４に示すように、送信側からの距離が同じ平面における位相の変化を比べると、モードＬ０では同じ位相であるが、モードＬ１では位相が０〜３６０°と１回転し、Ｌ２では２回転、Ｌ３では３回転する（例えば、非特許文献１、２参照）。このような幾つものモードのＯＡＭ波を多重することにより、無線の通信容量を大幅に増加できると考えられる（例えば、非特許文献１、２、３参照）。

この無線通信に使用されるＯＡＭ波の放射のピークは、送信側から受信側の方向に対し円錐状に広がる。また、選択されたＯＡＭモード（ＯＡＭ波のモード）により、その放射における円錐状のピークの広がりが異なる。この差異として、図１〜図４のレベル分布に示すように、ＯＡＭ波のモードが高次となるに従い、送信側から同じ距離だけ離れた位置における円状の放射ピークがより広がる点が確認できる。このようなＯＡＭ波の特徴を考慮して送受信アンテナの配置などに工夫が必要である。

図３４は、従来技術による多重送受におけるアンテナ素子の配置を示す図である（例えば、非特許文献３）。同図に示すように、アンテナ９８０とアンテナ９９０はそれぞれ、ＯＡＭ波を放射する複数種類のアレイアンテナを有する。アレイアンテナは円周上に配置された複数のアンテナ素子により構成される。アレイアンテナの種類は、送信（放射）か受信かの送受信種別と、ＯＡＭモードとの組み合わせで表される。送受信種別とＯＡＭモードの少なくとも一方が異なる場合、アレイアンテナの種類は異なる。同図では、送信側のアンテナ９８０及び受信側のアンテナ９９０がそれぞれ、２つのアレイアンテナを有する場合を示している。

１つのアンテナが複数種類のアレイアンテナを備える場合、各アレイアンテナを構成するアンテナ素子は、それら複数種類のアレイアンテナにおいて中心が同じ、かつ、それら複数種類のアレイアンテナごとに異なる半径の円周上に配置される。同図では、アンテナ９８０において、１つ目のアレイアンテナのアンテナ素子９８１は円周Ｃ１上に配置され、２つ目のアレイアンテナのアンテナ素子９８２は円周Ｃ１と同心かつ円周Ｃ１より小さい円周Ｃ２に配置されている。また、アンテナ９９０において１つ目のアレイアンテナのアンテナ素子９９１は円周Ｃ３の上に配置され、２つ目のアレイアンテナのアンテナ素子９９２は円周Ｃ３と同心かつ円周Ｃ３より小さい円周Ｃ４上に配置されている。これら別々の円周上に配置されたアンテナ素子で構成されるアレイアンテナは、異なるモードのＯＡＭ波の放射又は受信を行う。このように異なるモードのＯＡＭ波を扱うことにより、多重通信を実現する。また、アンテナ素子９８１及びアンテナ素子９８２と、アンテナ素子９９１及びアンテナ素子９９２との違いは、上記のように扱うＯＡＭ波のモードの違いであってもよく、送信と受信の違いであってもよい。以下では、ＯＡＭ波を放射（送信）するアレイアンテナを「送信側アレイアンテナ」とも記載し、送信側アレイアンテナから放射されたＯＡＭ波を受信するアレイアンテナを「受信側アレイアンテナ」とも記載する。また、以下では、アンテナ素子を「素子」とも記載し、受信側アレイアンテナのアンテナ素子を「受信素子」とも記載する。

Yan Yan，et al.，"High-capacity millimetre-wave communications with orbital angular momentum multiplexing"，Nature communications，5，2014年，p.1-9 Yan Yan，"High-Capacity Millimeter-wave Communications with Orbital Angular Momentum Multiplexing"，EE Festival Presentation，USC Optical Communications Laboratory，2014年 Zhengyi Li，Yoji Ohashi and Kazumi Kasai，"A Dual-channel Wireless Communication System by Multiplexing Twisted Radio Wave"，Proceedings of the 44th European Microwave Conference，（イタリア），2014年，p.235-238

図３５及び図３６に示す２種類の従来例の送受信アンテナを用いて従来技術の課題を説明する。
図３５に示す２台のアンテナはそれぞれ、異なる大きさの同心の円周上にアンテナ素子が配置された送信側アレイアンテナと受信側アレイアンテナとを有する。送信側アレイアンテナが配置される円周の直径は、受信側アレイアンテナが配置される円周の直径のよりも小さい。これは、送信側アレイアンテナのアンテナ素子から放射されるＯＡＭ波のピークは円錐状に広がるために、受信側アレイアンテナのアンテナ素子を直径が大きいほうの円周上に配置することにより、広がったＯＡＭ波をより効果的に受信できるからである。

図３６に示す送信側のアンテナは、同心の異なる大きさの円周上にアンテナ素子が配置された送信側アレイアンテナを２つ有し、受信側のアンテナは、同心の異なる大きさの円周上にアンテナ素子が配置された受信側アレイアンテナを２つ有している。送信側のアンテナにおいて、送信モードＬ１のＯＡＭ波を扱う送信側アレイアンテナのアンテナ素子は小径の円周上に配置されており、送信モードＬ２のＯＡＭ波を扱う送信側アレイアンテナでのアンテナ素子は大径の円周上に配置される。同様に、受信側のアンテナにおいて、受信モードＬ１のＯＡＭ波を扱う受信側アレイアンテナのアンテナ素子は小径の円周上に配置されており、受信モードＬ２のＯＡＭ波を扱う受信側アレイアンテナのアンテナ素子は大径の円周上に配置される。この大小の円周に対して異なるモードを割り当てる理由は、ＯＡＭ波のモードにより放射の広がり角度が違うことによる。すなわち、同じ条件の場合はモードＬ１に比べモードＬ２の方がＯＡＭ波で放射の広がりが大きいため、外側の円周上のアンテナ素子でモードＬ２を扱う点に合理性がある。

ところで、これら図３５及び図３６に挙げた２つの従来例においては、点線の円の中の矢印に示すように、放射ピークに対する受信素子の方向の外れ量が存在する。特に、図３６に示す送信モードＬ１の送信側アレイアンテナのように、送信側アレイアンテナのアンテナ素子が、直径が小さい円周上に配置される場合、送信側アレイアンテナの放射ピークに対する受信素子の方向の外れ量が大きくなる。このように“方向の外れ量”が大きいと、当然ながら受信レベルが大幅に低下するために送信信号を受信できず、ＯＡＭ波を使用する無線通信ができなくなる恐れがある。

上記事情に鑑み、本発明は、受信レベルの低下を抑制しながらＯＡＭ波の多重通信を行うことができるアンテナを提供することを目的としている。

本発明の一態様は、ＯＡＭ（Orbital Angular Momentum）波の互いに異なる複数のモードを用いて多重通信を行うアンテナであって、ＯＡＭ波のモードと送信か受信かの送受信種別との組み合わせで示される種類がそれぞれ異なる複数のアレイアンテナを有し、複数の前記アレイアンテナは、それぞれ、円周上に配置される複数のアンテナ素子を有し、前記アンテナ素子が配置される前記円周は、複数の前記アレイアンテナについて、同心かつ複数の前記アレイアンテナの開口径が所定値以下に制限された条件の下で最大となる同一直径である。

本発明の一態様は、上記のアンテナであって、送受信種別が異なる複数の前記アレイアンテナにおいて、少なくとも一部の前記アンテナ素子を共用し、前記アレイアンテナごとに当該アレイアンテナを構成する複数の前記アンテナ素子は、前記円周上に等間隔に配置される。

本発明の一態様は、上記のアンテナであって、ＯＡＭ波のモードが異なる複数の前記アレイアンテナにおいて、少なくとも一部の前記アンテナ素子を共用し、前記アレイアンテナごとに当該アレイアンテナを構成する複数の前記アンテナ素子は、前記円周上に等間隔に配置される。

本発明により、受信レベルの低下を抑制しながらＯＡＭ波の多重通信を行うことができるアンテナを提供することが可能となる。

モードＬ０のＯＡＭ（Orbital Angular Momentum）波の特性を示す図である。 モードＬ１のＯＡＭ波の特性を示す図である。 モードＬ２のＯＡＭ波の特性を示す図である。 モードＬ３のＯＡＭ波の特性を示す図である。 同一送信モードでアレイアンテナの開口径が異なるときのＯＡＭ波の放射の広がり角度の表を示す図である。 アレイアンテナの開口径が同一で送信モードが異なるときのＯＡＭ波の放射広がり角度の表を示す図である。 送信モードと開口径を変えた時のピーク方向の一覧表を示す図である。 同一送信モードでアレイアンテナの開口径が異なるときのＯＡＭ波の放射パターンを示す図である。 アレイアンテナの開口径が同一で送信モードが異なるときのＯＡＭ波の放射パターンを示す図である。 第１の実施形態による多重送受における素子配置を示す図である。 第１の実施形態によるアンテナを用いたときの放射ピークに対する受信素子方向の外れ量の削除効果を示す図である。 第１の実施形態による素子配置の効果を示す図である。 放射パターンの正対方向を拡大したグラフである。 第１の実施形態による送信側の通信装置の構成を示す図である。 第１の実施形態による受信側の通信装置の構成を示す図である。 第１の実施形態による通信装置を用いて複数モードのＯＡＭ波の送信を直接受信するケースの数値例を示す図である。 第１の実施形態によるＯＡＭ波の多重送受信系を示す図である。 放射ピークを外れたときの受信電力レベルの低下を示す図である。 第１の実施形態による多重送受信系における多重されたＯＡＭ波の受信レベル変化を示す図である。 第１の実施形態による多重送受信系における多重されたＯＡＭ波の受信レベル変化を示す図である。 第１の実施形態の変形例による複数モードのＯＡＭ波の送信を反射させて受信するケースを示す図である。 第２の実施形態による複数モードのＯＡＭ波の送信を直接受信するケースを示す図である。 第２の実施形態によるアンテナ素子の配置を示す図である。 第２の実施形態によるアンテナ素子の配置を示す図である。 第２の実施形態による通信装置における接続構成図である。 第２の実施形態による各アンテナ素子に設定される位相値を示す図である。 第２の実施形態による通信装置における接続構成図である。 第２の実施形態による通信装置における他の接続構成図である。 第２の実施形態によるＯＡＭ波の多重送受信系を示す図である。 第２の実施形態による多重送受信系における多重されたＯＡＭ波の受信レベル変化を示す図である。 第２の実施形態による多重送受信系における多重されたＯＡＭ波の受信レベル変化を示す図である。 第３の実施形態による多重送受におけるアンテナ素子の配置を示す図である。 第３の実施形態による通信装置における接続構成を示す図である。 従来技術による多重送受におけるアンテナ素子の配置を示す図である。 従来技術による放射ピークに対する受信素子方向の外れ量を示す図である。 従来技術による放射ピークに対する受信素子方向の外れ量を示す図である。

ＯＡＭ波は、複数モードを使用して多重化できる。この多重化したＯＡＭ波を生成するために、アンテナは複数のアレイアンテナを有する。各アレイアンテナにおいては、円周上にアンテナ素子が配置される。従来技術では、モード別に複数の円周上にアンテナ素子を配置したり、送受信で別の円周上にアンテナ素子を配置したりしていた。本実施形態では、同一円周上（多重する全モードのアレイアンテナの最大の円周上）に複数モードのアンテナ素子、又は、送受信のアンテナ素子を配置する。これによりＯＡＭ波の広がりを抑制し、送信から見た受信素子方向もＯＡＭ波の広がりから外れる量を可能な限り少なくしたＯＡＭ波の多重送受信を実現する。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。

［第１の実施形態］
図１〜図４に示すＯＡＭ（Orbital Angular Momentum）波の特性を、各モードの放射ピークや位相についての具体例を挙げて詳細に説明する。以下では、図１に示す通常の電波（モードＬ０）と、図２、図３、図４に示すモードＬ１，Ｌ２，Ｌ３の３種類のＯＡＭ波とを合せて、４種類の電波を挙げて説明する。

まず、各種類の電波の電界強度分布（強度のレベル分布）について述べると、図１に示すように、通常の電波では中心が強い円形であり、図２〜図４に示すように、ＯＡＭ波では中心が弱い円環形である。これらの各モードのＯＡＭ波の円環形のレベル分布において強度レベルがピークとなる円環の直径を比較すると、モードＬ１，Ｌ２，Ｌ３の順にそれらピークが中心から広がっていることが確認できる。また、位相変化に関しては、通常の電波では一様であるが、ＯＡＭ波においてはモードＬ１〜Ｌ３に応じて、中心角に対し０〜３６０°で１周〜３周の変化がある。

図５及び図６は、２種類の異なるパラメータに対するＯＡＭ波の放射の広がり角度の表を示す図である。この２種類のパラメータは、ＯＡＭ波の送信モードと、ＯＡＭ波を生成し放射するアンテナ素子を円周上に配置した送信側アレイアンテナの直径、すなわち、送信側アレイアンテナの開口径の長さである。図５は、ＯＡＭモードＬ±１の同一送信モードで送信側アレイアンテナの開口径が異なる場合のＯＡＭ波の広がり角度の違いを示す。図６は、送信側アレイアンテナの開口径が同一の４λでＯＡＭ波の送信モードが異なる場合の広がり角度の違いを示す。この開口径を４λとした、この“λ”は波長を示す。また一方で、広がり角度は、放射された電波の強度レベルのピークが円錐状に広がった角度である。

図５から分かるように、条件をＯＡＭモードＬ±１の同一送信モードとした場合、送信側アレイアンテナのアンテナ素子を円周上に配置した直径である開口径が短いλから２λ，…，４λと長くなるに従い、広がり角度は３４°，１７°，…，８°と逆順に小さくなる。一方、図６に示したとおり、条件を開口径が同一直径４λ（λは波長）とした場合、低いＯＡＭモードＬ±１からＬ±２，…，Ｌ±４と高くなるに従い、ＯＡＭ波の広がり角度も８°，１４°，…，２５°と順に大きくなる。

これら図５及び図６に示す数値は、後述する図８と図９に挙げるシミュレーション結果から得ている。また、図５及び図６において挙げた２つのパラメータがＯＡＭ波の広がり角度に影響があるとき、後述する図１０では次の検討を行う。すなわち、比較的簡単な２種類のモードＬ±１と±２を多重し、かつ送信側アレイアンテナのサイズ（開口径）を最大４λに制限する。この制約条件で少し図１０での検討に触れておくと、図３４に示す従来例となるケースＡでは、モードＬ±１を扱う送信側アレイアンテナのサイズは２λであり、モードＬ±２を扱う送信側アレイアンテナのサイズは４λである。一方、後述する図１０に示す本実施形態では、モードＬ±１を扱う送信側アレイアンテナのサイズ及びモードＬ±２を扱う送信側アレイアンテナのサイズは、両方とも４λである。

図７は、送信モードと開口径を変えた時のピーク方向の一覧表を示す図である。同図に示す一覧表では、モードＬ±１，Ｌ±２，…，Ｌ±４，Ｌ±５をカバーする。さらに、同図に示す一覧表では、ＯＡＭ波を放射する送信側アレイアンテナにおいて円周上にアンテナ素子を配置する場合に、これらアンテナ素子が配置される円周の直径である開口径Ｄがλ，２λ，…，４λ，…，６λと異なる条件もカバーする。つまり、図７に示す一覧表では、これら異なるＯＡＭモードと開口径の組合せにより変化するピーク方向として、ＯＡＭ波の放射ピークの広がり角度の数値が示されている。同図に示す一覧表全体から総じて、低次のＯＡＭモードに比べ高次のＯＡＭモードになるとピーク方向の広がり角度が拡大する傾向がある。また、同じＯＡＭモードの時には、開口径が大きくなるとピークの広がり角度が小さくなる傾向がある。先に図５、図６に挙げた条件（モードＬ１で開口径λ〜４λ，開口径４λでモードＬ１〜Ｌ４）におけるＯＡＭ波の広がり角度はそれぞれ、一覧表において符号Ａ１、符号Ａ２に囲まれた範囲に含まれている。

図８は、同一送信モードで送信側アレイアンテナの開口径が異なる場合のＯＡＭ波の放射パターンを示す図であり、図９は、送信側アレイアンテナの開口径が同一で送信モードが異なる場合のＯＡＭ波の放射パターンを示している。図８及び図９に示す放射パターンは、円周上に、長さλ／２０の微小ダイポールであるアンテナ素子が１６個配置されることを条件として、放射パターンをシミュレーションした結果である。このシミュレーションでは、使用周波数ｆ＝５．２ＧＨｚ（波長λ＝５．８ｃｍ）である。

まず図８は、送信モードがモードＬ１であるときに、λ，２λ，３λ，４λと異なる直径（開口径）の円周上にアンテナ素子を配置した送信側アレイアンテナの放射パターンを示す。これらのケースでは、開口径が大きくなるに従って、矢印で示したピーク方向が絞られていくことが分かる。続いて図９は、同じ４λの直径の円周上にアンテナ素子を配置し（同一開口径）、送信モードをモードＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４と変えたときの放射パターンを示す。モードが高次になるに従い、矢印で示したピーク方向が拡大することが見てとれる。これら図８や図９のようにシミュレーションにより様々なモードと送信側アレイアンテナの開口径を組み合わせた条件での広がり角度の結果をまとめたものが先の図７の一覧表である。

図１０は、本実施形態における多重送受を行うアンテナにおける素子配置を示す図である。同図に示す送信側のアンテナ１００及び受信側のアンテナ２００はそれぞれ、複数のアレイアンテナを有する。送信側のアンテナ１００は、ＯＡＭモードが異なる送信側アレイアンテナを２つ有し、受信側のアンテナはＯＡＭモードが異なる受信側アレイアンテナを２つ有する。なお、１つのアンテナが、ＯＡＭモードが同一又は異なる送信側アレイアンテナと受信側アレイアンテナを備えてもよい。アンテナ１００において、アンテナ素子１０１とアンテナ素子１０２はそれぞれ、種類が異なるアレイアンテナを構成する。アンテナ素子１０１が配置される円周と、アンテナ素子１０２が配置される円周は同心で同径の円周Ｃ５である。同様に、アンテナ２００において、アンテナ素子２０１とアンテナ素子２０２はそれぞれ、種類が異なるアレイアンテナを構成する。アンテナ素子２０１が配置される円周と、アンテナ素子２０２が配置される円周は、同心で同径の円の円周Ｃ５である。

先に従来技術のアンテナを図３４で説明したが、同図に示すアンテナ１００、２００それぞれが備える２つのアレイアンテナの円周Ｃ５は、図３４に示すアンテナ９９０の外側のアレイアンテナの円周Ｃ３と同じ直径である。すなわち、図３４に示すアンテナ９９０の外側のアレイアンテナの開口径と、図１０に示すアンテナ１００、２００のそれぞれが有するアレイアンテナの開口径を同じとして検討する。この条件の場合では、図３４に示す従来技術に対して、図１０に示すアンテナ１００、２００では、最も大きな直径の円周上に、ＯＡＭ波のモードと送受信種別とのうち少なくとも一方が異なるアレイアンテナのアンテナ素子を配置するため、ＯＡＭ波による放射ピークの広がりを抑制できる。つまり、送信側アレイアンテナでは、最も大きな直径の円周上にアンテナ素子を配置することで、従来技術における課題であった放射ピークの広がりを抑制する。さらには、受信側アレイアンテナにおいても最も大きな直径の円周上にアンテナ素子を配置することで、ＯＡＭモードと送信側の開口径で決まる放射ピークに可能な限り近い角度で受信することを狙う。

図１１は、本実施形態のアンテナを用いたときの放射ピークに対する受信素子方向の外れ量の削除効果を示す図である。同図に示すように、送信側のアンテナ及び受信側のアンテナともに、同じ円周上に、モードＬ１のアレイアンテナのアンテナ素子とモードＬ２のアレイアンテナのアンテナ素子とを配置する。アンテナ素子１０１は、図１０に示すアンテナ１００において送信モードＬ１の送信側アレイアンテナを構成するアンテナ素子であり、アンテナ素子１０２は、図１０に示すアンテナ１００において送信モードＬ２の送信側アレイアンテナを構成するアンテナ素子である。アンテナ素子２０１は、図１０に示すアンテナ２００において受信モードＬ１の受信側アレイアンテナを構成するアンテナ素子であり、アンテナ素子２０２は、図１０に示すアンテナ２００において受信モードＬ２の受信側アレイアンテナを構成するアンテナ素子である。

これら送信モードＬ１、Ｌ２それぞれの送信側アレイアンテナにより生成されるＯＡＭ波の放射ピークに対して、送信モードＬ１、Ｌ２それぞれの受信側アレイアンテナの方向が外れる量は少なくなる。特にモードＬ１の放射ピークについては、そのピーク方向が受信側のアンテナ素子２０１への方向から外れる量は、符号Ｂ１、Ｂ２の範囲に示すように僅かである。この点に関して、後述する図１２及び図１３で、具体的な数値を伴う例を挙げて補足する。その後には、送受信装置の構成（後述する図１４、図１５）、ＯＡＭ波を用いた多重化のシミュレーションの結果（後述する図１８）、ＯＡＭ波を用いた多重化の検証実験に基づく追加検討（後述する図１７、図１９、図２０）について説明する。

図１２は、本実施形態の素子配置の効果であるピーク外れ量の改善を説明するための図である。同図では、具体的な数値の例として、次のようなケースを想定する。まず、無線通信に使用する周波数ｆは５．２ＧＨｚ（波長λ＝５．７６ｃｍ）である。送信側のアンテナには、直径４λと直径６λのそれぞれの送信側アレイアンテナの円周上にアンテナ素子を配置して、各送信側アレイアンテナからモードＬ１、モードＬ２のＯＡＭ波を放射する。そして、受信側のアンテナにおいても、送信と同じ大きさの円周（半径２λ＝１１．５３ｃｍと３λ＝１７．２９ｃｍ）上に受信素子を配置し、半径２λの受信側アレイアンテナでモードＬ１のＯＡＭ波を受信し、半径３λの受信側アレイアンテナでモードＬ２のＯＡＭ波を受信する。また、送信側アレイアンテナと受信側アレイアンテナ間の距離ｄは１．８ｍである。

このケースについて、まず直径６λの送信側アレイアンテナから、モードＬ２のＯＡＭ波を放射する場合について考える。開口径６λでモードＬ２のＯＡＭ波は、放射の広がり角度９°である（図７の一覧表における符号Ａ３）。このピーク方向９°での受信側の半径はｄ・ｔａｎ（９°）＝２８．５０ｃｍ、受信素子の方向はｔａｎ^−１（３λ／ｄ）＝ｔａｎ^−１（０．０９６）＝５．５°と計算できる。従って、直径６λの送信側アレイアンテナ、モードＬ２のピーク外れ量は９−５．５＝３．５°となる。

次に、他方の直径４λの送信側アレイアンテナからモードＬ１のＯＡＭ波を放射する場合について考える。開口径４λでモードＬ１のＯＡＭ波は、放射の広がり角度８°である（図７の一覧表における符号Ａ４）。このピーク方向８°で受信側の半径はｄ・ｔａｎ（８°）＝２５．２９ｃｍ、受信素子の方向はｔａｎ^−１（２λ／ｄ）＝ｔａｎ^−１（０．０６４）＝３．７°と計算できる。従って、直径４λの送信側アレイアンテナ、モードＬ１のピーク外れ量は８−３．７＝４．３°となる。

ここで、上記のモードＬ１のＯＡＭ波を受信する受信素子の配置を、直径４λの円周上から、上述したモードＬ２を受信する受信素子と同じ直径６λの円周上とすれば、モードＬ１のピーク外れ量が８−５．５＝２．５°と減少する（外れ量の改善１）。

さらに、モードＬ１のＯＡＭ波を送信する送信側アレイアンテナのアンテナ素子の配置も、受信側アレイアンテナと同様に、直径４λの円周上から直径６λの円周上へ変更すると、広がり角度は６°（図７の一覧表の符号Ａ５）へと変わる。このピーク方向６°で受信側の半径はｄ・ｔａｎ（６°）＝１８．９１ｃｍであり、受信素子の方向は上述のようにｔａｎ^−１（３λ／ｄ）＝５．５°である。この広がり角度の変化により、受信素子の方向との外れ量を、６−５．５＝０．５°とさらに減らすことができる（外れ量の改善２）。

図１３は、放射パターンの正対方向を拡大したグラフを示す図である。同図に示すグラフの横軸は送信側アレイアンテナが配置される平面が向いている方向に対する角度である方位角［°］であり、縦軸は信号強度レベルの利得［ｄＢ］である。このグラフのパラメータは、円周上にアンテナ素子を配置する送信側アレイアンテナの直径（開口径）と、ＯＡＭ波の送信モードとの組み合わせである。同図では、送信側アレイアンテナの直径（開口径）４λ及び６λと、ＯＡＭ波の送信モードＬ１及びＬ２とを組合せた、（４λ，Ｌ１）、（６λ，Ｌ１）、（６λ，Ｌ２）を条件として用いたときの放射パターンを示す。それぞれのグラフにおいて、ピーク方向とそのピークの強度レベルは、（８°，１４．７ｄＢ）、（６°，１４．４ｄＢ）、（９°，１３ｄＢ）である。ここで、先の図１２で説明したモードＬ１でのＯＡＭ波のピーク方向に対する受信素子の方向の外れ量について検討する。

まず送受信のアレイアンテナが開口径４λである時は、受信素子の方向は３．７°であった。この時の信号強度レベルは相当低いことが図１３のグラフから分かる。ここで、受信側アレイアンテナの直径を、４λから６λ（モードＬ２の受信側アレイアンテナと同じ開口径）へ変えることにより受信素子の方向が５．５°になるので、同じパラメータ（４λ，Ｌ１）のグラフでも強度レベルが上昇し、利得が改善される（外れ量の改善１）。さらに送信側アレイアンテナも６λ（モードＬ２の受信側アレイアンテナと同じ開口径）とすると、図１３ではパラメータ（４λ，Ｌ１）のグラフから（６λ，Ｌ１）のグラフへと移り、同じ方位角５．５°でもそれらの利得がさらに上昇する（外れ量の改善２）。

図１４及び図１５を用いて、本実施形態における多重送受を行うアンテナを用いた通信装置の構成について説明する。
図１４は、送信側の通信装置３００の構成を示す図である。送信側の通信装置３００は、Ｍ個の送信信号生成装置３０１と、Ｎポートを有するＭ個の分波器３０２と、Ｍ×Ｎ個の位相器３０３と、アンテナ３１０とを有する。位相器３０３は、設定により、位相調整量が可変である。アンテナ３１０は、Ｍ×Ｎ個のアンテナ素子３１１を有する。通信装置３００の構成要素は、送信信号生成装置３０１、分波器３０２、位相器３０３、アンテナ素子３１１の順に接続される。ここで、ＭはＯＡＭ波を多重するモード数であり、Ｎは１つのモードのＯＡＭ波を送信するために用いられる素子数、すなわち、１つの送信側アレイアンテナを構成する素子数である。

多重するＭ種類の送信モードのうち、ｍ種類目（ｍは１以上Ｍ以下の整数）の送信モードで送信する信号を生成する送信信号生成装置３０１を送信信号生成装置３０１−ｍと記載し、送信信号生成装置３０１−ｍと接続される分波器３０２を分波器３０２−ｍと記載する。分波器３０２−ｍのｎ番目（ｎは１以上Ｎ以下の整数）のポートと接続される位相器３０３を位相器３０３−ｍ−ｎと記載し、位相器３０３−ｍ−ｎと接続されるアンテナ素子３１１をアンテナ素子３１１−ｍ−ｎと記載する。アンテナ素子３１１−ｍ−１〜３１１−ｍ−Ｎは、ｍ種類目の送信モードのＯＡＭ波を送信するアレイアンテナを構成する。全てのアンテナ素子３１１−１−１〜３１１−Ｍ−Ｎは、先の図１１までに説明したように、最大サイズの送信側アレイアンテナと同じ直径の円周上に配置される。

上記構成において、送信信号生成装置３０１−ｍは、生成した信号を分波器３０２−ｍに出力する。分波器３０２−ｍは、送信信号生成装置３０１−ｍから入力した信号をＮ個のポートに分波し、位相器３０３−ｍ−１〜３０３−ｍ−Ｎに出力する。位相器３０３−ｍ−ｎは、分波器３０２−ｍのｎ番目のポートから入力した信号の位相を送信モードに基づいて調整し、アンテナ素子３１１−ｍ−ｎに出力する。アンテナ素子３１１−ｍ−ｎは、位相器３０３−ｍ−ｎから入力した信号を放射する。

図１５は、受信側の通信装置４００の構成を示す図である。受信側の通信装置４００は、アンテナ４１０と、Ｍ×Ｎ個の位相器４２１と、Ｎポートを有するＭ個の合波器４２２と、Ｍ個の受信信号復調装置４２３とを有する。アンテナ４１０は、Ｍ×Ｎ個のアンテナ素子４１１を有する。位相器４２１は、設定により、位相調整量が可変である。通信装置４００の構成要素は、アンテナ素子４１１、位相器４２１、合波器４２２、受信信号復調装置４２３の順に接続される。ＭはＯＡＭ波を多重するモード数であり、Ｎは１つのモードのＯＡＭ波を受信するために用いられる素子数、すなわち、受信側アレイアンテナを構成する素子数である。

ｍ種類目（ｍは１以上Ｍ以下の整数）のモードのＯＡＭ波を受信するｎ個目（ｎは１以上Ｎ以下の整数）のアンテナ素子４１１をアンテナ素子４１１−ｍ−ｎと記載し、アンテナ素子４１１−ｍ−ｎと接続される位相器４２１を位相器４２１−ｍ−ｎと記載する。Ｎポートのそれぞれが、位相器４２１−ｍ−１〜４２１−ｍ−Ｎと接続される合波器４２２を合波器４２２−ｍと記載し、合波器４２２−ｍと接続される受信信号復調装置４２３を受信信号復調装置４２３−ｍと記載する。

アンテナ素子４１１−ｍ−ｎは、受信した信号を位相器４２１−ｍ−ｎに出力する。位相器４２１−ｍ−ｎは、アンテナ素子４１１−ｍ−ｎから入力した信号の位相を受信モードに基づいて調整し、合波器４２２−ｍのｎ番目のポートに出力する。合波器４２２−ｍは、位相器４２１−ｍ−１〜４２１−ｍ−Ｎから入力した信号を合波し、受信信号復調装置４２３−ｍに出力する。受信信号復調装置４２３−ｍは、合波器４２２−ｍから入力した信号を復調する。
ここまでで、図１５に示す受信側の構成を図１４の送信側と合せるように構成要素数に同じ符号Ｍ、Ｎを用いた。しかし必ずしも送受信は対応する構成要素を同じ数にしなくてもよい。

上記のように、図１４に示す送信側の装置構成に対し、図１５に示す受信側の装置構成においては、分波器に代えて合波器を、送信信号生成装置に代えて受信信号復調装置を備えた構成である。図１４に示すアンテナ３１０が有するアンテナ素子３１１の配置を、図１０に示すアンテナ１００のアンテナ素子１０１、１０２の配置や、図１１に示す送信側のアレイアンテナのアンテナ素子１０１、１０２の配置とする。つまり、異なる種類のアレイアンテナのアンテナ素子３１１を全て同一円上に配置する。同様に、図１５に示すアンテナ４１０ が有するアンテナ素子４１１の配置を、図１０に示す本実施形態のアンテナ２００のアンテナ素子２０１、２０２の配置や、図１１に示す受信側のアレイアンテナのアンテナ素子２０１、２０２の配置とする。つまり、異なる種類のアレイアンテナのアンテナ素子４１１を全て同一円上に配置する。これにより、以下のように、複数モードや送受信に対応して異なる円周上にアンテナ素子を配置した従来技術において課題となる点を解消したり、本実施形態のメリットを引き出したりしている。

（１）送信側アレイアンテナの開口径がどのモードも可能な限り大きく、ＯＡＭ波の広がり角度が小さい。つまり指向性が高い。
（２）アンテナ素子の位置決定（配置）が単純である。
（３）素子数を削減し、アンテナの製作コストを軽減可能である。

なお、後述する第２の実施形態では、ハイブリッドを用い、送信側のアンテナ素子への入力信号を合波したり、受信側のアンテナ素子による受信信号を分波したりすることにより、１つのアンテナ素子で複数のモードを共用する。また、後述する第３の実施形態では、アンテナが双方向通信する場合に、サーキュレータにより通信信号を入出力して１つのアンテナ素子で送受信を共用する。

図１６は、本実施形態の通信装置を用いて複数モードのＯＡＭ波の送信を直接受信するケースの具体的な数値例を示す図である。同図に示す数値例では、ＯＡＭ波に複数のモードを使用した送受信の条件として、送受信間の距離ｄを１．８ｍ、周波数を５．２ＧＨｚ、開口径Ｄを４λ（＝２３ｃｍ）、多重モードをモードＬ１，Ｌ２（，Ｌ３）とする。送信側アレイアンテナと受信側アレイアンテナは、同じ開口径（同径）Ｄ（＝４λ）であり、送信側においては、同心の円周上に各モードのアンテナ素子３１１が配置される。同図においては、モードＬ１，Ｌ２（，Ｌ３）それぞれのアンテナ素子３１１を、アンテナ素子３１１−１、３１１−２、３１１−３と記載している。送信モードＬ１，Ｌ２（，Ｌ３）でのピーク方向は、送信側からの広がり角度８°，１４°（，２０°）であるため、受信側アレイアンテナの位置では半径０．２５ｍ，０．４５ｍ，０．６５ｍの円状へ広がる。これら各送信モードでのピーク広がりに対し、受信側アレイアンテナの開口径が２３ｃｍであるので、送信側から見ると、受信側のアンテナ素子は３．９°（≒４°）の方向になる。従って、送信側からの受信素子の方向と、各モードＬ１，Ｌ２（，Ｌ３）のピーク方向との差は、４°，１０°（，１６°）となる。

図１７は、本実施形態によるＯＡＭ波の多重送受信系を示す図である。同図において送信側は、図１４に示す通信装置３００と同様の構成を有しており、受信側は図１５に示す通信装置４００と同様の構成を有している。なお、Ｍ＝２、Ｎ＝４である。ただし、受信側はネットワークアナライザ５０１をさらに備え、送信側は、ネットワークアナライザ５０２を備える。また、受信側は受信信号復調装置４２３として、スペクトラムアナライザ５０３を用いる。

同図に示す多重送受信系を用いた検証実験では、使用した周波数は５．２ＧＨｚ（波長：５．７６５ｃｍ）、ＯＡＭ波のモードはＬ１とＬ−１である。送信側アンテナ及び受信側アンテナの素子はそれぞれ、モードＬ１が４素子、モードＬ２が４素子の計８素子であり、送受信のアレイアンテナの開口径は４λ（２３．０６ｃｍ）である。

信号源（ＳＧ）である２個の送信信号生成装置３０１−１、３０１−２はそれぞれ、送信信号を生成し、分波器３０２−１、３０２−２に出力する。この２つの送信信号は送信に用いられるモードがＬ１、Ｌ−１と異なる。送信信号生成装置３０１−１、３０１−２から出力された送信信号は、２個の分波器３０２−１、３０２−２によってそれぞれ４ポートに分配される。２×４個の位相器３０３−１−１〜３０３−１−４、３０３−２−１〜３０３−２−４は、送信信号の位相を調整し、アンテナ３１０が有する２組４素子の送信側アレイアンテナへ出力する。モードＬ１の送信側アレイアンテナのアンテナ素子３１１−１−１〜３１１−１−４と、モードＬ−１の送信側アレイアンテナのアンテナ素子３１１−２−１〜３１１−２−４とは、同じ直径４λの円周上に配置される。

各アンテナ素子３１１の直前に挿入された位相器３０３には、５．２ＧＨｚで位相が設定される。位相器３０３に設定される位相は、位相器３０３が接続されるアンテナ素子３１１の円周上の位置とモードにより決められる。つまり、位相器４２１にはそれぞれ、モードＬ１に対する０［°］、４５［°］、９０［°］、…、−４５（３１５）［°］とモードＬ−１に対する０［°］、−４５［°］、−９０［°］、…、４５（−３１５）［°］がネットワークアナライザ５０１により設定される。また、多重化するＯＡＭ波を信号分離できるかの評価のため、垂直軸（Ｚ軸）を中心に送信側のアンテナ３１０を回転させる。この回転角度をα［°］とする。

対向するアンテナ４１０の受信側アレイアンテナは、送信側アレイアンテナと対称である。受信側アレイアンテナの各アンテナ素子４１１−１−１〜４１１−１−４、４１１−２−１〜４１１−２−４が受信したＯＡＭ信号は、位相器４２１−１−１〜４２１−１−４、４２１−２−１〜４２１−２−４を通過し、合波器４２２−１、４２２−２でモード毎に集約される。モード毎に集約された２つの信号は、受信信号復調装置としてのスペクトラムアナライザ５０３へ出力される。なお、位相器４２１には、ネットワークアナライザ５０２により、接続されるアンテナ素子４１１毎に、５．２ＧＨｚで位相が設定される。位相器４２１の位相設定を変えることにより、受信に用いられるモードが選択される。

図１８は、放射ピークを外れたときの受信電力レベルの低下を示す図である。同図は、送信側アレイアンテナの前方±１８０°の強度レベルをシミュレーションしたパターン結果である。この解析条件は、使用周波数５．２ＧＨｚ、８素子を送信側アレイアンテナとして円周上に等間隔に配置し、この送信側アレイアンテナの直径である開口径は４λ（λは波長）、送受信距離は１．８ｍである。また、各アンテナ素子の位相設定は、ＯＡＭ波モードＬ１を送信するように、隣り合う素子で円周上の配置順に４５°（＝３６０÷８）ずつ増加させた位相を設定する。

同図に示すシミュレーション結果から、８°方向のピークでの受信電力レベル（８．２７ｄＢ）から、受信素子の位置に当る４°方向（受信電力レベル：４．９８ｄＢ）への違いによるレベル低下は、３．２９ｄＢと僅かである。このレベル低下を考慮して、同じ直径の送受信側アレイアンテナを対向させてＯＡＭ波を送受することができると分かる。

図１９及び図２０は、図１７に示す多重送受信系における多重されたＯＡＭ波の受信レベル変化を示す図である。この系では、送信側アレイアンテナの４つのアンテナ素子にモードＬ１を、別の送信側アレイアンテナの４つのアンテナ素子にモードＬ−１を設定し、受信側アレイアンテナの４つのアンテナ素子にモードＬ１を、別の受信側アレイアンテナの４つのアンテナ素子にモードＬ−１を設定する。

図１９は、送信側アレイアンテナの４つのアンテナ素子にモードＬ１を、別の送信側アレイアンテナの４つのアンテナ素子にモードＬ−１を設定して送信したＯＡＭ波を、モードＬ１を設定した受信側アレイアンテナの４つのアンテナ素子により受信して得た受信ピーク強度の結果を示す。一方、図２０は、送信側アレイアンテナの４つのアンテナ素子にモードＬ１を、別の送信側アレイアンテナの４つのアンテナ素子にモードＬ−１を設定して送信したＯＡＭ波を、モードＬ−１を設定した受信側アレイアンテナの４つのアンテナ素子により受信して得た受信ピーク強度の結果を示す。

図１９の符号Ｂ１のグラフ（送信、受信ともモードＬ１）や、図２０の符号Ｂ３のグラフ（送信、受信ともモードＬ−１）に示すように、送受信のアンテナ素子が同じモードの場合には、送受信が対向する方向（送信回転角度α＝０［°］）では、受信ピーク強度が約−４０ｄＢである。これに対して、図１９の符号Ｂ２のグラフ（送信がモードＬ−１かつ受信がモードＬ１）や、図２０の符号Ｂ４のグラフ（送信がモードＬかつ受信がモードＬ−１）に示すように、送受信のアンテナ素子が異なるモードの場合、同じ対向方向では受信ピーク強度が−６０ｄＢ未満と強度が低い。つまり、図１９のグラフに示すように、送受信が同じモードＬ１の場合と、異なるモードＬ−１（送信）対Ｌ１（受信）の場合とでは、送受信のアレイアンテナが対向している時、受信レベル差は＞２０ｄＢとなる。また、図２０のグラフに示すように、送受信のアンテナ素子が同じモードＬ−１である場合と、異なるモードＬ１（送信）対Ｌ−１（受信）である場合とでは、送受信のアレイアンテナが対向している時、受信レベル差は＞３０ｄＢとなる。これら図１９、図２０に示すように、送信側と同一モードで受信した信号強度と送信側と異なるモードで受信した信号強度とでは２０ｄＢを超えるレベル差がある。このことから、受信側のアンテナにおいて、ＯＡＭ波のモードにより送信側のアンテナからの受信信号を識別できるため、ＯＡＭ波による多重通信が可能である。

（第１の実施形態の変形例）
図２１は、受信側のアンテナが複数モードのＯＡＭ波の送信を反射させて受信するケースを示す図である。同図に示すように、送信側のアレイアンテナの前方に、複数の反射板４５０をリング状に配置する。同図では、３つの反射板４５０として、反射板４５０−１、４５０−２、４５０−３をリング状に、各リングの中心が一致するように配置している。リング状の反射板４５０の直径は、各モードでの広がり角度と送信側アレイアンテナまでの距離により決まる。ここで、送信側アレイアンテナから反射板４５０まではＯＡＭ波が生成されるために必要な距離を確保する。さらに、１つ１つのリング状の反射板４５０の傾斜は、上述した広がり角度の半分とする。このように複数枚のリング状の反射板４５０を同心円状に重ねて設置することで、ＯＡＭ波がそれぞれの広がりから平行になって伝搬される。受信側にも対向して、送信側の反射板４５０と対称となる同じ複数のリング状の反射板と受信側アレイアンテナを設ける。こうして、送信側アレイアンテナから広がりをもって放射されたＯＡＭ波が送信側のリング状の反射板で平行に伝搬するようになり、平行伝搬したＯＡＭ波が受信側の反射板により受信側アレイアンテナにて受信する最適な角度に曲げられる。

図２１に挙げた具体的な数値例としては、使用する周波数７５ＧＨｚ、アレイアンテナの開口径Ｄ＝４λ（＝１６ｍｍ）、送信側アレイアンテナと反射板４５０までの距離ｄ＝１２ｃｍである。多重する送信モードがモードＬ１，Ｌ２（，Ｌ３）の時は、それぞれのモードでの広がり角度が８°，１４°（，２０°）なので、反射板４５０−１、４５０−２（、４５０−３）のリング半径は１７ｍｍ，３０ｍｍ（，４４ｍｍ）であり、それぞれ反射板の傾きは４°，７°（，１０°）となる。この反射板４５０−１、４５０−２（、４５０−３）の傾きの数値を、先の広がり角度の半分とすることで、ＯＡＭ波を平行伝搬させることができる。受信側でも、送信側と同じアレイアンテナと送信側のアンテナの前に置かれた反射板４５０−１、４５０−２（、４５０−３）と対称となる複数枚のリング状の反射板を備えることで、受信側の受信モードＬ１，Ｌ２（，Ｌ３）の各アレイアンテナは、送信側の反射板４５０−１、４５０−２（、４５０−３）で反射して平行伝搬された複数モードのＯＡＭ波を受信できる。この図２１に示すリング状の複数の反射板を送受信側も受信側にも持つことでピークレベルを平行に伝搬させれば、理論的には多重するＯＡＭ波の全モードでピークレベルを受信する位置に関係なく確保でき、送受信距離をさらに伸ばすことができる。

［第２の実施形態］
本実施形態では、異なるＯＡＭモードのアレイアンテナでアンテナ素子を共有する。

図２２は、複数モードのＯＡＭ波の送信を直接受信するケースを示す図である。先の第１の実施形態における図１６に対して、この図２２では、アレイアンテナにおいて多重する複数モードに対するアンテナ素子の配置を詳細に検討する。

先の図１６では、ＯＡＭ波のモードＬ１，Ｌ２，Ｌ３それぞれに６素子を割当て、合計１８素子を同じ円周上に配置して送信側のアンテナを構成した。この送信側のアンテナを構成する条件は、送信のみの各モードのアレイアンテナを有することと、モードに応じたＯＡＭ波を生成するために必要な素子数があることである。モードＬ１，Ｌ２，Ｌ３，…，Ｌｉ，…である場合にモード数Ｌ＝１，Ｌ＝２，Ｌ＝３，…，Ｌ＝ｉ，…とすると、送信側アレイアンテナがモード数ＬのＯＡＭ波を生成する時に必要な最小の素子数は２｜Ｌ｜＋１であり、高次モードでは相応の素子数が必要となる。ここで、モードＬ３には最低でも７素子が必要なので、図１６に示す６素子ではモードＬ３は実現できないことになる。加えて、送信側アレイアンテナの円周を素子数で割った長さよりもアンテナ素子単体の対角の長さが短いこと、つまり図１６では１つ１つのアンテナ素子のサイズが小さいことも条件である。また、条件として、複数モードのアンテナ素子を同じ円周上に並べた時に、各モードにおいてアンテナ素子が等間隔に配置される点もある。例えば、図２２では、モードＬ１用のアンテナ素子３５１が２素子飛び毎に等間隔に配置されているが、モードＬ２用のアンテナ素子３５２は１素子飛びと隣の素子が混在しており等間隔ではない。これらの条件を端的に言い換えれば、目的とするアレイアンテナの範囲内に全てのアンテナ素子を円周上に配置できることが求められる。これらの条件を満たさないケースが図２２であり、第１の実施形態に対する課題として、次の２項目が挙げられる。

（ａ）モード毎にアンテナ素子が等間隔の配置とならない。つまり、同一円周上に配置されるアンテナ素子がモード毎に不等間隔である。
（ｂ）複数モードのアンテナ素子が配置できない。例えば、図２２ではモードＬ１のアンテナ素子３５１とＬ２のアンテナ素子３５２は配置できているが、モードＬ３のアンテナ素子は配置できていない。高次モードでは相応の素子数が必要である。

図２３及び図２４に、この第１の実施形態に対する課題を解決する対策となるアンテナ素子の配置を示す。この対策では、複数のアレイアンテナにおいてアンテナ素子を共有し、素子数を削減する。素子数の削減により、図２２で挙げた課題（（ａ）同一円周上に配置される素子がモード毎に不等間隔、（ｂ）多重のモード数でアンテナ素子が配置できない）を解決する。

図２３に示す対策（ａ）では、送受信別に同じアンテナ素子を異なるモード間で共用することにより、アンテナに円周上に配置されるアンテナ素子を削減する。図２３では、ＯＡＭ波としてモードＬ１，Ｌ２，Ｌ３の３種類のモードがある。これらのモードそれぞれには、送信側のみで４素子、８素子、８素子が用いられる。このため、アンテナ素子を共用しないと、合計２０素子が必要になる。そこで、これらの３種類のモード全てを共用するアンテナ素子６０１を４素子、モードＬ２とモードＬ３を共用するアンテナ素子６０３を４素子とすると合せて８素子となり、さらに送受別々にアンテナ素子があるので、合計１６素子になる。従って、アンテナ素子を共用しない場合に比べて４素子が削減される。同図に示す４つのアンテナ素子６０２は、モードＬ１，Ｌ２，Ｌ３の３種類のモードを共有する受信アンテナ素子であり、４つのアンテナ素子６０４は、モードＬ１，Ｌ２の２種類のモードを共有する受信アンテナ素子である。このように種類の異なるアンテナ素子６０１、６０２、６０３、６０４を、図２３ではそれぞれに等間隔に配置できている。例えば、モードＬ１は３素子飛ばしで配置され、モードＬ２とモードＬ３は１素子飛ばしで配置される。

図２４に示す対策（ｂ）は、異なるモード間において送受信で同じアンテナ素子を共用して、図２３に示す対策（ａ）よりもさらに素子数を削減することを狙う。上述した図２３では送信側と受信側を合わせて２×８素子、総計１６素子となる。これに対して、図２４では送受信を同じアンテナ素子で共用するため、図２３の半分の８素子で対応できる。同図においてアンテナ素子６１１は、モードＬ１，Ｌ２，Ｌ３の３種類のモードの送受信を共用するアンテナ素子であり、アンテナ素子６１２は、モードＬ１，Ｌ２の２種類のモードの送受信を共用するアンテナ素子である。同図に示すように、モードＬ１用のアンテナ素子は１素子飛ばしの等間隔に配置され、モードＬ２用とモードＬ３用のアンテナ素子はアレイアンテナを構成する全８素子で等間隔になっている。

なお、図２３に示す異なるモード間でアンテナ素子を共用する対策（ａ）については、この直後の図２５に構成を示し、図２９と図３０に検証実験とその結果を示す。また、図２４に示すアンテナ素子を送受信でも共用する対策（ｂ）については、次の第３の実施形態において図３２を示して構成を述べる。

図２５及び図２６を用いて、本実施形態における多重送受での素子配置（変形例）とアンテナ素子の設定位相を説明する。図２５及び図２６では、全てのアンテナ素子を、多重される全てのモードのアレイアンテナで共用する。

図２５は、送受信を異にするアンテナ素子を有する通信装置６５０における接続構成図である。同図では、通信装置６５０の送信側の構成のみを示している。通信装置６５０は、Ｍ個の送信信号生成装置６５１と、Ｎポートを有するＭ個の分波器６５２と、Ｍ×Ｎ個の位相器６５３と、Ｎ個のハイブリッド合波器６５４と、アンテナ６６０とを有する。位相器６５３は、位相調整量が可変である。アンテナ６６０は、Ｎ個の送信用のアンテナ素子６６１を有する。

信号を放射するＮ個のアンテナ素子６６１はそれぞれ、Ｎ個のハイブリッド合波器６５４と接続される。このＮ個のハイブリッド合波器６５４はそれぞれ、モード数Ｍ個の位相器６５３と繋がっている。つまり、合計Ｍ×Ｎ個の位相器６５３がある。各位相器６５３は、Ｎポートの出力を持つＭ個の分波器６５２を通じて、Ｍ個の送信信号生成装置６５１に繋がっている。なお、ハイブリッド合波器６５４は入力と出力間で信号を通過させ、複数の入力間では信号を遮断する。

以下では、ｍ個目の送信信号生成装置６５１を送信信号生成装置６５１−ｍ（ｍは１以上Ｍ以下の整数）と記載し、送信信号生成装置６５１−ｍと接続される分波器６５２を分波器６５２−ｍと記載する。分波器６５２−ｍのｎ番目（ｎは１以上Ｎ以下の整数）のポートと接続される位相器６５３を位相器６５３−ｍ−ｎと記載し、位相器６５３−１−ｎ〜６５３−Ｍ−ｍと接続されるハイブリッド合波器６５４をハイブリッド合波器６５４−ｎと記載する。ハイブリッド合波器６５４−ｎと接続されるアンテナ素子６６１をアンテナ素子６６１−ｎと記載する。

送信信号生成装置６５１−ｍは、生成した送信信号を分波器６５２−ｍに出力する。分波器６５２−ｍは、送信信号生成装置６５１−ｍから入力した送信信号をＮ個のポートに分波し、位相器６５３−ｍ−１〜６５３−ｍ−Ｎに出力する。位相器６５３−ｍ−ｎは、分波器６５２−ｍから入力した送信信号の位相を送信モードに基づいて調整し、ハイブリッド合波器６５４−ｎに入力する。ハイブリッド合波器６５４−ｎは、位相器６５３−１−ｎ、６５３−２−ｎ、…、６５３−Ｍ−ｎのそれぞれが位相を調整した送信信号を合波してアンテナ素子６６１−ｎに出力する。アンテナ素子６６１−ｎは、ハイブリッド合波器６５４−ｎから入力した信号を放射する。

受信側の通信装置は、この図２５に示す接続構成のうち３つの要素を代えることにより構成される。つまり、受信側の通信装置は、ハイブリッド合波器に代えてハイブリッド分波器を備え、分波器に代えて合波器を備え、送信信号生成装置にかえて受信信号復調装置を備える。これは、先に説明した図１４の送信側の通信装置に対して図１５の受信側の通信装置を説明したものに類似する。ただし、図１５でも述べたが、送信側に合せるように受信側の構成要素の数を同じにする必要はない。送受信は異なる構成要素数として実現してもよい。

図２６は、図２５に示す各アンテナ素子６６１に設定される位相値を示す図である。同図に示すアンテナ素子＃１，＃２，＃３，…，＃ｊ，…，＃Ｎは、図２５に示す送信側の通信装置６５０の接続構成においてアンテナ６６０が備えるアンテナ素子６６１−１〜６６１−Ｎであり、同一の円周上に配置される。アンテナ６６０に求められる素子数Ｎは、最も高次のモードＬｍａｘを基に計算される。図２２の説明で述べたように、特に（ＬｍａｘをＯＡＭモードの具体的な次数と見なして考えたとき）ＯＡＭ波のモードＬｍａｘを生成する送信側アレイアンテナの条件として、アンテナ素子の数ＮはＮ≧２Ｌｍａｘ＋１が必要である。そして、同一の円周上に配置された各アンテナ素子＃１〜＃Ｎに出力される信号には、多重する複数のモードに対応する位相が設定される。

多重するモード数Ｍ（Ｍ≦２Ｌｍａｘ＋１）の時に、ＯＡＭ波のモードＬは、Ｌ０，Ｌ±１，Ｌ±２，…，Ｌ±ｉ，…，Ｌ±ｍａｘとなる。このような場合、アンテナ素子♯１にＯＡＭ波モードに対応する位相として、モードＬ１では３６０／Ｎ［°］、モードＬ２では７２０／Ｎ［°］、…、モードＬｍａｘでは３６０・Ｌｍａｘ／Ｎ［°］が設定される。また、アンテナ素子＃２に対応する位相として、モードＬ１では７２０／Ｎ［°］、モードＬ２では１４４０／Ｎ［°］、…、モードＬｍａｘでは７２０・Ｌｍａｘ／Ｎ［°］が設定される。また、アンテナ素子♯ｊに対応する位相として、モードＬ１では３６０ｊ／Ｎ［°］、モードＬ２では７２０ｊ／Ｎ［°］、…、モードＬｍａｘでは３６０ｊ・Ｌｍａｘ／Ｎ［°］が設定される。そして、アンテナ素子♯Ｎに対応する位相として、モードＬ１では３６０（Ｎ−１）／Ｎ［°］、モードＬ２では７２０（Ｎ−１）／Ｎ［°］、…、モードＬｍａｘでは３６０（Ｎ−１）・Ｌｍａｘ／Ｎ［°］が設定される。

図２７及び図２８を用いて、各モードに用いられる素子数の違いによる装置構成の要素削減について、削減対応をしていない構成例と削減対応をした例を対比して示す。
図２７は、余裕のある素子数と機能要素により構成された通信装置６５０における接続構成図である。通信装置６５０は、要素削減に対応をしていない構成の例である。一方、図２８は、素子数を適切に設定して構成要素を削減した通信装置６８０における接続構成図である。

図２７に示す通信装置６５０の送信側の構成は、図２５に示す通信装置６５０の構成と同様であり、送信側の構成のみを示している。通信装置６５０は、Ｍ個の送信信号生成装置６５１−１〜６５１−Ｍと、Ｎポートを有するＭ個の分波器６５２−１〜６５２−Ｍと、Ｍ×Ｎ個の位相器６５３−１−１〜６５３−Ｍ−Ｎと、Ｎ個のハイブリッド合波器６５４−１〜６５４−Ｎと、アンテナ６６０とを有する。アンテナ６６０は、Ｎ個の送信用のアンテナ素子６６１−１〜６６１−Ｎを有する。

一方、図２８に示す通信装置６８０は、図２７に示す通信装置６５０と同じ要素より構成されており、特に素子数Ｎも通信装置６５０と同じである。また、Ｍ個の送信信号生成装置６５１を備える点も通信装置６５０と同様である。通信装置６８０を構成する要素は、信号の流れの順に、送信信号を発生する送信信号生成装置６５１、送信信号生成装置６５１が生成した送信信号を分岐する分波器６８２、分配された送信信号にＯＡＭ波のモードに応じた位相を調整設定する位相器６８３、位相調整された複数モードのＯＡＭ波の送信信号を合波するハイブリッド合波器６８４、そして、Ｎ個のアンテナ素子６９１を有するアンテナ６９０である。Ｎ個のアンテナ素子６９１をそれぞれ、アンテナ素子６９１−１〜６９１−Ｎとする。

同図では、通信装置６８０の送信側の構成のみを示している。受信側の構成では、送信側アレイアンテナを受信側アレイアンテナとしてそのまま使用し、ハイブリッド合波器に代えてハイブリッド分波器を備え、位相器はそのまま使用し、分波器に代えて合波器を備え、送信信号生成装置に代えて受信信号復調装置を備える。これも、先の図１４に示す送信側の通信装置３００と図１５に示す受信側の通信装置４００の関係や、図２５の通信装置６５０における送信側の構成のみ示した時の受信側の構成に関する説明と同様である。

ここで図２８に示す通信装置６８０が図２７に示す通信装置６５０と異なる点はアンテナ素子６９１を共有するモードの割り当て方が違う点である。図２７に示す通信装置６５０では全アンテナ素子６６１−１〜６６１−Ｎを複数のモードが共有する。これに対して、図２８に示す通信装置６８０ではＮ個のアンテナ素子６９１のうち一部のアンテナ素子を複数のモードで共有する。つまり、一部のアンテナ素子６９１を高次モードと低次モードで共有し、残りの他のアンテナ素子６９１を、高次モードのみが使用する。図２２と図２５の説明で述べたように、モードＬ１，Ｌ２，Ｌ３，…，Ｌｉ，…である場合にモード数Ｌ＝１，Ｌ＝２，Ｌ＝３，…，Ｌ＝ｉ，…とすると、モードＬのＯＡＭ波を生成するために必要な素子の最低数は、上述したように、２｜Ｌ｜＋１とされるので、これに対し多少は余裕のある適切な素子数を確保して構成要素に割り当てる。このように、多重化する複数モードに応じて、それぞれ共有する素子数をより適切に設定する。この図２７から図２８へと変えたように送受信装置を構成する要素を削減し、この削減で送受信装置の製造費を低減できる。

例えば、通信装置６８０がＭ種類の送信モードのアレイアンテナを有し、ｍ番目（ｍは１以上Ｍ以下の整数）の種類の送信モードのアレイアンテナは、アンテナ６９０のＮ個のアンテナ素子６９１のうちＮ_ｍ個（Ｎ_ｍ≦Ｎ）のアンテナ素子６９１を用いるとする。Ｎ個のアンテナ素子６９１のうち、Ｚ個（Ｚ＜Ｎ、Ｚは整数）は複数のモードのアレイアンテナにより共用され、残りの（Ｎ−Ｚ）個のアンテナ素子６９１は１つのモードのアレイアンテナにより使用される。複数のモードのアレイアンテナにより共用されるアンテナ素子６９１はそれぞれ、ハイブリッド合波器６８４と接続される。従って、通信装置６８０では、通信装置６５０と比較して、（Ｎ−Ｚ）個の合波器が削減できる。

また、上述のように通信装置６８０は、図２７に示す通信装置６５０と同じＭ個の送信信号生成装置６５１−１〜６５１−Ｍを備える。ｍ種類目のモードで送信する信号を生成する送信信号生成装置６５１−ｍと接続される分波器６８２を分波器６８２−ｍとする。分波器６８２−ｍは、Ｎ_ｍ個のポートを有する。分波器６８２−ｍのｎ番目（ｎは１以上Ｎ_ｍ以下の整数）のポートと接続される位相器６８３を、位相器６８３−ｍ−ｎと記載する。このような構成により、通信装置６８０では、通信装置６５０と比較して、Σ（Ｎ−Ｎ_ｍ）個の位相器が削減できる。アンテナ素子６９１を共用する送信モードの位相器６８３−ｍ−ｎは、ｍ種類目の送信モードで使用するアンテナ素子６９１と接続されるハイブリッド合波器６８４に位相を調整した信号を出力する。アンテナ素子を共用しない送信モードの位相器６８３−ｍ−ｎは、その送信モードで使用するアンテナ素子６９１に位相を調整した信号を出力する。

図２９は、本実施形態によるＯＡＭ波の多重送受信系を示す図である。同図において送信側は、図２５、図２７に示す通信装置６５０と同様の構成を有しており、Ｍ＝２、Ｎ＝４である。受信側は、アンテナ６６０に代えてアンテナ７５０を、通信装置６５０のハイブリッド合波器６５４−１〜６５４−４に代えてハイブリッド分波器７６１−１〜７６１−４を、位相が可変の位相器６５３−１−１〜６５３−１−４、６５３−２−１〜６５３−２−４に代えて位相が可変の位相器７６２−１−１〜７６２−１−４、７６２−２−１〜７６２−２−４を、４ポートを有する分波器６５２−１、６５２−２に代えて４ポートを有する合波器７６３−１、７６３−２を、送信信号生成装置６５１−１、６５１−２に代えて受信信号復調装置としてのスペクトラムアナライザ７６４を備えた構成である。位相器７６２−１−１〜７６２−１−４、７６２−２−１〜７６２−２−４の位相設定を変えることにより、受信に用いられるモードが選択される。アンテナ７５０は、複数モードを多重して受信する４つのアンテナ素子７５１−１〜７５１−４を有し、送信側のアンテナ６６０と同様の構成である。

送信側では、ハイブリッド合波器６５４により複数のモードの送信信号を合波し、同じアンテナ素子６６１を通じて異なるモードのＯＡＭ波を放射する。使用する周波数は５．２ＧＨｚ（波長：５．７６５ｃｍ）、アンテナ６６０及びアンテナ７５０が備える素子数は４素子、アンテナ６６０のアレイアンテナ及びアンテナ７５０のアレイアンテナの開口径は４λ（２３．０６ｃｍ）、ＯＡＭ波のモードはＬ１及びＬ−１である。また、送受信間距離は１．８ｍ、広がり角度は８°である。位相器６５３−１−１〜６５３−１−４及び位相器７６２−１−１〜７６２−１−４にはモードＬ１に対する０［°］、９０［°］、１８０［°］、−９０［°］が、位相器６５３−２−１〜６５３−２−４及び位相器７６２−２−１〜７６２−２−４にはモードＬ−１に対する０［°］、−９０［°］、１８０［°］、９０［°］が設定される。また、多重化されたＯＡＭ波を信号分離できるかの評価のため、垂直軸（Ｚ軸）を中心に送信側のアンテナ６６０を回転させる。この回転角度をα［°］とする。

そして受信側では、同じアンテナ素子７５１−１〜７５１−４により受信される多重化されたＯＡＭ波の受信信号を、ハイブリッド分波器７６１−１〜７６１−４を介してそれぞれのモードに対応した位相器７６２−１−１〜７６２−１−４、７６２−２−１〜７６２−２−４へ分けて渡す。このように送信側は、同じアンテナ素子を用いて多重化したＯＡＭ波を送信し、受信側は、多重化されたＯＡＭ波を同じアンテナ素子を用いて受信することで、素子数の削減に繋げることができる。

図３０及び図３１は、図２９に示す多重送受信系における多重されたＯＡＭ波の受信レベル変化を示す図である。
図３０は、送信側のアンテナの４つのアンテナ素子にモードＬ１及びモードＬ−１を設定し、合波して放射されたＯＡＭ波を、受信側のアンテナのモードＬ１及びモードＬ１が設定された４つのアンテナ素子により受信した後に、分波によりモードＬ１について得た受信ピーク強度の結果を示す。一方、図３１は、送信側アレイアンテナの４つのアンテナ素子毎にモードＬ１及びモードＬ−１を設定し、合波して放射されたＯＡＭ波を、受信側アレイアンテナのモードＬ−１及びモードＬ−１が設定された４つのアンテナ素子により受信した後、分波によりモードＬ−１について得た受信ピーク強度の結果を示す。

図３０の符号Ｄ１、Ｄ２のグラフに示すように、送信側のＯＡＭ波のモードがＬ１の信号を、受信側も同じモードＬ１で受信した場合と、送信側のＯＡＭ波のモードがＬ−１の信号を、受信側が異なるモードＬ１で受信した場合との受信レベル差は＞２０ｄＢである。同様に、図３１の符号Ｄ３、Ｄ４のグラフに示すように、送信側のＯＡＭ波のモードがＬ−１の信号を、受信側も同じモードＬ−１で受信した場合と、送信側のＯＡＭ波のモードがＬの信号を、受信側が異なるモードＬ−１で受信した場合との受信レベル差は＞２０ｄＢである。従って、先に図１９、図２０で示したハイブリッド分波器・ハイブリッド合波器を使わずアレイアンテナを構成する素子数（８個）が多いケースと比較すると、この図３０及び図３１ではその半分の素子数（４個）でもＯＡＭ波のモードＬ±１による多重化での信号分離が実現できることが実証された。分離レベルの低下は同じ素子数のアンテナ素子を円周上に並べれば改善できると考えられるので、アレイアンテナサイズに制約があり、同じ素子数のアンテナ素子を円周上に配置する条件では、ハイブリッド分波器及びハイブリッド合波器を用いてアンテナ素子を共有することが有効である。

［第３の実施形態］
本実施形態では、先に第２の実施形態の図２４で示した第１の実施形態に対する課題を解決する対策（アンテナ素子を共有し素子数を削減）を示す。この図２４で挙げた送受信でも同じアンテナ素子を共用する対策（ｂ）について、この第３の実施形態ではアレイアンテナに接続される送受信構成を説明する。図２４から分かるように、先の第２の実施形態で異なるモードのアレイアンテナ間で同一の円周上に配置されるアンテナ素子を共用することで素子数を削減することに加え、送受信が共用されることでさらに一層素子数が削減でき、より多くＯＡＭ波のモードを使用する多重化に繋げられる。

図３２及び図３３を用いて、本実施形態による多重送受での素子配置を説明する。
図３２は、本実施形態による多重送受におけるアンテナ素子の配置を示す図である。同図に示すように、アンテナ８１０は、同心・同径円周上のアンテナ素子８１１を使用して送受信のアンテナ素子も共有する。同図においては、本来、同じ円周上に配置した８個のアンテナ素子８１１である所、共用する４つのアンテナ素子８１１を１つ飛びに配置した様子を示す。また、同図においては、円周上にアンテナ素子８１１を配置したアンテナ８１０は送受信とも同じであるが、必ずしも同じでなくてもよい。

図３３は、通信装置８００における接続構成を示す図である。送受信を行う通信装置８００は、上述のように、送受信でアンテナ素子８１１を共用する。多重数をＭ、素子数をＮとすると、通信装置８００は、Ｍ個の送信信号生成装置８０１と、Ｍ個の受信信号復調装置８０２と、Ｍ個のサーキュレータ８０３と、Ｍ個の分波／合波器８０４と、Ｍ×Ｎ個の位相器８０５と、Ｎ個のハイブリッド分波／合波器８０６と、アンテナ８１０とを備える。アンテナ８１０は、Ｎ個のアンテナ素子８１１を備える。Ｎ個のアンテナ素子８１１をそれぞれ、アンテナ素子８１１−１〜８１１−Ｎと記載する。このように、通信装置８００には、多重数Ｍ個の送信信号生成装置８０１と受信信号復調装置８０２、これら送信信号生成装置８０１と受信信号復調装置８０２に繋がるサーキュレータ８０３がある。サーキュレータ８０３の先はＭ個の分波／合波器８０４を介して、Ｍ×Ｎ個の可変の位相器８０５が接続される。位相器８０５では、ＯＡＭ波の多重するモードに合わせて信号の位相が調整・設定される。位相器８０５は、先のＮ個のハイブリッド分波／合波器８０６を介してＮ個のアンテナ素子８１１と接続される。なお、サーキュレータ８０３では、信号の入力と出力の方向が順番に決まっており、この順番を逆にした入力から出力の方向の信号は通過させない。

なお、この図３３に示す通信装置８００の送信側の構成に対する受信側の構成については、先の図１４の送信側の通信装置３００に対する図１５の受信側の通信装置４００の構成や、図２５の通信装置６５０、図２８の通信装置６８０の送信側の構成に対する受信側の構成についての説明と類似する。

以下では、ｍ種類目（ｍは１以上Ｍ以下の整数）のモードで送信する信号を生成する送信信号生成装置８０１を送信信号生成装置８０１−ｍと記載し、ｍ種類目のモードで受信した信号を復調する受信信号復調装置８０２を受信信号復調装置８０２−ｍと記載する。送信信号生成装置８０１−ｍ及び受信信号復調装置８０２−ｍと接続されるサーキュレータ８０３をサーキュレータ８０３−ｍと記載し、サーキュレータ８０３−ｍと接続される分波／合波器８０４を分波／合波器８０４−ｍと記載する。分波／合波器８０４−ｍのｎ番目（ｎは１以上Ｎ以下の整数）のポートと接続される位相器８０５を位相器８０５−ｍ−ｎと記載する。位相器８０５−１−ｎ〜８０５−Ｍ−ｎ及びアンテナ素子８１１−ｎと接続されるハイブリッド分波／合波器８０６をハイブリッド分波／合波器８０６−ｎと記載する。

送信信号生成装置８０１−ｍは、生成した送信信号をサーキュレータ８０３−ｍに出力する。サーキュレータ８０３−ｍは、送信信号生成装置８０１−ｍから入力した送信信号を分波／合波器８０４−ｍに出力する。分波／合波器８０４−ｍは、サーキュレータ８０３−ｍから入力した送信信号をＮ個のポートに分波し、位相器８０５−ｍ−１〜８０５−ｍ−Ｎに出力する。位相器８０５−ｍ−１〜８０５−ｍ−Ｎは、分波／合波器８０４−ｍのｎ番目のポートから入力した送信信号の位相をｍ種類目のモードに基づいて調整し、ハイブリッド分波／合波器８０６−ｎに出力する。ハイブリッド分波／合波器８０６−ｎは、位相器８０５−１−ｎ〜８０５−Ｍ−ｎから入力した送信信号を合波してアンテナ素子８１１−ｎに出力する。アンテナ素子８１１−ｎは、ハイブリッド分波／合波器８０６−ｎから入力した送信信号を放射する。

一方、アンテナ素子８１１−ｎは、受信した信号をハイブリッド分波／合波器８０６−ｎに出力する。ハイブリッド分波／合波器８０６−ｎは、アンテナ素子８１１−ｎから入力した受信信号を、位相器８０５−１−ｎ〜８０５−Ｍ−ｎに分配する。位相器８０５−ｍ−ｎは、ハイブリッド分波／合波器８０６−ｎから入力した受信信号の位相をｍ種類目のモードに基づいて調整し、分波／合波器８０４−ｍのｎ番目のポートに出力する。分波／合波器８０４−ｍは、位相器８０５−ｍ−１〜８０５−ｍ−Ｎから入力した受信信号を合波してサーキュレータ８０３−ｍに出力する。サーキュレータ８０３−ｍは、分波／合波器８０４−ｍから入力した受信信号を受信信号復調装置８０２−ｍに出力する。受信信号復調装置８０２−ｍは、サーキュレータ８０３−ｍから入力した受信信号を復調する。

この図３３に示す通信装置８００の構成とする利点は、アンテナ素子を多重するＯＡＭ波のモードで共有し、かつ又は、送受信でアンテナ素子を共有するため、アンテナが備える素子数を削減できる点である。これにより、同じ円周上にアンテナ素子を配置する際に、素子数の制約を解消することができる。

以上説明した実施形態によれば、ＯＡＭ波を用いて無線多重通信を行うアンテナは、異なる複数種類のアレイアンテナを有する。アレイアンテナの種類は、ＯＡＭ波のモードと、送信か受信かの送受信種別とにより表される。アンテナが有する複数のアレイアンテナそれぞれを構成するアンテナ素子は、同一の円周上に配置される。つまり、異なるＯＡＭ波のモードのアンテナ素子や、ＯＡＭ波を送信するアンテナ素子とＯＡＭ波を受信するアンテナ素子とが、同一の円周上に配置される。

また、上述したＯＡＭ波の多重通信を行うアンテナにおいて同一円周上に配置されるアンテナ素子は、ＯＡＭ波の送信と受信の一方又は両方を行う。つまり、アンテナは、ＯＡＭ波を送信（放射）する送信側のアレイアンテナと、ＯＡＭ波を受信する受信側のアレイアンテナを有しており、送信側のアレイアンテナのアンテナ素子と、受信側のアレイアンテナのアンテナ素子の少なくとも一部を共用して使用する。それぞれのアレイアンテナにおいて、アンテナ素子は等間隔に配置される。

また、上述したＯＡＭ波の多重通信を行うアンテナにおいて同一円周上に配置されるアンテナ素子は、ＯＡＭ波の送信と受信の一方又は両方を行う。アンテナは、異なるＯＡＭモードのＯＡＭ波を送信する送信側のアレイアンテナを複数有し、それら複数の送信側のアレイアンテナで少なくとも一部のアンテナ素子を共有する。あるいは、アンテナは、異なるＯＡＭモードのＯＡＭ波を受信する受信側のアレイアンテナを複数有し、それら複数の受信側のアレイアンテナで少なくとも一部のアンテナ素子を共有する。アンテナは、少なくとも一部のアンテナ素子を共有する複数の送信側アレイアンテナと、少なくとも一部のアンテナ素子を共有する複数の受信側アレイアンテナの両方を有してもよい。それぞれの送信側アレイアンテナ、受信側アレイアンテナにおいて、アンテナ素子は等間隔に配置される。

以上説明した実施形態によれば、それぞれ異なる種類のアレイアンテナを複数有し、ＯＡＭ波を用いて無線多重通信するアンテナは、送信側のアレイアンテナからのＯＡＭ波の放射ピークの方向と、受信側のアレイアンテナのアンテナ素子の方向との外れ量を僅かにすることにより、受信レベルの低下を抑制する。この受信レベルの低下の抑制により、ＯＡＭ波を用いた多重送受信をより確実にできる。

また送受信のアンテナ素子、又は、異なるモードのアンテナ素子を共用することにより、アレイアンテナの素子数を削減できる。そのため、従来の素子数のままでは同じ円上に異なる種別の（ＯＡＭのモードと送受信種別の少なくとも一方が異なる）アンテナ素子を等間隔で配置することが物理的にできなかった課題も解消される。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

ＯＡＭ波を多重して送信又は受信するアンテナに利用可能である。

１００、２００…アンテナ
１０１、１０２、２０１、２０２…アンテナ素子
３００…通信装置
３０１−１〜３０１−Ｍ…送信信号生成装置
３０２−１〜３０２−Ｍ…分波器
３０３−１−１〜３０３−Ｍ−Ｎ…位相器
３１０…アンテナ
３１１−１−１〜３１１−Ｍ−Ｎ、３１１−１〜３１１−３…アンテナ素子
３５１、３５２…アンテナ素子
４００…通信装置
４１０…アンテナ
４１１−１−１〜４１１−Ｍ−Ｎ…アンテナ素子
４２１−１−１〜４２１−Ｍ−Ｎ…位相器
４２２−１〜４２２−Ｍ…合波器
４２３−１〜４２３−Ｍ…受信信号復調装置
４５０−１〜４５０−３…反射板
５０１、５０２…ネットワークアナライザ
５０３…スペクトラムアナライザ
６０１、６０２、６０３、６０４、６１１、６１２…アンテナ素子
６５０…通信装置
６５１−１〜６５１−Ｍ…送信信号生成装置
６５２−１〜６５２−Ｍ…分波器
６５３−１−１〜６５３−Ｍ−Ｎ…位相器
６５４−１〜６５４−Ｎ…ハイブリッド合波器
６６０…アンテナ
６６１−１〜６６１−Ｎ…アンテナ素子
６８０…通信装置
６８２−１〜６８２−Ｍ…分波器
６８３−１−１〜６８３−Ｍ−Ｎ_Ｍ…位相器
６８４…ハイブリッド合波器
６９０…アンテナ
６９１−１〜６９１−Ｎ…アンテナ素子
７５０…アンテナ
７５１−１〜７５１−４…アンテナ素子
７６１−１〜７６１−４…ハイブリッド分波器
７６２−１−１〜７６２−２−４…位相器
７６３−１、７６３−２…合波器
７６４…スペクトラムアナライザ
８００…通信装置
８０１−１〜８０１−Ｍ…送信信号生成装置
８０２−１〜８０２−Ｍ…受信信号復調装置
８０３−１〜８０３−Ｍ…サーキュレータ
８０４−１〜８０４−Ｍ…合波器
８０５−１−１〜８０５−Ｍ−Ｎ…位相器
８０６−１〜８０６−Ｎ…合波器
８１０…アンテナ
８１１−１〜８１１−Ｎ…アンテナ素子
９８０、９９０…アンテナ
９８１、９８２、９９１、９９２…アンテナ素子

Claims (3)

1. ＯＡＭ（Orbital Angular Momentum）波の互いに異なる複数のモードを用いて多重通信を行うアンテナであって、
   ＯＡＭ波のモードと送信か受信かの送受信種別との組み合わせで示される種類がそれぞれ異なる複数のアレイアンテナを有し、
   複数の前記アレイアンテナは、それぞれ、円周上に配置される複数のアンテナ素子を有し、
   前記アンテナ素子が配置される前記円周は、複数の前記アレイアンテナについて、同心かつ複数の前記アレイアンテナの開口径が所定値以下に制限された条件の下で最大となる同一直径である、
   ことを特徴とするアンテナ。
2. 送受信種別が異なる複数の前記アレイアンテナにおいて、少なくとも一部の前記アンテナ素子を共用し、
   前記アレイアンテナごとに当該アレイアンテナを構成する複数の前記アンテナ素子は、前記円周上に等間隔に配置される、
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
3. ＯＡＭ波のモードが異なる複数の前記アレイアンテナにおいて、少なくとも一部の前記アンテナ素子を共用し、
   前記アレイアンテナごとに当該アレイアンテナを構成する複数の前記アンテナ素子は、前記円周上に等間隔に配置される、
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。