JP6990844B2 - 到来方向推定システム、及び到来方向推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、直交する３つの偏波信号をそれぞれ受信する複数のアンテナの同位置での受信信号に基づいて電磁波の到来方向を推定する到来方向推定システム、及び到来方向推定方法に関する。

次世代通信規格５Ｇの実用化が始まっており、５Ｇの多岐に渡るニーズに応えるため、自治体や地域の企業などの様々な主体が柔軟に構築・利用可能なローカル５Ｇの検討が進められている。

この中で、さらなるモバイルトラヒックの急増に対応するため、高効率な周波数利用技術である帯域内全二重通信（InBand Full Duplex、以下Full-Duplex）の適用が検討されている。

Full-Duplexは、既存の複信方式に対して理想的には周波数利用効率を２倍にすることができるが、新たに多くの干渉が発生する課題があり、様々な干渉量を取得し、その結果からFull-Duplexの適用可否を判定する制御技術が必要となる。その実現のためには、時空間における５Ｇ無線端末の無線状況を把握し、複数の端末から空間に発射される電波の干渉状況を高速・高精度に測定する干渉モニタリング技術が必要であり、その一環として任意の地点における電磁波の到来方向を推定するシステムが必要となる。

到来方向推定を行う従来のシステムとしては、回転盤に取り付けられ、回転盤を回転させることで回転駆動されるアンテナの受信信号に基づいて無線タグが送信する電波の到来方向を推定するもの（例えば、特許文献１等）や、回転駆動された受信アンテナの受信信号、及び固定配置の基準アンテナにより受信した基準信号と、受信アンテナの回転角度とに基づいて合成開口処理を行い、合成開口処理後の信号と受信アンテナの回転角度との関係を示す特性に基づいて到来電波の方向を推定するもの（例えば、特許文献２等）などが知られている。

特開２０１７－１１０９３７号公報 特開２０１８－２００２１８号公報

ところで、任意の位置での電界強度を推定するためには、同位置で直交する３偏波の信号を受信し合成する必要がある。特許文献１、２に記載の従来装置は、いずれも、到来方向を推定する手段として回転台の上に設置した１つのアンテナを回転させながら、該アンテナで受信した信号を処理する方法を用いている。

しかしながら、特許文献１、２に記載の方法は、アンテナの偏波に応じた電磁界の成分のみを受信するシステムであり、全ての偏波成分を受信することはできない。このため、これら従来の方法では、電界強度の推定が不完全となることを避けられない。特許文献１、２に記載の方法でこれを解決するためには、３偏波を同位置で受信できるアンテナが必要であるが、このようなアンテナの製作は原理的に困難である。

このように、従来は、同位置で全ての偏波成分を受信することはできず、電界強度の推定が不完全となることから、電波の到来方向推定処理の精度低下を免れなかった。

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、同位置で受信した全ての偏波成分を用いて電磁波の到来方向を精度よく推定可能な到来方向推定システム、及び到来方向推定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る到来方向推定システムは、同一の円（Ｃ１、Ｃ２）の円周上に配置され、直交する３偏波の互いに異なる偏波を受信可能な複数のアンテナ（６、１３）を載置した回転体（５、１２）と、前記回転体を回転駆動し、前記各アンテナを、前記円の円周上を周方向に移動させる移動制御手段（４２ａ）と、前記円周上の任意の位置（Ｐ１）での前記各アンテナによる前記３偏波のそれぞれの偏波の受信信号に基づき、周辺から到来する信号の到来方向を推定する処理を行う到来方向推定処理手段（４２ｂ）と、を有することを特徴とする。

この構成により、本発明の請求項１に係る到来方向推定システムは、同位置で直交する３偏波の信号を受信することができ、同位置での３偏波の受信信号に基づいて到来方向を推定することで推定精度を向上させることができる。

また、本発明の請求項２に係る到来方向推定システムは、前記回転体は、前記円の中心を通り前記周方向と直交する回転軸（５ａ、１２ａ）を有し、前記各アンテナは、前記回転体の前記回転軸と直交する端面（５ｂ、１２ｂ）に、前記回転軸方向に突出して設けられる構成であってもよい。

この構成により、本発明の請求項２に係る到来方向推定システムは、各アンテナで全ての偏波の信号を確実に受信させることができ、到来方向の推定精度向上に寄与する。

また、本発明の請求項３に係る到来方向推定システムは、前記回転体は、前記円の中心を通り前記周方向と直交する回転軸（５ａ）を有し、前記各アンテナは、前記回転体の前記回転軸と並行な周面（５ｃ）に、前記回転軸に直交する方向へ突出して設けられる構成としてもよい。

この構成により、本発明の請求項３に係る到来方向推定システムは、各アンテナの受信信号を取り込んで到来方向を推定する後段回路での処理方式に応じて、到来方向の推定精度が許容可能な範囲内で当該アンテナ配置態様を選択することができる。

また、本発明の請求項４に係る到来方向推定システムは、前記アンテナ（６）は３つ設けられ、当該各アンテナは、前記周方向に１２０度ずつ離間して配置される構成としてもよい。

この構成により、本発明の請求項４に係る到来方向推定システムは、最少のアンテナ数で同位置での３偏波の受信ができ、信号処理が簡単で、かつ、低コストが図れる。

また、本発明の請求項５に係る到来方向推定システムは、前記３つのアンテナは、２つのダイポールアンテナ（６－１、６－２）と、１つのスリーブアンテナ（６－３）で構成されるようにしてもよい。

この構成により、本発明の請求項５に係る到来方向推定システムは、最少のアンテナ数でありながら、同位置での３偏波を確実かつ効率的に受信させることができる。

また、本発明の請求項６に係る到来方向推定システムは、前記３つのアンテナは、４．６ＧＨｚ～４．８ＧＨｚの周波数帯の信号を受信する構成としてもよい。この構成により、本発明の請求項６に係る到来方向推定システムは、ローカル５Ｇとして使用が検討されている帯域のうち、低帯域側を対象として電波の到来方向の推定精度を向上させることができる。

また、本発明の請求項７に係る到来方向推定システムは、前記アンテナ（１３）は、前記３偏波をそれぞれ受信可能な３つのアンテナ（１３－１、１３－２、１３－３）を一組として複数組設けられ、前記周方向に均等な角度ずつ離間して配置される構成であってもよい。

この構成により、本発明の請求項７に係る到来方向推定システムは、回転体を１回転させることなく全周囲の偏波（３偏波）を受信でき、到来方向の推定処理の高速化を図ることができる。

また、本発明の請求項８に係る到来方向推定システムは、前記アンテナは、プリント基板の一面側のアンテナ配線パターン（１３１）と他の面側の配線パターン（１３１）とによって平行平板線路（１３１ａ）が形成されたアンテナ素子領域（１３４）を有するプリント基板アンテナ（１３Ａ、１３Ｂ）が用いられる構成とすることもできる。

この構成により、本発明の請求項８に係る到来方向推定システムは、アンテナが小型、安価で済み、しかも量産性に優れるため、アンテナ装置の限られたスペースに多数配置が可能となり、推定処理の高速化に加え、アンテナ装置の小型化、低コスト化も図れる。

また、本発明の請求項９に係る到来方向推定システムは、前記プリント基板アンテナは、前記アンテナ素子領域からアンテナ長手方向に連続的形成され、同軸線から前記平行平板線路への変換を行うバラン領域（１３３）がさらに設けられている構成でもよい。

この構成により、本発明の請求項９に係る到来方向推定システムは、プリント基板アンテナを同軸ケーブルに接続する場合に広帯域に平衡不平衡変換を行うことができ、プリント基板アンテナを複数組用いるアンテナ装置を容易に実現できる。

また、本発明の請求項１０に係る到来方向推定システムは、前記プリント基板アンテナは、前記アンテナ素子領域がスリーブアンテナの機能を果たすプリント基板スリーブアンテナ（１３Ａ）と、前記アンテナ素子領域がダイポールアンテナの機能を果たすプリント基板ダイポールアンテナ（１３Ｂ）が用いられる構成とすることもできる。

この構成により、本発明の請求項１０に係る到来方向推定システムは、各組ごとにプリント基板スリーブアンテナとプリント基板ダイポールアンテナを混在して配置することで、処理速度の高速化を図りながら、推定精度を向上させることがきる。

また、本発明の請求項１１に係る到来方向推定システムは、前記一組のアンテナは、２つの前記プリント基板ダイポールアンテナ（１３－１、１３－２）と、１つの前記プリント基板スリーブアンテナ（１３－３）で構成されるようにしてもよい。

この構成により、本発明の請求項１１に係る到来方向推定システムは、複数組のアンテナを装備しながら、それぞれの組において同位置での３偏波を確実かつ効率的に受信させることができる。

また、本発明の請求項１２に係る到来方向推定システムは、前記各組のアンテナは、２８．２ＧＨｚ～２９．１ＧＨｚの周波数帯の信号を受信する構成であってもよい。この構成により、本発明の請求項１２に係る到来方向推定システムは、ローカル５Ｇとして使用が検討されている帯域のうち、高帯域側を対象として電波の到来方向の推定精度を向上させることができる。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１３に係る到来方向推定方法は、請求項１から請求項１２のいずれかに記載の到来方向推定システム（１）を用いて電波の到来方向を推定する到来方向推定方法であって、前記回転体を回転駆動し、前記各アンテナを、前記円周上の任意の位置（Ｐ１）で停止可能に前記円周上を周方向に移動させる移動制御ステップ（Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５）と、前記任意の位置での前記各アンテナによる前記３偏波のそれぞれの偏波の受信信号に基づき、周辺から到来する信号の到来方向を推定する処理を行う到来方向推定処理ステップ（Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ７）と、を含むことを特徴とする。

この構成により、本発明の請求項１３に係る到来方向推定方法は、複数のアンテナを載置した回転体を用いて、同位置で直交する３偏波の信号を受信させることができ、同位置での３偏波の受信信号に基づいて到来方向を推定することで推定精度を向上させることができる。

本発明は、同位置で受信した全ての偏波成分を用いて電磁波の到来方向を精度よく推定可能な到来方向推定システム、及び到来方向推定方法を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る到来方向推定システムの全体構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る到来方向推定システムのアンテナ装置の構成を示す概念図であり、（ａ）は外観構造を示し、（ｂ）は（ａ）の構造を平面Ａで切り取った断面の矢印方向から見た構造を示している。 本発明の第１の実施形態に係る到来方向推定システムのアンテナ装置におけるアンテナ配置態様を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る到来方向推定システムのアンテナ装置での３偏波の受信イメージを示す図であり、（ａ）は回転体の一端面にアンテナを立設したときの受信イメージを示し、（ｂ）は回転体周面にアンテナを立設したときの受信イメージを示し、（ｃ）は位置Ｐ１における３偏波の受信イメージを示している。 本発明の第１の実施形態に係る到来方向推定システムの機能構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る到来方向推定システムの到来方向推定処理動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る到来方向推定システムのアンテナ装置の側面から見た構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る到来方向推定システムのアンテナ装置におけるアンテナ配置態様を示す平面図である。 本発明の第２の実施形態に係る到来方向推定システムのアンテナ装置におけるロータリージョイントの構成を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る到来方向推定システムのアンテナ装置に用いられるスリーブアンテナの動作原理を示す図であり、（ａ）は外観構造を示し、（ｂ）は（ａ）の外観構造の断面構造を示している。 スリーブアンテナをプリント基板上で実現する場合の線路形状を示す断面図であり、（ａ）はコプレーナ線路の線路形状を示し、（ｂ）はＧＮＤパターンを用いたコプレーナ線路の線路形状を示している。 スリーブアンテナをプリント基板上で実現する場合の他の線路形状である平行平板線路の断面図である。 スリーブアンテナを平行平板線路形状のプリント基板上で実現する場合に同軸線から平行平板線路へ変換するためのバランの配線パターン例を示す図である。 図１３に示す配線パターンを有するバランを介して同軸線に接続されるアンテナ素子の配線パターン例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る到来方向推定システムのアンテナ装置に用いられるプリント基板スリーブアンテナの構成例を示す図であり、（ａ）はプリント基板の表面側の配線パターン、（ｂ）は裏面側の配線パターンを示している。 図１５に示すプリント基板スリーブアンテナのアンテナ素子領域の構成を示す拡大図であり、（ａ）は図１５（ａ）におけるプリント基板の表面側の配線パターン、（ｂ）は裏面側の配線パターンを示している。 本発明の第２の実施形態に係る到来方向推定システムのアンテナ装置に用いられるプリント基板ダイポールアンテナの構成例を示す図であり、（ａ）はプリント基板の表面側の配線パターン、（ｂ）は裏面側の配線パターンを示している。 図１７に示すプリント基板ダイポールアンテナのアンテナ素子領域の構成を示す拡大図であり、（ａ）は図１７（ａ）におけるプリント基板の表面側の配線パターン、（ｂ）は裏面側の配線パターンを示している。

以下、本発明に係る到来方向推定システム、及び到来方向推定方法の実施形態について図面を用いて説明する。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係る到来方向推定システム１の構成について図１ないし図５を参照して説明する。

本実施形態に係る到来方向推定システム１は、図１に示すように、アンテナ装置１０、リファレンス用アンテナ装置２０、受信装置３０、外部制御装置４０、を備えている。到来方向推定システム１は、周辺の無線装置６０ａ、６０ｂから送信される信号をアンテナ装置１０に設けられる複数のアンテナ素子（アンテナ６：図２～図５参照）で受信し、各アンテナ素子の受信信号を受信装置３０及び外部制御装置４０で信号処理することにより、電波の到来方向を推定するものである。

周辺の無線装置６０ａ、６０ｂのうち、無線装置６０ａは、例えば無線基地局であり、無線装置６０ｂは、例えば無線基地局と通信可能な移動通信端末である。これら無線装置６０ａ、６０ｂは、例えば、ローカル５Ｇとして使用が検討されている４．６ＧＨｚ～４．８ＧＨｚ及び２８．２ＧＨｚ～２９．１ＧＨｚの２つの帯域のうち、４．６ＧＨｚ～４．８ＧＨｚの周波数帯域の信号を用いるものである。すなわち、到来方向推定システム１においては、４．６ＧＨｚ～４．８ＧＨｚの周波数帯域の到来信号の到来方向を推定することが想定されている。

到来方向推定システム１において、アンテナ装置１０は、図２に示すように、円柱形状を有する回転体５、回転体５よりも大径の円柱形状を有する回転台８、及び電波吸収体９を具備し、回転台８の上面に回転軸５ａ中心にして回動可能に回転体５が載置されるとともに、回転体５及び回転台８の外周全体が電波吸収体９で覆われた構造を有している。

回転体５は、図示しないステッピングモータ等の駆動源により、回転軸５ａを中心に回転駆動可能なものであり、複数のアンテナ６と、各アンテナ６の受信信号を切り替える切替スイッチ７と、を有している。

本実施形態において、アンテナ６は、例えば３つ設けられている。図３に示すように、それぞれのアンテナ６－１、６－２、６－３は、回転軸５ａを中心にして回転可能な回転体５に対して、同じく回転軸５ａを中心点とする円Ｃ１の円周上に周方向に離間して配置されている。図３に示す例では、アンテナ６－１、６－２、６－３は、円Ｃ１の周方向へ互いに１２０°離間した位置に配置されている。

アンテナ６－１、６－２、６－３は、直交する３偏波のうちの互いに異なる１つの偏波をそれぞれ受信するようになっている。具体的に、図３の例では、アンテナ６－１、６－２、６－３は、それぞれ、Ｘ軸平行偏波アンテナ、Ｙ軸平行偏波アンテナ、Ｚ軸平行偏波アンテナとして用いられる構成となっている。

３つのアンテナ６－１、６－２、６－３の種別については、例えば、１つのスリーブアンテナと、２つのダイポールアンテナとを用いることが好ましい。図３に示す配置態様においては、Ｘ軸平行偏波アンテナ６－１及びＹ軸平行偏波アンテナ６－２としてダイポールアンテナが用いられ、Ｚ軸平行偏波アンテナ６－３としてスリーブアンテナが用いられている。スリーブアンテナとしては、例えば、第２の実施形態で動作原理について説明している、同軸線を用いて作成されたスリーブアンテナ（図１０参照）が適用できる。

３つのアンテナ６－１、６－２、６－３の図３に示す配置態様を実現するためのアンテナ取付態様としては、例えば、図４（ａ）及び（ｂ）に示す態様がある。図４（ａ）は、図２の例と同様の取付態様であり、アンテナ６－１、６－２、６－３が、回転体５の回転軸５ａと平行な周面５ｃ上に、回転軸５ａと直交する方向に放射状に突出した形態で取り付けられている。これに対し、図４（ｂ）に取付態様では、アンテナ６－１、６－２、６－３が、回転体５の回転軸５ａと直交する一方の端面５ｂ上に、回転軸５ａの方向に沿って突出した形態で取り付けられている。

アンテナ取付態様を図４（ａ）の態様とするか、図４（ｂ）の態様とするかは、アンテナ６－１、６－２、６－３の受信信号から到来方向を推定する処理の形態を見据えて決めることができる。例えば、全方向からの受信電波を加味する必要がある場合には図４（ｂ）に示す取付態様が望ましく、後方からの受信電波を加味する必要がない場合には図４（ａ）に示す取付態様でも対応できる。

図４（ａ）及び（ｂ）に示す態様で回転体５に取り付けられた３つのアンテナ６－１、６－２、６－３は、回転体５の回転駆動により、互いの位置関係を保ったまま円Ｃ１の円周上をその周方向に移動可能であり、且つ、回転駆動の停止により円周上の任意の位置に停止させることができるようになっている。このような回転体５の駆動制御によれば、図４（ａ）及び（ｂ）のいずれのアンテナ取付態様であっても、アンテナ６－１、６－２、６－３を、円Ｃ１の円周上を移動中に、該円周上の任意の一点（同位置：図中にＰ１で示す）で順次停止させることができる。これにより、回転体５を含むアンテナ装置１０では、図４（ｃ）に示すように、Ｘ軸平行偏波アンテナ６－１、Ｙ軸平行偏波アンテナ６－２、及びＺ軸平行偏波アンテナ６－３を用いて、ＸＹＺの３次元空間において位置（同位置）Ｐ１での直交３偏波の受信を実現可能となる。

３つのアンテナ６－１、６－２、６－３とともに回転体５を構成する切替スイッチ７は、アンテナ６－１、６－２、６－３の各受信信号を入力し、そのうちの１つ受信信号を選択的に出力するものであり、例えば、３対１切替スイッチで構成されている。切替スイッチ７の一端側には配管７ａが連結されている。配管７ａは、回転体５及び回転台８を通って連続的に延び、さらに回転台８の底面に沿って側面外方へと導出されている。配管７ａには、アンテナ６及び切替スイッチ７と外部制御装置４０とを電気的に接続するために同軸ケーブルが挿通されている。同軸ケーブルは、外部制御装置４０から切替スイッチ７に対して切り換え制御信号を送る制御線と、切替スイッチ７により切り換えられた各アンテナ６の受信信号を外部制御装置４０へと送信する信号線とを有する構造となっている。

回転台８は、その上面に、回転体５を回転可能に載置している。回転台８は、回転体５との間に、例えば、配管７ａを内包するロータリージョイントが設けられ、一端面上で回転体５が回転駆動された場合でも、ロータリージョイントがそれに連動して回らないような構造を有している。これにより、配管７ａ内の同軸ケーブルによって、各アンテナ６及び切替スイッチ７と外部制御装置４０との電気的接続を保つことが可能になっている。

電波吸収体９は、回転体５、及び回転台８に対する外部からの電磁波をシールドするためのものである。回転体５の端面５ｂ及びアンテナ６の両端部を残して回転体５及び回転台８全体を覆う電波吸収材で構成されている。電波吸収材としては、例えば、誘電性塗料を含浸させた発泡ウレタン等が用いられる。

リファレンス用アンテナ装置２０は、３偏波プローブ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、切替器２２を有する。リファレンス用アンテナ装置２０は、固定位置に設置された３偏波プローブ２１ａ、２１ｂ、２１ｃの各受信信号を切替器２２で順次切り換えて受信装置３０に出力する。３偏波プローブ２１ａ、２１ｂ、２１ｃによる各受信信号は、アンテナ装置１０の３偏波にそれぞれ対応する３つのアンテナ６－１、６－２、６－３の各受信信号と同様、周辺の無線装置６０ａ、６０ｂから送信された信号である。

受信装置３０は、アンテナ６－１、６－２、６－３によりそれぞれ受信された各偏波の信号と、３偏波プローブ２１ａ、２１ｂ、２１ｃの受信信号とを入力し、周辺の無線装置６０ａ、６０ｂから到来する信号の到来方向を推定する処理を行う装置である。到来方向推定処理において、受信装置３０は、リファレンス用アンテナ装置２０から入力される３偏波プローブ２１の受信信号から位相情報を生成し、アンテナ６－１、６－２、６－３の受信信号と位相情報とに基づいて電波到来方向の推定処理を実行するようになっている。

外部制御装置４０は、アンテナ装置１０、リファレンス用アンテナ装置２０、受信装置３０などの被制御装置に例えばネットワークを介して接続され、被制御装置の動作を統括的に制御するものである。外部制御装置４０は、例えば、アンテナ装置１０のアンテナ６－１、６－２、６－３の移動に係る制御、アンテナ６－１、６－２、６－３の受信信号及び３偏波プローブ２１ａ、２１ｂ、２１ｃの受信信号の取得に係る制御、受信装置３０で３偏波プローブ２１ａ、２１ｂ、２１ｃの受信信号に基づいて位相情報を検出させ、該位相情報とアンテナ６－１、６－２、６－３の受信信号とに基づいて電波到来方向を推定させる信号処理を実行させる制御などの制御機能を有している。

次に、本実施形態に係る到来方向推定システム１の制御系の構成について図５を参照して説明する。なお、図５においては、便宜的に、アンテナ装置１０が図４（ｂ）に示すアンテナ取付態様を有する場合を例示しているが、図４（ａ）に示すアンテナ取付態様を有する場合も同様の制御系で対応できるものである。

図５に示すように、到来方向推定システム１において、受信装置３０は、信号入力部３１、信号処理部３２、制御部３３を有する。信号入力部３１は、アンテナ装置１０に配置された３つのアンテナ６のそれぞれの受信信号を入力し、信号処理部３３に送出する。信号処理部３２は、各アンテナ６の受信信号に基づき、周辺の無線装置６０ａ、６０ｂ（図１参照）から到来する信号の到来方向を推測するための信号処理を行う。この信号処理において、信号処理部３２は、リファレンス用アンテナ装置２０から、３偏波プローブ２１ａ、２１ｂ、２１ｃの各受信信号を入力し、位相を検出する処理も実行する。制御部３３は、信号入力部３１及び信号処理部３２の制御をはじめとして、受信装置３０全体の制御を行うものである。制御部３３は、データ処理部３３ａを設け、該データ処理部３３ａで各アンテナ６の受信信号と３偏波プローブ２１ａ、２１ｂ、２１ｃの各受信信号に基づいて到来方向推定処理を実行する構成、あるいは外部制御装置４０からデータ処理部３３ａを制御し、到来方向推定処理を実行させる構成であってもよい。

外部制御装置４０は、例えば、ＰＣ（パーソナル・コンピュータ）等のコンピュータ装置により構成され、制御部４２、記憶部４３、外部インターフェース（Ｉ／Ｆ）部４４を有する制御装置本体部４１と、操作部４５及び表示部４６を有している。

制御部４２は、アンテナ移動制御部４２ａ、到来方向推定処理部４２ｂを有している。アンテナ移動制御部４２ａは、駆動源（例えば、ステッピングモータ）を駆動して回転体５を回転駆動し、各アンテナ６を、互いの位置関係を保ったまま、回転体５の回転方向（円Ｃ１の周方向）へ移動させるとともに、周方向の任意の位置Ｐ１で停止させる制御を行う。

到来方向推定処理部４２ｂは、３偏波の測定位置として予め設定された円Ｃ１（図４参照）の円周上の任意の位置Ｐ１での各アンテナ６によるそれぞれの偏波の受信信号と、リファレンス用アンテナ装置２０から送られてくる３偏波プローブ２１ａ、２１ｂ、２１ｃの受信信号から生成して位相情報とに基づき、周辺から到来する信号の到来方向を推定する処理を行う。この到来方向推定処理は、到来方向推定処理部４２ｂで実行する構成に限らず、例えば、受信装置３０の制御部３３のデータ処理部３３ａを外部制御装置４０から制御することで実行させる構成としてもよい。

記憶部４３は、回転体５を回転駆動するための制御プログラム、到来方向推定処理を実行させるための制御プログラムなどの各種制御プログラム、その他の種々の情報を記憶している。

外部Ｉ／Ｆ部４４は、アンテナ装置１０、リファレンス用アンテナ装置２０、受信装置３０に対して電源や制御信号を供給するためのインターフェース機能を有している。

操作部４５は、到来方向推定処理に係る設定パラメータや、処理の開始、あるいは終了コマンドなど各種情報を入力するための機能部であり、表示部４６は、設定パラメータやコマンドなどを入力するための各種画面、到来方向推定結果などの各種情報を表示する機能部である。

上述した構成を有する到来方向推定システム１では、アンテナ装置１０のアンテナ６－１、６－２、６－３で受信された信号が同軸ケーブルで切替スイッチ７に入力され、該切替スイッチ７で選択された信号がロータリージョイントを介して同軸ケーブルで外部に出力される。この出力信号が受信装置３０で受信されると、該受信装置３０では、同時にリファレンス用アンテナ装置２０から入力される３偏波プローブ２１ａ、２１ｂ、２１ｃによる受信信号との差分がとられ、位相情報が取得される。その後、外部制御装置４０では、受信装置３０から取得した信号を任意のアルゴリズムで解析することにより、到来方向の探査を行うようになっている。

次に、本実施形態に係る到来方向推定システム１の到来方向推定処理動作について図６に示すフローチャートを参照して説明する。この説明においては、図３に示すアンテナ配置態様において、アンテナ６－１、６－２、６－３は、それぞれ、ダイポールアンテナ、ダイポールアンテナ、スリーブアンテナであり、かつ、アンテナ６－１がＸ軸平行偏波を受信し、アンテナ６－２がＹ軸平行偏波を受信し、アンテナ６－３がＺ軸平行偏波を受信することを前提としている。また、アンテナ６－１、６－２、６－３を、それぞれ、第１のアンテナ、第２のアンテナ、第３のアンテナと呼称するものとする。

この到来方向推定処理が開始するためには、回転体５の３偏波に対応するアンテナ６を載置したアンテナ装置１０を有する到来方向推定システム１をまず用意する（ステップＳ０）。

次いで、例えば、外部制御装置４０の操作部４５で本到来方向推定処理の開始操作行われると、外部制御装置４０のアンテナ移動制御部４２ａが、アンテナ装置１０における回転体５の駆動源を駆動して回転体５を回転させ、第１のアンテナ６－１を信号測定位置として予め設定されている位置Ｐ１（図３参照）に移動させる（ステップＳ１）。

次いで、到来方向推定処理部４２ｂは、第１のアンテナ６－１の受信信号（Ｘ軸平行偏波信号）を受信装置３０で受信させ、信号処理部３２で信号処理させたうえで、該信号処理後の受信信号を記憶部３４の所定記憶領域に一時的に記憶させるように制御する（ステップＳ２）。

引き続き外部制御装置４０では、アンテナ移動制御部４２ａが、アンテナ装置１０における回転体５の駆動源を駆動して回転体５をさらに回転させ、第２のアンテナ６－２を上記位置Ｐ１に移動させる（ステップＳ３）。

次いで、到来方向推定処理部４２ｂは、第２のアンテナ６－２の受信信号（Ｙ軸平行偏波信号）を受信装置３０で受信させ、信号処理部３２で信号処理させたうえで、該信号処理後の受信信号を記憶部３４の所定記憶領域に一時的に記憶させるように制御する（ステップＳ４）。

引き続き外部制御装置４０では、アンテナ移動制御部４２ａが、アンテナ装置１０における回転体５の駆動源を駆動して回転体５をさらに回転させ、第３のアンテナ６－３を上記位置Ｐ１に移動させる（ステップＳ５）。

次いで、到来方向推定処理部４２ｂは、第３のアンテナ６－３の受信信号（Ｚ軸平行偏波信号）を受信装置３０で受信させ、信号処理部３２で信号処理させたうえで、該信号処理後の受信信号を記憶部３４の所定記憶領域に一時的に記憶させるように制御する（ステップＳ６）。

さらに外部制御装置４０では、到来方向推定処理部４２ｂが、それまでに記憶しておいた第１のアンテナ６－１、第２のアンテナ６－２、及び第３のアンテナ６－３のそれぞれの受信信号を合成して電界強度を算出する（ステップＳ７）。

図６に示す一連の処理によって、直交３偏波を同じ位置Ｐ１で受信することが可能となり、正確な電界強度算出することができる。このとき、周辺から受信される信号の偏波が直線偏波であると仮定できる場合には、アンテナ６－１、６－２、６－３の１つを円偏波とすることで２回の測定により電界強度を決定することも可能である。さらに、位相情報が必要な場合は、別途用意したリファレンス用アンテナ装置２０から３偏波プローブ２１ａ、２１ｂ、２１ｃの受信信号を取得し、差分をとることで位相情報を決定する方法の他、同期信号を送信器から入力する方法もある。

上述した方法で得られた信号に対して、さらに到来方向推定処理部４２ｂは、ステップＳ７で算出された電界強度に基づいて電波の到来方向の探査を行う。探査のアルゴリズムとしては、例えば、周知のビームフォーマ法、ＭＵＳＩＣ法、ＥＳＰＲＩＴ法などを用いることができる。到来方向の探査は、偏波ごとに行っても良いし、３偏波で受信された信号を合成して行ってもよい。

図６に示す到来方向推定処理では、アンテナ６－１、６－２、６－３を、順次、測定位置に設定されている位置Ｐ１まで移動させて、各受信信号を、順次、取得した段階で到来方向を探査する手順を繰り返す例について述べたが、これに限らず、アンテナ６－１、６－２、６－３の各受信信号を切替スイッチ７で切り替えつつまず取得しておき、その後、各受信信号を同じ位置Ｐ１で測定したものとしてデータ処理する方法を適用することも可能である。

上述したように、本実施形態に係る到来方向推定システム１は、同一の円Ｃ１の円周上に配置され、直交する３偏波のうちの互いに異なる偏波を受信可能な複数のアンテナ６を載置した回転体５と、回転体５を回転駆動し、各アンテナ６を、円の円周上を周方向に移動させるアンテナ移動制御部４２ａと、円周上の任意の位置Ｐ１での各アンテナ６によるそれぞれの偏波の受信信号に基づき、周辺から到来する信号の到来方向を推定する処理を行う到来方向推定処理部４２ｂと、を有する構成である。

この構成により、本実施形態に係る到来方向推定システム１は、同位置で直交する３偏波の信号を受信することができ、同位置での３偏波の受信信号に基づいて到来方向を推定することで推定精度を向上させることができる。

また、本実施形態に係る到来方向推定システム１において、回転体５は、円の中心を通り周方向と直交する回転軸５ａを有し、各アンテナ６は、回転体５の回転軸５ａと直交する端面５ｂに、回転軸５ａ方向に突出して設けられる構成である。

この構成により本実施形態に係る到来方向推定システム１は、各アンテナ６により全ての偏波の信号を確実に受信させることができ、到来方向の推定精度を向上させることができる。

また、本実施形態に係る到来方向推定システム１において、回転体５は、回転軸５ａと並行な周面５ｃに、回転軸５ａに直交する方向へ突出して設けられる構成としてもよい。この構成により、本実施形態に係る到来方向推定システム１は、各アンテナ６の受信信号を取り込んで到来方向を推定するデータ処理部３３ａや、到来方向推定処理部４２ｂでの処理方式に応じて、到来方向の推定精度が許容可能な範囲内で当該アンテナ配置態様、つまりアンテナ６を周面から突出させた配置態様を選択することができる。

また、本実施形態に係る到来方向推定システム１は、アンテナ６は３つ設けられ、当該各アンテナ６は、周方向に１２０度ずつ離間して配置される構成である。この構成により、本実施形態に係る到来方向推定システム１は、最少のアンテナ数で同位置での３偏波の受信ができ、信号処理が簡単で、かつ、低コストが図れる。

また、本実施形態に係る到来方向推定システム１において、３つのアンテナは、２つのダイポールアンテナと、１つのスリーブアンテナとで構成される。この構成により、本実施形態に係る到来方向推定システム１は、最少のアンテナ数でありながら、同位置での３偏波を確実かつ効率的に受信させることができる。

また、本実施形態に係る到来方向推定システム１において、３つのアンテナは、４．６ＧＨｚ～４．８ＧＨｚの周波数帯の信号を受信する構成である。この構成により、本実施形態に係る到来方向推定システム１、ローカル５Ｇとして使用が検討されている帯域のうち、低帯域側を対象として電波の到来方向の推定精度を向上させることができる。

また、本実施形態に係る到来方向推定方法は、同一の円Ｃ１の円周上に配置され、直交する３偏波のうちの互いに異なる偏波を受信可能な複数のアンテナ６を載置した回転体５を用意するステップ（Ｓ０）と、回転体５を回転駆動し、各アンテナ６を、円周上の任意の位置Ｐ１で停止可能に周方向に移動させる移動制御ステップ（Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５）と、任意の位置Ｐ１での各アンテナ６によるそれぞれの偏波の受信信号に基づき、周辺から到来する信号の到来方向を推定する処理を行う到来方向推定処理ステップ（Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ７）と、を含む構成を有している。

この構成により、本実施形態に係る到来方向推定方法は、複数のアンテナ６を載置した回転体５を用いて、同位置で直交する３偏波の信号を受信させることができ、同位置での３偏波の受信信号に基づいて到来方向を推定することで推定精度を向上させることができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る到来方向推定システム１Ａの構成について図７ないし図１８を参照して説明する。本実施形態においては、第１の実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、重複した説明を割愛している。以下、第２の実施形態に特徴的な部分を主体に説明する。

本実施形態に係る到来方向推定システム１Ａは、第１の実施形態に係る到来方向推定システム１のアンテナ装置１０に代えて、図７に示す構成を有するアンテナ装置１０Ａを備えている。到来方向推定システム１Ａは、アンテナ装置１０Ａ以外の構成としては、第１の実施形態に係る到来方向推定システム１と同等のリファレンス用アンテナ装置２０、受信装置３０、外部制御装置４０（図１参照）を備えている。

図７に示すように、本実施形態に係る到来方向推定システム１Ａにおいて、アンテナ装置１０Ａは、アンテナ部１１、アンテナ駆動部１５を具備している。

アンテナ部１１は、回転体１２と、複数のアンテナ１３と、電波吸収体１４を有している。回転体１２は、回転軸１２ａを中心に回転駆動可能であって、本実施形態では例えば、図７、図８に示すように、円盤形状の部材で構成されている。

本実施形態において、複数のアンテナ１３は、図８に示す配置態様で回転体１２の盤面１２ｂ上に回転軸１２ａに沿って突出した形状で設けられている。図８に示すように、アンテナ１３は、直交する３偏波をそれぞれ受信可能な３つのアンテナ１３－１、１３－２、１３－３を一組として複数組設けられている。複数組の３つのアンテナ１３－１、１３－２、１３－３は、回転体１２の盤面１２ｂにおいて、回転軸１２ａに一致する中心を有する円Ｃ２の円周上に、該円Ｃ２の周方向に均等な角度ずつ離間して配置されている。

各組のアンテナ１３－１、１３－２、１３－３は、例えば、それぞれ、Ｘ軸平行偏波アンテナ、Ｙ軸平行偏波アンテナ、Ｚ軸平行偏波アンテナとして用いられるようになっている。アンテナ１３－１、１３－２、１３－３の種別については、例えば、１つのスリーブアンテナと、２つのダイポールアンテナとを用いることが好ましい。図８に示す配置態様においては、Ｘ軸平行偏波アンテナ１３－１及びＹ軸平行偏波アンテナ１３－２としてダイポールアンテナが用いられ、Ｚ軸平行偏波アンテナ１３－３としてスリーブアンテナが用いられている。

但し、本実施形態でアンテナ１３－１、１３－２、１３－３として用いられるダイポールアンテナ、スリーブアンテナは、それぞれがプリント基板で実現されたプリント基板ダイポールアンテナ（図１７参照）、プリント基板スリーブアンテナ（図１５参照）である。

本実施形態に係るアンテナ装置１０Ａは、図８に示すアンテナ配置態様を有することで、回転体１２の回転駆動により、各アンテナ１３を、互いの位置関係を保ったまま円Ｃ２の円周上をその周方向に移動可能であり、且つ、回転駆動の停止により円周上の任意の位置に停止させることができるようになっている。これにより、本実施形態においても、第１の実施形態と同様、各組ごとにアンテナ１３－１、１３－２、１３－３を用いて、ＸＹＺの３次元空間において任意の位置Ｐ１での直交３偏波の受信を行うことができる。

アンテナ部１１において、電波吸収体１４は、アンテナ１３によって外部からの電磁波が受信されることを防止する（電磁波をシールドする）ためのものである。電波吸収体１４は、回転体１２の盤面１２ｂ上に、アンテナ１３と同等以上の高さを有する電波吸収材を、全てのアンテナ１３の配置領域を外側から覆うように周回させた構造となっている。

アンテナ装置１０Ａにおいて、アンテナ駆動部１５は、中空駆動テーブル１６、ロータリージョイント１７、台座部１８を有する。中空駆動テーブル１６は、中空部１６ａを有し、図示しないステッピングモータ等の駆動源により回転軸１２ａを中心にして回転駆動可能な円筒形部材によって構成されている。中空駆動テーブル１６は回転体１２と一体化して回転駆動し得る構造となっている。中空駆動テーブル１６は、例えば、中空ロータリーアクチュエータにより実現可能である。

ロータリージョイント１７は、アンテナ部１１と受信装置３０及び外部制御装置４０との間を電気的に接続するための機構部である。ロータリージョイント１７は、例えば、図１０に示すように、長さ方向の少なくとも一部分が円筒体形状（円筒形状部分１７ａ）を有し、長手方向に沿って両端部間を貫く配管１７ｂが埋設された円筒体部材によって構成されている。

ロータリージョイント１７は、アンテナ駆動部１５としての組立時には、図７、図９に示すように、円筒形状部分１７ａが中空駆動テーブル１６の中空部１６ａ内に中空駆動テーブル１６の回転を妨げないように嵌装される構造となっている。ここでロータリージョイント１７は、中空部１６ａ内に嵌装された円筒形状部分１７ａが、回転軸１２ａに沿って、例えばアンテナ部１１における回転体１２上方の所定位置に設けられる電線集線位置１２ｃまで到達する長さを有するものとなっている。

電線集線位置１２ｃは、アンテナ部１１における各アンテナ１３から受信信号を送る信号線の端部と、各アンテナ１３の受信信号を切り換える切替スイッチ（図示せず）の切り換え動作を制御する制御線の端部等が一箇所に集約された位置を指している。一方で、ロータリージョイント１７の２つの配管１７ｂには、上述した信号線の端部、及び制御線の端部にそれぞれ一端が接続された同軸ケーブル１７ｃ、１７ｄが挿通されている。同軸ケーブル１７ｃは、例えば、アンテナ１３が受信した信号（ＲＦ信号）を受信装置３０に取り込むためのチャネル（チャネル１）として用いられるようになっている。同軸ケーブル１７ｄは、例えば、外部制御装置４０からアンテナ１３に対して切替スイッチの電源と制御信号を供給するためのチャネル（チャネル２）として用いられるようになっている。

上述した構造により、ロータリージョイント１７は、円筒形状部分１７ａが中空駆動テーブル１６の中空部１６ａ内に嵌装されている状態で回転体１２、中空駆動テーブル１６が回転駆動されても、それに連動して同軸ケーブル１７ｃ、１７ｄが回らないようになっている。

台座部１８は、ベース部材１８ａと、ベース部材１８ａの上面に形成され、例えば円筒形状の中空部１８ｃを有する台座部材１８ｂと、を有する。台座部材１８ｂは、上端面が中空駆動テーブル１６の下端面に全周に渡って当接し、該上端面によって中空駆動テーブル１６を摺動可能に支えるとともに、円筒形状部分１７ａが中空駆動テーブル１６の中空部１６ａに嵌装されている状態のロータリージョイント１７の他端部を中空部１８ｃ内に収容するようになっている。

次に、アンテナ装置１０Ａに用いるアンテナ素子の選定について図１０～図１４を参照して説明する。本実施形態に係る到来方向推定システム１Ａのアンテナ装置１０Ａは、図７に示すように、アンテナ素子の下方から給電線路を伸ばし、ある程度の高さにアンテナ素子を配置する構造である。この構造から、水平方向に一様な指向性を持つためには、給電方向に対して平行なアンテナ素子であるスリーブアンテナを採用することがまず考えられる。

図１０に同軸線を用いて作成するスリーブアンテナの原理図を示す。スリーブアンテナは、図１０（ａ）に外観構造、図１０（ｂ）に断面構造を示すように、同軸線の誘電体が一部取り除かれ、片側の導体として中心導体を露出させた構造であり、同軸線の外導体を折り返すように加工することでもう片側の導体を作成する。この時、Ｌ１とＬ２を１／４波長程度とすることで、半波長ダイポールと同様な構造を作り出すことができる。同軸線（図７、図９における同軸ケーブル１７ｃ、１７ｄ参照）は不平衡な線路であり、ダイポール型のアンテナに給電するためには，平衡不平衡変換器（バラン）を介す必要がある。しかしながら、スリーブアンテナでは、外導体を折り返した部分と同軸線の外導体の間が、チョーク構造となることから同軸線外導体に流れる電流が抑制され、バランを必要とせずにアンテナ素子に給電することが可能である。

このような観点から、図１０に示すスリーブアンテナは、第１の実施形態に係るアンテナ装置１０のアンテナ６として用いるには好適である。

一方、本実施形態に係る到来方向推定システム１Ａでは、到来方向の推定に係る電波の測定時間を短縮することが想定されており、例えば、図８に示すように、アンテナ装置１０Ａでのアンテナ素子間の離間距離を極力小さくし、より多くのアンテナ素子を配列できることが望まれている。

さらには、到来方向推定システム１の使用周波数帯域として、ローカル５Ｇとして使用が検討されている４．６ＧＨｚ～４．８ＧＨｚ及び２８．２ＧＨｚ～２９．１ＧＨｚの２つの帯域のうち、２８．２ＧＨｚ～２９．１ＧＨｚの帯域が想定されていることを加味すると、本実施形態においては、加工精度や量産性の観点からも、同軸線を加工したスリーブアンテナ（図１０参照）を用いることは困難であるため、当該スリーブアンテナをプリント基板で実現することが検討された。

まず始めに、本件発明者らは、本実施形態に係るアンテナ装置１０Ａで使用することを想定し、各アンテナ素子の満たすべき条件を次のように規定した。
Ａ）半波長以下の間隔でアンテナ基板を配置可能であること（２９．１ＧＨｚでは約５．２ｍｍ以下の間隔）。
Ｂ）別に設置したアンテナの指向性を妨げないため、金属パターンの面積を可能な限り削減すること。
Ｃ）アンテナ素子は、プリント基板の下端より１００ｍｍ程度上方に設置すること。
Ｄ）別に設置したアンテナへの影響を低減するため、プリント基板の材料は高誘電率の基板ではないこと。
Ｅ）同軸コネクタにより給電可能であること。

同軸線路で作成したスリーブアンテナをプリント基板上で実現する場合、図１１（ａ）のように線路形状が同軸線路と同様に中心導体と外部導体により構成されるコプレーナ線路（CPW : Coplanar Waveguide）を用いることが想定される。しかしながら、ＣＰＷは外部導体を同電位とするため図１１（ｂ）のようなＧＮＤパターンを用いた形状にする場合が多く、Ｂ）の条件を満たすことが困難である。また、マイクロストリップライン（MSL:Micro Strip Line）を用いる場合も同様にＧＮＤパターンを必要とするためＢ）の条件を満たすことは困難である。

この点を解決し、Ａ）～Ｅ）の条件を満たすアンテナとして、平行平板線路（PPL: Parallel Plate Line）を用いたスリーブアンテナの検討に入った。平行平板線路１３１ａは、図１２に示すように基板の上下をストリップラインで挟む構成であり、平衡給電が可能な線路である。ＧＮＤパターンを必要としないため、Ｂ）の条件を満たすことができる。また、平衡給電を行うため、ダイポール型のアンテナの給電線路として適している。

しかしながら、Ｅ）の条件からアンテナへの給電は、同軸コネクタを介して行うため、不平衡な線路である同軸線から平衡な線路であるＰＰＬへ変換するバランが別途必要となる。このため、次にバランについて検討した。

（テーパバラン）
バランには、集中定数回路によって作成されるものや、給電線路長を変更して作成するものなどが存在する。提案スリーブアンテナでは、Ｂ）の条件より、給電線路長が長いことからテーパバランを採用する。テーパバランは、図１３に示すようにＭＳＬとＰＰＬの間でＧＮＤパターンを滑らかに狭めて接続することにより作成するバランであり、ある程度の線路長が必要となるものの、広帯域に平衡不平衡変換を行うことができる。ＭＳＬと同軸コネクタの接続は容易であるため、Ｅ）の条件を満たすことができる。

（アンテナ素子）
図１４にアンテナ素子の金属パターンを示している。図１４に示した同軸線によるスリーブアンテナの断面図と同様な形状を作成するため、平行平板線路１３１ａの片面を延長し、もう片面の線路に折り返すように曲げた形状の線路を装荷した。このパターンのＬ１とＬ２を１／４波長程度とすることでスリーブアンテナとして動作させることができる。

本件発明者らは、上述した検討結果より、シミュレータを用いてスリーブアンテナの設計を行った結果、アンテナ装置１０Ａに実装するためのアンテナ素子として、図１５に示すプリント基板アンテナ１３Ａ、図１７に示すプリント基板アンテナ１３Ｂを開発するに至った。プリント基板アンテナ１３Ａ、１３Ｂは、それぞれ、本発明のプリント基板スリーブアンテナ、プリント基板ダイポールアンテナを構成している。

図１５に示すように、プリント基板アンテナ１３Ａは、長尺のプリント基板１３０の表裏両面にＰＰＬを構成する配線パターン（金属パターン）１３１が形成されたものである。図１５（ａ）はプリント基板１３０の表面側の配線パターン１３１を示し、図１５（ｂ）は同じく裏面側の配線パターン１３１を示している。

配線パターン１３１は、プリント基板１３０の基端側から長手方向へ順番に、ＭＳＬ領域１３２、バラン領域１３３、アンテナ素子領域１３４が連続して形成されている。バラン領域１３３には、上述した検討段階で好ましいとされたテーパー形状のバランに対応する配線パターンが形成されている。

また、アンテナ素子領域１３４には、図１６に示すように、上述した検討段階で好ましい形状とされたアンテナ素子に対応する配線パターン１３１が形成されている。なお、図１５に示すプリント基板アンテナ１３Ａは、アンテナ素子領域１３４がスリーブアンテナの機能を果たす構成を有している。

図１６（ａ）は図１５（ａ）に示すプリント基板１３０表面側のアンテナ素子の配線パターン１３１を拡大して示す図であり、図１６（ｂ）は図１５（ｂ）に示すプリント基板１３０裏面側のアンテナ素子の配線パターン１３１を拡大して示す図である。プリント基板１３０の表面側と裏面側の配線パターン１３１はスルーホール１３７により電気的に接続されている。ここで図１６（ａ）と図１６（ｂ）とは、プリント基板１３０の表裏両面を裏返した状態ではなく、便宜的に、一方から他方を透視して見た状態を示している。この関係は、図１８（ａ）と図１８（ｂ）に示すプリント基板ダイポールアンテナの表裏両面の配線パターン１３１についても同様である。

図１６（ａ）及び（ｂ）に示すように、プリント基板アンテナ１３Ａは、同軸線によるスリーブアンテナ（図１０参照）の断面図と同様な形状を作成するため、平行平板線路１３１ａの片面を延長し、もう片面の線路に折り返すように曲げた形状の線路を装荷した構造を有している。このパターンのＬ１とＬ２を１／４波長程度とすることでスリーブアンテナとして動作させることができる。

プリント基板１３０の基端側には、ＭＳＬ領域１３２の反対側方向へ延設された取付部材１３５と、ＭＳＬ領域１３２の配線パターンに電気的に接続された同軸コネクタ１３６と、が設けられている。取付部材１３５は、当該プリント基板アンテナ１３Ａを回転体１２のアンテナ取付部に取り付けるための取付具の機能を果たす。同軸コネクタ１３６は、ロータリージョイント１７内の配管７ａを通って配線される同軸ケーブル１７ｃ、１７ｄの先端部（相手側同軸コネクタ）に電気的に接合可能な構造を有している。

同様にして、本件発明者らは、上述した検討結果より、シミュレータを用いてダイポールアンテナの設計を行った結果、図１７に示す形態を有するプリント基板ダイポールアンテナとしてのプリント基板アンテナ１３Ｂを開発するに至った。プリント基板アンテナ１３Ｂは、アンテナ素子領域１３４がダイポールアンテナの機能を果たす構成である。

図１７（ａ）はプリント基板アンテナ１３Ｂにおけるプリント基板１３０の表面側の配線パターン１３１を示し、図１７（ｂ）は同じく裏面側の配線パターン１３１を示している。図１８（ａ）は図１７（ａ）に示すプリント基板１３０表面側のアンテナ素子の配線パターンを拡大して示す図であり、図１８（ｂ）は図１７（ｂ）に示すプリント基板１３０裏面側のアンテナ素子の配線パターンを拡大して示す図である。プリント基板１３０の表面側と裏面側の配線パターン１３１はスルーホール１３７により電気的に接続されている。図１８（ａ）及び（ｂ）に示すように、プリント基板アンテナ１３Ｂは、ダイポールアンテナとしての作動を可能にすべく、平行平板線路１３１ａの片面の線路ともう片面の線路の端部を互いに反対方向に曲げた形状の線路を装荷した構造を有している。

次に、本実施形態に係る到来方向推定システム１Ａの到来方向推定処理動作について図５に示すフローチャートを援用して説明する。この説明においては、アンテナ装置１０Ａでのアンテナ配置態様（図７参照）において、各組において、アンテナ１３－１、１３－２としてはプリント基板ダイポールが用いられ、アンテナ１３－３としてはプリント基板スリーブアンテナが用いられているものとする。また、アンテナ１３－１がアンテナ１３－３に対して直交する偏波（Ｘ軸平行偏波）を受信し、アンテナ１３－２がアンテナ１３－１に対して直交する偏波（Ｙ軸平行偏波）を受信し、アンテナ１３－３がアンテナ１３－２に対して直交する偏波（Ｚ軸平行偏波）を受信することを前提としている。

本実施形態に係る到来方向推定システム１Ａでは、３偏波をそれぞれ受信可能な１つのアンテナ１３－１、１３－２、１３－３を一組とする複数組のアンテナ１３が載置されたアンテナ装置１０Ａを有する到来方向推定システム１Ａが用意され（図６のステップＳ０参照）、到来方向推定処理が開始されると、外部制御装置４０によって受信装置３０を制御することで、最初の一組のアンテナ１３－１、１３－２、１３－３を対象に、順次、同じ位置Ｐ１（図８参照）まで移動させ、当該位置Ｐ１でアンテナ１３－１、１３－２、１３－３のそれぞれの受信信号を信号処理部３２で信号処理して記憶させる処理が実施される。この処理は、例えば、図６に示すステップＳ１～Ｓ６の処理によって実現できる。

次に、外部制御装置４０では、到来方向推定処理部４２ｂが、それまでに記憶した各組のアンテナ１３－１、アンテナ１３－２、及びアンテナ１３－３のそれぞれの受信信号に基づいて到来方向推定処理部４２ｂが電界強度を測定する処理を実行する。この処理は、例えば、図６に示すステップＳ７の処理によって実現できる。

上述した１組のアンテナ１３－１、１３－２、１３－３を移動させつつそれぞれの受信信号を記憶させる処理と、これらアンテナ１３－１、１３－２、１３－３の受信信号に基づく電界強度測定処理とを、全ての組について実施することにより、電界強度の算出と到来方向推定処理が行える。なお、本実施形態においても、各組のアンテナ１３－１、１３－２、１３－３の各受信信号を切替スイッチで切り替えつつまず取得しておき、その後、各受信信号を位置Ｐ１で測定したものとしてデータ処理する方法を適用することが可能である。また、電波の到来方向の探査のアルゴリズムとしては、第１の実施形態と同様、ビームフォーマ法、ＭＵＳＩＣ法、ＥＳＰＲＩＴ法などが適用可能であることはいうまでもない。

本実施形態に係る到来方向推定システム１Ａでは、アンテナ装置１０Ａにおけるアンテナ１３の配置態様を図８に示すような態様としたため、回転体１２を１回転させずに全周囲のデータを受信することができ、到来方向推定処理の高速化が図れる。

上述したように、本実施形態に係る到来方向推定システム１Ａは、同一の円Ｃ２の円周上に配置され、直交する３偏波のうちの互いに異なる偏波を受信可能な複数のアンテナ１３を載置した回転体１２と、回転体１２を回転駆動し、各アンテナ１３を、円Ｃ２の円周上を周方向に移動させるアンテナ移動制御部４２ａと、円周上の任意の位置Ｐ１での各アンテナ１３によるそれぞれの偏波の受信信号に基づき、周辺から到来する信号の到来方向を推定する処理を行う到来方向推定処理部４２ｂと、有し、アンテナ１３は、３偏波をそれぞれ受信可能な３つのアンテナ１３－１、１３－２、１３－３を一組として複数組設けられ、周方向に均等な角度ずつ離間して配置される構成である。

この構成により、本実施形態に係る到来方向推定システム１Ａは、回転体１２を１回転させることなく全周囲の偏波（３偏波）を受信でき、到来方向の推定処理の高速化を図ることができる。

また、本実施形態に係る到来方向推定システム１Ａにおいて、アンテナ１３は、プリント基板１３０の表面側のアンテナ配線パターン１３１と裏面側の配線パターン１３１とによって平行平板線路１３１ａが形成されたアンテナ素子領域１３４を有するプリント基板アンテナ１３Ａ、１３Ｂが用いられる構成を有する。

この構成により、本実施形態に係る到来方向推定システム１Ａは、アンテナ１３が小型、安価で済み、しかも量産性に優れるため、アンテナ装置１０Ａの限られたスペースに多数配置が可能となり、推定処理の高速化に加え、アンテナ装置１０Ａの小型化、低コスト化も図れる。

また、本実施形態に係る到来方向推定システム１Ａにおいて、プリント基板アンテナ１３Ａ、１３Ｂは、アンテナ素子領域１３４からアンテナ長手方向に連続的形成され、同軸線から平行平板線路への変換を行うバラン領域１３３がさらに設けられている。

この構成により、本実施形態に係る到来方向推定システム１Ａは、プリント基板アンテナ１３Ａ、１３Ｂを同軸ケーブル１７ｃ、１７ｄに接続する場合に広帯域に平衡不平衡変換を行うことができ、プリント基板アンテナ１３Ａ、１３Ｂを複数組用いるアンテナ装置１０Ａを容易に実現できる。

また、本実施形態に係る到来方向推定システム１Ａにおいて、プリント基板アンテナ１３Ａ、１３Ｂは、アンテナ素子領域１３４がスリーブアンテナの機能を果たすプリント基板スリーブアンテナと、アンテナ素子領域１３４がダイポールアンテナの機能を果たすプリント基板ダイポールアンテナが用いられている。

この構成により、本実施形態に係る到来方向推定システム１Ａは、各組ごとにプリント基板スリーブアンテナとプリント基板ダイポールアンテナを混在して配置することで、処理速度の高速化を図りながら、推定精度を向上させることがきる。

また、本実施形態に係る到来方向推定システム１Ａにおいて、一組のアンテナ１３は、２つのプリント基板ダイポールアンテナと、１つのプリント基板スリーブアンテナで構成されている。

この構成により、本実施形態に係る到来方向推定システム１Ａは、複数組のアンテナ１３を装備しながら、それぞれの組において各アンテナ１３が同位置での３偏波を確実かつ効率的に受信させることができる。

また、本実施形態に係る到来方向推定システム１Ａにおいて、各組のアンテナ１３は、２８．２ＧＨｚ～２９．１ＧＨｚの周波数帯の信号を受信する構成である。この構成により、本実施形態に係る到来方向推定システム１Ａは、ローカル５Ｇとして使用が検討されている帯域のうち、高帯域側を対象として電波の到来方向の推定精度を向上させることができる。

以上のように、本発明に係る到来方向推定システム、及び到来方向推定方法は、同位置で受信した全ての偏波成分を用いて電磁波の到来方向を精度よく推定可能であるという効果を奏し、干渉モニタリング技術の一環として任意の点における電磁波の到来方向を推定することが必要な到来方向推定システム、及び到来方向推定方法全般に有用である。

１、１Ａ 到来方向推定システム
５ 回転体（回転台）
５ａ 回転軸
５ｂ 端面（回転軸と直交する一方の端面）
５ｃ 周面（回転軸と並行な周面）
６ アンテナ
６－１、６－２ ダイポールアンテナ
６－３ スリーブアンテナ
１０、１０Ａ アンテナ装置
１２ 回転体（回転台）
１２ａ 回転軸
１２ｂ 盤面（回転軸と直交する一方の端面）
１３ アンテナ
１３Ａ プリント基板アンテナ（プリント基板スリーブアンテナ）
１３Ｂ プリント基板アンテナ（プリント基板ダイポールアンテナ）
１３－１、１３－２ プリント基板ダイポールアンテナ
１３－３ プリント基板スリーブアンテナ
２０ リファレンス用アンテナ装置
３０ 受信装置
４０ 外部制御装置
４２ａ アンテナ移動制御部（移動制御手段）
４２ｂ 到来方向推定処理部（到来方向推定処理手段）
６０ａ 無線基地局（周辺の無線装置）
６０ｂ 移動通信端末（周辺の無線装置）
１３１ アンテナ配線パターン、他面側の配線パターン
１３１ａ 平行平板線路
１３３ バラン領域
１３４ アンテナ素子領域
Ｃ１、Ｃ２ 円

Claims (13)

1. 同一の円（Ｃ１、Ｃ２）の円周上に配置され、直交する３偏波の互いに異なる偏波を受信可能な複数のアンテナ（６、１３）を載置した回転体（５、１２）と、
   前記回転体を回転駆動し、前記各アンテナを、前記円の円周上を周方向に移動させる移動制御手段（４２ａ）と、
   前記円周上の任意の位置（Ｐ１）での前記各アンテナによる前記３偏波のそれぞれの偏波の受信信号に基づき、周辺から到来する信号の到来方向を推定する処理を行う到来方向推定処理手段（４２ｂ）と、
   を有することを特徴とする到来方向推定システム。
2. 前記回転体は、前記円の中心を通り前記周方向と直交する回転軸（５ａ、１２ａ）を有し、
   前記各アンテナは、前記回転体の前記回転軸と直交する端面（５ｂ、１２ｂ）に、前記回転軸方向に突出して設けられることを特徴とする請求項１に記載の到来方向推定システム。
3. 前記回転体は、前記円の中心を通り前記周方向と直交する回転軸（５ａ）を有し、
   前記各アンテナは、前記回転体の前記回転軸と並行な周面（５ｃ）に、前記回転軸に直交する方向へ突出して設けられることを特徴とする請求項１に記載の到来方向推定システム。
4. 前記アンテナ（６）は３つ設けられ、当該各アンテナは、前記周方向に１２０度ずつ離間して配置されることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の到来方向推定システム。
5. 前記３つのアンテナは、２つのダイポールアンテナ（６－１、６－２）と、１つのスリーブアンテナ（６－３）で構成されることを特徴とする請求項４に記載の到来方向推定システム。
6. 前記３つのアンテナは、４．６ＧＨｚ～４．８ＧＨｚの周波数帯の信号を受信することを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の到来方向推定システム。
7. 前記アンテナ（１３）は、前記３偏波をそれぞれ受信可能な３つのアンテナ（１３－１、１３－２、１３－３）を一組として複数組設けられ、前記周方向に均等な角度ずつ離間して配置されることを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の到来方向推定システム。
8. 前記アンテナは、プリント基板の一面側のアンテナ配線パターン（１３１）と他の面側の配線パターン（１３１）とによって平行平板線路（１３１ａ）が形成されたアンテナ素子領域（１３４）を有するプリント基板アンテナ（１３Ａ、１３Ｂ）が用いられることを特徴とする請求項７に記載の到来方向推定システム。
9. 前記プリント基板アンテナは、前記アンテナ素子領域からアンテナ長手方向に連続的形成され、同軸線から前記平行平板線路への変換を行うバラン領域（１３３）がさらに設けられていることを特徴とする請求項８に記載の到来方向推定システム。
10. 前記プリント基板アンテナは、前記アンテナ素子領域がスリーブアンテナの機能を果たすプリント基板スリーブアンテナ（１３Ａ）と、前記アンテナ素子領域がダイポールアンテナの機能を果たすプリント基板ダイポールアンテナ（１３Ｂ）が用いられることを特徴とする請求項８または９に記載の到来方向推定システム。
11. 前記一組のアンテナは、２つの前記プリント基板ダイポールアンテナ（１３－１、１３－２）と、１つの前記プリント基板スリーブアンテナ（１３－３）で構成されることを特徴とする請求項１０に記載の到来方向推定システム。
12. 前記各組のアンテナは、２８．２ＧＨｚ～２９．１ＧＨｚの周波数帯の信号を受信することを特徴とする請求項７～１１のいずれか一項に記載の到来方向推定システム。
13. 請求項１から請求項１２のいずれかに記載の到来方向推定システム（１）を用いて電波の到来方向を推定する到来方向推定方法であって、
    前記回転体を回転駆動し、前記各アンテナを、前記円周上の任意の位置（Ｐ１）で停止可能に前記円周上を周方向に移動させる移動制御ステップ（Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５）と、
    前記任意の位置での前記各アンテナによる前記３偏波のそれぞれの偏波の受信信号に基づき、周辺から到来する信号の到来方向を推定する処理を行う到来方向推定処理ステップ（Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ７）と、
    を含むことを特徴とする到来方向推定方法。

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