JP7417520B2 - アレイ通信装置、及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、アレイ通信装置、及びその制御方法に関し、特にアレイ通信装置内の位相校正方法などに関する。

無線通信の急速な普及に伴い、無線通信に使用される周波数帯の不足が問題となっている。周波数帯を有効に利用する技術の１つとして、ビームフォーミングが挙げられる。ビームフォーミングは、指向性を有する電波を放射することで、所定の通信対象の無線通信を可能にする技術であり、信号の品質を保ちつつ、他の無線システムなどへの干渉を抑えることのできる技術である。

ビームフォーミングを実現する代表的な手法として、フェーズドアレイが挙げられる。フェーズドアレイは、送信機において複数のアンテナ素子に給電される無線信号の位相を調整し、各アンテナ素子から放射される電波を空間において合成することによって、所望の方向の信号を強める技術である。送信機において複数のアンテナ素子に給電される無線信号の位相を調整するためには、基板配線等に起因する位相のバラつきを校正する必要があり、送信機内で生じる位相変化や振幅変化を正確にモニタする必要がある。

特許文献１、特許文献２には、関連する技術として、フェーズドアレイに関する技術が開示されている。

ところで、フェーズドアレイの技術を用いる送受信機の送信機で生じる位相変化や振幅変化をモニタする１つの手段として、ループバックを用いる技術が挙げられる。ループバックを用いる技術とは、送信機の出力信号の一部を、受信機に入力することによって位相変化や振幅変化をモニタする技術である。ループバックの技術を用いる送受信機の送信機で生じる位相変化や振幅変化を正確にモニタするためには、ループバックの技術を用いる送受信機の受信機において、アンテナ素子間の位相差や振幅差を正確に校正する必要がある。特許文献３はフェーズドアレイに関するものではないが、無線装置の高周波信号送信手段が送信した高周波信号を高周波信号受信手段にループバックする技術が、提案されている。

一方、フェーズドアレイはアンテナ素子を複数個必要とするため、仮にアンテナ素子１つにつき１組の送受信機を接続する構成である場合、アンテナ素子の個数分だけ送受信機が必要となり、通信装置全体のサイズが大きくなり、また装置コストが高くなるという課題がある。

これに対し、送受信で増幅器などを共有するBi-Directional構成が存在する。非特許文献１では、単一の増幅器と４つのスイッチとを組み合わせることにより、送受信で増幅器などを共有したBi-Directional Amplifier（ＢＤＡ）が提案されている。また非特許文献１が提案するBi-Directional構成の増幅器では、例えば送信機の電力増幅器（ＰＡ: Power Amplifier）と受信機の低雑音増幅器（ＬＮＡ: Low Noise Amplifier）を一体化できるなど、省サイズ化が見込める。

図５は、背景技術のアレイ通信装置を説明するためのブロック図であり、背景技術のBi-Directional構成の増幅器を用いたフェーズドアレイを示す。図５のアレイ通信装置は、第１アレイ部１００４、第２アレイ部１００８などの複数のアレイ部と、制御部１００９を含む。第１アレイ部１００４はアンテナ１００１、増幅器１００２、移相器１００３を含み、第２アレイ部１００８はアンテナ１００５、増幅器１００６、移相器１００７を含む。制御部１００９は、複数のアレイ部の増幅器１００２、増幅器１００６などの増幅器と、複数のアレイ部の移相器１００３、移相器１００７などの移相器を制御する。第１アレイ部１００４の出力と、第２アレイ部１００８の出力とは、図示しない信号処理部へ送られる。

特開２００１－３３０６６０号公報 国際公開第２０１６／１６７１４５号 国際公開第２０１５／１４５９９３号

Moon-Kyu Cho et al., "A Switchless CMOS Bi-Directional Distributed Gain Amplifier With Multi-Octave Bandwidth", IEEE Microwave and Wireless Components Letters, Vol. 23, No. 11, pp.611-613, 2013

しかしながら、上述したアレイ通信装置には以下のような課題がある。Bi-Directional構成のアレイ通信装置では送受信で増幅器などを共有するため、送受信を同時に行うことはできない。すなわち、アレイ通信装置のアレイ間の位相校正にループバックなどを用いることができない。

仮に図５のアレイ通信装置において、第１アレイ部１００４を送信側とし、第２アレイ部１００８側を受信側としたループバックを行うとする。この場合、第１アレイ部１００４と第２アレイ部１００８との間というアレイ間の信号経路を追加するか、アンテナ１００１とアンテナ１００５を介する必要がある点を除いたとしても、増幅器１００２から送信された信号を増幅器１００６で受信した場合、受信された信号が分配器を通って再び増幅器１００２で増幅され、結果として発振が起きてしまう。このため図５の構成のアレイ通信装置では、アレイ間の位相校正にループバックを用いることができない、という課題がある。

本発明の目的は、Bi-Directional構成の増幅器を有する複数のアレイ間で位相校正を可能にするアレイ通信装置、及びその制御方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係るアレイ通信装置は、信号処理部へ共通に接続される複数のアレイ部であって、上記アレイ部はそれぞれアンテナ、増幅器、及び移相器を有する複数のアレイ部を含み、
上記アレイ部の上記アンテナと上記増幅器との間に配置されて信号を分岐又は合流させる第１方向性結合器と、
上記アレイ部の上記移相器と上記信号処理部との間に配置されて信号を分岐又は合流させる第２方向性結合器と、
上記第１方向性結合器及び上記第２方向性結合器からの信号の少なくとも一つと位相の基準となる信号とが入力されて位相を比較し、位相の校正を行う位相比較手段と、をさらに含む。

本発明に係るアレイ通信装置の制御方法は、信号処理部へ共通に接続される複数のアレイ部であって、上記アレイ部はそれぞれアンテナ、増幅器、及び移相器を有する複数のアレイ部と、
上記アレイ部の上記アンテナと上記増幅器との間に配置されて信号を分岐させる第１方向性結合器と、
上記アレイ部の上記移相器と上記信号処理部との間の上記アレイ部に配置され信号の一部を分岐させる第２方向性結合器と、を含むアレイ通信装置の制御方法であって、
上記第１方向性結合器及び上記第２方向性結合器からの信号の少なくとも一つと位相の基準となる信号とが入力されて位相を比較し、比較結果に基づいて位相の校正を行う。

本発明によれば、Bi-Directional構成の増幅器を有する複数のアレイ部を含むアレイ通信装置において、アレイ間の位相校正を実現できる。

本発明の上位概念による実施形態のアレイ通信装置の一例を説明するためのブロック図である。 第１実施形態のアレイ通信装置を説明するためのブロック図である。 第２実施形態のアレイ通信装置を説明するためのブロック図である。 第３実施形態のアレイ通信装置を説明するためのブロック図である。 背景技術のアレイ通信装置を説明するためのブロック図である。

本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。より具体的な実施形態を説明する前に、上位概念による実施形態のアレイ通信装置、及びその制御方法について説明する。図１は、上位概念による実施形態のアレイ通信装置の一例のブロック図である。

（構成の説明）
図１のアレイ通信装置は、信号処理部１１０へ共通に接続される第１アレイ部１０４及び第２アレイ部１０８であって、共にアンテナ、増幅器、移相器を含む第１アレイ部１０４及び第２アレイ部１０８を含む。図１では、第１アレイ部１０４はアンテナ１０１、増幅器１０２、移相器１０３を含み、第２アレイ部１０８はアンテナ１０５、増幅器１０６、移相器１０７を含む。

さらに図１のアレイ通信装置は、第１アレイ部１０４又は第２アレイ部１０８のアンテナと増幅器との間から分岐した信号と、位相の基準となる信号との位相を比較する第１位相比較器の一例としての位相比較器２０２を含む。さらに図１のアレイ通信装置は、第１アレイ部１０４又は第２アレイ部１０８のアンテナと増幅器との間から分岐した信号と、第１アレイ部１０４及び第２アレイ部１０８と信号処理部１１０との間から分岐した信号との位相を比較する第２位相比較器の一例として位相比較器２０４を含む。

さらに図１のアレイ通信装置は、位相比較器２０２又は位相比較器２０４へ、上記位相の基準となる信号を出力する信号発生器２０３を含む。さらに図１のアレイ通信装置は、第１アレイ部１０４又は第２アレイ部１０８のアンテナと増幅器との間から分岐した信号の出力先を、位相比較器２０２又は位相比較器２０４へと切り替えるSingle-Pole/Double-Throw Switch（単極双投スイッチ）２０１を含む。単極双投スイッチを以下では、ＳＰＤＴスイッチと呼ぶ。

さらに図１のアレイ通信装置は、第１アレイ部１０４の増幅器１０２及び移相器１０３と、第２アレイ部１０８の増幅器１０６及び移相器１０７と、信号発生器２０３を制御する制御部１０９と、を含む。制御部１０９は、第１アレイ部１０４の増幅器１０２及び移相器１０３と、第２アレイ部１０８の増幅器１０６及び移相器１０７と、信号発生器２０３の動作或いは停止などをそれぞれ制御する。

なお図１のアレイ通信装置が信号発生器２０３を含むものとして説明しているが、アレイ通信装置が信号発生器を含まずに、位相の基準となる信号がアレイ通信装置の外部から供給されるよう構成されてもよい。

（動作の説明）
次に、図１のアレイ通信装置の動作のうち、位相校正の動作を説明する。

まず図１のアレイ通信装置の送信の位相校正を行う場合を述べる。位相校正時、第１アレイ部１０４、第２アレイ部１０８に送信される信号は移相器１０３、移相器１０７及び増幅器１０２、増幅器１０６を通って、アンテナ１０１、アンテナ１０５から送信される。一部の信号、すなわちアンテナ１０１と増幅器１０２との間から分岐した信号、又はアンテナ１０５と増幅器１０６との間から分岐した信号を、分配/合成器を経由してＳＰＤＴスイッチ２０１に出力する。

この送信の位相校正の際、ＳＰＤＴスイッチ２０１は入力信号を位相比較器２０２へ出力する（図１の下側の接点Ｂへと出力）。信号発生器２０３は、位相の基準となる既知の信号を送信する。位相比較器２０２が、アンテナ１０１と増幅器１０２との間から分岐した信号、又はアンテナ１０５と増幅器１０６との間から分岐した信号と、信号発生器２０３からの位相の基準となる信号とを比較することで、各アレイ間の位相差を検出できる。

次に図１のアレイ通信装置の受信の位相校正を行う場合を述べる。位相校正時、信号発生器２０３からの位相の基準となる既知の信号をＳＰＤＴスイッチ２０１に出力する。この受信の位相校正の際、ＳＰＤＴスイッチ２０１は信号発生器２０３からの上記位相の基準となる信号を、第１アレイ部１０４及び第２アレイ部１０８へ送信する（図１の上側の接点Ａに導通させる）。第１アレイ部１０４、第２アレイ部１０８で受信された信号は増幅器１０２、増幅器１０６及び移相器１０３、移相器１０７などを通って、信号処理部１１０へ出力される。

この第１アレイ部１０４及び第２アレイ部１０８と信号処理部１１０との間から分岐した信号と、信号発生器２０３からの位相の基準となる既知の信号を位相比較器２０４へ入力することで、信号を比較する。これにより各アレイ間の位相差を検出できる。受信の位相校正には、位相比較器２０２は用いていないため停止していてもよい。なお信号発生器２０３の信号がアンテナ１０１やアンテナ１０５から送信されないように、アンテナ１０１、１０５の前段にスイッチを設けてもよい。

（効果の説明）
図１のアレイ通信装置によれば、Bi-Directional構成のアレイ通信装置の送信動作及び受信動作のそれぞれについて、アレイ間の位相・振幅校正ができる。特に位相比較器２０２と、位相の基準となる既知の信号を送信する信号発生器２０３とを用いることにより、Bi-Directional構成のアレイ通信装置の送信動作の位相校正ができ、位相比較器２０４と信号発生器２０３とを用いることにより、Bi-Directional構成のアレイ通信装置の受信動作の位相校正ができる。

このような構成を備えることにより、アレイ間の位相・振幅校正が可能な、Bi-Directional構成のアレイ通信装置について、装置サイズを縮小できる。以下、より具体的な実施形態について説明する。

〔第１実施形態〕
次に、第１実施形態によるアレイ通信装置、及びその制御方法について、説明する。図２は、第１実施形態のアレイ通信装置を説明するためのブロック図である。なお図１のアレイ通信装置と同様な要素には同じ参照番号を付して、その詳細な説明を省略することとする。

（構成の説明）
図２のアレイ通信装置は、信号処理部へ共通に接続される第１アレイ部１０４及び第２アレイ部１０８であって、共にアンテナ、増幅器、移相器を含む第１アレイ部１０４及び第２アレイ部１０８を含む。図２では、第１アレイ部１０４はアンテナ１０１、増幅器１０２、移相器１０３を含み、第２アレイ部１０８はアンテナ１０５、増幅器１０６、移相器１０７を含む。

さらに図２のアレイ通信装置は、第１アレイ部１０４又は第２アレイ部１０８のアンテナと増幅器との間に配置されて信号を分岐又は合流させる第１方向性結合器の一例としての方向性結合器３０１、方向性結合器３０２を含む。さらに図２のアレイ通信装置は、第１アレイ部１０４又は第２アレイ部１０８の移相器と信号処理部との間に配置されて信号を分岐又は合流させる第２方向性結合器の一例としての方向性結合器３０３を含む。

さらに図２のアレイ通信装置は、第１位相比較器の一例としての位相比較器２０２と、第２位相比較器の一例としての位相比較器２０４と、を含む。位相比較器２０２及び位相比較器２０４は、図２のアレイ通信装置を校正する複数のアレイ部の位相校正に用いられる。さらに図２のアレイ通信装置は、位相比較器２０２又は位相比較器２０４へ、上記位相の基準となる信号を出力する信号発生器２０３を含む。さらに図２のアレイ通信装置は、第１アレイ部１０４の方向性結合器３０１又は第２アレイ部１０８の方向性結合器３０２から分岐した信号の出力先を、位相比較器２０２又は位相比較器２０４へと切り替えるSingle-Pole/Double-Throw Switch（ＳＰＤＴスイッチ）２０１を含む。

さらに図２のアレイ通信装置は、信号を分岐又は合流させるための具体的な構成を含む。すなわち、図２のアレイ通信装置は、信号が合流又は分岐する箇所に配置された分配/合成器３０４、分配/合成器３０５、分配/合成器３０６、分配/合成器３０７、分配/合成器３０８、及び分配/合成器３０９を含む。例えば分配/合成器３０４は、ＳＰＤＴスイッチ２０１と、位相比較器２０２と、信号発生器２０３と、位相比較器２０４との間に設置されている。また例えば分配/合成器３０５はＳＰＤＴスイッチ２０１と第１アレイ部１０４との間に設置され、分配/合成器３０６はＳＰＤＴスイッチ２０１と第２アレイ部１０８との間に設置されている。分配/合成器３０７は第１アレイ部１０４及び第２アレイ部１０８と信号処理部との間に配置され、分配/合成器３０８は分配/合成器３０７及び他のアレイ部（図示せず）と信号処理部との間に配置されている。分配/合成器３０９は分配/合成器３０８及びさらに他のアレイ部（図示せず）と信号処理部との間に配置されている。

さらに図２のアレイ通信装置は、分配/合成器３０５と方向性結合器３０１の結合ポートとの間に配置されたスイッチ３１０と、分配/合成器３０６と方向性結合器３０２の結合ポートとの間に配置されたスイッチ３１１と、を含む。

さらに図２のアレイ通信装置は図１のアレイ通信装置と同様に、第１アレイ部１０４の増幅器１０２及び移相器１０３と、第２アレイ部１０８の増幅器１０６及び移相器１０７と、信号発生器２０３を制御する制御部１０９と、を含む。なお制御部１０９は図示しない他のアレイ部の増幅器及び移相器も制御する。制御部１０９は、第１アレイ部１０４の増幅器１０２及び移相器１０３、第２アレイ部１０８の増幅器１０６及び移相器１０７、図示しない他のアレイ部の増幅器及び移相器、及び信号発生器２０３の動作或いは停止などをそれぞれ制御する。

図２のアレイ通信装置は、送受信で増幅器などを共有するBi-Directional構成である。送受信で増幅器を共有した構成は、例えば非特許文献１の図１（ｃ）に示されるような単一の増幅器と４つのスイッチとの組合せにより、実現することができる。例えば、制御部１０９からの制御信号でこれら４つのスイッチのオン又はオフを制御することにより、単一の増幅器を送信に用いたり、受信に用いたり、或いは出力を停止させたりといった制御を行うことができる。

（動作の説明）
次に、図２のアレイ通信装置の動作のうち、位相校正の動作、及びアレイ通信装置の制御方法について説明する。

まず図２のアレイ通信装置の送信の位相校正を行う場合を述べる。位相校正時、第１アレイ部１０４、第２アレイ部１０８に送信される信号は移相器１０３、移相器１０７及び増幅器１０２、増幅器１０６を通って、アンテナ１０１、アンテナ１０５から送信される。一部の信号、すなわちアンテナ１０１と増幅器１０２との間の方向性結合器３０１から分岐した信号、又はアンテナ１０５と増幅器１０６との間の方向性結合器３０２から分岐した信号を、ＳＰＤＴスイッチ２０１に出力する。

この送信の位相校正の際、ＳＰＤＴスイッチ２０１は入力信号を位相比較器２０２へ出力する（図２の下側の接点Ｂへと出力）。信号発生器２０３は、位相の基準となる既知の信号を送信する。位相比較器２０２が、アンテナ１０１と増幅器１０２との間の方向性結合器３０１から分岐した信号、又はアンテナ１０５と増幅器１０６との間の方向性結合器３０２から分岐した信号と、信号発生器２０３からの位相の基準となる信号とを比較することで、各アレイ間の位相差を検出できる。

この送信の位相校正の場合、増幅器１０２及び増幅器１０６の出力信号強度は大きいので、位相比較器２０２への分配は一部のみでいい。そのため方向性結合器３０１及び方向性結合器３０２を用いることで、位相比較器へ出力する信号強度の調整及びアンテナ１０１、１０５へ送信する信号強度の損失を低減できる。

さらに第１アレイ部１０４のスイッチ３１０及び第２アレイ部１０８のスイッチ３１１のどちらか一方をオンにすることで、複数のアレイ部からＳＰＤＴスイッチ２０１へと出力される信号から一つの信号を選択することができ、位相比較器２０２では１アレイごとに位相比較することができる。

次に図２のアレイ通信装置の受信の位相校正を行う場合を述べる。受信の位相校正のために、方向性結合器３０３を用いる。位相校正時、信号発生器２０３からの位相の基準となる既知の信号をＳＰＤＴスイッチ２０１に出力する。この受信の位相校正の際、ＳＰＤＴスイッチ２０１は信号発生器２０３からの上記位相の基準となる信号を分配/合成器を経由して、第１アレイ部１０４及び第２アレイ部１０８へ送信する（図２の上側の接点Ａに導通させる）。第１アレイ部１０４、第２アレイ部１０８で受信された信号は増幅器１０２、増幅器１０６及び移相器１０３、移相器１０７、分配/合成器３０７などを通って、図示しない信号処理部へ出力される。この際一部の信号を方向性結合器３０３から位相比較器２０４へ入力することで、信号発生器２０３の信号を比較する。これにより各アレイ間の位相差を検出できる。

なおアレイ間位相差の検出には、図２のアレイ通信装置の分配/合成器３０５から方向性結合器３０１までの経路長と、分配/合成器３０５から方向性結合器３０２までの経路長とを同一にすることが望ましい。図２では、このような経路長を同一にする主旨の一例として、分配/合成器３０５とスイッチ３１０との間の経路長が、分配/合成器３０６とスイッチ３１１との間の経路長より長い場合を図示している。このような経路長の設定により、分配/合成器３０５から第１アレイ部１０４の方向性結合器３０１までの経路長と、分配/合成器３０５から第２アレイ部１０８の方向性結合器３０２までの経路長とを同一にすることができる。

（効果の説明）
図２のアレイ通信装置によれば、Bi-Directional構成のアレイ通信装置の送信動作及び受信動作のそれぞれについて、アレイ間の位相・振幅校正ができる。特に位相比較器２０２と、位相の基準となる既知の信号を送信する信号発生器２０３とを用いることにより、Bi-Directional構成のアレイ通信装置の送信動作の位相校正ができ、位相比較器２０４と信号発生器２０３とを用いることにより、Bi-Directional構成のアレイ通信装置の受信動作の位相校正ができる。

このような構成を備えることにより、アレイ間の位相・振幅校正が可能な、Bi-Directional構成のアレイ通信装置について、装置サイズを縮小できる。

〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態によるアレイ通信装置、及びその制御方法について、説明する。図３は、第２実施形態のアレイ通信装置を説明するためのブロック図である。第２実施形態によるアレイ通信装置は第１実施形態によるアレイ通信装置の変形例であり、特に送信の位相校正と受信の位相校正とに共通の位相比較器を用いることができる構成に関するものである。なお実施形態の説明の前提となる、図２のアレイ通信装置と同様な要素には同じ参照番号を付して、その詳細な説明を省略することとする。

なお本実施形態においても、第１アレイ部１０４の増幅器１０２及び移相器１０３、第２アレイ部１０８の増幅器１０６及び移相器１０７、図示しない他のアレイ部の増幅器及び移相器、及び信号発生器２０３は、図示しない制御部により制御されるが、この制御部の図示や制御部による制御について詳細な説明を省略することとする。

（構成の説明）
図３のアレイ通信装置は図２のアレイ通信装置と同様に、信号処理部へ共通に接続される第１アレイ部１０４及び第２アレイ部１０８であって、共にアンテナ、増幅器、移相器を含む第１アレイ部１０４及び第２アレイ部１０８を含む。図３では、第１アレイ部１０４はアンテナ１０１、増幅器１０２、移相器１０３を含み、第２アレイ部１０８はアンテナ１０５、増幅器１０６、移相器１０７を含む。

さらに図３のアレイ通信装置は、位相比較手段の一例としての位相比較器４０７を含む。位相比較器４０７は送信の位相校正を行う場合には、第１アレイ部１０４又は第２アレイ部１０８のアンテナと増幅器との間から分岐した信号と、位相の基準となる信号との位相を比較する。さらに位相比較器４０７は受信の位相校正を行う場合には、第１アレイ部１０４又は第２アレイ部１０８の移相器の出力から分岐した信号と、位相の基準となる信号との位相を比較する。

さらに図３のアレイ通信装置は第１実施形態と同様に、位相の基準となる信号を出力する信号発生器２０３を含む。

さらに図３のアレイ通信装置は、第１アレイ部１０４のアンテナ１０１と増幅器１０２との間に配置されて信号を分岐又は合流させる第１方向性結合器の一例としての方向性結合器４０１と、第２アレイ部１０８のアンテナ１０５と増幅器１０６との間に配置されて信号を分岐又は合流させる第１方向性結合器の一例としての方向性結合器４０４と、を含む。

さらに図３のアレイ通信装置は第１実施形態と同様に、信号が合流又は分岐する箇所に配置された分配/合成器３０５、分配/合成器３０６、及び分配/合成器３０７を含む。分配/合成器３０５は信号発生器２０３と第１アレイ部１０４との間に設置され、分配/合成器３０６は信号発生器２０３と第２アレイ部１０８との間に設置されている。分配/合成器３０７は、第１アレイ部１０４及び第２アレイ部１０８と信号処理部との間に配置されている。

さらに図３のアレイ通信装置は、第１アレイ部１０４の移相器１０３と分配/合成器３０７との間の第１アレイ部１０４に配置されて信号を分岐又は合流させる第２方向性結合器の一例としての方向性結合器４０２を含む。さらに図３のアレイ通信装置は、第２アレイ部１０８の移相器１０７と分配/合成器３０７との間の第２アレイ部１０８に配置されて信号を分岐又は合流させる第２方向性結合器の一例としての方向性結合器４０５を含む。

さらに図３のアレイ通信装置は、第１アレイ部１０４の方向性結合器４０１とアンテナ１０１との間に設置されて信号を分岐又は合流させる第３方向性結合器の一例としての方向性結合器３０１と、第２アレイ部１０８の方向性結合器４０４とアンテナ１０５の間に設置されて信号を分岐又は合流させる第３方向性結合器の一例としての方向性結合器３０２と、を含む。

さらに図３のアレイ通信装置は、第１アレイ部１０４の方向性結合器４０１及び方向性結合器４０２と位相比較器４０７との間に配置されたSingle-Pole/Double-Throw Switch（ＳＰＤＴスイッチ）４０３を含む。さらに図３のアレイ通信装置は、第２アレイ部１０８の方向性結合器４０４及び方向性結合器４０５と位相比較器４０７との間に配置されたSingle-Pole/Double-Throw Switch（ＳＰＤＴスイッチ）４０６を含む。

なお図４では図示を省略しているが、第２アレイ部１０８の隣に第３アレイ部が配置される場合、第２アレイ部１０８の方向性結合器４０４及び方向性結合器４０５との間に別のＳＰＤＴスイッチが配置されて、このＳＰＤＴスイッチの切り替えによって第２アレイ部１０８の方向性結合器４０４からの信号と方向性結合器４０５からの信号のいずれか一つが位相比較器に入力されて、位相が比較される。

（動作の説明）
送信及び受信の両方の位相校正に対応するため、図３のアレイ通信装置は、方向性結合器３０１、方向性結合器３０２及び方向性結合器４０１、方向性結合器４０４を設けている。ＳＰＤＴスイッチ４０３とＳＰＤＴスイッチ４０６はそれぞれ、送信の位相校正では方向性結合器４０１と方向性結合器４０４と導通する（図３の接点Ａに導通させる）。そしてＳＰＤＴスイッチ４０３とＳＰＤＴスイッチ４０６はそれぞれ、受信の位相校正では方向性結合器４０２と方向性結合器４０５と導通する（図３の接点Ｂに導通させる）。

受信の位相校正では、信号発生器２０３からの位相の基準となる既知の信号を分配/合成器３０５、分配/合成器３０６を経由して第１アレイ部１０４及び第２アレイ部１０８へ送信する。第１アレイ部１０４、第２アレイ部１０８で受信された信号は増幅器１０２、増幅器１０６及び移相器１０３、移相器１０７、分配/合成器３０７などを通って、図示しない信号処理部へ出力される。この際一部の信号を方向性結合器４０２、方向性結合器４０５及びＳＰＤＴスイッチ４０３、ＳＰＤＴスイッチ４０６を経由して位相比較器４０７へ入力することで、信号発生器２０３の信号を比較する。これにより各アレイ間の位相差を検出できる。

（効果の説明）
図３のアレイ通信装置によれば、Bi-Directional構成のアレイ通信装置の送信動作及び受信動作のそれぞれについて、アレイ間の位相・振幅校正ができる。特に位相比較器４０７を用いることにより、Bi-Directional構成のアレイ通信装置の送信動作の位相校正と受信動作の位相校正とをそれぞれ行うことができる。

このような構成を備えることにより、アレイ間の位相・振幅校正が可能な、Bi-Directional構成のアレイ通信装置について、装置サイズを縮小できる。

さらに図３のアレイ通信装置によれば、送信及び受信の両方に対し、第１アレイ部１０４と第２アレイ部１０８との間のようなアレイ間の位相差を位相比較器４０７で比較し、送信及び受信の両方についてそれぞれ位相校正を行うことができる。これにより第１アレイ部１０４と第２アレイ部１０８との間、第２アレイ部１０８と図示しない第３アレイ部との間といった隣接アレイ間の位相差を検出して、送信及び受信の両方に対し位相校正を行うことができる。

〔第３実施形態〕
次に、第３実施形態によるアレイ通信装置、及びその制御方法について、説明する。図４は、第３実施形態のアレイ通信装置を説明するためのブロック図である。第３実施形態によるアレイ通信装置は第２実施形態によるアレイ通信装置の変形例であり、Bi-Directional構成におけるアレイ間のループバックを行う構成に関するものである。なお実施形態の説明の前提となる、図３のアレイ通信装置と同様な要素には同じ参照番号を付して、その詳細な説明を省略することとする。

なお本実施形態においても、第１アレイ部１０４の増幅器１０２及び移相器１０３、第２アレイ部１０８の増幅器１０６及び移相器１０７、図示しない他のアレイ部の増幅器及び移相器、及び信号発生器２０３は、図示しない制御部により制御されるが、この制御部の図示や制御部による制御については詳細な説明を省略することとする。

（構成の説明）
図４のアレイ通信装置は図３のアレイ通信装置と同様に、信号処理部へ共通に接続される第１アレイ部１０４及び第２アレイ部１０８であって、共にアンテナ、増幅器、移相器を含む第１アレイ部１０４及び第２アレイ部１０８を含む。図４では、第１アレイ部１０４はアンテナ１０１、増幅器１０２、移相器１０３を含み、第２アレイ部１０８はアンテナ１０５、増幅器１０６、移相器１０７を含む。

さらに図４のアレイ通信装置は図３のアレイ通信装置と同様に、位相比較手段の一例としての位相比較器４０７を含む。位相比較器４０７は送信の位相校正を行う場合には、第１アレイ部１０４又は第２アレイ部１０８のアンテナと増幅器との間から分岐した信号と、位相の基準となる信号との位相を比較する。さらに位相比較器４０７は受信の位相校正を行う場合には、第１アレイ部１０４又は第２アレイ部１０８の移相器の出力から分岐した信号と、位相の基準となる信号との位相を比較する。

さらに図４のアレイ通信装置は、第１アレイ部１０４のアンテナ１０１と増幅器１０２との間に配置されて信号を分岐又は合流させる第１方向性結合器の一例としての方向性結合器４０１と、第２アレイ部１０８のアンテナ１０５と増幅器１０６との間に配置されて信号を分岐又は合流させる第１方向性結合器の一例としての方向性結合器４０２と、を含む。

さらに図４のアレイ通信装置は第２の実施形態と同様に、第１アレイ部１０４の移相器１０３と分配/合成器３０７との間の第１アレイ部１０４に配置されて信号を分岐又は合流させる第２方向性結合器の一例としての方向性結合器４０２を含む。さらに図４のアレイ通信装置は、第２アレイ部１０８の移相器１０７と分配/合成器３０７との間の第２アレイ部１０８に配置されて信号を分岐又は合流させる第２方向性結合器の一例としての方向性結合器４０５を含む。

さらに図４のアレイ通信装置は、方向性結合器４０２と分配/合成器３０７との間に挿入されたスイッチ５０１と、方向性結合器４０５と分配/合成器３０７との間に挿入されたスイッチ５０５と、を含む。

さらに図４のアレイ通信装置は、信号が合流又は分岐する箇所に配置された分配/合成器３０７、分配/合成器５０２、及び分配/合成器５０４を含む。分配/合成器３０７は、第１アレイ部１０４及び第２アレイ部１０８と信号処理部との間に配置されている。

さらに図４のアレイ通信装置は、第１アレイ部１０４の方向性結合器４０１及び方向性結合器４０２と位相比較器４０７との間に配置されたSingle-Pole/Double-Throw Switch（ＳＰＤＴスイッチ）４０３を含む。さらに図４のアレイ通信装置は、第２アレイ部１０８の方向性結合器４０４及び方向性結合器４０５と位相比較器４０７との間に配置されたSingle-Pole/Double-Throw Switch（ＳＰＤＴスイッチ）４０６を含む。

さらに図４のアレイ通信装置では、第１アレイ部１０４の方向性結合器４０１の結合ポートと、第２アレイ部１０８の方向性結合器４０４の結合ポートとの間に挿入されたスイッチ５０３を含む。

なお図４では図示を省略しているが、第２アレイ部１０８の隣に第３アレイ部が配置される場合、分配/合成器を経由した第２アレイ部１０８の方向性結合器４０４と方向性結合器４０５との間に別のＳＰＤＴスイッチが配置されて、このＳＰＤＴスイッチの切り替えによって第２アレイ部１０８の方向性結合器４０４からの信号と方向性結合器４０５からの信号のいずれか一つが位相比較器に入力されて、位相が比較される。

（動作の説明）
上述した実施形態では、受信の位相校正に基準となる参照信号を信号発生器から発生させるか、もしくは外部から送信することとしている。これに対し、本実施形態はBi-Directional構成におけるアレイ間のループバックを行う構成である。

まず図４のアレイ通信装置の送信の位相校正を行う場合を述べる。送信の位相校正を行う場合、スイッチ５０１、５０５をオンにし、スイッチ５０３をオフにする。さらにＳＰＤＴスイッチ４０３を分配/合成器５０２に、ＳＰＤＴスイッチ４０６を分配/合成器５０４に導通する。

第１アレイ部１０４については、図示しない信号処理部からの分配/合成器３０７で分配された送信信号は、スイッチ５０１、方向性結合器４０２、移相器１０３、増幅器１０２、方向性結合器４０１を通って、分配/合成器５０２から位相比較器４０７へ入力される。第２アレイ部１０８については、図示しない信号処理部からの分配/合成器３０７で分配された送信信号は、スイッチ５０５、方向性結合器４０５、移相器１０７、増幅器１０６、方向性結合器４０４を通って、分配/合成器５０４から位相比較器４０７へ入力される。これにより、第１アレイ部１０４と第２アレイ部１０８との間といった、アレイ間の位相差が検出できる。

次に図４のアレイ通信装置の受信の位相校正を行う場合を述べる。仮に第１アレイ部１０４の送信の位相を基準に第２アレイ部１０８の受信の位相を校正する場合、スイッチ５０１及びスイッチ５０３をオンにし、スイッチ５０５をオフにする。ＳＰＤＴスイッチ４０３は分配/合成器５０２と導通させ、ＳＰＤＴスイッチ４０６は方向性結合器４０５と導通させる。

図示しない信号処理部からの送信信号は分配/合成器３０７を通ってスイッチ５０１と５０５に分配されるが、スイッチ５０５はオフになっているので信号が伝達されることはない。一方、スイッチ５０１を通った信号は、方向性結合器４０２、移相器１０３、増幅器１０２及び方向性結合器４０１を通って分配/合成器５０２へ入力される。

ここで分配/合成器５０２の出力は、ＳＰＤＴスイッチ４０３を通って位相比較器４０７へ入力する経路と、スイッチ５０３、分配/合成器５０４、方向性結合器４０４を通り、さらに増幅器１０６、移相器１０７、方向性結合器４０５、ＳＰＤＴスイッチ４０６を通って位相比較器４０７に入力する経路に分けられる。このとき位相比較器４０７では、第１アレイ部１０４の送信の位相と、第２アレイ部１０８の受信の位相を比較することができる。

動作を第１アレイ部１０４と第２アレイ部１０８で逆にすると、第１アレイ部１０４の受信の位相を第２アレイ部１０８の送信の位相で校正することができる。すなわち第２アレイ部１０８の送信の位相を基準に第１アレイ部１０４の受信の位相を校正する場合には、スイッチ５０５及びスイッチ５０３をオンにし、スイッチ５０１をオフにする。

複数のアレイ間の送信の位相校正は別途できているとすると、アレイ間の送信の位相を基準に受信の位相を校正できる。なお受信アレイの校正時に位相比較器４０７に入力される第２アレイ部１０８と第１アレイ部１０４の信号強度を調整するため、電力検出器と可変利得増幅器を設けてもよい。またスイッチ５０１やスイッチ５０５のように主信号経路に設置されたスイッチは高周波では損失が大きいため、オンオフ制御可能な双方向の増幅器で代用してもよい。

（効果の説明）
図４のアレイ通信装置によれば、Bi-Directional構成のアレイ通信装置の送信動作及び受信動作のそれぞれについて、アレイ間の位相・振幅校正ができる。特に第２実施形態と同様に位相比較器４０７を用いることにより、Bi-Directional構成のアレイ通信装置の送信動作の位相校正と受信動作の位相校正とをそれぞれ行うことができる。

このような構成を備えることにより、アレイ間の位相・振幅校正が可能な、Bi-Directional構成のアレイ通信装置について、装置サイズを縮小できる。

さらに図４のアレイ通信装置では第２実施形態と同様に、送信及び受信の両方に対し、第１アレイ部１０４と第２アレイ部１０８との間のようなアレイ間の位相差を位相比較器４０７で比較し、送信及び受信の両方についてそれぞれ位相校正を行うことができる。これにより第１アレイ部１０４と第２アレイ部１０８との間、第２アレイ部１０８と図示しない第３アレイ部との間といった隣接アレイ間の位相差を検出して、送信及び受信の両方に対し位相校正を行うことができる。

さらに図４のアレイ通信装置では、スイッチ５０３、分配/合成器５０２や分配/合成器５０４のような、アレイ間のループバック経路を設けることにより、第１アレイ部１０４の送信の位相を基準に第２アレイ部１０８の受信の位相を校正したり、第２アレイ部１０８の送信の位相を基準に第１アレイ部１０４の受信の位相を校正したりできる。これにより、アレイ通信装置の位相校正に用いる図２や図３の信号発生器２０３を不要とすることができ、また位相校正のために外部から送信すべき基準となる参照信号を不要とすることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲に含まれることはいうまでもない。

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）信号処理部へ共通に接続される複数のアレイ部であって、前記アレイ部はそれぞれアンテナ、増幅器、及び移相器を有する複数のアレイ部を含み、
前記アレイ部の前記アンテナと前記増幅器との間に配置されて信号を分岐又は合流させる第１方向性結合器と、
前記アレイ部の前記移相器と前記信号処理部との間に配置されて信号を分岐又は合流させる第２方向性結合器と、
前記第１方向性結合器及び前記第２方向性結合器からの信号の少なくとも一つと位相の基準となる信号とが入力されて位相を比較し、位相の校正を行う位相比較手段と、をさらに含むアレイ通信装置。
（付記２）前記第２方向性結合器は、前記アレイ部の前記移相器と前記信号処理部との間の前記アレイ部に配置されて信号を分岐又は合流させる、付記１に記載のアレイ通信装置。
（付記３）前記複数のアレイ部はそれぞれ、
前記第１方向性結合器と前記第２方向性結合器との間に配置され、前記第１方向性結合器から前記位相比較手段への経路と前記第２方向性結合器から前記位相比較手段への経路とを切り替える第１スイッチをさらに含む、付記２に記載のアレイ通信装置。
（付記４）前記複数のアレイ部のうち一つのアレイ部の第１方向性結合器と、前記複数のアレイ部のうち他の一つのアレイ部の第１方向性結合器との間に配置された第２スイッチをさらに含む、付記３に記載のアレイ通信装置。
（付記５）前記複数のアレイ部のうち一つのアレイ部の第１方向性結合器と前記アンテナとの間に配置されて信号を分岐又は合流させる第３方向性結合器をさらに含む、付記３に記載のアレイ通信装置。
（付記６）前記位相の基準となる信号を出力する信号発生器をさらに含み、
前記信号発生器から前記アレイ部の前記第３方向性結合器までの経路長さは、前記複数のアレイ部の一つのアレイ部と他の一つのアレイ部とで同一である、付記５に記載のアレイ通信装置。
（付記７）前記位相比較手段は、第１位相比較器と第２位相比較器とを含み、
前記第１位相比較器は、前記位相の基準となる信号と、前記複数のアレイ部のうちの一つのアレイ部の前記第１方向性結合器からの信号とを入力して位相を比較し、
前記第２位相比較器は、前記位相の基準となる信号と、前記複数のアレイ部のうちの一つのアレイ部の前記第２方向性結合器からの信号とを入力して位相を比較する、付記１に記載のアレイ通信装置。
（付記８）前記位相比較手段は、前記複数のアレイ部のうち一つのアレイ部の、前記位相の基準となる信号が供給されて前記増幅器及び前記移相器を経た、前記第２方向性結合器からの信号と、前記複数のアレイ部のうち他の一つのアレイ部の、前記位相の基準となる信号が供給されて前記増幅器及び前記移相器を経た、前記第２方向性結合器からの信号とを入力して位相を比較する、付記１又は付記７に記載のアレイ通信装置。
（付記９）前記位相の基準となる信号を出力する信号発生器をさらに含み、
前記信号発生器から前記アレイ部の前記第１方向性結合器までの経路長さは、前記複数のアレイ部の一つのアレイ部と他の一つのアレイ部とで同一である、付記１、付記７又は付記８に記載のアレイ通信装置。
（付記１０）信号処理部へ共通に接続される複数のアレイ部であって、前記アレイ部はそれぞれアンテナ、増幅器、及び移相器を有する複数のアレイ部と、
前記アレイ部の前記アンテナと前記増幅器との間に配置されて信号を分岐させる第１方向性結合器と、
前記アレイ部の前記移相器と前記信号処理部との間の前記アレイ部に配置され信号の一部を分岐させる第２方向性結合器と、を含むアレイ通信装置の制御方法であって、
前記第１方向性結合器及び前記第２方向性結合器からの信号の少なくとも一つと位相の基準となる信号とが入力されて位相を比較し、比較結果に基づいて位相の校正を行うアレイ通信装置の制御方法。
（付記１１）前記アレイ通信装置が、前記複数のアレイ部のうち一つのアレイ部の第１方向性結合器と、前記複数のアレイ部のうち他の一つのアレイ部の第１方向性結合器との間に配置されたスイッチをさらに含み、
前記スイッチを経由し、前記複数のアレイ部のうち一つのアレイ部から前記複数のアレイ部のうち他の一つのアレイ部へ供給された信号を使用して、アレイ部間の位相校正を行う、付記１０に記載のアレイ通信装置の制御方法。
（付記１２）前記第１方向性結合器又は前記第２方向性結合器からの信号と、位相の基準となる信号とが入力されて位相を比較し、比較結果に基づいて位相の校正を行う、付記１０に記載のアレイ通信装置の制御方法。

以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。

この出願は、２０１８年５月１７日に出願された日本出願特願２０１８－９５６０２号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１０１、１０５ アンテナ
１０２、１０６ 増幅器
１０３、１０７ 移相器
１０４ 第１アレイ部
１０８ 第２アレイ部
１０９ 制御部
１１０ 信号処理部
２０１、４０３、４０６ ＳＰＤＴスイッチ
２０２、２０４、４０７ 位相比較器
２０３ 信号発生器
３０１、３０２、３０３、４０１、４０２、４０４、４０５ 方向性結合器
３０４、３０５、３０６、３０７、３０８、３０９、５０２、５０４ 分配/合成器
３１０、３１１、５０１、５０３、５０５ スイッチ

Claims (8)

1. 信号処理部へ共通に接続される複数のアレイ部であって、前記アレイ部はそれぞれアンテナ、増幅器、及び移相器を有する複数のアレイ部を含み、
   前記アレイ部の前記アンテナと前記増幅器との間に配置されて信号を分岐又は合流させる第１方向性結合器と、
   前記アレイ部の前記移相器と前記信号処理部との間に配置されて信号を分岐又は合流させる第２方向性結合器と、
   前記第１方向性結合器及び前記第２方向性結合器からの信号の少なくとも一つと位相の基準となる信号とが入力されて位相を比較し、位相の校正を行う位相比較手段と、をさらに含み、
   前記複数のアレイ部はそれぞれ、
   前記第１方向性結合器と前記第２方向性結合器との間に配置され、前記第１方向性結合器から前記位相比較手段への経路と前記第２方向性結合器から前記位相比較手段への経路とを切り替える第１スイッチをさらに含むアレイ通信装置。
2. 前記第２方向性結合器は、前記アレイ部の前記移相器と前記信号処理部との間の前記アレイ部に配置されて信号を分岐又は合流させる、請求項１に記載のアレイ通信装置。
3. 前記複数のアレイ部のうち一つのアレイ部の第１方向性結合器と、前記複数のアレイ部のうち他の一つのアレイ部の第１方向性結合器との間に配置された第２スイッチをさらに含む、請求項２に記載のアレイ通信装置。
4. 前記複数のアレイ部のうち一つのアレイ部の第１方向性結合器と前記アンテナとの間に配置されて信号を分岐又は合流させる第３方向性結合器をさらに含む、請求項２に記載のアレイ通信装置。
5. 前記位相の基準となる信号を出力する信号発生器をさらに含み、
   前記信号発生器から前記アレイ部の前記第３方向性結合器までの経路長さは、前記複数のアレイ部の一つのアレイ部と他の一つのアレイ部とで同一である、請求項４に記載のアレイ通信装置。
6. 前記位相比較手段は、前記複数のアレイ部のうち一つのアレイ部の、前記位相の基準となる信号が供給されて前記増幅器及び前記移相器を経た、前記第２方向性結合器からの信号と、前記複数のアレイ部のうち他の一つのアレイ部の、前記位相の基準となる信号が供給されて前記増幅器及び前記移相器を経た、前記第２方向性結合器からの信号とを入力して位相を比較する、請求項１に記載のアレイ通信装置。
7. 前記位相の基準となる信号を出力する信号発生器をさらに含み、
   前記信号発生器から前記アレイ部の前記第１方向性結合器までの経路長さは、前記複数のアレイ部の一つのアレイ部と他の一つのアレイ部とで同一である、請求項１又は請求項６に記載のアレイ通信装置。
8. 信号処理部へ共通に接続される複数のアレイ部であって、前記アレイ部はそれぞれアンテナ、増幅器、及び移相器を有する複数のアレイ部と、
   前記アレイ部の前記アンテナと前記増幅器との間に配置されて信号を分岐させる第１方向性結合器と、
   前記アレイ部の前記移相器と前記信号処理部との間の前記アレイ部に配置され信号の一部を分岐させる第２方向性結合器と、
   位相比較手段と、を含み、
   前記複数のアレイ部はそれぞれ、
   前記第１方向性結合器と前記第２方向性結合器との間に配置され、前記第１方向性結合器から前記位相比較手段への経路と前記第２方向性結合器から前記位相比較手段への経路とを切り替える第１スイッチをさらに含むアレイ通信装置の制御方法であって、
   前記第１方向性結合器及び前記第２方向性結合器からの信号の少なくとも一つと位相の基準となる信号とが入力されて前記位相比較手段が位相を比較し、比較結果に基づいて位相の校正を行うアレイ通信装置の制御方法。

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