WO1998056068A1

WO1998056068A1 - Antenne reseau adaptable

Info

Publication number: WO1998056068A1
Application number: PCT/JP1998/002382
Authority: WO
Inventors: Ryo Yamaguchi; Yoshio Ebine
Original assignee: Ntt Mobile Communications Network Inc.
Priority date: 1997-06-02
Filing date: 1998-05-29
Publication date: 1998-12-10
Also published as: CN1194442C; DE69836530D1; EP0917240B1; EP0917240A1; JP3348863B2; CA2255886A1; CA2255886C; US6336033B1; CN1219290A; DE69836530T2; EP0917240A4

Description

明細書技術分野

この発明は例えば移動通信の基地局に用いられ、複数のアンテナ素子を 1群として指向制御方向範囲を固定化するサブアレイ化したァダプティブアレイアンテナに関する。

従来の技術

図 1は例えば Takeo Ohgane等の" A Development of GMSK/TDMA System with CM A Adaptive Array for Land Mobi le Communications , IEEE 1991, pp. 172 - 176に示されている従来のァダプティブアレイアンテナの原理的構成を示す。 M個のァンテナ素子 1 1 _; 〜1 1 M は例えば距離 dの間隔で配列され、それぞれビーム幅が広い同一の素子指向性 1 2を有し、高周波分配器 1 3に接続され、アンテナ素子 1 1 , ~ 1 1 M の各受信信号は高周波分配器 1 3で、チャネル部 1 4 , ~ 1 4 N 分配供給され、つまり各素子の受信信号は N個に分配される。アンテナ素子間隔 dは使用波長の数分の 1から数倍程度である。

各チャネル部 1 4 i ( i = 1 , 2， …， N) では分配された M個のアンテナ素子 1 1 , 〜1 1 M よりの各受信信号がそれぞれ M個の受信機 1 5 , 〜1 5 M に供給される。受信機 1 5 , 〜1 5 _M よりの各ベースバンド信号はそれぞれレベル ' 位相調整器 1 6 : 〜1 6 M を通されてベースバンド合成器 1 7で合成されて受信出力とされると共に、その出力はァダプティブ信号処理部 1 8に分岐供給され、受信べ一スパンド信号の誤差が最小になるようにレベル ·位相調整器 1 6 , 〜 1 6 M が調整され干渉波方向の利得が小さくなり、希望波方向の利得が大きくなるようにアンテナ素子 1 1 , 〜 1 1 _M の合成指向性 1 9が例えば図 1に示すように適応的制御される。これにより、基地局は Nチャネルを使って N個の移動局との間で良好な通信が行われる。アンテナ素子数 Mを増加させることにより、利得、干渉除去特性が向上する。しかしこれに伴なつて受信機 1 5の数も増加し、かつ信号処理量が著しく増大する。

このような点から図 2に示すようにァレイアンテナ素子を複数個づつのグループ（サブアレイ）に分け、サブアレイ毎に高周波の受信信号レベルの位相制御を行って合成し、 Nチャネルに分配するァダプティプアレイァンテナが日本特許出願公開 62- 24702に示されている。その例では 4個のアンテナ素子毎にサブアレイ 21！〜21L を構成し、各サブアレイ毎に高周波信号合成器 22 i 〜22しで受信信号を合成する。その際に、各サブアレイ毎にそのアンテナ素子出力に高周波レベル .位相調整器 23 〜23₄ を設け、係数値 Wi〜W₄を設定して受信レベル、位相を調整し、サブアレイ 21 〜21 _L に同一のアンテナ指向性 24を与える。各高周波信号合成器 22, 〜22しの出力が高周波分配器 1 3へ供給され、各チャネル部 14 〜14_N に分配される。その後の処理は図 1の場合と同様である。

この場合は各チャネル部 14 i における受信機 1 5 〜1 5しの数が L個、この例では M/ 4個になり、レベル '位相調整器 1 6,〜1 6Lも MZ4個に減少し、ハードウェア量が少なくなり、しかも、アンテナ素子 1 l i 〜1 1M の全体の指向性（合成指向性）の利得が向上し、かつ干渉波の除去も良好に行われる。しかし、その合成指向性の指向方向を制御できる範囲は、サブアレイ指向性 24の範囲に限られ、広い範囲の制御ができない。つまり、例えば各レベル '位相調整器 23！〜23₄ をそれぞれ W₅'〜Ws'に設定して図 2中に 1点鎖線 26で示すようにサブアレイ指向性の方向をかえると、レベル ·位相調整器 1 6 !〜 1 6しにより調整できる総合指向性 1 9の範囲はこの指向性 26の範囲内でしかない。このように移動局を追尾できる範囲が制限されてしまうため、広い角度範囲をカバ一するには、図 3に示すように図 2に示した各 M個の素子を複数群にサブァレイ化したアレイアンテナを複数個 27 〜27₅ 設け、これら各アレイアンテナ 27 , 〜27₅ のサブアレイ指向性がビーム 24 , 〜24s に示すように、順次適当な角度ずつずれて、ビーム 24! から 24₅ の広い範囲のどの方向の移動局に対しても、アレイアンテナ 27t 〜27₅ を切替え使用することにより、広いサービス領域を確保できる。しかもこのように多くのァンテナ素子を設置することは設置上から困難になる。

ァンテナ素子の数 Mを減少し素子の間隔を dより広くすることが考えられる。この場合は図 4に示すように素子指向性 1 2のビーム幅が広ければ主ビーム 1 9 の他に比較的利得が大きい幅狭のグレーティングローブ 28がほぼ一定の角度間隔で複数の方向に発生する。グレーティングローブ 2 8の方向では干渉波による B E R (ビットエラ一レート）が大きくなるため、使用が困難になる。一方素子指向性 1 2を図 5に示すように狭くするとグレーティングローブは発生しないが、合成指向性 1 9の制御範囲が、その素子指向性 1 2により制限され、広い範囲をカバ一することができない。

この発明の目的は受信器数、処理回路数及び演算量をそれ程多くすることなく、かつ、広い範囲でのサービスを可能とするァダプティブアレイアンテナを提供することにある。

発明の開示

この発明によるァダプティブアレイアンテナは、以下を含む：

それぞれのグループが少なくとも 2つのアンテナ素子からなるサブアレイを構成し、高周波受信信号を出力する複数のグループの配列されたアンテナ素子と、各サブアレイの複数の上記アンテナ素子からの上記高周波受信信号のレベルと位相をそれぞれ調整し、それによつて上記サブアレイの指向性を設定する複数の高周波レベル ·位相調整器と、

各サブアレイに対応する上記複数の高周波レベル ·位相調整器が出力する調整された高周波受信信号を合成し、合成高周波信号を出力する高周波信号合成器と、各サブアレイに対応する上記高周波信号合成器からの上記合成高周波信号をべ —スバンド信号に変換して出力する受信機と、

各サブアレイに対応する上記受信機からの上記べ一スパンド信号のレベルと位相を適応的に調整するベースバンドレベル ·位相調整器と、

それぞれのサブァレイに対応する上記べ一スバンド位相調整器からの調整されたべ一スバンド信号を合成してベ一スパンド合成信号を出力するベースバンド信号合成器と、

上記ベースバンド信号合成器からの上記ベースバンド合成信号に基づいて上記複数のサブアレイにそれぞれ対応する上記べ一スパンドレベル ·位相調整器をそれぞれ適応的に制御し、希望波の方向に全アンテナ素子の合成指向性を合わせるァダプティブ信号処理部。

図面の簡単な説明図 1は従来のァダプティブアレイアンテナを示す図。

図 2

図 3はサービス領域を広くした従来のサ：

ナを示す図 _c

図 4は広い素子指向性のアンテナ素子の間隔を大とした：

ンテナを示す図。

図 5は狭い素子指向性のアンテナ素子の間隔を大とした

ンテナを示す図。

図 6はこの発明の実施例を示す図。

図 7は図 6の実施例におけるサブアレイの指向性と合成指向性の関係を示す概念図。

図 8は図 6の実施例において、全アレイアンテナの合成指向性とサブアレイ指向性のピーク方向がずれた場合の関係を示す概念図。

図 9は図 8において、サブアレイ指向性のサイドロ一ブを抑圧した場合のサブアレイ指向性を合成指向性の関係を示す概念図。

図 1 0は計算機シミュレーションにより求めたサブアレイの低サイドローブ化による指向性の変化を示す図。

図 1 1はアンテナ配列密度を変えることにより低サイドローブ化を行う場合の実施例を示す図。

図 1 2は隣接サブァレイの間隔を d/2 に縮めた実施例を示すプロック図。

図 1 3は図 1 2の実施例による効果を説明するためのサブアレイ指向性と合成指向性の概念図。

図 1 4は隣接サブアレイ間で 1つのアンテナ素子を共用する構成とした実施例を示すブロック図。

図 1 5は隣接サブァレイ間で 1つのァンテナ素子とそれに接続されたレベル · 位相調整器を共用する構成とした実施例を示すプロック図。

図 1 6は隣接サブァレイを d/2 重ねた構成の実施例を示すプロック図。

図 1 7は各サブァレイ内のアンテナ素子間隔を両外側で 2dとし、隣接サブァレィを dだけ重ねた構成の実施例を示すプロック図。図 1 8は隣接サブアレイ間で 2つのアンテナ素子を共用する構成の実施例を示すブロック図。

図 1 9は隣接サブアレイ間で 2つのアンテナ素子と、それらに接続されたレべル移動調整器を共用する構成の実施例を示すプロック図。

図 20はこの発明を送信部にも適用した場合の実施例を示すプロック図。発明を実施する最良の形態

図 6にこの発明を受信用アンテナに適用した例を、図 2、図 3と対応する部分に同一符号を付けて示す。この実施例では M個のアンテナ素子 1 1！〜 1 1Mの出力をそれぞれ高周波分配器 1 3により Nチャネルに分配し、各チャネル部 14 i

(ί=1,···,Ν) における高周波分配器 1 3により分配された Μ個の出力が入力される。実際に使用されるアンテナ素子の数 Μは、例えば 8〜： 3 2程度である。この発明ではアンテナ素子 1 1 〜 1 1Mを複数 Ρ個（Pは 2以上の整数）、この例では 4個ずつ L=MZP個の群（サブアレイ）に分け、その各サブアレイ毎にその P個のアンテナ素子からの高周波受信信号に対応した高周波分配器 1 3の出力に高周波レベル ·位相調整器 23 〜23₄ がそれぞれ接続され、これら高周波レベル ·位相調整器 23 , 〜23₄ の出力高周波受信信号は高周波信号合成器 22 i (j=l,2,---,L) に与えられる。つまり各 P個のアンテナ素子からの高周波受信信号が高周波信号合成器 22 j で合成されて、対応する受信機 1 5 _; に供給される。各サブアレイ内のアンテナ素子数 Pは、例えば 2〜 8程度である。

アンテナ素子 1 i ,〜i 1_Mは dの等間隔で直線又は円弧上に配列されており、従って、隣接サブアレイの外側端の間隔は dである。即ち、隣接サブアレイの中心間隔はサブアレイの幅（ここでは 3d) より dだけ長い。また各サブアレイの幅は 3dである。 d間隔で配列された各アンテナ素子 1 1 ! 〜1 1_M の指向性 1 2はサービス領域をカバ一する十分広い幅であり、例えばチャネル部 14 i の各サブアレイに対応する高周波レベル '位相調整器 23 i 〜23₄ にはそれぞれ係数値〜W₄ が設定される。各係数値 Wは振幅と位相の情報を含んだ複素信号であり、高周波レベル ·位相制御部 25により例えば何れか 1つのサブァレイのァンテナ素子からのそれぞれの受信電力に基づいてサブアレイ指向性のピーク方向が希望波方向と一致するように決定される。これにより各サブアレイアンテナの指向性 2 4は図 6に示すように、例えば図 2に示したサブアレイ指向性 2 4とほぼ同じにすることができろ。このチャネル部 1 4 i により得られる合成指向性 1 9 は、ァダプティブ信号処理部 1 8で生成したベースバンド係数 Z！〜しをベースバンドレベル '位相調整器 1 6！〜 1 6 iJこ与えて受信機 1 5 〜 1 5 ι_ の出力べースバンド信号の位相とレベルを調整することによりサブァレイ指向性 2 4内で制御される。ベースバンド係数 Z i〜Zしはそれぞれ振幅と位相の情報を有する複素信号である。

一方、図に示していないが、例えばチャネル部 1 4 ₂ の各高周波レベル '位相調整器 2 3！〜2 3 ₄ に対しては係数値 ν^ '〜^ν₄'が設定され、そのサブアレイ指向性は図中の 1点鎖線 2 6に示すように、サブアレイ指向性 2 4とは異なる方向に選ぶことができる。同様にしてチャネル部 1 4 , 〜 1 4 _Ν の何れかにより、例えば図 4に示したサブアレイ指向性 2 4 , 〜2 4 ₅ の 1つが形成され、つまり、ビーム 2 4 ~ 2 4 の全体をチャネル部 1 4 ! 〜 1 4 _N の何れかで受けもつことができるように、各チャネル部の高周波レベル '位相調整器 2 3 〜2 3 ₄ 設定される。

このようにして図 3に示した 5通りの指向性を実現する場合に必要とするアンテナ素子数を、この例では 5分の 1のアンテナ素子数で実現することができ、図 3でカバ一できると同じ広いサービス領域を実現できる。

図 7は図 6の実施例において、サブァレイの指向性と全ァレイアンテナの合成指向性の相対指向性を概念的に波線 2 4と実線 1 9でそれぞれ示す。横軸は方位角、縦軸は受信感度（受信レベル）を表す。サブアレイの指向性 2 4は、幅が広く、最大のピークを有すろ中央の主ローブと、その両側に幅が主ローブのほぼ半分で、ピークが主ローブより低い、この例では 4つのサイドローブとを互いに隣接して有している。サブァレイ指向性のそれぞれの口ーブの隣接点での受信レべルがゼロとなる点 P z を零点と呼ぶ。合成指向性 1 9は、サブアレイ指向性の主口一ブ内に位置し、最大ピークが主ローブのピーク方向に一致している幅の狭レヽビーム状の口ーブと、その左右にこの例では 2つずつ一定のピーク間隔で生じる、幅がビーム状ローブのほぼ半分で、高さがそれより低いビーム状サイドローブの合計 5つのビーム状ローブの組と、それら 5つのビーム状ローブの組の左右に、それらより低い同様の 5つのビ一ム状ローブの組がエコーのように複数ほぼ同じ幅を持って生じる。これら各エコーの組の中央のビーム状ローブはその両側のビーム状ローブ（ビーム状サイドローブ）より高く、その幅はビーム状サイドローブ幅のほぼ倍となっている。従って、それぞれの組の最大ピークのビーム状ローブは、合成指向性 1 9の最大ピークのビームから等角度間隔で生じ、グレーティングロ一ブと呼ばれている。

図 7の例では、全アレイアンテナの合成指向性 1 9の最大ピーク方向とサブァレイ指向性の最大ピーク方向（以下、単にピーク方向と呼ぶ）がー致している、即ち、横軸上の同じ角度位置にある場合であり、これらグレーティングローブ R がサブアレイ指向性の零点 P z にあるので、それらの方向におけるグレーティングローブは低く抑えられ、干渉波の影響はほとんどない。

ところで、移動通信システムにおいて、移動局が移動するにつれ基地局は移動局のおおよその方向にサブアレイ指向性のピークを追従させる修正を比較的長レ、時間間隔（例えば数秒〜数 1 0秒間隔）で繰り返す。あるいは、サブアレイ指向性が 1つのセクタ（セルを基地局を中心として等角度間隔、例えば 6 0度間隔に区分した 1つのサービス領域）の角度範囲をカバーする場合は、サブアレイの指向性をそのセクタの角度範囲に合わせて固定的に設定する。これらのサブアレイ指向性の設定はサブァレイレベル ·位相制御部 2 5から高周波レベル ·位相調整器 2 3 ,〜 2 3 ₄に設定する係数 W ,〜W₄により制御される。

一方、移動局が移動するにつれ、基地局は受信ベースバンド信号のレベルと位相をべ一スバンドレベル .位相調整器 1 6 ,〜1 6しにより適応的に制御して全ァレイァンテナの合成指向性のピーク方向を移動局の方向に常時追従させる。従つて、サブアレイの指向性が設定され、一定に保持されている間に、全アレイアンテナの合成指向性のピーク方向を移動局に追従させると、図 8に示すように合成指向性のピ一ク方向がサブアレイの主ローブのピーク方向からこの例では左にずれていくことになる。この様なピーク方向のずれが生じると、図 8に示すように合成指向性がサブアレイ指向性に対し全体的に左にずれ、その結果、グレーティングローブ Rs の位置が零点 P _z から左にずれ、サブアレイの指向性ロープの中に入って行く。その結果、グレーティングローブ R<; が大きくなり、それらのグレーティングロ一ブ方向の干渉波の影響を受け、 B E Rが悪化することになる。この様に、サブアレイ化したァダプティブアレイアンテナでは、合成指向性のピーク方向がサブァレイ指向性のピーク方向からずれると、サブアレイのローブにグレーティングローブ R_c が入ってくるため、そのずれが干渉特性に直接的に影響を与えてくる。この様な指向性のピーク方向のずれが避けられないとした場合、グレーティングの影響を小さくする 1つの方法としては、サブアレイのサイドローブを低く抑圧することによりグレーティングローブを低くすることが考えられる。そこで、サイドローブにグレーティングローブが生じるのを抑える 1つの方法として、図 6の実施例において、複数個（3個以上）のアンテナ素子からなる各サブアレイの、両外側端アンテナ素子の、内側アンテナ素子に対する電力比を 1より小さくして電力合成することが考えられる。

図 9はサブアレイの両側端のアンテナ素子からの高周波受信信号の合成比率を、内側のアンテナ素子からの高周波受信信号に対し、例えば 0. 5 と低くした場合のサブァレイ指向性 2 4と全アレイァンテナの合成指向性 1 9を概念的に示す。図に示すように、サブアレイ指向性のサイドローブを低く押さえることにより、それらのサイドローブ内のグレーティングローブ R_c が低く抑えられている。この様な低サイドロ一ブ化を具体的に行うには、例えば図 6の実施例においてサブァレイに対応した高周波信号合成器 2 2 〜 2 2しのそれぞれにおいて、 4つの高周波レベル ·位相調整器 2 3 ,〜2 3 ₄の出力を高周波信号合成器 2 2：で合成する場合に、 4つのアンテナ素子の両外側端 2つと両内側 2つの合成比率を例えば 0. 5： 1 にする。

図 1 0は 4つのアンテナ素子からなる各サブアレイの指向性のピーク方向が 3 0 ° 方向の場合に、高周波信号合成器 2 2 ! において 1 : 1 : 1 : 1 の合成を行う場合と、 0. 75 : 1 : 1 : 0. 75の合成を行う場合と、 0· 5 : 1 : 1 :0. 5の合成を行う場合のサブァレイ指向性を計算機シミュレーションにより求め、それぞれ曲線 #0， #1， #2で示す。図から明らかなように、サブアレイの両外側端に対応するアンテナ出力の合成比を小さくするにつれ、サイドローブが小さくなつている。これにより、サブアレイ指向性のサイドローブ領域に生じる全アレイアンテナの合成指向性 1 9のグレ一ティングロ一ブを抑制することができる。この様に、サブアレイの受信信号の合成比を制御することによりサイドロ一ブを低く抑えることができるが、もう 1つの方法として、合成比を制御する代わりに、各サブアレイのアンテナ素子の配列密度を制御することによつても低サイドローブ化が可能である。即ち、各サブアレイの中央部での配列間隔より長い間隔でその両外側のアンテナ素子を配列することにより、サブァレイの両外側部からの受信信号電力をそれらより内側のアンテナ素子からの受信信号電力より小さくすることができ、従って、高周波信号合成器 2 2 !〜 2 2しで合成比を制御したことと同等の効果が得られる。図 1 1は、サブアレイにおけるアンテナ素子配列密度を変えることにより低サイドロ一ブ化を実現する場合の実施例を示す。この例では、図 6の実施例における各サプアレイの中央の 2つのアンテナ素子の間隔を dより狭めることにより、その両側のアンテナ素子との間隔を dより広げた場合を示す。ただし、サブアレイの幅は図 6の場合と同じ 3dとする。この実施例では、高周波信号合成器 2 2 〜 2 2 ₄では、入力された受信信号の電力比を変えず、そのまま合成する。

この様に、各サブアレイの両外側部でのアンテナ素子の配列間隔を、それより内側の配列間隔より大きくすることにより、サブァレイの両外側部のアンテナ素子からの受信信号電力を、それらの内側のアンテナ素子からの受信信号電力より小さくすることができ、従って、サブアレイ指向性のサイドローブを低くすることができる。即ち、図 6に示すこの発明の原理的な実施例に対し、更にサブァレィ指向性を低サイドロ一ブ化するには、図 6あるいは図 1 1で説明した方法により、結果的に各サブアレイの両外側部のアンテナ素子からの受信信号電力を、それより内側のアンテナ素子からの受信信号電力より小さくすればよい。勿論、図 6で説明した高周波信号合成器における電力合成比の制御と、図 1 1で示したサプアレイにおけるァンテナ素子配列間隔の調整とを組み合わせて使用してもよいことは明らかである。従って、以下の低サイドローブ化を行う他の実施例を説明する図において、特にサブアレイのアンテナ素子間隔が指定されていない場合は、等間隔とし、低サイドロープ化は高周波信号合成器 2 2 :〜2 2 ₄で実施するか、又は高周波信号合成器での合成比は変更せず、アンテナ素子の配列間隔を調整して低サイドロ一ブ化を実施するか、又はその両方を組み合わせて実施するか、これらのいずれでもよい。

ところで、図 9及び 1 0に示されるように、実際には、サブアレイ指向性のサィドローブを抑圧するにつれ、サブアレイ指向性の主ローブの幅が広がって行くため、図 9に示すようにサブアレイ指向性の主ローブ内にグレーティングローブが入ってしまうことが生じる。従って、サブアレイ指向性の低サイドローブ化と主口一プ幅の一定化を両立させるサブアレイが望まれる。そのためには、主口一ブの幅の広がりを逆に縮めるか、又は主ローブの幅の広がりに応じてグレーティングローブの生じる間隔を広げればよい。前者の方法は隣接サブァレイの中心間隔を縮めることにより実現でき、後者の方法は各サブアレイのアンテナ素子数を增加することにより実現できる。

まず、隣接サブアレイの中心間隔を狭くすることにより、低サイドローブ化にともなうサブアレイの主ローブの広がりを抑える実施例を以下に示す。以下の各実施例においては、ァレイアンテナの全素子数 Mと各サブァレイの素子数を特定な数で説明するが、この発明はこれらの数に限定されるものではない。

図 1 2の実施例では、アンテナアレイの全素子数 Mは 1 6，各サブアレイのァンテナ素子数は 4である。比較説明のため、各サブアレイの幅は図 6及び 1 1の場合と同じ 3dとする。前述と同様に、各サブアレイのアンテナ素子からの高周波受信信号は、高周波レベル ·位相調整器 2 3 〜 2 3 ₄を経て各高周波信号合成器 2 2 j (j=l, - - -, 4) において合成される。サブアレイ指向性のサイドローブは高周波信号合成器 2 2 i においてサブアレイの両外側端のアンテナ素子からの受信信号電力を内側の両アンテナ素子からの受信信号電力より小さくして合成するか、又は各サブアレイの中央 2つのアンテナ素子間隔をそれらの外側のアンテナ素子との間隔より小さくすることにより各サブァレイ指向性のサイド口一ブを低くしているものとする（低サイドローブ化）。更に、この実施例では、隣接するサブアレイの隣接する外側端のアンテナ素子の間隔、即ち、第 4と第 5アンテナ素子 1 1 ₄と 1 1 ₅の間隔、第 8と第 9アンテナ素子 1 1 ₈と 1 1 ₉の間隔、及び第 1 2 と第 1 3アンテナ素子 1 1 _{1 2}と 1 1 _{1 3}の間隔をそれぞれ dより小、ここでは d/2 にすることにより隣接サブアレイの中心間隔を図 6及び 1 1の場合の 4dより小さい 3. 5dとする。その他の構成は図 6と同様である。この様に、隣接サブ：心間隔を縮めることにより、図 1 3に概念的に示すように、サブアレイ指向性の主ローブの広がりを抑えることができ、それによつて低サイドロ一ブ化によるグレーティングローブの主ローブ内への侵入を抑えることができる。

図 1 4の実施例は、図 1 2の実施例における隣接サブアレイの隣接する外側端のアンテナ素子間の間隔を零にした場合である。即ち、隣接サブアレイの中心間隔 3dはサブアレイの幅 3dと等しくされている。この場合、隣接サブアレイの外側端のアンテナ素子は一体化（共通化）され、その結果、全アンテナアレイの素子数は 1 3に減っている。隣接サブアレイにより共用されているアンテナ素子 1 1 ₄ ， 1 1 r , 1 1！。からの受信電力は 2等分されてそれぞれ隣接サブアレイの第 4及び第 1高周波レベル '位相調整器 2 3 ₄、 2 3！に与えられる。低サイド口一ブ化の方法は前述した 2つの方法のいずれを使つてもよレ、。この実施例においても低サイドローブ化によるサブアレイの主口一ブの広がりを抑え、グレーティングローブが主ローブに入るのを抑えることができる。

図 1 5の実施例は、図 1 4の実施例において隣接サブアレイ間で共用されるァンテナ素子 1 1 ₄， 1 1 7 , 1 1 ,。の各出力に接続される 2つの高周波レベル '位相調整器 2 3 ₄ , 2 3 ,をも 1つの高周波レベル ·位相調整器 2 3により共用する場合である。従って、共用される各高周波レベル ·位相調整器 2 3の出力が隣接サブアレイに等分配され、それぞれの高周波信号合成器 2 2 _{i + 1} (j= l，2, 3)に与えられる。サブアレイ指向性の低サイドロ一ブ化の方法は前述の 2つの方法のいずれを使っても良い。

図 1 6の実施例は、図 1 2の実施例において隣接サブアレイの中心間隔を更に互いに近づけ、サブアレイ幅 3dより小さくした場合である。ここでは図 1 2の実施例において隣接サブァレイの中心間隔を更に dだけ相対的に近づく方向に移動させて中心間隔を 2. 5dとし、その結果、隣接サブアレイが d/2 だけ互いに重なり合った配置となっている。即ち、隣接する 2つのサブアレイの一方の第 4アンテナ素子 1 1 ₄， l i s , 1 1 _{1 2}が他方のサブアレイの第 1アンテナ素子 1 1 ₅ ， 1 1 9 , 1 1 _{1 3}と第 2アンテナ素子 1 1 ₆ , 1 1 1 0 , 1 1 _{1 4} の中央に位置するように、隣接サブアレイが互いに重なり合つている。

図 1 7は、図 1 6の実施例と同様に、隣接サブアレイ間は重なるように配置されるが、隣接サブアレイ間の d/2 の重なり部の隣接アンテナ素子の干渉が大きくなってしまうので、隣接サブァレイの重なり部におけるアンテナ素子が同じ d間隔となるように、各サブアレイの第 1と第 2アンテナ素子間と、第 3と第 4アンテナ素子間隔は 2dに広げられている。その結果、各サブアレイの幅は 5dとなり、サブアレイの中心間隔は 4dとなっている。この実施例では、各サブアレイの外側部のアンテナ素子間隔が内側部のアンテナ素子間隔 dより広い 2dとされているので、これによりサブアレイ指向性が低サイドローブ化されている。

図 1 8の実施例では、隣接サブアレイの中心間隔は図 6の実施例の場合と同じ 4dであるが、各サブアレイのアンテナ素子数を前述の実施例より増やして、この例では 6とし、それによつて合成指向性のダレ一ティングローブが生じる間隔を広げることにより、低サイドローブ化で広がったサブアレイの主ローブへグレーティングローブが入り込むのを抑えている。この実施例では、隣接サブアレイ間で 2つのアンテナ素子を共用する構成としているため、アレイアンテナの全素子数 Mは 1 8であり、 dの間隔で配列されている。各共用アンテナ素子、（例えば l i s ) の受信電力は隣接サブアレイに等分配又は異なる比に分配され、それぞれ隣接サブアレイの高周波レベル '位相調整器例えば（2 3 2 3 ₆ ) に供給される。各サブアレイのそれぞれの高周波レベル ·位相調整器 2 3 :〜2 3 ₆の出力は高周波信号合成器 2 2 ; に与えられる。この実施例では隣接サブアレイの重なり部で 2つのアンテナ素子を共用することにより、大きな重なりを実現している。低サイドロ一ブ化は、各サブアレイにおいて中央 2つのアンテナ素子からの受信電力に対し、外側のアンテナ素子になるほど、小さい合成比で高周波信号合成器 2 2 j により合成するか、あるいは各サブアレイにおいて外側部のアンテナ素子間隔より内側部のアンテナ素子間隔を小さくすることにより実施される。

図 1 9は、図 1 8の実施例と同様に、各サブアレイのアンテナ素子数を 6に増やすと共に、隣接サブアレイ間で 2つのアンテナ素子を共用するが、この実施例では更に、それら 2つの共用アンテナ素子からの高周波受信電力がそれぞれ与えられる 2つの高周波レベル ·位相調整器も共用し、それら共用される各高周波レベル ·位相調整器の出力が隣接サブァレイにそれぞれ等分配される。各サブァレィにおける低サイドローブ化の方法は図 1 9の実施例の場合と同様である。上述の各実施例ではこの発明を多チャネルの受信装置に適用した場合を示したが、 1チャネルの受信装置に適用してもこの発明の効果が得られる。

この発明は、更に送信装置にも適用することができる。その実施例を図 2 0に示す。図 2 0の実施例では、各チャネルを受信部 1 0 0と送信部 2 0 0で構成する。受信部 1 0 0は、例えば図 6の実施例におけるチャネル 1 4 に示す構成と同じものを使用する。この場合、送信部 2 0 0の構成は図 6のべ一スバンド信号合成器 1 7に対応して送信すべき入力ベースバンド信号を L個に分配するベースバンドハイブリッド 3 1が設けられ、ベースバンドレベル ·位相調整器 1 6！〜 1 6 L に対応してベースバンドレベル '位相調整器 3 2 〜 3 2しが設けられ、受信機 1 5 ,〜1 5しに対応して送信機 3 3 ,〜 3 3 _Lが設けられ、高周波信号合成器

2 2 !〜2 2 dこ対応して高周波送信信号を分配する高周波ハイプリッド 3 4 ,〜3 4しが設けられ、高周波レベル ·位相調整器 2 3 !〜2 3 ₄に対応して高周波レベル •位相調整器 3 5 ,〜3 5 ₄が設けられている。高周波レベル ·位相調整器 3 5ュ〜

3 5 ₄からの高周波送信信号は高周波分配器 1 3に与えられ、対応するサブアレイの対応するアンテナ素子に送出される。

移動局と基地局間の交信において、短時間内であれば、上り送信信号と下り送信信号はほぼ同じ伝送路を通ると見なすことができる。従って、基地局が受信時に設定したサブアレイ指向性と、全アレイアンテナの合成指向性をそのまま送信時に使用することができる。そこで、図 2 0に示すように、送信部 2 0 0のべ一スバンドレベル '位相調整器 3 2 i〜3 2 dこ波受信部 1 0 0のァダプティブ信号処理部 1 8で生成したベースバンド係数 Z i Z tをそのまま設定する。更に、高周波レベル ·位相調整器 3 5 ,〜3 5 ₄には、受信部 1 0 0のサブアレイレベル · 位相制御部 2 5で決定した係数 Wi〜W₄がそのまま設定される。従って、受信部 1 0 0による受信時に得られるのと同じサブァレイ指向性と合成指向性で送信が可能となる。

図 2 0では受信部 1 0 0として図 6の構成を使用する場合について説明したが、前述した他のどの実施例を使用してもよい。その場合は、図 2 0の場合と同様に、送信部を、その受信部と対応して構成すればよい。

発明の効果以上述べたようにこの発明によればアンテナ素子配列のサブァレイ化により、受信器数、処理回路数及び演算量をそれ程増やさないで、広い範囲の制御可能な合成指向性を実現すると共に、受信機の数を少なくすることができる。この発明を多チャネルの受信機に適用した場合、各チャネル部毎にサブアレイ指向方向を互いに異なる方向に固定化し、チャネル部間の切替えにより、広い範囲のサービス領域を得ることができる。つまり従来のサブアレイ化（図 2 ) にもとづく効果 (高利得、干渉波除去）を保持し、しかも、受信器数、処理回路数及び演算量をそれほど増加することなく、広いサービス領域を形成することができる。

またこの発明を送信装置に適用することができる。

Claims

請求の範囲それぞれのグループが少なくとも 2つのアンテナ素子からなるサブアレイを構成し、高周波受信信号を出力する複数のグループの配列されたアンテナ素子と、各サブアレイの複数の上記アンテナ素子からの上記高周波受信信号のレベルと位相をそれぞれ調整し、それによつて上記サブアレイの指向性を設定する複数の高周波レベル ·位相調整器と、

各サブァレイに対応する上記複数の高周波レベル ·位相調整器が出力する調整された高周波受信信号を合成し、合成高周波信号を出力する高周波信号合成器と、各サブアレイに対応する上記高周波信号合成器からの上記合成高周波信号をべ —スパンド信号に変換して出力する受信機と、

各サブアレイに対応する上記受信機からの上記ベースバンド信号のレベルと位相を適応的に調整すろべ一スバンドレベル ·位相調整器と、

それぞれのサブアレイに対応する上記べ一スパンド位相調整器からの調整されたベースバンド信号を合成してベースバンド合成信号を出力するベースバンド信号合成器と、

上記ベースバンド信号合成器からの上記べ一スパンド合成信号に基づいて上記複数のサブアレイにそれぞれ対応する上記ベースバンドレベル ·位相調整器をそれぞれ適応的に制御し、希望波の方向に全アンテナ素子の合成指向性を合わせるァダプティブ信号処理部。

2 . 請求項 1記載のァダプティブアレイアンテナにおいて、各サブアレイを構成するグループのアンテナ素子数は 3以上であり、各上記グループに対応する上記高周波信号合成器は、対応する上記グループの配列された上記複数のアンテナ素子からの高周波受信信号を、そのグループの両外側端のアンテナ素子からの高周波受信信号の電力の、それらの内側のアンテナ素子からの高周波受信信号の電力に対する比を 1より小にして合成する合成器であり、それによつて上記サブァレィの指向性のサイドローブを抑圧する。

3 . 請求項 1記載のァダプティブアレイアンテナにおいて、各上記サブアレイの中央部のアンテナ素子の配列間隔より、その両側のアンテナ素子の配列間隔は広くされており、それによつて上記サブアレイの指向性のサイドローブを抑圧している。

4 . 請求項 2又は 3記載のァダブティブアレイアンテナにおいて、各上記サブァレイのアンテナ素子間隔は等しく第 1の間隔とされ、隣接するサブアレイに属する隣接するアンテナ素子の間隔を上記第 1の間隔より小さい第 2の間隔としている。

5 . 請求項 2又は 3記載のァダプティブアレイアンテナにおいて、上記第 2の間隔は 0であり、上記隣接するサブァレイに属する隣接するアンテナ素子として 1 つのアンテナ素子が共用され、上記共用されたアンテナ素子からの受信信号電力が 2等分配され上記隣接するサブアレイに対応する 2つの上記高周波レベル ·位相調整器にそれぞれ与えられる。

6 . 請求項 2又は 3記載のァダプティブアレイアンテナにおいて、上記第 2の間隔は 0であり、上記隣接するサブァレイに属する隣接するアンテナ素子として 1 つのァンテナ素子が共用され、上記隣接するサブァレイに属するァンテナ素子に対応する上記高周波レベル ·位相調整器として 1つの高周波レベル ·位相調整器が共用され、各上記共用されたァンテナ素子からの受信信号が上記共用された高周波レベル ·位相調整器に与えられ、その出力受信信号が上記隣接するサブァレィにそれぞれ対応する上記高周波信号合成器に等分配される。

7 . 請求項 2記載のァダプティブアレイアンテナにおいて、上記サブアレイのァンテナ素子間隔は等しく、隣接する上記サブァレイは互いに上記ァンテナ素子間隔の半分が重なって配置されている。

8 . 請求項 3記載のァダプティブアレイアンテナにおいて、上記サブアレイの両外側端のアンテナ素子と、それらに隣接する内側のアンテナ素子との間の第 1間隔は、それらの内側のアンテナ素子間の第 2間隔の 2倍とされ、隣接サブアレイは互いに上記第 2間隔だけ重なって配置されている。

9 . 請求項 2又は 3記載のァダプティブアレイアンテナにおいて、各上記サブァレイは少なくとも 6つのアンテナ素子を有し、隣接する上記サブアレイ間で 2つのアンテナ素子が共有され、各共有されたアンテナ素子からの受信信号は隣接サブァレイがそれぞれ属するグループに等分配され、それぞれのグループ内に対応する高周波レベル ·位相調整器に与えられる。

1 0 . 請求項 2又は 3記載のァダプティブアレイアンテナにおいて、各上記サブアレイは少なくとも 6つのアンテナ素子を有し、隣接する上記サブアレイ間で 2 つのアンテナ素子が共有され、上記隣接するサブアレイ間で 2つの高周波レベル

•位相調整器が共有され、各共有された 2つのァンテナ素子からの受信信号はそれぞれ上記共有された 2つの高周波レベル ·位相調整器に与えられ、各上記共有されたレベル ·位相調整器の出力は上記隣接するサブアレイの上記高周波信号合成器にそれぞれ等分配される。

1 1 . 請求項 1〜8のいずれかに記載のァダプティブアレイアンテナにおいて、各上記サブァレイのアンテナ素子は少なくとも 4つであり、上記サブァレイは少なくとも 2つある。

1 2 . 請求項 1〜 1 0の何れかに記載のァダプティブアレイアンテナにおいて、少なくとも 1つのサブアレイの上記複数のアンテナ素子からの受信信号に基づいて、上記サブアレイの指向性のピーク方向が希望波方向となるように、各上記サプアレイに対応する上記複数の高周波レベル ·位相調整器にそれぞれ設定する係数を決定し、それらの係数の組を上記複数のサブアレイに対応する上記複数の高周波レベル ·位相調整器に設定するサブァレイレベル ·位相制御部が設けられている。

1 3 . 請求項 1〜 1 0の何れかに記載のァダプティブアレイアンテナにおいて、各サブアレイに対応する上記複数の高周波レベル '位相調整器と、各サブアレイに対応する上記高周波信号合成器と、各サブアレイに対応する上記受信機と、各サブアレイに対応する上記ベースバンドレベル ·位相調整器と、上記べ一スバンド信号合成器と、上記ァダプティブ信号処理部との組は複数のチャネル分だけ設けられ、各上記アンテナ素子からの受信信号を上記複数チャネルに分配し、対応する高周波レベル ·位相調整器に与える高周波分配器が設けられている。

1 4 . 請求項 1 2記載のァダプティブアレイアンテナにおいて、更に、

送信べ一スバンド信号をそれぞれのサブアレイに対応して分配するべ一スパンドハイブリッドと、

上記ァダプティブ信号処理部からの各サブァレイに対応する係数が設定され、上記ベースバンド送信信号のレベルと位相を調整するべ一スバンド送信レベル · 位相調整器と、

各サブアレイに対応する上記べ一スパンド送信レベル ·位相調整器からの上記ベースバンド送信信号を高周波送信信号に変換して出力する送信機と、

各サブアレイの複数の上記アンテナ素子からの上記高周波受信信号のレベルと位相をそれぞれ調整し、それによつて上記サブアレイの指向性を設定する複数の高周波レベル ·位相調整器と、

各サブアレイに対応する上記高周波送信信号をそのサブアレイの複数のアンテナ素子に対応して複数に分配する高周波ハイプリッドと、

上記サブァレイレベル ·位相制御部から上記各サブァレイの高周波レベル ·位相係数が与えられ、それに従って上記分配された複数の高周波送信信号のレベルと位相を調整して出力する高周波送信レベル ·位相調整器と、

上記高周波送信レベル '位相調整器の出力を対応するアンテナ素子にそれぞれ送出する高周波分配器と、

を含む。