WO2004093247A1 - アレイアンテナ送受信装置 - Google Patents

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WO2004093247A1
WO2004093247A1 PCT/JP2004/004868 JP2004004868W WO2004093247A1 WO 2004093247 A1 WO2004093247 A1 WO 2004093247A1 JP 2004004868 W JP2004004868 W JP 2004004868W WO 2004093247 A1 WO2004093247 A1 WO 2004093247A1
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radio
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transmission
phase calibration
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PCT/JP2004/004868
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Takashi Izumi
Kazuhiko Ikeda
Takashi Enoki
Makoto Sasaki
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/267—Phased-array testing or checking devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/2605—Array of radiating elements provided with a feedback control over the element weights, e.g. adaptive arrays
    • H—ELECTRICITY
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    • H04B7/0837—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station using pre-detection combining
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    • H04B7/0837—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station using pre-detection combining
    • H04B7/084—Equal gain combining, only phase adjustments

Definitions

  • the present invention relates to a radio signal transmitting and receiving device comprising a
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a transmission / reception device including a conventional adaptive array antenna.
  • the radio signal is output from the transmitting / receiving section 504 to the combining Z distributor 503, distributed and output for the plurality of weighters 502, and then weighted by the weighter 502. . Then, the weighted radio signal is transmitted after being output to the antenna element 501.
  • the radio signal received by each antenna element 501 is weighted by weighting section 502, and then output to combining / distributing section 503. Then, the radio signals output from the plurality of weighters 502 and aggregated in the combiner // divider 503 are combined in the combiner Z distributor 503, and then output to the transmission / reception unit 504.
  • the wireless signal weighted by the weighting device 502 is However, the desired antenna directivity may not always be exhibited. This is a phenomenon that occurs because the phase of the weighted wireless signal is shifted from the expected phase, that is, a phase error is generated.
  • FIG. 2 includes a plurality of wireless transmission units 6100 each including an antenna element 601, an attenuator 603, and a transmission wireless unit 602, and is further connected to a plurality of wireless transmission units 610.
  • An array antenna transmission device including a first selector 604, a transmission signal converter for phase calibration 605, and a baseband processor 606 is described.
  • the array antenna transmitting apparatus generates a directional transmission baseband signal by multiplying a transmission baseband signal by a preset weight coefficient in a baseband processing unit 606, and transmits the directional transmission baseband signal to a transmission radio Output to section 602. Subsequently, the array antenna transmitting apparatus performs processing such as quadrature modulation, frequency up-comparison, and amplification on the directional transmission baseband signal in the transmission radio section 602 to obtain the directional transmission baseband signal. Converts signals to wireless signals. Subsequently, the array antenna transmitting apparatus transmits the radio signal from the antenna element 601.
  • the array antenna transmitting apparatus extracts the same signal as the radio signal transmitted from the antenna element 601 as a phase calibration signal, and transmits the phase calibration signal via the attenuator 603 to the phase calibration signal. Output to the signal converter 605. Subsequently, in the array antenna transmitting apparatus, the phase calibration transmission signal conversion section 605 subjects the phase calibration signal to processing such as frequency down-comparison and quadrature demodulation, and converts the reference baseband signal for phase calibration. Generate this reference baseband 04 004868
  • the signal is output to baseband processing section 606.
  • the baseband processing unit 606 knows the weighting factors for all the wireless transmission units 6 10, the phase difference (calculated phase) that should occur between the wireless transmission units 6 10 Difference). Therefore, the baseband processing unit 606 measures the phase of the reference baseband signal for all the wireless transmission units 610, and measures the phase difference actually generated between the plurality of wireless transmission units 610. Then, by subtracting the calculated phase difference from the actual phase difference, the phase error for each wireless transmission unit 610 is calculated. Then, based on the phase error, the baseband processing unit 606 appropriately corrects the weighting factor by which the transmission baseband signal is multiplied for each radio transmission unit 6110, so that each radio transmission unit 6 Calibrate the resulting phase error.
  • FIG. 3 shows that a plurality of wireless receiving units 710 each including an antenna element 701, an attenuator 703, and a receiving wireless unit 702 are provided.
  • An array antenna receiving apparatus including a second selector 704 connected to the antenna, a received signal converter for phase calibration 705, and a baseband processor a 706 is described.
  • This array antenna receiver performs processing such as amplification, frequency down-conversion and quadrature demodulation on a radio signal received by antenna element 701 in reception radio section 702, and converts this radio signal into a reception baseband signal. Convert. This received baseband signal is output to baseband processing section 706.
  • This array antenna receiving apparatus extracts a phase calibration signal from the radio signal before being input to the reception radio section 720 via the attenuator 703 and converts the extracted phase calibration signal to a phase calibration signal. Output to the received signal converter 705. Subsequently, the array antenna receiving apparatus performs a process such as frequency down-comparison / quadrature demodulation on the phase calibration signal in a phase calibration received signal conversion unit 705 to obtain a phase calibration reference baseband. Generate a signal. Subsequently, the reference base span signal is output to the baseband processing unit 706. The baseband processing unit 706 determines the phase of the reception baseband signal output via the reception radio unit 702 and the phase output via the phase calibration reception signal conversion unit 705.
  • the baseband processing unit 706 By comparing the phase of the reference baseband signal for calibration with the phase of the reference baseband signal, the phase error of each radio reception unit 7100 generated between these two paths is measured for all the radio reception units 710. Then, the baseband processing unit 706 appropriately adjusts a weight coefficient to be multiplied by the reception baseband signal based on the phase error occurring between the two paths measured for all the radio reception units 7110 Thus, the phase error generated in each wireless reception unit 7 10 is calibrated.
  • the conventional array antenna transmitting device and the conventional array antenna receiving device are devices formed separately and independently, if these are incorporated into a communication terminal device, miniaturization and weight reduction of the communication terminal device are hindered. Problem. In particular, since the lightness and size of mobile communication terminals are directly related to their commercial value, the conventional array antenna transmitting device and the conventional array antenna receiving device must be integrated into the mobile communication terminal device using the conventional array. It is necessary to share as much as possible the components of the antenna transmitter and those of the conventional array antenna receiver.
  • an array antenna transmitting / receiving apparatus that shares the antenna elements 601 and 701 has already been developed.
  • a radio signal to be transmitted and a radio signal to be received are not used. Pass through the same path near the antenna element, and the attenuators 603 and 703 extract the phase calibration signals from the same path, respectively.
  • the radio signal received by the antenna element 701 is mixed with the radio signal received from the antenna element 701, or the radio signal output from the transmission radio section 602 is mixed with the received signal converter for phase calibration 705, and transmitted.
  • the received radio signal and the received radio signal are mixed with each other as noise. Disclosure of the invention
  • An object of the present invention is to simplify and reduce the size and weight of the apparatus, and to separate and extract the respective phase calibration signals from transmitted and received radio signals passing through the same path. It is an object of the present invention to provide an array antenna transmitting / receiving apparatus capable of performing the above-mentioned operations.
  • an array antenna transmitting and receiving apparatus performs a weighting process corresponding to each of a plurality of antenna elements and a transmission baseband signal on each of the antenna elements to form a directional transmission baseband signal and A baseband processing unit that performs a weighting process corresponding to each of the antenna elements on a reception baseband signal received by a plurality of the antenna elements to form a directional reception baseband signal; and the baseband processing unit.
  • a plurality of transmission radio means provided between the antenna element and the plurality of antenna elements, respectively, for converting the directional transmission baseband signal into a radio signal, and between the baseband processing means and the plurality of antenna elements. A radio signal received by the antenna element.
  • a plurality of reception radio means for converting the radio signals output from the plurality of transmission radio means into a reference baseband signal for phase calibration and input to the baseband processing means.
  • Converting means converting the radio signal received by the plurality of antenna elements into a reference baseband signal for phase correction and inputting the converted signal to the baseband processing means;
  • a plurality of directional couplers provided between the transmission radio unit and the reception radio unit; and any of the radio signals from the transmission radio unit attenuated and output by the directional coupler.
  • First selecting means for selectively supplying the signal to the phase calibration transmission signal converting means, and the antenna attenuated and output by the directional coupler.
  • the directional coupler includes a first connection terminal connected to the antenna element, and a second connection terminal connected to the transmission radio unit and the reception radio unit. And a third connection terminal connected to the phase calibration received signal conversion means, and a third connection terminal connected to the phase calibration received signal conversion means. And a fourth connection terminal connected to the transmission signal conversion means for phase calibration.
  • any one of the phase calibration reception signal conversion unit or the terminal and the third calibration terminal is provided between the phase calibration reception signal conversion unit and the third connection terminal.
  • a first signal for selectively passing the radio signal received by the antenna element between the phase calibration reception signal conversion unit and the third connection terminal.
  • a second band-pass filter, and a second signal for selectively passing the radio signal output from the transmission radio means between the phase calibration transmission signal conversion means and the fourth connection terminal. It has a bandpass filter.
  • the transmitting wireless unit is connected to the receiving wireless unit and the second connection terminal of the directional coupler, and the wireless signal output from the transmitting wireless unit is An antenna duplexer that outputs to the second connection terminal and outputs the wireless signal output from the second connection terminal to the reception wireless unit.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a conventional adaptive array transmitting / receiving apparatus.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a conventional array antenna transmitting apparatus.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a conventional array antenna receiving device,
  • FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of an array antenna transmitting / receiving device according to Embodiment 1 of the present invention,
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a directional coupler provided in the array antenna transmitting / receiving device according to the present invention
  • FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of an array antenna transmitting / receiving apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of an array antenna transmitting / receiving apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the gist of the present invention is that a directional coupler is interposed between an antenna duplexer and an antenna element connected to a transmitting radio unit and a receiving radio unit, and a connection terminal of the directional coupler is connected to the antenna duplexer.
  • a transmission signal converter for phase calibration that generates a reference base span signal used when measuring the phase error generated in the transmission radio unit
  • one antenna element Connecting a phase calibration reception signal conversion unit that generates a reference baseband signal used when measuring a phase error generated in the reception radio unit to a connection terminal that is connected and a connection terminal that indicates directionality.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of the array antenna transmitting / receiving apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the array antenna transmitting / receiving apparatus includes a plurality of wireless units 106, a first selector 109, a second selector 108, a phase calibration transmission signal converter 110, a phase A calibration reception signal conversion unit 111 and a baseband processing unit 107 are provided.
  • the wireless unit 106 has an antenna element 101 and a directional connection.
  • the antenna element 101 transmits a radio signal output from the baseband processing unit 107 through the transmission radio unit 104, the antenna duplexer 103 and the directional coupler 102, and Then, the radio signal is received and output to the directional coupler 102.
  • the directional coupler 102 includes a first connection terminal 201 connected to the antenna element 101, a second connection terminal 202 connected to the antenna duplexer 103, and a first connection terminal 202. And the direction of the third connection terminal 203 connected to the phase calibration received signal converter 111 and the direction of the second connection terminal 202. And a fourth connection terminal 204 connected to the transmission signal converter 110 for phase calibration.
  • the function and operation of the directional coupler 102 will be described later.
  • the antenna duplexer 103 is connected to the directional coupler 102, the transmission radio section 104 and the reception radio section 105, and receives radio signals output from the transmission radio section 104. It outputs to the directional coupler 102 and the radio signal output from the directional coupler 102 to the receiving radio section 105.
  • the antenna duplexer 103 is a single-pole double-throw (SPDT) semiconductor switch in a TDD (Time Division Duplex) array antenna transceiver, and an FDD (Frequency Division Duplex) array antenna transceiver.
  • TDD Time Division Duplex
  • FDD Frequency Division Duplex
  • the transmission radio unit 104 includes components (not shown) such as a quadrature modulator, a frequency upconverter, and a power amplifier, and transmits the directional transmission baseband signal output from the baseband processing unit 107. After being processed by each of the above components, the signal is output to the antenna sharing device 103.
  • the receiving radio unit 105 includes components (not shown) such as an LNA (Low Noise Amplifier), a frequency down-converter, and a quadrature demodulator, and transmits a radio signal output from the antenna duplexer 103 to each of After being processed by the configuration unit and converted into a baseband signal, it is output to the baseband processing unit 107.
  • LNA Low Noise Amplifier
  • the baseband processing unit 107 is connected to a plurality of transmission radio units 104, a plurality of reception radio units 105, a phase calibration transmission signal conversion unit 110, and a phase calibration reception signal conversion unit 111. Is done. About the function and operation of the baseband processing unit 107
  • the second selector 108 is constituted by a semiconductor switch such as S-0 or 3P8T, and the third connection of each directional coupler 102 provided in the plurality of wireless units 106. Terminal 203 and phase calibration received signal converter 111 are connected. Also, the second selector 108 switches and selects the wireless unit 106 to be connected at every preset cycle.
  • the first selector 109 is composed of a semiconductor switch such as SPDT or SP8T, and is the fourth selector of each directional coupler 102 included in the plurality of wireless units 106. Are connected to the connection terminal 204 and the transmission signal converter 110 for phase calibration. Also, the selector 109 switches and selects the wireless unit 106 to be connected at every preset cycle.
  • the phase-calibration transmission signal converter 110 includes components such as a frequency downconverter and a quadrature demodulator (not shown), and is used for the phase calibration output from the first selector 109. After the signal is processed by each of the above-described components and converted into a reference baseband signal, the reference baseband signal is output to the baseband processing unit 107. .
  • the received signal converter for phase calibration 111 includes components such as a frequency downconverter and a quadrature demodulator (not shown), and is output from the second selector 108.
  • the phase calibration signal is processed by each of the above-described components and converted into a reference baseband signal
  • the reference baseband signal is converted to a baseband processing unit 1. 0 is output to 7.
  • FIG. 5 shows the configuration of the directional coupler 102.
  • the directional coupler 102 has four connection terminals from a first to a fourth.
  • the antenna element 101 is connected to the first connection terminal 201, and the second connection terminal 200 is connected. 2 is connected to the antenna duplexer 103, the third connection terminal 203 is connected to the second selector 108, the fourth connection terminal 204 is the first selector 1 0 9 is connected.
  • the term “connected J” in the present invention includes not only a case where each component is directly connected but also a case where each component is connected indirectly.
  • the second connection terminal 202 of the directional coupler 102 is connected to The case where “the transmitting radio unit 104 and the receiving radio unit 105 are connected via the antenna duplexer 103” is also included.
  • the directional coupler 102 is provided with a connection terminal to which a radio signal is input and another connection terminal indicating the direction.
  • the third connection is made to the first connection terminal 201.
  • the terminal 203 shows directionality
  • the fourth connection terminal 204 shows directionality with respect to the second connection terminal 202.
  • “indicating directionality” means, for example, if the directional coupler 102 has a coupling degree of 20 dB and an insertion loss of 0.5 dB, the first connection terminal 201 has This means that the input radio signal is attenuated by 20 dB from the third connection terminal 203 and extracted.
  • a wireless signal attenuated by 0.5 dB is output from the second connection terminal 202, but a wireless signal cannot be extracted from the fourth connection terminal 204.
  • the radio signal input from the second connection terminal 202 is attenuated by 20 dB from the fourth connection terminal 204 and taken out, and is output from the second connection terminal 202. Is output after being attenuated by 0.5 dB, but a wireless signal cannot be extracted from the third connection terminal 203.
  • the specific configuration of the directional coupler 102 is not particularly limited.
  • the first directional coupler 102 connects the first connection terminal 201 to the second connection terminal 202.
  • the radio signal between the first path and the second path, and the second path connecting the third connection terminal 20 ′ 3 and the fourth connection terminal 204 An example is one in which two coupling holes are provided at an interval of 1/4.
  • the directional coupler 102 those having a different number of coupling holes and those using a long slit are known.
  • the baseband processing unit 107 multiplies the transmission baseband signal by a preset weighting factor for each wireless unit 106 that is the output destination, thereby providing a directional transmission whose phase is appropriately modulated. A baseband signal is generated. This directional transmission baseband signal is output to the transmission radio section 104, and then subjected to orthogonal modulation, frequency up-comparison, and amplification to be converted into a radio signal. This radio signal is output to the second connection terminal 202 of the directional coupler 102 via the antenna duplexer 103.
  • the radio signal is attenuated by 0.5 dB from the first connection terminal 201 in the directional coupler 102 and output.
  • the radio signal output from the first connection terminal 201 is transmitted through the antenna element 101.
  • this radio signal is attenuated by 20 dB from the fourth connection terminal 204, extracted as a phase calibration signal, and output to the first selector 109. Is done.
  • the first selector 109 is provided with a directional coupler 1 connected to the transmission signal converter 110 for phase calibration from the radio tun 106 of Kurogi every predetermined period. 0 Select 2. Therefore, the phase calibration signal is output to the phase calibration transmission signal converter 110 at each cycle selected by the first selector 109.
  • phase calibration signal is transmitted by the phase calibration transmission signal converter 110. It is subjected to wave number down-comparison and quadrature demodulation processing, etc., and converted to a reference standard spanned signal for phase calibration.
  • This reference baseband signal is immediately output to baseband processing section 107.
  • the baseband processing unit 107 measures the phase of the reference baseband signal for all the wireless units 106.
  • the directional transmission baseband signal output from the baseband processing unit 107 in this way includes a transmission radio unit 104, an antenna duplexer 103, a directional coupler 102, a first selector 1 9 and various processings are performed between them via the transmission signal converter for phase calibration 110, and finally return to the vespend processor 107 as the reference baseband signal for phase calibration. .
  • the phase may unexpectedly change due to an individual difference of a device that performs the various processes. If this unexpected phase change is left unchecked, the radio signals transmitted from the antenna elements 101 in the plurality of radio units 106 will not interfere as expected, and the antenna directivity of the radio signals will be impaired.
  • the baseband processing unit 107 measures the phase of the returned reference baseband signal for all the wireless units 106 and obtains the measured phase difference between the wireless units 106.
  • the phase difference (calculated phase difference) that should occur for each wireless unit 106 based on the preset weighting coefficient is subtracted from the result, and a phase error has occurred in one of the plurality of wireless units 106. Investigate whether there is any. Then, when finding this phase error, the baseband processing unit 107 appropriately adjusts the weight coefficient for the corresponding wireless unit 106 so as to eliminate the phase error.
  • the radio signal received by the antenna element 101 is the first signal of the directional coupler 102. Is output to the connection terminal 201 of.
  • the radio signal is attenuated by 0.5 dB from the second connection terminal 202 in the directional coupler 102 and output.
  • the radio signal output from the second connection terminal is output to reception radio section 105 via antenna duplexer 103.
  • this radio signal is subjected to processing such as amplification, frequency down-conversion and quadrature demodulation in the reception radio section 105, converted into a reception baseband signal, and output to the baseband processing section 107.
  • processing such as amplification, frequency down-conversion and quadrature demodulation in the reception radio section 105, converted into a reception baseband signal, and output to the baseband processing section 107.
  • the baseband processing unit 107 measures the phases of the received baseband signals for all the wireless units 106.
  • the radio signal output from the antenna element 101 is attenuated by 20 dB from the third connection terminal 203 and extracted as a phase calibration signal.
  • the second selector 1 08 selects a directional coupler 102 connected to the phase calibration received signal converter 111 from a plurality of wireless units 106 at a predetermined cycle set in advance. Do Therefore, the phase calibration signal is received by the second selector 108 at every period in which the directional coupler 102 and the phase calibration reception signal converter 111 are connected. Output to 1 1 1
  • phase calibration signal is subjected to frequency down-conversion and quadrature demodulation processing in a phase calibration reception signal converter 111 to be converted to a phase calibration reference baseband signal.
  • a phase calibration reception signal converter 111 to be converted to a phase calibration reference baseband signal.
  • the phase of the received baseband signal for phase calibration is measured for all wireless terminals 106.
  • the baseband processing unit 107 the phase of the reception baseband signal output via the reception radio unit 105 and the output via the phase calibration reception signal conversion unit 111
  • the baseband processing unit lo 7 adjusts the weighting factor by which the received baseband signal is multiplied as appropriate with reference to the phase of the reference baseband signal for phase calibration, thereby setting the phase of the received baseband signal as a reference. It tunes to the phase of the baseband signal and calibrates the phase error observed between them.
  • antenna duplexer 103 since antenna duplexer 103 is used, antenna element 101 and attenuators 600, 703 are used for transmission and reception. Since it is not necessary to provide the antenna antenna individually, the configuration of the array antenna transmitting / receiving apparatus can be simplified, and its size and weight can be reduced.
  • each phase calibration signal can be clearly separated and extracted from a transmitted radio signal and a received radio signal passing through the same path.
  • a received radio signal is input to transmitting radio section 104 and that a transmitted radio signal is input to receiving radio section 105. Since the noise is blocked by 102, it is possible to effectively reduce the entry of noise into the base band processing unit 107.
  • directional coupler 102 is provided between antenna element 101 and antenna duplexer 103, and directional coupler 1 is provided. Since the radio signal transmitted and the radio signal to be received in 2 are input from different connection terminals and the phase calibration signals are separately extracted from the other connection terminals each indicating directivity, the antenna duplexer 1 0 It is possible to accurately measure a phase error generated in the transmission radio unit 104 and the phase error generated in the antenna duplexer 103 and the reception radio unit 105.
  • the array antenna transmitting / receiving apparatus may be modified or applied as follows.
  • the case where a semiconductor switch of SPDT and a dielectric filter are used as the antenna duplexer 103 has been described.
  • the present invention is not limited to this case.
  • the transmitting radio unit 104 and the receiving radio unit 105 may be provided with bandpass filters that allow radio signals of different frequencies to pass, respectively.
  • the transmission radio section 104 and the reception radio section 105 may be provided with switches for automatically judging transmission or reception times and connecting to the directional coupler 102. .
  • the array antenna transmitting / receiving apparatus includes an adaptive array antenna transmitting / receiving apparatus.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of an array antenna transmitting / receiving apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the array antenna transmitting / receiving apparatus is the same as the array antenna transmitting / receiving apparatus according to Embodiment 1, except that the first selector 1109 and the phase calibration transmission signal conversion unit 110 Two switches 310 are provided, and a first switch 303 is provided between the second selector 108 and the received signal converter for phase calibration 111.
  • the second switch 301 is an SPDT switch, and either the phase calibration transmission signal converter 110 or the resistor termination 302 is selectively supplied to the first selector 109. What is connected.
  • the first switch 303 is also an SPDT switch, and one of the received signal converter 111 for phase calibration and the resistor termination 304 is connected to the second selector 1003. 8 is selectively connected.
  • the array antenna transmitting / receiving apparatus is suitable for TDD communication.
  • TDD communication a carrier having the same frequency is used for a transmitted radio signal and a received radio signal, and transmission and reception are alternately performed in time.
  • the second switch 310 is connected to the first selector 109 so that the phase calibration signal is output to the phase calibration transmission signal converter 110 during transmission.
  • the transmission signal converter 1 110 is connected.
  • the first switch 303 is connected to the second selector 108 so that the phase calibration signal is not output from the second selector 108 to the reception signal converter 111 for phase calibration. Connect to terminal 304.
  • the second switch 310 and the first selector 109 and the resistor termination 310 are provided so that the phase calibration signal is not output to the phase calibration transmission signal converter 110 during reception. And connect.
  • the first switch 303 is connected to the second selector 108 so that the signal for phase calibration is output from the second selector 108 to the reception signal converter 111 for phase calibration. Connect to the received signal converter for phase calibration.
  • the second switch 301 or the first switch 303 is automatically and appropriately set when transmitting or receiving a radio signal. Since it is connected to the resistor terminations 3 1 2 and 3 1 4, it is possible to effectively suppress noise from entering the phase calibration transmission signal converter 110 or the phase calibration reception signal converter 111. .
  • the isolation between the phase calibration transmission signal converter 110 and the phase calibration reception signal converter 111 can be increased.
  • FIG. 7 shows a configuration of an array antenna transmitting / receiving apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. It is a block diagram shown.
  • the array antenna transmitting / receiving apparatus is the same as the array antenna transmitting / receiving apparatus according to Embodiment 1, except that the first selector 1109 and the phase calibration transmission signal conversion unit 110
  • the second bandpass filter 410 is provided, and the first bandpass filter 402 is provided between the second selector 108 and the received signal converter for phase calibration 111.
  • the array antenna transmitting / receiving apparatus is suitable for FDD communication.
  • FDD communication carriers having different frequencies are used for a transmitted radio signal and a received radio signal. Therefore, it is preferable that the duplexer 103 include a dielectric filter.
  • the second band-pass filter 401 blocks a phase calibration signal leaked from the directional coupler 102 due to a received radio signal, and is derived from a transmitted radio signal. A frequency that can be extracted is appropriately selected so that only the phase calibration signal is selectively passed.
  • the first bandpass filter 402 also blocks the phase calibration signal leaked from the directional coupler 102 due to the transmitted radio signal, and An extractable frequency is appropriately selected so that only the derived phase calibration signal is selectively passed.
  • the second band-pass filter 401 and the first band-pass filter 402 are set to a predetermined frequency. Since the passage of wireless signals other than the above is blocked, it is possible to effectively suppress noise from entering the phase calibration transmission signal converter 110 and the phase calibration reception signal converter 111. 2004/004868
  • the isolation between the phase-correction transmission signal converter 110 and the phase-calibration reception signal converter 111 is improved, and the isolation is degraded. Therefore, it is possible to reduce the variation of the attenuation of the output and the variation of the phase of the transmission signal conversion unit for phase calibration 110 and the reception signal conversion unit for phase calibration 111 derived from the above.
  • the present invention can be applied to a base station device or the like in a mobile communication system.

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Abstract

構成が簡素で小型化及び軽量化を図り易く、さらに同一経路を通過する送信される無線信号と受信される無線信号とからそれぞれの位相校正用信号をきれいに分離して取り出すことのできるアレイアンテナ送受信装置。方向性結合器（１０２）は、アンテナ素子１０１に接続される第１の接続端子（２０１）と、アンテナ共用器（１０３）に接続される第２の接続端子（２０２）と、第１の接続端子（２０１）と方向性を示し、かつ、位相校正用受信信号変換部（１１１）に接続される第３の接続端子（２０３）と、第２の接続端子（２０２）と方向性を示し、かつ、位相校正用送信信号変換部（１１０）に接続される第４の接続端子（２０４）と、を具備する。アンテナ共用器（１０３）は、方向性結合器（１０２）と送信無線部（１０４）及び受信無線部（１０５）とに接続され、送信無線部（１０４）から出力されてくる無線信号を方向性結合器（１０２）に出力し、また方向性結合器（１０２）から出力されてくる無線信号を受信無線部（１０５）に出力する。

Description

明細書 ナ送受信装置 技術分野
本発明は、 ナを具備する無線信号の送受信装置に関する,
背景技術
従来、 複数のアンテナ素子の送受信出力を電気的に合成するこ
ナ指向性を適応的に変化させるァダプティプアレイアンテナを具備する送受 信装置が知られている （例えば、 特開平 9一 2 1 9 6 1 5号公報参照） 。 図 1は、 従来のァダプティブアレイアンテナを具備する送受信装置の構成 を示すブロック図である。
従来のァダプティブアレイアンテナ送受信装置では、 一直線上又は円周上 に配置された複数のアンテナ素子 5 0 1を介して送受信きれる無線信号に重 み付け器 5 0 2において予め設定された重み係数 （複素重み係数） が乗算さ れることにより、 その無線信号の振幅及び位相に重み付け （変調） が施され る。 送信時には、 無線信号が送受信部 5 0 4から合成 Z分配器 5 0 3に出力 され、 複数の重み付け器 5 0 2用に分配され出力された後に、 重み付け器 5 0 2において重み付けを施される。 そして、 重み付けを施された無線信号は 、 アンテナ素子 5 0 1に出力された後に送信される。 受信時には、 各アンテ ナ素子 5 0 1で受信された無線信号が重み付け器 5 0 2において重み付けを 施された後に合成/分配器 5 0 3に出力される。 そして、 複数の重み付け器 5 0 2から出力されて合成//分配器 5 0 3に集約された無線信号は、 合成 Z 分配器 5 0 3おいて合成された後に送受信部 5 0 4に出力されて復調される しかしながら、 重み付け器 5 0 2において重み付けを施された無線信号は 、 必ずしも所望のアンテナ指向性を示さない場合がある。 これは、 重み付け を施された無線信号の位相が予定された位相とずれている即ち位相誤差を生 じているために現れる現象である。
そこで、 重み付け器 5 0 2において生じる位相誤差を校正する必要がある 。 この校正の手段として、 図 2に示す構成からなる無線送信ユニット 6 1 0 を具備するアレイアンテナ送信装置を用いる手段と、 図 3に示す構成からな る無線受信ュニット 7 1 0を具備するアレイアンテナ受信装置を用いる手段 と、 が知られている。
図 2には、 アンテナ素子 6 0 1、 減衰器 6 0 3及び送信無線部 6 0 2で構 成される無線送信ユニット 6 1 0を複数備え、 さらに複数の無線送信ュニッ ト 6 1 0に接続される第 1の選択器 6 0 4、 位相校正用送信信号変換部 6 0 5及びベースバンド処理部 6 0 6を具備するアレイアンテナ送信装置が記載 されている。
このアレイアンテナ送信装置は、 ベースバンド処理部 6 0 6において送信 ベースバンド信号に予め設定された重み係数を乗算して指向性送信ベースバ ンド信号を生成し、 この指向性送信ベースバンド信号を送信無線部 6 0 2に 出力する。 続いて、 このアレイアンテナ送信装置は、 送信無線部 6 0 2にお いて前記指向性送信ベースバンド信号に直交変調、 周波数アップコンパ一ト 及び増幅等の処理を施して、 前記指向性送信ベースバンド信号を無線信号に 変換する。 続いて、 このアレイアンテナ送信装置は、 前記無線信号をアンテ ナ素子 6 0 1から送信する。
また、 このアレイアンテナ送信装置は、 アンテナ素子 6 0 1から送信され る無線信号と同じ信号を位相校正用信号として取り出して、 この位相校正用 信号を減衰器 6 0 3を介して位相校正用送信信号変換部 6 0 5に出力する。 続いて、 このアレイアンテナ送信装置は、 位相校正用送信信号変換部 6 0 5 において位相校正用信号に周波数ダウンコンパ一トゃ直交復調等の処理を施 し、 位相校正用の基準ベースバンド信号を生成して、 この基準ベースバンド 04 004868
信号をベースバンド処理部 6 0 6に出力する。 ここで、 ベースバンド処理部 6 0 6は、 全ての無線送信ュニット 6 1 0についての重み係数を把握してい るため、 無線送信ュニット 6 1 0の間に生じるはずの位相差 （計算上の位相 差） も把握している。 そこで、 ベースバンド処理部 6 0 6は、 全ての無線送 信ュニット 6 1 0について基準ベースバンド信号の位相を測定して、 複数の 無線送信ュニット 6 1 0の間で実際に生じる位相差を測定し、 この実際の位 相差から計算上の位相差を差し引くことにより、 無線送信ュニット 6 1 0毎 の位相誤差を算出する。 そして、 ベースバンド処理部 6 0 6は、 この位相誤 差に基づいて無線送信ュニット 6 1 0毎に送信ベースパンド信号に乗算する 重み係数を適宜修正することにより、 各無線送信ユニット 6 1 0で生じる位 相誤差を校正する。
—方、 図 3には、 アンテナ素子 7 0 1、 減衰器 7 0 3及ぴ受信無線部 7 0 2で構成される無線受信ユニット 7 1 0を複数備え、 さらに複数の無線受信 ユニット 7 1 0に接続される第 2の選択器 7 0 4、 位相校正用受信信号変換 部 7 0 5及びベースバンド処 a部 7 0 6を具備するアレイアンテナ受信装置 が記載されている。
このアレイアンテナ受信装置は、 アンテナ素子 7 0 1で受信された無線信 号に受信無線部 7 0 2において増幅、 周波数ダウンコンバート及び直交復調 等の処理を施し、 この無線信号を受信ベースバンド信号に変換する。 この受 信ベースバンド信号は、 ベースバンド処理部 7 0 6に出力される。
また、 このアレイアンテナ受信装置は、 受信無線部 7 0 2に入力される前 の無線信号から減衰器 7 0 3を介して位相校正用信号を取り出し、 取り出さ れた位相校正用信号を位相校正用受信信号変換部 7 0 5に出力する。 続いて 、 このアレイアンテナ受信装置は、 位相校正用受信信号変換部 7 0 5におい て前記位相校正用信号に周波数ダウンコンパ一トゃ直交復調等の処理を施し て、 位相校正用の基準ベースバンド信号を生成する。 続いて、 この基準べ一 スパンド信号はベースバンド処理部 7 0 6に出力される。 ベースバンド処理部 7 0 6は、 受信無線部 7 0 2を経由して出力されてく る受信ベースバンド信号の位相と、 位相校正用受信信号変換部 7 0 5を経由 して出力されてくる位相校正用の基準ベースバンド信号の位相と、 を比較し て、 これら二つの経路の間で生じる無線受信ュニット 7 1 0毎の位相誤差を 全ての無線受信ユニット 7 1 0について測定する。 そして、 ベースバンド処 理部 7 0 6は、 全ての無線受信ュニット 7 1 0について測定された二つの経 路間で生じる位相誤差に基づいて前記受信ベースバンド信号に乗算する重み 係数を適宜調整することにより、 各無線受信ュニット 7 1 0で生じる位相誤 差を校正する。
しかしながら、 従来のアレイアンテナ送信装置と従来のアレイアンテナ受 信装置とは別個独立に形成される装置であるため、 これらを通信端末装置に 共に組み込む場合、 通信端末装置の小型化及び軽量化が妨げられる問題があ る。 特に移動体通信端末装置では軽薄短小であることが商品価値に直結する ため、 従来のァレイアンテナ送信装置と従来のアレイアンテナ受信装置とを 共に移動体通信端末装置に組み込む場合は、 従来のアレイアンテナ送信装置 の構成部と従来のアレイアンテナ受信装置の構成部とについて可能な限り共 用化を図る必要がある。
このような背景からアンテナ素子 6 0 1、 7 0 1を共用化したアレイアン テナ送受信装置が既に開発されているが、 このアレイアンテナ送受信装置で は、 送信される無線信号と受信される無線信号とがアンテナ素子の近傍で同 一の経路を通過し、 この同一の経路上から減衰器 6 0 3、 7 0 3によりそれ ぞれ位相校正用信号が取り出されるため、 位相校正用送信信号変換部 6 0 5 にアンテナ素子 7 0 1により受信された無線信号が混入したり、 位相校正用 受信信号変換部 7 0 5に送信無線部 6 0 2から出力された無線信号が混入し たりして、 送信される無線信号と受信される無線信号とが互いにノイズとし て混入し合う問題がある。 発明の開示
本発明の目的は、 構成が簡素で小型化及び軽量化を図り易く、 さらに同一 経路を通過する送信される無線信号と受信される無線信号とからそれぞれの 位相校正用信号をきれいに分離して取り出すことのできるアレイアンテナ送 受信装置を提供することである。
本発明の一形態によれば、 アレイァンテナ送受信装置は、 複数のアンテナ 素子と、 送信ベースバンド信号に対して前記ァンテナ素子それぞれに対応し た重み付け処理を行って指向性送信ベースパンド信号を形成すると共に、 複 数の前記アンテナ素子により受信された受信ベースバンド信号に前記アンテ ナ素子それぞれに対応した重み付け処理を行って指向性受信ベースパンド信 号を形成するベースバンド処理手段と、 前記ベースバンド処理手段と複数の 前記アンテナ素子との間にそれぞれ設けられ、 前記指向性送信ベースバンド 信号を無線信号に変換する複数の送信無線手段と、 前記ベースバンド処理手 段と複数の前記ァンテナ素子との間にそれぞれ設けられ、 前記ァンテナ素子 により受信された無線信号を受信ベースバンド信号に変換する複数の受信無 線手段と、 複数の前記送信無線手段から出力される前記無線信号を位相校正 用の基準ベースバンド信号に変換して前記ベースバンド処理手段に入力する 位相校正用送信信号変換手段と、 複数の前記アンテナ素子により受信された 前記無線信号を位相校正用の基準ベースバンド信号に変換して前記ベースバ ンド処理手段に入力する位相校正用受信信号変換手段と、 前記アンテナ素子 と前記送信無線手段及び前記受信無線手段との間に設けられた複数の方向性 結合器と、 前記方向性結合器により減衰されて出力される前記送信無線手段 からの複数の前記無線信号のうちいずれかを選択的に前記位相校正用送信信 号変換手段に供給する第 1の選択手段と、 前記方向性結合器により減衰され て出力される前記ァンテナ素子からの前記無線信号のうちいずれかを選択的 に前記位相校正用受信信号変換手段に供給する第 2の選択手段と、 を具備す る。 前記アレイアンテナ送受信装置において、 好ましくは、 前記方向性結合器 は、 前記アンテナ素子に接続される第 1の接続端子と、 前記送信無線手段及 び前記受信無線手段に接続される第 2の接続端子と、 前記第 1の接続端子と 方向性を示し、 かつ、 前記位相校正用受信信号変換手段に接続される第 3の 接続端子と、 前記第 2の接続端子と方向性を示し、 かつ、 前記位相校正用送 信信号変換手段に接続される第 4の接続端子と、 を具備する。
前記アレイアンテナ送受信装置において、 好ましくは、 前記位相校正用受 信信号変換手段と前記第 3の接続端子との間に、 前記位相校正用受信信号変 換手段又は終端のいずれか一方と前記第 3の接続端子とを接続する第 1のス イッチを具備し、 前記位相校正用送信信号変換手段と前記第 4の接続端子と の間に、 前記位相校正用送信信号変換手段又は終端のいずれか一方と前記第 4の接続端子とを接続する第 2のスィッチを具備する。
前記アレイアンテナ送受信装置において、 好ましくは、 前記位相校正用受 信信号変換手段と前記第 3の接続端子との間に、 前記アンテナ素子により受 信された前記無線信号を選択して通過させる第 1のバンドパスフィルタを具 備し、 前記位相校正用送信信号変換手段と前記第 4の接続端子との間に、 前 記送信無線手段から出力された前記無線信号を選択して通過させる第 2のバ ンドパスフィルタを具備する。
前記アレイアンテナ送受信装置において、 好ましくは、 前記送信無線手段 、 前記受信無線手段及び前記方向性結合器の前記第 2の接続端子に接続され 、 前記送信無線手段から出力されてくる前記無線信号を前記第 2の接続端子 に出力し、 前記第 2の接続端子から出力されてくる前記無線信号を前記受信 無線手段に出力するアンテナ共用器を具備する。 図面の簡単な説明
図 1は、 従来のァダプティブアレイ送受信装置の構成を示すプロック図、 図 2は、 従来のアレイアンテナ送信装置の構成を示すプロック図、 図 3は、 従来のアレイアンテナ受信装置の構成を示すプロック図、 図 4は、 本発明の実施の形態 1に係るアレイアンテナ送受信装置の構成を 示すブロック図、
図 5は、 本発明に係るアレイアンテナ送受信装置に具備される方向性結合 器の構成を示す図、
図 6は、 本発明の実施の形態 2に係るァレイ了ンテナ送受信装置の構成を 示すプロック図、
図 7は、 本発明の実施の形態 3に係るァレイアンテナ送受信装置の構成を 示すブロック図、 である。 発明を実施するための最良の形態
本発明の骨子は、 送信無線部及び受信無線部に接続されたアンテナ共用器 とァンテナ素子との間に方向性結合器を介在させ、 この方向性結合器の接続 端子について、 アンテナ共用器に接続される接続端子と方向性を示す接続端 子に送信無線部において生じる位相誤差を測定する際に用いられる基準べ一 スパンド信号を生成する位相校正用送信信号変換部を接続し、 一方アンテナ 素子に接続される接続端子と方向性を示す接続端子に受信無線部において生 じる位相誤差を測定する際に用いられる基準ベースバンド信号を生成する位 相校正用受信信号変換部を接続することである。
以下、 本発明の実施の形態について、 図面を参照して詳細に説明する。 (実施の形態 1 )
図 4は、 本発明の実施の形態 1に係るアレイァンテナ送受信装置の構成を 示すブロック図である。
本実施の形態に係るアレイアンテナ送受信装置は、 複数の無線ュニット 1 0 6、 第 1の選択器 1 0 9、 第 2の選択器 1 0 8、 位相校正用送信信号変換 部 1 1 0、 位相校正用受信信号変換部 1 1 1及びベースバンド処理部 1 0 7 を具備する。 また、 無線ユニット 1 0 6は、 アンテナ素子 1 0 1、 方向性結 合器 1 0 2、 アンテナ共用器 1 0 3、 送信無線部 1 0 4及び受信無線部 1 0
5を具備する。
アンテナ素子 1 0 1は、 ベースバンド処理部 1 0 7から送信無線部 1 0 4 、 アンテナ共用器 1 0 3及び方向性結合器 1 0 2を介して出力されてくる無 線信号を送信すると共に、 無線信号を受信して方向性結合器 1 0 2に出力す る。
方向性結合器 1 0 2は、 アンテナ素子 1 0 1に接続される第 1の接続端子 2 0 1と、 アンテナ共用器 1 0 3に接続される第 2の接続端子 2 0 2と、 第 1の接続端子 2 0 1と方向性を示し、 かつ、 位相校正用受信信号変換部 1 1 1に接続される第 3の接続端子 2 0 3と、 第 2の接続端子 2 0 2と方向性を 示し、 かつ、 位相校正用送信信号変換部 1 1 0に接続される第 4の接続端子 2 0 4と、 を具備する。 方向性結合器 1 0 2の機能及び動作については、 後 述する。
アンテナ共用器 1 0 3は、 方向性結合器 1 0 2と送信無線部 1 0 4及び受 信無線部 1 0 5とに接続され、 送信無線部 1 0 4から出力されてくる無線信 号を方向性結合器 1 0 2に出力し、 また方向性結合器 1 0 2から出力されて くる無線信号を受信無線部 1 0 5に出力する。 アンテナ共用器 1 0 3として は、 T D D (Time Division Duplex) 方式のアレイアンテナ送受信装置では S P D T (Single-Pole Double-Throw) の半導体スィッチが、 また F D D (F requency Division Duplex) 方式のアレイアンテナ送受信装置では誘電体フィ ルタの共用器が例示される。 S P D Tの半導体スィツチ及ぴ誘電体フィルタ を共に具備するアンテナ共用器として、 パナソエック社製の 「積層アンテナ スィツチフィルタ ( Lシリーズ) 」 が例示される。
送信無線部 1 0 4は、 直交変調器、 周波数アップコンバータ及びパワーァ ンプ等の構成部 (図示しない) を具備し、 ベースバンド処理部 1 0 7から出 力されてくる指向性送信ベースバンド信号を前記各構成部で処理した後にァ ンテナ共用器 1 0 3に出力する。 受信無線部 1 0 5は、 L N A (Low Noise Amplifier) 、 周波数ダウンコン バータ及び直交復調器等の構成部 （図示しない） を具備し、 アンテナ共用器 1 0 3から出力されてくる無線信号を前記各構成部で処理してベースパンド 信号に変換した後にベースバンド処理部 1 0 7に出力する。
ベースバンド処理部 1 0 7は、 複数の送信無線部 1 0 4、 複数の受信無線 部 1 0 5、 位相校正用送信信号変換部 1 1 0及び位相校正用受信信号変換部 1 1 1に接続される。 ベースパンド処理部 1 0 7の機能及ぴ動作については
、 後述する。
第 2の選択器 1 0 8は、 S ? 0丁又は3 P 8 T等の半導体スィツチで構成 され、 複数の無線ュニット 1 0 6が備える各方向性結合器 1 0 2の第 3の接 続端子 2 0 3と、 位相校正用受信信号変換部 1 1 1と、 に接続される。 また 、 第 2の選択器 1 0 8は、 予め設定された周期毎に接続する無線ュニット 1 0 6を切り替えて選択する。
同様に、 第 1の選択器 1 0 9は、 S P D T又は S P 8 T等の半導体スイツ チで構成され、 複数の無線ュ-ット 1 0 6が備える各方向性結合器 1 0 2の 第 4の接続端子 2 0 4と、 位相校正用送信信号変換部 1 1 0と、 に接続され る。 また、 選択器 1 0 9は、 予め設定された周期毎に接続する無線ユニット 1 0 6を切り替えて選択する。
位相校正用送信信号変換部 1 1 0は、 周波数ダウンコンバータ及び直交復 調器等 （図示しない） の各構成部を具備し、 第 1の選択器 1 0 9から出力さ れてくる位相校正用信号を前記各構成部で処理して基準ベースバンド信号に 変換した後に、 この基準ベースバンド信号をベースバンド処理部 1 0 7に出 力する。 .
同様に、 位相校正用受信信号変換部 1 1 1は、 周波数ダウンコンバータ及 び直交復調器等 （図示しない） の各構成部を具備し、 第 2の選択器 1 0 8か ら出力されてくる位相校正用信号を前記各構成部で処理して基準ベースバン ド信号に変換した後に、 この基準ベースバンド信号をベースバンド処理部 1 0 7に出力する。
図 5に、 方向性結合器 1 0 2の構成を示す。
方向性結合器 1 0 2は、 第 1から第 4までの 4つの接続端子を具備し、 第 1の接続端子 2 0 1にはアンテナ素子 1 0 1が接続され、 第 2の接続端子 2 0 2にはアンテナ共用器 1 0 3が接続され、 第 3の接続端子 2 0 3には第 2 の選択器 1 0 8が接続され、 第 4の接続端子 2 0 4には第 1の選択器 1 0 9 が接続される。 なお、 本発明における 「接続される J には、 各構成部が直接 的に接続される場合のみならず、 間接的に接続される場合も含まれる。 即ち 、 例えば 「方向性結合器 1 0 2の第 2の接続端子 2 0 2に送信無線部 1 0 4 及び受信無線部 1 0 5が接続される」 場合には、 「方向性結合器 1 0 2の第 2の接続端子 2 0 2に 「アンテナ共用器 1 0 3を介して」 送信無線部 1 0 4 及び受信無線部 1 0 5が接続される」 場合も含まれる。
方向性結合器 1 0 2は、 無線信号が入力される接続端子と方向性を示す他 の接続端子を具備するものであって、 第 1の接続端子 2 0 1に対しては第 3 の接続端子 2 0 3が方向性を示し、 第 2の接続端子 2 0 2に対しては第 4の 接続端子 2 0 4が方向性を示す。 ここで 「方向性を示す」 とは、 例えば結合 度が 2 0 d Bで揷入損失が 0 . 5 d Bの方向性結合器 1 0 2であれば、 第 1 の接続端子 2 0 1から入力される無線信号が第 3の接続端子 2 0 3から 2 0 d B減衰されて取り出されることを意味する。 このとき第 2の接続端子 2 0 2からは 0 . 5 d B減衰された無線信号が出力されるが、 第 4の接続端子 2 0 4からは無線信号を取り出すことができない。 また同様に、 第 2の接続端 子 2 0 2から入力される無線信号は、 第 4の接続端子 2 0 4から 2 0 d B減 衰されて取り出され、 第 2の接続端子 2 0 2からは 0 . 5 d B減衰されて出 力されるが、 第 3の接続端子 2 0 3からは無線信号を取り出すことができな い。
方向性結合器 1 0 2としては、 その具体的構成を特に限定されるものでは ないが、 例えば第 1の接続端子 2 0 1と第 2の接続端子 2 0 2とを結ぶ第 1 の経路、 並びに第 3の接続端子 2 0' 3と第 4の接続端子 2 0 4を結ぶ第 2の 経路について、 第 1の経路と第 2の経路との間に無線信号の波長; Lの 1 / 4 の間隔を置いて結合孔を 2つ設けたものが挙げられる。 その他、 方向性結合 器 1 0 2としては、 結合孔の個数がちがうものや長いスリットを用いるもの なども知られている。
次いで、 本実施の形態に係るァレイァンテナ送受信装置の動作及びその機 能について説明する。
先ず、 このアレイアンテナ送受信装置が無線信号を送信する場合の装置動 作について詳細に説明する。
ベースバンド処理部 1 0 7では、 送信ベースバンド信号にその出力先であ る無線ュニット 1 0 6毎に予め設定された重み係数が乗算されることにより 、 その位相を適宜変調された指向性送信ベースバンド信号が生成される。 こ の指向性送信ベースバンド信号は、 送信無線部 1 0 4に出力された後に、 直 交変調、 周波数アップコンパ一ト及び増幅処理を施されて無線信号に変換さ れる。 この無線信号は、 アンテナ共用器 1 0 3を介して方向性結合器 1 0 2 の第 2の接続端子 2 0 2に出力される。
続いて、 この無線信号は、 方向性結合器 1 0 2において、 その第 1の接続 端子 2 0 1から 0 . 5 d B減衰されて出力される。 この第 1の接続端子 2 0 1から出力された無線信号は、 アンテナ素子 1 0 1を通して送信される。 一方で、 方向性結合器 1 0 2において、 この無線信号は、 第 4の接続端子 2 0 4から 2 0 d B減衰され位相校正用信号として取り出されて第 1の選択 器 1 0 9に出力される。
第 1の選択器 1 0 9は、 予め設定された所定周期毎に複舉の無線ュ-ット 1 0 6の中から位相校正用送信信号変換部 1 1 0に接続する方向性結合器 1 0 2を選択する。 そのため、 位相校正用信号は、 第 1の選択器 1 0 9により 選択される周期毎に位相校正用送信信号変換部 1 1 0に出力される。
続いて、 位相校正用信号は、 位相校正用送信信号変換部 1 1 0において周 波数ダウンコンパ一ト及ぴ直交復調処理等を施されて、 位相校正用の基準べ 一スパンド信号に変換される。
この基準ベースバンド信号は、 直ちにベースバンド処理部 1 0 7に出力さ れる。 ベースバンド処理部 1 0 7では、 全ての無線ュニッ ト 1 0 6について 、 その基準ベースバンド信号の位相が測定される。
このようにベースバンド処理部 1 0 7から出力された指向性送信ベースバ ンド信号は、 送信無線部 1 0 4、 アンテナ共用器 1 0 3、 方向性結合器 1 0 2、 第 1の選択器 1 0 9及び位相校正用送信信号変換部 1 1 0を経由してそ の間に各種処理を施され、 最終的に位相校正用の基準ベースバンド信号とし てべ スパンド処理部 1 0 7に帰還する。
ベースバンド処理部 1 0 7から出力された指向性送信ベースバンド信号は 、 前記各種処理を施されるため、 前記各種処理を施す装置の個体差等により 予想外にその位相が変化する場合がある。 この予想外の位相変化を放置すれ ば、 複数の無線ュニット 1 0 6におけるアンテナ素子 1 0 1から送信される 無線信号が予定通りに干渉しなくなるため、 無線信号のアンテナ指向性が損 なわれる。
そこで、 ベースパンド処理部 1 0 7は、 帰還した基準ベースバンド信号の 位相を全ての無線ュニット 1 0 6について測定し、 その測定結果である無線 ユニット 1 0 6間に実際に生じている位相差から予め設定された重み係数に 基づく無線ュニット 1 0 6毎に生じるはずの位相差 （計算上の位相差） を差 し引いて、 複数の無線ュニット 1 0 6のいずれかに位相誤差が生じていない かを調査する。 そして、 この位相誤差を見出したときには、 ベースバンド処 理部 1 0 7は、 位相誤差を解消するように該当する無線ュニット 1 0 6につ いての前記重み係数を適宜調整する。
次に、 このアレイアンテナ送受信装置が無線信号を受信する場合の装置動 作について詳細に説明する。
アンテナ素子 1 0 1に受信された無線信号は、 方向性結合器 1 0 2の第 1 の接続端子 2 0 1に出力される。 この無線信号は、 方向性結合器 1 0 2にお いて、 第 2の接続端子 2 0 2から 0 . 5 d B減衰されて出力される。 この第 2の接続端子から出力される無線信号は、 アンテナ共用器 1 0 3を介して受 信無線部 1 0 5に出力される。
続いて、 この無線信号は、 受信無線部 1 0 5において増幅、 周波数ダウン コンバート及ぴ直交復調等の処理を施されて受信ベースバンド信号に変換さ れ、 ベースバンド処理部 1 0 7に出力される。 ベースバンド処理部 1 0 7で は、 全ての無線ュニット 1 0 6について受信ベースバンド信号の位相が測定 される。
一方で、 方向性結合器 1 0 2において、 アンテナ素子 1 0 1から出力され てくる無線信号は、 第 3の接続端子 2 0 3から 2 0 d B減衰され位相校正用 信号として取り出されて、 第 2の選択器 1 0 8に出力される。 第 2の選択器 1 0 8は、 予め設定された所定周期毎に複数の無線ュニット 1 0 6の中から 位相校正用受信信号変換部 1 1 1に接続する方向性結合器 1 0 2を選択する 。 そのため、 位相校正用信号は、 第 2の選択器 1 0 8により方向性結合器 1 0 2と位相校正用受信信号変換部 1 1 1とが接続される周期毎に位相校正用 受信信号変換部 1 1 1に出力される。
続いて、 位相校正用信号は、 位相校正用受信信号変換部 1 1 1において周 波数ダウンコンバート及び直交復調処理を施されて位相校正用の基準ベース バンド信号に変換された後に、 ベースパンド処理部 1 0 7に出力される。 ベースバンド処理部 1 0 7においては、 全ての無線ュュット 1 0 6につい て位相校正用の受信ベースバンド信号の位相が測定される。
ベースバンド処理部 1 0 7では、 受信無線部 1 0 5を経由して出力されて くる受信ベースバンド信号の位相と、 位相校正用受信信号変換部 1 1 1を経 由して出力されてくる基準ベースパンド信号の位相と、 を比較して、 これら 二つのベースバンド信号の間で観測される位相誤差を全ての無線ュニット 1 0 6について測定する。 そして、 ベースバンド処 a部 l o 7は、 位相校正用の基準ベースバンド信 号の位相を基準として前記受信ベースバンド信号に乗算する重み係数を適宜 調整することにより、 受信ベースバンド信号の位相を基準ベースバンド信号 の位相に同調させて、 これらの間で観測される位相誤差を校正する。
このように、 本実施の形態に係るアレイアンテナ送受信装置によれば、 ァ ンテナ共用器 1 0 3を用いるため、 アンテナ素子 1 0 1及び減衰器 6 0 3、 7 0 3を送信用と受信用とで個別に設ける必要がなくなることから、 アレイ アンテナ送受信装置の構成を簡素化して、 その小型化及び軽量化を図ること ができる。
また、 本実施の形態によれば、 アンテナ素子 1 0 1と送信無線部 1 0 4及 ぴ受信無線部 1 0 5との間に方向性結合器 1 0 2が設けられるため、 アンテ ナ素子 1 0 1の近傍において同一経路を通過する送信される無線信号と受信 される無線信号とからそれぞれの位相校正用信号をきれいに分離して取り出 すことができる。
また、 本実施の形態によれば、 受信された無線信号が送信無線部 1 0 4に 入力されること及び送信される無線信号が受信無線部 1 0 5に入力されるこ とがアンテナ共用器 1 0 2によって阻止されるため、 ベースパンド処理部 1 0 7へのノイズの混入を効果的に軽減することができる。
また、 本実施の形態に係るアレイアンテナ送受信装置によれば、 アンテナ 素子 1 0 1とアンテナ共用器 1 0 3との間に方向性結合器 1 0 2が設置され 、 かつ、 方向性結合器 1 0 2において送信される無線信号と受信される無線 信号がそれぞれ異なる接続端子から入力されてそれぞれ方向性を示す他の接 続端子から位相校正用信号が別々に取り出されるため、 アンテナ共用器 1 0 3と送信無線部 1 0 4で生じる位相誤差及びアンテナ共用器 1 0 3と受信無 線部 1 0 5で生じる位相誤差を正確に測定することができる。
なお、 本実施の形態に係るアレイアンテナ送受信装置を以下のように変形 したり、 応用したりしてもよい。 本実施の形態では、 アンテナ共用器 1 0 3として S P D Tの半導体スィッ チゃ誘電体フィルタを用いる場合について説明したが、 本発明はこの場合に 限定されるものではなく、 例えばアンテナ共用器 1 0 3を用いることなく、 F D D方式のアレイアンテナ送受信装置では送信無線部 1 0 4及ぴ受信無線 部 1 0 5にそれぞれ異なる周波数の無線信号を通過させるバンドパスフィル タを設けてもよく、 また T D D方式のアレイアンテナ送受信装置では送信無 線部 1 0 4及ぴ受信無線部 1 0 5にそれぞれ送信時又は受信時を自動的に判 別して方向性結合器 1 0 2に接続するスィッチを設けてもよい。
ちなみに、 本発明に係るアレイアンテナ送受信装置には、 ァダプティブァ レイアンテナ送受信装置が含まれる。
(実施の形態 2 )
図 6は、 本発明の実施の形態 2に係るアレイァンテナ送受信装置の構成を 示すプロック図である。
以下、 本実施の形態に係るアレイアンテナ送受信装置について、 適宜図を 参照しつつ説明するが、 実施の形態 1において示した構成要素と同様の機能 を発揮する構成要素については、 同一の参照符号を附してその説明を省略す る。
本実施の形態に係るアレイアンテナ送受信装置は、 実施の形態 1に係るァ レイアンテナ送受信装置において、 第 1の選択器 1 0 9と位相校正用送信信 号変換部 1 1 0との間に第 2のスィッチ 3 0 1を設け、 また第 2の選択器 1 0 8と位相校正用受信信号変換部 1 1 1との間に第 1のスィッチ 3 0 3を設 けたものである。
第 2のスィッチ 3 0 1は、 S P D Tスィッチであって、 位相校正用送信信 号変換部 1 1 0と抵抗終端 3 0 2のいずれか一方が第 1の選択器 1 0 9に選 択的に接続されるものである。
また、 第 1のスィツチ 3 0 3も、 S P D Tスィツチであって、 位相校正用 受信信号変換部 1 1 1と抵抗終端 3 0 4のいずれか一方が第 2の選択器 1 0 8に選択的に接続されるものである。
本実施の形態に係るアレイァンテナ送受信装置は、 T D D方式の通信に適 したものである。 T D D方式の通信では、 送信される無線信号と受信される 無線信号とに同一周波数の搬送波を使用し、 送信と受信を時間的に交互に行 う。
そこで、 第 2のスィッチ 3 0 1は、 送信時においては位相校正用信号が位 相校正用送信信号変換部 1 1 0に出力されるように、 第 1の選択器 1 0 9と 位相校正用送信信号変換部 1 1 0とを接続する。 このとき第 1のスィッチ 3 0 3は、 第 2の選択器 1 0 8から位相校正用信号が位相校正用受信信号変換 部 1 1 1に出力されないように第 2の選択器 1 0 8と抵抗終端 3 0 4とを接 続する。
また、 第 2のスィッチ 3 0 1は、 受信時においては位相校正用信号が位相 校正用送信信号変換部 1 1 0に出力されないように第 1の選択器 1 0 9と抵 抗終端 3 0 2とを接続する。 このとき第 1のスィッチ 3 0 3は、 第 2の選択 器 1 0 8から位相校正用信号が位相校正用受信信号変換部 1 1 1に出力され るように第 2の選択器 1 0 8と位相校正用受信信号変換部 1 1 1とを接続す る。
このように、 本実施の形態に係るアレイアンテナ送受信装置によれば、 無 線信号の送信時又は受信時において、 第 2のスィッチ 3 0 1又は第 1のスィ ツチ 3 0 3が適宜自動的に抵抗終端 3 1 2、 3 1 4に接続されるため、 位相 校正用送信信号変換部 1 1 0又は位相校正用受信信号変換部 1 1 1にノイズ が入ることを効果的に抑制することができる。
従って、 本実施の形態に係るアレイアンテナ送受信装置によれば、 位相校 正用送信信号変換部 1 1 0と位相校正用受信信号変換部 1 1 1とのアイソレ ーシヨンを高めることができる。
(実施の形態 3 )
図 7は、 本発明の実施の形態 3に係るアレイアンテナ送受信装置の構成を 示すプロック図である。
以下、 本実施の形態に係るアレイアンテナ送受信装置について、 適宜図を 参照しつつ説明するが、 実施の形態 1において示した構成要素と同様の機能 を発揮する構成要素については、 同一の参照符号を附してその説明を省略す る。
本実施の形態に係るアレイアンテナ送受信装置は、 実施の形態 1に係るァ レイアンテナ送受信装置において、 第 1の選択器 1 0 9と位相校正用送信信 号変換部 1 1 0との間に第 2のバンドパスフィルタ 4 0 1を設け、 また第 2 の選択器 1 0 8と位相校正用受信信号変換部 1 1 1との間に第 1のバンドパ スフィルタ 4 0 2を設けるものである。
本実施の形態に係るアレイアンテナ送受信装置は、 F D D方式の通信に適 したものである。 F D D方式の通信では、 送信される無線信号と受信される 無線信号とに周波数の異なる搬送波が使用される。 そのため、 アンテナ共用 器 1 0 3は、 誘電体フィルタを具備するものであることが好ましい。
第 2のバンドパスフィルタ 4 0 1は、 受信される無線信号に由来して方向 性結合器 1 0 2から漏れ出てくる位相校正用信号を遮断して、 送信される無 線信号に由来する位相校正用信号だけを選択的に通過させるように、 取り出 すことのできる周波数が適宜選択される。
同様に、 第 1のバンドパスフィルタ 4 0 2も、 送信される無線信号に由来 して方向性結合器 1 0 2から漏れ出てくる位相校正用信号を遮断して、 受信 される無線信号に由来する位相校正用信号だけを選択的に通過させるように 、 取り出すことのできる周波数が適宜選択される。
このように、 本実施の形態に係るアレイアンテナ送受信装置によれば、 F D D方式の通信において、 第 2のバンドパスフィルタ 4 0 1及び第 1のバン ドパスフィルタ 4 0 2が予め設定された周波数以外の無線信号の通過を遮断 するため、 位相校正用送信信号変換部 1 1 0及び位相校正用受信信号変換部 1 1 1にノイズが入ることを効果的に抑制できる。 2004/004868
18
従って、 本実施の形態に係るアレイアンテナ送受信装置によれば、 位相校 正用送信信号変換部 1 10と位相校正用受信信号変換部 1 1 1とのアイソレ ーションを改善して、 アイソレーションの劣化に由来する位相校正用送信信 号変換部 1 1 0及び位相校正用受信信号変換部 1 1 1の出力の減衰量の変動 や位相の変動を小さくすることができる。
本明細書は、 2003年 4月 1 5日出願の特願 2003— 1 1 0640に 基づくものである。 この内容を全てここに含めておく。 産業上の利用可能性
本発明は、 移動体通信システムにおける基地局装置等に適用することがで さる。

Claims

請求の範囲
1 . 複数のアンテナ素子と、
送信ベースバンド信号に対して前記アンテナ素子それぞれに対応した重み 付け処理を行って指向性送信ベースバンド信号を形成すると共に、 複数の前 記アンテナ素子により受信された受信べ一スパンド信号に前記アンテナ素子 それぞれに対応した重み付け処理を行って指向性受信ベースバンド信号を形 成するベースバンド処理手段と、
前記ベースバンド処理手段と複数の前記アンテナ素子との間にそれぞれ設 けられ、 前記指向性送信ベースパンド信号を無線信号に変換する複数の送信 無線手段と、
前記ベースバンド処理手段と複数の前記アンテナ素子との間にそれぞれ設 けられ、 前記アンテナ素子により受信された無線信号を受信ベースバンド信 号に変換する複数の受信無線手段と、
複数の前記送信無線手段から出力される前記無線信号を位相校正用の基準 ベースバンド信号に変換して前記ベースバンド処理手段に入力する位相校正 用送信信号変換手段と、
複数の前記アンテナ素子により受信された前記無線信号を位相校正用の基 準ベースバンド信号に変換して前記ベースバンド処理手段に入力する位相校 正用受信信号変換手段と、
前記アンテナ素子と前記送信無線手段及び前記受信無線手段との間に設け られた複数の方向性結合器と、
前記方向性結合器により減衰されて出力される前記送信無線手段からの複 数の前記無線信号のうちいずれかを選択的に前記位相校正用送信信号変換手 段に供給する第 1の選択手段と、
前記方向性結合器により減衰されて出力される前記ァンテナ素子からの前 記無線信号のうちいずれかを選択的に前記位相校正用受信信号変換手段に供 給する第 2の選択手段と、
を具備することを特徴とするアレイァンテナ送受信装置。
2 . 前記方向性結合器は、 前記アンテナ素子に接続される第 1の接続端子 と、 前記送信無線手段及び前記受信無線手段に接続される第 2の接続端子と 、 前記第 1の接続端子と方向性を示し、 かつ、 前記位相校正用受信信号変換 手段に接続される第 3の接続端子と、 前記第 2の接続端子と方向性を示し、 かつ、 前記位相校正用送信信号変換手段に接続される第 4の接続端子と、 を 具備することを特徴とする請求の範囲第 1項記載のァレイアンテナ送受信装 置。
3 . 前記位相校正用受信信号変換手段と前記第 3の接続端子との間に、 前 記位相校正用受信信号変換手段又は終端のいずれか一方と前記第 3の接続端 子とを接続する第 1のスィツチを具備し、
前記位相校正用送信信号変換手段と前記第 4の接続端子との間に、 前記位 相校正用送信信号変換手段又は終端のいずれか一方と前記第 4の接続端子と を接続する第 2のスィツチを具備することを特徴とする請求の範囲第 2項記
4 . 前記位相校正用受信信号変換手段と前記第 3の接続端子との間に、 前 記アンテナ素子により受信された前記無線信号を選択して通過させる第 1の バンドパスフィルタを具備し、
前記位相校正用送信信号変換手段と前記第 4の接続端子との間に、 前記送 信無線手段から出力された前記無線信号を選択して通過させる第 2のパンド パスフィルタを具備することを特徴とする請求の範囲第 2項記載のァレイァ ンテナ送受信装置。
5 . 前記送信無線手段、 前記受信無線手段及ぴ前記方向性結合器の前記第 2の接続端子に接続され、 前記送信無線手段から出力されてくる前記無線信 号を前記第 2の接続端子に出力し、 前記第 2の接続端子から出力されてくる 前記無線信号を前記受信無線手段に出力するアンテナ共用器を具備すること を特徴とする請求の範囲第 2項から第4項のいずれかに記載のァ ナ送受信装置。
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