WO2017216988A1 - 位相制御装置及びアレーアンテナシステム - Google Patents

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WO2017216988A1
WO2017216988A1 PCT/JP2016/087802 JP2016087802W WO2017216988A1 WO 2017216988 A1 WO2017216988 A1 WO 2017216988A1 JP 2016087802 W JP2016087802 W JP 2016087802W WO 2017216988 A1 WO2017216988 A1 WO 2017216988A1
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WO
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phase
level
input
signal
phase shifter
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Application number
PCT/JP2016/087802
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English (en)
French (fr)
Inventor
享広 吉田
Original Assignee
住友電気工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/10—Polarisation diversity; Directional diversity

Definitions

  • the present invention relates to a phase control device and an array antenna system.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2016-111080 filed on June 13, 2016, and incorporates all the description content described in the aforementioned Japanese application.
  • the active antenna system includes a plurality of antenna elements and a plurality of transmission / reception units provided corresponding to the plurality of antenna elements. For this reason, the radio signal transmitted / received for each antenna element can be controlled, and the controllability is excellent, and it is possible to provide a new service that can improve the communication environment by using this excellent controllability ( For example, see Patent Document 1).
  • the phase control device is a phase control device including a phase shifter that adjusts a phase of a signal, and includes an input signal extraction unit that extracts an input signal to the phase shifter, and the extracted input signal.
  • a reference phase shifter for setting a phase
  • an output signal extraction unit for extracting an output signal output from the phase shifter, the input signal whose phase is set by the reference phase shifter, and the extracted output signal
  • a synthesis level detector for detecting a synthesis level that is a level of a synthesized signal of the synthesizer, and the reference phase shifter and the phase shift so that a phase of the output signal becomes a desired phase.
  • a control unit that controls the reference phase shifter so that the phase of the extracted input signal is opposite to the desired phase, and the input of the opposite phase Combining the signal and the output signal
  • the phase shifter is controlled based on the input level, which is the level of the input signal, and the composite level detected by the composite level detector, so that these two signals cancel each other when they are combined by It is a control device.
  • An array antenna system includes a plurality of antenna elements, a plurality of phase shifters that individually adjust phases of signals transmitted by the antenna elements, and input signals to the plurality of phase shifters.
  • a detector and a control unit that controls the reference phase shifter and the corresponding phase shifter so that a phase of the output signal input to the antenna element becomes a desired phase, and The control unit controls the reference phase shifter so that the phase of the extracted input signal is opposite to the desired phase, and combines the input signal and the output signal having the opposite phase by the combiner.
  • An array antenna system that controls the phase shift
  • the present disclosure can be realized not only as a phase control apparatus including such a characteristic processing unit, but also as a method using such characteristic processing as a step, or causing a computer to execute such characteristic processing steps. Can be realized as a program. Further, it can be realized as a semiconductor integrated circuit that realizes part or all of the phase control device.
  • an object of the present invention is to provide a phase control apparatus and an array antenna system that can adjust the phase of a signal to a desired phase during communication.
  • the phase of a signal can be adjusted to a desired phase during communication.
  • a phase control device is a phase control device including a phase shifter that adjusts the phase of a signal, and an input signal extraction unit that extracts an input signal to the phase shifter; A reference phase shifter for setting the phase of the extracted input signal, an output signal extraction unit for extracting an output signal output from the phase shifter, and the input signal whose phase is set by the reference phase shifter, And a synthesizer for synthesizing the extracted output signal, a synthesis level detector for detecting a synthesis level which is a level of the synthesized signal of the synthesizer, and the reference so that the phase of the output signal becomes a desired phase.
  • phase shifter controls the reference phase shifter so that the phase of the extracted input signal is opposite to the desired phase.
  • the control unit controls the reference phase shifter so that the phase of the input signal extracted by the input signal extraction unit is opposite to the desired phase. Then, the control unit controls the phase shifter so as to cancel each other out when the input signal having the opposite phase and the output signal extracted by the output signal extraction unit are combined by the combiner. .
  • the output signal synthesized by the synthesizer is adjusted to have an opposite phase to the input signal synthesized with the output signal, that is, in phase with the desired phase.
  • the phase of the output signal output from the phase shifter can be set to the desired phase. Therefore, the phase of the signal can be adjusted to a desired phase during communication.
  • the phase shifter when controlling the phase shifter so as to cancel the two signals, the phase shifter is controlled based on the input level of the input signal and the composite level of the composite signal detected by the composite level detector. Therefore, for example, by controlling the phase shifter based on the ratio between the input level and the composite level, the phase shifter is set so as to cancel both signals even if the value of the input level changes greatly during communication. Can be controlled.
  • the phase control device further includes an input level detector that detects an input level of the extracted input signal. If the input level of the input signal can be grasped by the control unit, the input level detector may not be provided. However, if the input level detector is provided, the input level of the input signal extracted from the input signal extraction unit Is detected by the input level detector, the timing at which the input level of the input signal is detected can be approximated to the timing at which the input signal is input to the synthesizer. Thus, the control unit can easily control the phase shifter without considering the delay error between the two timings.
  • the control unit controls the phase shifter so that a ratio between the input level and the combined level is equal to or less than a threshold value. In this case, even if the value of the input level changes greatly during communication, the control unit controls the phase shifter so that the ratio between the input level and the composite level is equal to or less than the threshold value. Can be offset.
  • the control unit weights a threshold value of the synthesis level according to the input level, and controls the phase shifter so that the synthesis level is equal to or lower than the threshold value after the weighting. May be. In this case, even if the value of the input level changes greatly during communication, the control unit sets the threshold value to an appropriate value according to the input level, so that the both signals can be canceled easily and reliably.
  • the phaser can be controlled.
  • the phase control device further includes a correction unit that corrects the synthesis level, and the control unit controls the correction unit according to the input level, and the corrected synthesis level is equal to or less than a threshold value.
  • the phase shifter may be controlled as described above. In this case, even if the value of the input level changes greatly during communication, the control unit corrects the composite level to an appropriate value according to the input level, so that the two signals are surely canceled. Can be controlled.
  • the correction unit is an integrator that integrates the composite level, and the control unit is configured to change the integration time of the integrator according to the input level. Is preferably controlled. In this case, the control unit can correct the synthesis level to an appropriate value by changing the integration time of the integrator in accordance with the changing input level.
  • the phaser can be controlled.
  • the correction unit is an amplifier that amplifies the combined level, and the control unit controls the amplifier to change a gain of the amplifier according to the input level. Also good.
  • the control unit can correct the combined level to an appropriate value by changing the gain of the amplifier that amplifies the combined level in accordance with the changing input level.
  • the phase shifter can be controlled to do so.
  • An array antenna system includes a plurality of antenna elements, a plurality of phase shifters that individually adjust phases of signals transmitted by these antenna elements, and a plurality of the phase shift elements.
  • An input signal extraction unit that extracts an input signal to the device, a reference phase shifter that sets the phase of the extracted input signal, and an output that is output from each phase shifter and input to the corresponding antenna element
  • a plurality of output signal extraction units that extract signals, a synthesizer that synthesizes the input signal whose phase is set by the reference phase shifter, and the extracted output signal, and a level of a synthesized signal of the synthesizer.
  • a synthesis level detector that detects a synthesis level, and a control that controls the reference phase shifter and the corresponding phase shifter so that the phase of the output signal input to the antenna element becomes a desired phase.
  • the control unit controls the reference phase shifter so that the phase of the extracted input signal is opposite to the desired phase, and the input signal and the output signal having the opposite phase
  • the phase shifter is controlled based on the input level, which is the level of the input signal, and the synthesis level detected by the synthesis level detector, so that these two signals are canceled with each other when the signal is synthesized by the synthesizer. Control.
  • the control unit controls the reference phase shifter so that the phase of the input signal extracted by the input signal extraction unit is opposite to the desired phase. Then, the control unit uses a phase shifter so as to cancel each other when the input signal having the opposite phase and the output signal extracted by the corresponding output signal extraction unit are combined by the combiner. Control. As a result, the output signal synthesized by the synthesizer is adjusted to have an opposite phase to the input signal synthesized with the output signal, that is, in phase with the desired phase. As a result, the output signal output from each phase shifter is transmitted from the corresponding antenna element with the desired phase. Therefore, the phases of signals transmitted from the plurality of antenna elements during communication can be adjusted to desired phases, respectively.
  • the phase shifter when controlling the phase shifter so as to cancel the two signals, the phase shifter is controlled based on the input level of the input signal and the composite level of the composite signal detected by the detector. For example, by controlling the phase shifter based on the ratio between the input level and the composite level, the phase shifter can be reliably canceled even if the value of the input level changes greatly during communication. Can be controlled.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a part of a base station apparatus provided with an array antenna system according to the first embodiment of the present invention.
  • a base station apparatus 1 has a function as a communication apparatus that performs wireless communication with other communication apparatuses.
  • An active antenna system 4 is provided as an array antenna system connected via an optical transmission path or an electrical transmission path 3.
  • the baseband unit 2 has a function of performing processing such as digital modulation / demodulation processing on a baseband signal including data transmitted and received by wireless communication, and a digital baseband signal (I / Q signal including transmission data). ) To the active antenna system 4 through the signal transmission path 3. Further, the baseband unit 2 acquires a digital baseband signal (I / Q signal) including received data, which is given from the active antenna system 4 via the signal transmission path 3.
  • the active antenna system 4 (hereinafter also simply referred to as the antenna system 4) includes a plurality of (here, eight) antenna elements 5 for transmitting and receiving radio frequency signals, and the base station apparatus 1 is connected to other communication apparatuses. Have a function of transmitting and receiving a radio signal related to the wireless communication.
  • the antenna system 4 performs various signal processing on the digital baseband signal given from the baseband unit 2 to convert it into an analog radio frequency signal, and transmits it from the plurality of antenna elements 5 as a radio signal.
  • the antenna system 4 converts various radio frequency signals received as radio signals by the plurality of antenna elements 5 into digital baseband signals, and converts the converted baseband signals into baseband units. Give to 2.
  • the base station apparatus 1 converts the baseband signal including the transmission data into a radio frequency signal and transmits it to another communication apparatus, and receives the radio frequency signal transmitted by the other communication apparatus.
  • a baseband signal including received data from another communication device is acquired.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the antenna system 4 on the transmission side.
  • the antenna system 4 includes a digital signal processing unit 8 and an analog signal processing unit 9.
  • the baseband signal given to the antenna system 4 as a transmission signal for wireless communication from the baseband unit 2 is subjected to digital signal processing by the digital signal processing unit 8 and then given to the analog signal processing unit 9 to obtain an analog radio frequency.
  • the baseband signal given to the antenna system 4 as a transmission signal for wireless communication from the baseband unit 2 is subjected to digital signal processing by the digital signal processing unit 8 and then given to the analog signal processing unit 9 to obtain an analog radio frequency.
  • Analog radio frequency signals applied to the respective antenna elements 5A to 5H are radiated into the space from the respective antenna elements 5A to 5H and transmitted as radio signals.
  • the digital signal processing unit 8 is configured by a computer including a CPU, a storage unit, and the like. Each functional unit included in the digital signal processing unit 8 described below by reading a program stored in the storage unit and the like is described below. And a function of executing various processes.
  • the digital signal processing unit 8 performs processing on the transmission side that gives the baseband signal given from the baseband unit 2 to the analog signal processing unit 9 and reception that gives the baseband signal given from the analog signal processing unit 9 to the baseband unit 2 Side processing.
  • the analog signal processing unit 9 converts the digital baseband signal given from the digital signal processing unit 8 into an analog signal, performs analog signal processing necessary for transmission as a radio signal, and obtains a radio frequency obtained by analog signal processing The signal is given to the antenna element 5.
  • the analog signal processing unit 9 includes a digital to analog converter (DAC) 11 that converts a digital baseband signal supplied from the digital signal processing unit 8 into analog.
  • the analog signal processing unit 9 includes an up-converter 12, a power distributor 14, a plurality of variable attenuators 15, a plurality of phase shifters 16, between the digital-analog converter 11 and the antenna element 5.
  • a plurality of power amplifiers (PA) 17 are provided.
  • the digital-analog converter 11 supplies the baseband signal converted into analog to an up-converter 12 described later.
  • the up-converter 12 has a function of converting (up-converting) the baseband signal into a radio frequency signal by multiplying the baseband signal by a radio frequency local oscillation signal generated by the oscillator 13.
  • the up-converter 12 passes a radio frequency signal obtained by frequency-converting the baseband signal to the power distributor 14 through an input signal extraction unit 18 described later.
  • the power distributor 14 distributes the radio frequency signal into a plurality of pieces corresponding to the plurality of antenna elements 5A to 5H.
  • the variable attenuator 15 is given the radio frequency signal distributed by the power distributor 14.
  • the variable attenuator 15 adjusts the gain for each radio frequency signal distributed by the power distributor 14.
  • a radio frequency signal whose gain is adjusted by the variable attenuator 15 is given to the phase shifter 16.
  • the plurality of phase shifters 16 individually adjust the phase for each radio frequency signal whose gain is adjusted by each variable attenuator 15. Accordingly, the plurality of phase shifters 16 can control the tilt angle (directivity) of the radio frequency signal transmitted from each of the plurality of antenna elements 5A to 5H.
  • the power amplifier 17 has a function of amplifying the power of the radio frequency signal whose phase is adjusted by the phase shifter 16.
  • the power amplifier 17 passes the amplified radio frequency signal to the antenna element 5 through an output signal extraction unit 23 described later.
  • the radio frequency signal given from the power amplifier 17 to the antenna element 5 is radiated from the antenna element 5 to the space and transmitted as a radio signal.
  • variable attenuator 15, the phase shifter 16, and the power amplifier 17 are provided for each of the antenna elements 5A to 5H, and are distributed from the power distributor 14 so as to correspond to each of the antenna elements 5A to 5H.
  • the analog processing necessary for the transmission signal is performed.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a control configuration of the antenna system 4.
  • the antenna system 4 includes an input signal extraction unit 18, a reference phase shifter 21, a plurality of output signal extraction units 23, a synthesizer 32, a synthesis level detector 33, a signal extraction unit 34, and an input level detector as main control components. 35 and a control unit 40 are provided.
  • the input signal extraction unit 18 has a function of extracting an input signal (radio frequency signal) to each phase shifter 16.
  • the input signal extraction unit 18 in the present embodiment is provided between the up converter 12 and the power distributor 14 (see FIG. 2), and extracts a radio frequency signal that has been frequency converted by the up converter 12. Yes.
  • a signal extraction unit 34 is further provided in the middle of the first branch line 51 branched from the input signal extraction unit 18.
  • the input signal that has passed through the signal extraction unit 34 in the first branch line 51 is applied to the reference phase shifter 21, and the input signal that is extracted from the first branch line 51 by the signal extraction unit 34 is applied to the input level detector 35. .
  • the reference phase shifter 21 is provided in the middle of the first branch line 51, and sets the phase of the input signal extracted by the input signal extraction unit 18.
  • the input signal whose phase is set by the reference phase shifter 21 is supplied to the variable attenuator 22, and the gain is adjusted by the variable attenuator 22.
  • the input signal whose gain is adjusted by the variable attenuator 22 is supplied to a synthesizer 32 (described later).
  • a specific phase setting method by the reference phase shifter 21 and a specific gain adjustment method by the variable attenuator 22 will be described later.
  • An input signal path adjustment unit 19 is provided between the input signal extraction unit 18 and the signal extraction unit 34.
  • the input signal path adjustment unit 19 adjusts the path length from the input signal extraction unit 18 to the synthesizer 32 via the reference phase shifter 21. Specifically, the input signal path adjustment unit 19 matches the path length so as to match or approximate the input timing of the input signal in the synthesizer 32 and the input timing of the output signal extracted by the output signal extraction unit 23. Is to adjust.
  • the output signal extraction unit 23 has a function of extracting an output signal (radio frequency signal) output from each phase shifter 16 and input to the corresponding antenna element 5.
  • the plurality of output signal extraction units 23 in the present embodiment are provided in the subsequent stage of each power amplifier 17 and at a position away from the corresponding antenna element 5 by a certain distance.
  • the second branch line 53 branched from the output signal extraction unit 23 is provided with a switching unit 24 and an output signal path adjustment unit 25 in this order.
  • the switching unit 24 and the output signal path adjusting unit 25 are provided for each antenna element 5.
  • the switching unit 24 includes, for example, a three-port switch having an a contact, a b contact, and a c contact, and switches the c contact so as to be connected to one of the a contact and the b contact.
  • the contact c of the switching unit 24 is connected to the output signal extraction unit 23.
  • the contact a of the switching unit 24 is connected to the ground via a resistor 24a and a smoothing capacitor 24b, and the output signal path adjusting unit 25 is connected to the contact b of the switching unit 24.
  • the output signal path adjustment unit 25 adjusts the path length from each output signal extraction unit 23 via the second branch line 53 to the synthesizer 32.
  • the output signal path adjustment unit 25 is configured so that the difference between the plurality of path lengths from each output signal extraction unit 23 to the synthesizer 32 is an integral multiple of the wavelength of the used frequency. Each path length is adjusted individually.
  • a variable attenuator 31 is provided between the output signal path adjustment unit 25 of the second branch line 53 and the synthesizer 32.
  • the variable attenuator 31 adjusts the gain of the output signal output to the second branch line 53.
  • the output signal whose gain is adjusted by the variable attenuator 31 is supplied to the synthesizer 32.
  • the synthesizer 32 corresponds to the input signal whose phase is set by the reference phase shifter 21 and the switching unit 24 connected to the b contact.
  • the output signal extracted by the output signal extraction unit 23 is synthesized.
  • a synthesis level detector 33 for detecting a synthesis level that is a level of the synthesized signal when the two signals are synthesized by the synthesizer 32 is provided.
  • the composite level detector 33 in the present embodiment is formed of, for example, a detection diode, and detects the voltage of the input composite signal as a composite level.
  • the combined level detector 33 may be another detector as long as it can detect the state of the combined signal, such as a spectrum analyzer.
  • the synthesis level detected by the synthesis level detector 33 is given to the control unit 40.
  • the input level detector 35 is provided on the third branch line 57 branched from the signal extraction unit 34, and detects an input level that is the level of the input signal extracted by the signal extraction unit 34.
  • the input level detector 35 in the present embodiment is composed of, for example, a detection diode, and detects the voltage of the input signal that has been input as the input level.
  • the input level detector 35 can detect the input level of the input signal from the input signal extraction unit 18 to the synthesizer 32.
  • the input level detected by the input level detector 35 is given to the control unit 40.
  • the signal extraction unit 34 is preferably provided on a path from the input signal path adjustment unit 19 to the variable attenuator 22, and may be provided at an arbitrary position on this path.
  • the signal extraction unit 34 of the present embodiment is provided on the path through which the input signal flows, but is on the path through which the output signal extracted by the output signal extraction unit 23 flows (for example, variable with the output signal path adjustment unit 25). It may be provided on the path between the attenuator 31 and the attenuator 31.
  • the output level of the output signal extracted from the signal extraction unit 34 may be detected by a detector, and the detected output level may be corrected by the control unit 40 to obtain the input level.
  • the antenna system 4 according to the present embodiment includes the signal extraction unit 34 and the input level detector 35. However, when the control unit 40 can grasp the input level of the input signal as digital information, the signal extraction unit 34 is provided.
  • the input level detector 35 may not be provided.
  • the control unit 40 is configured by a computer including a CPU and a storage unit 43.
  • the control unit 40 reads out a computer program or the like stored in the storage unit 43 and realizes each functional unit included in the control unit 40 described below. And has a function of executing various processes.
  • the computer program can be stored in a recording medium such as a CD-ROM.
  • the control unit 40 is connected to the baseband unit 2 and receives control information including a control command for setting a tilt angle of a signal transmitted by the antenna element 5 and a carrier frequency from the baseband unit 2.
  • the control unit 40 includes a phase control unit 41 as a functional unit achieved by executing the computer program.
  • the phase control unit 41 controls the reference phase shifter 21 and the corresponding phase shifter 16 so that the phase of the output signal input to each antenna element 5 becomes a desired phase. Specifically, the phase control unit 41 controls the reference phase shifter 21 so that the phase of the extracted input signal is opposite to the desired phase. Then, when the phase control unit 41 combines the input signal whose phase is set by the reference phase shifter 21 and the output signal extracted from the output signal extraction unit 23 by the combiner 32, both these signals are The corresponding phase shifters 16 are controlled based on the input level detected by the input level detector 35 and the composite level detected by the composite level detector 33 so as to cancel each other. The phase control unit 41 according to the present embodiment controls the corresponding phase shifter 16 so that the ratio between the input level and the synthesis level is equal to or less than a threshold value.
  • the phase control unit 41 also individually controls the variable attenuator 15 corresponding to each phase shifter 16, the other variable attenuators 22 and 31, and the switching unit 24. These specific controls will be described later.
  • the phase shifter 16, the input signal extraction unit 18, the reference phase shifter 21, the output signal extraction unit 23, the synthesizer 32, the synthesis level detector 33, the input level detector 35, and the control unit 40 are mainly used.
  • a phase control device is configured as a major component.
  • control executed by the control unit 40 will be described with reference to FIGS.
  • the control performed at the time of factory shipment of the antenna system 4 will be described.
  • ⁇ Output signal path adjustment confirmation process> First, at the time of factory shipment, the control unit 40 sets each output signal so that a difference between a plurality of path lengths from each output signal extraction unit 23 to the synthesizer 32 is an integral multiple of the wavelength of the used frequency. It is confirmed whether or not the route adjustment unit 25 is appropriately adjusted.
  • control unit 40 subsequently performs the corresponding phase shift so that the phase of the output signal input to the plurality of antenna elements 5A to 5H becomes a desired phase.
  • the device 16 and the like are controlled.
  • the control unit 40 phase control unit 41
  • the control voltage of the reference phase shifter 21 is controlled so that the phase of the extracted input signal is 200 ° or ⁇ 160 ° which is the opposite phase to the phase (20 °) of the control command.
  • the control part 40 controls the control voltage of the reference
  • the control unit 40 controls the variable attenuator 22 so that the passage loss becomes constant. For example, as shown in FIG. 4, this control can be performed using a look-up table indicating the relationship between each phase and the corresponding gain and pass loss. This lookup table is stored in the storage unit 43.
  • the control unit 40 refers to the lookup table of FIG. 4 so as to cancel the passage loss ( ⁇ 1.5 dB) when the phase is 20 °.
  • the variable attenuator 22 is controlled so that the gain of the input signal is 1.5 dB.
  • the control unit 40 controls the phase shifter 16 and the variable attenuator 15 disposed on the uppermost side in the figure corresponding to the antenna 5 ⁇ / b> A. Specifically, the control unit 40 switches so that the switching unit 24 arranged on the uppermost side in the drawing is connected to the b contact. The other switching units 24 are all connected to the a contact.
  • the output signal extracted from the output signal extraction unit 23 arranged at the uppermost position in the drawing is extracted to the second branch line 53, and the switching unit 24, the output signal path adjustment unit 25, and the variable attenuator 31 are connected. Then, it is input to the synthesizer 32. Therefore, the synthesizer 32 synthesizes the input signal whose phase is set by the reference phase shifter 21 and the output signal extracted from the output signal extraction unit 23 arranged on the uppermost side in the drawing.
  • the control unit 40 detects the input signal detected by the input level detector 35 so that these two signals cancel each other.
  • the phase shifter 16 arranged on the uppermost side in the figure is controlled so that the ratio between the input level of the signal and the synthesized level of the synthesized signal detected by the synthesized level detector 33 is equal to or less than a preset threshold value. .
  • the control unit 40 is arranged in the previous stage of the phase shifter 16.
  • the variable attenuator 15 is also controlled.
  • control unit 40 changes the control voltage of the phase shifter 16 and the variable attenuator 15 little by little in order to minimize the ratio between the input level and the composite level, and changes the control voltage.
  • the control unit 40 determines whether or not the calculated ratio R is reduced to a threshold value or less.
  • both signals synthesized by the synthesizer 32 have a phase error within a predetermined range (for example, within ⁇ 5 °) and a pass gain error within a predetermined range. This means that the signals have the same magnitude (for example, within ⁇ 0.5 dB), and the two signals cancel each other out of phase.
  • the control unit 40 cancels both signals synthesized by the synthesizer 32, so that the phase shifter 16 arranged on the uppermost side in FIG. The control of the attenuator 15 is finished. And the control part 40 switches so that the corresponding switching part 24 may be connected to a contact. On the other hand, if the determination result is negative, the control unit 40 performs control for changing the control voltage of the phase shifter 16 and the variable attenuator 15 and the determination until the determination result becomes positive. Repeat.
  • the output signal synthesized by the synthesizer 32 is adjusted so as to have an opposite phase to the input signal synthesized with the output signal, that is, in phase with the phase of the control command.
  • the output signal output from the phase shifter 16 is transmitted from the antenna element 5A with the phase thereof being the phase of the control command (here, 20 °). Therefore, the phase of the signal transmitted from the antenna element 5 during communication can be adjusted to a desired phase.
  • the control part 40 controls the variable attenuator 15 with the phase shifter 16, it can also adjust the gain of the signal transmitted from the antenna element 5A during communication.
  • the control unit 40 When the control of the phase shifter 16 and the like corresponding to the antenna element 5A is completed as described above, the control unit 40 also has a desired phase for the phases of the output signals input to the other antenna elements 5B to 5H. As described above, the reference phase shifter 21 and the corresponding phase shifter 16 are sequentially set by the same method as described above. At this time, if the phases when the output signals extracted from the output signal extraction units 23 corresponding to the antenna elements 5B to 5H are input to the combiner 32 are different, the input signals input to the combiner 32 and The voltage waveform when canceling out the output signal also varies.
  • the difference between the path lengths corresponding to the antenna elements 5A to 5H is adjusted by each output signal path adjustment unit 25 to be a length that is an integral multiple of the wavelength of the operating frequency.
  • each output signal path adjustment unit 25 has been.
  • the phase shifter 16 and the like corresponding to each of the antenna elements 5A to 5H it is possible to approximate the voltage waveform when the input signal input to the combiner 32 and the output signal are canceled. Therefore, the conditions for canceling both signals can be approximated, so that the phase shifters 16 and the like corresponding to the respective antenna elements 5A to 5H can be easily adjusted.
  • the output signals that pass through the input signal extraction unit 18 and are extracted by the output signal extraction units 23 pass through the power amplifier 17 and the like provided in the preceding stage of the output signal extraction unit 23, and are thus input to the combiner 32.
  • the input timing of the output signal is later than the input timing of the input signal.
  • the path length from the input signal extraction unit 18 to the synthesizer 32 is adjusted so that the input timing of the input signal and the input timing of the output signal in the synthesizer 32 match or approximate.
  • the input signal path adjustment unit 19 is provided in the first branch line 51. For this reason, the input signal path adjusting unit 19 can match or approximate the input timing of the input signal and the input timing of the output signal in the synthesizer 32. Therefore, the phase shifter 16 corresponding to each of the antenna elements 5A to 5H. Etc. can be adjusted more easily.
  • the control unit 40 controls the reference phase shifter 21 so that the phase of the input signal extracted by the input signal extraction unit 18 is opposite to the desired phase. Then, the control unit 40 shifts these signals so as to cancel each other when the combiner 32 combines the input signal having the opposite phase with the output signal extracted by the corresponding output signal extraction unit 23.
  • the phaser 16 is controlled.
  • the output signal synthesized by the synthesizer 32 is adjusted to have an opposite phase to the input signal synthesized with the output signal, that is, in phase with the desired phase.
  • the output signal output from each phase shifter 16 has a desired phase and is transmitted from the corresponding antenna element 5. Therefore, the phases of signals transmitted from the plurality of antenna elements 5 during communication can be adjusted to desired phases, respectively.
  • the phase shifter 16 when the phase shifter 16 is controlled so as to cancel the two signals, the ratio R between the input level Va of the input signal and the combined level Vs of the combined signal detected by the combined level detector 33 is a threshold value. Since the phase shifter 16 is controlled to be as follows, the phase shifter 16 can be controlled so as to easily cancel both signals even if the value of the input level changes greatly during communication.
  • the control part 40 can control the phase shifter 16 easily, without considering the delay error between the said both timings.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a control configuration of the antenna system 4 according to the second embodiment of the present invention.
  • the antenna system 4 of the present embodiment weights the synthesis level threshold so that the synthesis level is equal to or less than the weighted threshold. It differs from the first embodiment in that the phase shifter 16 is controlled.
  • the control unit 40 includes a phase control unit 41 and a threshold setting unit 44 as functional units achieved by executing a computer program.
  • the threshold setting unit 44 sets the threshold by weighting the composite level threshold according to the input level detected by the input level detector 35.
  • the threshold setting unit 44 of the present embodiment sets a value obtained by multiplying a predetermined reference value B by a weighting coefficient A as a threshold C, and the input level detected by the input level detector 35 is the input level detector 35. It is determined according to Va.
  • the threshold value setting unit 44 determines the weighting coefficient A as a large value when the input level Va is large, and determines the weighting coefficient A as a small value when the input level Va is small.
  • the threshold value setting unit 44 can determine the weighting coefficient A based on an arithmetic expression using the input level Va and a look-up table indicating the relationship between the input level Va and the weighting coefficient A.
  • the threshold C set by the threshold setting unit 44 is given to the phase control unit 41 and the comparator 36.
  • the comparator 36 is a component of the antenna system 4 (phase control device) of the present embodiment, and is arranged at the subsequent stage of the synthesis level detector 33.
  • the comparator 36 receives the composite level threshold C set by the threshold setting unit 44 and the composite level Vs detected by the composite level detector 33.
  • the comparator 36 compares the input threshold value C with the composite level Vs, and outputs either the H level voltage signal or the L level voltage signal based on the comparison result.
  • the comparator 36 of the present embodiment outputs an H level voltage signal when the combined level Vs is equal to or lower than the threshold C, and outputs an L level voltage signal when the combined level Vs exceeds the threshold C. To do.
  • the voltage signal output from the comparator 36 is given to the control unit 40.
  • phase control unit 41 of the present embodiment when the input signal and the output signal are combined by the combiner 32, the combined level Vs detected by the combined level detector 33 is set so as to cancel out these two signals.
  • the corresponding phase shifter 16 and variable attenuator 15 are controlled so as to be equal to or lower than the threshold C set by the threshold setting unit 44.
  • the threshold setting unit 44 sets the synthesis level threshold C according to the input level Va detected by the input level detector 35
  • the phase control unit 41 detects the synthesis detected by the synthesis level detector 33.
  • the control voltages of the phase shifter 16 and the variable attenuator 15 are changed little by little so as to minimize the level Vs.
  • the phase controller 41 compares the combined level Vs detected by the combined level detector 33 when the control voltage is changed with the threshold C set by the threshold setting unit 44 using the comparator 36 ( Voltage signal) is obtained from the comparator 36.
  • the phase control unit 41 determines whether or not the voltage signal acquired from the comparator 36 is at the H level, that is, whether or not the combined level Vs is reduced to the threshold value C or less.
  • the synthesis level Vs is reduced to the threshold value C or less
  • both signals synthesized by the synthesizer 32 have a phase error within a predetermined range and a pass gain error within the predetermined range. This means that both signals cancel each other out of phase.
  • the control unit 40 ends the control of the corresponding phase shifter 16 and variable attenuator 15 because both signals combined by the combiner 32 are canceled. .
  • the control unit 40 performs control for changing the control voltage of the phase shifter 16 and the variable attenuator 15 and the determination until the determination result becomes positive.
  • omitted description in 2nd Embodiment is the same as that of 1st Embodiment.
  • the control unit 40 weights the synthesis level threshold C according to the input level Va, and sets the phase shifter 16 so that the synthesis level Vs is equal to or less than the weighted threshold C. Since the control is performed, even if the input level Va changes greatly, the threshold value C can be set to an appropriate value according to the input level Va. Thereby, the phase shifter 16 can be controlled so as to cancel both the signals easily and reliably.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a control configuration of the antenna system 4 according to the third embodiment of the present invention.
  • the antenna system 4 of the present embodiment is a modification of the second embodiment, and instead of changing the threshold value according to the input level, the second embodiment is modified in that the composite level is corrected according to the input level. And different.
  • the antenna system 4 of the present embodiment includes an integrator 37 disposed between the synthesis level detector 33 and the comparator 36.
  • the integrator 37 integrates the composite level Vs detected by the composite level detector 33 for a predetermined time, and functions as a correction unit that corrects the composite level Vs.
  • the synthesis level Vs ′ integrated by the integrator 37 is given to the comparator 36.
  • the comparator 36 receives the composite level threshold C ′ preset by the controller 40 and the composite level Vs ′ integrated by the integrator 37.
  • the comparator 36 compares the input threshold value C ′ with the composite level Vs ′, and outputs one of the H level voltage signal and the L level voltage signal based on the comparison result.
  • the comparator 36 of this embodiment outputs an H level voltage signal when the combined level Vs ′ is equal to or lower than the threshold C ′, and outputs an L level when the combined level Vs ′ exceeds the threshold C ′. Outputs a voltage signal.
  • the voltage signal output from the comparator 36 is given to the control unit 40.
  • the control unit 40 includes a phase control unit 41 and a correction control unit 45 as functional units achieved by executing the computer program.
  • the correction control unit 45 controls the integrator 37 so as to change the integration time (cycle) of the integrator 37 according to the input level Va detected by the input level detector 35. For example, the correction control unit 45 shortens the integration time when the input level Va is large, and lengthens the integration time when the input level Va is small.
  • the phase controller 41 When the phase controller 41 synthesizes the input signal and the output signal by the synthesizer 32, the synthesis level Vs ′ integrated by the integrator 37 is set to a preset threshold value so as to cancel out these two signals.
  • the corresponding phase shifter 16 and variable attenuator 15 are controlled so as to be equal to or lower than C ′.
  • the correction control unit 45 controls the integrator 37 so as to correct (integrate) the composite level Vs according to the input level Va detected by the input level detector 35, and then the phase control unit 41 The control voltages of the phase shifter 16 and the variable attenuator 15 are changed little by little so that the synthesis level Vs ′ integrated by the integrator 37 is minimized.
  • the phase control unit 41 compares the combined level Vs ′ integrated by the integrator 37 when the control voltage is changed with a preset threshold C ′ by the comparator 36 (voltage signal). Is obtained from the comparator 36.
  • the phase control unit 41 determines whether or not the voltage signal acquired from the comparator 36 is at the H level, that is, whether or not the combined level Vs ′ integrated by the integrator 37 is reduced to a threshold value C ′ or less. Determine.
  • the synthesis level Vs ′ is reduced to the threshold value C ′ or less, both signals synthesized by the synthesizer 32 have the same phase error within the predetermined range and the same gain within the predetermined range. This means that both signals cancel each other out of phase.
  • the control unit 40 ends the control of the corresponding phase shifter 16 and variable attenuator 15 because both signals combined by the combiner 32 are canceled. .
  • the control unit 40 performs control for changing the control voltage of the phase shifter 16 and the variable attenuator 15 and the determination until the determination result becomes positive.
  • control unit 40 controls the integrator 37 so as to change the integration time of the synthesis level Vs in accordance with the input level Va, so that the input level Va changes greatly. Also, the composite level Vs can be corrected to an appropriate value according to the input level Va. Thereby, the phase shifter 16 can be controlled so as to cancel both the signals reliably.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a control configuration of the antenna system 4 according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the antenna system 4 of the present embodiment is a modification of the third embodiment, and is different from the third embodiment in that the configuration of a correction unit that corrects the synthesis level is different.
  • the antenna system 4 includes an amplifier 38 disposed between the synthesis level detector 33 and the comparator 36.
  • the amplifier 38 amplifies the synthesis level Vs detected by the synthesis level detector 33, and functions as a correction unit that corrects the synthesis level Vs.
  • the synthesis level Vs ′′ amplified by the amplifier 38 is supplied to the comparator 36.
  • the comparator 36 receives the synthesis level threshold C ′ preset by the control unit 40 and the synthesis level Vs ′′ amplified by the amplifier 38. Is entered.
  • the correction control unit 45 of the control unit 40 controls the amplifier 38 so as to change the gain of the amplifier 38 according to the input level Va detected by the input level detector 35. For example, the correction control unit 45 decreases the gain when the input level Va is large, and increases the gain when the input level Va is small.
  • the phase controller 41 When the phase controller 41 combines the input signal and the output signal by the combiner 32, the combined level Vs "amplified by the amplifier 38 is set to a preset threshold value C so as to cancel out these two signals.
  • the correction control unit 45 controls the integrator 37 so as to correct (amplify) the composite level Vs according to the input level Va detected by the input level detector 35, and then the phase control unit 41 The control voltages of the phase shifter 16 and the variable attenuator 15 are changed little by little so as to minimize the composite level Vs ′′ amplified by the amplifier 38. Then, the phase control unit 41 changes the control voltage.
  • a result (voltage signal) obtained by comparing the combined level Vs ′′ sometimes amplified by the amplifier 38 with a preset threshold C ′ by the comparator 36 is obtained from the comparator 36.
  • the phase control unit 41 determines whether or not the voltage signal acquired from the comparator 36 is at the H level, that is, whether or not the combined level Vs ′′ amplified by the amplifier 38 is reduced to a threshold value C ′ or less.
  • the synthesis level Vs ′′ is reduced to the threshold value C ′ or less
  • both signals synthesized by the synthesizer 32 have a phase error within a predetermined range and a pass gain error within a predetermined range. Means that both signals are canceled out of phase with each other.
  • the control unit 40 ends the control of the corresponding phase shifter 16 and variable attenuator 15 because both signals combined by the combiner 32 are canceled. .
  • the control unit 40 performs control for changing the control voltage of the phase shifter 16 and the variable attenuator 15 and the determination until the determination result becomes positive.
  • the control unit 40 controls the amplifier 38 so as to change the gain of the amplifier 38 that amplifies the combined level Vs in accordance with the input level Va. Therefore, the input level Va is increased. Even if it changes, the composite level Vs can be corrected to an appropriate value in accordance with the input level Va. Thereby, the phase shifter 16 can be controlled so as to cancel both the signals reliably.
  • the embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive.
  • the scope of the present invention is defined not by the above-described meaning but by the claims, and is intended to include meanings equivalent to the claims and all modifications within the scope.
  • the array antenna system 4 of the above embodiment can be applied to antenna systems other than the active antenna system.
  • the phase control apparatus of the said embodiment is applicable also to communication systems other than an antenna system.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)

Abstract

信号の位相を調整する移相器を備えた位相制御装置であって、前記移相器への入力信号を取り出す入力信号取出部と、取り出された前記入力信号の位相を設定する基準移相器と、前記移相器から出力された出力信号を取り出す出力信号取出部と、前記基準移相器により位相が設定された前記入力信号、及び取り出された前記出力信号を合成する合成器と、前記合成器の合成信号のレベルである合成レベルを検出する合成レベル検出器と、前記出力信号の位相が所望の位相となるように前記基準移相器及び前記移相器を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、取り出された前記入力信号の位相が前記所望の位相の逆位相となるように前記基準移相器を制御し、前記逆位相の入力信号及び前記出力信号を前記合成器により合成するときにこれらの両信号を互いに相殺すべく、前記入力信号のレベルである入力レベルと前記合成レベル検出器で検出された前記合成レベルとに基づいて前記移相器を制御する、位相制御装置。

Description

位相制御装置及びアレーアンテナシステム
　本発明は、位相制御装置及びアレーアンテナシステムに関する。
　本出願は、２０１６年６月１３日出願の日本出願第２０１６－１１７０８０号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
　近年、携帯電話等に用いられる無線通信システムにおいては、スマートフォン等の普及により、通信エリアの拡大や通信容量の拡張に対する要求が高まっている。そこで、高周波送受信機の機能を内蔵したアクティブアンテナシステムの基地局装置への利用が検討されている。
　アクティブアンテナシステムは、複数のアンテナ素子と、複数のアンテナ素子それぞれに対応して設けられた複数の送受信部とを備えている。このため、アンテナ素子ごとに送受信される無線信号を制御することができ制御性に優れており、この優れた制御性を利用して通信環境を向上し得る新たなサービスの提供が可能となる（例えば、特許文献１参照）。
特表２００９－５４４２０５号公報
　本開示の位相制御装置は、信号の位相を調整する移相器を備えた位相制御装置であって、前記移相器への入力信号を取り出す入力信号取出部と、取り出された前記入力信号の位相を設定する基準移相器と、前記移相器から出力された出力信号を取り出す出力信号取出部と、前記基準移相器により位相が設定された前記入力信号、及び取り出された前記出力信号を合成する合成器と、前記合成器の合成信号のレベルである合成レベルを検出する合成レベル検出器と、前記出力信号の位相が所望の位相となるように前記基準移相器及び前記移相器を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、取り出された前記入力信号の位相が前記所望の位相の逆位相となるように前記基準移相器を制御し、前記逆位相の入力信号及び前記出力信号を前記合成器により合成するときにこれらの両信号を互いに相殺すべく、前記入力信号のレベルである入力レベルと前記合成レベル検出器で検出された前記合成レベルとに基づいて前記移相器を制御する、位相制御装置である。
　本開示のアレーアンテナシステムは、複数のアンテナ素子と、これらの各アンテナ素子によって送信される信号の位相を個別に調整する複数の移相器と、複数の前記移相器への入力信号を取り出す入力信号取出部と、取り出された前記入力信号の位相を設定する基準移相器と、前記各移相器から出力されて、対応する前記アンテナ素子に入力される出力信号を取り出す複数の出力信号取出部と、前記基準移相器により位相が設定された前記入力信号、及び取り出された前記出力信号を合成する合成器と、前記合成器の合成信号のレベルである合成レベルを検出する合成レベル検出器と、前記アンテナ素子に入力される前記出力信号の位相が所望の位相となるように前記基準移相器及び対応する前記移相器を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、取り出された前記入力信号の位相が前記所望の位相の逆位相となるように前記基準移相器を制御し、前記逆位相の入力信号及び前記出力信号を前記合成器により合成するときにこれらの両信号を互いに相殺すべく、前記入力信号のレベルである入力レベルと前記合成レベル検出器で検出された前記合成レベルとに基づいて前記移相器を制御する、アレーアンテナシステムである。
　本開示は、このような特徴的な処理部を備える位相制御装置として実現できるだけでなく、かかる特徴的な処理をステップとする方法として実現したり、かかる特徴的な処理のステップをコンピュータに実行させるためのプログラムとして実現することができる。また、位相制御装置の一部または全部を実現する半導体集積回路として実現することができる。
本発明の第１実施形態に係るアレーアンテナシステムを備えた基地局装置の一部を示すブロック図である。 アンテナシステムの送信側の構成を示すブロック図である。 アンテナシステムの制御構成を示すブロック図である。 位相とこれに対応する利得及び通過ロスとの関係を示すルックアップテーブルの一例である。 制御部が移相器の制御工程を実行するときのブロック図である。 本発明の第２実施形態に係るアレーアンテナシステムの制御構成を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態に係るアレーアンテナシステムの制御構成を示すブロック図である。 本発明の第４実施形態に係るアレーアンテナシステムの制御構成を示すブロック図である。
［本開示が解決しようとする課題］
　上記アクティブアンテナシステムでは、各アンテナ素子から送信される無線周波数信号（ＲＦ信号）の電波の方向性を制御する際、その無線周波数信号の位相を±５°以内の精度誤差で制御することが求められる。このため、例えば３．５ＧＨｚ（波長＝８５ｍｍ）の無線周波数信号の位相を移相器により制御する場合、１ｍｍ以内の精度誤差で制御する必要がある。
　しかし、実際には、アクティブアンテナシステムを構成する移相器や増幅器等の各機器を接続しているコネクタのゆるみ、交差、及び温度による伸縮等によって１ｍｍ程度の誤差は生じてしまう。このため、移相器により無線周波数信号の位相を設定した後に、通信中に各アンテナ素子から送信される無線周波数信号の位相を調整する必要があるが、通信を行いながら無線周波数信号の位相を調整することは困難である。
　そこで、通信中に信号の位相を所望の位相に調整することができる位相制御装置及びアレーアンテナシステムを提供することを目的とする。
［本開示の効果］
　本開示によれば、通信中に信号の位相を所望の位相に調整することができる。
［本発明の実施形態の説明］
　最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
　（１）本発明の実施形態に係る位相制御装置は、信号の位相を調整する移相器を備えた位相制御装置であって、前記移相器への入力信号を取り出す入力信号取出部と、取り出された前記入力信号の位相を設定する基準移相器と、前記移相器から出力された出力信号を取り出す出力信号取出部と、前記基準移相器により位相が設定された前記入力信号、及び取り出された前記出力信号を合成する合成器と、前記合成器の合成信号のレベルである合成レベルを検出する合成レベル検出器と、前記出力信号の位相が所望の位相となるように前記基準移相器及び前記移相器を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、取り出された前記入力信号の位相が前記所望の位相の逆位相となるように前記基準移相器を制御し、前記逆位相の入力信号及び前記出力信号を前記合成器により合成するときにこれらの両信号を互いに相殺すべく、前記入力信号のレベルである入力レベルと前記合成レベル検出器で検出された前記合成レベルとに基づいて前記移相器を制御する。
　上記位相制御装置によれば、制御部は、入力信号取出部が取り出した入力信号の位相が上記所望の位相の逆位相となるように基準移相器を制御する。そして、制御部は、その逆位相となった入力信号と、出力信号取出部が取り出した出力信号とを合成器により合成するときにこれらの両信号を互いに相殺するように移相器を制御する。これにより、合成器によって合成される出力信号は、当該出力信号と合成される入力信号に対して逆位相、すなわち上記所望の位相と同位相となるように調整される。その結果、移相器から出力される出力信号の位相を上記所望の位相にすることができる。したがって、通信中において信号の位相を所望の位相に調整することができる。
　また、前記両信号を互いに相殺するように移相器を制御するときに、入力信号の入力レベルと、合成レベル検出器で検出された合成信号の合成レベルとに基づいて移相器を制御するので、例えば、入力レベルと合成レベルとの比率に基づいて移相器を制御することで、通信中に入力レベルの値が大きく変化しても、前記両信号を相殺するように移相器を制御することができる。
　（２）前記位相制御装置において、取り出された前記入力信号の入力レベルを検出する入力レベル検出器をさらに備えるのが好ましい。
　入力信号の入力レベルは制御部で把握できる場合には入力レベル検出器を備えていなくてもよいが、入力レベル検出器を備えていれば、入力信号取出部から取り出された入力信号の入力レベルを入力レベル検出器により検出するので、入力信号の入力レベルが検出されるタイミングと、入力信号が合成器に入力されるタイミングとを近似させることができる。これにより、制御部は、前記両タイミング間の遅延誤差を考慮せずに簡単に移相器を制御することができる。
　（３）前記位相制御装置において、前記制御部は、前記入力レベルと前記合成レベルとの比率が閾値以下となるように前記移相器を制御するのが好ましい。
　この場合、通信中に入力レベルの値が大きく変化しても、制御部により入力レベルと合成レベルとの比率が閾値以下となるように移相器を制御することで、簡単に前記両信号を相殺することができる。
　（４）前記位相制御装置において、前記制御部は、前記入力レベルに応じて前記合成レベルの閾値を重み付けし、前記合成レベルが前記重み付け後の閾値以下となるように前記移相器を制御してもよい。
　この場合、通信中に入力レベルの値が大きく変化しても、制御部により入力レベルに応じて前記閾値を適切な値に設定することで、簡単かつ確実に前記両信号を相殺するように移相器を制御することができる。
　（５）前記位相制御装置は、前記合成レベルを補正する補正部をさらに備え、前記制御部は、前記入力レベルに応じて前記補正部を制御し、補正された前記合成レベルが閾値以下となるように前記移相器を制御してもよい。
　この場合、通信中に入力レベルの値が大きく変化しても、制御部により入力レベルに応じて合成レベルを適切な値に補正することで、確実に前記両信号を相殺するように移相器を制御することができる。
　（６）前記位相制御装置において、前記補正部は、前記合成レベルを積分する積分器であり、前記制御部は、前記入力レベルに応じて前記積分器の積分時間を変更するように当該積分器を制御するのが好ましい。
　この場合、制御部は、変化する入力レベルに応じて積分器の積分時間を変更することで、合成レベルを適切な値に補正することができるので、確実に前記両信号を相殺するように移相器を制御することができる。
　（７）前記位相制御装置において、前記補正部は、前記合成レベルを増幅する増幅器であり、前記制御部は、前記入力レベルに応じて前記増幅器の利得を変更するように当該増幅器を制御してもよい。
　この場合、制御部は、変化する入力レベルに応じて、合成レベルを増幅する増幅器の利得を変更することで、合成レベルを適切な値に補正することができるので、確実に前記両信号を相殺するように移相器を制御することができる。
　（８）本発明の実施形態に係るアレーアンテナシステムは、複数のアンテナ素子と、これらの各アンテナ素子によって送信される信号の位相を個別に調整する複数の移相器と、複数の前記移相器への入力信号を取り出す入力信号取出部と、取り出された前記入力信号の位相を設定する基準移相器と、前記各移相器から出力されて、対応する前記アンテナ素子に入力される出力信号を取り出す複数の出力信号取出部と、前記基準移相器により位相が設定された前記入力信号、及び取り出された前記出力信号を合成する合成器と、前記合成器の合成信号のレベルである合成レベルを検出する合成レベル検出器と、前記アンテナ素子に入力される前記出力信号の位相が所望の位相となるように前記基準移相器及び対応する前記移相器を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、取り出された前記入力信号の位相が前記所望の位相の逆位相となるように前記基準移相器を制御し、前記逆位相の入力信号及び前記出力信号を前記合成器により合成するときにこれらの両信号を互いに相殺すべく、前記入力信号のレベルである入力レベルと前記合成レベル検出器で検出された前記合成レベルとに基づいて前記移相器を制御する。
　上記アレーアンテナシステムによれば、制御部は、入力信号取出部が取り出した入力信号の位相が上記所望の位相の逆位相となるように基準移相器を制御する。そして、制御部は、その逆位相となった入力信号と、対応する出力信号取出部が取り出した出力信号とを合成器により合成するときにこれらの両信号を互いに相殺するように移相器を制御する。これにより、合成器によって合成される出力信号は、当該出力信号と合成される入力信号に対して逆位相、すなわち上記所望の位相と同位相となるように調整される。その結果、各移相器から出力された出力信号は、その位相が上記所望の位相となって、対応するアンテナ素子から送信される。したがって、通信中において複数のアンテナ素子から送信される信号の位相を、それぞれ所望の位相に調整することができる。
　また、前記両信号を互いに相殺するように移相器を制御するときに、入力信号の入力レベルと、検出器で検出された合成信号の合成レベルとに基づいて移相器を制御するので、例えば、入力レベルと合成レベルとの比率に基づいて移相器を制御することで、通信中に入力レベルの値が大きく変化しても、確実に前記両信号を相殺するように移相器を制御することができる。
［本発明の実施形態の詳細］
　以下、本発明の実施形態について添付図面に基づき詳細に説明する。なお、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
［第１実施形態］
　＜基地局装置について＞
　図１は、本発明の第１実施形態に係るアレーアンテナシステムを備えた基地局装置の一部を示すブロック図である。図中、基地局装置１は、他の通信装置との間で無線通信を行う通信装置としての機能を有しており、ベースバンドユニット（ＢＢＵ）２と、ベースバンドユニット２に信号伝送路（光伝送路または電気伝送路）３を介して接続されたアレーアンテナシステムとしてアクティブアンテナシステム４とを備えている。
　ベースバンドユニット２は、無線通信によって送受信されるデータを含むベースバンド信号に対してデジタル変復調処理等の処理を行う機能を有しており、送信データを含むデジタルのベースバンド信号（Ｉ／Ｑ信号）を信号伝送路３を介してアクティブアンテナシステム４に与える。
　また、ベースバンドユニット２は、アクティブアンテナシステム４から信号伝送路３を介して与えられる、受信データを含んだデジタルのベースバンド信号（Ｉ／Ｑ信号）を取得する。
　アクティブアンテナシステム４（以下、単にアンテナシステム４ともいう）は、無線周波数の信号を送受信するためのアンテナ素子５を複数（ここでは８個）備えており、基地局装置１が他の通信装置との間で無線通信を行う際に、当該無線通信に係る無線信号を送受信する機能を有している。
　アンテナシステム４は、ベースバンドユニット２から与えられるデジタルのベースバンド信号に対して各種信号処理を行うことでアナログの無線周波数の信号に変換し、複数のアンテナ素子５から無線信号として送信する。
　また、アンテナシステム４は、複数のアンテナ素子５が無線信号として受信する無線周波数の信号に対して各種信号処理を行うことでデジタルのベースバンド信号に変換し、変換したベースバンド信号をベースバンドユニット２に与える。
　このように、基地局装置１は、送信データを含んだベースバンド信号を無線周波数の信号に変換して他の通信装置に送信するとともに、他の通信装置が送信した無線周波数の信号を受信し、他の通信装置からの受信データを含んだベースバンド信号を取得する。
　＜アンテナシステムの構成について＞
　図２は、アンテナシステム４の送信側の構成を示すブロック図である。
　アンテナシステム４は、デジタル信号処理部８と、アナログ信号処理部９とを備えている。
　ベースバンドユニット２から無線通信のための送信信号としてアンテナシステム４に与えられるベースバンド信号は、デジタル信号処理部８によってデジタル信号処理された後、アナログ信号処理部９に与えられ、アナログの無線周波数の信号に変換されて各アンテナ素子５Ａ～５Ｈに与えられる。各アンテナ素子５Ａ～５Ｈに与えられたアナログの無線周波数の信号は、各アンテナ素子５Ａ～５Ｈから空間に放射され、無線信号として送信される。
　デジタル信号処理部８は、ＣＰＵや、記憶部等を含んでいるコンピュータによって構成されており、記憶部に記憶されたプログラム等を読み出して以下に説明する当該デジタル信号処理部８が有する各機能部を実現するとともに各種処理を実行する機能を有している。
　デジタル信号処理部８は、ベースバンドユニット２から与えられるベースバンド信号をアナログ信号処理部９に与える送信側の処理と、アナログ信号処理部９から与えられるベースバンド信号をベースバンドユニット２に与える受信側の処理とを行う機能を有している。
　アナログ信号処理部９は、デジタル信号処理部８から与えられるデジタルのベースバンド信号をアナログ信号に変換し、無線信号として送信するために必要なアナログ信号処理を行い、アナログ信号処理によって得られる無線周波数の信号をアンテナ素子５に与える機能を有している。
　アナログ信号処理部９は、デジタル信号処理部８から与えられるデジタルのベースバンド信号をアナログに変換するデジタルアナログ変換器（ＤＡＣ：Digital to Analog Converter）１１を備えている。
　また、アナログ信号処理部９は、デジタルアナログ変換器１１からアンテナ素子５までの間に、アップコンバータ１２と、電力分配器１４と、複数の可変減衰器１５と、複数の移相器１６と、複数の電力増幅器（ＰＡ：Power Amplifier）１７とを備えている。
　デジタルアナログ変換器１１は、アナログに変換したベースバンド信号を後述するアップコンバータ１２に与える。
　アップコンバータ１２は、発振器１３が生成する無線周波数の局部発振信号をベースバンド信号に乗算することで、当該ベースバンド信号を無線周波数の信号に変換（アップコンバート）する機能を有している。アップコンバータ１２は、ベースバンド信号を周波数変換することにより得た無線周波数信号を、後述する入力信号取出部１８を通過して電力分配器１４に与える。
　電力分配器１４は、無線周波数信号を複数のアンテナ素子５Ａ～５Ｈそれぞれに対応して複数に分配する。
　可変減衰器１５には、電力分配器１４によって分配された無線周波数信号が与えられる。可変減衰器１５は、電力分配器１４によって分配された無線周波数信号それぞれに対して利得を調整する。
　移相器１６には、可変減衰器１５によって利得が調整された無線周波数信号が与えられる。複数の移相器１６は、各可変減衰器１５によって利得が調整された無線周波数信号それぞれに対して位相を個別に調整する。これによって、複数の移相器１６は、複数のアンテナ素子５Ａ～５Ｈのそれぞれから送信される無線周波数信号のチルト角（指向性）を制御することができる。
　電力増幅器１７は、移相器１６で位相が調整された無線周波数信号の電力を増幅する機能を有している。電力増幅器１７は、増幅した無線周波数信号を、後述する出力信号取出部２３を通過してアンテナ素子５に与える。電力増幅器１７からアンテナ素子５に与えられた無線周波数信号は、アンテナ素子５から空間に放射され、無線信号として送信される。
　可変減衰器１５、移相器１６、および電力増幅器１７は、アンテナ素子５Ａ～５Ｈごとに設けられており、電力分配器１４から各アンテナ素子５Ａ～５Ｈそれぞれに対応するように分配される無線周波数の送信信号に必要なアナログ処理を行う。
　＜アンテナシステムの制御構成について＞
　図３は、アンテナシステム４の制御構成を示すブロック図である。
　アンテナシステム４は、主要な制御構成として、入力信号取出部１８、基準移相器２１、複数の出力信号取出部２３、合成器３２、合成レベル検出器３３、信号取出部３４、入力レベル検出器３５、制御部４０を備えている。
　入力信号取出部１８は、各移相器１６への入力信号（無線周波数信号）を取り出す機能を有している。本実施形態における入力信号取出部１８は、アップコンバータ１２と電力分配器１４との間に設けられており（図２参照）、アップコンバータ１２で周波数変換された無線周波数信号を取り出すようになっている。
　入力信号取出部１８から分岐した第１分岐線路５１の途中には、さらに信号取出部３４が設けられている。第１分岐線路５１において信号取出部３４を通過した入力信号は基準移相器２１に与えられ、第１分岐線路５１から信号取出部３４により取り出された入力信号は入力レベル検出器３５に与えられる。
　基準移相器２１は、第１分岐線路５１の途中に設けられており、入力信号取出部１８により取り出された入力信号の位相を設定する。基準移相器２１により位相が設定された入力信号は、可変減衰器２２に与えられ、この可変減衰器２２によって利得が調整される。可変減衰器２２により利得が調整された入力信号は合成器３２（後述）に与えられる。なお、基準移相器２１による具体的な位相の設定方法、及び可変減衰器２２による具体的な利得の調整方法については後述する。
　入力信号取出部１８と信号取出部３４との間には入力信号経路調整部１９が設けられている。この入力信号経路調整部１９は、入力信号取出部１８から基準移相器２１を介して合成器３２に至るまでの経路長を調整するものである。
　具体的には、入力信号経路調整部１９は、合成器３２における、入力信号の入力タイミングと、出力信号取出部２３により取り出された出力信号の入力タイミングとを一致又は近似させるように前記経路長を調整するものである。
　出力信号取出部２３は、各移相器１６から出力されて対応するアンテナ素子５に入力される出力信号（無線周波数信号）を取り出す機能を有している。本実施形態における複数の出力信号取出部２３は、各電力増幅器１７の後段であって、かつ対応するアンテナ素子５から一定距離だけ離れた位置に設けられている。
　出力信号取出部２３から分岐した第２分岐線路５３には、切替部２４、出力信号経路調整部２５がこの順に設けられている。切替部２４及び出力信号経路調整部２５は、アンテナ素子５ごとに設けられている。
　切替部２４は、例えばａ接点、ｂ接点及びｃ接点を有する３ポートスイッチよりなり、ｃ接点をａ接点及びｂ接点のいずれか一方の接点と接続するように切り替えるものである。
　切替部２４のｃ接点は出力信号取出部２３に接続されている。また、切替部２４のａ接点は、抵抗２４ａ及び平滑用のコンデンサ２４ｂを介してグランドに接続されており、切替部２４のｂ接点には出力信号経路調整部２５が接続されている。
　出力信号経路調整部２５は、各出力信号取出部２３から第２分岐線路５３を経て合成器３２に至る経路長を調整するものである。
　具体的には、出力信号経路調整部２５は、各出力信号取出部２３から合成器３２までの複数の前記経路長同士の差分が、使用周波数の波長の整数倍の長さとなるように、前記各経路長を個別に調整するものである。
　第２分岐線路５３の出力信号経路調整部２５と合成器３２との間には可変減衰器３１が設けられている。可変減衰器３１は、第２分岐線路５３に出力された出力信号の利得を調整する。可変減衰器３１により利得が調整された出力信号は合成器３２に与えられる。
　合成器３２は、いずれかの切替部２４がｂ接点に接続されている場合には、基準移相器２１により位相が設定された入力信号と、ｂ接点に接続された切替部２４に対応する出力信号取出部２３により取り出された出力信号とを合成する。合成器３２の後段には、当該合成器３２により２つの信号を合成したときの合成信号のレベルである合成レベルを検出する合成レベル検出器３３が設けられている。
　本実施形態における合成レベル検出器３３は、例えば検波ダイオードよりなり、入力された合成信号の電圧を合成レベルとして検出するものである。なお、合成レベル検出器３３は、検波ダイオード以外に、スペクトラムアナライザなど、上記合成信号の状態を検出できるものであれば他の検出器を用いても良い。合成レベル検出器３３で検出された合成レベルは制御部４０に与えられる。
　入力レベル検出器３５は、信号取出部３４から分岐した第３分岐線路５７に設けられており、信号取出部３４により取り出された入力信号のレベルである入力レベルを検出するものである。本実施形態における入力レベル検出器３５は、例えば検波ダイオードよりなり、入力された入力信号の電圧を入力レベルとして検出するものである。これにより、入力レベル検出器３５は、入力信号取出部１８から合成器３２に至る入力信号の入力レベルを検出することができる。入力レベル検出器３５で検出された入力レベルは制御部４０に与えられる。
　なお、入力レベル検出器３５は、検波ダイオード以外に、スペクトラムアナライザなど、上記入力信号の状態を検出できるものであれば他の検出器を用いても良い。また、信号取出部３４は、入力信号経路調整部１９から可変減衰器２２に至る経路上に設けられているのが好ましく、この経路上であれば任意の位置に設けられていればよい。
　また、本実施形態の信号取出部３４は、入力信号が流れる経路上に設けられているが、出力信号取出部２３により取り出された出力信号が流れる経路上（例えば出力信号経路調整部２５と可変減衰器３１との間の経路上）に設けられていてもよい。この場合、信号取出部３４から取り出された出力信号の出力レベルを検出器で検出し、その検出した出力レベルを制御部４０により補正して入力レベルを取得すればよい。
　また、本実施形態のアンテナシステム４は、信号取出部３４及び入力レベル検出器３５を備えているが、制御部４０が入力信号の入力レベルをデジタル情報として把握できる場合には、信号取出部３４及び入力レベル検出器３５を備えていなくてもよい。
　制御部４０は、ＣＰＵ及び記憶部４３等を含んでいるコンピュータによって構成されており、記憶部４３に記憶されたコンピュータプログラム等を読み出して以下に説明する当該制御部４０が有する各機能部を実現するとともに各種処理を実行する機能を有している。前記コンピュータプログラムは、ＣＤ－ＲＯＭなどの記録媒体に記憶させることができる。
　制御部４０は、ベースバンドユニット２に接続されており、ベースバンドユニット２から、アンテナ素子５が送信する信号のチルト角を設定する制御命令や搬送波周波数を含む制御情報を受ける。
　制御部４０は、上記コンピュータプログラムを実行することで達成される機能部として、位相制御部４１を有する。
　位相制御部４１は、各アンテナ素子５に入力される出力信号の位相が所望の位相となるように基準移相器２１及び対応する移相器１６等を制御するものである。
　具体的には、位相制御部４１は、取り出された入力信号の位相が所望の位相の逆位相となるように基準移相器２１を制御する。そして、位相制御部４１は、基準移相器２１により位相が設定された入力信号と、出力信号取出部２３から取り出された出力信号とを合成器３２により合成するときに、これらの両信号が互いに相殺されるように、入力レベル検出器３５が検出した入力レベルと、合成レベル検出器３３が検出した合成レベルとに基づいて、対応する移相器１６を制御する。本実施形態の位相制御部４１は、前記入力レベルと合成レベルとの比率が閾値以下となるように、対応する移相器１６を制御する。
　また、位相制御部４１は、各移相器１６に対応する可変減衰器１５、他の可変減衰器２２，３１及び切替部２４も個別に制御する。これらの具体的な制御については後述する。
　本実施形態では、移相器１６、入力信号取出部１８、基準移相器２１、出力信号取出部２３、合成器３２、合成レベル検出器３３、入力レベル検出器３５、及び制御部４０を主要な構成要素として位相制御装置が構成されている。
　＜制御部が実行する制御について＞
　次に、制御部４０が実行する制御について、図４及び図５を参照しながら説明する。なお、ここでは、アンテナシステム４の工場出荷時に行う制御から説明する。
　　＜出力信号の経路調整の確認工程＞
　まず、工場出荷時において、制御部４０は、各出力信号取出部２３から合成器３２までの複数の経路長同士の差分が、使用周波数の波長の整数倍の長さとなるように、各出力信号経路調整部２５が適切に調整されているか否かを確認する。
　　＜各アンテナ素子に対応する移相器の制御工程＞
　上記の各出力信号の経路調整の確認工程が終了すると、続いて制御部４０は、複数のアンテナ素子５Ａ～５Ｈに入力される出力信号の位相が所望の位相となるように、対応する移相器１６等を制御する。
　例えば、制御部４０（位相制御部４１）は、ベースバンドユニット２からアンテナ素子５Ａに入力される出力信号の位相を２０°に設定する制御命令を受けた場合、まず、入力信号取出部１８から取り出された入力信号の位相が上記制御命令の位相（２０°）の逆位相である２００°又は－１６０°となるように、基準移相器２１の制御電圧を制御する。その際、制御部４０は、例えば、制御電圧値と位相との関係を示すルックアップテーブルを用いて基準移相器２１の制御電圧を制御する。
　また、上記制御命令の位相に応じて基準移相器２１による入力信号の通過ロスが変化するので、制御部４０は、その通過ロスが一定となるように可変減衰器２２を制御する。この制御は、例えば、図４に示すように、各位相とこれに対応する利得及び通過ロスとの関係を示すルックアップテーブルを用いて行うことができる。このルックアップテーブルは、記憶部４３に記憶されている。
　ここでは、上記制御命令の位相は２０°なので、制御部４０は、図４のルックアップテーブルを参照して、位相が２０°の場合における通過ロス（－１．５ｄＢ）を相殺するように、入力信号の利得が１．５ｄＢとなるように可変減衰器２２を制御する。
　次に、図５において、制御部４０は、アンテナ５Ａに対応する、図中の最も上側に配置された移相器１６及び可変減衰器１５を制御する。具体的には、制御部４０は、図中の最も上側に配置された切替部２４をｂ接点に接続するように切り替える。なお、他の切替部２４は全てａ接点に接続されている。
　これにより、図中の最も上側に配置された出力信号取出部２３から取り出された出力信号は、第２分岐線路５３に取り出され、切替部２４、出力信号経路調整部２５及び可変減衰器３１を経て合成器３２に入力される。
　したがって、合成器３２では、基準移相器２１により位相が設定された入力信号と、図中の最も上側に配置された出力信号取出部２３から取り出された出力信号とが合成される。
　次に、制御部４０は、合成器３２に入力された入力信号と出力信号とが合成されるときに、これらの両信号が互いに相殺されるように、入力レベル検出器３５が検出する入力信号の入力レベルと、合成レベル検出器３３が検出する合成信号の合成レベルとの比率が、予め設定された閾値以下となるように、図中の最も上側に配置された移相器１６を制御する。その際、移相器１６により出力信号の位相が変化することで、当該移相器１６を通過する出力信号の利得も変化するので、制御部４０は、当該移相器１６の前段に配置された可変減衰器１５も制御する。
　具体的には、制御部４０は、前記入力レベルと合成レベルとの比率を最小化させるために移相器１６及び可変減衰器１５の制御電圧をそれぞれ少しずつ変化させ、その制御電圧を変化させたときに、入力レベル検出器３５が検出した入力レベルＶａ、及び合成レベル検出器３３が検出した合成レベルＶｓを取得する。そして、制御部４０は、取得した入力レベルＶａと合成レベルＶｓとの比率Ｒ（＝Ｖａ／Ｖｓ）を算出する。
　次に、制御部４０は、算出した比率Ｒが閾値以下まで低減しているか否かを判定する。前記比率Ｒが閾値以下まで低減している場合、合成器３２により合成される両信号は、位相の誤差が所定範囲内（例えば±５°以内）であって且つ通過利得の誤差が所定範囲内（例えば±０．５ｄＢ以内）の同じ大きさの信号となって、両信号が互いに逆位相で相殺されることを意味する。
　したがって、制御部４０は、上記判定結果が肯定的である場合には、合成器３２により合成される両信号は相殺されるので、図５中の最も上側に配置された移相器１６及び可変減衰器１５の制御を終了する。そして、制御部４０は、対応する切替部２４をａ接点に接続するように切り替える。
　一方、制御部４０は、上記判定結果が否定的である場合には、上記判定結果が肯定的になるまで、移相器１６及び可変減衰器１５の制御電圧を変化させる制御と上記判定とを繰り返し行う。
　上記制御により、合成器３２によって合成される出力信号は、当該出力信号と合成される入力信号に対して逆位相、すなわち上記制御命令の位相と同位相となるように調整される。その結果、上記移相器１６から出力された出力信号は、その位相が上記制御命令の位相（ここでは２０°）となってアンテナ素子５Ａから送信される。したがって、通信中においてアンテナ素子５から送信される信号の位相を所望の位相に調整することができる。
　また、制御部４０は、移相器１６と共に可変減衰器１５を制御するので、通信中においてアンテナ素子５Ａから送信される信号の利得も調整することができる。
　上記のようにアンテナ素子５Ａに対応する移相器１６等の制御が終了すると、制御部４０は、他のアンテナ素子５Ｂ～５Ｈに入力される出力信号の位相についても、それぞれ所望の位相となるように、上記と同様の方法により基準移相器２１及び対応する移相器１６等を用いて順次設定する。
　その際、各アンテナ素子５Ｂ～５Ｈに対応する出力信号取出部２３から取り出された出力信号が合成器３２に入力されるときの位相がばらばらであると、合成器３２に入力された入力信号と出力信号とを相殺するときの電圧波形もばらばらとなる。
　これに対して、本実施形態では、各アンテナ素子５Ａ～５Ｈに対応する上記の経路長同士の差分は、各出力信号経路調整部２５により使用周波数の波長の整数倍の長さとなるように調整されている。このため、各アンテナ素子５Ａ～５Ｈに対応する移相器１６等を制御する際に、合成器３２に入力された入力信号と出力信号とを相殺するときの電圧波形を近似させることができる。したがって、両信号を相殺する条件を近似させることができるので、各アンテナ素子５Ａ～５Ｈに対応する移相器１６等を容易に調整することができる。
　また、入力信号取出部１８を通過して各出力信号取出部２３により取り出される出力信号は、その出力信号取出部２３の前段に設けられた電力増幅器１７等を通過するため、合成器３２に入力される出力信号の入力タイミングは、入力信号の入力タイミングよりも遅くなる。
　これに対して、本実施形態では、合成器３２における入力信号の入力タイミングと出力信号の入力タイミングとを一致又は近似させるように、入力信号取出部１８から合成器３２までの経路長を調整する入力信号経路調整部１９を第１分岐線路５１に設けている。このため、入力信号経路調整部１９により、合成器３２における入力信号の入力タイミングと出力信号の入力タイミングとを一致又は近似させることができるので、各アンテナ素子５Ａ～５Ｈに対応する移相器１６等をさらに容易に調整することができる。
　以上のように、第１実施形態では、制御部４０は、入力信号取出部１８が取り出した入力信号の位相が所望の位相の逆位相となるように基準移相器２１を制御する。そして、制御部４０は、その逆位相となった入力信号と、対応する出力信号取出部２３が取り出した出力信号とを合成器３２により合成するときにこれらの両信号を互いに相殺するように移相器１６を制御する。これにより、合成器３２によって合成される出力信号は、当該出力信号と合成される入力信号に対して逆位相、すなわち所望の位相と同位相となるように調整される。その結果、各移相器１６から出力された出力信号は、その位相が所望の位相となって、対応するアンテナ素子５から送信される。したがって、通信中において複数のアンテナ素子５から送信される信号の位相を、それぞれ所望の位相に調整することができる。
　また、前記両信号を互いに相殺するように移相器１６を制御するときに、入力信号の入力レベルＶａと、合成レベル検出器３３で検出された合成信号の合成レベルＶｓとの比率Ｒが閾値以下となるように移相器１６を制御するので、通信中に入力レベルの値が大きく変化しても、簡単に前記両信号を相殺するように移相器１６を制御することができる。
　また、入力信号取出部１８から取り出された入力信号の入力レベルＶａを入力レベル検出器３５により検出するので、入力信号の入力レベルＶａが検出されるタイミングと、入力信号が合成器３２に入力されるタイミングとを近似させることができる。これにより、制御部４０は、前記両タイミング間の遅延誤差を考慮せずに簡単に移相器１６を制御することができる。
［第２実施形態］
　図６は、本発明の第２実施形態に係るアンテナシステム４の制御構成を示すブロック図である。本実施形態のアンテナシステム４は、入力レベルと合成レベルとの比率に基づいて移相器１６を制御する替わりに、合成レベルの閾値を重み付けし、合成レベルが重み付け後の閾値以下となるように移相器１６を制御する点で、第１実施形態と相違する。
　本実施形態の制御部４０は、コンピュータプログラムを実行することで達成される機能部として、位相制御部４１と閾値設定部４４とを有する。
　閾値設定部４４は、入力レベル検出器３５が検出した入力レベルに応じて、合成レベルの閾値を重み付けすることによって当該閾値を設定するものである。本実施形態の閾値設定部４４は、予め定められた基準値Ｂに重み付け係数Ａを乗算した値を閾値Ｃとして設定するものであり、前記重み付け係数Ａを入力レベル検出器３５が検出した入力レベルＶａに応じて決定する。
　例えば、閾値設定部４４は、入力レベルＶａが大きい場合には重み付け係数Ａを大きい値に決定し、入力レベルＶａが小さい場合には重み付け係数Ａを小さい値に決定する。閾値設定部４４は、入力レベルＶａを使用した演算式や、入力レベルＶａと重み付係数Ａとの関係を示すルックアップテーブルに基づいて重み付け係数Ａを決定することができる。閾値設定部４４が設定した閾値Ｃは、位相制御部４１と比較器３６に与えられる。
　比較器３６は、本実施形態のアンテナシステム４（位相制御装置）の構成要素であり、合成レベル検出器３３の後段に配置されている。比較器３６には、閾値設定部４４が設定した合成レベルの閾値Ｃ、及び合成レベル検出器３３で検出された合成レベルＶｓが入力される。比較器３６は、入力された閾値Ｃと合成レベルＶｓとを比較し、その比較結果に基づいてＨレベルの電圧信号及びＬレベルの電圧信号のいずれか一方を出力する。例えば、本実施形態の比較器３６は、合成レベルＶｓが閾値Ｃ以下である場合にはＨレベルの電圧信号を出力し、合成レベルＶｓが閾値Ｃを超える場合にはＬレベルの電圧信号を出力する。比較器３６が出力した電圧信号は制御部４０に与えられる。
　本実施形態の位相制御部４１は、入力信号と出力信号とを合成器３２により合成するときに、これらの両信号を互いに相殺すべく、合成レベル検出器３３で検出される合成レベルＶｓが、閾値設定部４４で設定された閾値Ｃ以下となるように、対応する移相器１６及び可変減衰器１５を制御する。
　具体的には、閾値設定部４４が入力レベル検出器３５で検出された入力レベルＶａに応じて合成レベルの閾値Ｃを設定すると、位相制御部４１は、合成レベル検出器３３で検出される合成レベルＶｓを最小化させるように移相器１６及び可変減衰器１５の制御電圧をそれぞれ少しずつ変化させる。そして、位相制御部４１は、前記制御電圧を変化させたときに合成レベル検出器３３が検出した合成レベルＶｓと、閾値設定部４４で設定された閾値Ｃとを比較器３６で比較した結果（電圧信号）を当該比較器３６から取得する。
　次に、位相制御部４１は、比較器３６から取得した電圧信号がＨレベルであるか否か、すなわち合成レベルＶｓが閾値Ｃ以下まで低減しているか否かを判定する。前記合成レベルＶｓが閾値Ｃ以下まで低減している場合、合成器３２により合成される両信号は、位相の誤差が所定範囲内であって且つ通過利得の誤差が所定範囲内の同じ大きさの信号となって、両信号が互いに逆位相で相殺されることを意味する。
　したがって、制御部４０は、上記判定結果が肯定的である場合には、合成器３２により合成される両信号は相殺されるので、対応する移相器１６及び可変減衰器１５の制御を終了する。
　一方、制御部４０は、上記判定結果が否定的である場合には、上記判定結果が肯定的になるまで、移相器１６及び可変減衰器１５の制御電圧を変化させる制御と上記判定とを繰り返し行う。なお、第２実施形態において説明を省略した点は、第１実施形態と同様である。
　以上のように、第２実施形態では、制御部４０は、入力レベルＶａに応じて合成レベルの閾値Ｃを重み付けし、合成レベルＶｓが重み付け後の閾値Ｃ以下となるように移相器１６を制御するので、入力レベルＶａが大きく変化しても、その入力レベルＶａに応じて閾値Ｃを適切な値に設定することができる。これにより、簡単かつ確実に前記両信号を相殺するように移相器１６を制御することができる。
［第３実施形態］
　図７は、本発明の第３実施形態に係るアンテナシステム４の制御構成を示すブロック図である。本実施形態のアンテナシステム４は、第２実施形態の変形例であり、入力レベルに応じて閾値を変更する替わりに、入力レベルに応じて合成レベルを補正している点で、第２実施形態と相違する。
　本実施形態のアンテナシステム４は、合成レベル検出器３３と比較器３６との間に配置された積分器３７を備えている。積分器３７は、合成レベル検出器３３が検出した合成レベルＶｓを所定時間の間、積分するものであり、当該合成レベルＶｓを補正する補正部として機能する。積分器３７で積分された合成レベルＶｓ’は比較器３６に与えられる。
　比較器３６には、制御部４０で予め設定された合成レベルの閾値Ｃ’、及び積分器３７で積分された合成レベルＶｓ’が入力される。比較器３６は、入力された閾値Ｃ’と合成レベルＶｓ’とを比較し、その比較結果に基づいてＨレベルの電圧信号及びＬレベルの電圧信号のいずれか一方を出力する。例えば、本実施形態の比較器３６は、合成レベルＶｓ’が閾値Ｃ’以下である場合にはＨレベルの電圧信号を出力し、合成レベルＶｓ’が閾値Ｃ’を超える場合にはＬレベルの電圧信号を出力する。比較器３６が出力した電圧信号は制御部４０に与えられる。
　制御部４０は、コンピュータプログラムを実行することで達成される機能部として、位相制御部４１と補正制御部４５とを有する。
　補正制御部４５は、入力レベル検出器３５が検出した入力レベルＶａに応じて、積分器３７の積分時間（周期）を変更するように当該積分器３７を制御する。例えば、補正制御部４５は、入力レベルＶａが大きい場合には前記積分時間を短くし、入力レベルＶａが小さい場合には前記積分時間を長くする。
　位相制御部４１は、入力信号と出力信号とを合成器３２により合成するときに、これらの両信号を互いに相殺すべく、積分器３７で積分された合成レベルＶｓ’が、予め設定された閾値Ｃ’以下となるように、対応する移相器１６及び可変減衰器１５を制御する。
　具体的には、補正制御部４５が入力レベル検出器３５で検出された入力レベルＶａに応じて合成レベルＶｓを補正（積分）するように積分器３７を制御し、次いで位相制御部４１が、積分器３７で積分された合成レベルＶｓ’を最小化させるように移相器１６及び可変減衰器１５の制御電圧をそれぞれ少しずつ変化させる。そして、位相制御部４１は、前記制御電圧を変化させたときに積分器３７で積分された合成レベルＶｓ’と、予め設定された閾値Ｃ’とを比較器３６で比較した結果（電圧信号）を当該比較器３６から取得する。
　次に、位相制御部４１は、比較器３６から取得した電圧信号がＨレベルであるか否か、すなわち積分器３７で積分された合成レベルＶｓ’が閾値Ｃ’以下まで低減しているか否かを判定する。前記合成レベルＶｓ’が閾値Ｃ’以下まで低減している場合、合成器３２により合成される両信号は、位相の誤差が所定範囲内であって且つ通過利得の誤差が所定範囲内の同じ大きさの信号となって、両信号が互いに逆位相で相殺されることを意味する。
　したがって、制御部４０は、上記判定結果が肯定的である場合には、合成器３２により合成される両信号は相殺されるので、対応する移相器１６及び可変減衰器１５の制御を終了する。
　一方、制御部４０は、上記判定結果が否定的である場合には、上記判定結果が肯定的になるまで、移相器１６及び可変減衰器１５の制御電圧を変化させる制御と上記判定とを繰り返し行う。なお、第３実施形態において説明を省略した点は、第２実施形態と同様である。
　以上のように、第３実施形態では、制御部４０は、入力レベルＶａに応じて合成レベルＶｓの積分時間を変更するように当該積分器３７を制御するので、入力レベルＶａが大きく変化しても、入力レベルＶａに応じて合成レベルＶｓを適切な値に補正することができる。これにより、確実に前記両信号を相殺するように移相器１６を制御することができる。
［第４実施形態］
　図８は、本発明の第４実施形態に係るアンテナシステム４の制御構成を示すブロック図である。本実施形態のアンテナシステム４は、第３実施形態の変形例であり、合成レベルを補正する補正部の構成が異なる点で第３実施形態と相違する。
　本実施形態のアンテナシステム４は、合成レベル検出器３３と比較器３６との間に配置された増幅器３８を備えている。増幅器３８は、合成レベル検出器３３が検出した合成レベルＶｓを増幅するものであり、当該合成レベルＶｓを補正する補正部として機能する。増幅器３８で増幅された合成レベルＶｓ”は比較器３６に与えられる。比較器３６には、制御部４０で予め設定された合成レベルの閾値Ｃ'、及び増幅器３８で増幅された合成レベルＶｓ”が入力される。
　制御部４０の補正制御部４５は、入力レベル検出器３５が検出した入力レベルＶａに応じて、増幅器３８の利得を変更するように当該増幅器３８を制御する。例えば、補正制御部４５は、入力レベルＶａが大きい場合には前記利得を小さくし、入力レベルＶａが小さい場合には前記利得を大きくする。
　位相制御部４１は、入力信号と出力信号とを合成器３２により合成するときに、これらの両信号を互いに相殺すべく、増幅器３８で増幅された合成レベルＶｓ”が、予め設定された閾値Ｃ'以下となるように、対応する移相器１６及び可変減衰器１５を制御する。
　具体的には、補正制御部４５が入力レベル検出器３５で検出された入力レベルＶａに応じて合成レベルＶｓを補正（増幅）するように積分器３７を制御し、次いで位相制御部４１が、増幅器３８で増幅された合成レベルＶｓ”を最小化させるように移相器１６及び可変減衰器１５の制御電圧をそれぞれ少しずつ変化させる。そして、位相制御部４１は、前記制御電圧を変化させたときに増幅器３８で増幅された合成レベルＶｓ”と、予め設定された閾値Ｃ’とを比較器３６で比較した結果（電圧信号）を当該比較器３６から取得する。
　次に、位相制御部４１は、比較器３６から取得した電圧信号がＨレベルであるか否か、すなわち増幅器３８で増幅された合成レベルＶｓ”が閾値Ｃ’以下まで低減しているか否かを判定する。前記合成レベルＶｓ”が閾値Ｃ’以下まで低減している場合、合成器３２により合成される両信号は、位相の誤差が所定範囲内であって且つ通過利得の誤差が所定範囲内の同じ大きさの信号となって、両信号が互いに逆位相で相殺されることを意味する。
　したがって、制御部４０は、上記判定結果が肯定的である場合には、合成器３２により合成される両信号は相殺されるので、対応する移相器１６及び可変減衰器１５の制御を終了する。
　一方、制御部４０は、上記判定結果が否定的である場合には、上記判定結果が肯定的になるまで、移相器１６及び可変減衰器１５の制御電圧を変化させる制御と上記判定とを繰り返し行う。なお、第４実施形態において説明を省略した点は、第３実施形態と同様である。
　以上のように、第４実施形態では、制御部４０は、入力レベルＶａに応じて合成レベルＶｓを増幅する増幅器３８の利得を変更するように当該増幅器３８を制御するので、入力レベルＶａが大きく変化しても、入力レベルＶａに応じて合成レベルＶｓを適切な値に補正することができる。これにより、確実に前記両信号を相殺するように移相器１６を制御することができる。
［その他］
　なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。例えば、上記実施形態のアレーアンテナシステム４は、アクティブアンテナシステム以外のアンテナシステムにも適用することができる。また、上記実施形態の位相制御装置は、アンテナシステム以外の通信システムにも適用することができる。
１　基地局装置
２　ベースバンドユニット
３　信号伝送路
４　アクティブアンテナシステム（アレーアンテナシステム）
５　アンテナ素子
８　デジタル信号処理部
９　アナログ信号処理部
１１　デジタルアナログ変換器
１２　アップコンバータ
１３　発振器
１４　電力分配器
１５　可変減衰器
１６　移相器
１７　電力増幅器
１８　入力信号取出部
１９　入力信号経路調整部
２１　基準移相器
２２　可変減衰器
２３　出力信号取出部
２４　切替部
２４ａ　抵抗
２４ｂ　コンデンサ
２５　出力信号経路調整部
３１　可変減衰器
３２　合成器
３３　合成レベル検出器
３４　信号取出部
３５　入力レベル検出器
３６　比較器
３７　積分器（補正部）
３８　増幅器（補正部）
４０　制御部
４１　位相制御部
４３　記憶部
４４　閾値設定部
４５　補正制御部
５１　第１分岐線路
５３　第２分岐線路
５７　第３分岐線路
Ａ　重み付け係数
Ｂ　基準値
Ｃ　閾値
Ｒ　比率
Ｖａ　入力レベル
Ｖｓ　合成レベル

Claims (8)

  1. 　信号の位相を調整する移相器を備えた位相制御装置であって、
    　前記移相器への入力信号を取り出す入力信号取出部と、
    　取り出された前記入力信号の位相を設定する基準移相器と、
    　前記移相器から出力された出力信号を取り出す出力信号取出部と、
    　前記基準移相器により位相が設定された前記入力信号、及び取り出された前記出力信号を合成する合成器と、
    　前記合成器の合成信号のレベルである合成レベルを検出する合成レベル検出器と、
    　前記出力信号の位相が所望の位相となるように前記基準移相器及び前記移相器を制御する制御部と、を備え、
    　前記制御部は、取り出された前記入力信号の位相が前記所望の位相の逆位相となるように前記基準移相器を制御し、前記逆位相の入力信号及び前記出力信号を前記合成器により合成するときにこれらの両信号を互いに相殺すべく、前記入力信号のレベルである入力レベルと前記合成レベル検出器で検出された前記合成レベルとに基づいて前記移相器を制御する、位相制御装置。
  2. 　取り出された前記入力信号の入力レベルを検出する入力レベル検出器をさらに備える請求項１に記載の位相制御装置。
  3. 　前記制御部は、前記入力レベルと前記合成レベルとの比率が閾値以下となるように前記移相器を制御する、請求項１又は請求項２に記載の位相制御装置。
  4. 　前記制御部は、前記入力レベルに応じて前記合成レベルの閾値を重み付けし、前記合成レベルが前記重み付け後の閾値以下となるように前記移相器を制御する、請求項１又は請求項２に記載の位相制御装置。
  5. 　前記合成レベルを補正する補正部をさらに備え、
    　前記制御部は、前記入力レベルに応じて前記補正部を制御し、補正された前記合成レベルが閾値以下となるように前記移相器を制御する、請求項１又は請求項２に記載の位相制御装置。
  6. 　前記補正部は、前記合成レベルを積分する積分器であり、
    　前記制御部は、前記入力レベルに応じて前記積分器の積分時間を変更するように当該積分器を制御する、請求項５に記載の位相制御装置。
  7. 　前記補正部は、前記合成レベルを増幅する増幅器であり、
    　前記制御部は、前記入力レベルに応じて前記増幅器の利得を変更するように当該増幅器を制御する、請求項５に記載の位相制御装置。
  8. 　複数のアンテナ素子と、
    　これらの各アンテナ素子によって送信される信号の位相を個別に調整する複数の移相器と、
    　複数の前記移相器への入力信号を取り出す入力信号取出部と、
    　取り出された前記入力信号の位相を設定する基準移相器と、
    　前記各移相器から出力されて、対応する前記アンテナ素子に入力される出力信号を取り出す複数の出力信号取出部と、
    　前記基準移相器により位相が設定された前記入力信号、及び取り出された前記出力信号を合成する合成器と、
    　前記合成器の合成信号のレベルである合成レベルを検出する合成レベル検出器と、
    　前記アンテナ素子に入力される前記出力信号の位相が所望の位相となるように前記基準移相器及び対応する前記移相器を制御する制御部と、を備え、
    　前記制御部は、取り出された前記入力信号の位相が前記所望の位相の逆位相となるように前記基準移相器を制御し、前記逆位相の入力信号及び前記出力信号を前記合成器により合成するときにこれらの両信号を互いに相殺すべく、前記入力信号のレベルである入力レベルと前記合成レベル検出器で検出された前記合成レベルとに基づいて前記移相器を制御する、アレーアンテナシステム。
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