WO2023149042A1 - アンテナモジュール、アンテナシステム、及び電波受信方法 - Google Patents

Abstract

複数のアンテナ素子の各々が、直交する２つの直線偏波を受信する２つのポートを含む。処理部が、複数のアンテナ素子で受信された信号を処理する。複数のアンテナ素子が２つのポートのそれぞれによって受信する直線偏波の偏波方向は、複数のアンテナ素子の間で異なっている。処理部は、電波が到来したときに複数のアンテナ素子に含まれる複数のポートのそれぞれで受信される直線偏波成分の受信レベルを複数のポートの間で比較し、受信レベルが最も高いポートを検出する。

Description

アンテナモジュール、アンテナシステム、及び電波受信方法

　本発明は、アンテナモジュール、アンテナシステム、及び電波受信方法に関する。

　複数個の円偏波アンテナ素子を配列して構成された円偏波アレーアンテナの軸比を改善する技術が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された技術では、３種類の直線偏波成分の放射電界強度を等しくするように、複数の円偏波アンテナ素子の励振位相を求め、この位相で複数の円偏波アンテナ素子を励振する。

特開平３－２４９８０７号公報

　送信アンテナ及び受信アンテナの少なくとも一方の向きが固定されていないような通信、例えば携帯端末と基地局との通信においては、一方のアンテナに円偏波アンテナが用いられ、他方のアンテナに直線偏波アンテナが用いられる。円偏波アンテナから送信される電波は、一般的には完全な円偏波にはならず、楕円偏波になる。楕円偏波を直線偏波アンテナで受信する場合、受信感度が楕円偏波の長軸方向に依存して変化する。到来する楕円偏波の長軸方向を検出することができれば、受信感度の低下を抑制することが可能になる。本発明の目的は、到来する楕円偏波の長軸方向に関する情報を得ることができるアンテナモジュールを提供することである。本発明の他の目的は、到来する楕円偏波の長軸方向に関する情報を得ることができる電波受信方法を提供することである。

　逆に、円偏波受信アンテナで直線偏波を受信する場合、到来する直線偏波の偏波方向によって受信感度が低下する場合がある。本発明のさらに他の目的は、円偏波受信アンテナで直線偏波を受信する場合に、受信感度の低下を抑制することができるアンテナシステムを提供することである。

　本発明の一観点によると、
　各々が、直交する２つの直線偏波を受信する２つのポートを含む複数のアンテナ素子と、
　前記複数のアンテナ素子で受信された信号を処理する処理部と
を備え、
　前記複数のアンテナ素子が２つのポートのそれぞれによって受信する直線偏波の偏波方向は、前記複数のアンテナ素子の間で異なっており、
　前記処理部は、電波が到来したときに前記複数のアンテナ素子に含まれる複数のポートのそれぞれで受信される直線偏波成分の受信レベルを前記複数のポートの間で比較し、受信レベルが最も高いポートを検出するアンテナモジュールが提供される。

　本発明の他の観点によると、
　各々が２つのポートを持ち、２つのポートによって偏波方向の異なる２つの直線偏波を送受信する複数のアンテナ素子、及び
　前記複数のアンテナ素子に送信信号を供給するとともに、前記複数のアンテナ素子で受信された受信信号を処理する処理部を有する第１アンテナモジュールと、
　前記第１アンテナモジュールから送信された電波を受信し、受信レベルを測定し、測定された受信レベルを特定する情報を含む信号を前記第１アンテナモジュールに返信する第２アンテナモジュールと
を備え、
　前記複数のアンテナ素子が送信する直線偏波の偏波方向は、アンテナ素子の間で異なっており、
　前記処理部は、
　前記複数のアンテナ素子の前記複数のポートのうち一つのポートに送信信号を供給して直線偏波を送信し、前記第２アンテナモジュールから返信された返信信号を受信する処理を、前記複数のポートのそれぞれについて実行し、
　前記返信信号に含まれる受信レベルを特定する情報から、前記複数のポートのうち受信レベルが最も高くなったときに使用したポートを検出するアンテナシステムが提供される。

　複数のアンテナ素子に含まれる複数のポートから、受信レベルが最も高いポートを検出することにより、到来する楕円偏波の長軸方向を、ある範囲内で特定することができる。

　第２アンテナモジュールで受信された受信レベルに基づいて第１アンテナモジュールから送信する直線偏波の偏波方向を変化させることにより、第２アンテナモジュールでの受信感度の低下を抑制することができる。

図１は、第１実施例によるアンテナモジュールの概略図である。 図２は、第１実施例によるアンテナモジュールの処理部が実行する処理の手順を示すフローチャートである。 図３Ａは、２つのアンテナ素子で受信される楕円偏波のｘｙ面上における電界ベクトルの先端の軌跡を示す模式図であり、図３Ｂは、楕円偏波の長軸の方向と、受信レベルが最大になるポートとの関係を示す線図である。 図４は、第１実施例の変形例によるアンテナモジュールの２つのアンテナ素子で受信される直線偏波のｘｙ面上における電界ベクトルの先端の軌跡を示す模式図である。 図５は、第１実施例の他の変形例によるアンテナモジュールに搭載された２つのアンテナ素子の平面図である。 図６は、第２実施例によるアンテナモジュールの概略図である。 図７は、第２実施例によるアンテナモジュールの処理部が実行する処理の手順を示すフローチャートである。 図８は、第２実施例によるアンテナモジュールの２つのアンテナ素子の偏波方向を説明するための模式図である。 図９は、第２実施例によるアンテナモジュールの処理部の処理の手順を示すフローチャートである。 図１０は、第２実施例の変形例によるアンテナモジュールのアンテナ素子と、その偏波方向との関係を示す模式図である。 図１１Ａは、第２実施例の他の変形例によるアンテナモジュールのアンテナ素子と、その偏波方向との関係を示す模式図であり、図１１Ｂ及び図１１Ｃは、１番目のアンテナ素子と２番目のアンテナ素子とを重ねて示した模式図である。 図１２は、Ｎ個のアンテナ素子を重ねたときの２Ｎ個のポートで受信される直線偏波の偏波方向の位置関係を示す模式図である。 図１３は、第３実施例によるアンテナシステムの概略図である。 図１４は、第３実施例によるアンテナシステムの第１アンテナモジュール及び第２アンテナモジュールの処理の手順を示すフローチャートである。 図１５は、第３実施例の変形例によるアンテナシステムの概略図である。 図１６Ａから図１６Ｄまでの図面は、上述の実施例によるアンテナモジュールを用いた通信システムの概略図である。

　［第１実施例］
　図１から図３Ｂまでの図面を参照して、第１実施例によるアンテナモジュールについて説明する。なお、「アンテナモジュール」は、「アンテナ装置」ということもできる。
　図１は、第１実施例によるアンテナモジュールの概略図である。第１実施例によるアンテナモジュールは、２つのアンテナ素子２０及び処理部３０を備えている。送信アンテナ７２から送信された電波を２つのアンテナ素子２０が受信する。送信アンテナ７２は円偏波を送信するように設計されているが、実際に送信される電波は完全な円偏波にはならず、楕円偏波８０になる。

　２つのアンテナ素子２０の各々は、例えば円形のパッチアンテナであり、２つのポートを有している。一方のアンテナ素子２０の２つのポートをポートＰ０、Ｐ１と標記し、他方のアンテナ素子２０の２つのポートを、ポートＰ２、Ｐ３と標記することとする。アンテナ素子２０の２つのポートのそれぞれによって直線偏波を受信することができる。２つのアンテナ素子２０が配置された面をｘｙ面とするｘｙｚ直交座標系を定義する。アンテナ素子２０を正面から見たとき、ｙ軸の正の方向から時計回りに傾く角度を傾き角θと標記する。ｙ軸の正の方向から反時計回りに傾く場合の傾き角θの値は負になる。

　一方のアンテナ素子２０のポートＰ０で受信する直線偏波の偏波方向はｙ軸に平行（傾き角θが０°）であり、ポートＰ１で受信する直線偏波の偏波方向はｘ軸に平行（傾き角θが９０°）である。他方のアンテナ素子２０のポートＰ２で受信する直線偏波の偏波方向の傾き角θは１３５°であり、ポートＰ３で受信する直線偏波の偏波方向の傾き角θは４５°である。

　すなわち、一つのアンテナ素子２０に着目したとき、一方のポートで受信する直線偏波と他方のポートで受信する直線偏波との偏波方向は相互に直交している。さらに、一方のアンテナ素子２０の２つのポートのそれぞれで受信する２つの直線偏波の偏波方向と、他方のアンテナ素子２０の２つのポートのそれぞれで受信する２つの直線偏波の偏波方向とは、４５°の角度をなす。

　処理部３０は、４つの受信機３１と、受信レベル比較判定部３２とを含む。４つの受信機３１は、それぞれ２つのアンテナ素子２０の合計４つのポートＰ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に接続されている。４つのポートＰ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のそれぞれで受信された受信信号が、４つの受信機３１に入力される。受信機３１は、受信信号の受信レベルを測定する。受信機３１で測定される受信レベルは、各ポートで受信される直線偏波成分の強度に相当する。受信レベルの測定結果が受信レベル比較判定部３２に入力される。

　次に、図２を参照して、第１実施例によるアンテナモジュールの処理部３０が実行する処理について説明する。図２は、処理部３０が実行する処理の手順（電波受信方法）を示すフローチャートである。まず、送信アンテナ７２（図１）から送信された電波を２つのアンテナ素子２０で受信し、４つのポートＰ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のそれぞれで受信された受信信号を、処理部３０の受信機３１が取得する（ステップＳＡ１）。受信機３１は、４つのポートＰ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のそれぞれで受信された受信信号の受信レベルを測定する（ステップＳＡ２）。受信レベルの測定結果が受信レベル比較判定部３２に入力される。

　受信レベル比較判定部３２は、ポートＰ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のそれぞれで受信された受信信号の受信レベルを比較し、最も高い受信レベルを示したポートを検出する（ステップＳＡ３）。

　次に、図３Ａを参照して第１実施例の優れた効果について説明する。図３Ａは、２つのアンテナ素子２０（図１）で受信される楕円偏波のｘｙ面上における電界ベクトルの先端の軌跡８１を示す模式図である。送信アンテナ７２（図１）が円偏波を送信するように設計されていたとしても、一般的に、実際に送信される電波は楕円偏波になる。図３Ａでは、楕円偏波の長軸ＭＡが、ｙ軸方向に対してやや傾いている例を示している。

　一方のアンテナ素子２０のポートＰ０、Ｐ１は、それぞれｙ方向及びｘ方向に平行な偏波方向を持つ直線偏波を受信するため、ポートＰ０、Ｐ１で受信された受信信号の受信レベルＬ０、Ｌ１は、それぞれ軌跡８１のｙ方向の寸法及びｘ方向の寸法に相当する。他方のアンテナ素子２０のポートＰ２、Ｐ３は、それぞれ偏波方向の傾き角θが１３５°及び４５°の直線偏波を受信するため、ポートＰ２、Ｐ３で受信された受信信号の受信レベルＬ２、Ｌ３は、それぞれ軌跡８１の、傾き角θが１３５°の方向Ｄ１３５及び傾き角θが４５°の方向Ｄ４５の寸法に相当する。

　例えば、楕円偏波の長軸ＭＡの傾き角θが－２２．５°より大きく２２．５°未満であるとき、受信レベルＬ０、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の大小関係は、Ｌ０＞Ｌ３＞Ｌ２＞Ｌ１となる。最も高い受信レベルを示すポートＰ０で受信される直線偏波の偏波方向（ｙ方向）が、他のポートＰ１、Ｐ２、Ｐ３で受信される直線偏波の偏波方向と比べて、楕円偏波の長軸ＭＡの方向に最も近い。

　図３Ｂは、楕円偏波の長軸ＭＡの方向と、受信レベルが最大になるポートとの関係を示す線図である。受信レベルＬ０が最大の場合、楕円偏波の長軸ＭＡの傾き角θは－２２．５°より大きく２２．５°未満であると特定できる。受信レベルＬ３が最大の場合、楕円偏波の長軸ＭＡの傾き角θは２２．５°より大きく６７．５°未満であると特定できる。受信レベルＬ１が最大の場合、楕円偏波の長軸ＭＡの傾き角θは６７．５°より大きく１１２．５°未満であると特定できる。受信レベルＬ２が最大の場合、楕円偏波の長軸ＭＡの傾き角θは１１２．５°より大きく１５７．５°未満であると特定できる。

　楕円偏波の長軸ＭＡの傾き角θがある範囲内で特定できると、楕円偏波の長軸ＭＡの方向に依存する種々処理において、処理を最適化することが可能である。

　次に、図４を参照して第１実施例の変形例について説明する。第１実施例では、２つのアンテナ素子２０で楕円偏波を受信するが、第１実施例の変形例では、直線偏波を受信する。本変形例では、到来する直線偏波の偏波方向を推定する。

　図４は、第１実施例の変形例によるアンテナモジュールの２つのアンテナ素子２０（図１）で受信される直線偏波のｘｙ面上における電界ベクトルの先端の軌跡８１を示す模式図である。軌跡８１は、例えばｙ軸方向からややずれた方向に延びる直線である。一方のアンテナ素子２０のポートＰ０、Ｐ１（図１）で受信される受信信号の受信レベルＬ０、Ｌ１は、それぞれ軌跡８１のｙ方向の寸法及びｘ方向の寸法に相当する。他方のアンテナ素子２０のポートＰ２、Ｐ３で受信される受信信号の受信レベルＬ２、Ｌ３は、それぞれ軌跡８１の、傾き角θが１３５°の方向Ｄ１３５及び傾き角θが４５°の方向Ｄ４５の寸法に相当する。

　本変形例では、４つのポートＰ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３で受信された受信信号の受信レベルＬ０、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の大小関係から、到来した直線偏波の偏波方向をある範囲内で特定することができる。

　次に、図５を参照して第１実施例の他の変形例について説明する。
　図５は、第１実施例の他の変形例によるアンテナモジュールに搭載された２つのアンテナ素子２０の平面図である。第１実施例によるアンテナモジュールでは、アンテナ素子２０として円形のパッチアンテナが用いられている。これに対して本変形例では、アンテナ素子２０として正方形のパッチアンテナが用いられている。アンテナ素子２０の各々の２つのポートは、アンテナ素子２０の隣り合う２つの辺の中点のそれぞれと幾何中心とを両端とする線分上に配置される。

　２つのアンテナ素子２０で受信される直線偏波の偏波方向は、２つのアンテナ素子２０の間で４５°ずれている。第１実施例では、アンテナ素子２０が円形であるため、アンテナ素子２０の偏波方向を回転させてもアンテナ素子２０の外形は見かけ上回転しない。これに対して図５に示した変形例のようにアンテナ素子２０を正方形にした場合は、アンテナ素子２０の偏波方向を回転させる場合、アンテナ素子２０の外形を傾き角θの方向に回転させる必要がある。

　本変形例のように、アンテナ素子２０の形状を正方形にしてもよい。また、アンテナ素子２０が、相互に直交する偏波方向の２つの直線偏波を受信できるという条件の下で、アンテナ素子２０をその他の形状にしてもよい。例えば、正方形の４つの角を正方形状に切り落とした形状にしてもよい。

　次に、第１実施例のさらに他の変形例について説明する。
　第１実施例では、２つのアンテナ素子２０（図１）で受信する直線偏波の偏波方向が、アンテナ素子２０の間で４５°の角度をなしているが、アンテナ素子２０の間での直線偏波の偏波方向のなす角度は必ずしも４５°である必要はない。２つのアンテナ素子２０の合計４つのポートＰ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３で、偏波方向の異なる４つの直線偏波を受信できる構成にすればよい。この場合にも、到来する電波の受信レベルが最大になるポートで受信する直線偏波の偏波方向の受信感度が最大になるように、各ポートの信号レベル変化量（利得量と減衰量との和）と位相変化量とを設定すればよい。

　［第２実施例］
　次に、図６から図９までの図面を参照して第２実施例によるアンテナモジュールについて説明する。以下、図１から図３Ｂまでの図面を参照して説明した第１実施例によるアンテナモジュールと共通の構成については説明を省略する。

　図６は、第２実施例によるアンテナモジュールの概略図である。第２実施例によるアンテナモジュールも、第１実施例によるアンテナモジュールと同様に、２つのアンテナ素子２０及び処理部３０を備えている。第１実施例（図１）では、処理部３０が４つの受信機３１及び受信レベル比較判定部３２を含む。これに対して第２実施例では、処理部３０が受信機３１及び受信レベル比較判定部３２に加えて、受信アンプ３３、送信アンプ３４、可変減衰器３５、移相器３６、及び合成分波器３７を含む。受信アンプ３３、送信アンプ３４、可変減衰器３５、及び移相器３６は、４つのポートＰ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のそれぞれに対応して設けられている。なお、受信アンプ３３、送信アンプ３４、可変減衰器３５、及び移相器３６の接続順は、図６に示した順番に限定されない。

　受信レベル比較判定部３２が、受信アンプ３３の利得量、可変減衰器３５の減衰量及び移相器３６の位相変化量を制御する。受信アンプ３３の利得量および可変減衰器３５の減衰量を制御することによって、受信信号の信号レベル変化量が制御される。

　アンテナモジュールが信号を受信する場合には、４つのポートＰ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のそれぞれで受信された受信信号が、受信アンプ３３で増幅され、可変減衰器３５及び移相器３６を通過して合成分波器３７に入力される。合成分波器３７は、入力された４つの受信信号を合成する。合成された受信信号は、ダウンコンバートされてベースバンド信号処理回路に入力される。

　アンテナモジュールが信号を送信する場合には、送信すべき信号が合成分波器３７で４つの信号に分波される。分波されたそれぞれの信号が、移相器３６、可変減衰器３５を通過し、送信アンプ３４で増幅されて４つのポートＰ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のそれぞれに供給される。送信時には、送信アンプ３４の利得、可変減衰器３５の減衰量、及び移相器３６の位相変化量が制御される。

　次に、図７を参照して第２実施例によるアンテナモジュールの処理部３０が実行する処理について説明する。図７は、処理部３０が実行する処理（電波受信方法）の手順を示すフローチャートである。ステップＳＡ１からステップＳＡ３までの手順は、第１実施例によるアンテナモジュールの処理部３０が実行する手順（図２）と同一である。ステップＳＡ３において、最も高い受信レベルを示すポートが複数個あった場合、任意の一つのポートを、受信レベルが最大であるポートとするとよい。または、予め各ポートに優先順位を付与しておき、最も高い受信レベルを示す複数のポートのうち優先順位の最も高いポートを、受信レベルが最大であるポートとしてもよい。

　ステップＳＡ３において、最も高い受信レベルを示したポートが検出されると、受信レベルが最大になったポートで受信される直線偏波の偏波方向の受信感度が最大になるように、２つのアンテナ素子２０のそれぞれの２つのポートで受信された受信信号に作用させる信号レベル変化量及び位相変化量を設定する（ステップＳＡ４）。本明細書において、各ポートで受信された受信信号に作用させる信号レベル変化量及び位相変化量を、ポートの信号レベル変化量及びポートの位相変化量という場合がある。具体的には、それぞれのポートに接続された受信アンプ３３（図６）の利得量、可変減衰器３５（図６）の減衰量、及び移相器３６（図６）の位相変化量を設定する。これにより、それぞれのポートで受信された受信信号の信号レベルが、設定された信号レベル変化量だけ変化し、受信信号の位相が、設定された位相変化量だけ変化し、合成分波器３７に入力される。

　次に、図８を参照して、受信レベルが最大になったポートで受信された直線偏波の偏波方向の受信感度が最大になるように、各ポートで受信された受信信号の信号レベル変化量及び位相変化量を制御する一例について説明する。

　図８は、第２実施例によるアンテナモジュールの２つのアンテナ素子２０の偏波方向を説明するための模式図である。一方のアンテナ素子２０のポートＰ０及びポートＰ１は、それぞれ傾き角θが１８０°の位置及び９０°の位置に配置されている。ポートＰ０で受信される直線偏波の偏波方向の傾き角θは０°であり、ポートＰ１で受信される直線偏波の偏波方向の傾き角θは９０°である。他方のアンテナ素子２０のポートＰ２及びポートＰ３は、それぞれ傾き角θが－４５°の位置及び－１３５°の位置に配置されている。ポートＰ２で受信される直線偏波の偏波方向の傾き角θは１３５°であり、ポートＰ３で受信される直線偏波の偏波方向の傾き角θは４５°である。

　以下では、ポートＰ０で受信された直線偏波の受信レベルが最大である場合について説明する。ポートＰ０で受信される直線偏波の偏波方向の傾き角θが０°であるため、偏波方向の傾き角θが０°の直線偏波の受信感度が最大になるように、各ポートの信号レベル変化量及び位相変化量を制御することになる。図８において、傾き角θが０°の偏波方向を太い矢印で表している。２つのアンテナ素子２０で受信された受信信号を合成した合成信号の信号レベルを最大にするためには、２つのアンテナ素子２０で受信される直線偏波の偏波方向のみならず、位相も合わせなければならない。位相を考慮するために、図８において、直線偏波の偏波方向を片矢印で表している。

　受信アンプ３３及び可変減衰器３５によって制御される信号レベル変化量に代えて、通過率を用いて説明する。受信アンプ３３の入力信号のパワーをＰｉｎ、可変減衰器３５の出力信号のパワーをＰｏｕｔと標記すると、通過率は、Ｐｏｕｔ／Ｐｉｎで定義される。ポートＰ０の位相を他のポートＰ１、Ｐ２、Ｐ３の位相変化量の基準とする。すなわち、ポートＰ１、Ｐ２、Ｐ３の位相は、ポートＰ０の位相を基準とした位相変化量αで指定される。

　まず、ポートＰ０、Ｐ１が設けられたアンテナ素子２０における制御について説明する。ポートＰ０の通過率をＧに設定する。ポートＰ０の位相変化量αは０°である。ポートＰ１の通過率を０に設定することにより、偏波方向の傾き角θが０°の直線偏波に対する受信感度が最大になる。ポートＰ１の通過率が０であるため、ポートＰ１の位相変化量αは任意である。

　次に、ポートＰ２、Ｐ３が設けられたアンテナ素子２０における制御について説明する。ポートＰ２の通過率をＧ、位相変化量αを１８０°に設定し、ポートＰ３の通過率をＧ、位相変化量αを０°に設定すると、偏波方向の傾き角θが０°の直線偏波に対する受信感度が最大になる。さらに、このように設定すると、２つのアンテナ素子２０で受信された直線偏波の受信信号の位相を合わせることができる。

　次に、図９を参照して、第２実施例によるアンテナモジュールを用いて通信を行うときの処理部３０（図６）の処理の手順について説明する。図９は、処理部３０（図６）の処理の手順（電波受信方法）を示すフローチャートである。

　通信を行う前に、受信感度が最大になるように、各ポートの信号レベル変化量及び位相変化量αを設定する（ステップＳＢ１）。信号レベル変化量及び位相変化量αの設定は、図７に示した手順で実行することができる。信号レベル変化量及び位相変化量αを設定した後、実際に通信を行う（ステップＳＢ２）。通信が終了するまでの期間、処理部３０は、合成分波器３７（図６）で合成された受信信号の受信レベルが判定閾値以上か否かを判定する（ステップＳＢ３、ＳＢ４）。受信レベルが判定閾値以上である場合は、通信を継続する（ステップＳＢ４、ＳＢ２）。受信レベルが判定閾値未満になったら、受信感度が最大になるように、各ポートの信号レベル変化量及び位相変化量αを再設定する（ステップＳＢ４、ＳＢ１）。すなわち、図７に示した手順を再度実行する。

　次に、第２実施例の優れた効果について説明する。
　第２実施例では、到来電波の受信レベルが最大になるポートで受信される直線偏波の偏波方向の受信感度が最大になるように、２つのアンテナ素子２０の４つのポートＰ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の信号レベル変化量及び位相変化量が設定される。このため、到来電波が楕円偏波である場合にも、高い受信感度で電波を受信することができる。

　また、第２実施例によるアンテナモジュールは、図４を参照して説明したように、到来電波が直線偏波であり、その偏波方向が不明である場合にも、受信感度が最大になるように複数のアンテナ素子２０（図６）の偏波方向を調整することができる。

　直線偏波を受信する従来のアンテナモジュールで、ある偏波方向の直線偏波を受信するとき、アンテナモジュールの向きを最適化することにより、受信レベルを最大にすることができる。ところが、何らかの要因でアンテナモジュールの向きが変化すると、受信レベルが大きく変動する。第２実施例によるアンテナモジュールにおいては、アンテナモジュールの向きが変化して受信レベルが低下すると、図９に示したステップＳＢ４、ＳＢ１において、各ポートの信号レベル変化量及び位相変化量が再設定されるため、受信レベルの低下を抑制することができる。

　次に、図１０を参照して第２実施例の変形例によるアンテナモジュールについて説明する。図１０は、第２実施例の変形例によるアンテナモジュールのアンテナ素子２０と、その偏波方向との関係を示す模式図である。第２実施例によるアンテナモジュールは、２つのアンテナ素子２０（図６）を有しているが、本変形例によるアンテナモジュールは、３つのアンテナ素子２０を有している。１番目のアンテナ素子２０は、ポートＰ０、Ｐ１を有しており、２番目のアンテナ素子２０は、ポートＰ２、Ｐ３を有しており、３番目のアンテナ素子２０は、ポートＰ４、Ｐ５を有している。

　１番目のアンテナ素子２０のポートＰ０、Ｐ１は、それぞれ傾き角θが１８０°、９０°の位置に配置されている。２番目のアンテナ素子２０のポートＰ２、Ｐ３は、それぞれ傾き角θが－１５０°、－６０°の位置に配置されている。３番目のアンテナ素子２０のポートＰ４、Ｐ５は、それぞれ傾き角θが－１２０°、－３０°の位置に配置されている。

　３つのアンテナ素子２０のそれぞれの一つのポートＰ０、Ｐ２、Ｐ４で受信する直線偏波の偏波方向は、３０°ずつ異なっている。例えば、１番目のアンテナ素子２０のポートＰ０で受信する直線偏波の偏波方向の傾き角θは０°であり、２番目のアンテナ素子２０のポートＰ２で受信する直線偏波の偏波方向の傾き角θは３０°であり、３番目のアンテナ素子２０のポートＰ４で受信する直線偏波の偏波方向の傾き角θは６０°である。

　図１０に示した変形例では、処理部３０（図６）は、合計６個のポートで受信された直線偏波の受信レベルを比較し、受信レベルが最大となるポートを検出する。受信レベルが最大となったポートに対応する偏波方向の受信感度が最大になるように、複数のアンテナ素子２０の各々の２つのポートの信号レベル変化量及び位相変化量を設定する。

　以下、３番目のアンテナ素子２０のポートＰ４の受信レベルが最大になった場合を例にとって、最適な信号レベル変化量及び位相変化量について説明する。このとき、傾き角θが６０°の偏波方向の受信感度が最大になるようにすればよい。ポートＰ４の位相を、位相の基準として採用し、ポートＰ４の通過率をＧに設定する。

　１番目のアンテナ素子２０においては、ポートＰ０の通過率を（１／（３^１／２））Ｇ、位相変化量αを０°にし、ポートＰ１の通過率をＧ、位相変化量αを１８０°に設定すればよい。２番目のアンテナ素子２０においては、ポートＰ２の通過率をＧ、位相変化量を０°にし、ポートＰ３の通過率を（１／（３^１／２））Ｇ、位相変化量αを０°にすればよい。３番目のアンテナ素子２０においては、ポートＰ５の通過率を０にすればよい。ポートＰ５の位相変化量αは任意である。

　図１０に示した第２実施例の変形例のように、アンテナ素子２０の個数を３個にしてもよい。より一般的に、アンテナ素子２０の個数をＮ個にしてもよい。ここで、Ｎは２以上の整数である。このとき、Ｎ個のアンテナ素子２０のそれぞれの一つのポートで受信する直線偏波の偏波方向がアンテナ素子２０の間で１８０／（２Ｎ）度ずつ異なっている直線偏波を受信するようにするとよい。

　図１０に示した第２実施例の変形例において、ポートＰ０及びポートＰ３の両方の通過率をＧに設定してもよい。この場合、１番目のアンテナ素子２０及び２番目のアンテナ素子２０は、ポートＰ４で受信する直線偏波の偏波方向に対して直交する直線偏波（交差偏波）に対しても感度を持つことになる。ただし、交差偏波の強度が微小である場合は、ポートＰ４で受信する偏波方向の直線偏波に対する感度の低下は無視することができる。

　すなわち、ポートＰ４で受信する偏波方向の直線偏波に対して受信感度を最大化するためには、ポートＰ４で受信する偏波方向の直線偏波成分の位相が、ポートＰ４と他のポートＰ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３との間で同相になるように各ポートの位相変化量を設定すればよい。

　次に、図１１Ａ、図１１Ｂ、及び図１１Ｃを参照して、第２実施例の他の変形例によるアンテナモジュールについて説明する。

　図１１Ａは、第２実施例の他の変形例によるアンテナモジュールのアンテナ素子２０と、その偏波方向との関係を示す模式図である。本変形例によるアンテナモジュールも、図１０に示した変形例と同様に、３個のアンテナ素子２０を有している。３個のアンテナ素子２０の各ポートの配置も、図１０に示した変形例と同一である。

　図１０に示した変形例では、アンテナ素子２０ごとに、２つのポートの通過率及び位相変化量を調整することにより、アンテナ素子２０ごとの受信感度を最大化している。これに対して本変形例では、３個のアンテナ素子２０全体として、受信感度を最大化する。

　以下、図１０を参照して説明した変形例と同様に、３番目のアンテナ素子２０のポートＰ４の受信レベルが最大になった場合を例にとって、最適な通過率及び位相変化量について説明する。ポートＰ５の通過率を０に設定するのは、図１０に示した変形例の場合と同様である。

　図１１Ｂ及び図１１Ｃは、１番目のアンテナ素子２０と２番目のアンテナ素子２０とを重ねて示した模式図である。受信レベルが最大になったポートＰ４で受信される直線偏波の偏波方向に対する傾き角の絶対値が等しくなる２つの偏波方向の直線偏波を受信する２つのポートを選択する。例えば図１１Ｂに示すように、１番目のアンテナ素子２０のポートＰ１と２番目のアンテナ素子２０のポートＰ２とを選択する。ポートＰ４で受信される直線偏波の偏波方向を基準としたとき、ポートＰ１で受信される直線偏波の偏波方向の傾き角は３０°であり、ポートＰ２で受信される直線偏波の偏波方向の傾き角は－３０°であり、両者の絶対値は等しい。

　次に、ポートＰ１とポートＰ２とで受信された信号を合成して、受信レベル最大のポートＰ４で受信される直線偏波の受信感度を最大化する方法について説明する。以下の説明では、複数のアンテナ素子２０からなるアレーアンテナのボアサイト方向から電波が到来すると仮定する。ポートＰ４で受信された直線偏波の偏波方向（図１１Ｂにおいて太い矢印で示している方向）成分の位相が、ポートＰ１、Ｐ２、Ｐ４で同相になるようにポートＰ１、Ｐ２の位相変化量を設定する。具体的には、ポートＰ４の位相変化量αを基準として、ポートＰ１の位相変化量αを１８０°に設定し、ポートＰ２の位相変化量αを０°に設定する。ポートＰ１、Ｐ２の通過率は、それぞれのポートＰ１、Ｐ２の通過率の最大値に設定する。このように設定すると、ポートＰ１とポートＰ２とで受信された信号を合成した場合の受信感度が最大になる。

　以下、ポートＰ１とポートＰ２とでアンテナ利得が同一であると仮定した場合について説明する。ポートＰ１及びポートＰ２の通過率の最大値が等しい場合、ポートＰ１及びポートＰ２の通過率及び位相変化量を上述のように設定すると、２つのアンテナ素子２０から放射された電波は、遠方界において、ポートＰ４で受信される直線偏波の偏波方向と平行な直線偏波になる。逆に、上述の通過率及び位相変化量の条件で、ポートＰ１とポートＰ２とで平面波とみなされる電波を受信するとき、ポートＰ４で受信される偏波方向の直線偏波に対する受信感度が最大になり、交差偏波に対する受信感度がゼロになる。

　次に、ポートＰ１とポートＰ２とでアンテナ利得が異なっている場合について説明する。ポートＰ１及びポートＰ２の通過率の最大値が等しい場合、ポートＰ１及びポートＰ２の通過率及び位相変化量を上述のように設定しても、２つのアンテナ素子２０から放射される電波は、遠方界において、ポートＰ４で受信される直線偏波の偏波方向と平行にならない。逆に、上述の通過率及び位相変化量の条件で、ポートＰ１とポートＰ２とで平面波とみなされる電波を受信するとき、ポートＰ４で受信される直線偏波の交差偏波に対する受信感度はゼロにならない。ただし、この場合でも、ポートＰ４で受信される偏波方向の直線偏波に対する受信感度は最大になる。

　ポートＰ１のアンテナ利得とポートＰ１の通過率との積が、ポートＰ２のアンテナ利得とポートＰ２の通過率との積と等しくなるように、ポートＰ１及びポートＰ２の通過率を設定してもよい。例えば、アンテナ利得が小さい方のポートの通過率を最大に設定し、他方のポートの通過率は、２つのポートのアンテナ利得と通過率との積が等しくなるように設定する。このとき、ポートＰ４で受信される偏波方向の直線偏波に対する受信感度が最大になり、交差偏波に対する受信感度がゼロになる。このため、交差偏波の受信信号による主偏波の受信信号の劣化を抑制することができる。一方のポートの通過率を最大値より小さくすることは、受信アンプ３３（図６）の利得を小さくすることに相当する。このため、交差偏波による影響を抑制した上で受信感度を最大化し、かつ消費電力を抑制することができる。

　通過率を最大値に設定しなくても受信信号の十分な信号レベルを確保することができる場合は、アンテナ利得が小さい方のポートの通過率を最大に設定する必要はない。この場合にも、２つのポートのアンテナ利得と通過率との積が等しくなるように、他方のポートの通過率を設定するとよい。

　同様に、図１１Ｃに示すように、ポートＰ０及びポートＰ３の通過率を共にＧに設定し、位相変化量αを共に０°に設定する。このとき、２つのポートＰ０、Ｐ３で平面波とみなされる電波を受信するとき、ポートＰ４で受信される直線偏波の偏波方向（図１１Ｃにおいて太い矢印で示している方向）の直線偏波に対する受信感度が最大になる。

　本変形例のように、２つのアンテナ素子２０にまたがって配置された２つのポートを一組として、受信感度が最大になるように通過率及び位相変化量を調整してもよい。この場合、受信感度が最大になる偏波方向と直交する偏波方向の直線偏波を受信するポート（図１１Ａに示した例ではポートＰ５）以外のすべてのポートの通過率（信号レベル変化量）を同一に設定し、位相変化量のみを調整することにより、受信感度を最大化させることができる。

　上記説明では、複数のアンテナ素子２０からなるアレーアンテナのボアサイト方向から電波が到来すると仮定している。複数のアンテナ素子２０からなるアレーアンテナのメインビームをボアサイト方向から傾斜させる場合には、偏波方向に応じて受信感度を最大化する制御に加えて、ビームチルトの制御を行えばよい。例えば、偏波方向に応じて受信感度を最大化するための位相変化量と、メインビームの方向に応じて設定される位相変化量とに基づいて複数の位相条件が決められている。メインビームの方向及び偏波方向とから１つの位相条件を選択し、選択された位相条件に基づいて、各ポートに与える位相変化量を決定すればよい。

　次に、図１２を参照して、第２実施例のさらに他の変形例によるアンテナモジュールについて説明する。図１１Ａ、図１１Ｂ、及び図１１Ｃに示した変形例では、３個のアンテナ素子２０が配置されている。これに対して図１２に示した変形例では、Ｎ個のアンテナ素子が配置されている。ここで、Ｎは２以上の整数である。

　図１２は、Ｎ個のアンテナ素子を重ねたときの２Ｎ個のポートで受信される直線偏波の偏波方向の位置関係を示す模式図である。Ｎ個のアンテナ素子を重ねたとき、２Ｎ個の偏波方向が１８０／（２Ｎ）度ずつ異なるように２Ｎ個のポートが配置されている。基準となる偏波方向から時計回りの傾き角θが大きくなる順番に、偏波方向に０から始まる通し番号を付し、ｉ番目の偏波方向をＤ（ｉ）と標記する。ここで、ｉは、０以上（２Ｎ－１）以下の整数である。

　受信感度が最大になる偏波方向がｉ番目の偏波方向Ｄ（ｉ）である場合について説明する。２Ｎ個の偏波方向は、角度差が一定になるように分布しているため、偏波方向Ｄ（ｉ）から、時計回り及び反時計回りに同一角度だけ傾いた２つの偏波方向Ｄ（ｉ＋ｋ）、Ｄ（ｉ－ｋ）が存在する。ここで、ｋは１以上（Ｎ－１）以下の整数である。なお、ｉ＋ｋがＮ以上になった場合、ｉ＋ｋからＮを引いた値をｉ＋ｋの値とみなす。ｉ－ｋが負になった場合、ｉ－ｋにＮを加えた値をｉ－ｋの値とみなす。

　この２つの偏波方向Ｄ（ｉ＋ｋ）、Ｄ（ｉ－ｋ）の直線偏波を受信する２つのポートを一組として、偏波方向Ｄ（ｉ）の直線偏波の受信感度が最大になるように、２つのポートの通過率及び位相変化量を設定する。具体的には、この２つのポートの通過率を等しくする。位相変化量は、偏波方向Ｄ（ｉ）の直線偏波を受信するポートの位相に合うように、０°または１８０°に設定する。

　偏波方向Ｄ（ｉ）に直交する偏波方向Ｄ（ｉ＋Ｎ）の直線偏波を受信するポートについては、通過率を０に設定する。

　図１２に示した変形例のように、到来する電波の直線偏波または楕円偏波の受信感度が最大になるように、２Ｎ個のポートの通過率及び位相変化量を設定することが可能である。

　図１２に示した変形例の一例として、すべてのポートの通過量（すなわち、信号レベル変化量）を同一にし、各ポートの位相変化量のみを調整してもよい。この場合、受信レベルが最大のポートで受信される直線偏波の偏波方向Ｄ（ｉ）に平行な直線偏波成分が、各ポートで同相になるように位相変化量αを制御するとよい。

　次に、第２実施例のさらに他の変形例について説明する。第２実施例及び上述の変形例では、複数のアンテナ素子のいずれの偏波方向も一致していないが、複数のアンテナ素子のうち少なくともいくつかのアンテナ素子の偏波方向が一致していてもよい。例えば、図６に示した２つのアンテナ素子２０を複数セット配置してもよいし、図１０に示した３個のアンテナ素子２０を複数セット配置してもよい。

　偏波方向の異なる複数のアンテナ素子のうち、一部の偏波方向のアンテナ素子のみを複数個配置してもよい。例えば、図１０に示した例において、ポートＰ０、Ｐ１を持つ１番目のアンテナ素子２０のみを２個配置してもよい。

　同一の偏波方向を持つアンテナ素子が複数個配置されている場合、すべてのアンテナ素子２０から偏波方向の異なるＮ個のアンテナ素子２０を抽出し、Ｎ個のアンテナ素子２０のみを動作させて、到来する楕円偏波の長軸方向を検出すればよい。

　第２実施例（図６）では、受信機３１と受信アンプ３３とを別々に設けているが、受信機３１の機能を受信アンプ３３で実現してもよい。例えば、受信アンプ３３で増幅された後、かつ合成分波器３７で合成される前の段階の受信信号を、受信レベル比較判定部３２に入力するとよい。この場合、複数の受信アンプ３３の利得を同一に設定しておく必要がある。可変減衰器３５で減衰された受信信号を受信レベル比較判定部３２に入力する場合には、複数の可変減衰器３５の減衰量を同一に設定しておく必要がある。

　図６では、４つのポートＰ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のそれぞれからの給電線を分岐させ、分岐後の給電線を処理部３０に接続しているが、それぞれの給電線を処理部３０の内部で分岐させてもよい。

　［第３実施例］
　次に、図１３及び図１４を参照して、第３実施例によるアンテナシステムについて説明する。以下、図６から図９までの図面を参照して説明した第２実施例によるアンテナモジュールと共通の構成については説明を省略する。第２実施例では、送信アンテナから送信された円偏波を直線偏波のアンテナ素子で受信するときの受信感度の低下が抑制される。これに対して以下に説明する第３実施例では、送信アンテナから送信された直線偏波を円偏波のアンテナ素子で受信するときの受信感度の低下が抑制される。

　図１３は、第３実施例によるアンテナシステムの概略図である。第３実施例によるアンテナシステムは、第１アンテナモジュール４５と第２アンテナモジュール４６とを含む。

　第１アンテナモジュール４５は、２つのアンテナ素子２０、処理部３０、及びベースバンド処理部４０を備えている。２つのアンテナ素子２０の構成は、第２実施例によるアンテナモジュール（図６）の２つのアンテナ素子２０の構成と同一であり、直線偏波８２を送信する。処理部３０は、第２実施例によるアンテナモジュール（図６）と同様に、受信アンプ３３、送信アンプ３４、可変減衰器３５、移相器３６、及び合成分波器３７を備えている。第３実施例による第１アンテナモジュール４５の処理部３０は、第２実施例によるアンテナモジュール（図６）の処理部３０の受信機３１及び受信レベル比較判定部３２に代えて、送信制御部３９を備えている。送信制御部３９は、送信信号を送信するポートの選択、及び送信信号の信号レベルの調整を行う。

　ベースバンド処理部４０は、復調部４１及び受信レベル比較部４２を備えている。復調部４１は、合成分波器３７で合成された受信信号を復調する。受信レベル比較部４２は、受信信号に含まれる受信レベル情報を抽出し、複数の受信レベルを比較する。受信レベル比較部４２の詳細な機能については、後に図１４を参照して説明する。なお、処理部３０及びベースバンド処理部４０は、これらの機能を実現するハードウェア（集積回路素子）と対応しているわけではない。例えば、復調部４１の機能を、高周波数域の信号処理を行う高周波集積回路素子（ＲＦＩＣ）とベースバンド周波数域の信号処理を行うベースバンド集積回路素子（ＢＢＩＣ）との両方に分散して持たせてもよい。

　第２アンテナモジュール４６は、送受信機７５及び円偏波の送受信を行う送受信アンテナ７６を備えている。送受信アンテナ７６が円偏波を受信する特性を有している場合、直線偏波が到来すると、偏波方向に依らず受信感度は一定である。ところが、実際には、送受信アンテナ７６はある方向に長軸を持つ楕円偏波に対する感度が最大になるような特性を有する。このため、送受信アンテナ７６の受信感度は、到来する直線偏波の偏波方向に依存する。受信感度を高く維持するためには、第１アンテナモジュール４５が、送受信アンテナ７６の受信感度が高くなる偏波方向の直線偏波を送信するようにすることが好ましい。

　送受信機７５は、電波を受信すると、その受信レベルを測定し、受信レベルを特定する情報を含む返信信号を送受信アンテナ７６から送信する。

　次に、図１４を参照して、第１アンテナモジュール４５及び第２アンテナモジュール４６が行う処理の手順について説明する。図１４は、第１アンテナモジュール４５及び第２アンテナモジュール４６の処理の手順を示すフローチャートである。

　まず、第１アンテナモジュール４５が、２つのアンテナ素子２０（図１３）の４つのポートから１つのポートＰ０を選択し、選択したポートＰ０に検査用の送信信号を供給することにより、アンテナ素子２０を励振する（ステップＳＣ１）。これにより、検査用の送信信号が供給されたポートＰ０に対応する偏波方向の直線偏波８２が送信される。

　第２アンテナモジュール４６は、第１アンテナモジュール４５から到来した直線偏波８２を受信し、受信レベルを測定する（ステップＳＤ１）。その後、測定された受信レベルを特定する情報を含む返信信号８３を送信する（ステップＳＤ２）。第１アンテナモジュール４５は、第２アンテナモジュール４６からの返信信号８３を受信し、返信信号８３に含まれる受信レベルを特定する情報を記憶する（ステップＳＣ２）。より具体的には、復調部４１（図１３）が返信信号８３を復調し、受信レベル比較部４２（図１３）が、受信レベルを特定する情報を記憶する。

　ステップＳＣ１、ＳＤ１、ＳＤ２、ＳＣ２の処理を、残りのすべてのポートＰ１、Ｐ２、Ｐ３について実行する。このとき、第１アンテナモジュール４５から送信する送信信号の信号レベルを一定にする。

　第１アンテナモジュール４５の受信レベル比較部４２（図１３）は、第２アンテナモジュール４６で受信された直線偏波の受信レベルが最大になったポートを検出する（ステップＳＣ３）。受信レベルが最大になったポートを特定する情報が、送信制御部３９（図１３）に入力される。送信制御部３９は、２つのアンテナ素子２０から送信される直線偏波の偏波方向が、受信レベルが最大になったポートの直線偏波の方向と同一になるように、４つのポートＰ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の信号レベル変化量と位相変化量を設定する（ステップＳＣ４）。信号レベル変化量は、送信アンプ３４の利得量及び可変減衰器３５の減衰量を調整することによって設定される。

　各ポートの信号レベル変化量及び位相変化量を設定したら、処理部３０は、設定された信号レベル変化量及び位相変化量を用いて２つのアンテナ素子２０のそれぞれから直線偏波を送信する（ステップＳＣ５）。第２アンテナモジュール４６は、第１アンテナモジュール４５から送信された直線偏波を受信する（ステップＳＤ３）。

　次に、第３実施例の優れた効果について説明する。
　第３実施例では、第１アンテナモジュール４５が送信する直線偏波８２の偏波方向が、第２アンテナモジュール４６の受信感度が最も高くなる方向に調整される。このため、第１アンテナモジュール４５から第２アンテナモジュール４６への通信の安定度を高めることができる。

　次に、図１５を参照して第３実施例の変形例によるアンテナシステムについて説明する。図１５は、第３実施例の変形例によるアンテナシステムの概略図である。第３実施例（図１３）では、復調部４１及び受信レベル比較部４２の機能が、高周波数域の処理を行う処理部３０とは別のベースバンド処理部４０で実現される。

　図１５に示した変形例では、復調部４１及び受信レベル比較部４２が、処理部３０に含まれている。例えば、高周波数域の信号処理を行う集積回路素子が、復調部４１及び受信レベル比較部４２の機能を有している。このように、復調部４１及び受信レベル比較部４２の機能を、高周波数域の信号処理を行う集積回路素子に持たせてもよい。

　［実施例によるアンテナモジュールの応用］
　次に、図１６Ａから図１６Ｄまでの図面を参照して、第１実施例から第３実施例までの各実施例によるアンテナモジュール及びアンテナシステムが適用される通信システムについて説明する。図１６Ａから図１６Ｄまでの図面は、上述の実施例によるアンテナモジュールを用いた通信システムの概略図である。

　図１６Ａに示す通信システムは、スマートフォン等の携帯端末５１と基地局５２とを含む。例えば、携帯端末５１が直線偏波の送受信を行い、基地局５２が円偏波の送受信を行う。図１６Ｂに示す通信システムは、地上基地局５３及び通信衛星５４を含む。通信衛星５４が直線偏波の送受信を行い、地上基地局５３が円偏波の送受信を行う。なお、地上基地局５３に代えて、地上を移動する携帯端末と通信衛星５４とで通信システムを構成してもよい。

　図１６Ｃに示す通信システムは、仮想現実／拡張現実端末５５とリピータ５６とを含む。仮想現実／拡張現実端末５５及びリピータ５６の一方が直線偏波の送受信を行い、他方が円偏波の送受信を行う。リピータ５６に代えて、ゲーム機やスマートフォンと仮想現実／拡張現実端末５５との間で通信を行うようにしてもよい。図１６Ｄに示す通信システムは、スマートフォン等の携帯端末５７とドローン５８（無人飛行機）とを含む。携帯端末５７及びドローン５８の一方が直線偏波の送受信を行い、他方が円偏波の送受信を行う。

　図１６Ａから図１６Ｄまでの図面に示した種々の通信システムにおいて、上述の実施例によるアンテナモジュールまたはアンテナシステムを採用することにより、受信感度の低下を抑制し、安定した通信を確保することができる。

　上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

２０　アンテナ素子
３０　処理部
３１　受信機
３２　受信レベル比較判定部
３３　受信アンプ
３４　送信アンプ
３５　可変減衰器
３６　移相器
３７　合成分波器
３８　送受信機
３９　送信制御部
４０　ベースバンド処理部
４１　復調部
４２　受信レベル比較部
４５　第１アンテナモジュール
４６　第２アンテナモジュール
５１　携帯端末
５２　基地局
５３　地上基地局
５４　通信衛星
５５　仮想現実／拡張現実端末
５６　リピータ
５７　携帯端末
５８　ドローン
７２　送信アンテナ
７５　送受信機
７６　送受信アンテナ
８０　楕円偏波
８１　偏波の電界ベクトルの先端の軌跡
８２　直線偏波
８３　返信信号
 

Claims (13)

1. 　各々が、直交する２つの直線偏波を受信する２つのポート含む複数のアンテナ素子と、
   　前記複数のアンテナ素子で受信された信号を処理する処理部と
   を備え、
   　前記複数のアンテナ素子が２つのポートのそれぞれによって受信する直線偏波の偏波方向は、前記複数のアンテナ素子の間で異なっており、
   　前記処理部は、電波が到来したときに前記複数のアンテナ素子に含まれる複数のポートのそれぞれで受信される直線偏波成分の受信レベルを前記複数のポートの間で比較し、受信レベルが最も高いポートを検出するアンテナモジュール。
2. 　前記複数のアンテナ素子の個数はＮ個（Ｎは２以上の整数）であり、前記複数のアンテナ素子のそれぞれの一つのポートで受信する直線偏波の偏波方向が１８０／（２Ｎ）度ずつ異なっている直線偏波を受信する請求項１に記載のアンテナモジュール。
3. 　前記処理部は、前記複数のポートのうち受信レベルが最も高いポートで受信する直線偏波の偏波方向の成分の位相が、前記複数のアンテナ素子に含まれる複数のポートの間で同相になるように、複数のポートから出力される受信信号の位相変化量を制御する請求項１または２に記載のアンテナモジュール。
4. 　前記処理部は、前記複数のアンテナ素子の複数のポートのそれぞれに接続された複数の移相器を含み、
   　前記複数の移相器のそれぞれが、前記複数のポートから出力される受信信号の位相変化量を制御する請求項３に記載のアンテナモジュール。
5. 　前記処理部は、前記複数のアンテナ素子のそれぞれで受信する電波の偏波方向が、前記複数のポートのうち受信レベルが最も高いポートで受信する直線偏波の偏波方向と平行になるように、前記複数のアンテナ素子のそれぞれの２つのポートから出力される受信信号の信号レベル変化量を制御する請求項３に記載のアンテナモジュール。
6. 　前記処理部は、前記複数のアンテナ素子の複数のポートのそれぞれに接続された複数の受信アンプ及び複数の可変減衰器の少なくとも一方を含み、
   　前記複数の受信アンプのそれぞれの利得量及び前記複数の可変減衰器のそれぞれの減衰量の少なくとも一方を制御することによって前記信号レベル変化量を制御する請求項５に記載のアンテナモジュール。
7. 　各々が２つのポートを持ち、２つのポートによって偏波方向の異なる２つの直線偏波を送受信する複数のアンテナ素子、及び
   　前記複数のアンテナ素子に送信信号を供給するとともに、前記複数のアンテナ素子で受信された受信信号を処理する処理部を有する第１アンテナモジュールと、
   　前記第１アンテナモジュールから送信された電波を受信し、受信レベルを測定し、測定された受信レベルを特定する情報を含む信号を前記第１アンテナモジュールに返信する第２アンテナモジュールと
   を備え、
   　前記複数のアンテナ素子が送信する直線偏波の偏波方向は、アンテナ素子の間で異なっており、
   　前記処理部は、
   　前記複数のアンテナ素子の前記複数のポートのうち一つのポートに送信信号を供給して直線偏波を送信し、前記第２アンテナモジュールから返信された返信信号を受信する処理を、前記複数のポートのそれぞれについて実行し、
   　前記返信信号に含まれる受信レベルを特定する情報から、前記複数のポートのうち受信レベルが最も高くなったときに使用したポートを検出するアンテナシステム。
8. 　前記処理部は、前記複数のポートのうち受信レベルが最も高くなったときに使用したポートにより放射される直線偏波の偏波方向と同一の偏波方向の直線偏波を、前記複数のアンテナ素子が放射するように、前記複数のアンテナ素子のそれぞれの２つのポートに供給する送信信号の信号レベル変化量及び位相変化量を制御する請求項７に記載のアンテナシステム。
9. 　前記処理部は、前記複数のアンテナ素子の複数のポートのそれぞれに接続された複数の移相器を含み、
   　前記複数の移相器のそれぞれが、前記複数のポートから出力される受信信号の位相変化量を制御する請求項８に記載のアンテナシステム。
10. 　前記処理部は、前記複数のアンテナ素子の複数のポートのそれぞれに接続された複数の受信アンプ及び複数の可変減衰器の少なくとも一方を含み、
    　前記複数の受信アンプのそれぞれの利得量及び前記複数の可変減衰器のそれぞれの減衰量の少なくとも一方を制御することによって前記信号レベル変化量を制御する請求項８または９に記載のアンテナシステム。
11. 　各々が、直交する２つの直線偏波を受信する２つのポート含み、２つのポートのそれぞれによって受信する直線偏波の偏波方向が複数のアンテナ素子の間で異なっている前記複数のアンテナ素子で電波を受信する方法であって、
    　到来した電波を、前記複数のアンテナ素子の２つのポートのそれぞれで受信した受信信号を取得し、
    　前記複数のアンテナ素子に含まれる複数のポートのそれぞれで受信される直線偏波成分の受信レベルを前記複数のポートの間で比較し、受信レベルが最も高いポートを検出する電波受信方法。
12. 　前記複数のポートのうち受信レベルが最も高いポートで受信する直線偏波の受信感度が最大になるように、前記複数のアンテナ素子のそれぞれの２つのポートの信号レベル変化量及び位相変化量を設定して通信を行う請求項１１に記載の電波受信方法。
13. 　前記通信を行っている期間に、受信信号の受信レベルが判定閾値未満になると、受信レベルが最も高いポートを検出する手順、及び前記複数のアンテナ素子のそれぞれの２つのポートの信号レベル変化量及び位相変化量を設定する手順を再度実行する請求項１２に記載の電波受信方法。
     

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