JP3589605B2 - 適応アレーアンテナ送受信装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＦＤＤ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）方式のように送信と受信とで互いに異なる周波数を用いて通信を行う通信システムに用いる適応アレーアンテナ送受信装置に関し、特に、アレーアンテナのブランチ間の振幅及び位相差を送信機と受信機とで個別にかつ装置内で自動校正するための適応アレーアンテナ送受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の携帯電話やＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）などの爆発的な移動通信の普及に伴って、限られた周波数帯においてできる限り多くの加入者の通信チャネルを確保することが必要になってきている。
そのため、移動通信では多数の加入者に対して、必要に応じて特定のチャネルを割り当てる方法（マルチチャネルアクセス方式とよぶ）を採用することが現在の主流になっている。
【０００３】
セルラーシステムやＰＨＳなどに代表される現在の移動通信システムでは、マルチチャネルアクセス方式として、主に時分割多重化（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：ＴＤＭＡ）方式が採用されている。その中でも、携帯電話のシステムの代表とされるＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）やＰＤＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）では、通話エリアを拡大するためにＦＤＤ方式を採用している。
【０００４】
ところで、無線区間で周波数の利用効率を高めるためには、隣接セルからの干渉波の影響を低減することが必要である。干渉波を低減する技術としては、アダプティブアレーアンテナが知られている。この種の技術は、例えば文献「Ｍｏｎｚｉｎｇｏ ｅｔ ａｌ．， “Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ａｒｒａｙ”， Ｊｏｎｅ Ｗｉｌｌｙ ＆ Ｓｏｎｓ Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， １９８０」に開示されている。
【０００５】
アダプティブアレーアンテナにおいては、アレー状に配列した複数のアンテナ素子によってアレーアンテナを構成する。そして、アレーアンテナの各ブランチ毎に、入力された信号に対して振幅と位相を重みづけしてアレーアンテナの放射パターンを制御する。すなわち、干渉波の方向にアレーアンテナの放射パターンのヌルを形成し、干渉波の影響を低減する。
【０００６】
従来例では、アダプティブアレーアンテナとＦＤＤシステムとを組み合わせた装置は図１０に示すように構成される。
近年、アダプティブアレーで必要とされる振幅と位相の制御は、制御の容易さや柔軟性などを考慮して、ベースバンドでＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などの演算器を用いたディジタル信号処理で実現することが一般的な方法とされている。この事実は、例えば文献「Ｔ． Ｏｈｇａｎｅ， ｅｔ ａｌ．， “Ａ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ＣＭＡ Ａｄａｐｔｉｖｅ ａｒｒａｙ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ＧＭＳＫ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｉｎ ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ”， ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． ＶＴ−４２， Ｎｏ．３， ｐｐ．２８２−２８８， Ａｕｇｕｓｔ １９９３」に開示されている。
【０００７】
したがって、ベースバンドの制御でアダプティブアレーアンテナを実現する場合には、アレーアンテナの各ブランチ毎に送信機及び受信機が必要になる。このようなアダプティブアレーアンテナで用いる送信機および受信機については、それらの振幅及び位相が各ブランチ間で等しいことが理想的である。しかし、実際には電力増幅器などの高周波回路やケーブルの個体差、設置場所の温度特性の変動などによって振幅や位相がブランチ間で異なることが多い。
【０００８】
このような振幅や位相の誤差の影響により、アダプティブアレーアンテナの放射パターンには、理想的な放射パターンに対してヌル深度の低下やサイドローブの上昇が生じ、アダプティブアレーアンテナの本来持つ干渉波抑圧特性を劣化させる要因となっている。この事実は、例えば文献「Ｊ． Ｌｉｔｖａ ｅｔ ａｌ．， “Ｄｉｇｉｔａｌ Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ ｉｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ”， Ａｒｔｅｃｈ Ｈｏｕｓｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ， １９９６．」に開示されている。
【０００９】
この現象の一例について、図８及び図９を参照して説明する。図８はアレーアンテナの構成及び指向パターンを示し、図９は振幅及び位相誤差とヌル深度の関係を示している。すなわち、図８に示す３素子円形配列のアレーアンテナの各素子に図８に示す振幅及び位相を理想条件として与えた場合を基準とし、各素子の振幅及び位相が基準となる理想条件からずれた場合の放射パターンのヌル深度が図９に表されている。
【００１０】
理想的な条件においては、図８に示す１８０度方向にヌルを有する放射パターンが形成され、ヌル深度も非常に大きくなる。しかし、各素子の振幅及び位相が基準となる理想条件からずれた場合には、アレーアンテナの放射パターンが劣化し、振幅誤差及び位相誤差に応じて図９のようにヌル深度が低下する。
したがって、送信周波数と受信周波数とが異なるＦＤＤシステムを採用する場合には、アダプティブアレーアンテナの送信の放射パターンと受信の放射パターンとを一致させるために、アレーアンテナの各ブランチ間の振幅と位相を校正する技術が必要になる。また、ＦＤＤシステムにアダプティブアレーアンテナを適用する場合には、送信と受信の周波数が異なるため、受信時に求められたアダプティブアレーアンテナの各素子の重み係数をそのまま送信時に適用することはできない。
【００１１】
したがって、通常、アダプティブアレーアンテナの送信時の重み係数を決定するためには、受信時になんらかの到来方向推定技術を用いて所望信号及び干渉信号の方向を推定する必要があり、これらの方向の情報を用いて送信時の重み係数を決定し放射パターンを制御することになる。このため、ＦＤＤシステムにアダプティブアレーを適用するためには、受信時及び送信時にそれぞれ個別の校正を行う必要がある。
【００１２】
従来より、各送信機及び受信機の振幅や位相を校正する場合には、装置に内蔵した発振器が出力する校正用の基準信号を用いる。この種の技術は、例えば文献「Ｈ． Ｓｔｅｙｓｃａｌ ｅｔ ａｌ．， “Ｄｉｇｉｔａｌ Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ ｆｏｒ Ｒａｄｅｒｓ”， Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｊｏｕｒｎａｌ， ｖｏｌ．３２， Ｎｏ．１， ｐｐ．１２１−１３６．」に開示されている。
このような従来例の校正回路を図１１に示す。図１１の校正回路を用いる場合の校正手順は次の通りである。
【００１３】
（１）基準信号発生器からの基準信号を、分岐手段であるカップラを介して各ブランチの受信機に各ブランチに共通の信号として送る。各ブランチの受信機で得られる値と基準値とを用いて各受信機の校正値を求める。予め定めた特定のブランチの受信機が検出した値を前記基準値として用いる。
（２）送信機から出力した信号をスイッチと減衰器（アッテネータ）を介して受信機に送り、各ブランチ毎に得られた値と基準値とを用いて送受信全体の校正値をブランチ毎に求める。ここで用いる基準値は、前記（１）で受信機の校正値を求める際に基準としたブランチの受信機で得られた値である。
【００１４】
（３）前記（２）で求めた送受信全体の校正値から前記（１）で求めた受信機の校正値を差し引き、各送信機の校正値を求める。
上記のように、図１１の校正回路を用いることにより、装置内でアレーアンテナの各ブランチ間の振幅及び位相を校正できる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＦＤＤシステムの場合には送信機と受信機の周波数が異なるため、送信機の出力する信号を受信機で測定することができず、図１１に示されるような校正回路を用いても、上記（２）の手順を実行できない。したがって、従来の校正回路を用いる場合には、受信機の校正だけしか行うことができず、送信機側の振幅誤差及び位相誤差を解消できないという問題が生じる。
【００１６】
本発明は、送信周波数と受信周波数とが異なる適応アレーアンテナ送受信装置において、アレーアンテナに接続される送信機と受信機とを個別にかつ簡易に校正可能にすることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の適応アレーアンテナ送受信装置は、２以上のＮ個のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナと、Ｎ個の送信機及び受信機と、前記各アンテナ素子に前記送信機及び受信機をそれぞれ接続する送受共用手段と、前記複数の受信機に各アンテナ素子からそれぞれ入力される信号に対して振幅及び位相の重み付けを行って複数の受信機の出力を合成することにより前記アレーアンテナの放射パターンを制御する指向性制御演算回路とを備えるとともに、前記受信機の受信周波数と前記送信機の送信周波数とが異なる適応アレーアンテナ送受信装置において、前記Ｎ個の送信機のそれぞれの出力から信号の一部分を分岐して取り出すＮ個の分岐手段と、前記Ｎ個の分岐手段がそれぞれ出力する信号に基づいて各ブランチの送信機間の振幅及び位相の校正値を求める第１の校正値演算手段と、前記受信機の受信周波数と同じ周波数の信号を出力する基準信号発生手段と、前記送受共用手段からの受信信号と、前記基準信号発生手段からの信号とのいずれか一方を選択的に前記受信機の入力に印加するＮ個の第１のスイッチと、前記Ｎ個の第１のスイッチの選択状態を制御するとともに、前記Ｎ個の受信機のそれぞれが前記基準信号発生手段からの信号を受信して得られる信号に基づいて、各ブランチの受信機間の振幅及び位相の校正値を求める第２の校正値演算手段とを設け、前記第１の校正値演算手段に、予め定めた基準ブランチ以外の（Ｎ−１）個のブランチのそれぞれに属する分岐手段からの信号のいずれか１つを選択する第２のスイッチと、前記基準ブランチに属する分岐手段からの信号について振幅成分と位相成分とを分離して出力する第１の振幅・位相分離回路と、前記第２のスイッチが選択した信号について振幅成分と位相成分とを分離して出力する第２の振幅・位相分離回路と、前記第１の振幅・位相分離回路が出力する振幅成分と第２の振幅・位相分離回路が出力する振幅成分との誤差を検出する振幅誤差抽出回路と、前記第１の振幅・位相分離回路が出力する位相成分と第２の振幅・位相分離回路が出力する位相成分との誤差を検出する位相誤差抽出回路とを設けたことを特徴とする。
【００１８】
請求項１においては、各ブランチの送信機の校正値を検出するために第１の校正値演算手段を設けてある。第１の校正値演算手段は、各ブランチに設けた分岐手段が各送信機の出力から分岐した信号を入力し、この信号から振幅及び位相の校正値を求める。
また、各ブランチの受信機の校正値を検出するために第２の校正値演算手段を設けてある。第２の校正値演算手段は、各ブランチの受信機のそれぞれが基準信号発生手段からの信号を受信して得られる信号に基づいて、受信機の振幅及び位相の校正値を求める。基準信号発生手段が出力する信号は、第１のスイッチを介して各ブランチの受信機に入力される。第１のスイッチは第２の校正値演算手段によって制御される。
【００１９】
請求項１では、送信機の校正値を検出する場合に受信機を用いる必要がないので、ＦＤＤシステムのように送信周波数と受信周波数とが異なる場合であっても校正を行うことができる。また、受信機の校正値を検出する場合に送信機からの信号を用いる必要がないので、送信周波数と受信周波数とが異なる場合であっても校正を行うことができる。
【００２０】
さらに、請求項１では、基準ブランチの分岐手段からの信号は第１の振幅・位相分離回路で振幅成分と位相成分とに分離される。また、基準ブランチ以外の各ブランチでは、分岐手段からの信号は第２のスイッチを介して第２の振幅・位相分離回路に入力され振幅成分と位相成分とに分離される。
【００２１】
振幅誤差抽出回路は、第１の振幅・位相分離回路が出力する振幅成分と第２の振幅・位相分離回路が出力する振幅成分との誤差を検出する。位相誤差抽出回路は、第１の振幅・位相分離回路が出力する位相成分と第２の振幅・位相分離回路が出力する位相成分との誤差を検出する。
【００２２】
したがって、基準ブランチに対する相対値として各ブランチの送信機の振幅及び位相の校正値を求めることができる。
【００２３】
請求項２の適応アレーアンテナ送受信装置は、２以上のＮ個のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナと、Ｎ個の送信機及び受信機と、前記各アンテナ素子に前記送信機及び受信機をそれぞれ接続する送受共用手段と、前記複数の受信機に各アンテナ素子からそれぞれ入力される信号に対して振幅及び位相の重み付けを行って複数の受信機の出力を合成することにより前記アレーアンテナの放射パターンを制御する指向性制御演算回路とを備えるとともに、前記受信機の受信周波数と前記送信機の送信周波数とが異なる適応アレーアンテナ送受信装置において、前記Ｎ個の送信機のそれぞれの出力から信号の一部分を分岐して取り出すＮ個の分岐手段と、前記Ｎ個の分岐手段がそれぞれ出力する信号に基づいて各ブランチの送信機間の振幅及び位相の校正値を求める第１の校正値演算手段と、前記受信機の受信周波数と前記送信機の送信周波数との差分に相当する周波数の信号を出力するローカル信号発生手段と、前記ローカル信号発生手段が出力する信号に基づいて、予め定めた基準ブランチに属する前記分岐手段からの分岐出力を周波数変換する周波数変換器と、前記送受共用手段からの受信信号と、前記周波数変換器が出力する信号とのいずれか一方を選択的に前記受信機の入力に印加するＮ個の第１のスイッチと、前記Ｎ個の第１のスイッチの選択状態を制御するとともに、前記Ｎ個の受信機のそれぞれが前記周波数変換器の出力からの信号を受信して得られる信号に基づいて、各ブランチの受信機間の振幅及び位相の校正値を求める第２の校正値演算手段とを設けたことを特徴とする。
【００２４】
請求項２においては、各ブランチの送信機の校正値を検出するために第１の校正値演算手段を設けてある。第１の校正値演算手段は、各ブランチに設けた分岐手段が各送信機の出力から分岐した信号を入力し、この信号から振幅及び位相の校正値を求める。
【００２５】
また、各ブランチの受信機の校正値を検出するために第２の校正値演算手段を設けてある。第２の校正値演算手段は、各ブランチの受信機のそれぞれが基準ブランチの送信機からの信号を受信して得られる信号に基づいて、受信機の振幅及び位相の校正値を求める。
受信機の校正値を検出する場合には、基準ブランチの送信機が出力する信号の一部分を分岐手段を介して取り出し、この信号を周波数変換器に通して受信周波数と同じ周波数に変換し、第１のスイッチを介して受信機の入力に印加する。
【００２６】
周波数変換器が用いるローカル信号発生手段からの信号は、周波数が受信機の受信周波数と送信機の送信周波数との差分に等しいので、送信機からの信号を周波数変換器に入力すると、受信周波数と同じ周波数に変換された信号が周波数変換器の出力に得られる。
また、いずれのブランチについて受信機の校正値を検出する場合であっても同一の周波数変換器を共通に利用するので、この周波数変換器の特性はブランチ間の相対値として検出される校正値には影響を及ぼさない。
【００２７】
請求項２では、送信機の校正値を検出する場合に受信機を用いる必要がないので、ＦＤＤシステムのように送信周波数と受信周波数とが異なる場合であっても校正を行うことができる。また、周波数変換器を設けてあるため、送信周波数と受信周波数とが異なる場合であっても、受信機の校正値を検出する際には送信機からの信号を利用して校正を行うことができる。
【００２８】
請求項３は、請求項２の適応アレーアンテナ送受信装置において、前記第１の校正値演算手段に、前記基準ブランチ以外の（Ｎ−１）個のブランチのそれぞれに属する分岐手段からの信号のいずれか１つを選択する第２のスイッチと、前記基準ブランチに属する分岐手段からの信号について振幅成分と位相成分とを分離して出力する第１の振幅・位相分離回路と、前記第２のスイッチが選択した信号について振幅成分と位相成分とを分離して出力する第２の振幅・位相分離回路と、前記第１の振幅・位相分離回路が出力する振幅成分と第２の振幅・位相分離回路が出力する振幅成分との誤差を検出する振幅誤差抽出回路と、前記第１の振幅・位相分離回路が出力する位相成分と第２の振幅・位相分離回路が出力する位相成分との誤差を検出する位相誤差抽出回路とを設けたことを特徴とする。
【００２９】
請求項３においては、基準ブランチの分岐手段からの信号は第１の振幅・位相分離回路で振幅成分と位相成分とに分離される。また、基準ブランチ以外の各ブランチでは、分岐手段からの信号は第２のスイッチを介して第２の振幅・位相分離回路に入力され振幅成分と位相成分とに分離される。
振幅誤差抽出回路は、第１の振幅・位相分離回路が出力する振幅成分と第２の振幅・位相分離回路が出力する振幅成分との誤差を検出する。位相誤差抽出回路は、第１の振幅・位相分離回路が出力する位相成分と第２の振幅・位相分離回路が出力する位相成分との誤差を検出する。
【００３０】
したがって、基準ブランチに対する相対値として各ブランチの送信機の振幅及び位相の校正値を求めることができる。
請求項４は、請求項２の適応アレーアンテナ送受信装置において、前記第２の校正値演算手段は、前記基準ブランチの受信機が前記周波数変換器の出力からの信号を受信して得られる第１の振幅・位相値と、前記基準ブランチ以外の（Ｎ−１）個のブランチの各々に属する前記受信機が基準信号発生手段からの信号を受信して得られる第２の振幅・位相値との比率を各ブランチの受信機の校正値として求めることを特徴とする。
【００３１】
請求項４においては、基準ブランチの第１の振幅・位相値と他のブランチの第２の振幅・位相値との比率を求めるので、基準ブランチとの相対値として各ブランチの受信機の校正値を求めることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
本発明の適応アレーアンテナ送受信装置の１つの実施の形態について、図１〜図４を参照して説明する。この形態は、請求項１および請求項２に対応する。
【００３３】
図１はこの形態の適応アレーアンテナ送受信装置の構成を示すブロック図である。図２は送信機校正演算部２４の構成を示すブロック図である。図３はこの形態の送信機校正演算部２４の動作を示すフローチャートである。図４はこの形態の受信機校正演算部２５の動作を示すフローチャートである。
この形態では、請求項１のアンテナ素子，送信機，受信機，送受共用手段，指向性制御演算回路，分岐手段，第１の校正値演算手段，基準信号発生手段，第１のスイッチ及び第２の校正値演算手段は、それぞれアンテナ素子１１，送信機１３，受信機１４，サーキュレータ１２，指向性制御演算部２６，カップラ１５，送信機校正演算部２４，信号発生部２２，スイッチ１６及び受信機校正演算部２５に対応する。
【００３４】
また、請求項１の第２のスイッチ，第１の振幅・位相分離回路，第２の振幅・位相分離回路，振幅誤差抽出回路及び位相誤差抽出回路は、それぞれスイッチ３１，振幅・位相分離回路３２，振幅・位相分離回路３３，振幅誤差検出回路３４及び位相誤差検出回路３５に対応する。
図１において、アレーアンテナは並べて配置されたＮ（２以上の任意の整数）個のアンテナ素子１１で構成されている。この形態では、各要素の符号に付加した括弧内の数値によってそれが配置されたアレーアンテナのブランチの区分を表してある。また、図１中の各矢印は信号の方向を表わしている。なお、以下の説明において、各要素のブランチを区別する必要がない場合には、各符号の括弧及び括弧内の数値の表記は省略する。
【００３５】
図１の例では、アンテナ素子１１毎にそれを含むブランチユニット１０を構成してある。各ブランチユニット１０は、アンテナ素子１１，サーキュレータ１２，送信機１３，受信機１４，カップラ１５及びスイッチ１６で構成されている。
【００３６】
サーキュレータ１２は、アンテナ素子１１を送信と受信とで共用するために設けてある。カップラ１５は、送信機１３が出力する信号の一部分を分岐して取り出すために設けてある。送信機１３が出力する信号の電力は非常に大きいが、カップラ１５で分岐された信号のレベルは小さいので、送信機校正演算部２４に印加される信号のレベルが送信機校正演算部２４の入力許容レベルを超えるのを防止することができる。
【００３７】
通信のために送信を行う場合、各送信機１３から送出される信号は、カップラ１５及びサーキュレータ１２を通り、アンテナ素子１１から無線信号として放射される。通信のために受信を行う場合には、アンテナ素子１１で受信された信号がサーキュレータ１２及びスイッチ１６を通って、受信機１４に入力される。
この例では、送信機１３が出力する信号の周波数すなわち送信周波数はｆ１であり、受信機１４の受信周波数はｆ２であり、送信周波数ｆ１と受信周波数ｆ２とは異なっている。
【００３８】
図１の適応アレーアンテナ送受信装置には、Ｎ個のブランチユニット１０の他に、信号発生部２２，分配器２３，送信機校正演算部２４，受信機校正演算部２５及び指向性制御演算部２６が設けてある。
指向性制御演算部２６は、アレーアンテナの指向パターンを適応制御するために、Ｎ個のブランチの信号を合成すると共に、合成の際の各ブランチの重み付けを制御する。
【００３９】
送信機校正演算部２４は、各ブランチユニット１０の送信機１３について振幅・位相誤差を個別に求めて校正を行う。また、受信機校正演算部２５は各ブランチユニット１０の受信機１４の振幅・位相誤差を個別に求めて校正を行う。
信号発生部２２は、各ブランチの受信機１４の校正のために、受信機１４の受信周波数と同じ周波数の基準信号を出力する。信号発生部２２が出力する基準信号は、分配器２３を介して各ブランチのスイッチ１６に印加される。各ブランチのスイッチ１６は、電気的に制御可能になっている。
【００４０】
送信機校正演算部２４は、各ブランチのカップラ１５によってそれぞれ分岐された送信機１３からの信号を入力して、振幅誤差及び位相誤差をブランチ毎に検出する。
送信機校正演算部２４には、図２に示すようにスイッチ３１，振幅・位相分離回路３２，３３，振幅誤差検出回路３４，位相誤差検出回路３５及び制御部３６が備わっている。
【００４１】
振幅・位相分離回路３２の入力には、基準ブランチのカップラ１５からの信号が印加される。この例では、１番目のブランチを基準ブランチに割り当ててあるので、そのブランチに属するカップラ１５（１）からの信号が振幅・位相分離回路３２の入力に印加される。
スイッチ３１には、基準ブランチ以外の（Ｎ−１）個の各ブランチのカップラ１５からの信号が印加される。スイッチ３１は（Ｎ−１）個のブランチのいずれか１つの信号を選択する。スイッチ３１の選択した信号が振幅・位相分離回路３３の入力に印加される。スイッチ３１の選択状態は、制御部３６によって制御される。
【００４２】
振幅・位相分離回路３２及び３３は、入力された信号の振幅成分と位相成分とを分離してそれぞれ取り出すための回路である。振幅・位相分離回路３２，３３については、例えば可変電力利得増幅器やＡＭ変復調回路に用いられる受信レベル検出器を用いることで実現できる。
振幅・位相分離回路３２が出力する振幅成分の信号と、振幅・位相分離回路３３が出力する振幅成分の信号とがそれぞれ振幅誤差検出回路３４の入力に印加される。また、振幅・位相分離回路３２が出力する位相成分の信号と、振幅・位相分離回路３３が出力する位相成分の信号とがそれぞれ位相誤差検出回路３５の入力に印加される。
【００４３】
振幅誤差検出回路３４は、振幅・位相分離回路３２からの振幅成分の信号と振幅・位相分離回路３３からの振幅成分の信号との振幅誤差を検出する。また、位相誤差検出回路３５は振幅・位相分離回路３２からの位相成分の信号と振幅・位相分離回路３３からの位相成分の信号との位相誤差を検出する。実際には、位相誤差検出回路３５は２つの信号の位相差を検出するために混合器で構成されている。
【００４４】
送信機校正演算部２４の動作について、図３を参照して説明する。なお、図３においては、各処理ステップを順次に実行するように表してあるが、図２に示すように基準ブランチの信号を処理する回路と他のブランチの信号を処理する回路とを独立したハードウェアとして設ける場合には、実際には複数の処理ステップが同時に実行されることになる。図３においては、実際の処理タイミングとは無関係に送信機の校正処理に必要な機能が示されている。
【００４５】
ステップＳ１０では、カウンタｉに初期値として２をセットする。カウンタｉの値は校正対象のブランチの番号に対応している。なお、１番目のブランチは基準ブランチに割り当ててある。
ステップＳ１１では、基準ブランチの送信機１３（１）から信号を送出する。ここで送信機１３（１）が送出する信号は、カップラ１５（１）で分岐され、送信機校正演算部２４の振幅・位相分離回路３２の入力に印加される。
【００４６】
ステップＳ１２では、カウンタｉの値に応じたｉ番目のブランチの送信機１３（ｉ）から信号を送出する。また、ステップＳ１３では制御部３６の制御によりカウンタｉの値に応じたｉ番目のブランチからの信号をスイッチ３１で選択する。したがって、ｉ番目のブランチの送信機１３（ｉ）からの信号は、カップラ１５（ｉ）で分岐されて送信機校正演算部２４に入力され、スイッチ３１を通って振幅・位相分離回路３３の入力に印加される。
【００４７】
ステップＳ１４では、振幅・位相分離回路３２において、入力された基準ブランチからの信号が振幅成分と位相成分とに分離される。また、ステップＳ１５では振幅・位相分離回路３３において、入力されたｉ番目のブランチからの信号が振幅成分と位相成分とに分離される。
ステップＳ１６では、振幅誤差検出回路３４において、振幅・位相分離回路３２から出力される基準ブランチの振幅成分の信号と、振幅・位相分離回路３３から出力されるｉ番目のブランチの振幅成分の信号とに基づいて、それらの振幅誤差を検出する。
【００４８】
ステップＳ１７では、位相誤差検出回路３５において、振幅・位相分離回路３２から出力される基準ブランチの位相成分の信号と、振幅・位相分離回路３３から出力されるｉ番目のブランチの位相成分の信号とに基づいて、それらの位相誤差を検出する。
振幅誤差及び位相誤差の検出が終了すると、ステップＳ１８において校正のための送信機１３（ｉ）の信号出力は停止する。
【００４９】
カウンタｉの値がＮ未満であればステップＳ１８からＳ１９を通ってＳ２０に進み、カウンタｉを更新してＳ１２に戻り、上記処理を繰り返す。したがって、２〜Ｎのそれぞれのブランチについて、振幅誤差及び位相誤差が検出される。全ての処理が終了すると、ステップＳ２１で基準ブランチの送信機１３（１）からの信号出力が停止する。
【００５０】
振幅・位相分離回路３２から出力される基準ブランチの振幅成分の値（振幅）をＡ（１）とし、振幅・位相分離回路３３から出力されるｉ番目のブランチの振幅成分の値（振幅）をＡ（ｉ）とすると、振幅誤差検出回路３４から出力される各ブランチの振幅誤差Ａｄ（ｉ）は次式で表される。
Ａｄ（ｉ）＝Ａ（ｉ）／Ａ（１） ・・・・ （１）
また、振幅・位相分離回路３２から出力される基準ブランチの位相成分の値Ｐ（１）及び振幅・位相分離回路３３から出力されるｉ番目のブランチの位相成分の値Ｐ（ｉ）は、それぞれ次式で表される。
【００５１】
Ｐ（１）＝ｃｏｓ（２π・ｆ１・ｔ＋θ（１）） ・・・ （２）
Ｐ（ｉ）＝ｃｏｓ（２π・ｆ１・ｔ＋θ（ｉ）） ・・・ （３）
但し、
ｔ：時刻
θ（１）：基準ブランチの送信機１３（１）で生じる位相
θ（ｉ）：ｉ番目のブランチの送信機１３（ｉ）で生じる位相
位相誤差検出回路３５は混合器であるので、位相誤差検出回路３５が出力する各ブランチの位相誤差Ｐｄ（ｉ）は次式で表される。
【００５２】
実際には、位相誤差検出回路３５には遮断周波数が（２ｆ１）以下の低域通過フィルタが内蔵されている。このため、周波数が（２ｆ１）の信号成分は遮断されて位相誤差検出回路３５の出力に現れない。つまり、実際に位相誤差検出回路３５が出力する各ブランチの位相誤差Ｐｄ（ｉ）は次式で表される。
【００５３】
Ｐｄ（ｉ）＝ｃｏｓ（θ（１）−θ（ｉ）） ・・・（５）
このため、振幅誤差Ａｄ（ｉ）としては前記第（１）式に示すように各ブランチの送信機１３における振幅と基準ブランチとの比率が検出され、位相誤差Ｐｄ（ｉ）としては前記第（５）式に示すように各ブランチの送信機１３における位相と基準ブランチの位相との位相差が検出される。
【００５４】
このようにして求めた各ブランチの振幅誤差Ａｄ（ｉ）及び位相誤差Ｐｄ（ｉ）を利用することにより、各ブランチの送信機１３（ｉ）の位相が基準ブランチの送信機１３（１）の位相と整合するように校正することができる。
次に、受信機校正演算部２５の動作について図４を参照しながら説明する。なお、図４においては各々のブランチについて順番に信号の測定を行う場合を示してあるが、図１の構成を用いる場合には複数のブランチについて同時に信号の測定を行うこともできる。図４は実際の処理のタイミングとは無関係に受信機１４の校正に必要な機能を示している。
【００５５】
ステップＳ３０では、カウンタｉに初期値として１をセットする。カウンタｉの値は校正対象のブランチの番号に対応している。ステップＳ３２〜Ｓ３５の処理はカウンタｉの値に応じて繰り返し実行される。
ステップＳ３１では、信号発生部２２から周波数がｆ２の信号を出力する。信号発生部２２が出力する信号は、分配器２３でＮ系統に分配され、各ブランチのスイッチ１６に印加される。
【００５６】
ステップＳ３２では、ｉ番目のブランチのスイッチ１６（ｉ）を制御して、分配器２３の出力と受信機１４（ｉ）の入力とを接続する。
信号発生部２２から分配器２３，スイッチ１６（ｉ）を介して受信機１４（ｉ）に入力される信号の周波数ｆ２は受信機１４（ｉ）の受信周波数と同一であるため、受信機１４（ｉ）はこの信号を受信することができる。そこで、ステップＳ３３では受信機１４（ｉ）が出力する振幅・位相値Ｂ（ｉ）を測定する。
【００５７】
初回はカウンタｉの値が１なので、ステップＳ３３からＳ３４を通ってＳ３５に進み、カウンタｉの値を更新してステップＳ３２に戻る。２回目以降の処理では、カウンタｉの値が１以外なので、ステップＳ３３からＳ３４を通ってＳ３６に進む。ステップＳ３６では、次式の計算により校正値Ｂｄ（ｉ）を求める。
Ｂｄ（ｉ）＝Ｂ（ｉ）／Ｂ（１） ・・・ （６）
ステップＳ３２〜Ｓ３７の処理を繰り返すことにより、２番目〜Ｎ番目の各ブランチについて、受信機１４（ｉ）の校正値Ｂｄ（ｉ）が得られる。
【００５８】
前記第（６）式におけるＢ（ｉ）は次式で表される。
Ｂ（ｉ）＝Ｓｒｅｆ・Ｒ（ｉ） ・・・ （７）
但し、
Ｓｒｅｆ：信号発生部２２からの信号の振幅・位相
Ｒ（ｉ）：受信機１４（ｉ）の振幅・位相
したがって、前記第（６）式は次式のように変形される。
【００５９】
つまり、各ブランチの受信機１４（ｉ）に生じる振幅・位相値と基準ブランチの受信機１４（１）に生じる振幅・位相値との誤差が校正値Ｂｄ（ｉ）としてブランチ毎に得られる。
【００６０】
（第２の実施の形態）
本発明の適応アレーアンテナ送受信装置のもう１つの実施の形態について、図５〜図７を参照して説明する。この形態は請求項２〜請求項４に対応する。
図５はこの形態の適応アレーアンテナ送受信装置の構成を示すブロック図である。図６は周波数ｆ１−ｆ２の生成回路例（１）を示すブロック図である。図７は周波数ｆ１−ｆ２の生成回路例（２）を示すブロック図である。
【００６１】
この形態は、第１の実施の形態の変形例である。図５において第１の実施の形態と対応する要素は同一の符号を付けて示してある。第１の実施の形態と同一の構成及び同一の動作については以下の説明を省略する。
この形態では、請求項２のアンテナ素子，送信機，受信機，送受共用手段，指向性制御演算回路，分岐手段，第１の校正値演算手段，ローカル信号発生手段，周波数変換器，第１のスイッチ及び第２の校正値演算手段は、それぞれアンテナ素子１１，送信機１３，受信機１４，サーキュレータ１２，指向性制御演算部２６，カップラ１５，送信機校正演算部２４，信号発生器４１，周波数変換器４２，スイッチ１６及び受信機校正演算部２５に対応する。
【００６２】
また、請求項３の第２のスイッチ，第１の振幅・位相分離回路，第２の振幅・位相分離回路，振幅誤差抽出回路及び位相誤差抽出回路は、それぞれスイッチ３１，振幅・位相分離回路３２，振幅・位相分離回路３３，振幅誤差検出回路３４及び位相誤差検出回路３５に対応する。
この形態では、受信機１４の校正のために信号発生部４０を設けてある。信号発生部４０には、信号発生器４１，周波数変換器４２及び分配器４３が備わっている。信号発生器４１は、送信機１３の送信周波数ｆ１と受信機１４の受信周波数ｆ２との差分に相当する周波数（｜ｆ１−ｆ２｜）の信号を出力する。
【００６３】
周波数変換器４２は、基準ブランチに割り当てた１番目のブランチのカップラ１５（１）からの信号（周波数はｆ１）と信号発生器４１からの信号とを混合する。したがって、周波数変換器４２の出力にはｆ２の周波数成分が得られる。すなわち、送信機１３（１）が出力する周波数がｆ１の信号は、周波数変換器４２を通り周波数がｆ２の信号に変換される。周波数変換器４２が出力する信号は、分配器４３でＮ系統に分配され、各ブランチのスイッチ１６に印加される。
【００６４】
各ブランチユニット１０並びに送信機校正演算部２４及び受信機校正演算部２５の構成及び動作は第１の実施の形態と同一である。
信号発生器４１が出力する周波数が（｜ｆ１−ｆ２｜）の信号については、受信機のローカル信号と送信機のローカル信号とを用いて生成することができる。すなわち、信号発生器４１は、例えば図６に示す回路、又は図７に示す回路で実現できる。
【００６５】
図６は、ベースバンド帯の周波数と通信周波数帯の周波数とを直接変換するダイレクトコンバージョン方式の回路を示しており、図７は、中間周波数を設けてベースバンド帯と通信周波数帯との間の周波数変換を２段階の周波数変換で行うスーパーヘテロダイン方式の回路を示している。
図６の回路においては、送信部６０が周波数変換に利用している発振器６１の出力信号の周波数が送信周波数ｆ１と同一であり、受信部７０が周波数変換に利用している発振器７１の出力信号の周波数が受信周波数ｆ２と同一であるため、発振器６１の出力信号と発振器７１の出力信号とを周波数変換器８０で混合することにより、両者の差分の周波数（ｆ１−ｆ２）が得られる。
【００６６】
図７の回路においては、中間周波数がｆＩＦの場合を想定している。従って、送信部６０の発振器６５が出力する信号の周波数は（ｆ１−ｆＩＦ）であり、受信部７０の発振器７５が出力する信号の周波数は（ｆ２−ｆＩＦ）である。図７に示すように、発振器６５の出力信号と発振器７５の出力信号とを周波数変換器８０で混合することにより、両者の差分の周波数（ｆ１−ｆ２）が得られる。
【００６７】
図６又は図７に示す回路によって図５の信号発生器４１を構成する場合には、送信機１３及び受信機１４のそれぞれの周波数変換に利用しているローカル信号を用いて（ｆ１−ｆ２）の信号を生成するので、新たな発振器を設ける必要がなく回路構成が簡略化される。しかも、信号発生器４１の内部で利用する周波数と実際の送信周波数及び受信周波数との間に偏差が生じないので、校正の精度が改善される。
【００６８】
送信機１３について求められる各ブランチの校正値（振幅誤差Ａｄ（ｉ），位相誤差Ｐｄ（ｉ））については、第１の実施の形態と同様である。
一方、信号発生部４０からの信号をスイッチ１６を介して受信機１４で受信して得られる各ブランチの振幅・位相値Ｃ（ｉ）は次式で表される。
Ｃ（ｉ）＝Ｓ（ｆ１，１）・Ｑ・Ｒ（ｉ） ・・・ （９）
但し、
Ｓ（ｆ１，１）：送信機１３（１）からの周波数がｆ１の信号の振幅・位相
Ｑ：周波数変換器４２で生じる振幅・位相成分
Ｒ（ｉ）：受信機１４（ｉ）の振幅・位相
したがって、図５の受信機校正演算部２５によって求められる各ブランチの校正値Ｃｄ（ｉ）は次式で表される。
【００６９】
なお、Ｓ（ｆ１，１），Ｑの項は校正には不要であるが、各ブランチのループで共通となるため、この影響は除去される。つまり、各ブランチの受信機１４（ｉ）に生じる振幅・位相値と基準ブランチの受信機１４（１）に生じる振幅・位相値との誤差が校正値Ｃｄ（ｉ）としてブランチ毎に得られる。
【００７０】
また、前記第（９）式及び第（１０）式における温度特性による振幅・位相値の変動成分Ｑは、実際には信号発生器４１における変動成分と、受信機１４における変動成分と、校正に用いる周波数変換器４２における変動成分とを含んでいる。したがって、時間の経過に伴う温度変化に対して周波数変換器４２の特性が変化するが、周波数変換器４２については校正処理でいずれのブランチの振幅・位相値を測定する際にも共通に利用しているので、単一の周波数変換器４２の振幅・位相値の変動成分Ｑは求める校正値に影響を及ぼさない。
【００７１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ＦＤＤのように送信周波数と受信周波数とが異なる場合であっても各ブランチ間の送信機及び受信機の振幅・位相値を個別に校正することが可能であり、例えば基地局の設置場所の違いによる環境変動や通信中の温度変化によって生じる各ブランチ間の振幅・位相誤差を補償することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の適応アレーアンテナ送受信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】送信機校正演算部２４の構成を示すブロック図である。
【図３】第１の実施の形態の送信機校正演算部２４の動作を示すフローチャートである。
【図４】第１の実施の形態の受信機校正演算部２５の動作を示すフローチャートである。
【図５】第２の実施の形態の適応アレーアンテナ送受信装置の構成を示すブロック図である。
【図６】周波数ｆ１−ｆ２の生成回路例（１）を示すブロック図である。
【図７】周波数ｆ１−ｆ２の生成回路例（２）を示すブロック図である。
【図８】アレーアンテナの構成及び指向パターンを示すグラフである。
【図９】振幅及び位相誤差とヌル深度との関係を示すグラフである。
【図１０】従来例のアダプティブアレーアンテナとＦＤＤシステムとの組み合わせを示すブロック図である。
【図１１】従来例の校正回路を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ ブランチユニット
１１ アンテナ素子
１２ サーキュレータ
１３ 送信機
１４ 受信機
１５ カップラ
１６ スイッチ
２２ 信号発生部
２３ 分配器
２４ 送信機校正演算部
２５ 受信機校正演算部
２６ 指向性制御演算部
３１ スイッチ
３２，３３ 振幅・位相分離回路
３４ 振幅誤差検出回路
３５ 位相誤差検出回路
３６ 制御部
４０ 信号発生部
４１ 信号発生器
４２ 周波数変換器
４３ 分配器
６０ 送信部
６１，６５ 発振器
６２，６６ 分配器
６３，６８ アップコンバータ
６７ 中間周波処理部
７０ 受信部
７１，７５ 発振器
７２，７６ 分配器
７３，７８ ダウンコンバータ
７７ 中間周波処理部
８０ 周波数変換器
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＦＤＤ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）方式のように送信と受信とで互いに異なる周波数を用いて通信を行う通信システムに用いる適応アレーアンテナ送受信装置に関し、特に、アレーアンテナのブランチ間の振幅及び位相差を送信機と受信機とで個別にかつ装置内で自動校正するための適応アレーアンテナ送受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の携帯電話やＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）などの爆発的な移動通信の普及に伴って、限られた周波数帯においてできる限り多くの加入者の通信チャネルを確保することが必要になってきている。
そのため、移動通信では多数の加入者に対して、必要に応じて特定のチャネルを割り当てる方法（マルチチャネルアクセス方式とよぶ）を採用することが現在の主流になっている。
【０００３】
セルラーシステムやＰＨＳなどに代表される現在の移動通信システムでは、マルチチャネルアクセス方式として、主に時分割多重化（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：ＴＤＭＡ）方式が採用されている。その中でも、携帯電話のシステムの代表とされるＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）やＰＤＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）では、通話エリアを拡大するためにＦＤＤ方式を採用している。
【０００４】
ところで、無線区間で周波数の利用効率を高めるためには、隣接セルからの干渉波の影響を低減することが必要である。干渉波を低減する技術としては、アダプティブアレーアンテナが知られている。この種の技術は、例えば文献「Ｍｏｎｚｉｎｇｏ ｅｔ ａｌ．， “Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ａｒｒａｙ”， Ｊｏｎｅ Ｗｉｌｌｙ ＆ Ｓｏｎｓ Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， １９８０」に開示されている。
【０００５】
アダプティブアレーアンテナにおいては、アレー状に配列した複数のアンテナ素子によってアレーアンテナを構成する。そして、アレーアンテナの各ブランチ毎に、入力された信号に対して振幅と位相を重みづけしてアレーアンテナの放射パターンを制御する。すなわち、干渉波の方向にアレーアンテナの放射パターンのヌルを形成し、干渉波の影響を低減する。
【０００６】
従来例では、アダプティブアレーアンテナとＦＤＤシステムとを組み合わせた装置は図１０に示すように構成される。
近年、アダプティブアレーで必要とされる振幅と位相の制御は、制御の容易さや柔軟性などを考慮して、ベースバンドでＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などの演算器を用いたディジタル信号処理で実現することが一般的な方法とされている。この事実は、例えば文献「Ｔ． Ｏｈｇａｎｅ， ｅｔ ａｌ．， “Ａ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ＣＭＡ Ａｄａｐｔｉｖｅ ａｒｒａｙ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ＧＭＳＫ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｉｎ ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ”， ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． ＶＴ−４２， Ｎｏ．３， ｐｐ．２８２−２８８， Ａｕｇｕｓｔ １９９３」に開示されている。
【０００７】
したがって、ベースバンドの制御でアダプティブアレーアンテナを実現する場合には、アレーアンテナの各ブランチ毎に送信機及び受信機が必要になる。このようなアダプティブアレーアンテナで用いる送信機および受信機については、それらの振幅及び位相が各ブランチ間で等しいことが理想的である。しかし、実際には電力増幅器などの高周波回路やケーブルの個体差、設置場所の温度特性の変動などによって振幅や位相がブランチ間で異なることが多い。
【０００８】
このような振幅や位相の誤差の影響により、アダプティブアレーアンテナの放射パターンには、理想的な放射パターンに対してヌル深度の低下やサイドローブの上昇が生じ、アダプティブアレーアンテナの本来持つ干渉波抑圧特性を劣化させる要因となっている。この事実は、例えば文献「Ｊ． Ｌｉｔｖａ ｅｔ ａｌ．， “Ｄｉｇｉｔａｌ Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ ｉｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ”， Ａｒｔｅｃｈ Ｈｏｕｓｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ， １９９６．」に開示されている。
【０００９】
この現象の一例について、図８及び図９を参照して説明する。図８はアレーアンテナの構成及び指向パターンを示し、図９は振幅及び位相誤差とヌル深度の関係を示している。すなわち、図８に示す３素子円形配列のアレーアンテナの各素子に図８に示す振幅及び位相を理想条件として与えた場合を基準とし、各素子の振幅及び位相が基準となる理想条件からずれた場合の放射パターンのヌル深度が図９に表されている。
【００１０】
理想的な条件においては、図８に示す１８０度方向にヌルを有する放射パターンが形成され、ヌル深度も非常に大きくなる。しかし、各素子の振幅及び位相が基準となる理想条件からずれた場合には、アレーアンテナの放射パターンが劣化し、振幅誤差及び位相誤差に応じて図９のようにヌル深度が低下する。
したがって、送信周波数と受信周波数とが異なるＦＤＤシステムを採用する場合には、アダプティブアレーアンテナの送信の放射パターンと受信の放射パターンとを一致させるために、アレーアンテナの各ブランチ間の振幅と位相を校正する技術が必要になる。また、ＦＤＤシステムにアダプティブアレーアンテナを適用する場合には、送信と受信の周波数が異なるため、受信時に求められたアダプティブアレーアンテナの各素子の重み係数をそのまま送信時に適用することはできない。
【００１１】
したがって、通常、アダプティブアレーアンテナの送信時の重み係数を決定するためには、受信時になんらかの到来方向推定技術を用いて所望信号及び干渉信号の方向を推定する必要があり、これらの方向の情報を用いて送信時の重み係数を決定し放射パターンを制御することになる。このため、ＦＤＤシステムにアダプティブアレーを適用するためには、受信時及び送信時にそれぞれ個別の校正を行う必要がある。
【００１２】
従来より、各送信機及び受信機の振幅や位相を校正する場合には、装置に内蔵した発振器が出力する校正用の基準信号を用いる。この種の技術は、例えば文献「Ｈ． Ｓｔｅｙｓｃａｌ ｅｔ ａｌ．， “Ｄｉｇｉｔａｌ Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ ｆｏｒ Ｒａｄｅｒｓ”， Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｊｏｕｒｎａｌ， ｖｏｌ．３２， Ｎｏ．１， ｐｐ．１２１−１３６．」に開示されている。
このような従来例の校正回路を図１１に示す。図１１の校正回路を用いる場合の校正手順は次の通りである。
【００１３】
（１）基準信号発生器からの基準信号を、分岐手段であるカップラを介して各ブランチの受信機に各ブランチに共通の信号として送る。各ブランチの受信機で得られる値と基準値とを用いて各受信機の校正値を求める。予め定めた特定のブランチの受信機が検出した値を前記基準値として用いる。
（２）送信機から出力した信号をスイッチと減衰器（アッテネータ）を介して受信機に送り、各ブランチ毎に得られた値と基準値とを用いて送受信全体の校正値をブランチ毎に求める。ここで用いる基準値は、前記（１）で受信機の校正値を求める際に基準としたブランチの受信機で得られた値である。
【００１４】
（３）前記（２）で求めた送受信全体の校正値から前記（１）で求めた受信機の校正値を差し引き、各送信機の校正値を求める。
上記のように、図１１の校正回路を用いることにより、装置内でアレーアンテナの各ブランチ間の振幅及び位相を校正できる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＦＤＤシステムの場合には送信機と受信機の周波数が異なるため、送信機の出力する信号を受信機で測定することができず、図１１に示されるような校正回路を用いても、上記（２）の手順を実行できない。したがって、従来の校正回路を用いる場合には、受信機の校正だけしか行うことができず、送信機側の振幅誤差及び位相誤差を解消できないという問題が生じる。
【００１６】
本発明は、送信周波数と受信周波数とが異なる適応アレーアンテナ送受信装置において、アレーアンテナに接続される送信機と受信機とを個別にかつ簡易に校正可能にすることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の適応アレーアンテナ送受信装置は、２以上のＮ個のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナと、Ｎ個の送信機及び受信機と、前記各アンテナ素子に前記送信機及び受信機をそれぞれ接続する送受共用手段と、前記複数の受信機に各アンテナ素子からそれぞれ入力される信号に対して振幅及び位相の重み付けを行って複数の受信機の出力を合成することにより前記アレーアンテナの放射パターンを制御する指向性制御演算回路とを備えるとともに、前記受信機の受信周波数と前記送信機の送信周波数とが異なる適応アレーアンテナ送受信装置において、前記Ｎ個の送信機のそれぞれの出力から信号の一部分を分岐して取り出すＮ個の分岐手段と、前記Ｎ個の分岐手段がそれぞれ出力する信号に基づいて各ブランチの送信機間の振幅及び位相の校正値を求める第１の校正値演算手段と、前記受信機の受信周波数と同じ周波数の信号を出力する基準信号発生手段と、前記送受共用手段からの受信信号と、前記基準信号発生手段からの信号とのいずれか一方を選択的に前記受信機の入力に印加するＮ個の第１のスイッチと、前記Ｎ個の第１のスイッチの選択状態を制御するとともに、前記Ｎ個の受信機のそれぞれが前記基準信号発生手段からの信号を受信して得られる信号に基づいて、各ブランチの受信機間の振幅及び位相の校正値を求める第２の校正値演算手段とを設け、前記第１の校正値演算手段に、予め定めた基準ブランチ以外の（Ｎ−１）個のブランチのそれぞれに属する分岐手段からの信号のいずれか１つを選択する第２のスイッチと、前記基準ブランチに属する分岐手段からの信号について振幅成分と位相成分とを分離して出力する第１の振幅・位相分離回路と、前記第２のスイッチが選択した信号について振幅成分と位相成分とを分離して出力する第２の振幅・位相分離回路と、前記第１の振幅・位相分離回路が出力する振幅成分と第２の振幅・位相分離回路が出力する振幅成分との誤差を検出する振幅誤差抽出回路と、前記第１の振幅・位相分離回路が出力する位相成分と第２の振幅・位相分離回路が出力する位相成分との誤差を検出する位相誤差抽出回路とを設けたことを特徴とする。
【００１８】
請求項１においては、各ブランチの送信機の校正値を検出するために第１の校正値演算手段を設けてある。第１の校正値演算手段は、各ブランチに設けた分岐手段が各送信機の出力から分岐した信号を入力し、この信号から振幅及び位相の校正値を求める。
また、各ブランチの受信機の校正値を検出するために第２の校正値演算手段を設けてある。第２の校正値演算手段は、各ブランチの受信機のそれぞれが基準信号発生手段からの信号を受信して得られる信号に基づいて、受信機の振幅及び位相の校正値を求める。基準信号発生手段が出力する信号は、第１のスイッチを介して各ブランチの受信機に入力される。第１のスイッチは第２の校正値演算手段によって制御される。
【００１９】
請求項１では、送信機の校正値を検出する場合に受信機を用いる必要がないので、ＦＤＤシステムのように送信周波数と受信周波数とが異なる場合であっても校正を行うことができる。また、受信機の校正値を検出する場合に送信機からの信号を用いる必要がないので、送信周波数と受信周波数とが異なる場合であっても校正を行うことができる。
【００２０】
さらに、請求項１では、基準ブランチの分岐手段からの信号は第１の振幅・位相分離回路で振幅成分と位相成分とに分離される。また、基準ブランチ以外の各ブランチでは、分岐手段からの信号は第２のスイッチを介して第２の振幅・位相分離回路に入力され振幅成分と位相成分とに分離される。
【００２１】
振幅誤差抽出回路は、第１の振幅・位相分離回路が出力する振幅成分と第２の振幅・位相分離回路が出力する振幅成分との誤差を検出する。位相誤差抽出回路は、第１の振幅・位相分離回路が出力する位相成分と第２の振幅・位相分離回路が出力する位相成分との誤差を検出する。
【００２２】
したがって、基準ブランチに対する相対値として各ブランチの送信機の振幅及び位相の校正値を求めることができる。
【００２３】
請求項２の適応アレーアンテナ送受信装置は、２以上のＮ個のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナと、Ｎ個の送信機及び受信機と、前記各アンテナ素子に前記送信機及び受信機をそれぞれ接続する送受共用手段と、前記複数の受信機に各アンテナ素子からそれぞれ入力される信号に対して振幅及び位相の重み付けを行って複数の受信機の出力を合成することにより前記アレーアンテナの放射パターンを制御する指向性制御演算回路とを備えるとともに、前記受信機の受信周波数と前記送信機の送信周波数とが異なる適応アレーアンテナ送受信装置において、前記Ｎ個の送信機のそれぞれの出力から信号の一部分を分岐して取り出すＮ個の分岐手段と、前記Ｎ個の分岐手段がそれぞれ出力する信号に基づいて各ブランチの送信機間の振幅及び位相の校正値を求める第１の校正値演算手段と、前記受信機の受信周波数と前記送信機の送信周波数との差分に相当する周波数の信号を出力するローカル信号発生手段と、前記ローカル信号発生手段が出力する信号に基づいて、予め定めた基準ブランチに属する前記分岐手段からの分岐出力を周波数変換する周波数変換器と、前記送受共用手段からの受信信号と、前記周波数変換器が出力する信号とのいずれか一方を選択的に前記受信機の入力に印加するＮ個の第１のスイッチと、前記Ｎ個の第１のスイッチの選択状態を制御するとともに、前記Ｎ個の受信機のそれぞれが前記周波数変換器の出力からの信号を受信して得られる信号に基づいて、各ブランチの受信機間の振幅及び位相の校正値を求める第２の校正値演算手段とを設けたことを特徴とする。
【００２４】
請求項２においては、各ブランチの送信機の校正値を検出するために第１の校正値演算手段を設けてある。第１の校正値演算手段は、各ブランチに設けた分岐手段が各送信機の出力から分岐した信号を入力し、この信号から振幅及び位相の校正値を求める。
【００２５】
また、各ブランチの受信機の校正値を検出するために第２の校正値演算手段を設けてある。第２の校正値演算手段は、各ブランチの受信機のそれぞれが基準ブランチの送信機からの信号を受信して得られる信号に基づいて、受信機の振幅及び位相の校正値を求める。
受信機の校正値を検出する場合には、基準ブランチの送信機が出力する信号の一部分を分岐手段を介して取り出し、この信号を周波数変換器に通して受信周波数と同じ周波数に変換し、第１のスイッチを介して受信機の入力に印加する。
【００２６】
周波数変換器が用いるローカル信号発生手段からの信号は、周波数が受信機の受信周波数と送信機の送信周波数との差分に等しいので、送信機からの信号を周波数変換器に入力すると、受信周波数と同じ周波数に変換された信号が周波数変換器の出力に得られる。
また、いずれのブランチについて受信機の校正値を検出する場合であっても同一の周波数変換器を共通に利用するので、この周波数変換器の特性はブランチ間の相対値として検出される校正値には影響を及ぼさない。
【００２７】
請求項２では、送信機の校正値を検出する場合に受信機を用いる必要がないので、ＦＤＤシステムのように送信周波数と受信周波数とが異なる場合であっても校正を行うことができる。また、周波数変換器を設けてあるため、送信周波数と受信周波数とが異なる場合であっても、受信機の校正値を検出する際には送信機からの信号を利用して校正を行うことができる。
【００２８】
請求項３は、請求項２の適応アレーアンテナ送受信装置において、前記第１の校正値演算手段に、前記基準ブランチ以外の（Ｎ−１）個のブランチのそれぞれに属する分岐手段からの信号のいずれか１つを選択する第２のスイッチと、前記基準ブランチに属する分岐手段からの信号について振幅成分と位相成分とを分離して出力する第１の振幅・位相分離回路と、前記第２のスイッチが選択した信号について振幅成分と位相成分とを分離して出力する第２の振幅・位相分離回路と、前記第１の振幅・位相分離回路が出力する振幅成分と第２の振幅・位相分離回路が出力する振幅成分との誤差を検出する振幅誤差抽出回路と、前記第１の振幅・位相分離回路が出力する位相成分と第２の振幅・位相分離回路が出力する位相成分との誤差を検出する位相誤差抽出回路とを設けたことを特徴とする。
【００２９】
請求項３においては、基準ブランチの分岐手段からの信号は第１の振幅・位相分離回路で振幅成分と位相成分とに分離される。また、基準ブランチ以外の各ブランチでは、分岐手段からの信号は第２のスイッチを介して第２の振幅・位相分離回路に入力され振幅成分と位相成分とに分離される。
振幅誤差抽出回路は、第１の振幅・位相分離回路が出力する振幅成分と第２の振幅・位相分離回路が出力する振幅成分との誤差を検出する。位相誤差抽出回路は、第１の振幅・位相分離回路が出力する位相成分と第２の振幅・位相分離回路が出力する位相成分との誤差を検出する。
【００３０】
したがって、基準ブランチに対する相対値として各ブランチの送信機の振幅及び位相の校正値を求めることができる。
請求項４は、請求項２の適応アレーアンテナ送受信装置において、前記第２の校正値演算手段は、前記基準ブランチの受信機が前記周波数変換器の出力からの信号を受信して得られる第１の振幅・位相値と、前記基準ブランチ以外の（Ｎ−１）個のブランチの各々に属する前記受信機が基準信号発生手段からの信号を受信して得られる第２の振幅・位相値との比率を各ブランチの受信機の校正値として求めることを特徴とする。
【００３１】
請求項４においては、基準ブランチの第１の振幅・位相値と他のブランチの第２の振幅・位相値との比率を求めるので、基準ブランチとの相対値として各ブランチの受信機の校正値を求めることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
本発明の適応アレーアンテナ送受信装置の１つの実施の形態について、図１〜図４を参照して説明する。この形態は、請求項１および請求項２に対応する。
【００３３】
図１はこの形態の適応アレーアンテナ送受信装置の構成を示すブロック図である。図２は送信機校正演算部２４の構成を示すブロック図である。図３はこの形態の送信機校正演算部２４の動作を示すフローチャートである。図４はこの形態の受信機校正演算部２５の動作を示すフローチャートである。
この形態では、請求項１のアンテナ素子，送信機，受信機，送受共用手段，指向性制御演算回路，分岐手段，第１の校正値演算手段，基準信号発生手段，第１のスイッチ及び第２の校正値演算手段は、それぞれアンテナ素子１１，送信機１３，受信機１４，サーキュレータ１２，指向性制御演算部２６，カップラ１５，送信機校正演算部２４，信号発生部２２，スイッチ１６及び受信機校正演算部２５に対応する。
【００３４】
また、請求項１の第２のスイッチ，第１の振幅・位相分離回路，第２の振幅・位相分離回路，振幅誤差抽出回路及び位相誤差抽出回路は、それぞれスイッチ３１，振幅・位相分離回路３２，振幅・位相分離回路３３，振幅誤差検出回路３４及び位相誤差検出回路３５に対応する。
図１において、アレーアンテナは並べて配置されたＮ（２以上の任意の整数）個のアンテナ素子１１で構成されている。この形態では、各要素の符号に付加した括弧内の数値によってそれが配置されたアレーアンテナのブランチの区分を表してある。また、図１中の各矢印は信号の方向を表わしている。なお、以下の説明において、各要素のブランチを区別する必要がない場合には、各符号の括弧及び括弧内の数値の表記は省略する。
【００３５】
図１の例では、アンテナ素子１１毎にそれを含むブランチユニット１０を構成してある。各ブランチユニット１０は、アンテナ素子１１，サーキュレータ１２，送信機１３，受信機１４，カップラ１５及びスイッチ１６で構成されている。
【００３６】
サーキュレータ１２は、アンテナ素子１１を送信と受信とで共用するために設けてある。カップラ１５は、送信機１３が出力する信号の一部分を分岐して取り出すために設けてある。送信機１３が出力する信号の電力は非常に大きいが、カップラ１５で分岐された信号のレベルは小さいので、送信機校正演算部２４に印加される信号のレベルが送信機校正演算部２４の入力許容レベルを超えるのを防止することができる。
【００３７】
通信のために送信を行う場合、各送信機１３から送出される信号は、カップラ１５及びサーキュレータ１２を通り、アンテナ素子１１から無線信号として放射される。通信のために受信を行う場合には、アンテナ素子１１で受信された信号がサーキュレータ１２及びスイッチ１６を通って、受信機１４に入力される。
この例では、送信機１３が出力する信号の周波数すなわち送信周波数はｆ１であり、受信機１４の受信周波数はｆ２であり、送信周波数ｆ１と受信周波数ｆ２とは異なっている。
【００３８】
図１の適応アレーアンテナ送受信装置には、Ｎ個のブランチユニット１０の他に、信号発生部２２，分配器２３，送信機校正演算部２４，受信機校正演算部２５及び指向性制御演算部２６が設けてある。
指向性制御演算部２６は、アレーアンテナの指向パターンを適応制御するために、Ｎ個のブランチの信号を合成すると共に、合成の際の各ブランチの重み付けを制御する。
【００３９】
送信機校正演算部２４は、各ブランチユニット１０の送信機１３について振幅・位相誤差を個別に求めて校正を行う。また、受信機校正演算部２５は各ブランチユニット１０の受信機１４の振幅・位相誤差を個別に求めて校正を行う。
信号発生部２２は、各ブランチの受信機１４の校正のために、受信機１４の受信周波数と同じ周波数の基準信号を出力する。信号発生部２２が出力する基準信号は、分配器２３を介して各ブランチのスイッチ１６に印加される。各ブランチのスイッチ１６は、電気的に制御可能になっている。
【００４０】
送信機校正演算部２４は、各ブランチのカップラ１５によってそれぞれ分岐された送信機１３からの信号を入力して、振幅誤差及び位相誤差をブランチ毎に検出する。
送信機校正演算部２４には、図２に示すようにスイッチ３１，振幅・位相分離回路３２，３３，振幅誤差検出回路３４，位相誤差検出回路３５及び制御部３６が備わっている。
【００４１】
振幅・位相分離回路３２の入力には、基準ブランチのカップラ１５からの信号が印加される。この例では、１番目のブランチを基準ブランチに割り当ててあるので、そのブランチに属するカップラ１５（１）からの信号が振幅・位相分離回路３２の入力に印加される。
スイッチ３１には、基準ブランチ以外の（Ｎ−１）個の各ブランチのカップラ１５からの信号が印加される。スイッチ３１は（Ｎ−１）個のブランチのいずれか１つの信号を選択する。スイッチ３１の選択した信号が振幅・位相分離回路３３の入力に印加される。スイッチ３１の選択状態は、制御部３６によって制御される。
【００４２】
振幅・位相分離回路３２及び３３は、入力された信号の振幅成分と位相成分とを分離してそれぞれ取り出すための回路である。振幅・位相分離回路３２，３３については、例えば可変電力利得増幅器やＡＭ変復調回路に用いられる受信レベル検出器を用いることで実現できる。
振幅・位相分離回路３２が出力する振幅成分の信号と、振幅・位相分離回路３３が出力する振幅成分の信号とがそれぞれ振幅誤差検出回路３４の入力に印加される。また、振幅・位相分離回路３２が出力する位相成分の信号と、振幅・位相分離回路３３が出力する位相成分の信号とがそれぞれ位相誤差検出回路３５の入力に印加される。
【００４３】
振幅誤差検出回路３４は、振幅・位相分離回路３２からの振幅成分の信号と振幅・位相分離回路３３からの振幅成分の信号との振幅誤差を検出する。また、位相誤差検出回路３５は振幅・位相分離回路３２からの位相成分の信号と振幅・位相分離回路３３からの位相成分の信号との位相誤差を検出する。実際には、位相誤差検出回路３５は２つの信号の位相差を検出するために混合器で構成されている。
【００４４】
送信機校正演算部２４の動作について、図３を参照して説明する。なお、図３においては、各処理ステップを順次に実行するように表してあるが、図２に示すように基準ブランチの信号を処理する回路と他のブランチの信号を処理する回路とを独立したハードウェアとして設ける場合には、実際には複数の処理ステップが同時に実行されることになる。図３においては、実際の処理タイミングとは無関係に送信機の校正処理に必要な機能が示されている。
【００４５】
ステップＳ１０では、カウンタｉに初期値として２をセットする。カウンタｉの値は校正対象のブランチの番号に対応している。なお、１番目のブランチは基準ブランチに割り当ててある。
ステップＳ１１では、基準ブランチの送信機１３（１）から信号を送出する。ここで送信機１３（１）が送出する信号は、カップラ１５（１）で分岐され、送信機校正演算部２４の振幅・位相分離回路３２の入力に印加される。
【００４６】
ステップＳ１２では、カウンタｉの値に応じたｉ番目のブランチの送信機１３（ｉ）から信号を送出する。また、ステップＳ１３では制御部３６の制御によりカウンタｉの値に応じたｉ番目のブランチからの信号をスイッチ３１で選択する。したがって、ｉ番目のブランチの送信機１３（ｉ）からの信号は、カップラ１５（ｉ）で分岐されて送信機校正演算部２４に入力され、スイッチ３１を通って振幅・位相分離回路３３の入力に印加される。
【００４７】
ステップＳ１４では、振幅・位相分離回路３２において、入力された基準ブランチからの信号が振幅成分と位相成分とに分離される。また、ステップＳ１５では振幅・位相分離回路３３において、入力されたｉ番目のブランチからの信号が振幅成分と位相成分とに分離される。
ステップＳ１６では、振幅誤差検出回路３４において、振幅・位相分離回路３２から出力される基準ブランチの振幅成分の信号と、振幅・位相分離回路３３から出力されるｉ番目のブランチの振幅成分の信号とに基づいて、それらの振幅誤差を検出する。
【００４８】
ステップＳ１７では、位相誤差検出回路３５において、振幅・位相分離回路３２から出力される基準ブランチの位相成分の信号と、振幅・位相分離回路３３から出力されるｉ番目のブランチの位相成分の信号とに基づいて、それらの位相誤差を検出する。
振幅誤差及び位相誤差の検出が終了すると、ステップＳ１８において校正のための送信機１３（ｉ）の信号出力は停止する。
【００４９】
カウンタｉの値がＮ未満であればステップＳ１８からＳ１９を通ってＳ２０に進み、カウンタｉを更新してＳ１２に戻り、上記処理を繰り返す。したがって、２〜Ｎのそれぞれのブランチについて、振幅誤差及び位相誤差が検出される。全ての処理が終了すると、ステップＳ２１で基準ブランチの送信機１３（１）からの信号出力が停止する。
【００５０】
振幅・位相分離回路３２から出力される基準ブランチの振幅成分の値（振幅）をＡ（１）とし、振幅・位相分離回路３３から出力されるｉ番目のブランチの振幅成分の値（振幅）をＡ（ｉ）とすると、振幅誤差検出回路３４から出力される各ブランチの振幅誤差Ａｄ（ｉ）は次式で表される。
Ａｄ（ｉ）＝Ａ（ｉ）／Ａ（１） ・・・・ （１）
また、振幅・位相分離回路３２から出力される基準ブランチの位相成分の値Ｐ（１）及び振幅・位相分離回路３３から出力されるｉ番目のブランチの位相成分の値Ｐ（ｉ）は、それぞれ次式で表される。
【００５１】
Ｐ（１）＝ｃｏｓ（２π・ｆ１・ｔ＋θ（１）） ・・・ （２）
Ｐ（ｉ）＝ｃｏｓ（２π・ｆ１・ｔ＋θ（ｉ）） ・・・ （３）
但し、
ｔ：時刻
θ（１）：基準ブランチの送信機１３（１）で生じる位相
θ（ｉ）：ｉ番目のブランチの送信機１３（ｉ）で生じる位相
位相誤差検出回路３５は混合器であるので、位相誤差検出回路３５が出力する各ブランチの位相誤差Ｐｄ（ｉ）は次式で表される。
【００５２】
【００５３】
Ｐｄ（ｉ）＝ｃｏｓ（θ（１）−θ（ｉ）） ・・・（５）
このため、振幅誤差Ａｄ（ｉ）としては前記第（１）式に示すように各ブランチの送信機１３における振幅と基準ブランチとの比率が検出され、位相誤差Ｐｄ（ｉ）としては前記第（５）式に示すように各ブランチの送信機１３における位相と基準ブランチの位相との位相差が検出される。
【００５４】
このようにして求めた各ブランチの振幅誤差Ａｄ（ｉ）及び位相誤差Ｐｄ（ｉ）を利用することにより、各ブランチの送信機１３（ｉ）の位相が基準ブランチの送信機１３（１）の位相と整合するように校正することができる。
次に、受信機校正演算部２５の動作について図４を参照しながら説明する。なお、図４においては各々のブランチについて順番に信号の測定を行う場合を示してあるが、図１の構成を用いる場合には複数のブランチについて同時に信号の測定を行うこともできる。図４は実際の処理のタイミングとは無関係に受信機１４の校正に必要な機能を示している。
【００５５】
ステップＳ３０では、カウンタｉに初期値として１をセットする。カウンタｉの値は校正対象のブランチの番号に対応している。ステップＳ３２〜Ｓ３５の処理はカウンタｉの値に応じて繰り返し実行される。
ステップＳ３１では、信号発生部２２から周波数がｆ２の信号を出力する。信号発生部２２が出力する信号は、分配器２３でＮ系統に分配され、各ブランチのスイッチ１６に印加される。
【００５６】
ステップＳ３２では、ｉ番目のブランチのスイッチ１６（ｉ）を制御して、分配器２３の出力と受信機１４（ｉ）の入力とを接続する。
信号発生部２２から分配器２３，スイッチ１６（ｉ）を介して受信機１４（ｉ）に入力される信号の周波数ｆ２は受信機１４（ｉ）の受信周波数と同一であるため、受信機１４（ｉ）はこの信号を受信することができる。そこで、ステップＳ３３では受信機１４（ｉ）が出力する振幅・位相値Ｂ（ｉ）を測定する。
【００５７】
初回はカウンタｉの値が１なので、ステップＳ３３からＳ３４を通ってＳ３５に進み、カウンタｉの値を更新してステップＳ３２に戻る。２回目以降の処理では、カウンタｉの値が１以外なので、ステップＳ３３からＳ３４を通ってＳ３６に進む。ステップＳ３６では、次式の計算により校正値Ｂｄ（ｉ）を求める。
Ｂｄ（ｉ）＝Ｂ（ｉ）／Ｂ（１） ・・・ （６）
ステップＳ３２〜Ｓ３７の処理を繰り返すことにより、２番目〜Ｎ番目の各ブランチについて、受信機１４（ｉ）の校正値Ｂｄ（ｉ）が得られる。
【００５８】
前記第（６）式におけるＢ（ｉ）は次式で表される。
Ｂ（ｉ）＝Ｓｒｅｆ・Ｒ（ｉ） ・・・ （７）
但し、
Ｓｒｅｆ：信号発生部２２からの信号の振幅・位相
Ｒ（ｉ）：受信機１４（ｉ）の振幅・位相
したがって、前記第（６）式は次式のように変形される。
【００５９】
【００６０】
（第２の実施の形態）
本発明の適応アレーアンテナ送受信装置のもう１つの実施の形態について、図５〜図７を参照して説明する。この形態は請求項２〜請求項４に対応する。
図５はこの形態の適応アレーアンテナ送受信装置の構成を示すブロック図である。図６は周波数ｆ１−ｆ２の生成回路例（１）を示すブロック図である。図７は周波数ｆ１−ｆ２の生成回路例（２）を示すブロック図である。
【００６１】
この形態は、第１の実施の形態の変形例である。図５において第１の実施の形態と対応する要素は同一の符号を付けて示してある。第１の実施の形態と同一の構成及び同一の動作については以下の説明を省略する。
この形態では、請求項２のアンテナ素子，送信機，受信機，送受共用手段，指向性制御演算回路，分岐手段，第１の校正値演算手段，ローカル信号発生手段，周波数変換器，第１のスイッチ及び第２の校正値演算手段は、それぞれアンテナ素子１１，送信機１３，受信機１４，サーキュレータ１２，指向性制御演算部２６，カップラ１５，送信機校正演算部２４，信号発生器４１，周波数変換器４２，スイッチ１６及び受信機校正演算部２５に対応する。
【００６２】
また、請求項３の第２のスイッチ，第１の振幅・位相分離回路，第２の振幅・位相分離回路，振幅誤差抽出回路及び位相誤差抽出回路は、それぞれスイッチ３１，振幅・位相分離回路３２，振幅・位相分離回路３３，振幅誤差検出回路３４及び位相誤差検出回路３５に対応する。
この形態では、受信機１４の校正のために信号発生部４０を設けてある。信号発生部４０には、信号発生器４１，周波数変換器４２及び分配器４３が備わっている。信号発生器４１は、送信機１３の送信周波数ｆ１と受信機１４の受信周波数ｆ２との差分に相当する周波数（｜ｆ１−ｆ２｜）の信号を出力する。
【００６３】
周波数変換器４２は、基準ブランチに割り当てた１番目のブランチのカップラ１５（１）からの信号（周波数はｆ１）と信号発生器４１からの信号とを混合する。したがって、周波数変換器４２の出力にはｆ２の周波数成分が得られる。すなわち、送信機１３（１）が出力する周波数がｆ１の信号は、周波数変換器４２を通り周波数がｆ２の信号に変換される。周波数変換器４２が出力する信号は、分配器４３でＮ系統に分配され、各ブランチのスイッチ１６に印加される。
【００６４】
各ブランチユニット１０並びに送信機校正演算部２４及び受信機校正演算部２５の構成及び動作は第１の実施の形態と同一である。
信号発生器４１が出力する周波数が（｜ｆ１−ｆ２｜）の信号については、受信機のローカル信号と送信機のローカル信号とを用いて生成することができる。すなわち、信号発生器４１は、例えば図６に示す回路、又は図７に示す回路で実現できる。
【００６５】
図６は、ベースバンド帯の周波数と通信周波数帯の周波数とを直接変換するダイレクトコンバージョン方式の回路を示しており、図７は、中間周波数を設けてベースバンド帯と通信周波数帯との間の周波数変換を２段階の周波数変換で行うスーパーヘテロダイン方式の回路を示している。
図６の回路においては、送信部６０が周波数変換に利用している発振器６１の出力信号の周波数が送信周波数ｆ１と同一であり、受信部７０が周波数変換に利用している発振器７１の出力信号の周波数が受信周波数ｆ２と同一であるため、発振器６１の出力信号と発振器７１の出力信号とを周波数変換器８０で混合することにより、両者の差分の周波数（ｆ１−ｆ２）が得られる。
【００６６】
図７の回路においては、中間周波数がｆＩＦの場合を想定している。従って、送信部６０の発振器６５が出力する信号の周波数は（ｆ１−ｆＩＦ）であり、受信部７０の発振器７５が出力する信号の周波数は（ｆ２−ｆＩＦ）である。図７に示すように、発振器６５の出力信号と発振器７５の出力信号とを周波数変換器８０で混合することにより、両者の差分の周波数（ｆ１−ｆ２）が得られる。
【００６７】
図６又は図７に示す回路によって図５の信号発生器４１を構成する場合には、送信機１３及び受信機１４のそれぞれの周波数変換に利用しているローカル信号を用いて（ｆ１−ｆ２）の信号を生成するので、新たな発振器を設ける必要がなく回路構成が簡略化される。しかも、信号発生器４１の内部で利用する周波数と実際の送信周波数及び受信周波数との間に偏差が生じないので、校正の精度が改善される。
【００６８】
送信機１３について求められる各ブランチの校正値（振幅誤差Ａｄ（ｉ），位相誤差Ｐｄ（ｉ））については、第１の実施の形態と同様である。
一方、信号発生部４０からの信号をスイッチ１６を介して受信機１４で受信して得られる各ブランチの振幅・位相値Ｃ（ｉ）は次式で表される。
Ｃ（ｉ）＝Ｓ（ｆ１，１）・Ｑ・Ｒ（ｉ） ・・・ （９）
但し、
Ｓ（ｆ１，１）：送信機１３（１）からの周波数がｆ１の信号の振幅・位相
Ｑ：周波数変換器４２で生じる振幅・位相成分
Ｒ（ｉ）：受信機１４（ｉ）の振幅・位相
したがって、図５の受信機校正演算部２５によって求められる各ブランチの校正値Ｃｄ（ｉ）は次式で表される。
【００６９】
【００７０】
また、前記第（９）式及び第（１０）式における温度特性による振幅・位相値の変動成分Ｑは、実際には信号発生器４１における変動成分と、受信機１４における変動成分と、校正に用いる周波数変換器４２における変動成分とを含んでいる。したがって、時間の経過に伴う温度変化に対して周波数変換器４２の特性が変化するが、周波数変換器４２については校正処理でいずれのブランチの振幅・位相値を測定する際にも共通に利用しているので、単一の周波数変換器４２の振幅・位相値の変動成分Ｑは求める校正値に影響を及ぼさない。
【００７１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ＦＤＤのように送信周波数と受信周波数とが異なる場合であっても各ブランチ間の送信機及び受信機の振幅・位相値を個別に校正することが可能であり、例えば基地局の設置場所の違いによる環境変動や通信中の温度変化によって生じる各ブランチ間の振幅・位相誤差を補償することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の適応アレーアンテナ送受信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】送信機校正演算部２４の構成を示すブロック図である。
【図３】第１の実施の形態の送信機校正演算部２４の動作を示すフローチャートである。
【図４】第１の実施の形態の受信機校正演算部２５の動作を示すフローチャートである。
【図５】第２の実施の形態の適応アレーアンテナ送受信装置の構成を示すブロック図である。
【図６】周波数ｆ１−ｆ２の生成回路例（１）を示すブロック図である。
【図７】周波数ｆ１−ｆ２の生成回路例（２）を示すブロック図である。
【図８】アレーアンテナの構成及び指向パターンを示すグラフである。
【図９】振幅及び位相誤差とヌル深度との関係を示すグラフである。
【図１０】従来例のアダプティブアレーアンテナとＦＤＤシステムとの組み合わせを示すブロック図である。
【図１１】従来例の校正回路を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ ブランチユニット
１１ アンテナ素子
１２ サーキュレータ
１３ 送信機
１４ 受信機
１５ カップラ
１６ スイッチ
２２ 信号発生部
２３ 分配器
２４ 送信機校正演算部
２５ 受信機校正演算部
２６ 指向性制御演算部
３１ スイッチ
３２，３３ 振幅・位相分離回路
３４ 振幅誤差検出回路
３５ 位相誤差検出回路
３６ 制御部
４０ 信号発生部
４１ 信号発生器
４２ 周波数変換器
４３ 分配器
６０ 送信部
６１，６５ 発振器
６２，６６ 分配器
６３，６８ アップコンバータ
６７ 中間周波処理部
７０ 受信部
７１，７５ 発振器
７２，７６ 分配器
７３，７８ ダウンコンバータ
７７ 中間周波処理部
８０ 周波数変換器
Claims (4)
- ２以上のＮ個のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナと、Ｎ個の送信機及び受信機と、前記各アンテナ素子に前記送信機及び受信機をそれぞれ接続する送受共用手段と、前記複数の受信機に各アンテナ素子からそれぞれ入力される信号に対して振幅及び位相の重み付けを行って複数の受信機の出力を合成することにより前記アレーアンテナの放射パターンを制御する指向性制御演算回路とを備えるとともに、前記受信機の受信周波数と前記送信機の送信周波数とが異なる適応アレーアンテナ送受信装置において、
前記Ｎ個の送信機のそれぞれの出力から信号の一部分を分岐して取り出すＮ個の分岐手段と、
前記Ｎ個の分岐手段がそれぞれ出力する信号に基づいて各ブランチの送信機間の振幅及び位相の校正値を求める第１の校正値演算手段と、
前記受信機の受信周波数と同じ周波数の信号を出力する基準信号発生手段と、
前記送受共用手段からの受信信号と、前記基準信号発生手段からの信号とのいずれか一方を選択的に前記受信機の入力に印加するＮ個の第１のスイッチと、
前記Ｎ個の第１のスイッチの選択状態を制御するとともに、前記Ｎ個の受信機のそれぞれが前記基準信号発生手段からの信号を受信して得られる信号に基づいて、各ブランチの受信機間の振幅及び位相の校正値を求める第２の校正値演算手段とを設け、
前記第１の校正値演算手段に、
予め定めた基準ブランチ以外の（Ｎ−１）個のブランチのそれぞれに属する分岐手段からの信号のいずれか１つを選択する第２のスイッチと、
前記基準ブランチに属する分岐手段からの信号について振幅成分と位相成分とを分離して出力する第１の振幅・位相分離回路と、
前記第２のスイッチが選択した信号について振幅成分と位相成分とを分離して出力する第２の振幅・位相分離回路と、
前記第１の振幅・位相分離回路が出力する振幅成分と第２の振幅・位相分離回路が出力する振幅成分との誤差を検出する振幅誤差抽出回路と、
前記第１の振幅・位相分離回路が出力する位相成分と第２の振幅・位相分離回路が出力する位相成分との誤差を検出する位相誤差抽出回路とを設けた
ことを特徴とする適応アレーアンテナ送受信装置。 - ２以上のＮ個のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナと、Ｎ個の送信機及び受信機と、前記各アンテナ素子に前記送信機及び受信機をそれぞれ接続する送受共用手段と、前記複数の受信機に各アンテナ素子からそれぞれ入力される信号に対して振幅及び位相の重み付けを行って複数の受信機の出力を合成することにより前記アレーアンテナの放射パターンを制御する指向性制御演算回路とを備えるとともに、前記受信機の受信周波数と前記送信機の送信周波数とが異なる適応アレーアンテナ送受信装置において、
前記Ｎ個の送信機のそれぞれの出力から信号の一部分を分岐して取り出すＮ個の分岐手段と、
前記Ｎ個の分岐手段がそれぞれ出力する信号に基づいて各ブランチの送信機間の振幅及び位相の校正値を求める第１の校正値演算手段と、
前記受信機の受信周波数と前記送信機の送信周波数との差分に相当する周波数の信号を出力するローカル信号発生手段と、
前記ローカル信号発生手段が出力する信号に基づいて、予め定めた基準ブランチに属する前記分岐手段からの分岐出力を周波数変換する周波数変換器と、
前記送受共用手段からの受信信号と、前記周波数変換器が出力する信号とのいずれか一方を選択的に前記受信機の入力に印加するＮ個の第１のスイッチと、
前記Ｎ個の第１のスイッチの選択状態を制御するとともに、前記Ｎ個の受信機のそれぞれが前記周波数変換器の出力からの信号を受信して得られる信号に基づいて、各ブランチの受信機間の振幅及び位相の校正値を求める第２の校正値演算手段と
を設けたことを特徴とする適応アレーアンテナ送受信装置。 - 請求項２の適応アレーアンテナ送受信装置において、
前記第１の校正値演算手段に、
前記基準ブランチ以外の（Ｎ−１）個のブランチのそれぞれに属する分岐手段からの信号のいずれか１つを選択する第２のスイッチと、
前記基準ブランチに属する分岐手段からの信号について振幅成分と位相成分とを分離して出力する第１の振幅・位相分離回路と、
前記第２のスイッチが選択した信号について振幅成分と位相成分とを分離して出力する第２の振幅・位相分離回路と、
前記第１の振幅・位相分離回路が出力する振幅成分と第２の振幅・位相分離回路が出力する振幅成分との誤差を検出する振幅誤差抽出回路と、
前記第１の振幅・位相分離回路が出力する位相成分と第２の振幅・位相分離回路が出力する位相成分との誤差を検出する位相誤差抽出回路と
を設けたことを特徴とする適応アレーアンテナ送受信装置。 - 請求項２の適応アレーアンテナ送受信装置において、前記第２の校正値演算手段は、前記基準ブランチの受信機が前記周波数変換器の出力からの信号を受信して得られる第１の振幅・位相値と、前記基準ブランチ以外の（Ｎ−１）個のブランチの各々に属する前記受信機が基準信号発生手段からの信号を受信して得られる第２の振幅・位相値との比率を各ブランチの受信機の校正値として求めることを特徴とする適応アレーアンテナ送受信装置。
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| JP36535199A JP3589605B2 (ja) | 1999-12-22 | 1999-12-22 | 適応アレーアンテナ送受信装置 |
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| JP36535199A Expired - Lifetime JP3589605B2 (ja) | 1999-12-22 | 1999-12-22 | 適応アレーアンテナ送受信装置 |
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