JP3890988B2 - 送受信システム - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、時分割多重通信システムに用いられているアレイアンテナ及びその信号較正回路を含む送受信システム、特に、外部の情報に依存せずに各アンテナ素子の送受信信号の振幅と位相を較正できる送受信システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
アレイアンテナを用いた時分割多重通信システムにおいて、送信するとき各アンテナ素子に送られた信号は、送信機の出力を増幅する増幅回路の利得特性(伝達関数)、信号を伝搬するケーブル、信号の周波数成分を整えるフィルタ、及びアンテナ素子の振幅と位相特性のバラツキによって、同じ信号を各アンテナ素子に送っても、それぞれのアンテナ素子によって放射される信号の振幅と位相に誤差が生じる。この誤差によって、送信ビームパターンの制御が困難になり、ビームフォーミングを正しく実現できなくなる。
【0003】
また、受信時においても、同様な問題が生じる。このとき各受信機に到着した信号は、それぞれのアンテナ素子によって受信した信号に対して、フィルタの特性、増幅回路の利得特性、さらに受信信号を伝搬するケーブルなどの特性のバラツキによって、受信機の出力信号は、各アンテナ素子に到着した信号に対して、振幅及び位相に誤差が生じる。これによって、受信信号の到来方向(DOA)を正確に推定することができなくなるなどの問題が生じる。
【0004】
このため、アレイアンテナを用いた送受信システムにおいて、較正回路を設けて、各送受信機の誤差を補正する較正係数を求める対策が取られている。
図6は、従来の較正回路を含む送受信システム全体の構成例を示している。
図示のように、この送受信システムは、アンテナ素子11,12,13,…,1Lからなるアンテナアレイ、各アンテナ素子に接続されているフィルタ21,22,23,…,2L、各フィルタに接続されているアンテナスイッチ31,32,33,…,3L、較正回路200、送信機81,82,83,…,8L、及び受信機91,92,93,…,9Lによって構成されている。
【0005】
較正回路200は、方向性結合器41,42,43,…,4L、SPDT(Single pole double through)・RFスイッチ(以下、便宜上単にRFスイッチという)51,52,53,…,5L−1、62,63,…,6L−1、71,72,73,…,7Lによって構成されている。
方向性結合器41,42,…,4Lは、入力信号を所定の振幅減衰率と位相差をもって、他の出力端子に出力する。
【0006】
アンテナスイッチは、三つの端子を有し、送信信号と受信信号の切り替えを行うことができる。例えば、アンテナスイッチ31は、端子a1、a2とa3を持ち、送信時に端子a1とa2が接続され、方向性結合器41からの送信信号をフィルタ21に出力し、また、受信時に端子a1とa3が接続され、フィルタ21からの受信信号を方向性結合器41に出力する。
また、各RFスイッチもそれぞれ三つの端子を有する。例えば、RFスイッチ71は、端子b1、b2とb3を有する。受信時に、端子b1とb2が接続され、較正時に端子b1とb3が接続される。
【0007】
通常送信時に、送信機81より出力される送信信号が方向性結合器41を介して、アンテナスイッチ31の端子a2に入力される。このとき、アンテナスイッチにおいて、端子a2とa1が接続されるので、送信信号がアンテナスイッチ31を通してフィルタ21に入力される。フィルタ21を通過した信号成分がアンテナ素子11に送られ、アンテナ素子11によって空中に放射される。
また、このとき他の送信機82,83,…,8Lから出力される送信信号も同様に、それぞれアンテナ素子12,13,…,1Lに転送され、各アンテナ素子によって空中に放射される。送信時に、各アンテナ素子に送られる送信信号の位相を制御することによって、所定の送信用ビームパターンが生成される、いわゆるビームフォーミングを実現できる。
なお、送信時のビームフォーミングは、例えば、送信機81,82,83,…,8Lの送信信号に対してそれぞれ振幅と位相を制御するための所定の重み係数を乗じた信号を各アンテナ素子に出力することによって実現できる。また、送信信号にこの重み係数を掛ける重み付け処理は、例えば、アンテナ素子とフィルタ、またはフィルタとアンテナスイッチとの間に設けられている乗算器によっても実現できる。
【0008】
通常受信時に、アンテナ素子11によって受信された信号がフィルタ21に送られ、フィルタ21を通過した信号成分がアンテナスイッチ31の端子a1に入力される。このとき、アンテナスイッチ31において、端子a1と端子a3が接続されるので、受信信号がアンテナスイッチ31を介してRFスイッチ71の端子b2に送られる。このとき、RFスイッチ71において、端子b2と端子b1が接続されるので、受信信号がRFスイッチ71を介して受信機91に入力される。また、他のアンテナ素子12,13,…,1Lの受信信号も同様に、それぞれ受信機92,93,…,9Lに転送される。
また、送信時と同様に、受信時に各アンテナ素子からの受信信号にそれぞれ所定の重み係数を乗算することによって、ビームフォーミングを実現できる。さらに、受信時に受信ビームをスイープしながら受信信号を測定することによって、受信信号の到来方向を推定することも可能である。
【0009】
上述した送受信システムにおいて、システムの較正はある送受信機を基準として、他の送受信機がこの基準となる送受信機に対する送信及び受信信号の振幅と位相変化を測定することによって、それぞれの送信機及び受信機の較正係数を求めることができる。
【0010】
以下、図7を参照しつつ、図6に示す送受信システムにおける較正の方法について説明する。
図7は、送受信システムの較正を行うときの信号の流れを示す概念図である。図7において、送信機8i−1(i=2,3,…,L)と受信機9i−1からなる送受信セット、及び送信機8iと受信機9iからなる送受信セットが示されている。
図7に示すように、送信機8iと受信機9iに対する較正は、送信機8i−1で送信するとき受信機9iの受信信号Ti-1 Ri を測定し、また、送信機8iで送信するとき受信機9i−1の受信信号Ti Ri-1 を測定することによって行われる。
【0011】
以下、較正の原理について述べ、較正係数の求め方について説明する。
図6に示す送受信システムにおいて、受信機91から9Lにおいて、受信した信号r1 からrL の間に振幅と位相差が存在しない最適な重み係数をW01〜W0Lとする。受信機9iにおける出力yriは以下のように表される。
【0012】
【数1】
yri=WOiSri=Wi Mi Ri Sri …(1)
【0013】
式(1)において、Sriはアンテナ素子1iによる受信信号であり、Wi は受信のとき受信信号に対して適宜用いられている重み係数である。なお、この重み係数Wi は、受信機内部またはその外部において、アナログ的またはディジタル的に受信信号に乗算される。また、Mi はアンテナ、フィルタ及び信号をアンテナ素子から受信機9iまで伝搬する経路上のケーブルにおいて生じた振幅変化及び位相差を示す複素数の係数である。
【0014】
一方、送信機8iから送信する信号をStiとすると、指向性制御を行ったあとにアンテナ素子1iから空中に放射された信号ytiは、次の式に基づき演算することができる。
【0015】
【数2】
yti=Wi Mi Ti Sti …(2)
【0016】
式(2)において、Ti は送信機9iの内部または外部に設けられている増幅回路、フィルタなどの総合利得を示す伝達関数である。通常、この伝達関数Tiは、振幅と位相成分両方が含まれる複素数である。
【0017】
送受信におけるアンテナパターンを一致させるために、送受信システムにおいて、次式が成り立たなければならない。
【0018】
【数3】
yti=yri …(3)
【0019】
式(1)と(2)を式(3)に代入すると、次式が得られる。
【0020】
【数4】
【0021】
ここで、次の式を仮定する。
【0022】
【数5】
Di =Ti /Ri …(5)
【0023】
Di が各アンテナ素子において異なるため、これを補正するための係数として、次式に示す係数Ci を求める。
【0024】
【数6】
Ci =Ri /Ti …(6)
【0025】
アンテナ素子11から送信される信号を基準とすると、アンテナ素子1iから送信される信号を補正するための較正係数Hi は、次式によって求めることができる。
【0026】
【数7】
【0027】
次に、較正係数を測定するための操作を説明する。
図6に示すように、RFスイッチ51において、端子c1は方向性結合器42の端子3に接続され、端子c2はRFスイッチ71の端子b3に接続されている。
RFスイッチ62において、端子d1はRFスイッチ72の端子b3に接続され、端子d2は方向性結合器41の端子3に接続されている。
【0028】
まず、アンテナ素子12から送信する信号の較正を行うとき、RFスイッチ31及び32において、それぞれの端子a1とa2が接続される。また、RFスイッチ62の端子d1と端子d2が接続され、RFスイッチ72の端子b1と端子b3が接続される。さらに、RFスイッチ51の端子c1と端子c2が接続され、RFスイッチ71の端子b1と端子b3が接続される。
【0029】
この状態において、送信機81からの送信信号T1 は、方向性結合器41の端子1に入力される。方向性結合器41において、端子1から端子3へ結合された信号は、RFスイッチ62のの端子d2に入力され、RFスイッチ62さらにRFスイッチ72を介して、受信機92に入力される。このとき、受信機92によって、受信信号T1 R2 の振幅及び位相が測定される。
【0030】
同様に、送信機82からの送信信号T2 は、方向性結合器42の端子1に入力され、方向性結合器42において、端子1から端子3へ結合された信号は、RFスイッチ51の端子c1に入力される。そして、RFスイッチ51及びRFスイッチ71を介して受信機91に入力される。このとき、受信機91によって、受信信号T2 R1 の振幅及び位相が測定される。
【0031】
同様に、アンテナ素子1iから送信する信号を較正するための較正係数を求めるために、図7に示すように、アンテナスイッチ3i−1及び3iにおいて、それぞれの端子a1と端子a2が接続される。そして、送信機8i−1及び8iによってそれぞれ送信信号Ti-1 とTi を送信する。
送信機8i−1によって送信信号Ti-1 を送信するとき、方向性結合機4i−1において、端子1から端子3に結合された信号が図7に示していないRFスイッチを介して、受信機9iに送られる。受信機9iによって、受信信号Ti-1 Ri の振幅と位相が測定される。
同様に、送信機8iによって送信信号Ti を送信するとき、方向性結合器4iにおいて、端子1から端子3に結合された信号が図7に示していないRFスイッチを介して、受信機9i−1に送られる。受信機9i−1によって、受信信号Ti Ri-1 の振幅と位相が測定される。
【0032】
このため、アンテナ素子1iから送信される信号を補正するための較正係数は、次式によって求めることができる。
【0033】
【数8】
【0034】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の信号較正回路及びそれを用いた送受信システムにおいて、上述した較正方法で求められた較正係数に誤差が生じる可能性がある。例えば、式(8)に基づく較正係数Hi の計算では、図6に示す信号補正回路を構成するRFスイッチ間の振幅変化及び位相差を考慮していないため、その分誤差として較正係数に現れる。正確に補正を行うには、RFスイッチ間の配線のレイアウトに制約が生じる。
また、上述した較正係数を求める方法では、各アンテナ素子1iの受信信号Ri を直接測定するのではないため、各受信機のWOiを直接求めることができない。従って、求められた較正係数に基づき、各アンテナ素子によって受信した受信信号の到来方向を推定することができないという不利益がある。
【0035】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、方向性結合器を用いて較正回路を構成することにより、較正係数を正確に測定でき、さらに受信信号の到来方向を推定できる送受信システムを提供することにある。
【0036】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明送受信システムは、第1のアンテナ素子、第1の送信機、受信時に上記第1のアンテナ素子からの受信信号を出力端子に出力し、送信時に上記第1の送信機からの送信信号を上記第1のアンテナ素子に出力し、また、上記第1の送信機からの送信信号を所定の減衰率をもって上記出力端子に帰還する第1の方向性結合器からなる第1のブランチと、第2のアンテナ素子、第2の送信機、及び受信時に上記第2のアンテナ素子からの受信信号を出力端子に出力し、送信時に上記第2の送信機からの送信信号を上記第2のアンテナ素子に出力し、また、上記第2の送信機からの送信信号を所定の減衰率をもって上記出力端子に帰還する第2の方向性結合器からなる第2のブランチと、第1と第2の入力端子がそれぞれ上記第1のブランチと第2のブランチの方向性結合器に接続され、第1と第2の出力端子がそれぞれ第1と第2の受信機に接続され、受信時に上記第1の入力端子の入力信号を上記第1の出力端子に出力し、また、所定の減衰率をもって上記第2の出力端子に結合し、上記第2の入力端子の入力信号を上記第2の出力端子に出力し、また、所定の減衰率をもって上記第1の出力端子に結合する第3の方向性結合器と、上記第1の送信機が送信するとき、上記第1及び第3の方向性結合器によって上記第2の受信機に結合された第1の較正用受信信号と、上記第2の送信機が送信するとき、上記第2と第3の方向性結合器によって上記第1の受信機に結合された第2の較正用受信信号とに応じて、上記第2のブランチを較正する較正係数を求める演算手段とを有する。
【0037】
また、本発明では、好適には、上記演算手段は、上記第1のブランチを基準として、上記第1の受信信号と上記第2の受信信号との比に応じて、上記第2のブランチに適用される較正係数を求める。
【0038】
また、本発明では、好適には、上記第3の方向性結合器において、上記第1の入力端子の入力信号を上記第2の出力端子に出力する減衰率と、上記第2の入力端子の入力信号を上記第1の出力端子に出力する減衰率とが等しく形成されている。
【0039】
また、本発明の送受信システムは、アンテナ素子、方向性結合器及び送信機を有し、上記方向性結合器は、受信時に上記アンテナ素子からの受信信号を出力端子に出力し、送信時に上記送信機からの送信信号を上記アンテナ素子に出力し、また、上記送信機からの送信信号を所定の減衰率をもって上記出力端子に帰還するように構成されているL(L≧2、Lは整数)本のブランチと、上記L本のブランチに対して2本毎に設けられ、第1の入力端子がi(1≦i≦L、iは奇数)本目の上記ブランチの上記方向性結合器に接続され、第2の入力端子がi+1本目の上記ブランチの上記方向性結合器に接続され、上記第1の入力端子からの入力信号を第1の出力端子出力し、上記第2の入力端子からの入力信号を所定の減衰率で第1の出力端子に結合し、また、上記第2の入力端子からの入力信号を第2の出力端子に出力し、上記第1の入力端子からの入力信号を所定の減衰率で上記第2の出力端子に結合する複数の2層目方向性結合器と、上記2層目の方向性結合器に対して一つ毎に設けられ、第1と第2の入力端子が隣接する上記2層目の方向性結合器の第1または第2の出力端子に接続され、第1と第2の出力端子に受信機が接続されている複数の3層目の方向性結合器と、上記i本目のブランチの送信機が送信するとき、第i−1番目とi+1番目の受信機の受信信号に応じて、上記各ブランチの較正係数を求める演算手段とを有する。
【0040】
また、本発明では、好適には、上記3層目の方向性結合器は、上記第1の入力端子の入力信号を上記第1の出力端子に出力し、かつ所定の減衰率で上記第2の出力端子に結合し、上記第2の入力端子の入力信号を上記第2の出力端子に出力し、かつ上記所定の減衰率で上記第1の出力端子に結合する。
【0041】
さらに、本発明では、好適には、上記i本目のブランチの送信機が送信するとき、上記i−1番目の受信機の受信信号をTi Ri-1 とし、上記i−1本目のブランチの送信機が送信するとき、上記i番目の受信機の受信信号をTi-1 Ri とし、上記演算手段は、第1のブランチを基準として、上記i本目のブランチの較正係数Hi を
で算出する。
【0042】
【発明の実施の形態】
第1実施形態
図1は本発明に係る送受信システムの第1の実施形態を示す回路図である。
図1は、二つのアンテナ素子11,21、二つの送信機81,82及び二つの受信機91,92を有する送受信システムの構成例を示している。即ち、本実施形態の送受信システムは、補正回路を用いた送受信システムのもっとも基本的な構成例を示している。なお、本実施形態において、較正回路は方向性結合器101によって構成されている。
【0043】
図1に示すように、アンテナ素子11とアンテナスイッチ31との間にフィルタ21が接続され、フィルタ21の一方の端子がアンテナ素子11に接続され、他方の端子がアンテナスイッチ31の端子a1に接続されている。
アンテナスイッチ31において、端子a2が方向性結合器41の端子1に接続され、端子a3が方向性結合器41の端子3に接続されている。
方向性結合器41の端子2が送信機81に接続され、端子4がさらに方向性結合器101の端子1に接続されている。
【0044】
同様に、アンテナ素子12とアンテナスイッチ32との間にフィルタ22が接続されている。フィルタ22の一方の端子がアンテナ素子12に接続され、他方の端子がアンテナスイッチ32の端子a1に接続されている。
アンテナスイッチ32において、端子a2が方向性結合器42の端子1に接続され、端子a3が方向性結合器42の端子3に接続されている。
方向性結合器42の端子2が送信機82に接続され、端子4がさらに方向性結合器101の端子3に接続されている。
方向性結合器101において、端子2が受信機91に接続され、端子4が受信機92に接続されている。
【0045】
また、図1に示すように、送信機81と82は、それぞれ伝達関数T1 とT2を持ち、受信機91と92は、それぞれ伝達関数R1 とR2 を持つ。
演算部120は、受信機91と92の受信信号に応じて較正係数を求める。
【0046】
図2は、方向性結合器の一構成例を示す回路図である。
図示のように、この方向性結合器は、4つの端子1,2,3と4を持ち、端子1と端子2との間に、インダクタンス素子、例えば、コイルL1とL2が直列接続されている。また、コイルL1とL2との接続点と接地電位GNDとの間にキャパシタC2が接続されている。
同じように、端子3と端子4との間に、インダクタンス素子、例えば、コイルL3とL4が直列接続されている。また、コイルL3とL4との接続点と接地電位GNDとの間にキャパシタC3が接続されている。
端子1と端子3との間に、キャパシタC1が接続され、端子2と端子4との間に、キャパシタC4が接続されている。
【0047】
図2のような構成を持つ方向性結合器において、端子間に所定の振幅減衰率及び位相差で信号が伝搬される。例えば、端子1に入力される信号が端子2に出力されるとともに、端子3と端子4にも出力される。ただし、端子1の入力信号に対して、端子2に出力される信号の振幅、位相差と端子3及び端子4に出力される信号の振幅、位相差が方向性結合器の固有のパラメータとなる。例えば、端子1からの入力信号が振幅減衰率At12 及び位相変化θ12をもって端子2に出力され、また、端子1からの入力信号が振幅減衰率At13 をもって端子3に出力され、さらに振幅減衰率At14 をもって端子4に出力される。ただし、端子1の入力信号に対して端子3と端子4への出力信号には、位相差が生じない。
同様に、端子2からの入力信号が振幅減衰率At21 及び位相変化θ21をもって端子1に出力され、また、振幅減衰率At23 をもって端子3に出力され、さらに振幅減衰率At24 をもって端子4に出力される。ただし、端子2の入力信号に対して端子3と端子4への出力信号には、位相差が生じない。
【0048】
また、端子3の入力信号が振幅減衰率At34 及び位相変化θ34をもって端子4に出力され、また、振幅減衰率At31 をもって端子1に出力され、さらに振幅減衰率At34 をもって端子4に出力される。ただし、端子3の入力信号に対して端子1と端子4への出力信号には、位相差が生じない。
さらに、端子4の入力信号が振幅減衰率At43 及び位相変化θ43をもって端子3に出力され、また、振幅減衰率At41 をもって端子1に出力され、さらに振幅減衰率At42 をもって端子2に出力される。ただし、端子4の入力信号に対して端子1と端子2への出力信号には、位相差が生じない。
【0049】
方向性結合器を構成するコイルL1〜L4及びキャパシタC1〜C4の値を適宜設定することによって、上述した各振幅減衰率及び位相差のパラメータを所望の値に制御することができる。これによって、方向性結合器において、一つの端子に入力される信号に基づき、他の各端子に出力される信号の振幅並びに位相を制御することができる。
ここで、方向性結合器において、θ12=θ21=θ34=θ43、At12 =At21 =At34 =At43 >>At13 =At31 =At24 =At42 >>At14 =At41 =At23 =At32 の関係が成り立つように、それぞれのコイル及びキャパシタの値が適宜設計される。
【0050】
即ち、図1に示す送受信システムにおいて、方向性結合器41を用いることによって、例えば、送信機81の送信信号T1 が端子2に入力されるとき、送信信号T1 に応じて端子1に出力される信号と端子4に出力される信号の振幅及び位相を、方向性結合器41の各コイル及びキャパシタのパラメータによって制御される。同様に、送信機82によって送信信号T2 が方向性結合器42の端子2に入力されるとき、送信信号T2 に応じて、端子1及び端子4に出力される信号の振幅及び位相を、当該方向性結合器42を構成する各コイル及びキャパシタのパラメータによって制御される。
【0051】
また、方向性結合器101において、例えば、方向性結合器41の端子4からの受信信号が端子1に入力されるとき、端子2及び端子4から出力される信号の振幅及び位相が当該方向性結合器101の各コイル及びキャパシタのパラメータによって制御される。さらに、方向性結合器42の端子4からの受信信号が端子3に入力されるとき、端子2及び端子4から出力される信号の振幅及び位相が当該方向性結合器101の各コイル及びキャパシタのパラメータによって制御される。
【0052】
以下、上述したように構成されている送受信システムの動作について説明する。
まず、通常の送信動作について説明する。通常の送信時に、アンテナスイッチ31及び32において、それぞれの端子a1とa2が接続される。このため、送信機81の出力信号が方向性結合器41の端子2に入力され、これに応じて端子1からの出力信号がアンテナスイッチ31を通して、フィルタ21に入力される。フィルタ21によって、所定の信号成分が取り出されて、これを送信信号としてアンテナ素子11に送られる。
同様に、送信機82の出力信号が方向性結合器42の端子2に入力され、これに応じて端子1からの出力信号がアンテナスイッチ32を通して、フィルタ22に入力される。フィルタ22によって、所定の信号成分が取り出されて、これを送信信号としてアンテナ素子12に送られる。
【0053】
通常送信時に、送信機81と82から送信される信号T1 とT2 の振幅と位相を制御することによって、アンテナ素子11と12からの送信信号によって所定のビームパターンを形成することができる。即ち、各アンテナ素子による送信信号を制御することによって、送信時のビームフォーミングを実現できる。
【0054】
次に、通常の受信動作について説明する。通常受信時に、アンテナスイッチ31及び32において、それぞれの端子a1とa3が接続される。このため、アンテナ素子11の受信信号がフィルタ21によって所定の信号成分が取り出され、これを受信信号として、スイッチ31を通して方向性結合器41の端子3に入力される。方向性結合器41において、端子3の入力信号に応じた信号が端子4に出力され、方向性結合器101の端子1に入力される。
同様に、アンテナ素子12の受信信号がフィルタ22によって所定の信号成分が取り出され、これを受信信号としてスイッチ32を通して方向性結合器42の端子3に入力される。方向性結合器42において、端子3の入力信号に応じた信号が端子4に出力され、方向性結合器101の端子3に入力される。
方向性結合器101において、端子1からの入力信号が端子2に出力され、端子3からの入力信号が端子4に出力される。このため、アンテナ素子11の受信信号に応じた信号が受信機91に入力され、アンテナ12の受信信号に応じた信号が受信機92に入力される。
【0055】
なお、受信のとき、1番目のブランチの受信機91に、2番目のブランチのアンテナ素子12の受信信号の一部分が混入される。同様に、2番目のブランチの受信機92には、1番目のブランチのアンテナ素子11の受信信号の一部分が混入される。例えば、アンテナ素子11の受信信号がフィルタ21、アンテナ素子31及び方向性結合器41を通して、方向性結合器101の端子1に入力される。方向性結合器101において、端子1の入力信号が振幅減衰率At12 をもって端子2に出力されるとともに、振幅減衰率At14 をもって端子4にも出力される。
一方、2番目のブランチのアンテナ素子12の受信信号がフィルタ22、アンテナスイッチ32及び方向性結合器42を介して、方向性結合器101の端子3に入力され、方向性結合器101において、端子3の入力信号が振幅減衰率At34 をもって端子4に出力される。
【0056】
このため、2番目のブランチの受信機92には、アンテナ素子12の受信信号にアンテナ素子11の受信信号(方向性結合器101の振幅減衰率At14 で減衰された)が混入される。
同様に、1番目のブランチの受信機91には、アンテナ素子11の受信信号にアンテナ素子12の受信信号(方向性結合器101の振幅減衰率At32 で減衰された)が混入される。
【0057】
実用上、方向性結合器101の振幅減衰率At14 とAt32 を低く制御することによって、隣接するブランチのアンテナ素子の受信信号による影響を無視できる程度に抑制することができる。
【0058】
次いで、本実施形態の送受信システムにおける較正時の動作について説明する。
図1に示す本実施形態の送受信システムにおいて、一つのアンテナ素子に接続されているフィルタ、アンテナスイッチ、方向性結合器、及びそのアンテナ素子に対応する送信機と受信機を合わせて、一つのブランチと称する。例えば、図1において、アンテナ素子11、フィルタ21、アンテナスイッチ31、方向性結合器41、及びこれらに対応する送信機81、受信機91によって一つのブランチ(以下、これを1番目のブランチと表記する)が構成されている。同様に、アンテナ素子12、フィルタ22、アンテナスイッチ32、方向性結合器42及びこれらに対応する送信機82、受信機92によってもう一つのブランチ(以下、これを2番目のブランチと表記する)が構成されている。
【0059】
本実施形態の送受信システムにおける較正は、一つのブランチを基準として、他のブランチが、当該基準ブランチに対して、送受信における信号の振幅及び位相の誤差を求め、この誤差をキャンセルできるように基準ブランチを除く各ブランチの較正係数を求める。そして、送受信のとき、基準ブランチ以外の各ブランチの送受信信号に対して、上記求めた較正係数を用いて信号を補正することによって、ブランチ間の誤差を補正することが可能である。
【0060】
較正処理において、一つのブランチで送信を行い、送信信号をそのブランチのアンテナ素子によって送受信するとともに、その一部分を方向性結合器によって他のブランチの受信機に帰還させる。他のブランチの受信機において、帰還された信号を測定する。そして、各ブランチの受信機の測定信号に基づき、較正係数の推定が行われる。
【0061】
例えば、ここで、1番目のブランチを基準として、送信機81によって送信を行うとき、送信機81から出力される送信信号T1 が方向性結合器41の端子2に入力される。方向性結合器41によって、端子2からの入力信号の一部分が端子1に転送され、さらにアンテナスイッチ31、フィルタ21を通してアンテナ素子11に送信される。また、方向性結合器41において、端子2からの入力信号の一部分が端子4に帰還される。この帰還信号が方向性結合器101の端子1に入力され、方向性結合器101において、端子1の入力信号の一部分が端子4帰還され、受信機92に入力される。
【0062】
受信機92によって、方向性結合器101の端子4からの出力信号R2 が受信される。そして、この受信信号R2 及び送信機81の出力信号T1 に応じて、較正係数が求められる。以下、較正係数の計算方法について説明する。
【0063】
以下の説明において、信号の振幅と位相の表現を簡易化するために、送受信信号を表す符号を複素数とする。また、較正係数などのパラメータをすべて複素数であるとする。
【0064】
ここで、1番目のブランチを基準として、2番目のブランチにおける較正係数の求め方について説明する。
送受信システムにおいて、受信時にアンテナ素子に到着した信号がアンテナ素子によって受信され、さらにフィルタ、アンテナスイッチ及び方向性結合器を介して、受信機に送信される。このため、それぞれのブランチにおいて、アンテナ素子、フィルタ及び信号伝搬経路、例えば、ケーブルを含む伝送路の伝達関数をMi (本実施形態において、i=1,2)とし、受信機の伝達関数をRi とし、さらに、較正を行うための較正係数をWoiとすると、較正係数Woiは、次式によって与えられる。
【0065】
【数9】
Woi=Wi Mi Ri …(9)
【0066】
式(9)において、Wi は較正を行わない場合、ビームフォーミングなどのため受信信号に適宜掛けられる重み係数である。
一方、同じビームパターンを用いて送信を行うとき、ベースバンドにおける送信信号をSi とすれば、アンテナ素子によって放射された信号Ytiを次式によって表すことができる。
【0067】
【数10】
Yti=Wi Mi Ti Si …(10)
【0068】
式(10)において、Ti は送信機の伝達関数である。また、送信時のアンテナ素子、フィルタ及び信号伝搬経路の伝達関数Mi は、受信時における伝達関数と同じである。
式(9)によって、Wi =Woi/(Mi Ri )であり、これを式(10)に代入すれば、次式が得られる。
【0069】
【数11】
Yti=Woi(Ti /Ri )Si …(11)
【0070】
式(11)によって、i番目のブランチにおける較正係数Ki は、次式によって与えられる。
【0071】
【数12】
Ki =Ri /Ti …(12)
【0072】
また、アンテナアレイの指向性は、各ブランチ間の相対的な振幅と位相差によって決定されるため、アレイアンテナに対する較正は、ある一つのブランチを基準として、他のブランチが基準ブランチに対する相対的な振幅と位相差を求めればよい。ここで、1番目のブランチを基準とすると、この基準ブランチに対して、2番目のブランチの較正係数K21は、次式によって求められる。
【0073】
【数13】
【0074】
即ち、基準ブランチに対する2番目のブランチの較正係数K21は、それぞれ1番目のブランチと2番目のブランチの送信機及び受信機の伝達関数に基づいて求めることができる。
【0075】
次に、図1を参照しながら、本実施形態の送受信システムにおける較正係数K21の測定動作について説明する。
式(13)によれば、較正係数K21は、送信機81の伝達関数T1 と受信機92の伝達関数R2 との積と、送信機82の伝達関数T2 と受信機91の伝達関数R1 との積との割り算によって計算できる。
【0076】
このため、送信機81によって送信を行うとき、送信信号の一部分を受信機92に帰還させて受信機92で帰還信号SC2を受信し、また、送信機82によって同じ信号を送信するとき、送信信号の一部分を受信機91に帰還させて受信機91で帰還信号Sc1を受信すれば、受信信号SC2には、送信機81と受信機92両方の伝達特性が含まれ、受信信号Sc1には、送信機82と受信機91両方の伝達特性が含まれる。このため、較正係数K21は、受信信号Sc1とSC2に基づき、次式によって求められる。
【0077】
【数14】
K21=SC2/Sc1 …(14)
【0078】
次に、信号Sc1とSC2の測定についてさらに詳しく説明する。
送信機81で送信信号St1を送信するとき、送信機81の出力信号が方向性結合器41の端子2に入力される。方向性結合器41において、端子2からの入力信号が端子1に出力されるとともに、入力信号の一部分が端子4に帰還される。この帰還信号がさらに方向性結合器101の端子1に入力され、方向性結合器101によって端子4に出力され、受信機92に入力される。このため、受信機92の出力信号SC2には、送信機81の伝達特性、受信機92の伝達特性及び方向性結合器41、101の伝達特性が含まれる。方向性結合器41と101の伝達特性は既知であるので、受信信号SC2に基づき、送信機81及び受信機92の伝達特性を推定することができる。
【0079】
そして、送信機82で送信信号St2(St2=St1)を送信するとき、送信機82の出力信号が方向性結合器42の端子2に入力される。方向性結合器42において、端子2からの入力信号が端子1に出力されるとともに、入力信号の一部分が端子4に帰還される。この帰還信号がさらに方向性結合器101の端子3に入力され、方向性結合器101によって端子2に出力され、受信機91に入力される。このため、受信機91の出力信号SC1には、送信機82の伝達特性、受信機91の伝達特性及び方向性結合器42、101の伝達特性が含まれる。方向性結合器41と101の伝達特性は既知であるので、受信信号SC1に基づき、送信機82及び受信機91の伝達特性を推定することができる。
【0080】
上述したように得られた受信信号SC2とSc1に基づき、式(14)によって、較正係数K21を求めることができる。また、式(14)によれば、方向性結合器41、42及び101の伝達特性が既知でなくても、較正係数K21を求めることができる。例えば、方向性結合器41と42を同じ特性を持つように形成され、また、方向性結合器101は、対称的に形成されていれば、式(14)によって較正係数K21を求めるとき、方向性結合器の伝達関数が相殺され、送受信機の伝達特性のみが残る。
【0081】
こうして求められた較正係数は、送信時の信号の較正に用いられる。即ち、送信機82で信号S2 を送信するとき、送信信号S2 に較正係数K21を乗算した信号K21S2 を送信すればよい。これによって、基準となる1番目のブランチに対して、2番目のブランチによって、振幅と位相の誤差が較正された信号が送信される。
【0082】
以上説明したように、本実施形態によれば、各ブランチに送信機の出力信号を帰還する方向性結合器41と42を設けて、さらに、各ブランチの方向性結合器からの帰還信号を他のブランチの受信機に出力する方向性結合器101を設けることによって、一つのブランチを基準とした場合、他のブランチにおける較正係数を求めることができる。これによって、較正回路を簡略化でき、各ブランチ間の振幅と位相誤差を容易に較正できる。また、各ブランチ及びブランチ間の方向性結合器の伝達特性を対称的に制御することによって、較正係数を求めるとき、方向性結合器の伝達特性による影響を無視できる。
【0083】
第2実施形態
図3は本発明に係る送受信システムの第2の実施形態を示す回路図である。
図示のように、本実施形態の送受信システムは、L本のブランチによって較正されている。各ブランチには、アンテナ素子、フィルタ、アンテナスイッチ、方向性結合器及び送信機と受信機がそれぞれ設けられている。
例えば、1番目のブランチにおいて、アンテナ素子11は、フィルタ21を通してアンテナスイッチ31の端子a1に接続されている。方向性結合器41において、端子1がアンテナスイッチ31の端子a2に接続され、端子3がアンテナスイッチの端子a1に接続され、端子2が送信機81に接続され、端子4が方向性結合器101の端子1に接続されている。
各ブランチに対して、較正係数を測定するための較正回路220及び各ブランチの受信機の受信信号に基づき較正係数を演算する演算部240が設けられている。
【0084】
また、方向性結合器101において、端子2が方向性結合器100の端子3に接続され、端子3が2番目のブランチの方向性結合器42の端子4に接続されている。
方向性結合器100において、端子1と端子2には終端用抵抗素子R1とR2が接続され、端子4に受信機91が接続されている。
【0085】
図3に示すように、方向性結合器41,42,43,…,4Lは、それぞれ各ブランチに設けられている。
較正回路220において、方向性結合器101,103,…は、2ブランチごとに設けられている。さらに、方向性結合器100を除く他の方向性結合器102,…,10Lは、方向性結合器101,103,…に対して一つごとに設けられている。
即ち、本実施形態の送受信システムにおいて、各ブランチの方向性結合器41,42,43,…,4L、及び較正回路220の方向性結合器101,103,…,10L−1、並びに100,102,…,10Lは、階層構造を成している。第1層目の方向性結合器は41,42,43,…,4Lは、各ブランチ毎に設けられ、第2層目の方向性結合器101,103,…,10L−1は、第1層目の方向性結合器に対して、2つ毎に設けられている。即ち、第2層目の方向性結合器は、L/2個ある。第3層目の方向性結合器100,102,…,10Lのうち、方向性結合器100を除けば、他の方向性結合器は、第2層目の方向性結合器に対して、1つ毎に設けられている。即ち、3層目の方向性結合器は、L/2+1個ある。
【0086】
方向性結合器100と10Lには、それぞれ終端用抵抗素子が接続されている。それ以外の方向性結合器は、一方の端子1と端子3が上層の方向性結合器101,103,…に接続され、他方の端子2と端子4が受信機92,93,…に接続されている。また、方向性結合器100の端子3が方向性結合器101に接続され、端子4が受信機91に接続され、同様に、方向性結合器10Lの端子1が図3に示していない方向性結合器10L−1に接続され、端子2が受信機9Lに接続されている。
【0087】
上述したように構成されている送受信システムにおいて、送信時に各アンテナスイッチにおいて、端子a2とa3が接続され、送信機81,82,…,8Lから出力される送信信号がそれぞれ方向性結合器41,42,…,4Lの端子2に入力され、これらの方向性結合器によって、端子2から入力される送信信号が端子1に送信される。このため、各ブランチにおいて、方向性結合器からの出力信号がそれぞれアンテナスイッチを通して、フィルタ21,22,…,2Lに入力され、フィルタによって所定の周波数成分のみが取り出されそれぞれアンテナ素子11,12,…,1Lに送信されるので、アンテナ素子によって送信信号が空中に放射される。このため、各送信機によって、振幅と位相が適宜制御される信号をアンテナ素子に送り、各アンテナ素子によって送信することによって、所定のビームパターンを形成し、即ち、所定の指向性で送信信号を送信することができる。
【0088】
受信のとき、各アンテナスイッチにおいて、端子a1と端子a3が接続される。このとき、各アンテナ素子11,12,…,1Lの受信信号がそれぞれフィルタ21,22,…,2Lに入力され、フィルタによって所定の周波数成分のみが取り出され、アンテナスイッチ31,32,…,3Lを介して方向性結合器41,42,…,4Lの端子3に入力され、これらの方向性結合器によって、端子3から入力される送信信号が端子4に出力される。
【0089】
方向性結合器41の端子4の出力信号が方向性結合器101の端子1に入力され、方向性結合器101によって、その端子2に出力される。さらにこの出力信号が方向性結合器100の端子3に入力され、方向性結合器100によって、その端子4に出力され、受信機91に入力される。
方向性結合器42の端子4の出力信号が方向性結合器101の端子3に入力され、方向性結合器101によって、その端子4に出力される。さらにこの出力信号が方向性結合器102の端子1に入力され、方向性結合器102によって、その端子2に出力され、受信機92に入力される。
【0090】
このように、各ブランチの方向性結合器41,42,…,4Lの端子4から出力される受信信号が、階層構造を成している方向性結合器101,103,…,100L−1及び方向性結合器100,102,…,10Lによって、各ブランチの受信機91,92,…,9Lに入力される。
【0091】
このため、各受信機において、受信信号に対して、振幅と位相を適宜重み付けることによって、所定の受信ビームパターンを形成することができる。即ち、重み係数に応じた所定のビームパターンを用いてアンテナアレイに到達する信号を受信することができる。
【0092】
なお、受信のとき、i番目のブランチの受信機9iには、隣接するブランチのアンテナ素子1i−1と1i+1の受信信号の一部分が混入される。例えば、受信のとき、アンテナ素子11からの受信信号がフィルタ21、アンテナ素子31及び方向性結合器41を通して、方向性結合器101の端子1に入力される。方向性結合器101において、端子1の入力信号が減衰率At12 をもって端子2に出力されるとともに、振幅減衰率At14 をもって端子4にも出力される。
一方、2番目のブランチのアンテナ素子12の受信信号がフィルタ22、アンテナスイッチ32を介して、方向性結合器42の端子3に入力され、方向性結合器42によって端子4に出力される。方向性結合器42の端子4からの出力信号が方向性結合器101の端子3に入力され、方向性結合器101によって、振幅減衰率At34 をもって端子3の入力信号が端子4に出力される。
【0093】
方向性結合器101の端子4からの出力信号には、方向性結合器42の出力端子4からの出力信号のほかに、方向性結合器41の端子4からの出力信号の一部分が混入される。このため、2番目のブランチの受信機92には、アンテナ素子12の受信信号にアンテナ素子11の受信信号(振幅が方向性結合器101の振幅減衰率At14 で減衰された)が混入される。
同様に、3番目のブランチのアンテナ素子13の受信信号がフィルタ23、アンテナスイッチ33及び方向性結合器43を介して、方向性結合器103の端子1に入力され、さらにその端子2からの出力信号が方向性結合器102の端子3に入力される。方向性結合器102において、端子3に入力される信号の大部分が端子4に出力され、受信機93に送られるが、その一部分が方向性結合器102の振幅減衰率At32 で減衰されて端子2に出力され、アンテナ素子12からの受信信号に混入される。
【0094】
実用上、方向性結合器101,102,…10L−1の振幅減衰率At14 とAt32 を低く制御することによって、隣接するブランチのアンテナ素子の受信信号による影響を無視できる程度に抑制することができる。
【0095】
次に、本実施形態の送受信システムにおける較正時の動作について説明する。本実施形態では、較正はある一つのブランチを基準として、他のブランチがこの基準ブランチに対し、振幅及び位相が一致するための較正係数をそれぞれ求める。そして、送信または受信時に各ブランチの送受信信号にそのブランチの較正係数を掛けて補正することによって、各ブランチにおける伝達関数のバラツキを補正することができる。
【0096】
ここで、例えば、1番目のブランチを基準として、他の各ブランチをこの基準ブランチに対する較正係数を求める。
受信時に、1番目のブランチのアンテナ素子11に到達する信号をX1 とし、2番目のブランチのアンテナ素子に到達する信号をX2 とし、そして、i(本実施形態において、i=1,2,…,L)番目のブランチのアンテナ素子1iに到達する信号をXi とする。
ここで、各ブランチにおける較正係数をWo1,Wo2,…,WoLとすると、これらの較正係数を用いて、i番目のブランチの受信機9iによる受信信号Yriは、次式によって表せる。
【0097】
【数15】
Yri=WoiXi …(15)
【0098】
この較正係数Woiには、ブランチ内部でビームフォーミングなどのために受信信号に掛けられる重み係数Wi 、アンテナ素子、フィルタ及び信号伝搬ケーブルの伝達特性Mi 、さらに受信機の伝達関数Ri が含まれ、次式によって表すことができる。
【0099】
【数16】
Woi=Wi Mi Ri …(16)
【0100】
送信するとき、i番目のブランチの送信信号をSi とし、送信機9iの伝達関数をTi とする。また、送受信におけるアンテナ素子、フィルタ及び信号伝搬ケーブルの伝達特性を同じMi とし、さらに、送受信が同じ指向性特性を持つビームパターンで行うとすると、送信信号に掛ける重み係数が受信時と同じくWi を用いる。これによって、送信時にi番目のブランチのアンテナ素子1iに入力される励起信号Ytiは、次式によって与えられる。
【0101】
【数17】
Yti=Wi Mi Ti Si …(17)
【0102】
式(16)によって、Wi =Woi/(Mi Ri )となり、これを式(17)に代入すると、次の式が得られる。
【0103】
【数18】
Yti=WoiSi (Ti /Ri ) …(18)
【0104】
式(18)において、Ti /Ri は、各ブランチによって異なるため、これを較正するための係数Ci は次式のように求められる。
【0105】
【数19】
Ci =Ri /Ti …(19)
【0106】
そして、1番のブランチのアンテナ素子11の送信信号を基準とすると、この基準ブランチに対して、i番目のブランチのアンテナ素子1iからの送信信号を較正するための較正係数Hi1を以下のように求められる。
【0107】
【数20】
【0108】
式(20)から分かるように、1番目のブランチを基準とする場合、i番目のブランチの較正係数Hi1は、1番目のブランチの送信機と受信機の伝達関数及びi番目の送信機と受信機の伝達関数によって求めることができる。
【0109】
図4は、本実施形態の送受信システムにおける各ブランチの較正係数を求めるフローチャートを示している。以下、図3を参照しつつ、各ブランチにおける較正係数Hi1の求め方について説明する。
【0110】
ステップS1,S2:まず、i=1として、送信機8i、即ち、1番目のブランチの送信機81によって送信信号を出力する。送信機81の送信信号が方向性結合器41の端子2に入力され、方向性結合器41によって、振幅減衰率A24をもって端子4に出力される。
そして、方向性結合器41の端子4からの出力信号が方向性結合器101の端子1に入力されるので、方向性結合器101において、端子1の入力信号が端子2に出力され、さらに方向性結合器100を介して受信機91に入力される。一方、方向性結合器101において、端子1の入力信号が減衰率At14 で減衰されて端子4に出力される。この減衰された信号が方向性結合器102の端子1に入力され、方向性結合器102を介して受信機92に入力される。
【0111】
ステップS3:受信機9i−1と9i+1によってそれぞれ帰還された信号を受信する。なお、送信機81で送信するとき、受信機92だけで帰還信号の受信が行われる。ここで、受信機92からの出力には、送信機81の伝達関数T1 、方向性結合器41の減衰率At24 、方向性結合器101の減衰率At14 、さらに方向性結合器102の減衰率At12 及び受信機92の伝達関数R2 が含まれる。また、信号伝搬経路上の方向性結合器の減衰率を合わせてR12とすれば、送信機81の送信信号がSt1に対して、受信機92より得られる受信信号Yt2を次式によって表すことができる。
【0112】
【数21】
Yt12 =St1R12T1 R2 …(21)
【0113】
ステップS4:次に、i=i+1として、iがLに達するまで上記S2とS3の処理を繰り返す。即ち、1番目のブランチからL番目のブランチまで送信と受信が順次行われる。また、各ブランチの送信機による送信信号を1番目のブランチの送信機の送信信号St1に等しくすれば、i−1番目の送信機で送信するとき、i番目の受信機によって得られる受信信号Ytiは、次式によって表すことができる。
【0114】
【数22】
Yti-1,i=St1Ri-1,i Ti-1 Ri …(22)
【0115】
また、i番目の送信機で送信するとき、i−1番目の受信機によって得られる受信信号Yti,i-1は、次式によって表すことができる。
【0116】
【数23】
Yti,i-1=St1Ri,i-1 Ti Ri-1 …(23)
【0117】
上述した送受信処理がすべてのブランチに対して行われる。さらに、ここで、各ブランチの方向性結合器が対称的に構成されているとすれば、即ち、信号伝搬経路上の方向性結合器の減衰率などを合わせた伝達関数R12=R21=R23=R32=Ri-1,i =Ri,i-1 とすれば、1番目のブランチを基準とする場合、各ブランチの較正係数Hi1を次式によって演算することができる。
【0118】
【数24】
【0119】
図5は、4つのブランチからなる送受信システムの一構成例を示している。図示のように、本例の送受信システムにおいて、アンテナ素子、フィルタ、方向性結合器及び送信機により、各ブランチが構成され、また、方向性結合器100,101,102,103及び104によって、較正回路が較正されている。なお、図5において、各受信機91,92,93及び94の受信信号に従って各ブランチの較正係数を演算する演算部が省略されている。
【0120】
図5において、それぞれ方向性結合器について、コイル及びキャパシタによって形成されている詳細な構成が示されている。これらの方向性結合器は、左右対称となる構造を有する。これによって、例えば、送信機81が送信するとき、受信機91に帰還される信号の伝搬経路と、送信機82が送信するとき、受信機91に帰還される信号の伝搬経路とが同じ伝達特性を有する。これによって、較正回路の配線の設計を容易に行われ、かつ回路構成を簡略化でき、各ブランチの較正係数の測定精度を向上できる。
【0121】
このように、本実施形態の送受信システムによれば、各ブランチにおける方向性結合器を左右対称に構成することによって、較正係数を求めるとき、i番目のブランチの送信機からi+1番目の受信機への信号伝搬経路の伝搬特性とi+1番目のブランチの送信機からi番目の受信機への信号伝搬経路の伝搬特性を等しくすることができる。これによって、1番目のブランチを基準とする場合、各ブランチの較正係数Hi1を式(24)に従って、容易に計算することができる。また、このように方向性結合器を左右対称の構成にすることによって、従来の較正回路に較べて、配線の設計を容易にできる。また、各ブランチにおいて、それぞれの最適な係数Woiを計算できるので、受信信号の到来方向を推定することができる。
【0122】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の送受信システムによれば、構造上対称的に形成されている方向性結合器を各ブランチに設けることによって、送受信機の伝達関数及び各ブランチの信号伝搬特性のバラツキを較正する較正係数を容易に求めることができる。
さらに、本発明によれば、各ブランチにおいて、それぞれの最適な係数を計算することができ、これによって受信信号の到来方向を推定することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る送受信システムの第1の実施形態を示す回路図である。
【図2】方向性結合器の一構成例を示す回路図である。
【図3】本発明に係る送受信システムの第2の実施形態を示す回路図である。
【図4】第2の実施形態の送受信システムにおいて、較正係数を求める処理を示すフローチャートである。
【図5】4つのブランチを含む送受信システムの一具体例を示す回路図である。
【図6】従来の送受信システムの一構成例を示す回路図である。
【図7】従来の送受信システムにおける較正係数を測定するときの信号の流れを示す概念図である。
【符号の説明】
11,12,13,…,1L…アンテナ素子、21,22,23,…,2L…フィルタ、31,32,33,…,3L…アンテナスイッチ、41,42,43,…,4L…方向性結合器、81,82,83,…,8L…送信機、91,92,93,…,9L…受信機、100,101,102,…,10L…方向性結合器、200,220…較正回路、120,240…演算部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、時分割多重通信システムに用いられているアレイアンテナ及びその信号較正回路を含む送受信システム、特に、外部の情報に依存せずに各アンテナ素子の送受信信号の振幅と位相を較正できる送受信システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
アレイアンテナを用いた時分割多重通信システムにおいて、送信するとき各アンテナ素子に送られた信号は、送信機の出力を増幅する増幅回路の利得特性(伝達関数)、信号を伝搬するケーブル、信号の周波数成分を整えるフィルタ、及びアンテナ素子の振幅と位相特性のバラツキによって、同じ信号を各アンテナ素子に送っても、それぞれのアンテナ素子によって放射される信号の振幅と位相に誤差が生じる。この誤差によって、送信ビームパターンの制御が困難になり、ビームフォーミングを正しく実現できなくなる。
【0003】
また、受信時においても、同様な問題が生じる。このとき各受信機に到着した信号は、それぞれのアンテナ素子によって受信した信号に対して、フィルタの特性、増幅回路の利得特性、さらに受信信号を伝搬するケーブルなどの特性のバラツキによって、受信機の出力信号は、各アンテナ素子に到着した信号に対して、振幅及び位相に誤差が生じる。これによって、受信信号の到来方向(DOA)を正確に推定することができなくなるなどの問題が生じる。
【0004】
このため、アレイアンテナを用いた送受信システムにおいて、較正回路を設けて、各送受信機の誤差を補正する較正係数を求める対策が取られている。
図6は、従来の較正回路を含む送受信システム全体の構成例を示している。
図示のように、この送受信システムは、アンテナ素子11,12,13,…,1Lからなるアンテナアレイ、各アンテナ素子に接続されているフィルタ21,22,23,…,2L、各フィルタに接続されているアンテナスイッチ31,32,33,…,3L、較正回路200、送信機81,82,83,…,8L、及び受信機91,92,93,…,9Lによって構成されている。
【0005】
較正回路200は、方向性結合器41,42,43,…,4L、SPDT(Single pole double through)・RFスイッチ(以下、便宜上単にRFスイッチという)51,52,53,…,5L−1、62,63,…,6L−1、71,72,73,…,7Lによって構成されている。
方向性結合器41,42,…,4Lは、入力信号を所定の振幅減衰率と位相差をもって、他の出力端子に出力する。
【0006】
アンテナスイッチは、三つの端子を有し、送信信号と受信信号の切り替えを行うことができる。例えば、アンテナスイッチ31は、端子a1、a2とa3を持ち、送信時に端子a1とa2が接続され、方向性結合器41からの送信信号をフィルタ21に出力し、また、受信時に端子a1とa3が接続され、フィルタ21からの受信信号を方向性結合器41に出力する。
また、各RFスイッチもそれぞれ三つの端子を有する。例えば、RFスイッチ71は、端子b1、b2とb3を有する。受信時に、端子b1とb2が接続され、較正時に端子b1とb3が接続される。
【0007】
通常送信時に、送信機81より出力される送信信号が方向性結合器41を介して、アンテナスイッチ31の端子a2に入力される。このとき、アンテナスイッチにおいて、端子a2とa1が接続されるので、送信信号がアンテナスイッチ31を通してフィルタ21に入力される。フィルタ21を通過した信号成分がアンテナ素子11に送られ、アンテナ素子11によって空中に放射される。
また、このとき他の送信機82,83,…,8Lから出力される送信信号も同様に、それぞれアンテナ素子12,13,…,1Lに転送され、各アンテナ素子によって空中に放射される。送信時に、各アンテナ素子に送られる送信信号の位相を制御することによって、所定の送信用ビームパターンが生成される、いわゆるビームフォーミングを実現できる。
なお、送信時のビームフォーミングは、例えば、送信機81,82,83,…,8Lの送信信号に対してそれぞれ振幅と位相を制御するための所定の重み係数を乗じた信号を各アンテナ素子に出力することによって実現できる。また、送信信号にこの重み係数を掛ける重み付け処理は、例えば、アンテナ素子とフィルタ、またはフィルタとアンテナスイッチとの間に設けられている乗算器によっても実現できる。
【0008】
通常受信時に、アンテナ素子11によって受信された信号がフィルタ21に送られ、フィルタ21を通過した信号成分がアンテナスイッチ31の端子a1に入力される。このとき、アンテナスイッチ31において、端子a1と端子a3が接続されるので、受信信号がアンテナスイッチ31を介してRFスイッチ71の端子b2に送られる。このとき、RFスイッチ71において、端子b2と端子b1が接続されるので、受信信号がRFスイッチ71を介して受信機91に入力される。また、他のアンテナ素子12,13,…,1Lの受信信号も同様に、それぞれ受信機92,93,…,9Lに転送される。
また、送信時と同様に、受信時に各アンテナ素子からの受信信号にそれぞれ所定の重み係数を乗算することによって、ビームフォーミングを実現できる。さらに、受信時に受信ビームをスイープしながら受信信号を測定することによって、受信信号の到来方向を推定することも可能である。
【0009】
上述した送受信システムにおいて、システムの較正はある送受信機を基準として、他の送受信機がこの基準となる送受信機に対する送信及び受信信号の振幅と位相変化を測定することによって、それぞれの送信機及び受信機の較正係数を求めることができる。
【0010】
以下、図7を参照しつつ、図6に示す送受信システムにおける較正の方法について説明する。
図7は、送受信システムの較正を行うときの信号の流れを示す概念図である。図7において、送信機8i−1(i=2,3,…,L)と受信機9i−1からなる送受信セット、及び送信機8iと受信機9iからなる送受信セットが示されている。
図7に示すように、送信機8iと受信機9iに対する較正は、送信機8i−1で送信するとき受信機9iの受信信号Ti-1 Ri を測定し、また、送信機8iで送信するとき受信機9i−1の受信信号Ti Ri-1 を測定することによって行われる。
【0011】
以下、較正の原理について述べ、較正係数の求め方について説明する。
図6に示す送受信システムにおいて、受信機91から9Lにおいて、受信した信号r1 からrL の間に振幅と位相差が存在しない最適な重み係数をW01〜W0Lとする。受信機9iにおける出力yriは以下のように表される。
【0012】
【数1】
yri=WOiSri=Wi Mi Ri Sri …(1)
【0013】
式(1)において、Sriはアンテナ素子1iによる受信信号であり、Wi は受信のとき受信信号に対して適宜用いられている重み係数である。なお、この重み係数Wi は、受信機内部またはその外部において、アナログ的またはディジタル的に受信信号に乗算される。また、Mi はアンテナ、フィルタ及び信号をアンテナ素子から受信機9iまで伝搬する経路上のケーブルにおいて生じた振幅変化及び位相差を示す複素数の係数である。
【0014】
一方、送信機8iから送信する信号をStiとすると、指向性制御を行ったあとにアンテナ素子1iから空中に放射された信号ytiは、次の式に基づき演算することができる。
【0015】
【数2】
yti=Wi Mi Ti Sti …(2)
【0016】
式(2)において、Ti は送信機9iの内部または外部に設けられている増幅回路、フィルタなどの総合利得を示す伝達関数である。通常、この伝達関数Tiは、振幅と位相成分両方が含まれる複素数である。
【0017】
送受信におけるアンテナパターンを一致させるために、送受信システムにおいて、次式が成り立たなければならない。
【0018】
【数3】
yti=yri …(3)
【0019】
式(1)と(2)を式(3)に代入すると、次式が得られる。
【0020】
【数4】
【0021】
ここで、次の式を仮定する。
【0022】
【数5】
Di =Ti /Ri …(5)
【0023】
Di が各アンテナ素子において異なるため、これを補正するための係数として、次式に示す係数Ci を求める。
【0024】
【数6】
Ci =Ri /Ti …(6)
【0025】
アンテナ素子11から送信される信号を基準とすると、アンテナ素子1iから送信される信号を補正するための較正係数Hi は、次式によって求めることができる。
【0026】
【数7】
【0027】
次に、較正係数を測定するための操作を説明する。
図6に示すように、RFスイッチ51において、端子c1は方向性結合器42の端子3に接続され、端子c2はRFスイッチ71の端子b3に接続されている。
RFスイッチ62において、端子d1はRFスイッチ72の端子b3に接続され、端子d2は方向性結合器41の端子3に接続されている。
【0028】
まず、アンテナ素子12から送信する信号の較正を行うとき、RFスイッチ31及び32において、それぞれの端子a1とa2が接続される。また、RFスイッチ62の端子d1と端子d2が接続され、RFスイッチ72の端子b1と端子b3が接続される。さらに、RFスイッチ51の端子c1と端子c2が接続され、RFスイッチ71の端子b1と端子b3が接続される。
【0029】
この状態において、送信機81からの送信信号T1 は、方向性結合器41の端子1に入力される。方向性結合器41において、端子1から端子3へ結合された信号は、RFスイッチ62のの端子d2に入力され、RFスイッチ62さらにRFスイッチ72を介して、受信機92に入力される。このとき、受信機92によって、受信信号T1 R2 の振幅及び位相が測定される。
【0030】
同様に、送信機82からの送信信号T2 は、方向性結合器42の端子1に入力され、方向性結合器42において、端子1から端子3へ結合された信号は、RFスイッチ51の端子c1に入力される。そして、RFスイッチ51及びRFスイッチ71を介して受信機91に入力される。このとき、受信機91によって、受信信号T2 R1 の振幅及び位相が測定される。
【0031】
同様に、アンテナ素子1iから送信する信号を較正するための較正係数を求めるために、図7に示すように、アンテナスイッチ3i−1及び3iにおいて、それぞれの端子a1と端子a2が接続される。そして、送信機8i−1及び8iによってそれぞれ送信信号Ti-1 とTi を送信する。
送信機8i−1によって送信信号Ti-1 を送信するとき、方向性結合機4i−1において、端子1から端子3に結合された信号が図7に示していないRFスイッチを介して、受信機9iに送られる。受信機9iによって、受信信号Ti-1 Ri の振幅と位相が測定される。
同様に、送信機8iによって送信信号Ti を送信するとき、方向性結合器4iにおいて、端子1から端子3に結合された信号が図7に示していないRFスイッチを介して、受信機9i−1に送られる。受信機9i−1によって、受信信号Ti Ri-1 の振幅と位相が測定される。
【0032】
このため、アンテナ素子1iから送信される信号を補正するための較正係数は、次式によって求めることができる。
【0033】
【数8】
【0034】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の信号較正回路及びそれを用いた送受信システムにおいて、上述した較正方法で求められた較正係数に誤差が生じる可能性がある。例えば、式(8)に基づく較正係数Hi の計算では、図6に示す信号補正回路を構成するRFスイッチ間の振幅変化及び位相差を考慮していないため、その分誤差として較正係数に現れる。正確に補正を行うには、RFスイッチ間の配線のレイアウトに制約が生じる。
また、上述した較正係数を求める方法では、各アンテナ素子1iの受信信号Ri を直接測定するのではないため、各受信機のWOiを直接求めることができない。従って、求められた較正係数に基づき、各アンテナ素子によって受信した受信信号の到来方向を推定することができないという不利益がある。
【0035】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、方向性結合器を用いて較正回路を構成することにより、較正係数を正確に測定でき、さらに受信信号の到来方向を推定できる送受信システムを提供することにある。
【0036】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明送受信システムは、第1のアンテナ素子、第1の送信機、受信時に上記第1のアンテナ素子からの受信信号を出力端子に出力し、送信時に上記第1の送信機からの送信信号を上記第1のアンテナ素子に出力し、また、上記第1の送信機からの送信信号を所定の減衰率をもって上記出力端子に帰還する第1の方向性結合器からなる第1のブランチと、第2のアンテナ素子、第2の送信機、及び受信時に上記第2のアンテナ素子からの受信信号を出力端子に出力し、送信時に上記第2の送信機からの送信信号を上記第2のアンテナ素子に出力し、また、上記第2の送信機からの送信信号を所定の減衰率をもって上記出力端子に帰還する第2の方向性結合器からなる第2のブランチと、第1と第2の入力端子がそれぞれ上記第1のブランチと第2のブランチの方向性結合器に接続され、第1と第2の出力端子がそれぞれ第1と第2の受信機に接続され、受信時に上記第1の入力端子の入力信号を上記第1の出力端子に出力し、また、所定の減衰率をもって上記第2の出力端子に結合し、上記第2の入力端子の入力信号を上記第2の出力端子に出力し、また、所定の減衰率をもって上記第1の出力端子に結合する第3の方向性結合器と、上記第1の送信機が送信するとき、上記第1及び第3の方向性結合器によって上記第2の受信機に結合された第1の較正用受信信号と、上記第2の送信機が送信するとき、上記第2と第3の方向性結合器によって上記第1の受信機に結合された第2の較正用受信信号とに応じて、上記第2のブランチを較正する較正係数を求める演算手段とを有する。
【0037】
また、本発明では、好適には、上記演算手段は、上記第1のブランチを基準として、上記第1の受信信号と上記第2の受信信号との比に応じて、上記第2のブランチに適用される較正係数を求める。
【0038】
また、本発明では、好適には、上記第3の方向性結合器において、上記第1の入力端子の入力信号を上記第2の出力端子に出力する減衰率と、上記第2の入力端子の入力信号を上記第1の出力端子に出力する減衰率とが等しく形成されている。
【0039】
また、本発明の送受信システムは、アンテナ素子、方向性結合器及び送信機を有し、上記方向性結合器は、受信時に上記アンテナ素子からの受信信号を出力端子に出力し、送信時に上記送信機からの送信信号を上記アンテナ素子に出力し、また、上記送信機からの送信信号を所定の減衰率をもって上記出力端子に帰還するように構成されているL(L≧2、Lは整数)本のブランチと、上記L本のブランチに対して2本毎に設けられ、第1の入力端子がi(1≦i≦L、iは奇数)本目の上記ブランチの上記方向性結合器に接続され、第2の入力端子がi+1本目の上記ブランチの上記方向性結合器に接続され、上記第1の入力端子からの入力信号を第1の出力端子出力し、上記第2の入力端子からの入力信号を所定の減衰率で第1の出力端子に結合し、また、上記第2の入力端子からの入力信号を第2の出力端子に出力し、上記第1の入力端子からの入力信号を所定の減衰率で上記第2の出力端子に結合する複数の2層目方向性結合器と、上記2層目の方向性結合器に対して一つ毎に設けられ、第1と第2の入力端子が隣接する上記2層目の方向性結合器の第1または第2の出力端子に接続され、第1と第2の出力端子に受信機が接続されている複数の3層目の方向性結合器と、上記i本目のブランチの送信機が送信するとき、第i−1番目とi+1番目の受信機の受信信号に応じて、上記各ブランチの較正係数を求める演算手段とを有する。
【0040】
また、本発明では、好適には、上記3層目の方向性結合器は、上記第1の入力端子の入力信号を上記第1の出力端子に出力し、かつ所定の減衰率で上記第2の出力端子に結合し、上記第2の入力端子の入力信号を上記第2の出力端子に出力し、かつ上記所定の減衰率で上記第1の出力端子に結合する。
【0041】
さらに、本発明では、好適には、上記i本目のブランチの送信機が送信するとき、上記i−1番目の受信機の受信信号をTi Ri-1 とし、上記i−1本目のブランチの送信機が送信するとき、上記i番目の受信機の受信信号をTi-1 Ri とし、上記演算手段は、第1のブランチを基準として、上記i本目のブランチの較正係数Hi を
で算出する。
【0042】
【発明の実施の形態】
第1実施形態
図1は本発明に係る送受信システムの第1の実施形態を示す回路図である。
図1は、二つのアンテナ素子11,21、二つの送信機81,82及び二つの受信機91,92を有する送受信システムの構成例を示している。即ち、本実施形態の送受信システムは、補正回路を用いた送受信システムのもっとも基本的な構成例を示している。なお、本実施形態において、較正回路は方向性結合器101によって構成されている。
【0043】
図1に示すように、アンテナ素子11とアンテナスイッチ31との間にフィルタ21が接続され、フィルタ21の一方の端子がアンテナ素子11に接続され、他方の端子がアンテナスイッチ31の端子a1に接続されている。
アンテナスイッチ31において、端子a2が方向性結合器41の端子1に接続され、端子a3が方向性結合器41の端子3に接続されている。
方向性結合器41の端子2が送信機81に接続され、端子4がさらに方向性結合器101の端子1に接続されている。
【0044】
同様に、アンテナ素子12とアンテナスイッチ32との間にフィルタ22が接続されている。フィルタ22の一方の端子がアンテナ素子12に接続され、他方の端子がアンテナスイッチ32の端子a1に接続されている。
アンテナスイッチ32において、端子a2が方向性結合器42の端子1に接続され、端子a3が方向性結合器42の端子3に接続されている。
方向性結合器42の端子2が送信機82に接続され、端子4がさらに方向性結合器101の端子3に接続されている。
方向性結合器101において、端子2が受信機91に接続され、端子4が受信機92に接続されている。
【0045】
また、図1に示すように、送信機81と82は、それぞれ伝達関数T1 とT2を持ち、受信機91と92は、それぞれ伝達関数R1 とR2 を持つ。
演算部120は、受信機91と92の受信信号に応じて較正係数を求める。
【0046】
図2は、方向性結合器の一構成例を示す回路図である。
図示のように、この方向性結合器は、4つの端子1,2,3と4を持ち、端子1と端子2との間に、インダクタンス素子、例えば、コイルL1とL2が直列接続されている。また、コイルL1とL2との接続点と接地電位GNDとの間にキャパシタC2が接続されている。
同じように、端子3と端子4との間に、インダクタンス素子、例えば、コイルL3とL4が直列接続されている。また、コイルL3とL4との接続点と接地電位GNDとの間にキャパシタC3が接続されている。
端子1と端子3との間に、キャパシタC1が接続され、端子2と端子4との間に、キャパシタC4が接続されている。
【0047】
図2のような構成を持つ方向性結合器において、端子間に所定の振幅減衰率及び位相差で信号が伝搬される。例えば、端子1に入力される信号が端子2に出力されるとともに、端子3と端子4にも出力される。ただし、端子1の入力信号に対して、端子2に出力される信号の振幅、位相差と端子3及び端子4に出力される信号の振幅、位相差が方向性結合器の固有のパラメータとなる。例えば、端子1からの入力信号が振幅減衰率At12 及び位相変化θ12をもって端子2に出力され、また、端子1からの入力信号が振幅減衰率At13 をもって端子3に出力され、さらに振幅減衰率At14 をもって端子4に出力される。ただし、端子1の入力信号に対して端子3と端子4への出力信号には、位相差が生じない。
同様に、端子2からの入力信号が振幅減衰率At21 及び位相変化θ21をもって端子1に出力され、また、振幅減衰率At23 をもって端子3に出力され、さらに振幅減衰率At24 をもって端子4に出力される。ただし、端子2の入力信号に対して端子3と端子4への出力信号には、位相差が生じない。
【0048】
また、端子3の入力信号が振幅減衰率At34 及び位相変化θ34をもって端子4に出力され、また、振幅減衰率At31 をもって端子1に出力され、さらに振幅減衰率At34 をもって端子4に出力される。ただし、端子3の入力信号に対して端子1と端子4への出力信号には、位相差が生じない。
さらに、端子4の入力信号が振幅減衰率At43 及び位相変化θ43をもって端子3に出力され、また、振幅減衰率At41 をもって端子1に出力され、さらに振幅減衰率At42 をもって端子2に出力される。ただし、端子4の入力信号に対して端子1と端子2への出力信号には、位相差が生じない。
【0049】
方向性結合器を構成するコイルL1〜L4及びキャパシタC1〜C4の値を適宜設定することによって、上述した各振幅減衰率及び位相差のパラメータを所望の値に制御することができる。これによって、方向性結合器において、一つの端子に入力される信号に基づき、他の各端子に出力される信号の振幅並びに位相を制御することができる。
ここで、方向性結合器において、θ12=θ21=θ34=θ43、At12 =At21 =At34 =At43 >>At13 =At31 =At24 =At42 >>At14 =At41 =At23 =At32 の関係が成り立つように、それぞれのコイル及びキャパシタの値が適宜設計される。
【0050】
即ち、図1に示す送受信システムにおいて、方向性結合器41を用いることによって、例えば、送信機81の送信信号T1 が端子2に入力されるとき、送信信号T1 に応じて端子1に出力される信号と端子4に出力される信号の振幅及び位相を、方向性結合器41の各コイル及びキャパシタのパラメータによって制御される。同様に、送信機82によって送信信号T2 が方向性結合器42の端子2に入力されるとき、送信信号T2 に応じて、端子1及び端子4に出力される信号の振幅及び位相を、当該方向性結合器42を構成する各コイル及びキャパシタのパラメータによって制御される。
【0051】
また、方向性結合器101において、例えば、方向性結合器41の端子4からの受信信号が端子1に入力されるとき、端子2及び端子4から出力される信号の振幅及び位相が当該方向性結合器101の各コイル及びキャパシタのパラメータによって制御される。さらに、方向性結合器42の端子4からの受信信号が端子3に入力されるとき、端子2及び端子4から出力される信号の振幅及び位相が当該方向性結合器101の各コイル及びキャパシタのパラメータによって制御される。
【0052】
以下、上述したように構成されている送受信システムの動作について説明する。
まず、通常の送信動作について説明する。通常の送信時に、アンテナスイッチ31及び32において、それぞれの端子a1とa2が接続される。このため、送信機81の出力信号が方向性結合器41の端子2に入力され、これに応じて端子1からの出力信号がアンテナスイッチ31を通して、フィルタ21に入力される。フィルタ21によって、所定の信号成分が取り出されて、これを送信信号としてアンテナ素子11に送られる。
同様に、送信機82の出力信号が方向性結合器42の端子2に入力され、これに応じて端子1からの出力信号がアンテナスイッチ32を通して、フィルタ22に入力される。フィルタ22によって、所定の信号成分が取り出されて、これを送信信号としてアンテナ素子12に送られる。
【0053】
通常送信時に、送信機81と82から送信される信号T1 とT2 の振幅と位相を制御することによって、アンテナ素子11と12からの送信信号によって所定のビームパターンを形成することができる。即ち、各アンテナ素子による送信信号を制御することによって、送信時のビームフォーミングを実現できる。
【0054】
次に、通常の受信動作について説明する。通常受信時に、アンテナスイッチ31及び32において、それぞれの端子a1とa3が接続される。このため、アンテナ素子11の受信信号がフィルタ21によって所定の信号成分が取り出され、これを受信信号として、スイッチ31を通して方向性結合器41の端子3に入力される。方向性結合器41において、端子3の入力信号に応じた信号が端子4に出力され、方向性結合器101の端子1に入力される。
同様に、アンテナ素子12の受信信号がフィルタ22によって所定の信号成分が取り出され、これを受信信号としてスイッチ32を通して方向性結合器42の端子3に入力される。方向性結合器42において、端子3の入力信号に応じた信号が端子4に出力され、方向性結合器101の端子3に入力される。
方向性結合器101において、端子1からの入力信号が端子2に出力され、端子3からの入力信号が端子4に出力される。このため、アンテナ素子11の受信信号に応じた信号が受信機91に入力され、アンテナ12の受信信号に応じた信号が受信機92に入力される。
【0055】
なお、受信のとき、1番目のブランチの受信機91に、2番目のブランチのアンテナ素子12の受信信号の一部分が混入される。同様に、2番目のブランチの受信機92には、1番目のブランチのアンテナ素子11の受信信号の一部分が混入される。例えば、アンテナ素子11の受信信号がフィルタ21、アンテナ素子31及び方向性結合器41を通して、方向性結合器101の端子1に入力される。方向性結合器101において、端子1の入力信号が振幅減衰率At12 をもって端子2に出力されるとともに、振幅減衰率At14 をもって端子4にも出力される。
一方、2番目のブランチのアンテナ素子12の受信信号がフィルタ22、アンテナスイッチ32及び方向性結合器42を介して、方向性結合器101の端子3に入力され、方向性結合器101において、端子3の入力信号が振幅減衰率At34 をもって端子4に出力される。
【0056】
このため、2番目のブランチの受信機92には、アンテナ素子12の受信信号にアンテナ素子11の受信信号(方向性結合器101の振幅減衰率At14 で減衰された)が混入される。
同様に、1番目のブランチの受信機91には、アンテナ素子11の受信信号にアンテナ素子12の受信信号(方向性結合器101の振幅減衰率At32 で減衰された)が混入される。
【0057】
実用上、方向性結合器101の振幅減衰率At14 とAt32 を低く制御することによって、隣接するブランチのアンテナ素子の受信信号による影響を無視できる程度に抑制することができる。
【0058】
次いで、本実施形態の送受信システムにおける較正時の動作について説明する。
図1に示す本実施形態の送受信システムにおいて、一つのアンテナ素子に接続されているフィルタ、アンテナスイッチ、方向性結合器、及びそのアンテナ素子に対応する送信機と受信機を合わせて、一つのブランチと称する。例えば、図1において、アンテナ素子11、フィルタ21、アンテナスイッチ31、方向性結合器41、及びこれらに対応する送信機81、受信機91によって一つのブランチ(以下、これを1番目のブランチと表記する)が構成されている。同様に、アンテナ素子12、フィルタ22、アンテナスイッチ32、方向性結合器42及びこれらに対応する送信機82、受信機92によってもう一つのブランチ(以下、これを2番目のブランチと表記する)が構成されている。
【0059】
本実施形態の送受信システムにおける較正は、一つのブランチを基準として、他のブランチが、当該基準ブランチに対して、送受信における信号の振幅及び位相の誤差を求め、この誤差をキャンセルできるように基準ブランチを除く各ブランチの較正係数を求める。そして、送受信のとき、基準ブランチ以外の各ブランチの送受信信号に対して、上記求めた較正係数を用いて信号を補正することによって、ブランチ間の誤差を補正することが可能である。
【0060】
較正処理において、一つのブランチで送信を行い、送信信号をそのブランチのアンテナ素子によって送受信するとともに、その一部分を方向性結合器によって他のブランチの受信機に帰還させる。他のブランチの受信機において、帰還された信号を測定する。そして、各ブランチの受信機の測定信号に基づき、較正係数の推定が行われる。
【0061】
例えば、ここで、1番目のブランチを基準として、送信機81によって送信を行うとき、送信機81から出力される送信信号T1 が方向性結合器41の端子2に入力される。方向性結合器41によって、端子2からの入力信号の一部分が端子1に転送され、さらにアンテナスイッチ31、フィルタ21を通してアンテナ素子11に送信される。また、方向性結合器41において、端子2からの入力信号の一部分が端子4に帰還される。この帰還信号が方向性結合器101の端子1に入力され、方向性結合器101において、端子1の入力信号の一部分が端子4帰還され、受信機92に入力される。
【0062】
受信機92によって、方向性結合器101の端子4からの出力信号R2 が受信される。そして、この受信信号R2 及び送信機81の出力信号T1 に応じて、較正係数が求められる。以下、較正係数の計算方法について説明する。
【0063】
以下の説明において、信号の振幅と位相の表現を簡易化するために、送受信信号を表す符号を複素数とする。また、較正係数などのパラメータをすべて複素数であるとする。
【0064】
ここで、1番目のブランチを基準として、2番目のブランチにおける較正係数の求め方について説明する。
送受信システムにおいて、受信時にアンテナ素子に到着した信号がアンテナ素子によって受信され、さらにフィルタ、アンテナスイッチ及び方向性結合器を介して、受信機に送信される。このため、それぞれのブランチにおいて、アンテナ素子、フィルタ及び信号伝搬経路、例えば、ケーブルを含む伝送路の伝達関数をMi (本実施形態において、i=1,2)とし、受信機の伝達関数をRi とし、さらに、較正を行うための較正係数をWoiとすると、較正係数Woiは、次式によって与えられる。
【0065】
【数9】
Woi=Wi Mi Ri …(9)
【0066】
式(9)において、Wi は較正を行わない場合、ビームフォーミングなどのため受信信号に適宜掛けられる重み係数である。
一方、同じビームパターンを用いて送信を行うとき、ベースバンドにおける送信信号をSi とすれば、アンテナ素子によって放射された信号Ytiを次式によって表すことができる。
【0067】
【数10】
Yti=Wi Mi Ti Si …(10)
【0068】
式(10)において、Ti は送信機の伝達関数である。また、送信時のアンテナ素子、フィルタ及び信号伝搬経路の伝達関数Mi は、受信時における伝達関数と同じである。
式(9)によって、Wi =Woi/(Mi Ri )であり、これを式(10)に代入すれば、次式が得られる。
【0069】
【数11】
Yti=Woi(Ti /Ri )Si …(11)
【0070】
式(11)によって、i番目のブランチにおける較正係数Ki は、次式によって与えられる。
【0071】
【数12】
Ki =Ri /Ti …(12)
【0072】
また、アンテナアレイの指向性は、各ブランチ間の相対的な振幅と位相差によって決定されるため、アレイアンテナに対する較正は、ある一つのブランチを基準として、他のブランチが基準ブランチに対する相対的な振幅と位相差を求めればよい。ここで、1番目のブランチを基準とすると、この基準ブランチに対して、2番目のブランチの較正係数K21は、次式によって求められる。
【0073】
【数13】
【0074】
即ち、基準ブランチに対する2番目のブランチの較正係数K21は、それぞれ1番目のブランチと2番目のブランチの送信機及び受信機の伝達関数に基づいて求めることができる。
【0075】
次に、図1を参照しながら、本実施形態の送受信システムにおける較正係数K21の測定動作について説明する。
式(13)によれば、較正係数K21は、送信機81の伝達関数T1 と受信機92の伝達関数R2 との積と、送信機82の伝達関数T2 と受信機91の伝達関数R1 との積との割り算によって計算できる。
【0076】
このため、送信機81によって送信を行うとき、送信信号の一部分を受信機92に帰還させて受信機92で帰還信号SC2を受信し、また、送信機82によって同じ信号を送信するとき、送信信号の一部分を受信機91に帰還させて受信機91で帰還信号Sc1を受信すれば、受信信号SC2には、送信機81と受信機92両方の伝達特性が含まれ、受信信号Sc1には、送信機82と受信機91両方の伝達特性が含まれる。このため、較正係数K21は、受信信号Sc1とSC2に基づき、次式によって求められる。
【0077】
【数14】
K21=SC2/Sc1 …(14)
【0078】
次に、信号Sc1とSC2の測定についてさらに詳しく説明する。
送信機81で送信信号St1を送信するとき、送信機81の出力信号が方向性結合器41の端子2に入力される。方向性結合器41において、端子2からの入力信号が端子1に出力されるとともに、入力信号の一部分が端子4に帰還される。この帰還信号がさらに方向性結合器101の端子1に入力され、方向性結合器101によって端子4に出力され、受信機92に入力される。このため、受信機92の出力信号SC2には、送信機81の伝達特性、受信機92の伝達特性及び方向性結合器41、101の伝達特性が含まれる。方向性結合器41と101の伝達特性は既知であるので、受信信号SC2に基づき、送信機81及び受信機92の伝達特性を推定することができる。
【0079】
そして、送信機82で送信信号St2(St2=St1)を送信するとき、送信機82の出力信号が方向性結合器42の端子2に入力される。方向性結合器42において、端子2からの入力信号が端子1に出力されるとともに、入力信号の一部分が端子4に帰還される。この帰還信号がさらに方向性結合器101の端子3に入力され、方向性結合器101によって端子2に出力され、受信機91に入力される。このため、受信機91の出力信号SC1には、送信機82の伝達特性、受信機91の伝達特性及び方向性結合器42、101の伝達特性が含まれる。方向性結合器41と101の伝達特性は既知であるので、受信信号SC1に基づき、送信機82及び受信機91の伝達特性を推定することができる。
【0080】
上述したように得られた受信信号SC2とSc1に基づき、式(14)によって、較正係数K21を求めることができる。また、式(14)によれば、方向性結合器41、42及び101の伝達特性が既知でなくても、較正係数K21を求めることができる。例えば、方向性結合器41と42を同じ特性を持つように形成され、また、方向性結合器101は、対称的に形成されていれば、式(14)によって較正係数K21を求めるとき、方向性結合器の伝達関数が相殺され、送受信機の伝達特性のみが残る。
【0081】
こうして求められた較正係数は、送信時の信号の較正に用いられる。即ち、送信機82で信号S2 を送信するとき、送信信号S2 に較正係数K21を乗算した信号K21S2 を送信すればよい。これによって、基準となる1番目のブランチに対して、2番目のブランチによって、振幅と位相の誤差が較正された信号が送信される。
【0082】
以上説明したように、本実施形態によれば、各ブランチに送信機の出力信号を帰還する方向性結合器41と42を設けて、さらに、各ブランチの方向性結合器からの帰還信号を他のブランチの受信機に出力する方向性結合器101を設けることによって、一つのブランチを基準とした場合、他のブランチにおける較正係数を求めることができる。これによって、較正回路を簡略化でき、各ブランチ間の振幅と位相誤差を容易に較正できる。また、各ブランチ及びブランチ間の方向性結合器の伝達特性を対称的に制御することによって、較正係数を求めるとき、方向性結合器の伝達特性による影響を無視できる。
【0083】
第2実施形態
図3は本発明に係る送受信システムの第2の実施形態を示す回路図である。
図示のように、本実施形態の送受信システムは、L本のブランチによって較正されている。各ブランチには、アンテナ素子、フィルタ、アンテナスイッチ、方向性結合器及び送信機と受信機がそれぞれ設けられている。
例えば、1番目のブランチにおいて、アンテナ素子11は、フィルタ21を通してアンテナスイッチ31の端子a1に接続されている。方向性結合器41において、端子1がアンテナスイッチ31の端子a2に接続され、端子3がアンテナスイッチの端子a1に接続され、端子2が送信機81に接続され、端子4が方向性結合器101の端子1に接続されている。
各ブランチに対して、較正係数を測定するための較正回路220及び各ブランチの受信機の受信信号に基づき較正係数を演算する演算部240が設けられている。
【0084】
また、方向性結合器101において、端子2が方向性結合器100の端子3に接続され、端子3が2番目のブランチの方向性結合器42の端子4に接続されている。
方向性結合器100において、端子1と端子2には終端用抵抗素子R1とR2が接続され、端子4に受信機91が接続されている。
【0085】
図3に示すように、方向性結合器41,42,43,…,4Lは、それぞれ各ブランチに設けられている。
較正回路220において、方向性結合器101,103,…は、2ブランチごとに設けられている。さらに、方向性結合器100を除く他の方向性結合器102,…,10Lは、方向性結合器101,103,…に対して一つごとに設けられている。
即ち、本実施形態の送受信システムにおいて、各ブランチの方向性結合器41,42,43,…,4L、及び較正回路220の方向性結合器101,103,…,10L−1、並びに100,102,…,10Lは、階層構造を成している。第1層目の方向性結合器は41,42,43,…,4Lは、各ブランチ毎に設けられ、第2層目の方向性結合器101,103,…,10L−1は、第1層目の方向性結合器に対して、2つ毎に設けられている。即ち、第2層目の方向性結合器は、L/2個ある。第3層目の方向性結合器100,102,…,10Lのうち、方向性結合器100を除けば、他の方向性結合器は、第2層目の方向性結合器に対して、1つ毎に設けられている。即ち、3層目の方向性結合器は、L/2+1個ある。
【0086】
方向性結合器100と10Lには、それぞれ終端用抵抗素子が接続されている。それ以外の方向性結合器は、一方の端子1と端子3が上層の方向性結合器101,103,…に接続され、他方の端子2と端子4が受信機92,93,…に接続されている。また、方向性結合器100の端子3が方向性結合器101に接続され、端子4が受信機91に接続され、同様に、方向性結合器10Lの端子1が図3に示していない方向性結合器10L−1に接続され、端子2が受信機9Lに接続されている。
【0087】
上述したように構成されている送受信システムにおいて、送信時に各アンテナスイッチにおいて、端子a2とa3が接続され、送信機81,82,…,8Lから出力される送信信号がそれぞれ方向性結合器41,42,…,4Lの端子2に入力され、これらの方向性結合器によって、端子2から入力される送信信号が端子1に送信される。このため、各ブランチにおいて、方向性結合器からの出力信号がそれぞれアンテナスイッチを通して、フィルタ21,22,…,2Lに入力され、フィルタによって所定の周波数成分のみが取り出されそれぞれアンテナ素子11,12,…,1Lに送信されるので、アンテナ素子によって送信信号が空中に放射される。このため、各送信機によって、振幅と位相が適宜制御される信号をアンテナ素子に送り、各アンテナ素子によって送信することによって、所定のビームパターンを形成し、即ち、所定の指向性で送信信号を送信することができる。
【0088】
受信のとき、各アンテナスイッチにおいて、端子a1と端子a3が接続される。このとき、各アンテナ素子11,12,…,1Lの受信信号がそれぞれフィルタ21,22,…,2Lに入力され、フィルタによって所定の周波数成分のみが取り出され、アンテナスイッチ31,32,…,3Lを介して方向性結合器41,42,…,4Lの端子3に入力され、これらの方向性結合器によって、端子3から入力される送信信号が端子4に出力される。
【0089】
方向性結合器41の端子4の出力信号が方向性結合器101の端子1に入力され、方向性結合器101によって、その端子2に出力される。さらにこの出力信号が方向性結合器100の端子3に入力され、方向性結合器100によって、その端子4に出力され、受信機91に入力される。
方向性結合器42の端子4の出力信号が方向性結合器101の端子3に入力され、方向性結合器101によって、その端子4に出力される。さらにこの出力信号が方向性結合器102の端子1に入力され、方向性結合器102によって、その端子2に出力され、受信機92に入力される。
【0090】
このように、各ブランチの方向性結合器41,42,…,4Lの端子4から出力される受信信号が、階層構造を成している方向性結合器101,103,…,100L−1及び方向性結合器100,102,…,10Lによって、各ブランチの受信機91,92,…,9Lに入力される。
【0091】
このため、各受信機において、受信信号に対して、振幅と位相を適宜重み付けることによって、所定の受信ビームパターンを形成することができる。即ち、重み係数に応じた所定のビームパターンを用いてアンテナアレイに到達する信号を受信することができる。
【0092】
なお、受信のとき、i番目のブランチの受信機9iには、隣接するブランチのアンテナ素子1i−1と1i+1の受信信号の一部分が混入される。例えば、受信のとき、アンテナ素子11からの受信信号がフィルタ21、アンテナ素子31及び方向性結合器41を通して、方向性結合器101の端子1に入力される。方向性結合器101において、端子1の入力信号が減衰率At12 をもって端子2に出力されるとともに、振幅減衰率At14 をもって端子4にも出力される。
一方、2番目のブランチのアンテナ素子12の受信信号がフィルタ22、アンテナスイッチ32を介して、方向性結合器42の端子3に入力され、方向性結合器42によって端子4に出力される。方向性結合器42の端子4からの出力信号が方向性結合器101の端子3に入力され、方向性結合器101によって、振幅減衰率At34 をもって端子3の入力信号が端子4に出力される。
【0093】
方向性結合器101の端子4からの出力信号には、方向性結合器42の出力端子4からの出力信号のほかに、方向性結合器41の端子4からの出力信号の一部分が混入される。このため、2番目のブランチの受信機92には、アンテナ素子12の受信信号にアンテナ素子11の受信信号(振幅が方向性結合器101の振幅減衰率At14 で減衰された)が混入される。
同様に、3番目のブランチのアンテナ素子13の受信信号がフィルタ23、アンテナスイッチ33及び方向性結合器43を介して、方向性結合器103の端子1に入力され、さらにその端子2からの出力信号が方向性結合器102の端子3に入力される。方向性結合器102において、端子3に入力される信号の大部分が端子4に出力され、受信機93に送られるが、その一部分が方向性結合器102の振幅減衰率At32 で減衰されて端子2に出力され、アンテナ素子12からの受信信号に混入される。
【0094】
実用上、方向性結合器101,102,…10L−1の振幅減衰率At14 とAt32 を低く制御することによって、隣接するブランチのアンテナ素子の受信信号による影響を無視できる程度に抑制することができる。
【0095】
次に、本実施形態の送受信システムにおける較正時の動作について説明する。本実施形態では、較正はある一つのブランチを基準として、他のブランチがこの基準ブランチに対し、振幅及び位相が一致するための較正係数をそれぞれ求める。そして、送信または受信時に各ブランチの送受信信号にそのブランチの較正係数を掛けて補正することによって、各ブランチにおける伝達関数のバラツキを補正することができる。
【0096】
ここで、例えば、1番目のブランチを基準として、他の各ブランチをこの基準ブランチに対する較正係数を求める。
受信時に、1番目のブランチのアンテナ素子11に到達する信号をX1 とし、2番目のブランチのアンテナ素子に到達する信号をX2 とし、そして、i(本実施形態において、i=1,2,…,L)番目のブランチのアンテナ素子1iに到達する信号をXi とする。
ここで、各ブランチにおける較正係数をWo1,Wo2,…,WoLとすると、これらの較正係数を用いて、i番目のブランチの受信機9iによる受信信号Yriは、次式によって表せる。
【0097】
【数15】
Yri=WoiXi …(15)
【0098】
この較正係数Woiには、ブランチ内部でビームフォーミングなどのために受信信号に掛けられる重み係数Wi 、アンテナ素子、フィルタ及び信号伝搬ケーブルの伝達特性Mi 、さらに受信機の伝達関数Ri が含まれ、次式によって表すことができる。
【0099】
【数16】
Woi=Wi Mi Ri …(16)
【0100】
送信するとき、i番目のブランチの送信信号をSi とし、送信機9iの伝達関数をTi とする。また、送受信におけるアンテナ素子、フィルタ及び信号伝搬ケーブルの伝達特性を同じMi とし、さらに、送受信が同じ指向性特性を持つビームパターンで行うとすると、送信信号に掛ける重み係数が受信時と同じくWi を用いる。これによって、送信時にi番目のブランチのアンテナ素子1iに入力される励起信号Ytiは、次式によって与えられる。
【0101】
【数17】
Yti=Wi Mi Ti Si …(17)
【0102】
式(16)によって、Wi =Woi/(Mi Ri )となり、これを式(17)に代入すると、次の式が得られる。
【0103】
【数18】
Yti=WoiSi (Ti /Ri ) …(18)
【0104】
式(18)において、Ti /Ri は、各ブランチによって異なるため、これを較正するための係数Ci は次式のように求められる。
【0105】
【数19】
Ci =Ri /Ti …(19)
【0106】
そして、1番のブランチのアンテナ素子11の送信信号を基準とすると、この基準ブランチに対して、i番目のブランチのアンテナ素子1iからの送信信号を較正するための較正係数Hi1を以下のように求められる。
【0107】
【数20】
【0108】
式(20)から分かるように、1番目のブランチを基準とする場合、i番目のブランチの較正係数Hi1は、1番目のブランチの送信機と受信機の伝達関数及びi番目の送信機と受信機の伝達関数によって求めることができる。
【0109】
図4は、本実施形態の送受信システムにおける各ブランチの較正係数を求めるフローチャートを示している。以下、図3を参照しつつ、各ブランチにおける較正係数Hi1の求め方について説明する。
【0110】
ステップS1,S2:まず、i=1として、送信機8i、即ち、1番目のブランチの送信機81によって送信信号を出力する。送信機81の送信信号が方向性結合器41の端子2に入力され、方向性結合器41によって、振幅減衰率A24をもって端子4に出力される。
そして、方向性結合器41の端子4からの出力信号が方向性結合器101の端子1に入力されるので、方向性結合器101において、端子1の入力信号が端子2に出力され、さらに方向性結合器100を介して受信機91に入力される。一方、方向性結合器101において、端子1の入力信号が減衰率At14 で減衰されて端子4に出力される。この減衰された信号が方向性結合器102の端子1に入力され、方向性結合器102を介して受信機92に入力される。
【0111】
ステップS3:受信機9i−1と9i+1によってそれぞれ帰還された信号を受信する。なお、送信機81で送信するとき、受信機92だけで帰還信号の受信が行われる。ここで、受信機92からの出力には、送信機81の伝達関数T1 、方向性結合器41の減衰率At24 、方向性結合器101の減衰率At14 、さらに方向性結合器102の減衰率At12 及び受信機92の伝達関数R2 が含まれる。また、信号伝搬経路上の方向性結合器の減衰率を合わせてR12とすれば、送信機81の送信信号がSt1に対して、受信機92より得られる受信信号Yt2を次式によって表すことができる。
【0112】
【数21】
Yt12 =St1R12T1 R2 …(21)
【0113】
ステップS4:次に、i=i+1として、iがLに達するまで上記S2とS3の処理を繰り返す。即ち、1番目のブランチからL番目のブランチまで送信と受信が順次行われる。また、各ブランチの送信機による送信信号を1番目のブランチの送信機の送信信号St1に等しくすれば、i−1番目の送信機で送信するとき、i番目の受信機によって得られる受信信号Ytiは、次式によって表すことができる。
【0114】
【数22】
Yti-1,i=St1Ri-1,i Ti-1 Ri …(22)
【0115】
また、i番目の送信機で送信するとき、i−1番目の受信機によって得られる受信信号Yti,i-1は、次式によって表すことができる。
【0116】
【数23】
Yti,i-1=St1Ri,i-1 Ti Ri-1 …(23)
【0117】
上述した送受信処理がすべてのブランチに対して行われる。さらに、ここで、各ブランチの方向性結合器が対称的に構成されているとすれば、即ち、信号伝搬経路上の方向性結合器の減衰率などを合わせた伝達関数R12=R21=R23=R32=Ri-1,i =Ri,i-1 とすれば、1番目のブランチを基準とする場合、各ブランチの較正係数Hi1を次式によって演算することができる。
【0118】
【数24】
【0119】
図5は、4つのブランチからなる送受信システムの一構成例を示している。図示のように、本例の送受信システムにおいて、アンテナ素子、フィルタ、方向性結合器及び送信機により、各ブランチが構成され、また、方向性結合器100,101,102,103及び104によって、較正回路が較正されている。なお、図5において、各受信機91,92,93及び94の受信信号に従って各ブランチの較正係数を演算する演算部が省略されている。
【0120】
図5において、それぞれ方向性結合器について、コイル及びキャパシタによって形成されている詳細な構成が示されている。これらの方向性結合器は、左右対称となる構造を有する。これによって、例えば、送信機81が送信するとき、受信機91に帰還される信号の伝搬経路と、送信機82が送信するとき、受信機91に帰還される信号の伝搬経路とが同じ伝達特性を有する。これによって、較正回路の配線の設計を容易に行われ、かつ回路構成を簡略化でき、各ブランチの較正係数の測定精度を向上できる。
【0121】
このように、本実施形態の送受信システムによれば、各ブランチにおける方向性結合器を左右対称に構成することによって、較正係数を求めるとき、i番目のブランチの送信機からi+1番目の受信機への信号伝搬経路の伝搬特性とi+1番目のブランチの送信機からi番目の受信機への信号伝搬経路の伝搬特性を等しくすることができる。これによって、1番目のブランチを基準とする場合、各ブランチの較正係数Hi1を式(24)に従って、容易に計算することができる。また、このように方向性結合器を左右対称の構成にすることによって、従来の較正回路に較べて、配線の設計を容易にできる。また、各ブランチにおいて、それぞれの最適な係数Woiを計算できるので、受信信号の到来方向を推定することができる。
【0122】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の送受信システムによれば、構造上対称的に形成されている方向性結合器を各ブランチに設けることによって、送受信機の伝達関数及び各ブランチの信号伝搬特性のバラツキを較正する較正係数を容易に求めることができる。
さらに、本発明によれば、各ブランチにおいて、それぞれの最適な係数を計算することができ、これによって受信信号の到来方向を推定することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る送受信システムの第1の実施形態を示す回路図である。
【図2】方向性結合器の一構成例を示す回路図である。
【図3】本発明に係る送受信システムの第2の実施形態を示す回路図である。
【図4】第2の実施形態の送受信システムにおいて、較正係数を求める処理を示すフローチャートである。
【図5】4つのブランチを含む送受信システムの一具体例を示す回路図である。
【図6】従来の送受信システムの一構成例を示す回路図である。
【図7】従来の送受信システムにおける較正係数を測定するときの信号の流れを示す概念図である。
【符号の説明】
11,12,13,…,1L…アンテナ素子、21,22,23,…,2L…フィルタ、31,32,33,…,3L…アンテナスイッチ、41,42,43,…,4L…方向性結合器、81,82,83,…,8L…送信機、91,92,93,…,9L…受信機、100,101,102,…,10L…方向性結合器、200,220…較正回路、120,240…演算部。
Claims (6)
- 第1のアンテナ素子、第1の送信機、受信時に上記第1のアンテナ素子からの受信信号を出力端子に出力し、送信時に上記第1の送信機からの送信信号を上記第1のアンテナ素子に出力し、また、上記第1の送信機からの送信信号を所定の減衰率をもって上記出力端子に帰還する第1の方向性結合器からなる第1のブランチと、
第2のアンテナ素子、第2の送信機、及び受信時に上記第2のアンテナ素子からの受信信号を出力端子に出力し、送信時に上記第2の送信機からの送信信号を上記第2のアンテナ素子に出力し、また、上記第2の送信機からの送信信号を所定の減衰率をもって上記出力端子に帰還する第2の方向性結合器からなる第2のブランチと、
第1と第2の入力端子がそれぞれ上記第1のブランチと第2のブランチの方向性結合器に接続され、第1と第2の出力端子がそれぞれ第1と第2の受信機に接続され、受信時に上記第1の入力端子の入力信号を上記第1の出力端子に出力し、また、所定の減衰率をもって上記第2の出力端子に結合し、上記第2の入力端子の入力信号を上記第2の出力端子に出力し、また、所定の減衰率をもって上記第1の出力端子に結合する第3の方向性結合器と、
上記第1の送信機が送信するとき、上記第1及び第3の方向性結合器によって上記第2の受信機に結合された第1の較正用受信信号と、上記第2の送信機が送信するとき、上記第2と第3の方向性結合器によって上記第1の受信機に結合された第2の較正用受信信号とに応じて、上記第2のブランチを較正する較正係数を求める演算手段と
を有する送受信システム。 - 上記演算手段は、上記第1のブランチを基準として、上記第1の受信信号と上記第2の受信信号との比に応じて、上記第2のブランチに適用される較正係数を求める
請求項1記載の送受信システム。 - 上記第3の方向性結合器において、上記第1の入力端子の入力信号を上記第2の出力端子に出力する減衰率と、上記第2の入力端子の入力信号を上記第1の出力端子に出力する減衰率とが等しく形成されている
請求項1記載の送受信システム。 - アンテナ素子、方向性結合器及び送信機を有し、上記方向性結合器は、受信時に上記アンテナ素子からの受信信号を出力端子に出力し、送信時に上記送信機からの送信信号を上記アンテナ素子に出力し、また、上記送信機からの送信信号を所定の減衰率をもって上記出力端子に帰還するように構成されているL(L≧2、Lは整数)本のブランチと、
上記L本のブランチに対して2本毎に設けられ、第1の入力端子がi(1≦i≦L、iは奇数)本目の上記ブランチの上記方向性結合器に接続され、第2の入力端子がi+1本目の上記ブランチの上記方向性結合器に接続され、上記第1の入力端子からの入力信号を第1の出力端子出力し、上記第2の入力端子からの入力信号を所定の減衰率で第1の出力端子に結合し、また、上記第2の入力端子からの入力信号を第2の出力端子に出力し、上記第1の入力端子からの入力信号を所定の減衰率で上記第2の出力端子に結合する複数の2層目方向性結合器と、
上記2層目の方向性結合器に対して一つ毎に設けられ、第1と第2の入力端子が隣接する上記2層目の方向性結合器の第1または第2の出力端子に接続され、第1と第2の出力端子に受信機が接続されている複数の3層目の方向性結合器と、
上記i本目のブランチの送信機が送信するとき、第i−1番目とi+1番目の受信機の受信信号に応じて、上記各ブランチの較正係数を求める演算手段と
を有する送受信システム。 - 上記3層目の方向性結合器は、上記第1の入力端子の入力信号を上記第1の出力端子に出力し、かつ所定の減衰率で上記第2の出力端子に結合し、上記第2の入力端子の入力信号を上記第2の出力端子に出力し、かつ上記所定の減衰率で上記第1の出力端子に結合する
請求項4記載の送受信システム。
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