JP4362521B2 - Wireless device and antenna orientation adjustment method - Google Patents
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Description
本発明は、ミリ波を用いた無線通信におけるアンテナ方位調整技術に関する。 The present invention relates to an antenna orientation adjustment technique in wireless communication using millimeter waves.
近年、無線通信の大容量化に対応すべく、ミリ波を用いた無線通信システムが開発されている。例えば、６０ＧＨｚ帯を用いた通信速度１．２５Ｇｂｐｓを有する無線通信システムも既に開発されている（非特許文献１参照）。 In recent years, wireless communication systems using millimeter waves have been developed in order to cope with an increase in capacity of wireless communication. For example, a wireless communication system using a 60 GHz band and having a communication speed of 1.25 Gbps has already been developed (see Non-Patent Document 1).
しかし、このようなミリ波無線においては、使用するデバイスの出力に限界があるため、送信機の出力が数十ｍＷ程度にとどまっている。また、受信機においても、低ＮＦの増幅器が得られない、あるいは広帯域のデータ伝送を行うため雑音電力が大きくなるなどの結果、受信機に使用されるミリ波検波器の最小受信感度が−５０ｄＢｍ程度しか得られていない。このように送信機の出力が低く、また受信感度も悪いため、１ｋｍ程度のデータ送信を行うためには、アンテナのビーム幅が１度以下の非常に指向性の高いアンテナを使用する必要がある。
このようなビーム幅が狭いアンテナを使用すると、送信機と受信機間でアンテナの軸合わせを行う際に、送信機と受信機のアンテナ方位が互いに高い精度で一致しない限り、ミリ波検波器の最小受信感度を上回り、受信機に入力された電力に応じて変動するモニタ電圧を変化させるために必要な受信電力を得ることはできない。 When such an antenna with a narrow beam width is used, when the antenna is aligned between the transmitter and the receiver, unless the antenna orientations of the transmitter and the receiver coincide with each other with high accuracy, the millimeter wave detector The reception power required to change the monitor voltage that exceeds the minimum reception sensitivity and varies according to the power input to the receiver cannot be obtained.
例えば、送信電力１０ｄＢｍ、送信機および受信機のアンテナゲイン５０ｄＢｉ、最小受信電力−４０ｄＢｍ、伝送距離１ｋｍの場合、アンテナのビーム形状をガウシアン関数で近似した場合、検波器の最小受信感度を超え、モニタ電圧が変動するミリ波電力が入力されるアンテナ方位のマージンは、最大受信電力が得られる方位を中心として約１度の範囲でしかい。 For example, when the transmission power is 10 dBm, the antenna gain of the transmitter and the receiver is 50 dBi, the minimum reception power is -40 dBm, and the transmission distance is 1 km, when the antenna beam shape is approximated by a Gaussian function, the minimum reception sensitivity of the detector is exceeded. The margin of the antenna azimuth in which millimeter-wave power with varying voltage is input is in a range of about 1 degree around the azimuth where the maximum received power can be obtained.
ところで、従来のマイクロ波帯無線では、ビーム幅が３度以上の指向性の低いアンテナを使用しており、最小受信電力も−１００ｄＢｍ程度である。このため、望遠鏡などでアンテナ軸を大まかに合わせれば、検波器の最小受信感度を上回る受信電力が得られる。 By the way, in the conventional microwave band radio, a low directivity antenna having a beam width of 3 degrees or more is used, and the minimum reception power is about −100 dBm. For this reason, if the antenna axis is roughly aligned with a telescope or the like, reception power exceeding the minimum reception sensitivity of the detector can be obtained.
図１０は、一般的なマイクロ波帯無線でのアンテナ軸調整方法を模式的に示す図である。図１０において、色の濃淡は受信電力の強度を示す。望遠鏡などでアンテナ軸を大まかに合わせた場合の初期段階において、既に検波器は受信電力を検知し、モニタ電圧は変動しているため、モニタ電圧が最大になるようにアンテナ軸を調整すればよい。 FIG. 10 is a diagram schematically showing an antenna axis adjustment method in general microwave band radio. In FIG. 10, shades of color indicate the intensity of received power. In the initial stage when the antenna axis is roughly aligned with a telescope or the like, the detector has already detected the received power and the monitor voltage has fluctuated, so the antenna axis should be adjusted so that the monitor voltage is maximized. .
一方、ミリ波無線では、大まかな位置合わせのみでは検波器で検知できるだけの受信電力が得られない場合が多い。 On the other hand, in the case of millimeter wave radio, it is often the case that the received power that can be detected by the detector cannot be obtained only by rough alignment.
図１１は、ミリ波帯無線でのアンテナ軸調整方法を模式的に示す図である。符号１１１の範囲は、検波器のモニタ電圧が変動する受信電力が得られる範囲である。ミリ波帯無線では、アンテナ軸をスキャンする範囲の一部１１１でしか、検波器で検波できるだけの受信電力が得られない。このため、モニタ電圧が変動を始める領域を見つけるために、広い角度を細かいステップでスキャンする必要がある。この際、図１１（ａ）に示すように、ステップが細かいと、広い範囲をスキャンするには長い時間が必要となる。一方、図１１（ｂ）に示すように、スキャンする時間を短くするためにステップ幅を粗くすると、モニタ電圧が変動する範囲１１１を飛ばす可能性がある。 FIG. 11 is a diagram schematically illustrating an antenna axis adjustment method in millimeter wave band radio. The range indicated by reference numeral 111 is a range in which received power in which the monitor voltage of the detector varies is obtained. In the millimeter wave band radio, reception power sufficient for detection by the detector can be obtained only in a part 111 of the range in which the antenna axis is scanned. For this reason, in order to find a region where the monitor voltage starts to fluctuate, it is necessary to scan a wide angle in fine steps. At this time, as shown in FIG. 11A, if the steps are fine, it takes a long time to scan a wide range. On the other hand, as shown in FIG. 11B, if the step width is increased in order to shorten the scanning time, the range 111 in which the monitor voltage fluctuates may be skipped.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、高指向性のアンテナを使用するミリ波無線システムにおいて、アンテナ軸の調整を容易にかつ短時間に行うことにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to easily and quickly adjust the antenna axis in a millimeter wave radio system using a highly directional antenna.
上記目的を達成するため、本発明は、ミリ波無線システムにおけるミリ波を受信可能な無線装置であって、伝送距離の入力を受け付ける入力部と、ミリ波の受信電力を検出する検波器と、前記入力された伝送距離に応じた角度マージンを算出し、当該角度マージンの１倍以上かつ√２倍未満を最小ステップ幅としてアンテナの２軸をスキャンし、受信感度が得られるアンテナ方位を検出する制御回路と、を備える。 In order to achieve the above object, the present invention is a wireless device capable of receiving millimeter waves in a millimeter wave wireless system, an input unit that receives an input of a transmission distance, a detector that detects received power of millimeter waves, An angle margin corresponding to the input transmission distance is calculated, and the two axes of the antenna are scanned with a minimum step width that is greater than or equal to 1 and less than √2 times the angle margin , and an antenna orientation that provides reception sensitivity is detected. A control circuit.
また、本発明は、ミリ波無線システムにおけるミリ波を受信可能な無線装置が行うアンテナ方位調整方法であって、前記無線装置は、アンテナゲイン、送信電力および検波器の最小受信感度を記憶したメモリを備え、伝送距離の入力を受け付ける入力ステップと、前記入力された伝送距離と、前記メモリに記憶された情報とに基づいて、当該無線装置において最大受信感度が得られるアンテナ方位と、前記検波器が受信電力を検知し始めるアンテナ方位との角度マージンを算出する算出ステップと、前記角度マージンの１倍以上かつ√２倍未満を最小ステップ幅でアンテナの２軸をスキャンし、前記検波器が受信電力を検知するポイントを検出する第１の検出ステップと、前記検出ステップで検出したポイントを中心として前記最小ステップ幅より小さい半径の円を円弧状にスキャンし、円弧状にスキャンした中で最大受信電力が得られるポイントに移動することを繰り返し行うことにより、最大受信感度が得られる第１のアンテナ方位を検出する第２の検出ステップと、を行う。 The present invention also relates to an antenna azimuth adjustment method performed by a radio apparatus capable of receiving millimeter waves in a millimeter wave radio system, wherein the radio apparatus stores an antenna gain, transmission power, and minimum reception sensitivity of a detector. An input step for receiving an input of a transmission distance, an antenna direction capable of obtaining a maximum receiving sensitivity in the wireless device based on the input transmission distance and information stored in the memory, and the detector Calculates the angle margin with respect to the antenna orientation at which the received power starts to be detected, and scans the two axes of the antenna with the minimum step width at least 1 and less than √2 times the angle margin, and the detector receives A first detection step for detecting a point for detecting electric power, and the minimum step centering on the point detected in the detection step; By scanning a circle with a smaller radius in an arc shape and repeatedly moving to a point where the maximum received power can be obtained in the arc shape scan, the first antenna orientation for obtaining the maximum reception sensitivity is detected. And a second detection step.
本発明によれば、高指向性のアンテナを使用するミリ波無線システムにおいて、アンテナ軸の調整をより容易にかつより短時間に行うことができる。 According to the present invention, in a millimeter wave radio system using a highly directional antenna, the antenna axis can be adjusted more easily and in a shorter time.
以下、本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態が適用された、ミリ波を通信媒体とする無線システムの構成図である。本実形形態の無線システムは、受信側の無線装置として、受信機１と、アンテナ５ａと、雲台２に備えられたＸ軸ステッピングモータ２１およびＹ軸ステッピングモータ２２と、を備える。また、無線システムは、送信側の無線装置として、送信機３と、アンテナ５ｂと、雲台４と、を備える。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a configuration diagram of a wireless system using millimeter waves as a communication medium to which the first embodiment of the present invention is applied. The wireless system according to the present embodiment includes a receiver 1, an antenna 5 a, and an X-axis stepping motor 21 and a Y-axis stepping motor 22 provided on the camera platform 2 as a wireless device on the reception side. The wireless system includes a transmitter 3, an antenna 5b, and a pan head 4 as a wireless device on the transmission side.
受信機１は、検波器１３と、電圧計１４と、メモリ１２と、ＣＰＵ（制御回路）１５と、入力端子１１とを備える。検波器１３は、アンテナ５ａを介してミリ波信号を受信すると、受信電力に応じたモニタ電圧を出力する。電圧計１４は、検波器１３が出力したモニタ電圧を計測し、ＣＰＵ１５に出力する。 The receiver 1 includes a detector 13, a voltmeter 14, a memory 12, a CPU (control circuit) 15, and an input terminal 11. When receiving the millimeter wave signal via the antenna 5a, the detector 13 outputs a monitor voltage corresponding to the received power. The voltmeter 14 measures the monitor voltage output from the detector 13 and outputs it to the CPU 15.
メモリ１２には、送信電力やミリ波の波長等の情報と、検波器１３の最小受信感度と、送信機３および受信機１のアンテナゲインと、ビームプロファイルとが、あらかじめ記憶されている。入力端子１１は、ユーザが入力する無線の伝送距離（送信機３と受信機１の距離）を受け付ける。 Information such as transmission power and millimeter wave wavelength, minimum reception sensitivity of the detector 13, antenna gains of the transmitter 3 and the receiver 1, and a beam profile are stored in the memory 12 in advance. The input terminal 11 receives a wireless transmission distance (a distance between the transmitter 3 and the receiver 1) input by the user.
ＣＰＵ１５は、メモリ１２に記憶された各種情報と、入力された伝送距離とを用いて、最大受信感度が得られるアンテナ方位と、検波器１３から出力されるモニタ電圧が変化を始めるアンテナ方位との角度（角度マージン）を算出する。 The CPU 15 uses the various information stored in the memory 12 and the input transmission distance to determine the antenna azimuth at which maximum reception sensitivity is obtained and the antenna azimuth at which the monitor voltage output from the detector 13 starts to change. An angle (angle margin) is calculated.
送信電力をＰout、ミリ波の波長をλ、伝送距離をｄ、送信機３のアンテナゲインをＧt、受信機１のアンテナゲインをＧr、アンテナ５ａのビームプロファイル関数をｆ（Φ）、および、受信機の最小受信感度をＰminとすると、ＣＰＵ１５は、以下の式１により角度Φを算出する。 The transmission power is Pout, the millimeter wave wavelength is λ, the transmission distance is d, the antenna gain of the transmitter 3 is Gt, the antenna gain of the receiver 1 is Gr, the beam profile function of the antenna 5a is f (Φ), and reception Assuming that the minimum receiving sensitivity of the machine is Pmin, the CPU 15 calculates the angle Φ by the following formula 1.
Ｐmin ＝ (λ／４πｄ)２ ＧtＧrｆ(Φ)Ｐout 式１
また、ＣＰＵ１５は、算出した角度Φおよび後述する最小ステップ幅により、ステッピングモータ２１、２２を駆動して、アンテナ軸を制御する。
Pmin = (λ / 4πd) 2 GtGrf (Φ) Pout Equation 1
Further, the CPU 15 controls the antenna axis by driving the stepping motors 21 and 22 with the calculated angle Φ and the minimum step width described later.
次に、本実施形態のアンテナ方位調整処理を説明する。 Next, antenna azimuth adjustment processing according to the present embodiment will be described.
図２は、受信側の無線装置が行うアンテナ方位調整処理のフローチャートである。 FIG. 2 is a flowchart of antenna azimuth adjustment processing performed by the radio device on the receiving side.
まず、ユーザは、受信機１の入力端子１１から、当該受信機１と送信機３との伝送距離を入力する。入力端子１１は、ユーザが入力した伝送距離を受け付け、ＣＰＵ１５に出力する（Ｓ１１）。 First, the user inputs the transmission distance between the receiver 1 and the transmitter 3 from the input terminal 11 of the receiver 1. The input terminal 11 receives the transmission distance input by the user and outputs it to the CPU 15 (S11).
そして、ＣＰＵ１５は、入力された伝送距離と、メモリ１２に記憶された各種情報とに基づいて、最大受信感度が得られるアンテナ方位と、検波器１３から出力されるモニタ電圧が変化を始めるアンテナ方位との角度を算出する。なお、ＣＰＵ１５は、前述の式１を用いて角度を算出する。そして、ＣＰＵ１５は、算出した角度を用いて、スキャンを行う際の最小ステップ幅を決定する（Ｓ１２）。 Then, based on the input transmission distance and various information stored in the memory 12, the CPU 15 obtains the antenna orientation in which the maximum reception sensitivity is obtained, and the antenna orientation in which the monitor voltage output from the detector 13 starts to change. And the angle is calculated. Note that the CPU 15 calculates the angle using the above-described Expression 1. Then, the CPU 15 uses the calculated angle to determine the minimum step width for scanning (S12).
図３に示すように、角度Φの√２倍未満の値を最小ステップ幅としてスキャンした場合、必ずどこかの測定点（ポイント）で、検波器１３は受信電力を検知することができる。また、角度の１倍以下の値を最小ステップ幅としてスキャンした場合、スキャンに要する時間が増えるだけで、効果がない。したがって、ＣＰＵ１５は、角度の√２倍未満で、かつ、１倍以上の値を最小ステップ幅とする。これにより、スキャンに要する時間を短縮することができる。 As shown in FIG. 3, when a value less than √2 times the angle Φ is scanned as the minimum step width, the detector 13 can always detect the received power at some measurement point (point). Also, when scanning is performed with a value less than 1 times the angle as the minimum step width, only the time required for scanning is increased, and there is no effect. Therefore, the CPU 15 sets a value that is less than √2 times the angle and at least 1 time as the minimum step width. Thereby, the time required for scanning can be shortened.
そして、ＣＰＵ１５は、Ｓ１２で算出した角度と最小ステップ幅でステッピングモータ２１、２２を駆動し、アンテナ軸２軸を中心とした回転方向のスキャンを行う（Ｓ１３）。すなわち、ステッピングモータ２１、２２の制御により、アンテナ５ａは、Ｘ軸およびＹ軸の２軸を中心として最小ステップ幅回転する。そして、検波器１３が受信した受信電力（モニタ電圧）がＣＰＵ１５に入力される。 Then, the CPU 15 drives the stepping motors 21 and 22 with the angle and the minimum step width calculated in S12, and scans in the rotation direction around the two antenna axes (S13). That is, under the control of the stepping motors 21 and 22, the antenna 5a rotates about the minimum step width about the two axes of the X axis and the Y axis. The received power (monitor voltage) received by the detector 13 is input to the CPU 15.
ＣＰＵ１５は、受信電力とメモリ１２に記憶された最小受信感度とを比較する（Ｓ１４）。受信電力が最小受信感度より小さい場合、すなわち検波器１３がミリ波の受信電力を検知していない場合（Ｓ１４：ＮＯ）、Ｓ１３に戻り、最小ステップ幅移動して、スキャンを行う。 The CPU 15 compares the received power with the minimum reception sensitivity stored in the memory 12 (S14). When the received power is smaller than the minimum reception sensitivity, that is, when the detector 13 does not detect the millimeter-wave received power (S14: NO), the process returns to S13, moves the minimum step width, and scans.
一方、受信電力が最小受信感度より大きい場合、すなわち、図４の測定点４１に示すように検波器１３が受信電力を検知（モニタ電圧が変化）した場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１５は、測定点４１を中心に最小ステップ幅より小さい間隔を初期値の半径として円弧状にスキャンを行う（Ｓ１５）。 On the other hand, when the received power is larger than the minimum reception sensitivity, that is, when the detector 13 detects the received power (monitor voltage changes) as shown at the measurement point 41 in FIG. 4 (S14: YES), the CPU 15 performs measurement. Scanning in an arc is performed with the interval smaller than the minimum step width centered on the point 41 as the initial radius (S15).
そして、ＣＰＵ１５は、円弧上の中で得られた最大受信電力と、中心点で得られた受信電力とを比較する（Ｓ１６）。円弧上の中で得られた最大受信電力が中心点の受信電力より大きい場合（Ｓ１６：ＮＯ）、ＣＰＵ１５は、最大受信電力が得られた測定点４２に移動する（。Ｓ１７）。そして、ＣＰＵ１５は、移動した測定点４２を中心として円弧状にスキャンを行い（Ｓ１５）、最大受信電力が得られる測定点４３に移動する（Ｓ１６、Ｓ１７）。そして、最大受信電力が得られた測定点が中心点となった場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、処理を終了する。 Then, the CPU 15 compares the maximum received power obtained in the arc and the received power obtained at the center point (S16). When the maximum received power obtained on the arc is larger than the received power at the center point (S16: NO), the CPU 15 moves to the measurement point 42 where the maximum received power is obtained (S17). Then, the CPU 15 scans in an arc shape around the moved measurement point 42 (S15), and moves to the measurement point 43 where the maximum received power is obtained (S16, S17). If the measurement point at which the maximum received power is obtained becomes the center point (S16: YES), the process ends.
これにより、受信機１は、最大受信電力が得られる方位を検出することができる。なお、最大受信電力が得られる方位は、円弧状のスキャン後の、円弧の中心での受信電力が円弧上の受信電力よりも大きい場合の当該円弧の中心としてもよい。 Thereby, the receiver 1 can detect the azimuth in which the maximum received power can be obtained. The direction from which the maximum received power can be obtained may be the center of the arc when the received power at the center of the arc after the arc scan is larger than the received power on the arc.
以上説明した本実施形態では、入力された送信機３と受信機１との伝送距離から、検波器１３が検出可能な角度（角度マージン）を算出し、当該角度を用いてアンテナ軸をスキャンする際のステップ幅を決定する。これにより、本実施形態では、ミリ波の無線システムにおけるアンテナ軸の調整を、容易にかつ短時間で行うことができる。すなわち、回線を設置する際に、アンテナ軸調整にかかる時間を短縮し、労力を削減することができる。 In the present embodiment described above, an angle (angle margin) that can be detected by the detector 13 is calculated from the input transmission distance between the transmitter 3 and the receiver 1, and the antenna axis is scanned using the angle. Determine the step width. As a result, in the present embodiment, the antenna axis in the millimeter wave radio system can be adjusted easily and in a short time. That is, when installing a line, the time required for antenna axis adjustment can be shortened and labor can be reduced.
また、本実施形態では、ミリ波無線回線を設置後、振動や温度変化などによりアンテナ軸がずれた場合でも、自動的に最大電力が得られるようにアンテナ軸の調整を行うため、無線回線の伝送特性を安定化することができる。 In addition, in this embodiment, after installing a millimeter-wave wireless line, even if the antenna axis is shifted due to vibration or temperature change, the antenna axis is adjusted so that the maximum power is automatically obtained. Transmission characteristics can be stabilized.
また、本実施形態では、検波器１３がミリ波の受信電力を検知すると、当該測定点を中心に円弧状にスキャンを行い、最大受信電力が得られた測定点に移動する処理を繰り返し行う（図２：Ｓ１５〜Ｓ１７）。これにより、本実施形態では、最大受信感度が得られるアンテナ５ａのアンテナ方位を容易に検出することができる。 Further, in the present embodiment, when the detector 13 detects the received power of the millimeter wave, scanning is performed in an arc shape around the measurement point, and the process of moving to the measurement point where the maximum received power is obtained is repeatedly performed ( Figure 2: S15-S17). Thereby, in this embodiment, the antenna azimuth | direction of the antenna 5a from which the maximum receiving sensitivity is obtained can be detected easily.
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、アンテナ５ａの走査アルゴリズムとして、図３に示すつづら折りのような走査を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、らせん状に走査するなど、既知の走査アルゴリズムを用いることができる。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, Many deformation | transformation are possible within the range of the summary. For example, in the above-described embodiment, the scan like the zigzag shown in FIG. 3 is exemplified as the scanning algorithm of the antenna 5a. However, the present invention is not limited to this. For example, a known scanning algorithm can be used, such as scanning in a spiral.
＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について説明する。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment will be described.
図５は、本発明の第２の実施形態が適用された無線システムの構成図である。図示する無線システムの受信側の無線装置は、受信機１と、ＰＣ（Personal Computer）などの制御装置６と、アンテナ５ａと、雲台２に備えられたステッピングモータ２１、２２と、を備える。送信機３については、第１の実施形態と同様である。 FIG. 5 is a configuration diagram of a wireless system to which the second exemplary embodiment of the present invention is applied. The wireless device on the receiving side of the illustrated wireless system includes a receiver 1, a control device 6 such as a PC (Personal Computer), an antenna 5 a, and stepping motors 21 and 22 provided on the pan head 2. The transmitter 3 is the same as that in the first embodiment.
本実施形態の受信機１は、第１の実施形態と同様の、検波器１３および電圧計１４を備える。また、ＰＣ６は、第１の実施形態で説明した受信機１内のＣＰＵ１５およびメモリ１２と同様メモリ６１およびＣＰＵ６２と、伝送距離を入力するための入力装置（不図示）とを備える。 The receiver 1 of this embodiment includes a detector 13 and a voltmeter 14 that are the same as those of the first embodiment. The PC 6 includes a memory 61 and a CPU 62 similar to the CPU 15 and the memory 12 in the receiver 1 described in the first embodiment, and an input device (not shown) for inputting a transmission distance.
なお、図示する例では、電圧計１４は受信機１内に備えられているが、ＰＣ６と同様に、外部の電圧計を用いることとしてもよい。 In the illustrated example, the voltmeter 14 is provided in the receiver 1, but an external voltmeter may be used as in the PC 6.
受信機１とＰＣ６とは、例えば、ＲＳ２３２またはイーサネット（登録商標）などのシリアル通信、ＧＰ−ＩＢなどのパラレル通信などで接続することが考えられる。その場合、モニタ電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換機などを備えることとしてもよい。 For example, the receiver 1 and the PC 6 may be connected by serial communication such as RS232 or Ethernet (registered trademark), parallel communication such as GP-IB, or the like. In that case, it is good also as providing the A / D converter etc. which convert a monitor voltage into a digital value.
また、受信機１とＰＣ６とは、受信機１が出力するモニタ電圧をＰＣ６が直接取り込む接続形態であってもよい。その場合、ＰＣ６内には、モニタ電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換機などを備えることとしてもよい。 The receiver 1 and the PC 6 may be connected so that the PC 6 directly takes in the monitor voltage output from the receiver 1. In that case, the PC 6 may include an A / D converter that converts the monitor voltage into a digital value.
本実施形態の、アンテナ方位調整処理は、第１の実施形態の処理（図２参照）と同様であるため、ここでは説明を省略する。 The antenna orientation adjustment process of the present embodiment is the same as the process of the first embodiment (see FIG. 2), and thus the description thereof is omitted here.
＜第３の実施形態＞
次に、第３の実施形態について説明する。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment will be described.
第１の実施形態では、受信機１のアンテナ５ａのアンテナ軸調整を行ったが、最大受信電力を得るためには、送信機３のアンテナ５ｂのアンテナ軸も同時に調整する必要がある。本実施形態では、受信機１のアンテナ軸調整だけでなく、送信機３のアンテナ軸調整も行う。 In the first embodiment, the antenna axis of the antenna 5a of the receiver 1 is adjusted. However, in order to obtain the maximum received power, the antenna axis of the antenna 5b of the transmitter 3 needs to be adjusted at the same time. In the present embodiment, not only the antenna axis adjustment of the receiver 1 but also the antenna axis adjustment of the transmitter 3 is performed.
図６は、本発明の第３の実施形態が適用された無線システムの構成図である。図示する無線システムの受信側の無線装置は、ＰＣなどの制御装置６と、受信機１と、アンテナ５ａと、雲台２に備えられたステッピングモータ２１、２２と、を備える。 FIG. 6 is a configuration diagram of a wireless system to which the third embodiment of the present invention is applied. The wireless device on the receiving side of the illustrated wireless system includes a control device 6 such as a PC, a receiver 1, an antenna 5 a, and stepping motors 21 and 22 provided on the camera platform 2.
本実施形態の受信機１は、検波器１３および電圧計１４を備える。また、ＰＣ６は、メモリ６１と、ＣＰＵ６２と、受信電力（モニタ電圧）を送信するためのアンテナ８ａと、伝送距離を入力するための入力装置（不図示）と、を備える。 The receiver 1 of this embodiment includes a detector 13 and a voltmeter 14. The PC 6 includes a memory 61, a CPU 62, an antenna 8a for transmitting received power (monitor voltage), and an input device (not shown) for inputting a transmission distance.
また、送信機側の無線装置は、ＰＣなどの制御装置７と、送信機３と、アンテナ５ｂと、雲台４に備えられたステッピングモータ４１、４２と、を備える。ＰＣ７は、メモリ７１と、ＣＰＵ７２と、受信電力を受信するためのアンテナ８ｂと、伝送距離を入力するための入力装置（不図示）と、を備える。 The wireless device on the transmitter side includes a control device 7 such as a PC, a transmitter 3, an antenna 5 b, and stepping motors 41 and 42 provided on the camera platform 4. The PC 7 includes a memory 71, a CPU 72, an antenna 8b for receiving received power, and an input device (not shown) for inputting a transmission distance.
受信電力を送信する受信電力伝送用無線回線は、例えば無線ＬＡＮなどであって、大容量のデータ伝送を行うミリ波無線回線とは異なる周波数帯を使用し、大容量の伝送速度は必要としない。なお、受信電力伝送用無線回線は、電話回線や光ファイバ回線などの有線回線でもよい。 The reception power transmission wireless line for transmitting the received power is, for example, a wireless LAN, and uses a frequency band different from that of the millimeter-wave wireless line for performing large capacity data transmission, and does not require a large capacity transmission speed. . The reception power transmission radio line may be a wired line such as a telephone line or an optical fiber line.
受信側ＰＣ６のＣＰＵ６２は、第１の実施形態と同様のアンテナ方位調整処理を行うとともに、検波器１３の受信電力（モニタ電圧）を、アンテナ８ａおよび受信電力伝送用無線回線を介して送信側のＰＣ７に送信する。 The CPU 62 of the reception side PC 6 performs the antenna orientation adjustment process similar to that of the first embodiment, and the reception power (monitor voltage) of the detector 13 is transmitted to the transmission side via the antenna 8a and the reception power transmission wireless line. Send to PC7.
送信側ＰＣ７のＣＰＵ７２は、アンテナ８ｂから受信電力を受信し、当該受信電力を最大化するように、第１の実施形態と同様のアンテナ方位調整処理によりアンテナ５ｂのアンテナ軸の制御を行う。 The CPU 72 of the transmitting PC 7 receives the received power from the antenna 8b and controls the antenna axis of the antenna 5b by the antenna orientation adjustment process similar to that of the first embodiment so as to maximize the received power.
なお、受信側ＰＣ６と送信側ＰＣ７とは、同時にアンテナ軸の制御をしないように調整する必要がある。そこで、例えば先に受信側ＰＣ６が、アンテナ軸の制御を実施し（その間は送信側では静止）、その時点での最大受信電力を検出した後、送信側ＰＣ７がアンテナ軸の制御を実施（その間は受信側では静止）するようにしてもよい。さらにその後、受信側ＰＣ６のアンテナ軸の制御と、送信側ＰＣ７のアンテナ軸の制御とを再度実施することとしてもよい。 The receiving PC 6 and the transmitting PC 7 need to be adjusted so as not to control the antenna axis at the same time. Therefore, for example, the receiving side PC 6 first controls the antenna axis (while the transmitting side is stationary at that time), and after detecting the maximum received power at that time, the transmitting side PC 7 controls the antenna axis (during that time) May be stationary on the receiving side). Thereafter, the control of the antenna axis of the receiving PC 6 and the control of the antenna axis of the transmitting PC 7 may be performed again.
また、受信側ＰＣ６と送信側ＰＣ７でのアンテナ軸制御の実施タイミングについては、受信電力伝送用無線回線を用いて通信することにより、タイミング調整を行うことが考えられる。 Further, with respect to the implementation timing of the antenna axis control between the reception-side PC 6 and the transmission-side PC 7, it is conceivable to adjust the timing by performing communication using a reception power transmission radio channel.
＜第４の実施形態＞
次に、第４の実施形態について説明する。
<Fourth Embodiment>
Next, a fourth embodiment will be described.
図７は、本発明の第４の実施形態が適用された無線システムの構成図である。 FIG. 7 is a configuration diagram of a wireless system to which the fourth embodiment of the present invention is applied.
本実施形態の各無線装置は、ＰＣなどの制御装置６と、送受信機１Ａと、アンテナ５と、雲台２に備えられたステッピングモータ２１、２２と、を備える。送受信機１Ａは、検波器１３および電圧計１４を備え、送信機および受信機の機能をし、周波数分割または偏波分割を用いて１つのアンテナ５からデータの送受信する双方向伝送を行う。ＰＣ６は、メモリ６１と、ＣＰＵ６２と、伝送距離を入力するための入力装置（不図示）と、を備える。 Each wireless device of the present embodiment includes a control device 6 such as a PC, a transceiver 1A, an antenna 5, and stepping motors 21 and 22 provided on the pan head 2. The transceiver 1A includes a detector 13 and a voltmeter 14, functions as a transmitter and a receiver, and performs bidirectional transmission of transmitting and receiving data from one antenna 5 using frequency division or polarization division. The PC 6 includes a memory 61, a CPU 62, and an input device (not shown) for inputting a transmission distance.
各無線装置のＰＣ６は、自送受信機１Ａの検波器１３が検知する受信電力（モニタ電圧）が最大となるように、第１の実施形態と同様のアンテナ方位調整処理によりアンテナ軸の制御を行う。 The PC 6 of each wireless device controls the antenna axis by the antenna orientation adjustment process similar to that of the first embodiment so that the received power (monitor voltage) detected by the detector 13 of the own transceiver 1A is maximized. .
本実施形態では、第３の実施形態と異なり、自送受信機１Ａの受信電圧を他の無線装置に送信する必要がない。 In the present embodiment, unlike the third embodiment, there is no need to transmit the reception voltage of the own transceiver 1A to another wireless device.
＜第５の実施形態＞
次に、第５の実施形態について説明する。
<Fifth Embodiment>
Next, a fifth embodiment will be described.
本実施形態は、アンテナの放射パタンにサイドローブがある場合を考慮したものである。 In the present embodiment, the case where there is a side lobe in the radiation pattern of the antenna is considered.
本実施形態の無線システムの構成は、第１の実施形態（図１参照）と同様のものとするが、以下に説明するアンテナ方位調整処理は、第２の実施形態、第３の実施形態、および第４の実施形態の何れの実施形態においても適用することができる。 The configuration of the wireless system of this embodiment is the same as that of the first embodiment (see FIG. 1), but the antenna orientation adjustment processing described below is performed in the second embodiment, the third embodiment, It can be applied to any of the fourth and fourth embodiments.
図８は、本実施形態の受信側の無線装置が行うアンテナ方位調整処理のフローチャートである。図９は、サイドローブがある場合の、モニタ電圧が変動する受信電力が得られる範囲を模式的に示した図である。図９の色の濃淡は、受信電力の強度を示すものである。 FIG. 8 is a flowchart of antenna azimuth adjustment processing performed by the receiving-side radio apparatus of this embodiment. FIG. 9 is a diagram schematically showing a range in which received power in which the monitor voltage fluctuates can be obtained when there is a side lobe. The color shading in FIG. 9 indicates the intensity of received power.
Ｓ２１からＳ２７については、第１の実施形態の図２のＳ１１からＳ１７の処理と同様であるため、ここでは説明を省略する。なお、図９の測定点９３は、中心点の受信電力が円弧上での最大受信電力となった時点（Ｓ２６：ＹＥＳ）の測定点であり、本実施形態のサイドローブ方向である。 Since S21 to S27 are the same as the processing of S11 to S17 in FIG. 2 of the first embodiment, the description thereof is omitted here. Note that the measurement point 93 in FIG. 9 is a measurement point when the received power at the center point reaches the maximum received power on the arc (S26: YES), and is in the side lobe direction of the present embodiment.
ここで、ＣＰＵ１５は、検波器１３の受信電力の最大値（受信機１と送信機３のアンテナ方位が一致したときに得られる理論値）を算出し、当該最大値と中心点９３で得られる検波器１３の受信電力とを比較する（Ｓ２８）。 Here, the CPU 15 calculates the maximum value of the received power of the detector 13 (theoretical value obtained when the antenna orientations of the receiver 1 and the transmitter 3 match), and is obtained at the maximum value and the center point 93. The received power of the detector 13 is compared (S28).
最大受信電力は、前述の式１の右辺で角度Φ＝０とした値、すなわち、以下の式２により算出される。 The maximum received power is calculated by the value obtained by setting the angle Φ = 0 on the right side of Equation 1 described above, that is, Equation 2 below.
(λ／４πｄ)２ ＧtＧrｆ(０)Ｐout 式２
なお、ＣＰＵ１５は、式２で算出した最大受信電力に、検波器１３の変換係数（検波器にて受信した電力をモニタ電圧に変換する係数）を乗ずることにより、モニタ電圧を算出する。なお、検波器１３の変換係数は、検波器１３の特性によって与えられる値である。変換係数が定数でない場合は、例えば受信電力とモニタ電圧の関係を実験的に求めてもよい。また、実験的に求めた変換係数は、変換テーブルとして、受信機１のメモリ１２に保持することとしてもよい。
(λ / 4πd) 2 GtGrf (0) Pout Equation 2
The CPU 15 calculates the monitor voltage by multiplying the maximum received power calculated by Expression 2 by the conversion coefficient of the detector 13 (the coefficient for converting the power received by the detector into the monitor voltage). The conversion coefficient of the detector 13 is a value given by the characteristics of the detector 13. When the conversion coefficient is not a constant, for example, the relationship between the received power and the monitor voltage may be obtained experimentally. Further, the conversion coefficient obtained experimentally may be held in the memory 12 of the receiver 1 as a conversion table.
中心点での受信電力が大きい場合（Ｓ２８：ＮＯ）、処理を終了する。 If the received power at the center point is large (S28: NO), the process ends.
一方、算出した最大受信電力が大きい場合（Ｓ２８：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１５は、中心点９３はサイドローブに起因する極大値であると判断し、スキャンする円弧の半径を大きくする（Ｓ２９）。すなわち、ＣＰＵ１５は、中心点９３での受信電力より大きな受信電力が得られる測定点９４を検出するまで、円弧の半径を大きくしてスキャンする動作を繰り返す。 On the other hand, when the calculated maximum received power is large (S28: YES), the CPU 15 determines that the center point 93 is a local maximum due to the side lobe, and increases the radius of the arc to be scanned (S29). That is, the CPU 15 repeats the scanning operation by increasing the radius of the arc until it detects the measurement point 94 at which the received power greater than the received power at the center point 93 is obtained.
中心点９３での受信電力より大きな受信電力が得られる測定点９４を検出すると、ＣＰＵ１５は、円弧上の中で得られた最大受信電力と、中心点で得られた受信電力とを比較する（Ｓ３０）。円弧上の中で得られた最大受信電力が中心点の受信電力より大きい場合（Ｓ３０：ＮＯ）、ＣＰＵ１５は、最大受信電力が得られた測定点９４に移動する（Ｓ３１）。そして、ＣＰＵ１５は、移動した測定点９４を中心として初期値の半径で円弧状にスキャンを行い（Ｓ２５）、最大受信電力が得られる測定点９５に移動する（Ｓ２６、Ｓ２７）。そして、最大受信電力が得られた測定点が中心点９５となった場合（Ｓ２６：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１５は、測定点９５の受信電力と式２で求まる最大受信電力の理論値とを比較し（Ｓ２８）、測定点９５での受信電力が最大受信電力の理論値に到達した場合（Ｓ２８：ＮＯ）、測定点９５が最大受信電力を得られるアンテナ方位と判断し、処理を終了する。 When detecting the measurement point 94 at which a received power larger than the received power at the center point 93 is detected, the CPU 15 compares the maximum received power obtained on the arc with the received power obtained at the center point ( S30). When the maximum received power obtained on the arc is larger than the received power at the center point (S30: NO), the CPU 15 moves to the measurement point 94 where the maximum received power is obtained (S31). Then, the CPU 15 scans in an arc shape with the radius of the initial value around the moved measurement point 94 (S25), and moves to the measurement point 95 where the maximum received power is obtained (S26, S27). When the measurement point at which the maximum received power is obtained becomes the center point 95 (S26: YES), the CPU 15 compares the received power at the measurement point 95 with the theoretical value of the maximum received power obtained by Equation 2 ( S28) When the received power at the measurement point 95 reaches the theoretical value of the maximum received power (S28: NO), it is determined that the measurement point 95 is the antenna orientation from which the maximum received power can be obtained, and the process ends.
以上説明した本実施形態では、入力された伝送距離から、アンテナ軸方位が最適化された場合の最大受信電圧（理論値）を算出し、アンテナ方位が収束した時点（図８のＳ２６：ＹＥＳ）の中心点の受信電圧と比較することにより、収束したアンテナ方位がサイドローブに起因するか否かを判別し、サイドローブに起因する場合にはアンテナ方位を大きく動かして別の最大値が得られるアンテナ方位を検出する。これにより、アンテナの放射パタンにサイドローブがある場合であっても、アンテナ方位をサイドローブ方向に収束することを回避し、主ビームに向けて適切にアンテナ方位を調整することができる。 In the present embodiment described above, the maximum reception voltage (theoretical value) when the antenna axis azimuth is optimized is calculated from the input transmission distance, and the antenna azimuth converges (S26 in FIG. 8: YES). By comparing it with the received voltage at the center point, it is determined whether or not the converged antenna orientation is caused by the side lobe, and if it is caused by the side lobe, the antenna orientation is moved greatly to obtain another maximum value. Detect antenna orientation. As a result, even when there is a side lobe in the radiation pattern of the antenna, it is possible to avoid the convergence of the antenna orientation in the side lobe direction and to appropriately adjust the antenna orientation toward the main beam.
なお、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the gist.
１ 受信機
１１ 入力端子
１２ メモリ
１３ 検波器
１４ 電圧計
１５ ＣＰＵ
２、４ 雲台
２１ Ｘ軸ステッピングモータ
２２ Ｙ軸ステッピングモータ
３ 送信機
５ａ、５ｂ アンテナ
1 Receiver 11 Input Terminal 12 Memory 13 Detector 14 Voltmeter 15 CPU
2, 4 pan head 21 X-axis stepping motor 22 Y-axis stepping motor 3 Transmitter 5a, 5b Antenna
Claims (8)
伝送距離の入力を受け付ける入力部と、
ミリ波の受信電力を検出する検波器と、
前記入力された伝送距離に応じた角度マージンを算出し、当該角度マージンの１倍以上かつ√２倍未満を最小ステップ幅としてアンテナの２軸をスキャンし、受信感度が得られるアンテナ方位を検出する制御回路と、を備えること
を特徴とする無線装置。 A wireless device capable of receiving millimeter waves in a millimeter wave wireless system,
An input unit for receiving an input of a transmission distance;
A detector that detects the received power of the millimeter wave;
An angle margin corresponding to the input transmission distance is calculated, and the two axes of the antenna are scanned with a minimum step width that is greater than or equal to 1 and less than √2 times the angle margin , and an antenna orientation that provides reception sensitivity is detected. And a control circuit.
アンテナゲイン、送信電力および前記検波器の最小受信感度を記憶したメモリを、さらに備え、
前記制御回路は、当該無線装置において最大受信感度が得られるアンテナ方位と、前記検波器が受信電力を検知し始めるアンテナ方位との角度である前記角度マージンを、前記入力された伝送距離と、前記メモリに記憶された情報とに基づいて算出し、前記角度マージンの１倍以上かつ√２倍未満を最小ステップ幅としてスキャンし、受信感度が得られるアンテナ方位を検出すること
を特徴とする無線装置。 The wireless device according to claim 1,
A memory storing antenna gain, transmission power and minimum reception sensitivity of the detector;
The control circuit includes the angle margin, which is an angle between an antenna azimuth at which maximum reception sensitivity is obtained in the wireless device and an antenna azimuth at which the detector starts detecting received power, the input transmission distance, and the A wireless device that calculates based on information stored in a memory, scans with a minimum step width that is greater than or equal to 1 and less than √2 times the angle margin, and detects an antenna orientation that provides reception sensitivity. .
前記制御回路は、前記検波器がミリ波の受信電力を検出した時点で、当該ポイントを中心として前記最小ステップ幅より小さい半径の円を円弧状にスキャンし、円弧状にスキャンした中で最大受信電力が得られるポイントに移動することを繰り返し行うことにより、最大受信感度が得られる第１のアンテナ方位を検出すること
を特徴とする無線装置。 The wireless device according to claim 2,
The control circuit scans a circle having a radius smaller than the minimum step width around the point when the detector detects millimeter-wave received power in an arc shape, and receives the maximum reception while scanning the arc shape. A wireless device characterized by detecting a first antenna orientation that provides maximum reception sensitivity by repeatedly moving to a point where power can be obtained.
前記制御回路は、ミリ波を送信する送信装置のアンテナ方位を調整するために、前記検波器の受信電圧を通信回路を介して前記送信装置に送信すること
を特徴とする無線装置。 A wireless device according to claim 2 or claim 3, wherein
The control device transmits the reception voltage of the detector to the transmission device via a communication circuit in order to adjust the antenna direction of the transmission device that transmits millimeter waves.
周波数分割または偏波分割を用いて１つのアンテナからデータ信号の送信および受信を行うこと
を特徴とする無線装置。 A wireless device according to claim 2 or claim 3, wherein
A radio apparatus that transmits and receives a data signal from one antenna using frequency division or polarization division.
前記制御回路は、前記伝送距離と、前記メモリに記憶された情報とに基づいて、前記検波器が受信可能な最大受信電力を算出し、当該最大受信電力と前記第１のアンテナ方位で得られる受信電力とを比較し、前記第１のアンテナ方位がサイドローブに起因すると判断した場合、前記最小ステップ幅より小さい半径を増加して円弧状にスキャンし、前記第１のアンテナ方位より大きい最大受信感度が得られる第２のアンテナ方位を検出すること
を特徴とする無線装置。 The wireless device according to claim 3,
The control circuit calculates the maximum received power that can be received by the detector based on the transmission distance and the information stored in the memory, and is obtained by the maximum received power and the first antenna orientation. When the received power is compared and it is determined that the first antenna orientation is caused by a side lobe, a radius smaller than the minimum step width is increased to scan in an arc shape, and a maximum reception larger than the first antenna orientation is obtained. A wireless device characterized by detecting a second antenna orientation capable of obtaining sensitivity.
前記無線装置は、アンテナゲイン、送信電力および検波器の最小受信感度を記憶したメモリを備え、
伝送距離の入力を受け付ける入力ステップと、
前記入力された伝送距離と、前記メモリに記憶された情報とに基づいて、当該無線装置において最大受信感度が得られるアンテナ方位と、前記検波器が受信電力を検知し始めるアンテナ方位との角度マージンを算出する算出ステップと、
前記角度マージンの１倍以上かつ√２倍未満を最小ステップ幅でアンテナの２軸をスキャンし、前記検波器が受信電力を検知するポイントを検出する第１の検出ステップと、
前記検出ステップで検出したポイントを中心として前記最小ステップ幅より小さい半径の円を円弧状にスキャンし、円弧状にスキャンした中で最大受信電力が得られるポイントに移動することを繰り返し行うことにより、最大受信感度が得られる第１のアンテナ方位を検出する第２の検出ステップと、を行うこと
を特徴とするアンテナ方位調整方法。 An antenna orientation adjustment method performed by a radio device capable of receiving millimeter waves in a millimeter wave radio system,
The wireless device includes a memory that stores antenna gain, transmission power, and minimum reception sensitivity of the detector,
An input step for receiving an input of a transmission distance;
Based on the input transmission distance and the information stored in the memory, the angle margin between the antenna orientation at which the maximum reception sensitivity is obtained in the wireless device and the antenna orientation at which the detector starts detecting received power A calculating step for calculating
A first detection step of scanning the two axes of the antenna with a minimum step width of at least 1 and less than √2 times the angular margin, and detecting a point at which the detector detects received power;
By scanning a circle with a radius smaller than the minimum step width around the point detected in the detection step in an arc shape and repeatedly moving to a point where the maximum received power is obtained in the arc shape scan, And a second detection step of detecting a first antenna orientation at which maximum receiving sensitivity is obtained.
前記無線装置は、
前記伝送距離と、前記メモリに記憶された情報とに基づいて、前記検波器が受信可能な最大受信電力を算出し、当該最大受信電力と前記第１のアンテナ方位で得られる受信電力とを比較し、前記第１のアンテナ方位がサイドローブに起因すると判断した場合、前記最小ステップ幅より小さい半径を増加して円弧状にスキャンし、前記第１のアンテナ方位より大きい最大受信感度が得られる第２のアンテナ方位を検出する第３の検出ステップと、を行うこと
を特徴とするアンテナ方位調整方法。 The antenna orientation adjustment method according to claim 7, wherein
The wireless device includes:
Based on the transmission distance and the information stored in the memory, the maximum received power that can be received by the detector is calculated, and the maximum received power is compared with the received power obtained in the first antenna direction. If it is determined that the first antenna orientation is caused by side lobes, a radius smaller than the minimum step width is increased to scan in an arc shape, and a maximum receiving sensitivity greater than the first antenna orientation is obtained. And a third detection step of detecting the antenna orientation of the second antenna orientation adjustment method.
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