JP7210408B2

JP7210408B2 - 電子装置及び方法

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Inventors: 耕司秋田
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Description

本発明の実施形態は、ビームフォーミング技術に関する。

無線通信において、アレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子に対して同じ信号を位相や振幅を変えて入力することにより、電波が主に放射される方向、すなわちビームパターンを変化させることができるビームフォーミング技術が使われている。この技術は電波の送信時に限らず、電波の受信時にも同様に適用することが可能である。

アレイアンテナでは、複数のアンテナ素子は平面基板上に形成される。ビームフォーミング技術によりビームパターンを形成する場合、平面基板に直交する方向のビームパターンが最も形成しやすく、平面基板に直交する方向からの角度のずれが大きくなるほどビームパターンの形成が困難となり、ビームパターンの精度が低下する。精度が低下するとは、主たる方向に向かう電波の電力が低下したり、主たる方向以外に向かう電力が増えたりしてしまうことを表している。平面基板に直交する方向に対して９０度ずれる方向、すなわち、平面基板に平行な方向のビームパターンはほとんど形成することができない。

これに対して、複数のアレイアンテナを平面基板の向きを変えて並べることにより、複数の方向のビームパターンを形成することが可能である。平面基板の向きが約９０度異なる２つのアレイアンテナを用いることにより、あるアレイアンテナの平面基板に直交する方向のビームパターンと平面基板に平行な方向のビームパターンを形成することができる。

特開２０１０－１６４４６９号公報

この方法では、より多様なビームパターンを形成するためには、形成したいビームパターン毎にアレイアンテナを設ける必要があり、形成したいビームパターンの数が増加するにしたがって必要なアレイアンテナ数及びアンテナ素子数が増加し、無線通信装置への実装が困難である。

本発明の目的は、簡易な実装で多様なビームパターンの形成を可能とする電子装置及び方法を提供することである。

実施形態による電子装置は、第１平面基板に配置された少なくとも１つの第１アンテナ素子と少なくとも１つの第２アンテナ素子を含む第１アンテナと、前記第１平面基板と向きが異なる第２平面基板に配置された少なくとも１つの第３アンテナ素子と少なくとも１つの第４アンテナ素子を含む第２アンテナと、前記少なくとも１つの第１アンテナ素子と前記少なくとも１つの第３アンテナ素子を用いて第１合成ビームパターンを形成する回路と、を具備する。前記少なくとも１つの第２アンテナ素子と前記少なくとも１つの第４アンテナ素子は前記第１合成ビームパターンの形成に用いられない。

第１実施形態の電子装置を含む無線通信システムの一例を示す図。サービスリンク用アンテナの一例を示す図。サービスリンク用アンテナの他の例を示す図。フィーダーリンク用アンテナの一例を示す図。フィーダーリンク用アンテナの他の例を示す図。サービスリンク用アンテナとフィーダーリンク用アンテナの配置の一例を示す図。サービスリンク用アンテナとフィーダーリンク用アンテナの配置の他の例を示す図。サービスリンク用アンテナとフィーダーリンク用アンテナの配置のさらに他の例を示す図。無線中継装置の一例を示すブロック図。無線機の一例を示すブロック図。無線機の他の例を示すブロック図。無線機のさらに他の例を示すブロック図。無線機のさらに他の例を示すブロック図。合成ビームパターン形成の一例を示す図。合成ビームパターン形成の他の例を示す図。合成ビームパターン形成のさらに他の例を示す図。合成ビームパターン形成のさらに他の例を示す図。合成ビームパターン形成のさらに他の例を示す図。

以下、図面を参照して、実施形態を説明する。以下の説明は、実施形態の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、実施形態の技術的思想は、以下に説明する構成要素の構造、形状、配置、材質等に限定されるものではない。当業者が容易に想到し得る変形は、当然に開示の範囲に含まれる。説明をより明確にするため、図面において、各要素のサイズ、厚み、平面寸法又は形状等を実際の実施態様に対して変更して模式的に表す場合もある。複数の図面において、互いの寸法の関係や比率が異なる要素が含まれることもある。複数の図面において、対応する要素には同じ参照数字を付して重複する説明を省略する場合もある。いくつかの要素に複数の呼称を付す場合があるが、これら呼称の例はあくまで例示であり、これらの要素に他の呼称を付すことを否定するものではない。また、複数の呼称が付されていない要素についても、他の呼称を付すことを否定するものではない。なお、以下の説明において、「接続」は直接接続のみならず、例えば無線通信等の他の要素を介して接続されることも意味する。

図１は、第１実施形態の電子装置を含む無線通信システムの一例を示す。スマートフォン１８、携帯電話２０等の携帯無線装置と、基地局装置１４との無線通信が無線中継装置（以下、単に中継装置と称する）１３により中継される。なお、中継装置１３は基地局装置１４に限らず、それに準ずる無線装置と無線通信してもよい。携帯電話２０等の携帯無線装置は基地局装置１４と通信することが可能な端末装置であればよい。

基地局装置１４と中継装置１３はともに恒久的な設備でもよいが、中継装置１３は緊急時対応のための一時的な設備でもよい。基地局装置１４は地上や、ビル、建物の屋上や、鉄塔の上に設置される。中継装置１３は自動車の屋根、飛行機や飛行船や気球、人工衛星に搭載されてもよい。図１の例では、中継装置１３は気球１２に搭載されている。或る基地局装置が故障した場合、あるいは催しの開催等により特定のエリア内の端末装置の数が一時的に増えた場合、中継装置１３を搭載した気球１２、飛行船や自動車が故障した基地局装置、あるいは特定のエリアに移動される。

中継装置１３と基地局装置１４との無線通信はフィーダーリンクと称され、中継装置１３とスマートフォン１８、携帯電話２０等の携帯無線装置との無線通信はサービスリンクと称される。中継装置１３は、サービスリンク用アンテナ・無線通信機と、フィーダーリンク用アンテナ・無線通信機を備える。サービスリンク用無線通信機と、フィーダーリンク用無線通信機は、互いに電気的に接続され、両無線通信機間で信号をやり取りする。

中継装置１３は、携帯無線装置のための多数のセル１６ａ、１６ｂ、…を形成するためにビームフォーミングを行い、地上に向いた多数のビームパターンを形成する。この明細書では、セル１６ａ、１６ｂ、…の総称をセル１６と表記する。図１の例では、セルの数は４であるが、セルの数とセルのサイズは、必要となる通信エリアサイズ・通信品質・通信容量等に鑑みて決めることができる。

図２は、サービスリンク用アンテナ３４の一例を示す。図２（ａ）はアンテナ３４の斜視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のアンテナ３４を平面に展開した状態を示す。

サービスリンク用アンテナ３４は略３６０度の範囲にビームパターンを形成したい場合がある。その場合、図２（ａ）に示すように、略垂直方向に沿っているｎ角柱（ｎは３以上の正の整数、ここでは正六角柱）のフレームの６つの壁面の外側表面に６つのアレイアンテナ３２ａ～３２ｆがそれぞれ配置される。ｎ＝６の場合は、アレイアンテナ３２ａ～３２ｆの中の隣接する２つのアレイアンテナの成す角度は約１２０度である。ｎは、必要となる通信エリアサイズ・通信品質・通信容量等に鑑みて決めることができる。なお、正六角柱は略垂直方向以外の任意の方向に沿っていてもよい。正六角柱の向きも、必要となる通信エリアサイズ・通信品質・通信容量等に鑑みて決めることができる。さらに、ｎ角柱であればよく、正ｎ角柱に限定されない。

正六角柱のフレームの正六角形の底面（地表に近い略水平な面）にも１つのアレイアンテナ３２ｇが配置される。アレイアンテナ３２ａ～３２ｆは、平面基板（以下、単に基板と称する）と、基板上に２次元マトリクス状に配置された複数のアンテナ素子からなる。基板は、接地導体と、接地導体を挟む２枚の誘電体からなり、誘電体の表面に導体からなるアンテナ素子が設けられている。一般的に、アンテナ素子のサイズ（正方形の一辺の長さ）Ｗはλ÷（２×ε^１／２）とされるが、多少ずれても構わない。λは送信される無線信号の波長であり、無線信号の周波数の逆数である。εはアンテナ素子が接する基板の誘電体の誘電率である。一般的に、εは１以上であるので、サイズＷは半波長より短くなる。例えばεが４．０の場合、サイズＷは４分の１波長となる。一般的に、アンテナ素子の間隔（素子の中心と素子の中心との距離（ピッチ）Ｄはλ÷２とされるが、多少ずれても構わない。

図２の例では、アレイアンテナ３２ａ～３２ｆの基板の形状は矩形であるが、正方形でもよい。図２の例では、アレイアンテナ３２ｇの基板の形状は正方形であるが、正六角形でもよい。この明細書では、アレイアンテナ３２ａ～３２ｇの総称をアレイアンテナ３２と表記する。

なお、底面に加えてフレームの天面（地表から遠い略水平な面）にもアレイアンテナ３２が配置されてもよいし、底面と天面の一方のみにアレイアンテナ３２を設置してもよいし、底面と天面の何れにもアレイアンテナ３２を設置しなくてもよい。アレイアンテナ３２の底面、天面への設置も、必要となる通信エリアサイズ・通信品質・通信容量等に鑑みて決めることができる。

図３は、サービスリンク用アンテナ３６の他の一例を示す。図３（ａ）はアンテナ３６の斜視図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のアンテナ３６を平面に展開した状態を示す。

図３（ａ）に示すように、略鉛直方向に沿っており、頂点が地表を向いているｎ角錐（ｎは４以上の正の整数、ここでは正六角錐）の先端部分が切り取られた根元の部分からなるフレームの６つの壁面の外側表面に６つのアレイアンテナ３２ａ～３２ｆがそれぞれ配置される。すなわち、図２の例では、アレイアンテナ３２ａ～３２ｆは略垂直方向に沿っており、ビームパターンが水平方向に照射されるが、図３の例では、アレイアンテナ３２ａ～３２ｆは垂直方向に対して傾斜しており、ビームパターンはやや下向きに照射される。垂直方向からの傾斜角度は中継装置１３とセル１６ａ、１６ｂ、…との位置関係、必要となる通信エリアサイズ・通信品質・通信容量等に鑑みて決めることができるが、０度（垂直方向）より大きく９０度（水平方向）未満の任意の角度である。なお、サービスリンク用アンテナ３６は、図３（ａ）の上下が反転された形状でもよい。

図３の例では、アレイアンテナ３２ａ～３２ｆの基板の形状は矩形であるが、正方形でもよいし、台形でもよい。フレームの正六角形の底面にもアレイアンテナ３２ｇが配置される。図３の例では、アレイアンテナ３２ｇの基板の形状は正方形であるが、正六角形でもよい。さらに、ｎ角錐であればよく、正ｎ角錐に限定されない。

図２の例と同様に、図３の例でも、底面に加えてフレームの天面（地表から遠い略水平な面）にもアレイアンテナが配置されてもよいし、底面と天面の一方のみにアレイアンテナを設置してもよいし、底面と天面の何れにもアレイアンテナを設置しなくてもよい。

図４はフィーダーリンク用アンテナ４０の一例を示す。３６０度の範囲にビームパターンを形成する場合、サービスリンク用アンテナ３４は、３６０度の範囲をカバーする多数のアレイアンテナから形成される。しかし、基地局装置１４が１つの場合、特定の方向のみに１つのビームパターンを形成すればよいフィーダーリンク用アンテナ４０は、単一のアレイアンテナから形成してもよい。しかし、実施形態では、気球１２が垂直軸を中心として回転してもフィーダーリンクを形成できるように、フィーダーリンク用アンテナ４０は互いに向きが異なる複数（例えば３つ）のアレイアンテナ４２ａ、４２ｂ、４２ｃから形成される。アレイアンテナ４２ａ～４２ｃの中の隣接する２つのアレイアンテナの成す角度は９０度より大きく１８０度より小さい任意の角度である。アレイアンテナ４２ａ、４２ｂの成す角とアレイアンテナ４２ｂ、４２ｃの成す角は等しくてもよいし、異なっていてもよい。この明細書では、アレイアンテナ４２ａ～４２ｃの総称をアレイアンテナ４２と表記する。アレイアンテナ４２は、アレイアンテナ３２と同様に、基板と、基板上に２次元マトリクス状に配置された複数のアンテナ素子からなる。

アレイアンテナ４２ａ、４２ｂとの傾き角とアレイアンテナ４２ｂ、４２ｃとの傾き角は等しくてもよいし、異なっていてもよい。アレイアンテナ４２の配置方向は垂直方向に沿っていてもよいし、傾いていてもよい。アレイアンテナ４２の配置は中継装置１３と基地局装置１４との位置関係、必要となる通信エリアサイズ・通信品質・通信容量等に鑑みて決めることができる。図４の例では、アレイアンテナ４２の基板の形状は矩形であるが、正方形でもよい。

なお、１つのアレイアンテナ３２又は４２を１枚の基板上に形成したが、１枚の基板を複数に分割し、複数の基板上にそれぞれサブアレイアンテナを形成して、複数のサブアレイアンテナから１つのアレイアンテナ３２又は４２を形成してもよい。

図５は、フィーダーリンク用アンテナの他の例を示す。図５の例は、サービスリンク用アンテナと同様に３６０度の範囲にフィーダーリンク用ビームパターンを形成するフィーダーリンク用アンテナを示す。図５（ａ）に示すフィーダーリンク用アンテナ４１は、図２に示すサービスリンク用アンテナ３４と同様に、ｎ角柱（ここではｎ＝３）のフレームの３つの壁面の外側表面にそれぞれ配置された３つのアレイアンテナ４２ａ～４２ｃからなる。図５（ｂ）に示すフィーダーリンク用アンテナ４３は、図３に示すサービスリンク用アンテナ３６と同様に、ｎ角錐（ここではｎ＝３）のフレームの３つの壁面の外側表面にそれぞれ配置された３つのアレイアンテナ４２ａ～４２ｃからなる。

図５においても、ｎは、必要となる通信エリアサイズ・通信品質・通信容量等に鑑みて決めることができる。アレイアンテナ４２ａ～４２ｃの基板の形状は矩形であるが、正方形でもよい。必要となる通信エリアサイズ・通信品質・通信容量等に鑑みて、底面又は天面にもアレイアンテナ４２が配置されてもよい。なお、図５（ｂ）のアンテナ４３の上下が反転されてもよい。

図６はサービスリンク用アンテナ３４又は３６とフィーダーリンク用アンテナ４０との配置関係の一例を示す。図６（ａ）は斜視図、図６（ｂ）は、図６（ａ）を上から見た平面図である。中継装置１３がセル１６の上空にある場合、サービスリンク用アンテナ３４又は３６は下方へビームパターンを形成するので、サービスリンク用アンテナ３４又は３６の上にフィーダーリンク用アンテナ４０が配置される。この場合、サービスリンク用アンテナ３４では天面にはアレイアンテナは配置されず、底面にアレイアンテナが配置される。

なお、セル１６と中継装置１３との位置関係によっては、サービスリンク用アンテナ３４又は３６の下にフィーダーリンク用アンテナ４０が配置されてもよい。さらに、サービスリンク用アンテナ３４又は３６とフィーダーリンク用アンテナ４０が略同じ高さに配置されていてもよい。

図２、図３に示すように、サービスリンク用アンテナ３４又は３６を形成する複数のアレイアンテナ３２の中の隣接する２つのアレイアンテナの基板は互いに向きが異なる。図４に示すように、フィーダーリンク用アンテナ４０を形成する複数のアレイアンテナ４２の基板は互いに向きが異なる。図６（ｂ）に示すように、サービスリンク用アンテナ３４又は３６を形成する複数のアレイアンテナの各々の基板はフィーダーリンク用アンテナ４０を形成する複数のアレイアンテナの基板と向きが異なる。フィーダーリンク用アンテナ４０を形成する複数のアレイアンテナの各々の基板はサービスリンク用アンテナ３４を形成する複数のアレイアンテナの基板と互いに向きが異なる。

サービスリンク用アンテナ３４又は３６とフィーダーリンク用アンテナ４０の構成例は上述の説明に限られない。上述の説明では、サービスリンク用アンテナ３４又は３６は、ｎ角柱又はｎ角錐のフレームの壁面にアレイアンテナを配置し、必要に応じてｎ角柱又はｎ角錐のフレームの底面、天面にもアレイアンテナを配置することにより形成し、フィーダーリンク用アンテナ４０は、複数のアレイアンテナをその基板の向きが異なるように配置することにより形成したが、この逆でもよい。すなわち、フィーダーリンク用アンテナ４０は、ｎ角柱又はｎ角錐のフレームの壁面にアレイアンテナを配置し、必要に応じてｎ角柱又はｎ角錐のフレームの底面、天面にもアレイアンテナを配置することにより形成し、サービスリンク用アンテナ３４又は３６は、複数のアレイアンテナをその基板の向きが互いに異なるように配置することにより形成してもよい。

なお、ｎ角柱又はｎ角錐のフレームを使わないアンテナを、基板の向きが互いに異なる複数のアレイアンテナ以外により形成してもよい。例えば、サービスリンク用アンテナとフィーダーリンク用アンテナとも、ｎ角柱又はｎ角錐のフレームの壁面にアレイアンテナを配置し、必要に応じてｎ角柱又はｎ角錐のフレームの底面、天面にもアレイアンテナを配置することにより形成してもよい。

図７はサービスリンク用アンテナ３４又は３６とフィーダーリンク用アンテナ４４との配置関係の一例を示す。図７（ａ）は斜視図、図７（ｂ）は、図７（ａ）を横から見た断面図である。図２又は図３に示すサービスリンク用アンテナ３４又は３６の６角柱又は６角錐のフレームが下方に延長される。延長される際に、側面の垂直方向に対する傾斜角が僅かに大きくされ、側面が水平方向に近づけられる。延長部分のフレームの側面の外側表現にフィーダーリンク用アンテナ４４を構成するアレイアンテナ４２ａ～４２ｆがそれぞれ配置される。このため、サービスリンク用アンテナを構成するアレイアンテナ３２ａ～３２ｆのいずれの基板もフィーダーリンク用アンテナ４４を構成するアレイアンテナ４２ａ～４２ｆのいずれの基板とも向きが異なる。延長部分のフレームの底面の外側表現にサービスリンク用アンテナ３４又は３６のアレイアンテナ３２ｇが配置される。

図８はサービスリンク用アンテナ３４又は３６とフィーダーリンク用アンテナ４６との配置関係の一例を示す。図８（ａ）は斜視図、図８（ｂ）は、図８（ａ）を横から見た断面図である。図２又は図３に示すサービスリンク用アンテナ３４又は３６の６角柱又は６角錐のフレームが上方に延長される。延長される際に、側面の垂直方向に対する傾斜角が僅かに大きくされ、側面が水平方向に近づけられる。延長部分のフレームの側面の外側表現にフィーダーリンク用アンテナ４６を構成するアレイアンテナ４２ａ～４２ｆがそれぞれ配置される。６角柱又は６角錐のフレームの底面の外側表現にサービスリンク用アンテナ３４又は３６を構成するアレイアンテナ３２ｇが配置される。このため、サービスリンク用アンテナを構成するアレイアンテナ３２ａ～３２ｆのいずれの基板もフィーダーリンク用アンテナ４４を構成するアレイアンテナ４２ａ～４２ｆのいずれの基板とも向きが異なる。

さらに、上述の説明では、サービスリンク用アンテナとフィーダーリンク用アンテナを別々のアンテナにより実現したが、図２又は図３に示すアンテナ３４又は３６を、サービスリンク用アンテナとフィーダーリンク用アンテナに共用してもよいし、図４に示すアンテナ４０を、サービスリンク用アンテナとフィーダーリンク用アンテナに共用してもよい。

さらに、サービスリンク用アンテナとフィーダーリンク用アンテナをともに複数のアレイアンテナから形成したが、サービスリンク用アンテナとフィーダーリンク用アンテナの少なくとも一方は１つのアレイアンテナにより形成してもよい。

図９は中継装置１３の一例を示すブロック図である。フィーダーリンク用アレイアンテナ４２ａ～４２ｃは第１無線機５４ａ～５４ｃにそれぞれ接続される。この明細書では、第１無線機５４ａ～５４ｃの総称を第１無線機５４と表記する。サービスリンク用アレイアンテナ３２ａ～３２ｇは第２無線機５２ａ～５２ｇにそれぞれ接続される。この明細書では、第２無線機５２ａ～５２ｇの総称を第２無線機５２と表記する。

第１無線機５４と第２無線機５２は必要とされる無線信号電力が異なる。第２無線機５２に必要な無線信号電力は第１無線機５４に必要な無線信号電力より大きく設定されている。このため、第２無線機５２は第１無線機５４より多くの熱を発する。無線信号電力は、各無線機が送信可能な最大の送信電力であってもよいし、通常の利用で想定される送信電力の設定値であってもよいし、実際に用いられる際に想定される送信電力の平均値の推定値であってもよい。

第１無線機５４と第２無線機５２は中継器５６を介して互いに接続される。第１無線機５４ａ～５４ｃのいずれかで受信した信号が中継器５６を介して第２無線機５２ａ～５２ｇのいずれかに入力される。第１無線機５４から中継器５６に入力される信号は、第１無線機５４における復調前の信号でよいし、復調後の信号でもよい。同様に、第２無線機５２ａ～５２ｇのいずれかで受信した信号が中継器５６を介して第１無線機５４ａ～５４ｃのいずれかに入力される。第２無線機５２から中継器５６に入力される信号は、第２無線機５２における復調前の信号でもよいし、復調後の信号でもよい。このように、第１無線機５４と第２無線機５２の一方で受信した信号は、第１無線機５４と第２無線機５２の他方から送信される。

無線の干渉を生じさせないように、第１無線機５４が送受信する電磁波の周波数帯と第２無線機５２が送受信する電磁波の周波数帯は互いに異なるように設定されている。ここでは、第２無線機５２が送受信する電磁波の周波数帯は第１無線機５４が送受信する電磁波の周波数帯より低く設定されている。

図９では、フィーダーリンク用アンテナ４０とサービスリンク用アンテナ３４をともに複数のアレイアンテナから形成したので、アレイアンテナの数に応じて複数の無線機５４、５２が設けられているが、上述したように、フィーダーリンク用アンテナ４０とサービスリンク用アンテナ３４の少なくとも一方が単数のアレイアンテナから形成する場合は、対応する無線機の数も単数となる。

図１０は、第１無線機５４と第２無線機５２の一例のブロック図である。上述したように、第１無線機５４と第２無線機５２は無線信号電力と周波数が異なるが、基本的な構成は同じである。１つのアレイアンテナに１つの無線機が接続される。無線機は第１、第２ベースバンド処理部（ＢＢ部と称する）６２－１、６２－２と、複数の無線処理部（ＲＦ部と称する）６４－１、６４－２、…を備える。この明細書では、第１ＢＢ部６２－１と第２ＢＢ部６２－２の総称をＢＢ部６２と表記し、ＲＦ部６４－１、６４－２、…の総称をＲＦ部６４と表記する。ＢＢ部６２は、送信信号を変調、受信信号を復調するディジタル処理回路であり、プロセッサやＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）により実現される。

ＢＢ部６２はディジタル処理部であり、その送信部は、送信データを変調する変調器７２と、変調器７２の出力データをＤ／Ａ変換して、変換後のアナログの送信信号をＲＦ部６４－１、６４－２、…に供給するＤ／Ａ変換器（ＤＡＣと称する）７４を備える。なお、第１ＢＢ部６２－１は全てのＲＦ部６４－１、６４－２、…に接続されるが、第２ＢＢ部６２－２はＲＦ部６４－１、６４－２、…の特定の一部に接続される。

１つの無線機に２つのＢＢ部６２－１、６２－２を備える理由は、本実施形態では、１つのアレイアンテナに含まれるアンテナ素子の全てを使ってビームパターンを形成するとともに、１つのアレイアンテナに含まれるアンテナ素子の特定の一部と隣接する他の１つのアレイアンテナに含まれるアンテナ素子の特定の一部を使って合成ビームパターンを形成するからである。第１ＢＢ部６２－１はビームパターン用の第１信号の生成部・処理部として機能し、第２ＢＢ部６２－２は合成ビームパターン用の第２信号の生成部・処理部として機能する。全てのアンテナ素子は、全てのＲＦ部６４－１、６４－２、…に接続される。特定のアンテナ素子は、第２ＢＢ部６２－２が接続されているＲＦ部６４－１、６４－２、…の中の特定の一部のＲＦ部にも接続される。これにより、第１ＢＢ部６２－１からの信号が全てのＲＦ部６４－１、６４－２、…を介して全てのアンテナ素子６８－１、６８－２、…に入力される。第２ＢＢ部６２－２からの信号はＲＦ部６４－１、６４－２、…の中の特定の一部のＲＦ部を介して特定のアンテナ素子に入力される。

ＢＢ部６２が中継器５６に接続される。なお、図示しないが、ＢＢ部６２ではなく、ＲＦ部６４が中継器５６に接続されてもよい。

第１ＢＢ部６２－１の受信部は、ＲＦ部６４－１、６４－２、…から出力されるアナログの受信信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器（ＡＤＣと称する）９６と、ＡＤＣ９６の出力データを復調する復調器９８を備える。第２ＢＢ部６２－２の受信部は、ＲＦ部６４－１、６４－２、…の中の特定の一部から出力されるアナログの受信信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器（ＡＤＣと称する）９６と、ＡＤＣ９６の出力データを復調する復調器９８を備える。第１のＢＢ部６２－１は第１のビームパターンで受信される第１信号を処理し、第２のＢＢ部６２－２は合成ビームパターンで受信される第２信号を処理する。

複数のＲＦ部６４－１、６４－２、…はアレイアンテナを形成する複数のアンテナ素子６８－１、６８－２、…にそれぞれセレクタ６６－１、６６－２、…を介して接続される。この明細書では、アンテナ素子６８－１、６８－２、…の総称をアンテナ素子６８と表記する。この明細書では、セレクタ６６－１、６６－２、…の総称をセレクタ６６と表記する。ＢＢ部６２から出力される送信信号はフィルタ７６に入力される。フィルタ７６を通過した送信信号がアップコンバータ７８で無線周波数信号（ＲＦ信号）に変換される。アップコンバータ７８から出力されるＲＦ信号が移相器８０に入力され、その位相がシフトされる。移相器８０から出力されるＲＦ信号が増幅器８２に入力され、その振幅が調整される。増幅器８２から出力されるＲＦ信号がＲＦ部６４の出力として、セレクタ６６の第１端子に入力される。第１のＢＢ部６２－１は第１のビームパターンで送信される第１信号を処理し、第２のＢＢ部６２－２は合成ビームパターンで送信される第２信号を処理する。

セレクタ６６の第１端子へ入力されたＲＦ信号はアンテナ素子６８から電磁波として放射される。移相器８０の位相シフト量と増幅器８２の増幅率はビームフォーミング制御部６９により制御される。移相器８０の位相シフト量と増幅器８２の増幅率を調整することにより、アレイアンテナ３２又は４２から放射される電磁波を特定の方向に指向性を持ったビームパターンとすること（ビームフォーミング）ができる。

アレイアンテナ３２又は４２が受信したＲＦ信号はセレクタ６６の第２端子から出力され、増幅器８８に入力され、その振幅が調整される。増幅器８８の増幅率は、増幅器８２の増幅器と対応している。増幅器８８から出力されるＲＦ信号が移相器９０に入力され、その位相がシフトされる。移相器９０の位相シフト量も、移相器８０の位相シフト量と対応している。移相器９０の位相シフト量と増幅器８８の増幅率もビームフォーミング制御部６９により制御される。移相器９０の位相シフト量と増幅器８８の増幅率を調整することにより、アレイアンテナ３２又は４２で受信する電磁波を特定の方向に指向性を持ったビームパターンとすることができる。

移相器９０から出力されるＲＦ信号がダウンコンバータ９２に入力され、ベースバンド信号の周波数に変換される。ダウンコンバータ９２から出力されるベースバンド信号がフィルタ９４を介してＲＦ部６４の出力としてＢＢ部６２に入力される。

図１０の無線機では、受信側の無線機のＢＢ部６２から出力されるベースバンド信号が中継器５６を介して送信側の無線機のＢＢ部６２に入力されているが、この代わりに受信側の無線機のＲＦ部６４から出力されるベースバンド信号が中継器５６を介して送信側の無線機のＲＦ部６４に入力されてもよい。さらに、ベースバンド信号を中継する代わりに、ＲＦ信号を中継してもよい。例えば、受信側の無線機のＲＦ部６４内の移相器９０から出力されるＲＦ信号が中継器５６を介して送信側の無線機のＲＦ部６４内の移相器８０に入力されてもよい。

第１無線機５４のアップコンバータ７８とダウンコンバータ９２の無線周波数は、第２無線機５２のアップコンバータ７８とダウンコンバータ９２の無線周波数より高く設定されている。第２無線機５２の増幅器８２、８８の電力は、第１無線機５４の増幅器８２、８８の電力より大きく設定されている。

図１１は、第１無線機５４と第２無線機５２の他の例のブロック図である。図１０の例では、移相器８０、９０がＲＦ部６４内の増幅器８２、８８とアップ／ダウンコンバータ７８、９２の間に接続されるが、図１１の例では、ＲＦ部６４は移相器８０、９０を含まない。図１１の例では、ＲＦ部６４内のアップコンバータ７８の出力が増幅器８２に入力され、増幅器８８の出力がダウンコンバータ９２に入力される。ＢＢ部６２－１、６２－２、…がＲＦ部６４－１、６４－２、…にそれぞれ接続される。この明細書では、ＢＢ部６２－１、６２－２、…の総称をＢＢ部６２と表記する。ＢＢ部６２の送信部は、ウェイト乗算処理器７３とＤＡＣ７４からなり、受信部は、ＡＤＣ９６とウェイト乗算処理器９７からなる。ビームフォーミング制御部６９からの制御信号がＢＢ部６２に供給される。ウェイト乗算処理器７３、９７は、信号の振幅と位相をビームフォーミング制御部６９からの制御信号に応じてディジタル的に調整する。これにより、ビームフォーミング処理がディジタル的に実行される。

変調器７２と復調器９８からなる第１変復調器６０－１が全てのＢＢ部６２－１、６２－２、…に接続される。変調器７２と復調器９８からなる第２変復調器６０－２が特定のＢＢ部６２－１、６２－２、…に接続される。第１変復調器６０－１はビームパターン用の第１信号の生成部・処理部として機能し、第２変復調器６０－２は合成ビームパターン用の第２信号の生成部・処理部として機能する。全てのアンテナ素子は、全てのＲＦ部６４－１、６４－２、…を介して全てのＢＢ部６２－１、６２－２、…に接続される。特定のアンテナ素子は、特定のＲＦ部６４－１、６４－２、…と特定のＢＢ部６２－１、６２－２、…を介して第２変復調器６０－２に接続される。

図１２は、第１無線機５４と第２無線機５２のさらに他の例のブロック図である。図１０の例では、ＲＦ部６４はアンテナ素子６８毎に設けたが、ＲＦ部を２つに分けて、一部をアンテナ素子６８毎に設けてもよい。例えば、図１２に示すように、増幅器８２、８８と移相器８０、９０により第１ＲＦ部６４ａ－１、６４ａ－２、…を形成し、フィルタ７６、９４、アップコンバータ７８及びダウンコンバータ９２により第２ＲＦ部６４ｂを形成してもよい。この明細書では、第１ＲＦ部６４ａ－１、６４ａ－２、…の総称を第１ＲＦ部６４ａと表記する。

第１ＲＦ部６４ａはアンテナ素子６８毎に設けられ、第２ＲＦ部６４ｂはＢＢ部６２と同様に無線機に対して１つ設けられる。第２ＲＦ部６４ｂがＢＢ部６２に接続される。第２ＲＦ部６４ｂから出力されるＲＦ信号が第１ＲＦ部６４ａに入力され、第１ＲＦ部６４ａから出力されるＲＦ信号が第２ＲＦ部６４ｂに入力される。

図１３は第１無線機５４と第２無線機５２のさらに他の例のブロック図である。図１０乃至図１２の例では、中継装置１３に対して単一の中継器５６が設けられ、複数の無線機５２、５４に対して複数のＢＢ部６２がそれぞれ設けられている。図１３の例では、複数の無線機５２、５４に対してプロセッサやＦＰＧＡにより実現される単一のＢＢ部が設けられている。複数の第１無線機１１６ａ、１１６ｂ、…と、複数の第２無線機１１２ａ、１１２ｂ、…がＢＢ・中継器１１８に接続される。この明細書では、第１無線機１１６ａ、１１６ｂ、…の総称を第１無線機１１６と表記する。この明細書では、第２無線機１１２ａ、１１２ｂ、…の総称を第２無線機１１２と表記する。

ＢＢ・中継器１１８は、図１０のＢＢ部６２と中継器５６が一体化されたものである。第１無線機１１６と第２無線機１１２は、図１０のセレクタ６６とＲＦ部６４からなる。あるいは、ＢＢ・中継器１１８は、図１２の第２ＲＦ部６４ｂ、ＢＢ部６２及び中継器５６が一体化されたものであり、第１無線機１１６と第２無線機１１２は、図１２のセレクタ６６と第１ＲＦ部６４ａからなってもよい。

なお、図１３の例のＢＢ・中継器１１８を数個に分割し、複数の第１無線機１１６、複数の第２無線機１１２に対して数個のＢＢ・中継器１１８を設けてもよい。

ビームフォーミングの例を説明する。従来のビームフォーミングでは、１つのアレイアンテナを構成する多数のアンテナ素子に対して同じ信号を位相や振幅を変えて入力することにより、１つのアレイアンテナから電波が主に放射される方向、すなわちビームパターンを変化させることができる。実施形態では、従来と同様に、第１アレイアンテナのアンテナ素子を用いて第１ビームパターンを形成し、第２アレイアンテナのアンテナ素子を用いて第２ビームパターンを形成するとともに、第１アレイアンテナの一部のアンテナ素子と第２アレイアンテナの一部のアンテナ素子に対して同じ信号を位相や振幅を変えて入力することにより、合成ビームパターンを形成する。すなわち、第１アレイアンテナの一部のアンテナ素子と第２アレイアンテナの一部のアンテナ素子により第３のアレイアンテナを形成する。このため、第１、第２アレイアンテナの基板に直交する方向から大きくずれた方向に第３のアレイアンテナにより合成ビームパターンを形成することができ、少ない個数のアレイアンテナにより、多様なビームパターンを形成することができる。

合成ビームパターン形成の一例を示す。実施形態のビームフォーミングは２つのアレイアンテナにより合成ビームパターンを形成するものである。図１４は、一例として、サービスリンク用アンテナ３４又は３６を構成するアレイアンテナ３２ａ～３２ｆの中の隣接するアレイアンテナ３２ａ、３２ｂにより合成ビームパターンを形成する例を示す。しかし、合成ビームパターン形成用の２つのアレイアンテナは、これらに限らず、サービスリンク用アンテナ３４又は３６を構成するアレイアンテナ３２ａ～３２ｆの中のどの２つのアレイアンテナでもよいし、フィーダーリンク用アンテナ４０を構成するアレイアンテナ４２ａ～４２ｃの中のどの２つのアレイアンテナでもよい。

図１４（ａ）に示すように、アレイアンテナ３２ａ、３２ｂは、それぞれ基板上に２次元マトリクス状に配置されたアンテナ素子６８を含む。アレイアンテナ３２ａは、複数のアンテナ素子列６８－１ａ、６８－２ａ、６８－３ａ、６８－４ａを備える。アレイアンテナ３２ｂも、複数のアンテナ素子列６８－１ｂ、６８－２ｂ、６８－３ｂ、６８－４ｂを備える。図１４（ａ）において、アレイアンテナ３２ａ、３２ｂは、アレイアンテナ３２ａの左端のアンテナ素子列６８－４ａがアレイアンテナ３２ｂの右端のアンテナ素子列６８－１ｂに隣接するように、図２又は図３に示すように六角柱又は六角錐の表面に配置されている。アレイアンテナ３２ａの基板とアレイアンテナ３２ｂの基板の向きは異なり（平行ではなく、両基板の成す角度は１２０度程度である）。この角度はこれに限らず、９０度より大きく１８０度より小さい任意の角度でよい。

アレイアンテナ３２ａ、３２ｂには図１０乃至図１３に示すような無線機５４又は５４が接続される。アレイアンテナ３２ａに関しては、第１ＢＢ部６２－１から出力される第１信号が全てのＲＦ部６４を介してアンテナ素子列６８－１ａ、６８－２ａ、６８－３ａ、６８－４ａの全てのアンテナ素子６８に供給される。各アンテナ素子６８に供給される第１信号の位相は移相器８０においてビームフォーミング制御部６９からの制御信号に基づいて調整される。さらに、位相が調整された第１信号の振幅は増幅器８２においてビームフォーミング制御部６９からの制御信号に基づいて調整される。これにより、図１４（ｂ）に示すように、アレイアンテナ３２ａの基板に直交する方向に第１ビームパターンＢＰ１が形成される。受信の際も同様に第１受信信号はＲＦ部６４でその振幅と位相が調整された後、ＢＢ部６２に入力される。

アレイアンテナ３２ｂに関しても、同様に、第１ＢＢ部６２－１から出力される第１信号が全てのＲＦ部６４を介してアンテナ素子列６８－１ｂ、６８－２ｂ、６８－３ｂ、６８－４ｂの全てのアンテナ素子６８に供給され、図１４（ｂ）に示すように、アレイアンテナ３２ｂの基板に直交する方向に第２ビームパターンＢＰ２が形成される。受信の際も同様に第１受信信号がＲＦ部６４を介してＢＢ部６２に入力される。

アレイアンテナ３２ｂのアンテナ素子列６８－１ｂ、６８－２ｂ、６８－３ｂ、６８－４ｂはアレイアンテナ３２ａから離れる方向に配置されている。アレイアンテナ３２ａのアンテナ素子列６８－４ａ、６８－３ａ、６８－２ａ、６８－１ａはアレイアンテナ３２ｂから離れる方向に配置されている。アレイアンテナ３２ａのアンテナ素子列の中でアレイアンテナ３２ｂに近い少なくとも１列、ここでは２列のアンテナ素子列６８－４ａ、６８－３ａと、アレイアンテナ３２ｂのアンテナ素子列の中でアレイアンテナ３２ａに近い少なくとも１列、ここでは２列のアンテナ素子列６８－１ｂ、６８－２ｂがアンテナ素子群１３２を構成する。アレイアンテナ３２ａの半分のアンテナ素子列とアレイアンテナ３２ｂの半分のアンテナ素子列によりアンテナ素子群１３２を構成する。そのため、アンテナ素子群１３２を構成するアンテナ素子数は、アレイアンテナ３２ａを構成するアンテナ素子数と、アレイアンテナ３２ｂを構成するアンテナ素子数と同じである。このため、アンテナ素子群１３２は、アレイアンテナ３２ａ、３２ｂと等価なアレイアンテナとして機能することができる。無線機の第２ＢＢ部６２－２から出力される第２信号がアンテナ素子群１３２の各アンテナ素子に入力される。アンテナ素子群１３２の各アンテナ素子で受信された第２信号が無線機の第２ＢＢ部６２－２に入力される。

上述したように、アレイアンテナのアンテナ素子の中で合成ビームパターンの形成に使われる一部のアンテナ素子として、他方のアレイアンテナとの距離が短いアンテナ素子が選ばれる。アンテナ素子と他方のアレイアンテナとの距離は、次のように定義される。アンテナ素子が２次元配列されている場合、一方のアレイアンテナに含まれる複数のアンテナ素子の中で外縁に位置するアンテナ素子の位置をつなぐことにより囲まれる領域と、他方のアレイアンテナのアンテナ素子との間の最短距離がアレイアンテナとアンテナ素子との距離である。アンテナ素子が１次元配列されている場合も同様に、一方のアレイアンテナに含まれる複数のアンテナ素子の中で外縁に位置するアンテナ素子の位置をつなぐことにより囲まれる領域と、他方のアレイアンテナのアンテナ素子との間の最短距離がアレイアンテナとアンテナ素子との距離となる。これにより、合成ビームパターンの形成には、近接したアンテナ素子が用いられるので、より精度の高いビームパターンが形成される。

アレイアンテナ３２ａに関しては、第２ＢＢ部６２－２から出力される第２信号がＲＦ部６４を介してアンテナ素子列６８－３ａ、６８－４ａの全てのアンテナ素子６８に、位相と振幅が調整された後、供給される。アレイアンテナ３２ｂに関しては、第２ＢＢ部６２－２から出力される第２信号がＲＦ部６４を介してアンテナ素子列６８－１ｂ、６８－２ｂの全てのアンテナ素子６８に、位相と振幅が調整された後、供給される。

これにより、図１４（ｂ）に示すように、アンテナ素子群１３２により形成される第１合成ビームパターンＳＢＰ１の向きは第１ビームパターンＢＰ１の向きと第２ビームパターンＢＰ２の向きの中間となる。受信の際も同様にアンテナ素子群１３２の受信信号はＲＦ部６４でその振幅と位相が調整された後、第２ＢＢ部６２－１に入力される。合成ビームパターンＳＢＰ１の方向は、ビームフォーミング制御部６９が調整する位相シフト量と振幅調整量に応じている。アンテナ素子群１３２は、アレイアンテナ３２ａ、３２ｂと等価なアレイアンテナとして機能するので、合成ビームパターンＳＢＰ１はアレイアンテナ３２ａ、３２ｂにより掲載される第１、第２ビームパターンＢＰ１、ＢＰ２と同程度の精度とすることが可能である。

第１ビームパターンＢＰ１はアレイアンテナ３２ａの基板に直交する方向に近いほど形成が容易であり、同様に第２ビームパターンＢＰ２はアレイアンテナ３２ｂの基板に直交する方向に近い方向ほど形成が容易である。これらのことから、アレイアンテナ３２ａの基板に直交する方向とアレイアンテナ３２ｂの基板に直交する方向の間の方向は、第１ビームパターンＢＰ１と第２ビームパターンＢＰ２のいずれにおいても比較的形成が困難な方向であるといえる。このような方向に対して、第１合成ビームパターンＳＢＰ１を形成することにより、より精度の高い多様なビームパターンを形成することが可能となる。

このように、２つのアレイアンテナにより３方向のビームパターンを形成することができる。同じ数の異なる方向のビームパターンを形成するのに要するアレイアンテナの数を、合成ビームパターンを形成しない従来例に比べて、減らすことができ、簡易な構成でより多様なビームパターンを形成することが可能となる。

アンテナ素子群１３２により合成ビームパターンを形成する際、アンテナ素子が離れすぎると、ビームパターンの精度が低下する場合がある。そこで、アレイアンテナ３２ａと３２ｂを構成するアンテナ素子の中の一部のアンテナ素子を選択してアンテナ素子群１３２を構成する際、相互に近接したアンテナ素子を選択することが好ましい。こうすることで、より精度の高いビームパターンを形成できる。一方、アンテナ素子が近すぎると、やはりビームパターンの精度が低下する場合がある。そこで、アレイアンテナ３２ａとアレイアンテナ３２ｂを設置する際、アレイアンテナ３２ａ、３２ｂそれぞれのアンテナ素子の間隔と、アレイアンテナ３２ａのアンテナ素子と、それに近接するアレイアンテナ３２ｂのアンテナ素子の間隔が同程度となるように設置することが好ましい。

なお、アレイアンテナ３２ａ、３２ｂの配置方向は、図１４の例に示す水平方向に限定されず、垂直方向に配列されていてもよい。その場合、アンテナ素子列ではなく、２つのアレイアンテナのアンテナ素子行の中の近接するアンテナ素子行により、合成ビームパターン用のアンテナ素子群が構成される。

図１５は、図１４の合成ビームパターン形成の変形例を示す。図１４では、アンテナ素子群１３２はアレイアンテナ３２ａとアレイアンテナ３２ｂの同じ数のアンテナ素子列から構成されるが、図１５では、アンテナ素子群１３２はアレイアンテナ３２ａとアレイアンテナ３２ｂの異なる数のアンテナ素子列から構成される。

図１５（ａ）では、アレイアンテナ３２ａのアンテナ素子の中でアレイアンテナ３２ｂに近い３列のアンテナ素子列６８－４ａ、６８－３ａ、６８－２ａと、アレイアンテナ３２ｂのアンテナ素子の中でアレイアンテナ３２ａに近い１列のアンテナ素子列６８－１ｂがアンテナ素子群１３２ａを構成する。アンテナ素子群１３２ａにより形成される第１合成ビームパターンＳＢＰ１の方向は、第１ビームパターンＢＰ１と第２ビームパターンＢＰ２の中間であり、第１ビームパターンＢＰ１に近く、第２ビームパターンＢＰ２に遠い方向である。

反対に、図１５（ｂ）では、アレイアンテナ３２ａのアンテナ素子の中でアレイアンテナ３２ｂに近い１列のアンテナ素子列６８－４ａと、アレイアンテナ３２ｂのアンテナ素子の中でアレイアンテナ３２ａに近い３列のアンテナ素子列６８－１ｂ、６８－２ｂ、６８－３ｂがアンテナ素子群１３２ｂを構成する。アンテナ素子群１３２ｂにより形成される第１合成ビームパターンＳＢＰ１の方向は、第１ビームパターンＢＰ１と第２ビームパターンＢＰ２の中間であり、第２ビームパターンＢＰ２に近く、第１ビームパターンＢＰ１に遠い方向である。

このように、合成ビームパターンを形成するアンテナ素子群１３２を構成するアレイアンテナ３２ａのアンテナ素子とアレイアンテナ３２ｂのアンテナ素子の比率を変更することにより、合成ビームパターンの向きを調整することにより、より精度よく多様なビームパターンを形成することが可能となる。

上述の説明は２つのアレイアンテナにより合成ビームパターンを形成する例であるが、或るアレイアンテナと、その両側の２つのアレイアンテナとの３つのアレイアンテナにより合成ビームパターンを形成する例を図１６を参照して説明する。図１６は、図１４に示すアンテナに対してアレイアンテナ３２ｃを追加した例を示す。合成ビームパターン形成用の３つのアレイアンテナは、これらに限らず、サービスリンク用アンテナ３４又は３６を構成するアレイアンテナ３２ａ～３２ｆの中のどの３つのアレイアンテナでもよいし、フィーダーリンク用アンテナ４０を構成するアレイアンテナ４２ａ～４２ｃでもよい。

図１６（ａ）に示すように、アレイアンテナ３２ｃは、複数のアンテナ素子列６８－１ｃ、６８－２ｃ、６８－３ｃ、６８－４ｃを備える。図１６（ａ）において、アレイアンテナ３２ｃは、アレイアンテナ３２ｃの右端のアンテナ素子列６８－１ｃがアレイアンテナ３２ｂの左端のアンテナ素子列６８－４ｂに隣接するように、図２又は図３に示すように六角柱又は六角錐の表面に配置されている。アレイアンテナ３２ｃの基板とアレイアンテナ３２ｂの基板の向きは異なり（平行ではなく、両基板の成す角度は１２０度程度である）。この角度はこれに限らず、９０度より大きく１８０度より小さい任意の角度でよい。

アレイアンテナ３２ｃにも図１０乃至図１３に示すような無線機５４又は５４が接続される。アレイアンテナ３２ｃに関しては、第１ＢＢ部６２－１から出力される第１信号が全てのＲＦ部６４を介してアンテナ素子列６８－１ｃ、６８－２ｃ、６８－３ｃ、６８－４ｃの全てのアンテナ素子６８に供給される。

アレイアンテナ３２ａのアンテナ素子列の中でアレイアンテナ３２ｂに近い少なくとも１列、ここでは２列のアンテナ素子列６８－４ａ、６８－３ａと、アレイアンテナ３２ｂのアンテナ素子列の中でアレイアンテナ３２ａに近い少なくとも１列、ここでは２列のアンテナ素子列６８－１ｂ、６８－２ｂがアンテナ素子群１３４を構成する。

アレイアンテナ３２ｂのアンテナ素子の中でアレイアンテナ３２ｃに近い少なくとも１列、ここでは２列のアンテナ素子列６８－４ｂ、６８－３ｂと、アレイアンテナ３２ｃのアンテナ素子の中でアレイアンテナ３２ｂに近い少なくとも１列、ここでは２列のアンテナ素子列６８－１ｃ、６８－２ｃがアンテナ素子群１３６を構成する。

アレイアンテナ３２ａに接続される無線機において、第２ＢＢ部６２－２から出力される第２信号がアンテナ素子列６８－３ａ、６８－４ａの全てのアンテナ素子６８に、位相と振幅が調整された後、供給される。アレイアンテナ３２ｂに接続される無線機において、第２ＢＢ部６２－２から出力される第２信号がアンテナ素子列６８－１ｂ、６８－２ｂの全てのアンテナ素子６８に、あるいはアンテナ素子列６８－３ｂ、６８－４ｂの全てのアンテナ素子６８に、位相と振幅が調整された後、供給される。アレイアンテナ３２ｃに接続される無線機において、第２ＢＢ部６２－２から出力される第２信号がアンテナ素子列６８－１ｃ、６８－２ｃの全てのアンテナ素子６８に、位相と振幅が調整された後、供給される。

図１６（ｂ）に示すように、アレイアンテナ３２ａ、３２ｂ、３２ｃにより第１、第２、第３ビームパターンが形成される。

アレイアンテナ３２ｂに接続される無線機において、第２ＢＢ部６２－２から出力される第２信号がアンテナ素子列６８－１ｂ、６８－２ｂの全てのアンテナ素子６８に供給される場合、アンテナ素子群１３４から第１合成ビームパターンが形成される。一方、アレイアンテナ３２ｂに接続される無線機において、第２ＢＢ部６２－２から出力される第２信号がアンテナ素子列６８－３ｂ、６８－４ｂの全てのアンテナ素子６８に供給される場合、図１６（ｂ）に示すように、アンテナ素子群１３６から第２合成ビームパターンが形成される。

アレイアンテナ３２ｂのアンテナ素子列の中の半分はアンテナ素子群１３４を構成し、他の半分はアンテナ素子群１３６を構成する。すなわち、各アンテナ素子列は、どちらか一方の合成ビームパターンにしか関係しない。このため、第１、第２、第３ビームパターンは同時に形成し、さらに第１、第２合成ビームパターンのいずれかを同時に形成するならば、各アレイアンテナに接続される無線機のＢＢ部はビームパターン用と合成ビームパターン用の２つでよい。もしも、或るアンテナ素子列がアンテナ素子群１３４、１３６の両方に属するならば、無線機のＢＢ部はビームパターン用と第１、第２合成ビームパターン用の３つ必要になる。

このように、３つのアレイアンテナを用いることにより、３つのビームパターンと２つの合成ビームパターンを形成することができ、少ないアレイアンテナにより多様なビームパターンを形成することができる。なお、図１５と同様に、アンテナ素子群１３４、１３６を構成するアレイアンテナ３２ａ、３２ｂ、３２ｃのアンテナ素子の比率を変えることにより、合成ビームパターンの向きを変えることもでき、より多様なビームパターンを形成することができる。

図１７は３つのアレイアンテナを用いて合成ビームパターンを形成する他の例を示す。図１６では、３つのアレイアンテナは一次元的に配列され、２つの合成ビームパターンを形成したが、図１７では、３つのアレイアンテナは２次元的に配置される。図１４に示すアレイアンテナ３２ａ、３２ｂに対してアレイアンテナ３２ｘがその上方に付加されている。アレイアンテナ３２ａ、３２ｂは水平方向にビームパターンを形成し、アレイアンテナ３２ｘは斜め上方にビームパターンを形成する。

アレイアンテナ３２ａのアンテナ素子の中のアレイアンテナ３２ｂ、３２ｘに近い２行２列のアンテナ素子と、アレイアンテナ３２ｂのアンテナ素子の中のアレイアンテナ３２ａ、３２ｘに近い２行２列のアンテナ素子と、アレイアンテナ３２ｘのアンテナ素子の中のアレイアンテナ３２ｂ、３２ｘに近い２行のアンテナ素子がアンテナ素子群１３８を構成する。なお、アレイアンテナ３２ｘのアンテナ素子の中のアレイアンテナ３２ｂ、３２ｘに近い２行２列のアンテナ素子がアンテナ素子群１３８を構成してもよい。

図１８（ａ）は図１７のアンテナを上方から見た平面図であり、図１８（ｂ）は図１７のアンテナを横から見た断面図である。アンテナ素子群１３８により第１合成ビームパターンＳＢＰ１が形成される。第１合成ビームパターンＳＢＰ１は、上から見ると、図１８（ａ）に示すように、第１ビームパターンＢＰ１と第２ビームパターンＢＰ２の中間であり、水平方向を向いている。第１合成ビームパターンＳＢＰ１は、横から見ると、図１８（ｂ）に示すように、第１ビームパターンＢＰ１と第２ビームパターンＢＰ２の中間であり、やや斜め上方を向いている。

図示しないが、図１７のアンテナは、図１４のアンテナと同様に、アレイアンテナ３２ａ、３２ｂにより第２合成ビームパターンを形成するとともに、アレイアンテナ３２ａ、３２ｘにより第３合成ビームパターンを形成し、アレイアンテナ３２ｂ、３２ｘにより第４合成ビームパターンを形成することができる。

図１７のような３つのアレイアンテナを用いても、少ないアレイアンテナにより多様なビームパターンを形成することができる。さらに、図１５と同様に、アンテナ素子群１３４、１３６を構成するアレイアンテナ３２ａ、３２ｂ、３２ｃのアンテナ素子の比率を変えることにより、合成ビームパターンの向きを変えることもでき、より多様なビームパターンを形成することができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１３…中継装置、１４…基地局装置、１６…セル、３４，３６…サービスリンク用アンテナ、４０…フィーダーリンク用アンテナ、５２…第２無線機、５４…第１無線機、５６…中継器、６２…ＢＢ部、６４…ＲＦ部、６９…ビームフォーミング制御部。

Claims

第１平面基板に配置された少なくとも１つの第１アンテナ素子と少なくとも１つの第２アンテナ素子を含む第１アンテナと、
前記第１平面基板と向きが異なる第２平面基板に配置された少なくとも１つの第３アンテナ素子と少なくとも１つの第４アンテナ素子を含む第２アンテナと、
前記少なくとも１つの第１アンテナ素子と前記少なくとも１つの第３アンテナ素子を用いて第１合成ビームパターンを形成する回路と、
を具備し、
前記少なくとも１つの第２アンテナ素子と前記少なくとも１つの第４アンテナ素子は前記第１合成ビームパターンの形成に用いられない、電子装置。
前記少なくとも１つの第１アンテナ素子と前記少なくとも１つの第２アンテナ素子は、前記第２アンテナから離れる方向に配列され、
前記少なくとも１つの第１アンテナ素子は、前記少なくとも１つの第２アンテナ素子よりも前記第２アンテナに近く、
前記少なくとも１つの第３アンテナ素子と前記少なくとも１つの第４アンテナ素子は、前記第１アンテナから離れる方向に配列され、
前記少なくとも１つの第３アンテナ素子は、前記少なくとも１つの第４アンテナ素子よりも前記第１アンテナに近い、請求項１記載の電子装置。
前記少なくとも１つの第１アンテナ素子は、複数の第１アンテナ素子を具備し、
前記少なくとも１つの第２アンテナ素子は、複数の第２アンテナ素子を具備し、
前記少なくとも１つの第３アンテナ素子は、複数の第３アンテナ素子を具備し、
前記少なくとも１つの第４アンテナ素子は、複数の第４アンテナ素子を具備し、
前記複数の第１アンテナ素子は、二次元マトリクス状に配列され、
前記複数の第２アンテナ素子は、二次元マトリクス状に配列され、
前記複数の第３アンテナ素子は、二次元マトリクス状に配列され、
前記複数の第４アンテナ素子は、二次元マトリクス状に配列され、
前記回路は、前記複数の第１アンテナ素子の中の少なくとも１つの第１アンテナ素子と、前記複数の第３アンテナ素子の中の少なくとも１つの第２アンテナ素子を用いて前記第１合成ビームパターンを形成し、
前記複数の第１アンテナ素子の中の少なくとも１つの第１アンテナ素子と第２領域との最短距離は第１距離より短く、
前記第２領域は、前記複数の第３アンテナ素子のアレイの外縁に位置するアンテナ素子と前記複数の第４アンテナ素子とを接続する線により囲まれ、
前記複数の第３アンテナ素子の中の少なくとも１つの第３アンテナ素子と第１領域との最短距離は前記第１距離より短く、
前記第１領域は、前記複数の第１アンテナ素子のアレイの外縁に位置するアンテナ素子と前記複数の第２アンテナ素子とを接続する線により囲まれる、請求項１又は請求項２記載の電子装置。
前記回路は、
前記少なくとも１つの第１アンテナ素子と前記少なくとも１つの第２アンテナ素子を用いて第１ビームパターンを形成し、
前記少なくとも１つの第３アンテナ素子と前記少なくとも１つの第４アンテナ素子を用いて第２ビームパターンを形成する、請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載の電子装置。
前記回路は、
前記少なくとも１つの第１アンテナ素子と、前記少なくとも１つの第２アンテナ素子とを用いて第１ビームパターンを形成し、
前記少なくとも１つの第３アンテナ素子と、前記少なくとも１つの第４アンテナ素子とを用いて第２ビームパターンを形成し、
前記少なくとも１つの第１アンテナ素子の中の第１個数の第１アンテナ素子と、前記少なくとも１つの第２アンテナ素子の中の第２個数の第２アンテナ素子を用いて前記第１合成ビームパターンを形成し、
前記第１個数が前記第２個数より多い場合、前記第１合成ビームパターンは前記第１ビームパターンと前記第２ビームパターンの間で前記第２ビームパターンよりも前記第１ビームパターンに近く、
前記第２個数が前記第１個数より多い場合、前記第１合成ビームパターンは前記第１ビームパターンと前記第２ビームパターンの間で前記第１ビームパターンよりも前記第２ビームパターンに近い、請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載の電子装置。
前記少なくとも１つの第１アンテナ素子は、複数の第１アンテナ素子を具備し、
前記少なくとも１つの第２アンテナ素子は、複数の第２アンテナ素子を具備し、
前記少なくとも１つの第３アンテナ素子は、複数の第３アンテナ素子を具備し、
前記少なくとも１つの第４アンテナ素子は、複数の第４アンテナ素子を具備し、
前記複数の第１アンテナ素子は前記第１平面基板に２次元マトリクス状に配置され、
前記複数の第２アンテナ素子は前記第１平面基板に２次元マトリクス状に配置され、
前記複数の第３アンテナ素子は前記第２平面基板に２次元マトリクス状に配置され、
前記複数の第４アンテナ素子は前記第２平面基板に２次元マトリクス状に配置され、
前記複数の第１アンテナ素子のアレイは、前記複数の第２アンテナ素子のアレイより前記第２アンテナに近く、
前記複数の第３アンテナ素子のアレイは、前記複数の第４アンテナ素子のアレイより前記第１アンテナに近い、請求項１乃至請求項５のいずれか一項記載の電子装置。
前記複数の第１アンテナ素子のアレイのサイズは、前記複数の第２アンテナ素子のアレイのサイズと等しく、
前記複数の第３アンテナ素子のアレイのサイズは、前記複数の第４アンテナ素子のアレイのサイズと等しい、請求項６記載の電子装置。
前記第１平面基板及び前記第２平面基板と向きが異なる第３平面基板に配置された少なくとも１つの第５アンテナ素子と少なくとも１つの第６アンテナ素子を含む第３アンテナをさらに具備し、
前記回路は、前記少なくとも１つの第４アンテナ素子と少なくとも１つの第５アンテナ素子を用いて第２合成ビームパターンをさらに形成し、
前記少なくとも１つの第６アンテナ素子は前記第２合成ビームパターンの形成に用いられない、請求項１乃至請求項７のいずれか一項記載の電子装置。
前記第１平面基板及び前記第２平面基板と向きが異なる第３平面基板に配置された少なくとも１つの第５アンテナ素子と少なくとも１つの第６アンテナ素子を含む第３アンテナをさらに具備し、
前記回路は、前記少なくとも１つの第１アンテナ素子、前記少なくとも１つの第３アンテナ素子、及び前記少なくとも１つの第５アンテナ素子を用いて第２合成ビームパターンをさらに形成し、
前記少なくとも１つの第６アンテナ素子は前記第２合成ビームパターンの形成に用いられない、請求項１乃至請求項７のいずれか一項記載の電子装置。
前記回路は、
前記少なくとも１つの第１アンテナ素子と前記少なくとも１つの第２アンテナ素子を用いて第１ビームパターンを形成し、
前記少なくとも１つの第３アンテナ素子と前記少なくとも１つの第４アンテナ素子を用いて第２ビームパターンを形成し、
前記少なくとも１つの第５アンテナ素子と前記少なくとも１つの第５アンテナ素子を用いて第３ビームパターンを形成する、請求項８又は請求項９記載の電子装置。
第１平面基板に配置された少なくとも１つの第１アンテナ素子と少なくとも１つの第２アンテナ素子を含む第１アンテナと、
前記第１平面基板と向きが異なる第２平面基板に配置された少なくとも１つの第３アンテナ素子と少なくとも１つの第４アンテナ素子を含む第２アンテナと、を具備する電子装置における方法であって、
前記少なくとも１つの第１アンテナ素子と前記少なくとも１つの第３アンテナ素子を用いて第１合成ビームパターンを形成すること
を具備し、
前記少なくとも１つの第２アンテナ素子と前記少なくとも１つの第４アンテナ素子は前記第１合成ビームパターンの形成に用いられない、方法。
前記少なくとも１つの第１アンテナ素子と前記少なくとも１つの第２アンテナ素子は前記第２アンテナから離れる方向に配列され、
前記少なくとも１つの第１アンテナ素子は、前記少なくとも１つの第２アンテナ素子よりも前記第２アンテナに近く、
前記少なくとも１つの第３アンテナ素子と前記少なくとも１つの第４アンテナ素子は前記第１アンテナから離れる方向に配列され、
前記少なくとも１つの第３アンテナ素子は、前記少なくとも１つの第４アンテナ素子よりも前記第１アンテナに近い、請求項１１記載の方法。
前記少なくとも１つの第１アンテナ素子は、複数の第１アンテナ素子を具備し、
前記少なくとも１つの第２アンテナ素子は、複数の第２アンテナ素子を具備し、
前記少なくとも１つの第３アンテナ素子は、複数の第３アンテナ素子を具備し、
前記少なくとも１つの第４アンテナ素子は、複数の第４アンテナ素子を具備し、
前記複数の第１アンテナ素子は、二次元マトリクス状に配列され、
前記複数の第２アンテナ素子は、二次元マトリクス状に配列され、
前記複数の第３アンテナ素子は、二次元マトリクス状に配列され、
前記複数の第４アンテナ素子は、二次元マトリクス状に配列され、
前記複数の第１アンテナ素子の中の少なくとも１つの第１アンテナ素子と、前記複数の第３アンテナ素子の中の少なくとも１つの第２アンテナ素子を用いて前記第１合成ビームパターンが形成され、
前記複数の第１アンテナ素子の中の少なくとも１つの第１アンテナ素子と第２領域との最短距離は第１距離より短く、
前記第２領域は、前記複数の第３アンテナ素子のアレイの外縁に位置するアンテナ素子と前記複数の第４アンテナ素子とを接続する線により囲まれ、
前記複数の第３アンテナ素子の中の少なくとも１つの第３アンテナ素子と第１領域との最短距離は前記第１距離より短く、
前記第１領域は、前記複数の第１アンテナ素子のアレイの外縁に位置するアンテナ素子と前記複数の第２アンテナ素子とを接続する線により囲まれる、請求項１１又は請求項１２記載の方法。
前記少なくとも１つの第１アンテナ素子と前記少なくとも１つの第２アンテナ素子を用いて第１ビームパターンを形成し、
前記少なくとも１つの第３アンテナ素子と前記少なくとも１つの第４アンテナ素子を用いて第２ビームパターンを形成する、請求項１１乃至請求項１３のいずれか一項記載の方法。
前記少なくとも１つの第１アンテナ素子と、前記少なくとも１つの第２アンテナ素子とを用いて第１ビームパターンを形成し、
前記少なくとも１つの第３アンテナ素子と、前記少なくとも１つの第４アンテナ素子とを用いて第２ビームパターンを形成し、
前記少なくとも１つの第１アンテナ素子の中の第１個数の第１アンテナ素子と、前記少なくとも１つの第２アンテナ素子の中の第２個数の第２アンテナ素子を用いて前記第１合成ビームパターンを形成し、
前記第１個数が前記第２個数より多い場合、前記第１合成ビームパターンは前記第１ビームパターンと前記第２ビームパターンの間で前記第２ビームパターンよりも前記第１ビームパターンに近く、
前記第２個数が前記第１個数より多い場合、前記第１合成ビームパターンは前記第１ビームパターンと前記第２ビームパターンの間で前記第１ビームパターンよりも前記第２ビームパターンに近い、請求項１１乃至請求項１３のいずれか一項記載の方法。
前記少なくとも１つの第１アンテナ素子は、複数の第１アンテナ素子を具備し、
前記少なくとも１つの第２アンテナ素子は、複数の第２アンテナ素子を具備し、
前記少なくとも１つの第３アンテナ素子は、複数の第３アンテナ素子を具備し、
前記少なくとも１つの第４アンテナ素子は、複数の第４アンテナ素子を具備し、
前記複数の第１アンテナ素子は前記第１平面基板に２次元マトリクス状に配置され、
前記複数の第２アンテナ素子は前記第１平面基板に２次元マトリクス状に配置され、
前記複数の第３アンテナ素子は前記第２平面基板に２次元マトリクス状に配置され、
前記複数の第４アンテナ素子は前記第２平面基板に２次元マトリクス状に配置され、
前記複数の第１アンテナ素子のアレイは、前記複数の第２アンテナ素子のアレイより前記第２アンテナに近く、
前記複数の第３アンテナ素子のアレイは、前記複数の第４アンテナ素子のアレイより前記第１アンテナに近い、請求項１１乃至請求項１５のいずれか一項記載の方法。
前記複数の第１アンテナ素子のアレイのサイズは、前記複数の第２アンテナ素子のアレイのサイズと等しく、
前記複数の第３アンテナ素子のアレイのサイズは、前記複数の第４アンテナ素子のアレイのサイズと等しい、請求項１６記載の方法。
前記電子装置は、前記第１平面基板及び前記第２平面基板と向きが異なる第３平面基板に配置された少なくとも１つの第５アンテナ素子と少なくとも１つの第６アンテナ素子を含む第３アンテナをさらに具備し、
前記方法は、
前記少なくとも１つの第４アンテナ素子と少なくとも１つの第５アンテナ素子を用いて第２合成ビームパターンをさらに形成することを具備し、
前記少なくとも１つの第６アンテナ素子は前記第２合成ビームパターンの形成に用いられない、請求項１１乃至請求項１７のいずれか一項記載の方法。
前記電子装置は、前記第１平面基板及び前記第２平面基板と向きが異なる第３平面基板に配置された少なくとも１つの第５アンテナ素子と少なくとも１つの第６アンテナ素子を含む第３アンテナをさらに具備し、
前記方法は、
前記少なくとも１つの第１アンテナ素子、前記少なくとも１つの第３アンテナ素子、及び前記少なくとも１つの第５アンテナ素子を用いて第２合成ビームパターンを形成することを具備し、
前記少なくとも１つの第６アンテナ素子は前記第２合成ビームパターンの形成に用いられない、請求項１１乃至請求項１７のいずれか一項記載の方法。
前記少なくとも１つの第１アンテナ素子と前記少なくとも１つの第２アンテナ素子を用いて第１ビームパターンを形成し、
前記少なくとも１つの第３アンテナ素子と前記少なくとも１つの第４アンテナ素子を用いて第２ビームパターンを形成し、
前記少なくとも１つの第５アンテナ素子と前記少なくとも１つの第５アンテナ素子を用いて第３ビームパターンを形成する、請求項１８又は請求項１９記載の方法。