JP3604655B2 - Array type multi-beam antenna device for communication - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、地上マイクロ波通信装置、移動体通信装置、衛星通信装置等に用いる通信用アレー型マルチビームアンテナ装置に関し、特に上記通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の高効率化に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の通信用アレー型マルチビームアンテナ装置として、例えば、飯田尚志編著，“衛星通信 −ウエーブサミット講座−，”オーム社，ｐｐ．１２６−１２８，Ｆｅｂ． １９９７に示されたものがあり、図１７は、上記文献に示された従来の通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の構成図である。
図１７中、１，２は夫々第１，第２のビームに対する入力端子、３，４，５は夫々１番目，２番目，Ｎ番目の素子アンテナ、６，７，８はそれぞれ１番目，２番目，Ｎ番目の増幅器、９，１０，１１はそれぞれ１番目，２番目，Ｎ番目の第１のビーム用移相器、１２，１３，１４はそれぞれ１番目，２番目，Ｎ番目の第２のビーム用移相器である。
なお、Ｐは第１のビームに対する等位相面、Ｑは第２のビームに対する等位相面である。
【０００３】
次に動作について説明する。第１のビームに対する入力端子１から入力した信号は、Ｎ分配され、１番目の第１のビーム用移相器９からＮ番目の第１のビーム用移相器１１までのＮ個の移相器へ入力する。
Ｎ個の移相器の出力は、１番目の増幅器６からＮ番目の増幅器８までのＮ個の増幅器で増幅され、１番目のアンテナ３からＮ番目のアンテナ５までのＮ個の素子アンテナから放射される。
このとき、１番目の第１のビーム用移相器９の位相量設定値を零（基準）とし、Ｎ番目の第１のビーム用移相器１１の位相量設定値φ１Ｎを式（１）で表わすと、図１７中に示すように、第１のビームに対する等位相面Ｐが形成され、第１のビームは正面に対して角度θ１の方向に放射される。
【０００４】
【数１】
ここで、ｄは素子アンテナ間の距離、λは給電回路内の波長である。
同様に、第２のビームに対する入力端子２から入力した信号は、Ｎ分配され、１番目の第２のビーム用移相器１２からＮ番目の第２のビーム用移相器１４までのＮ個の移相器へ入力する。
Ｎ個の移相器の出力は、１番目の増幅器６からＮ番目の増幅器８までのＮ個の増幅器で増幅され、１番目の素子アンテナ３からＮ番目の素子アンテナ５までのＮ個の素子アンテナから放射される。
このとき、１番目の第２のビーム用移相器１２の位相量設定値を零（基準）とし、Ｎ番目の第２のビーム用移相器１４の位相量設定値φ２Ｎを式（２）で表わすと図１７中に示すように、第２のビームに対する等位相面Ｑが形成され、第２のビームは正面に対して角度θ２の方向に放射される。
【０００６】
【数２】
ここで、ｄは素子アンテナ間の距離、λは給電回路内の波長である。
図１８は図１７の通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の入力に対する出力、効率、歪の特性図である。
従来、複数のビームを異なる方向に放射する場合に、通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の歪特性が改善されることが知られていなかったので、増幅器の動作点出力バックオフ（図１８中のＳ）とここで定義する動作点出力レベルと飽和出力レベルの差は、同一方向にビームを放射する条件において、通信用アレー型マルチビームアンテナ装置が通信品質を規定するビットエラーレート（ＢＥＲ）に対する仕様を満足するための増幅器の動作点出力バックオフ、あるいは、増幅器が第３次相互変調歪、ノイズパワーレシオ（ ＮＰＲ ）等の歪に対する仕様を満足するための動作点出力バックオフに設定されることが一般的であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の通信用アレー型マルチビームアンテナ装置は、以上のように構成されていて、各増幅器は、飽和出力から大きな出力バックオフを確保した動作点出力バックオフで動作させるために、出力が小さい、効率が低い等の問題点があった。この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、通信用アレー型マルチビームアンテナ装置として通信品質に関する仕様を満足するとともに、従来に比べ高効率な通信用アレー型マルチビームアンテナ装置を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に係わる通信用アレー型マルチビームアンテナ装置は、直線状又は平面状に配置した複数の素子アンテナに、移相器及び増幅器を介して信号を給電し、夫々の移相器の設定位相を制御することにより複数のビームを所望の方向に放射する通信用アレー型マルチビームアンテナ装置において、
上記通信用アレー型マルチビームアンテナ装置が同一方向にビームを放射して通信品質の要求を満たすための上記増幅器の動作点出力バックオフ（入出力特性の動作点出力レベルと飽和出力レベルの差）に対して、
複数のビームを異なる方向に放射する場合に上記通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の歪特性が改善されることを考慮して、上記増幅器の動作点出力バックオフを同一方向にビームを放射する条件において通信用アレー型マルチビームアンテナ装置がビットエラーレートに対する仕様を満足するための増幅器の動作点出力バックオフより小さく設定していることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に係わる通信用アレー型マルチビームアンテナ装置は、所望の方向にビームを放射するための位相の異なる複数の信号を生成するデジタルビーム形成回路を備え、上記デジタルビーム形成回路の出力信号を増幅器を介して、直線状又は平面状に配置した複数の素子アンテナに給電し、複数のビームを放射する通信用アレー型マルチビームアンテナ装置において、
上記通信用アレー型マルチビームアンテナ装置が同一方向にビームを放射して通信品質の要求を満たすための上記増幅器の動作点出力バックオフ（入出力特性の動作点出力レベルと飽和出力レベルの差）に対して、
複数のビームを異なる方向に放射する場合に上記通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の歪特性が改善されることを考慮して、上記増幅器の動作点出力バックオフを同一方向にビームを放射する条件において通信用アレー型マルチビームアンテナ装置がビットエラーレートに対する仕様を満足するための増幅器の動作点出力バックオフより小さく設定していることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３に係わる通信用アレー型マルチビームアンテナ装置は、直線状又は平面状に配置した複数の素子アンテナに、移相器及び増幅器を介して信号を給電し、夫々の移相器の設定位相を制御することにより複数のビームを所望の方向に放射する通信用アレー型マルチビームアンテナ装置において、
上記通信用アレー型マルチビームアンテナ装置が同一方向にビームを放射して通信品質の要求を満たすための上記増幅器のゲート電圧に対して、
複数のビームを異なる方向に放射する場合に上記通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の歪特性が改善されることを考慮して、上記増幅器のゲート電圧を同一方向にビームを放射する場合の通信用アレー型マルチビームアンテナ装置がビットエラーレートに対する仕様を満足するための増幅器のゲート電圧より深く設定していることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４に係わる通信用アレー型マルチビームアンテナ装置は、所望の方向にビームを放射するための位相の異なる複数の信号を生成するデジタルビーム形成回路を備え、上記デジタルビーム形成回路の出力信号を増幅器を介して、直線状又は平面状に配置した複数の素子アンテナに給電し、複数のビームを放射する通信用アレー型マルチビームアンテナ装置において、
上記通信用アレー型マルチビームアンテナ装置が同一方向にビームを放射して通信品質の要求を満たすための上記増幅器のゲート電圧に対して、
複数のビームを異なる方向に放射する場合に上記通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の歪特性が改善されることを考慮して、上記増幅器のゲート電圧を同一方向にビームを放射する場合の通信用アレー型マルチビームアンテナ装置がビットエラーレートに対する仕様を満足するための増幅器のゲート電圧より深く設定していることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５に係わる通信用アレー型マルチビームアンテナ装置は、直線状又は平面状に配置した複数の素子アンテナに、移相器及び増幅器を介して信号を給電し、夫々の移相器の設定位相を制御することにより複数のビームを所望の方向に放射する通信用アレー型マルチビームアンテナ装置において、
上記通信用アレー型マルチビームアンテナ装置が、同一方向にビームを放射して通信品質の要求を満たすための上記増幅器に使用する半導体素子のゲート幅に対して、
複数のビームを異なる方向へ放射する場合に上記通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の歪特性が改善されることを考慮して、上記増幅器に使用する半導体素子のゲート幅を同一方向にビームを放射する場合の通信用アレー型マルチビームアンテナ装置がビットエラーレートに対する仕様を満足するための半導体素子のゲート幅より小さく設定していることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６に係わる通信用アレー型マルチビームアンテナ装置は、
所望の方向にビームを放射するための位相の異なる複数の信号を生成するデジタルビーム形成回路を備え、上記デジタルビーム形成回路の出力信号を増幅器を介して、直線状又は平面状に配置した複数の素子アンテナに給電し、複数のビームを放射する通信用アレー型マルチビームアンテナ装置において、
上記通信用アレー型マルチビームアンテナ装置が、同一方向にビームを放射して通信品質の要求を満たすための上記増幅器に使用する半導体素子のゲート幅に対して、
複数のビームを異なる方向へ放射する場合に上記通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の歪特性が改善されることを考慮して、上記増幅器に使用する半導体素子のゲート幅を同一方向にビームを放射する場合の通信用アレー型マルチビームアンテナ装置がビットエラーレートに対する仕様を満足するための半導体素子のゲート幅より小さく設定していることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項７に係わる通信用アレー型マルチビームアンテナ装置は、直線状又は平面状に配置した複数の素子アンテナに、移相器及び増幅器を介して信号を給電し、夫々の移相器の設定位相を制御することにより複数のビームを所望の方向に放射する通信用アレー型マルチビームアンテナ装置において、
上記通信用アレー型マルチビームアンテナ装置が同一方向にビームを放射して通信品質の要求を満たすための上記増幅器のドレイン電圧に対して、
複数のビームを異なる方向に放射する場合に上記通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の歪特性が改善されることを考慮して、上記増幅器のドレイン電圧を同一方向にビームを放射する場合の通信用アレー型マルチビームアンテナ装置がビットエラーレートに対する仕様を満足するための増幅器のドレイン電圧より低く設定していることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項８に係わる通信用アレー型マルチビームアンテナ装置は、所望の方向にビームを放射するための位相の異なる複数の信号を生成するデジタルビーム形成回路を備え、上記デジタルビーム形成回路の出力信号を増幅器を介して、直線状又は平面状に配置した複数の素子アンテナに給電し、複数のビームを放射する通信用アレー型マルチビームアンテナ装置において、
上記通信用アレー型マルチビームアンテナ装置が同一方向にビームを放射して通信品質の要求を満たすための上記増幅器のドレイン電圧に対して、
複数のビームを異なる方向に放射する場合に上記通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の歪特性が改善されることを考慮して、上記増幅器のドレイン電圧を同一方向にビームを放射する場合の通信用アレー型マルチビームアンテナ装置がビットエラーレートに対する仕様を満足するための増幅器のドレイン電圧より低く設定していることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項９に係わる通信用アレー型マルチビームアンテナ装置は、直線状又は平面状に配置した複数の素子アンテナに、移相器及び増幅器を介して信号を給電し、夫々の移相器の設定位相を制御することにより複数のビームを所望の方向に放射する通信用アレー型マルチビームアンテナ装置において、
上記増幅器のゲート電圧又はドレイン電圧を、複数のビームの離角情報に対応して可変する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１０に係わる通信用アレー型マルチビームアンテナ装置は、所望の方向にビームを放射するための位相の異なる複数の信号を生成するデジタルビーム形成回路を備え、上記デジタルビーム形成回路の出力信号を増幅器を介して、直線状又は平面状に配置した複数の素子アンテナに給電し、複数のビームを放射する通信用アレー型マルチビームアンテナ装置において、
上記増幅器のゲート電圧又はドレイン電圧を、複数のビームの離角情報に対応して可変する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１を説明するに先立ち、この発明の各実施の形態に共通する技術的要素について実施の形態１を示す図面を参照して説明する。
図１は、この発明の実施の形態１を示す通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の構成図である。
通信用アレー型マルチビームアンテナ装置において、２つのビームを同一方向に放射する場合と、異なる方向に放射する場合の、通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の歪特性について説明する。
図１に示す通信用アレー型マルチビームアンテナ装置において、第１のビームを正面に対して角度θ１、第２のビームを正面に対して角度θ２の方向に放射するために、Ｎ番目の第１のビーム用移相器の出力信号を、Ａ・ｃｏｓ（ω０・ｔ＋φ１Ｎ）、Ｎ番目の第２のビーム用移相器の出力信号を、Ｂ・ｃｏｓ（ω０・ｔ＋φ２Ｎ）とする。
このとき、Ｎ番目の増幅器への入力信号Ｐｉ Ｎ ， Ｎは、次式となる。
【００２０】
【数３】
ここで、振幅がαＮ、位相がβＮ、角周波数がω０１及びω０２の２つの信号をＮ番目の増幅器へ入力すると、Ｎ番目の増幅器は次式で表わされる第３次相互変調歪を発生する。
【００２２】
【数４】
第１のビームと第２のビームを同じ方向に放射する場合には、式（１）、式（２）において、θ１＝θ２であるので、φ１Ｎ＝φ２Ｎである。このとき、式（７）は次式のように簡単化される。
【００２４】
【数５】
式（８）は、正面に対して角度θ１の方向に、第３次相互変調歪に対する等位相面が生成され、各増幅器が発生した第３次相互変調歪が有効に合成されることを表わしている。
一方、第１のビームと第２のビームを異なる方向に放射する場合には、式（１）、式（２）においてθ１≠θ２であるので、φ１Ｎ≠φ２Ｎである。
このとき、αＮ及びβＮはＮの関数である。式（７）において、１番目の増幅器６からＮ番目の増幅器８は、それぞれ、Ｎの関数で与えられる異なった振幅、位相の第３次相互変調歪を発生するので、正面に対して角度θ１又は角度θ２の方向に、第３次相互変調歪に対する等位相面は生成されず、各増幅器が発生した第３次相互変調歪は有効に合成されない。そしてこの場合、各増幅器が発生するＮの関数で与えられる異なった振幅、位相の第３次相互変調歪は、相互に打ち消し合い、正面に対して角度θ１、及び正面に対して角度θ２の方向のアンテナとしての第３次相互変調歪は改善されることになる。
以上は、２つのビームを異なる方向（ビーム離角がθ１−θ２の場合）に放射した場合の第３次相互変調歪の改善について説明したが、ビーム離角（θ１−θ２）を変化した場合、及びビーム数を２に限らず増加した場合の歪の改善について、歪の評価パラメータであるＮＰＲ（ノイズパワーレシオ）の改善量について以下説明する。
以上より複数のビームを異なる方向に放射する場合の通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の歪特性は、同一方向にビームを放射する場合の歪特性と比較して改善される。
【００２６】
図３は、図１に示した通信用アレー型マルチビームアンテナ装置が２つの方向にビームを放射する場合のビーム離角（θ１−θ２）に対する歪の評価パラメータＮＰＲ（ノイズパワーレシオ）の改善量のシミュレーション結果を示す。
図３において、２つのビームを同一方向に形成する場合（ビーム離角が０に相当）を基準として、ビーム離角を増大した場合のＮＰＲ（ノイズパワーレシオ）を表わしている。図３によれば、ビーム離角を大きくするとＮＰＲ改善量は大きくなることが判る。
【００２７】
図４は、図１に示した通信用アレー型マルチビームアンテナ装置のビーム数に対するＮＰＲ改善量のシミュレーション結果を示す。図４によれば、ビーム数を２に限らず増加するとＮＰＲ改善量は大きくなることが判る。
以上により、複数のビームを異なる方向に放射する場合の通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の歪特性は、同一方向にビームを放射する場合の歪特性と比較して改善される。
【００２８】
さて、元に戻って、この発明の実施の形態１について説明する。
図１は、この発明の実施の形態１を示す通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の構成図である。
図１中、１７，１８，１９はそれぞれ１番目，２番目，Ｎ番目の動作点出力バックオフを小さく設定している増幅器である。
複数のビームを放射する場合の通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の歪特性は、先に説明したように、同一方向にビームを放射する場合の歪特性と比較して改善される。
従って、この実施の形態１で設定する増幅器の動作点出力バックオフは、ここで上記増幅器の動作点出力バックオフ（動作点出力レベルと飽和出力レベルの差で定義する）は、従来の同一方向にビームを放射する条件において通信用アレー型マルチビームアンテナ装置がビットエラーレートに対する仕様を満足するための増幅器の動作点出力バックオフより小さく設定している。
【００２９】
図２は、図１の増幅器の入力に対する出力、効率、歪の特性図である。
図２中、従来とこの発明の増幅器の動作点を示す。動作点Ａはこの発明の増幅器、動作点Ｂは従来の増幅器に対応する。この発明の増幅器は、従来の増幅器と比較して、出力、効率、歪みとも大きい動作点で動作している。しかし、通信用アレー型マルチビームアンテナ装置としては、複数のビームを放射する場合に、歪特性が改善されることから、この発明の通信用アレー型マルチビームアンテナ装置は、従来の通信用アレー型マルチビームアンテナ装置と比較して、出力は大きく、効率は高く、歪みは同等レベルにすることができる。
以上のように実施の形態１によれば、通信用アレー型マルチビームアンテナ装置として、ビットエラーレートに対する仕様を満足するとともに、従来に比べ高効率を得ることができる。
【００３０】
実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２を示す通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の構成図である。
図５中、２０はデジタルビーム形成回路で、所望の方向にビームを放射するための位相の異なる複数の信号を生成する。上記デジタルビーム形成回路の出力信号を増幅器を介して、位相を変化させた信号を、１番目の動作点出力バックオフの小さい増幅器１７からＮ番目の動作点出力バックオフの小さい増幅器１９へ供給する。基本的な構成と動作は、この発明の実施の形態１のアレー型マルチビームアンテナ装置と同様である。
以上のように、この発明の実施の形態２による効果は、実施の形態１における効果と同様であり、通信用アレー型マルチビームアンテナ装置として、ビットエラーレートに対する仕様を満たすとともに、従来技術と比較して、出力は大きく、歪みは同等レベルで、効率を高くすることができる。
【００３１】
実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３の通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の構成図である。
図６中、２１，２２，２３はそれぞれ１番目，２番目，Ｎ番目のゲート電圧を深く設定している増幅器である。複数のビームを異なる方向に放射する場合の通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の歪特性は、同一方向にビームを放射する場合の歪特性と比較して改善されるので、上記増幅器のゲート電圧は、従来の同一方向にビームを放射する場合の通信用アレー型マルチビームアンテナ装置がビットエラーレートに対する仕様を満足するための増幅器のゲート電圧より深く設定している。
【００３２】
図７は、図６に示す増幅器の入力に対する出力、効率、歪の特性を示している。
図７中、入出力特性を示す実線は従来の図１８に示すものと同様であり、破線はこの発明の図６に示す増幅器のもので増幅器のゲート電圧は従来より深く設定したものである。
図７中、入出力特性を示す破線上の動作点Ａはこの発明の増幅器、実線上の動作点Ｂは従来の増幅器に対応する。この発明の増幅器は、従来の増幅器と比較して、出力は同等で、効率、歪みは大きい動作点で動作している。
ここで、通信用アレー型マルチビームアンテナ装置として、複数のビームを異なる方向に放射する場合には歪特性が改善されることから、この発明の通信用アレー型マルチビームアンテナ装置としては、従来の通信用アレー型マルチビームアンテナ装置と比較して、出力、歪みは同等レベルで、効率は従来に比べ高効率にすることができる。
以上のようにこの発明の実施の形態３によれば、通信用アレー型マルチビームアンテナ装置として、ビットエラーレートに対する仕様を満足するとともに、従来と比較して、高効率を得ることができる。
【００３３】
実施の形態４．
図８は、この発明の実施の形態４を示す通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の構成図である。デジタルビーム形成回路２０は、位相を変化させた信号を、１番目のゲート電圧を深く設定している増幅器２１からＮ番目のゲート電圧を深く設定している増幅器２３へ供給している。基本的な構成と動作は、この発明の実施の形態３のアレー型マルチビームアンテナ装置と同様である。
以上のように、この発明の実施の形態４による効果は、実施の形態３における効果と同様であり、通信用アレー型マルチビームアンテナ装置として、ビットエラーレートに対する仕様を満たすとともに、従来技術と比較して、出力、歪みは同レベル、効率は従来より高効率を得ることができる。
【００３４】
実施の形態５．
図９は、この発明の実施の形態５を示す通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の構成図である。
図９中、２４，２５，２６は、それぞれ１番目，２番目，Ｎ番目のゲート幅の小さい半導体素子を用いた増幅器である。
複数のビームを異なる方向に放射する場合の通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の歪特性は、同一方向にビームを放射する場合の歪特性と比較して改善されるので、上記増幅器に使用する半導体素子のゲート幅は、同一方向にビームを放射する場合の通信用アレー型マルチビームアンテナ装置がビットエラーレートに対する仕様を満足するための半導体素子のゲート幅より小さく設定している。
【００３５】
図１０は、図９に示す増幅器の入力に対する出力、効率、歪の特性を示している。
図１０中、入出力特性を示す破線上の動作点Ａはこの発明の増幅器、実線上の動作点Ｂは従来の増幅器に対応する。この発明の増幅器は、従来の増幅器と比較して、出力は同等レベルで、効率、歪みは大きい動作点で動作している。
ここで、通信用アレー型マルチビームアンテナ装置としては、複数のビームを異なる方向に放射する場合に歪特性が改善されることから、この発明の通信用アレー型マルチビームアンテナ装置としては、従来の通信用アレー型マルチビームアンテナ装置と比較して、出力、歪みは従来と同等レベル、効率は従来に比べ高効率を得ることができる。
【００３６】
実施の形態６．
図１１は、この発明の実施の形態６の通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の構成図である。デジタルビーム形成回路２０は、位相を変化させた信号を、１番目のゲート幅の小さい素子を用いた増幅器２４からＮ番目のゲート幅の小さい素子を用いた増幅器２６へ供給している。基本的な構成と動作は、この発明の実施の形態５のアレー型マルチビームアンテナ装置と同様である。
以上のように、この発明の実施の形態６による効果は、実施の形態５における効果と同様であり、通信用アレー型マルチビームアンテナ装置として、ビットエラーレートに対する仕様を満たすとともに、従来技術と比較して、出力、歪みは従来と同等レベル、効率は従来より高効率を得ることができる。 基本的な動作は、この発明の実施の形態５を示すアレー型マルチビームアンテナ装置と同様である。
【００３７】
実施の形態７．
図１２は、この発明の実施の形態７を示す通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の構成図である。
図１２中、２７，２８，２９はそれぞれ１番目，２番目，Ｎ番目のドレイン電圧が低い増幅器である。複数のビームを異なる方向に放射する場合の通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の歪特性は、同一方向にビームを放射する場合の歪特性と比較して改善されるので、同一方向にビームを放射する場合の通信用アレー型マルチビームアンテナ装置がビットエラーレートに対する仕様を満足するための増幅器のドレイン電圧より低く設定している。
【００３８】
図１３は、図１２に示す増幅器の入力に対する出力、効率、歪の特性を示している。
図１３中、入出力特性を示す実線は従来の図１８に示すものと同様であり、破線はこの発明の図１２に示す増幅器のもので増幅器のドレイン電圧は従来より低く設定したものである。
図１３中、入出力特性を示す破線上の動作点Ａはこの発明の増幅器、実線上の動作点Ｂは従来の増幅器に対応する。この発明の増幅器は、従来の増幅器と比較して、出力は同等レベルで、効率、歪みは大きい動作点で動作している。
ここで、通信用アレー型マルチビームアンテナ装置として、複数のビームを異なる方向に放射する場合には歪特性は改善されることから、この発明の通信用アレー型マルチビームアンテナ装置としては、従来の通信用アレー型マルチビームアンテナ装置と比較して、出力、歪みは同等レベルを、効率は従来より高効率を得ることができる。
以上のようにこの発明の実施の形態７によれば、通信用アレー型マルチビームアンテナ装置として、ビットエラーレートに対する仕様を満足するとともに、従来と比較して、高効率を得ることができる。
【００３９】
実施の形態８．
図１４は、この発明の実施の形態８を示す通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の構成図である。デジタルビーム形成回路２０は、位相を変化させた信号を、１番目のドレイン電圧が小さい増幅器２７からＮ番目のドレイン電圧が小さい増幅器２９へ供給している。基本的な構成と動作は、この発明の実施の形態７のアレー型マルチビームアンテナ装置と同様である。
以上のように、この発明の実施の形態８による効果は、実施の形態７における効果と同様であり、通信用アレー型マルチビームアンテナ装置として、ビットエラーレートに対する仕様を満たすとともに、従来技術と比較して、出力、歪みは同レベル、効率は従来より高効率を得ることができる。
【００４０】
実施の形態９．
図１５は、この発明の実施の形態９を示す通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の構成図であり、図１５中、３０は制御回路である。
制御回路３０は、デジタル・アナログ回路で構成され、ビームを放射する方向に応じて、１番目の増幅器３１からＮ番目の増幅器３３までのゲート電圧、又は、ドレイン電圧を可変している。一般的に、増幅器の効率は、ゲート電圧を深くする、又はドレイン電圧を低くすると高くなるので、複数のビームを異なる方向に放射するとき、その放射角度に応じて、ゲート電圧を深くする、又はドレイン電圧を低くすることにより、通信用アレー型マルチビームアンテナ装置としてビットエラーレートに対する仕様を満足するとともに、効率を改善することが出来る。
【００４１】
実施の形態１０．
図１６は、この発明の実施の形態１０を示す通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の構成図である。制御回路３０は、デジタル・アナログ回路で構成され、ビームを放射する方向に応じて、１番目の増幅器３１からＮ番目の増幅器３３までのゲート電圧、又はドレイン電圧を可変している。一般的に、増幅器の効率は、ゲート電圧を深くする、又はドレイン電圧を低くすると高くなるので、複数のビームを放射するとき、その放射角度に応じて、ゲート電圧を深くする、又はドレイン電圧を低くすることにより、通信用アレー型マルチビームアンテナ装置としてビットエラーレートに対する仕様を満足するとともに、効率を改善することが出来る。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に係わる発明によれば、通信用アレー型マルチビームアンテナ装置が、複数のビームを異なる方向に放射する場合に当該マルチビームアンテナ装置の歪特性が改善されることを考慮して、増幅器の動作点出力バックオフを従来より小さく適性値に設定することにより、通信品質の要求（ＢＥＲ要求）を満たすとともに、従来より効率を高めた通信用アレー型マルチビームアンテナ装置を得ることが出来る。
【００４３】
また、請求項２に係わる発明によれば、通信用アレー型マルチビームアンテナ装置が、複数のビームを異なる方向に放射する場合に当該マルチビームアンテナ装置の歪特性が改善されることを考慮して、増幅器の動作点出力バックオフを従来より小さく適性値に設定することにより、通信品質の要求（ＢＥＲ要求）を満たすとともに、従来より効率を高めた通信用アレー型マルチビームアンテナ装置を得ることが出来る。
【００４４】
また、請求項３に係わる発明によれば、通信用アレー型マルチビームアンテナ装置が、複数のビームを異なる方向に放射する場合に当該マルチビームアンテナ装置の歪特性が改善されることを考慮して、増幅器のゲート電圧を従来より深い適性値に設定することにより、通信品質の要求（ＢＥＲ要求）を満たすとともに、従来より効率を高めた通信用アレー型マルチビームアンテナ装置を得ることが出来る。
【００４５】
また、請求項４に係わる発明によれば、通信用アレー型マルチビームアンテナ装置が、複数のビームを異なる方向に放射する場合に当該マルチビームアンテナ装置の歪特性が改善されることを考慮して、増幅器のゲート電圧を従来より深い適性値に設定することにより、通信品質の要求（ＢＥＲ要求）を満たすとともに、従来より効率を高めた通信用アレー型マルチビームアンテナ装置を得ることが出来る。
【００４６】
また、請求項５に係わる発明によれば、通信用アレー型マルチビームアンテナ装置が、複数のビームを異なる方向に放射する場合に当該マルチビームアンテナ装置の歪特性が改善されることを考慮して、増幅器の使用している半導体素子のゲート幅を従来より小さい適正値に設定することにより、通信品質の要求（ＢＥＲ要求）を満たすとともに、従来より効率を高めた通信用アレー型マルチビームアンテナ装置を得ることが出来る。
【００４７】
また、請求項６に係わる発明によれば、通信用アレー型マルチビームアンテナ装置が、複数のビームを異なる方向に放射する場合に当該マルチビームアンテナ装置の歪特性が改善されることを考慮して、増幅器の使用している半導体素子のゲート幅を従来より小さい適正値に設定することにより、通信品質の要求（ＢＥＲ要求）を満たすとともに、従来より効率を高めた通信用アレー型マルチビームアンテナ装置を得ることが出来る。
【００４８】
また、請求項７に係わる発明によれば、通信用アレー型マルチビームアンテナ装置が、複数のビームを異なる方向に放射する場合に当該マルチビームアンテナ装置の歪特性が改善されることを考慮して、増幅器のドレイン電圧を従来より低い適正値に設定することにより、通信品質の要求（ＢＥＲ要求）を満たすとともに、従来より効率を高めた通信用アレー型マルチビームアンテナ装置を得ることが出来る。
【００４９】
また、請求項８に係わる発明によれば、通信用アレー型マルチビームアンテナ装置が、複数のビームを異なる方向に放射する場合に当該マルチビームアンテナ装置の歪特性が改善されることを考慮して、増幅器のドレイン電圧を従来より低い適正値に設定することにより、通信品質の要求（ＢＥＲ要求）を満たすとともに、従来より効率を高めた通信用アレー型マルチビームアンテナ装置を得ることが出来る。
【００５０】
また、請求項９に係わる発明によれば、通信用アレー型マルチビームアンテナ装置が、複数のビームを異なる方向に放射するとき、その放射角度に応じて、ゲート電圧を深くする、又はドレイン電圧を低くする制御を行っているので、通信用アレー型マルチビームアンテナ装置としてビットエラーレートに対する仕様を満足するとともに、効率を高めた通信用アレー型マルチビームアンテナ装置を得ることが出来る。
【００５１】
また、請求項１０に係わる発明によれば、通信用アレー型マルチビームアンテナ装置が、複数のビームを異なる方向に放射するとき、その放射角度に応じて、ゲート電圧を深くする、又はドレイン電圧を低くする制御を行っているので、通信用アレー型マルチビームアンテナ装置としてビットエラーレートに対する仕様を満足するとともに、効率を高めた通信用アレー型マルチビームアンテナ装置を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１を示す通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の構成図である。
【図２】図１の増幅器の入力に対する出力、効率、歪の特性図である。
【図３】図１のビーム離隔に対するＮＰＲ（ノイズパワレシオ）改善量のシミュレーション結果を示す図である。
【図４】図１のビーム数に対するＮＰＲ（ノイズパワレシオ）改善量のシミュレーション結果を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態２を示す通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の構成図である。
【図６】この発明の実施の形態３を示す通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の構成図である。
【図７】図６の増幅器の入力に対する出力、効率、歪の特性図である。
【図８】この発明の実施の形態４を示す通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の構成図である。
【図９】この発明の実施の形態５を示す通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の構成図である。
【図１０】図９の増幅器の入力に対する出力、効率、歪の特性図である。
【図１１】この発明の実施の形態６を示す通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態７を示す通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の構成図である。
【図１３】図１２の増幅器の入力に対する出力、効率、歪の特性図である。
【図１４】この発明の実施の形態８を示す通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の構成図である。
【図１５】この発明の実施の形態９を示す通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の構成図である。
【図１６】この発明の実施の形態１０を示す通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の構成図である。
【図１７】従来の通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の構成図である。
【図１８】図１７の増幅器の入力に対する出力、効率、歪の特性図である。
【符号の説明】
１ 第１のビームに対する入力端子
２ 第２のビームに対する入力端子
３ １番目の素子アンテナ
４ ２番目の素子アンテナ
５ Ｎ番目の素子アンテナ
６ １番目の動作点バックオフを大きく設定している増幅器
７ ２番目の動作点バックオフを大きく設定している増幅器
８ Ｎ番目の動作点バックオフを大きく設定している増幅器
９ １番目の第１のビーム用移相器
１０ ２番目の第１のビーム用移相器
１１ Ｎ番目の第１のビーム用移相器
１２ １番目の第２のビーム用移相器
１３ ２番目の第２のビーム用移相器
１４ Ｎ番目の第２のビーム用移相器
１７ １番目の動作点出力バックオフを小さく設定している増幅器
１８ ２番目の動作点出力バックオフを小さく設定している増幅器
１９ Ｎ番目の動作点出力バックオフを小さく設定している増幅器
２０ デジタルビーム形成回路
２１ １番目のゲート電圧を深く設定している増幅器
２２ ２番目のゲート電圧を深く設定している増幅器
２３ Ｎ番目のゲート電圧を深く設定している増幅器
２４ １番目の半導体素子のゲート幅を小さく設定している増幅器
２５ ２番目の半導体素子のゲート幅を小さく設定している増幅器
２６ Ｎ番目の半導体素子のゲート幅を小さく設定している増幅器
２７ １番目のドレイン電圧を低く設定している増幅器
２８ ２番目のドレイン電圧を低く設定している増幅器
２９ Ｎ番目のドレイン電圧を低く設定している増幅器
３０ 制御回路
３１ １番目のゲート電圧又はドレイン電圧を外部から制御される増幅器
３２ ２番目のゲート電圧又はドレイン電圧を外部から制御される増幅器
３３ Ｎ番目のゲート電圧又はドレイン電圧を外部から制御される増幅器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a communication array-type multi-beam antenna device used for a terrestrial microwave communication device, a mobile communication device, a satellite communication device, and the like, and more particularly to an improvement in the efficiency of the communication array-type multi-beam antenna device.
[0002]
[Prior art]
As this type of array-type multi-beam antenna device for communication, for example, "Satellite Communication-Wave Summit Course-", edited by Naoshi Iida, Ohmsha, pp. 126-128, Feb. FIG. 17 is a configuration diagram of a conventional communication array-type multi-beam antenna device disclosed in the above-mentioned document.
In FIG. 17,
Note that P is an equal phase surface for the first beam, and Q is an equal phase surface for the second beam.
[0003]
Next, the operation will be described. A signal input from the
The outputs of the N phase shifters are amplified by N amplifiers from the
At this time, the phase amount set value of the first first beam phase shifter 9 is set to zero (reference), and the phase amount set value φ of the Nth first
[0004]
(Equation 1)
Here, d is the distance between the element antennas, and λ is the wavelength in the feed circuit.
Similarly, the signal input from the
The outputs of the N phase shifters are amplified by N amplifiers from a
At this time, the phase amount setting value of the first second
[0006]
(Equation 2)
Here, d is the distance between the element antennas, and λ is the wavelength in the feed circuit.
FIG. 18 is a characteristic diagram of output, efficiency, and distortion with respect to input of the communication array type multi-beam antenna device of FIG.
Conventionally, it has not been known that when a plurality of beams are radiated in different directions, the distortion characteristic of the communication array-type multi-beam antenna device is improved. S) and the difference between the operating point output level and the saturation output level defined here are different from the bit error rate (BER) that the communication array type multi-beam antenna device defines the communication quality under the condition that the beam is emitted in the same direction. An operating point output back-off for the amplifier to satisfy the specifications, or an operating point output back-off for the amplifier to satisfy the specifications for third-order intermodulation distortion, noise power ratio (NPR), and other distortions. That was common.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional array-type multi-beam antenna device for communication is configured as described above, and each amplifier has a small output in order to operate with an operating point output backoff that secures a large output backoff from a saturated output. There were problems such as low efficiency. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and satisfies the communication quality specifications as a communication array type multi-beam antenna device, and has a communication array type multi-beam antenna with higher efficiency than before. The aim is to obtain a device.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a communication array type multi-beam antenna device according to claim 1 supplies a signal to a plurality of linearly or planarly arranged element antennas via a phase shifter and an amplifier. In a communication array-type multi-beam antenna device that emits a plurality of beams in a desired direction by controlling the set phase of each phase shifter,
An operating point output back-off of the amplifier (difference between an operating point output level of input / output characteristics and a saturation output level) so that the communication array type multi-beam antenna device radiates a beam in the same direction to satisfy communication quality requirements. For
Considering that the distortion characteristic of the communication array type multi-beam antenna device is improved when a plurality of beams are radiated in different directions, the operating point output back-off of the amplifier is reduced.Operating point output back-off of the amplifier for the communication array type multi-beam antenna device to satisfy the specification for bit error rate under the condition of radiating beams in the same directionIt is characterized by being set small.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a communication array type multi-beam antenna device, comprising: a digital beam forming circuit for generating a plurality of signals having different phases for emitting a beam in a desired direction; In a communication array-type multi-beam antenna device for feeding a signal to a plurality of element antennas arranged in a linear or planar manner through an amplifier and emitting a plurality of beams,
An operating point output back-off of the amplifier (difference between an operating point output level of input / output characteristics and a saturation output level) so that the communication array type multi-beam antenna device radiates a beam in the same direction to satisfy communication quality requirements. For
Considering that the distortion characteristic of the communication array type multi-beam antenna device is improved when a plurality of beams are radiated in different directions, the operating point output back-off of the amplifier is reduced.Operating point output back-off of the amplifier for the communication array type multi-beam antenna device to satisfy the specification for bit error rate under the condition of radiating beams in the same directionIt is characterized by being set small.
[0011]
The communication array type multi-beam antenna device according to claim 3 supplies a signal to a plurality of linearly or planarly arranged element antennas via a phase shifter and an amplifier. In a communication array type multi-beam antenna device that emits a plurality of beams in a desired direction by controlling a set phase,
With respect to the gate voltage of the amplifier for the communication array type multi-beam antenna device to radiate a beam in the same direction and satisfy the requirement of communication quality,
Considering that the distortion characteristic of the communication array-type multi-beam antenna device is improved when a plurality of beams are radiated in different directions, the gate voltage of the amplifier is adjusted.In order to satisfy the specifications for the bit error rate for the communication array type multi-beam antenna device when the beam is radiated in the same direction,The feature is that it is set deeply.
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a communication array type multi-beam antenna device, comprising: a digital beam forming circuit for generating a plurality of signals having different phases for emitting a beam in a desired direction; In a communication array-type multi-beam antenna device for feeding a signal to a plurality of element antennas arranged in a linear or planar manner through an amplifier and emitting a plurality of beams,
With respect to the gate voltage of the amplifier for the communication array type multi-beam antenna device to radiate a beam in the same direction and satisfy the requirement of communication quality,
Considering that the distortion characteristic of the communication array-type multi-beam antenna device is improved when a plurality of beams are radiated in different directions, the gate voltage of the amplifier is adjusted.In order to satisfy the specifications for the bit error rate for the communication array type multi-beam antenna device when the beam is radiated in the same direction,The feature is that it is set deeply.
[0013]
The communication array type multi-beam antenna device according to claim 5 supplies a signal to a plurality of linearly or planarly arranged element antennas via a phase shifter and an amplifier. In a communication array type multi-beam antenna device that emits a plurality of beams in a desired direction by controlling a set phase,
The communication array-type multi-beam antenna device emits a beam in the same direction and satisfies communication quality requirements with respect to a gate width of a semiconductor element used for the amplifier.
Considering that the distortion characteristics of the communication array type multi-beam antenna device are improved when a plurality of beams are radiated in different directions, the gate width of the semiconductor element used for the amplifier is set to be smaller.In order to satisfy the specifications for the bit error rate, the array type multi-beam antenna device for communication when radiating beams in the same direction is more than the gate width of the semiconductor device.It is characterized by being set small.
[0014]
The communication array type multi-beam antenna device according to
A digital beam forming circuit for generating a plurality of signals having different phases for emitting a beam in a desired direction is provided, and a plurality of output signals of the digital beam forming circuit are linearly or planarly arranged via an amplifier. In a communication array type multi-beam antenna device that feeds an element antenna and radiates a plurality of beams,
The communication array-type multi-beam antenna device emits a beam in the same direction and satisfies communication quality requirements with respect to a gate width of a semiconductor element used for the amplifier.
Considering that the distortion characteristics of the communication array type multi-beam antenna device are improved when a plurality of beams are radiated in different directions, the gate width of the semiconductor element used for the amplifier is set to be smaller.In order to satisfy the specifications for the bit error rate, the array type multi-beam antenna device for communication when radiating beams in the same direction is more than the gate width of the semiconductor device.It is characterized by being set small.
[0015]
The communication array type multi-beam antenna device according to claim 7 feeds a signal to a plurality of element antennas arranged in a straight line or in a plane via a phase shifter and an amplifier. In a communication array type multi-beam antenna device that emits a plurality of beams in a desired direction by controlling a set phase,
With respect to the drain voltage of the amplifier for the communication array type multi-beam antenna device to radiate a beam in the same direction and satisfy the requirement of communication quality,
Considering that the distortion characteristic of the communication array type multi-beam antenna device is improved when a plurality of beams are radiated in different directions, the drain voltage of the amplifier is adjusted.In order to satisfy the specifications for the bit error rate for the communication array type multi-beam antenna device when emitting beams in the same direction,It is characterized by being set low.
[0016]
Further, a communication array type multi-beam antenna device according to
With respect to the drain voltage of the amplifier for the communication array type multi-beam antenna device to radiate a beam in the same direction and satisfy the requirement of communication quality,
Considering that the distortion characteristic of the communication array type multi-beam antenna device is improved when a plurality of beams are radiated in different directions, the drain voltage of the amplifier is adjusted.In order to satisfy the specifications for the bit error rate for the communication array type multi-beam antenna device when emitting beams in the same direction,It is characterized by being set low.
[0017]
The communication array type multi-beam antenna device according to claim 9 supplies a signal to a plurality of element antennas arranged in a straight line or a plane via a phase shifter and an amplifier. In a communication array type multi-beam antenna device that emits a plurality of beams in a desired direction by controlling a set phase,
Gate voltage or drain voltage of the amplifier,pluralBeamDeparture informationAnd a control means that can be varied in response to
[0018]
According to a tenth aspect of the present invention, a communication array type multi-beam antenna device includes a digital beam forming circuit for generating a plurality of signals having different phases for emitting a beam in a desired direction. In a communication array-type multi-beam antenna device for feeding a signal to a plurality of element antennas arranged in a linear or planar manner through an amplifier and emitting a plurality of beams,
Gate voltage or drain voltage of the amplifier,pluralBeamDeparture informationAnd a control means that can be varied in response to
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Prior to the description of the first embodiment of the present invention, technical elements common to each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings showing the first embodiment.
FIG. 1 is a configuration diagram of a communication array type multi-beam antenna device according to a first embodiment of the present invention.
Distortion characteristics of the communication array type multi-beam antenna device when the two beams are radiated in the same direction and when the two beams are radiated in different directions in the communication array type multi-beam antenna device will be described.
In the communication array type multi-beam antenna device shown in FIG.1, The second beam at an angle θ with respect to the front2, The output signal of the N-th first beam phase shifter is given by A · cos (ω0・ T + φ1N), The output signal of the N-th second beam phase shifter is B · cos (ω0・ T + φ2N).
At this time, the input signal P to the Nth amplifieri N , NBecomes the following equation.
[0020]
(Equation 3)
Where the amplitude is αN, The phase is βN, The angular frequency is ω01And ω02Are input to the N-th amplifier, the N-th amplifier generates third-order intermodulation distortion represented by the following equation.
[0022]
(Equation 4)
When the first beam and the second beam are radiated in the same direction, in Expressions (1) and (2), θ1= Θ2Therefore, φ1N= Φ2NIt is. At this time, equation (7) is simplified as follows.
[0024]
(Equation 5)
Equation (8) represents the angle θ with respect to the front.1, An equal phase plane with respect to the third-order intermodulation distortion is generated, and the third-order intermodulation distortion generated by each amplifier is effectively combined.
On the other hand, when the first beam and the second beam are emitted in different directions, θ in Expressions (1) and (2)1≠ θ2Therefore, φ1N≠ φ2NIt is.
At this time, αNAnd βNIs a function of N. In the equation (7), the
As described above, the two beams are set in different directions (the beam separation angle is θ1−θ2), The improvement of the third-order intermodulation distortion when radiated was described.1−θ2), And the improvement of distortion when the number of beams is increased, not limited to two, will be described below with respect to the amount of improvement in NPR (noise power ratio) which is a distortion evaluation parameter.
As described above, the distortion characteristics of the communication array-type multi-beam antenna device when a plurality of beams are radiated in different directions are improved as compared with the distortion characteristics when the beams are radiated in the same direction.
[0026]
FIG. 3 shows a beam separation angle (θ) when the communication array type multi-beam antenna device shown in FIG. 1 radiates beams in two directions.1−θ212 shows simulation results of the amount of improvement of the distortion evaluation parameter NPR (noise power ratio) with respect to ()).
FIG. 3 shows an NPR (noise power ratio) when the beam separation is increased based on the case where two beams are formed in the same direction (the beam separation is equivalent to 0). FIG. 3 shows that the NPR improvement amount increases as the beam separation angle increases.
[0027]
FIG. 4 shows a simulation result of the NPR improvement amount with respect to the number of beams of the communication array type multi-beam antenna device shown in FIG. According to FIG. 4, it is understood that the NPR improvement amount increases as the number of beams is not limited to two and increases.
As described above, the distortion characteristics of the communication array-type multi-beam antenna device when a plurality of beams are radiated in different directions are improved as compared with the distortion characteristics when the beams are radiated in the same direction.
[0028]
Now, returning to the description, the first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a configuration diagram of a communication array type multi-beam antenna device according to a first embodiment of the present invention.
In FIG. 1,
As described above, the distortion characteristics of the communication array-type multi-beam antenna device when emitting a plurality of beams are improved as compared with the distortion characteristics when emitting beams in the same direction.
Therefore, the operating point output back-off of the amplifier set in the first embodiment is defined as the operating point output back-off (defined by the difference between the operating point output level and the saturation output level) of the amplifier. Under the condition of radiating a beam, the communication array type multi-beam antenna device is set to be smaller than the operating point output backoff of the amplifier for satisfying the specification for the bit error rate.
[0029]
FIG. 2 is a characteristic diagram of output, efficiency, and distortion with respect to the input of the amplifier of FIG.
FIG. 2 shows the operating points of the conventional and the amplifier of the present invention. The operating point A corresponds to the amplifier of the present invention, and the operating point B corresponds to the conventional amplifier. The amplifier according to the present invention operates at an operating point having higher output, efficiency, and distortion than the conventional amplifier. However, the communication array type multi-beam antenna device according to the present invention has a conventional communication array type multi-beam antenna device because distortion characteristics are improved when a plurality of beams are radiated. Compared with a multi-beam antenna device, the output is large, the efficiency is high, and the distortion can be set to the same level.
As described above, according to the first embodiment, as a communication array type multi-beam antenna device, it is possible to satisfy the requirements for the bit error rate and to obtain higher efficiency than in the past.
[0030]
FIG. 5 is a configuration diagram of a communication array type multi-beam antenna device according to a second embodiment of the present invention.
In FIG. 5,
As described above, the effect according to the second embodiment of the present invention is the same as the effect according to the first embodiment. As a communication array type multi-beam antenna device, the specifications for the bit error rate are satisfied, and the effect is compared with the conventional technology. Thus, the output is large, the distortion is at the same level, and the efficiency can be increased.
[0031]
FIG. 6 is a configuration diagram of a communication array type multi-beam antenna device according to
In FIG. 6,
[0032]
FIG. 7 shows characteristics of output, efficiency, and distortion with respect to the input of the amplifier shown in FIG.
In FIG. 7, the solid line showing the input / output characteristics is the same as that shown in FIG. 18 of the related art, and the broken line is that of the amplifier shown in FIG. 6 of the present invention, and the gate voltage of the amplifier is set deeper than the conventional one.
In FIG. 7, an operating point A on the broken line representing input / output characteristics corresponds to the amplifier of the present invention, and an operating point B on the solid line corresponds to the conventional amplifier. The amplifier of the present invention operates at an operating point where the output is equal, the efficiency and the distortion are large as compared with the conventional amplifier.
Here, since the distortion characteristics are improved when a plurality of beams are radiated in different directions as the communication array type multi-beam antenna device, the communication array type multi-beam antenna device of the present invention is a conventional one. Compared with the communication array type multi-beam antenna device, the output and the distortion are at the same level, and the efficiency can be made higher than before.
As described above, according to the third embodiment of the present invention, as a communication array type multi-beam antenna device, it is possible to satisfy the specifications for the bit error rate and to obtain higher efficiency as compared with the related art.
[0033]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 8 is a configuration diagram of a communication array type multi-beam antenna device according to a fourth embodiment of the present invention. The digital
As described above, the effect according to the fourth embodiment of the present invention is the same as the effect according to the third embodiment. As a communication array type multi-beam antenna device, the specifications for the bit error rate are satisfied, and the effect is compared with the conventional technology. As a result, the output and the distortion can be at the same level, and the efficiency can be higher than the conventional one.
[0034]
FIG. 9 is a configuration diagram of a communication array type multi-beam antenna device according to a fifth embodiment of the present invention.
In FIG. 9,
Since the distortion characteristics of the communication array type multi-beam antenna device when radiating a plurality of beams in different directions are improved as compared with the distortion characteristics when radiating beams in the same direction, the semiconductor used in the amplifier The gate width of the element is set to be smaller than the gate width of the semiconductor element for the communication array type multi-beam antenna apparatus for emitting a beam in the same direction to satisfy the specification for the bit error rate.
[0035]
FIG. 10 shows characteristics of output, efficiency, and distortion with respect to the input of the amplifier shown in FIG.
In FIG. 10, the operating point A on the broken line indicating the input / output characteristics corresponds to the amplifier of the present invention, and the operating point B on the solid line corresponds to the conventional amplifier. The amplifier of the present invention operates at an operating point at which the output is at the same level and the efficiency and distortion are large as compared with the conventional amplifier.
Here, as the communication array type multi-beam antenna device of the present invention, the distortion characteristics are improved when a plurality of beams are radiated in different directions. Compared with the communication array type multi-beam antenna device, the output and the distortion can be at the same level as the conventional one, and the efficiency can be higher than the conventional one.
[0036]
FIG. 11 is a configuration diagram of a communication array type multi-beam antenna device according to
As described above, the effect according to the sixth embodiment of the present invention is the same as the effect according to the fifth embodiment. As a communication array-type multi-beam antenna device, the specifications for the bit error rate are satisfied, and the effect of the sixth embodiment is compared with the conventional technology. As a result, the output and the distortion can be obtained at the same level as the conventional one, and the efficiency can be higher than the conventional one. The basic operation is the same as that of the array-type multi-beam antenna device according to the fifth embodiment of the present invention.
[0037]
Embodiment 7 FIG.
FIG. 12 is a configuration diagram of a communication array type multi-beam antenna device according to a seventh embodiment of the present invention.
In FIG. 12,
[0038]
FIG. 13 shows characteristics of output, efficiency, and distortion with respect to the input of the amplifier shown in FIG.
In FIG. 13, the solid line indicating the input / output characteristics is the same as that shown in FIG. 18 of the related art, and the broken line is that of the amplifier shown in FIG. 12 of the present invention, and the drain voltage of the amplifier is set lower than that of the conventional one.
In FIG. 13, an operating point A on the broken line representing input / output characteristics corresponds to the amplifier of the present invention, and an operating point B on the solid line corresponds to the conventional amplifier. The amplifier of the present invention operates at an operating point at which the output is at the same level and the efficiency and distortion are large as compared with the conventional amplifier.
Here, since the distortion characteristics are improved when a plurality of beams are radiated in different directions as the communication array type multi-beam antenna device, the communication array type multi-beam antenna device of the present invention is a conventional one. Compared with the communication array type multi-beam antenna device, the output and the distortion can be at the same level, and the efficiency can be higher than the conventional one.
As described above, according to the seventh embodiment of the present invention, as a communication array type multi-beam antenna device, it is possible to satisfy the requirements for the bit error rate and to obtain higher efficiency as compared with the related art.
[0039]
FIG. 14 is a configuration diagram of a communication array type multi-beam antenna device according to an eighth embodiment of the present invention. The digital
As described above, the effect according to the eighth embodiment of the present invention is the same as the effect according to the seventh embodiment. As a communication array type multi-beam antenna device, the specifications for the bit error rate are satisfied, and the effects are compared with the conventional technology. As a result, the output and the distortion can be at the same level, and the efficiency can be higher than the conventional one.
[0040]
Embodiment 9 FIG.
FIG. 15 is a configuration diagram of a communication array-type multi-beam antenna device according to a ninth embodiment of the present invention. In FIG. 15,
The
[0041]
FIG. 16 is a configuration diagram of a communication array type multi-beam antenna device according to a tenth embodiment of the present invention. The
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the invention of
[0043]
According to the invention of
[0044]
Further, according to the invention of
[0045]
Further, according to the invention according to claim 4, in consideration of the fact that the distortion characteristic of the multi-beam antenna device is improved when the communication array-type multi-beam antenna device radiates a plurality of beams in different directions. By setting the gate voltage of the amplifier to a proper value deeper than the conventional one, it is possible to obtain a communication array type multi-beam antenna device which satisfies the communication quality requirement (BER requirement) and has higher efficiency than the conventional one.
[0046]
Further, according to the invention of
[0047]
According to the invention of
[0048]
Further, according to the invention of claim 7, in consideration of the fact that the distortion characteristic of the multi-beam antenna device is improved when the communication array-type multi-beam antenna device radiates a plurality of beams in different directions. By setting the drain voltage of the amplifier to an appropriate value lower than the conventional one, it is possible to obtain a communication array type multi-beam antenna device which satisfies the communication quality requirement (BER requirement) and has higher efficiency than the conventional one.
[0049]
According to the invention of
[0050]
According to the ninth aspect of the present invention, when the communication array type multi-beam antenna device radiates a plurality of beams in different directions, the gate voltage is increased or the drain voltage is increased according to the radiation angle. Since the control for lowering the transmission rate is performed, it is possible to obtain a communication array type multi-beam antenna device which satisfies the bit error rate specification as the communication array type multi-beam antenna device and has higher efficiency.
[0051]
Further, according to the invention of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a communication array-type multi-beam antenna device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a characteristic diagram of output, efficiency, and distortion with respect to an input of the amplifier of FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram showing a simulation result of an NPR (noise power ratio) improvement amount with respect to the beam separation of FIG. 1;
4 is a diagram showing a simulation result of an NPR (noise power ratio) improvement amount with respect to the number of beams in FIG. 1;
FIG. 5 is a configuration diagram of a communication array type multi-beam antenna device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram of a communication array type multi-beam antenna device according to a third embodiment of the present invention.
7 is a characteristic diagram of output, efficiency, and distortion with respect to the input of the amplifier of FIG. 6;
FIG. 8 is a configuration diagram of a communication array type multi-beam antenna device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a configuration diagram of a communication array type multi-beam antenna device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a characteristic diagram of output, efficiency, and distortion with respect to the input of the amplifier of FIG. 9;
FIG. 11 is a configuration diagram of a communication array type multi-beam antenna device according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a configuration diagram of a communication array-type multi-beam antenna device according to a seventh embodiment of the present invention.
13 is a characteristic diagram of output, efficiency, and distortion with respect to the input of the amplifier of FIG.
FIG. 14 is a configuration diagram of a communication array type multi-beam antenna device according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a configuration diagram of a communication array type multi-beam antenna device according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a configuration diagram of a communication array type multi-beam antenna device according to a tenth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a configuration diagram of a conventional array-type multi-beam antenna device for communication.
18 is a characteristic diagram of output, efficiency, and distortion with respect to the input of the amplifier of FIG.
[Explanation of symbols]
1. Input terminal for the first beam
2 Input terminal for the second beam
3 First element antenna
4 Second element antenna
5 Nth element antenna
6 Amplifier with large first operating point backoff
7. Amplifier with large second operating point backoff
8. Amplifier with large N-th operating point backoff
9 1st first beam phase shifter
10 Second phase shifter for first beam
11 Nth first beam phase shifter
12 First phase shifter for second beam
13. Second phase shifter for second beam
14 Nth second beam phase shifter
17 Amplifier setting the first operating point output back-off small
18 Amplifier setting the second operating point output back-off small
Amplifier with small 19Nth operating point output backoff
20 Digital Beam Forming Circuit
21. Amplifier setting the first gate voltage deep
22 Amplifier with deeply set second gate voltage
23 Amplifier setting Nth gate voltage deep
24. Amplifier in which gate width of first semiconductor element is set small
25. Amplifier in which gate width of second semiconductor element is set small.
26. An amplifier in which the gate width of an Nth semiconductor element is set small.
27 Amplifier setting first drain voltage low
28 An amplifier setting the second drain voltage low
29 N-th amplifier with low drain voltage
30 control circuit
31 An amplifier whose first gate voltage or drain voltage is externally controlled
32. Externally controlled amplifier with second gate or drain voltage
33. An amplifier whose Nth gate voltage or drain voltage is externally controlled
Claims (10)
上記通信用アレー型マルチビームアンテナ装置が、同一方向にビームを放射して通信品質の要求を満たすための上記増幅器の動作点出力バックオフに対して、
複数のビームを異なる方向に放射する場合に上記通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の歪特性が改善されることを考慮して、上記増幅器の動作点出力バックオフを同一方向にビームを放射する条件において通信用アレー型マルチビームアンテナ装置がビットエラーレートに対する仕様を満足するための増幅器の動作点出力バックオフより小さく設定していることを特徴とする通信用アレー型マルチビームアンテナ装置。A signal is fed to a plurality of element antennas arranged in a straight line or a plane via a phase shifter and an amplifier, and a plurality of beams are emitted in a desired direction by controlling a set phase of each phase shifter. In a communication array type multi-beam antenna device,
The communication array-type multi-beam antenna device emits a beam in the same direction and satisfies the requirement of communication quality.
Considering that the distortion characteristic of the communication array type multi-beam antenna device is improved when a plurality of beams are radiated in different directions, the operating point output backoff of the amplifier is set to a condition in which the beams are radiated in the same direction. 3. The communication array type multi-beam antenna device according to claim 1, wherein the communication array type multi-beam antenna device is set to be smaller than an operating point output back-off of an amplifier for satisfying a specification for a bit error rate .
上記通信用アレー型マルチビームアンテナ装置が、同一方向にビームを放射して通信品質の要求を満たすための上記増幅器の動作点出力バックオフに対して、
複数のビームを異なる方向に放射する場合に上記通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の歪特性が改善されることを考慮して、上記増幅器の動作点出力バックオフを同一方向にビームを放射する条件において通信用アレー型マルチビームアンテナ装置がビットエラーレートに対する仕様を満足するための増幅器の動作点出力バックオフより小さく設定していることを特徴とする通信用アレー型マルチビームアンテナ装置。A digital beam forming circuit for generating a plurality of signals having different phases for emitting a beam in a desired direction is provided, and a plurality of output signals of the digital beam forming circuit are linearly or planarly arranged via an amplifier. In a communication array type multi-beam antenna device that feeds an element antenna and radiates a plurality of beams,
The communication array-type multi-beam antenna device emits a beam in the same direction and satisfies the requirement of communication quality.
Considering that the distortion characteristic of the communication array type multi-beam antenna device is improved when a plurality of beams are radiated in different directions, the operating point output backoff of the amplifier is set to a condition in which the beams are radiated in the same direction. 3. The communication array type multi-beam antenna device according to claim 1, wherein the communication array type multi-beam antenna device is set to be smaller than an operating point output back-off of an amplifier for satisfying a specification for a bit error rate .
上記通信用アレー型マルチビームアンテナ装置が同一方向にビームを放射して通信品質の要求を満たすための上記増幅器のゲート電圧に対して、
複数のビームを異なる方向に放射する場合に上記通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の歪特性が改善されることを考慮して、上記増幅器のゲート電圧を同一方向にビームを放射する場合の通信用アレー型マルチビームアンテナ装置がビットエラーレートに対する仕様を満足するための増幅器のゲート電圧より深く設定していることを特徴とする通信用アレー型マルチビームアンテナ装置。A signal is fed to a plurality of element antennas arranged in a straight line or a plane via a phase shifter and an amplifier, and a plurality of beams are emitted in a desired direction by controlling a set phase of each phase shifter. In a communication array type multi-beam antenna device,
With respect to the gate voltage of the amplifier for the communication array type multi-beam antenna device to radiate a beam in the same direction and satisfy the requirement of communication quality,
Considering that the distortion characteristics of the communication array type multi-beam antenna device are improved when a plurality of beams are radiated in different directions, the gate voltage of the amplifier is set to a value for communication when the beams are radiated in the same direction. An array-type multi-beam antenna device for communication, wherein the array-type multi-beam antenna device is set deeper than a gate voltage of an amplifier for satisfying a bit error rate specification .
上記通信用アレー型マルチビームアンテナ装置が同一方向にビームを放射して通信品質の要求を満たすための上記増幅器のゲート電圧に対して、
複数のビームを異なる方向に放射する場合に上記通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の歪特性が改善されることを考慮して、上記増幅器のゲート電圧を同一方向にビームを放射する場合の通信用アレー型マルチビームアンテナ装置がビットエラーレートに対する仕様を満足するための増幅器のゲート電圧より深く設定していることを特徴とする通信用アレー型マルチビームアンテナ装置。A digital beam forming circuit for generating a plurality of signals having different phases for emitting a beam in a desired direction is provided, and a plurality of output signals of the digital beam forming circuit are linearly or planarly arranged via an amplifier. In a communication array type multi-beam antenna device that feeds an element antenna and radiates a plurality of beams,
With respect to the gate voltage of the amplifier for the communication array type multi-beam antenna device to radiate a beam in the same direction and satisfy the requirement of communication quality,
Considering that the distortion characteristics of the communication array type multi-beam antenna device are improved when a plurality of beams are radiated in different directions, the gate voltage of the amplifier is set to a value for communication when the beams are radiated in the same direction. An array-type multi-beam antenna device for communication, wherein the array-type multi-beam antenna device is set deeper than a gate voltage of an amplifier for satisfying a bit error rate specification .
上記通信用アレー型マルチビームアンテナ装置が、同一方向にビームを放射して通信品質の要求を満たすための上記増幅器に使用する半導体素子のゲート幅に対して、
複数のビームを異なる方向へ放射する場合に上記通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の歪特性が改善されることを考慮して、上記増幅器に使用する半導体素子のゲート幅を同一方向にビームを放射する場合の通信用アレー型マルチビームアンテナ装置がビットエラーレートに対する仕様を満足するための半導体素子のゲート幅より小さく設定していることを特徴とする通信用アレー型マルチビームアンテナ装置。A signal is fed to a plurality of element antennas arranged in a straight line or a plane via a phase shifter and an amplifier, and a plurality of beams are emitted in a desired direction by controlling a set phase of each phase shifter. In a communication array type multi-beam antenna device,
The communication array-type multi-beam antenna device emits a beam in the same direction and satisfies communication quality requirements with respect to a gate width of a semiconductor element used for the amplifier.
Considering that the distortion characteristics of the communication array type multi-beam antenna device are improved when a plurality of beams are radiated in different directions, the gate width of the semiconductor element used for the amplifier is radiated in the same direction. The communication array-type multi-beam antenna device is set to be smaller than a gate width of a semiconductor element for satisfying a bit error rate specification .
上記通信用アレー型マルチビームアンテナ装置が、同一方向にビームを放射して通信品質の要求を満たすための上記増幅器に使用する半導体素子のゲート幅に対して、
複数のビームを異なる方向へ放射する場合に上記通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の歪特性が改善されることを考慮して、上記増幅器に使用する半導体素子のゲート幅を同一方向にビームを放射する場合の通信用アレー型マルチビームアンテナ装置がビットエラーレートに対する仕様を満足するための半導体素子のゲート幅より小さく設定していることを特徴とする通信用アレー型マルチビームアンテナ装置。A digital beam forming circuit for generating a plurality of signals having different phases for emitting a beam in a desired direction is provided, and a plurality of output signals of the digital beam forming circuit are linearly or planarly arranged via an amplifier. In a communication array type multi-beam antenna device that feeds an element antenna and radiates a plurality of beams,
The communication array-type multi-beam antenna device emits a beam in the same direction and satisfies communication quality requirements with respect to a gate width of a semiconductor element used for the amplifier.
Considering that the distortion characteristics of the communication array type multi-beam antenna device are improved when a plurality of beams are radiated in different directions, the gate width of the semiconductor element used for the amplifier is radiated in the same direction. The communication array-type multi-beam antenna device is set to be smaller than a gate width of a semiconductor element for satisfying a bit error rate specification .
上記通信用アレー型マルチビームアンテナ装置が同一方向にビームを放射して通信品質の要求を満たすための上記増幅器のドレイン電圧に対して、
複数のビームを異なる方向に放射する場合に上記通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の歪特性が改善されることを考慮して、上記増幅器のドレイン電圧を同一方向にビームを放射する場合の通信用アレー型マルチビームアンテナ装置がビットエラーレートに対する仕様を満足するための増幅器のドレイン電圧より低く設定していることを特徴とする通信用アレー型マルチビームアンテナ装置。A signal is fed to a plurality of element antennas arranged in a straight line or a plane via a phase shifter and an amplifier, and a plurality of beams are emitted in a desired direction by controlling a set phase of each phase shifter. In a communication array type multi-beam antenna device,
With respect to the drain voltage of the amplifier for the communication array type multi-beam antenna device to radiate a beam in the same direction and satisfy the requirement of communication quality,
In consideration of the fact that the distortion characteristics of the communication array type multi-beam antenna device are improved when a plurality of beams are radiated in different directions, the drain voltage of the amplifier is used for communication when the beams are radiated in the same direction. An array-type multi-beam antenna device for communication, characterized in that the array-type multi-beam antenna device is set lower than a drain voltage of an amplifier for satisfying a bit error rate specification .
上記通信用アレー型マルチビームアンテナ装置が同一方向にビームを放射して通信品質の要求を満たすための上記増幅器のドレイン電圧に対して、
複数のビームを異なる方向に放射する場合に上記通信用アレー型マルチビームアンテナ装置の歪特性が改善されることを考慮して、上記増幅器のドレイン電圧を同一方向にビームを放射する場合の通信用アレー型マルチビームアンテナ装置がビットエラーレートに対する仕様を満足するための増幅器のドレイン電圧より低く設定していることを特徴とする通信用アレー型マルチビームアンテナ装置。A digital beam forming circuit for generating a plurality of signals having different phases for emitting a beam in a desired direction is provided, and a plurality of output signals of the digital beam forming circuit are linearly or planarly arranged via an amplifier. In a communication array type multi-beam antenna device that feeds an element antenna and radiates a plurality of beams,
With respect to the drain voltage of the amplifier for the communication array type multi-beam antenna device to radiate a beam in the same direction and satisfy the requirement of communication quality,
In consideration of the fact that the distortion characteristics of the communication array type multi-beam antenna device are improved when a plurality of beams are radiated in different directions, the drain voltage of the amplifier is used for communication when the beams are radiated in the same direction. An array-type multi-beam antenna device for communication, characterized in that the array-type multi-beam antenna device is set lower than a drain voltage of an amplifier for satisfying a bit error rate specification .
上記増幅器のゲート電圧又はドレイン電圧を複数ビームの離角情報に応じて可変する制御手段を備えたことを特徴とする通信用アレー型マルチビームアンテナ装置。A signal is fed to a plurality of element antennas arranged in a straight line or a plane via a phase shifter and an amplifier, and a plurality of beams are emitted in a desired direction by controlling a set phase of each phase shifter. In a communication array type multi-beam antenna device,
An array-type multi-beam antenna device for communication, comprising: control means for varying a gate voltage or a drain voltage of the amplifier in accordance with angle information of a plurality of beams.
上記増幅器のゲート電圧又はドレイン電圧を複数ビームの離角情報に応じて可変する制御手段を備えたことを特徴とする通信用アレー型マルチビームアンテナ装置。A digital beam forming circuit for generating a plurality of signals having different phases for emitting a beam in a desired direction is provided, and a plurality of output signals of the digital beam forming circuit are linearly or planarly arranged via an amplifier. In a communication array type multi-beam antenna device that feeds an element antenna and radiates a plurality of beams,
An array-type multi-beam antenna device for communication, comprising: control means for varying a gate voltage or a drain voltage of the amplifier in accordance with angle information of a plurality of beams.
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