Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP6586049B2 - Antenna adjustment method and communication system - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP6586049B2 - Antenna adjustment method and communication system - Google Patents

Antenna adjustment method and communication system Download PDF

Info

Publication number
JP6586049B2
JP6586049B2 JP2016119116A JP2016119116A JP6586049B2 JP 6586049 B2 JP6586049 B2 JP 6586049B2 JP 2016119116 A JP2016119116 A JP 2016119116A JP 2016119116 A JP2016119116 A JP 2016119116A JP 6586049 B2 JP6586049 B2 JP 6586049B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
antenna
axis
communication device
phase
adjustment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016119116A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017224989A (en
Inventor
秀幸 坪井
秀幸 坪井
清水 達也
達也 清水
貴寛 土屋
貴寛 土屋
正孝 飯塚
正孝 飯塚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTT Inc
NTT Inc USA
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
NTT Inc USA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp, NTT Inc USA filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2016119116A priority Critical patent/JP6586049B2/en
Publication of JP2017224989A publication Critical patent/JP2017224989A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6586049B2 publication Critical patent/JP6586049B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)

Description

本発明は、アンテナ調整方法及び通信システムに関する。   The present invention relates to an antenna adjustment method and a communication system.

無線通信において、OAM(Orbital Angular Momentum:軌道運動量)波を使用して、同じ周波数や偏波に加えて多重を行うことにより、通信容量を増加できると期待されている(例えば、非特許文献1、2参照)。OAM波は、軌道運動量を持つ電波である。この電波は進行方向に対して螺旋状に同位相となる。この螺旋状に位相が回転する数に応じてOAMモードが異なる。OAMモードL1が1回転するのに対し、OAMモードL2は倍の2回転となる。同様にOAMモードL3は3倍の回転数、…である。これら複数のOAMモードに対しそれぞれ別々の無線信号が通信できる。さらに、このような特徴を持つOAM波はV(垂直)/H(水平)偏波や周波数チャネルなどと組合せて多重することもできる。   In wireless communication, it is expected that communication capacity can be increased by performing multiplexing in addition to the same frequency and polarization using OAM (Orbital Angular Momentum) waves (for example, Non-Patent Document 1). 2). An OAM wave is a radio wave having orbital momentum. This radio wave has the same phase spirally with respect to the traveling direction. The OAM mode differs depending on the number of phase rotations in this spiral shape. The OAM mode L1 makes one rotation, whereas the OAM mode L2 makes two rotations. Similarly, in the OAM mode L3, the number of revolutions is three times. Separate radio signals can be communicated to each of the plurality of OAM modes. Furthermore, OAM waves having such characteristics can be multiplexed in combination with V (vertical) / H (horizontal) polarization, frequency channels, and the like.

OAM波を無線通信に利用するためには、切り込みがあるパラボラアンテナや段差を設けた誘電体に電波を透過させることもある。或いはOAM波を複数のパッチアンテナを円周上に配置し、アンテナ素子毎に所定の位相設定をすることによりOAM波を送受信するケースもある。   In order to use the OAM wave for wireless communication, the radio wave may be transmitted through a parabolic antenna having a cut or a dielectric provided with a step. Alternatively, OAM waves may be transmitted and received by arranging a plurality of patch antennas on the circumference and setting a predetermined phase for each antenna element.

Fabio Spinello,Elettra Mari,Matteo Oldoni,Roberto A. Ravanelli,Carlo G. Someda,Fabrizio Tamburini,Filippo Romanato,Piero Coassini,Giuseppe Parisi,”Experimental near field OAM-based communication with circular patch array”,[online],2015年7月24日,[2016年5月25日検索],<URL:http://arxiv.org/abs/1507.06889>Fabio Spinello, Elettra Mari, Matteo Oldoni, Roberto A. Ravanelli, Carlo G. Someda, Fabrizio Tamburini, Filippo Romanato, Piero Coassini, Giuseppe Parisi, “Experimental near field OAM-based communication with circular patch array”, [online], 2015 July 24, [Search May 25, 2016], <URL: http://arxiv.org/abs/1507.06889> Zhang Y,Feng W and Ge N,”On the Restriction of Utilizing Orbital Angular Momentum in Radio Communications”,Proc. VIII International Conference on Communications and Networking in China (CHINACOM),[online],2013年4月20日,p.271-275,[2016年6月8日検索],<URL:https://www.computer.org/csdl/proceedings/chinacom/2013/9999/00/06694604.pdf>Zhang Y, Feng W and Ge N, “On the Restriction of Utilizing Orbital Angular Momentum in Radio Communications”, Proc. VIII International Conference on Communications and Networking in China (CHINACOM), [online], April 20, 2013, p. .271-275, [Search June 8, 2016], <URL: https://www.computer.org/csdl/proceedings/chinacom/2013/9999/00/06694604.pdf>

送信方向に同位相が螺旋状に変化するOAM波を用いた無線通信を実現するためには、送受信間において送受信の軸の方向(送受信方向)を的確に調整する必要がある。例え僅かな軸ズレであっても、送信側の通信装置と受信側の通信装置との間で螺旋状の位相変化に違いが生じる。この軸ズレの影響により、OAM波の多重(例えばOAMモードL1とL2など)の識別が困難となる場合がある。   In order to realize wireless communication using an OAM wave whose phase changes spirally in the transmission direction, it is necessary to accurately adjust the direction of the transmission / reception axis (transmission / reception direction) between transmission and reception. Even if there is a slight misalignment, there is a difference in the helical phase change between the communication device on the transmission side and the communication device on the reception side. Due to the influence of this axial shift, it may be difficult to distinguish multiple OAM waves (for example, OAM modes L1 and L2).

上記事情に鑑み、本発明は、OAM波の送受信方向を調整することができるアンテナ調整方法及び通信システムを提供することを目的としている。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide an antenna adjustment method and a communication system that can adjust the transmission / reception direction of an OAM wave.

本発明の一態様は、第一通信装置と第二通信装置とを有する通信システムにおけるアンテナ調整方法であって、前記第一通信装置の第一アンテナが、OAM(Orbital Angular Momentum)波を送信する送信ステップと、前記第二通信装置の第二アンテナが、前記OAM波を受信する受信ステップと、前記第二通信装置の制御部が、前記第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれにおいて受信した前記OAM波の位相に基づいて、前記第一アンテナからの電波放射方向のズレの角度を求め、求められた前記角度に基づいて前記第一アンテナの垂直方向の向きの調整と前記第一アンテナの水平方向の向きの調整とを個別に行う制御ステップと、を有する。   One aspect of the present invention is an antenna adjustment method in a communication system having a first communication device and a second communication device, wherein the first antenna of the first communication device transmits an OAM (Orbital Angular Momentum) wave. A transmitting step, a receiving step in which the second antenna of the second communication device receives the OAM wave, and a control unit of the second communication device received in each of the plurality of antenna elements of the second antenna Based on the phase of the OAM wave, an angle of deviation in the radio wave radiation direction from the first antenna is obtained, and based on the obtained angle, adjustment of the vertical direction of the first antenna and the first antenna And a control step for individually adjusting the horizontal direction.

本発明の一態様は、上述のアンテナ調整方法であって、前記制御ステップにおいては、前記第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれにおいて受信した前記OAM波の位相と、前記第一アンテナからの電波放射方向にズレがあるときに前記第一アンテナから送信された信号を前記第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれが受信したときの位相変化の特性とに基づいて、前記第一アンテナからの電波放射方向の垂直方向又は水平方向のズレの角度を求める。   One aspect of the present invention is the antenna adjustment method described above, wherein, in the control step, the phase of the OAM wave received by each of the plurality of antenna elements included in the second antenna, Based on the characteristics of the phase change when each of the plurality of antenna elements of the second antenna receives a signal transmitted from the first antenna when there is a deviation in the radio wave radiation direction, from the first antenna The angle of the vertical or horizontal deviation of the radio wave radiation direction is obtained.

本発明の一態様は、上述のアンテナ調整方法であって、前記制御部が、前記第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれにおいて受信した前記OAM波の位相に基づいて、水平方向又は垂直方向の調整が必要か否かを判断する判断ステップをさらに有し、前記制御ステップにおいては、前記判断ステップにより垂直方向の調整が必要と判断された場合に前記第一アンテナの垂直方向の回転の調整を行い、前記判断ステップにより水平方向の調整が必要と判断された場合に前記第一アンテナの水平方向の回転の調整を行う。   One aspect of the present invention is the antenna adjustment method described above, in which the control unit receives a horizontal or vertical direction based on the phase of the OAM wave received by each of the plurality of antenna elements of the second antenna. A determination step for determining whether or not adjustment of the first antenna is necessary, and in the control step, the vertical rotation adjustment of the first antenna is determined when the determination step determines that the vertical adjustment is necessary. The horizontal rotation of the first antenna is adjusted when the determination step determines that horizontal adjustment is necessary.

本発明の一態様は、上述のアンテナ調整方法であって、前記制御部が、前記第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれにおいて受信した前記OAM波の位相に基づいて、前記第一アンテナの水平方向又は垂直方向の一方を回転させた前後において、他方の方向の位相の変化があるか否かを判断する判断ステップをさらに有し、前記制御ステップにおいては、前記判断ステップにより水平方向の位相変化があると判断された場合に前記第一アンテナの垂直方向の回転の調整を行い、前記判断ステップにより垂直方向の位相変化があると判断された場合に前記第一アンテナの水平方向の回転の調整を行う。   One aspect of the present invention is the antenna adjustment method described above, wherein the control unit is configured to control the first antenna based on the phase of the OAM wave received at each of the plurality of antenna elements included in the second antenna. The method further includes a determination step of determining whether or not there is a phase change in the other direction before and after rotating one of the horizontal direction and the vertical direction, and in the control step, the horizontal phase is determined by the determination step. When it is determined that there is a change, the vertical rotation of the first antenna is adjusted, and when the determination step determines that there is a vertical phase change, the horizontal rotation of the first antenna is adjusted. Make adjustments.

本発明の一態様は、上述のアンテナ調整方法であって、前記制御ステップにおいては、前記第一通信装置の可動部が、求められた前記角度に基づいて、前記第一アンテナの向きを水平方向又は垂直方向に回転させる。   One aspect of the present invention is the antenna adjustment method described above, wherein, in the control step, the movable unit of the first communication device determines the orientation of the first antenna in the horizontal direction based on the obtained angle. Or rotate vertically.

本発明の一態様は、上述のアンテナ調整方法であって、前記第一通信装置は、複数のアンテナ素子が三次元に配された三次元アレイを有し、前記第一アンテナは、前記三次元アレイが有する前記アンテナ素子から選択されたアンテナ素子により構成され、前記制御ステップにおいては、前記第一通信装置の選択部が、求められた前記角度に基づいて、前記三次元アレイが有する前記アンテナ素子から前記第一アンテナとして用いるアンテナ素子を選択する。   One aspect of the present invention is the antenna adjustment method described above, wherein the first communication device includes a three-dimensional array in which a plurality of antenna elements are arranged in three dimensions, and the first antenna is the three-dimensional The antenna element selected from the antenna elements included in the array, and in the control step, the selection unit of the first communication device has the antenna element included in the three-dimensional array based on the obtained angle. To select an antenna element to be used as the first antenna.

本発明の一態様は、第一通信装置と第二通信装置とを有する通信システムであって、前記第一通信装置は、OAM(Orbital Angular Momentum)波を送信する第一アンテナを備え、前記第二通信装置は、前記OAM波を受信する第二アンテナと、前記第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれにおいて受信した前記OAM波の位相に基づいて、前記第一アンテナからの電波放射方向のズレの角度を求め、求められた前記角度に基づいて前記第一アンテナの垂直方向の向きの調整と前記第一アンテナの水平方向の向きの調整とを個別に行う制御部とを備える。   One aspect of the present invention is a communication system having a first communication device and a second communication device, wherein the first communication device includes a first antenna that transmits an OAM (Orbital Angular Momentum) wave, The two communication devices are configured to detect the direction of radio wave radiation from the first antenna based on the phase of the OAM wave received at each of a second antenna that receives the OAM wave and a plurality of antenna elements of the second antenna. A controller that obtains an angle of deviation and individually adjusts the vertical direction of the first antenna and the horizontal direction of the first antenna based on the obtained angle;

本発明の一態様は、上述の通信システムであって、前記制御部は、前記第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれにおいて受信した前記OAM波の位相と、前記第一アンテナからの電波放射方向にズレがあるときに前記第一アンテナから送信された信号を前記アンテナ素子が受信したときの位相変化の特性とに基づいて、前記第一アンテナからの電波放射方向の垂直方向又は水平方向のズレの角度を求める。   One aspect of the present invention is the communication system described above, in which the control unit receives the phase of the OAM wave received by each of the plurality of antenna elements included in the second antenna, and radio wave radiation from the first antenna. Based on the characteristics of the phase change when the antenna element receives a signal transmitted from the first antenna when there is a deviation in direction, the vertical direction or horizontal direction of the radio wave radiation direction from the first antenna Find the angle of deviation.

本発明により、OAM波の送受信方向を調整することが可能となる。   According to the present invention, the transmission / reception direction of the OAM wave can be adjusted.

本発明の第1の実施形態による通信システムの構成図である。1 is a configuration diagram of a communication system according to a first embodiment of the present invention. モードL1のOAM波の特徴と生成を示す図である。It is a figure which shows the characteristic and generation | occurrence | production of the OAM wave of mode L1. モードL2のOAM波の特徴と生成を示す図である。It is a figure which shows the characteristic and production | generation of an OAM wave of mode L2. モードL−1のOAM波の特徴と生成を示す図である。It is a figure which shows the characteristic and production | generation of an OAM wave of mode L-1. 送信側がZ軸回転した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which the transmission side rotated Z-axis. 図5に示すZ軸回転による軸ズレの影響を示す図である。It is a figure which shows the influence of the axis shift by Z-axis rotation shown in FIG. モードL1がL2に誤認される場合の軸ズレの状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the axis shift in case mode L1 is mistaken for L2. 送信側のアレイアンテナのZ軸回転による軸ズレが受信側の平面上で平行移動したときの位相変化を示す図である。It is a figure which shows a phase change when the axial shift by the Z-axis rotation of the transmitting side array antenna translates on the receiving side plane. 第1の実施形態による可動部の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the movable part by 1st Embodiment. 同実施形態による可動部の他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of the movable part by the embodiment. 同実施形態による三次元アレイからのサブアレイ選択によるアレイアンテナの2軸回転を説明する図である。It is a figure explaining biaxial rotation of the array antenna by the subarray selection from the three-dimensional array by the same embodiment. 同実施形態による三次元アレイからアレイを選択したときのアンテナ素子間隔を示す図である。It is a figure which shows an antenna element space | interval when selecting an array from the three-dimensional array by the same embodiment. 同実施形態による三次元アレイからアレイを選択したときのアンテナ素子間隔を示す図である。It is a figure which shows an antenna element space | interval when selecting an array from the three-dimensional array by the same embodiment. 同実施形態による三次元アレイからアレイを選択したときのアンテナ素子間隔を示す図である。It is a figure which shows an antenna element space | interval when selecting an array from the three-dimensional array by the same embodiment. 同実施形態による三次元アレイからアレイを選択したときのアンテナ素子間隔を示す図である。It is a figure which shows an antenna element space | interval when selecting an array from the three-dimensional array by the same embodiment. 第2の実施形態による送信側におけるZ軸回転を示す図である。It is a figure which shows Z-axis rotation in the transmission side by 2nd Embodiment. 同実施形態による送信側におけるX軸回転を示す図である。It is a figure which shows the X-axis rotation in the transmission side by the same embodiment. 同実施形態による通信システムにおける、軸回転による方向調整の動作フローを示す図である。It is a figure which shows the operation | movement flow of the direction adjustment by shaft rotation in the communication system by the embodiment. 同実施形態による送信回転ズレがある場合の各アンテナ位置における位相を示す図である。It is a figure which shows the phase in each antenna position when there exists transmission rotation shift by the same embodiment. 同実施形態による送信回転ズレがある場合の各受信アンテナ位置における位相変化の特徴を示す位相特性グラフである。It is a phase characteristic graph which shows the characteristic of the phase change in each receiving antenna position in case there exists transmission rotation gap by the embodiment. 図20の位相特性グラフが示す位相変化の特徴を求めるための系を示す図である。It is a figure which shows the system for calculating | requiring the characteristic of the phase change which the phase characteristic graph of FIG. 20 shows. 同実施形態による通信システムにおける動作サブフローを示す図である。It is a figure which shows the operation | movement subflow in the communication system by the embodiment. 同実施形態による送信回転の軸ズレがある場合の各受信アンテナ位置における位相変化の特徴を示す位相特性グラフである。It is a phase characteristic graph which shows the characteristic of the phase change in each receiving antenna position in case there exists a transmission rotation axial shift by the embodiment. 同実施形態による通信システムにおける動作サブフローを示す図である。It is a figure which shows the operation | movement subflow in the communication system by the embodiment. 同実施形態による通信システムにおける軸回転による方向調整の他の動作フローを示す図である。It is a figure which shows the other operation | movement flow of direction adjustment by the shaft rotation in the communication system by the embodiment. 同実施形態による受信側の受信位置を示す図である。It is a figure which shows the receiving position on the receiving side by the embodiment. 同実施形態による送信側がZ軸回転したときの受信側の位相変化のグラフを示す図である。It is a figure which shows the graph of the phase change of the receiving side when the transmission side rotates by Z axis | shaft by the embodiment. 同実施形態によるY軸回転を使用したX軸上へのアンテナ素子の位置の移動を示す図である。It is a figure which shows the movement of the position of the antenna element on the X-axis using the Y-axis rotation by the embodiment. 第3の実施形態による送信側と受信側において順に方向ズレ調整する状況を示す図である。It is a figure which shows the condition which adjusts direction shift in order in the transmission side and receiving side by 3rd Embodiment. 同実施形態による通信システムにおける、送受信両方の方向ズレ調整の動作フローを示す図である。It is a figure which shows the operation | movement flow of the direction shift adjustment of both transmission and reception in the communication system by the embodiment. 第4の実施形態による通信システムの構成図である。It is a block diagram of the communication system by 4th Embodiment. 同実施形態による通信システムの他の構成図である。It is another block diagram of the communication system by the embodiment. 通信に用いる電波の種類、軸調整に用いる方法、及び、共有する構成部分の組合せの表を示す図である。It is a figure which shows the table | surface of the kind of the electromagnetic wave used for communication, the method used for axis adjustment, and the combination of the component part shared. 第5の実施形態による通信システムの構成図である。It is a block diagram of the communication system by 5th Embodiment. 同実施形態による他の無線信号とOAM試験信号の切替えにおける通信システムの動作フローを示す図である。間動作フローを示す図である。It is a figure which shows the operation | movement flow of the communication system in switching of the other radio signal and OAM test signal by the embodiment. It is a figure which shows an operation | movement flow.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態による通信システム1の構成図である。同図では、OAM(Orbital Angular Momentum:軌道運動量)波の送受信アレイアンテナの方向調整に関わる構成を抽出して示している。同図に示す通信システム1は、通信装置10及び通信装置20を備える。以下では、OAM波の送信を行う通信装置10又は通信装置20を「送信側」、OAM波の受信を行う通信装置10又は通信装置20を「受信側」とも記載する。以下では、送信側が通信装置10であり、受信側が通信装置20である場合を例に説明する。また、以下では、送信側からの電波の放射方向をY軸、Y軸に直交する水平方向をX軸、垂直方向をZ軸とする。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a configuration diagram of a communication system 1 according to a first embodiment of the present invention. In the figure, a configuration related to the direction adjustment of the OAM (Orbital Angular Momentum) wave transmitting / receiving array antenna is extracted and shown. The communication system 1 shown in the figure includes a communication device 10 and a communication device 20. Hereinafter, the communication device 10 or the communication device 20 that transmits the OAM wave is also referred to as “transmission side”, and the communication device 10 or the communication device 20 that receives the OAM wave is also referred to as “reception side”. Hereinafter, a case where the transmission side is the communication device 10 and the reception side is the communication device 20 will be described as an example. In the following description, the radiation direction of radio waves from the transmission side is the Y axis, the horizontal direction orthogonal to the Y axis is the X axis, and the vertical direction is the Z axis.

通信装置10は、信号発生部11、位相調整部12、アレイアンテナ13、軸ズレ推定・制御部15、可動部16及び制御無線部17を備える。例えば、通信装置10は、信号発生部11、位相調整部12及びアレイアンテナ13を備える既存の通信装置に、軸ズレ推定・制御部15、可動部16及び制御無線部17を追加することにより実現することができる。一方、通信装置20は、アレイアンテナ21、位相調整部23、信号復調部24、位相測定部25、軸ズレ推定・制御部26、可動部27及び制御無線部28を備える。例えば、通信装置20は、アレイアンテナ21、位相調整部23及び信号復調部24を備える既存の通信装置に、位相測定部25、軸ズレ推定・制御部26、可動部27及び制御無線部28を追加して実現することができる。   The communication device 10 includes a signal generation unit 11, a phase adjustment unit 12, an array antenna 13, an axis deviation estimation / control unit 15, a movable unit 16, and a control radio unit 17. For example, the communication device 10 is realized by adding an axis deviation estimation / control unit 15, a movable unit 16, and a control radio unit 17 to an existing communication device including the signal generation unit 11, the phase adjustment unit 12, and the array antenna 13. can do. On the other hand, the communication device 20 includes an array antenna 21, a phase adjustment unit 23, a signal demodulation unit 24, a phase measurement unit 25, an axis deviation estimation / control unit 26, a movable unit 27, and a control radio unit 28. For example, the communication device 20 includes a phase measurement unit 25, an axis deviation estimation / control unit 26, a movable unit 27, and a control radio unit 28 in addition to an existing communication device including an array antenna 21, a phase adjustment unit 23, and a signal demodulation unit 24. It can be realized by adding.

各装置が送受信において共用する機能部は、通信装置10では位相調整部12、アレイアンテナ13、軸ズレ推定・制御部15、可動部16及び制御無線部17であり、通信装置20ではアレイアンテナ21、位相調整部23、軸ズレ推定・制御部26、可動部27及び制御無線部28である。つまり、通信装置10が受信側である場合には、位相調整部12、アレイアンテナ13、軸ズレ推定・制御部15、可動部16及び制御無線部17のそれぞれが、受信側の通信装置20の位相調整部23、アレイアンテナ21、軸ズレ推定・制御部26、可動部27及び制御無線部28と同様の動作を行う。通信装置20が送信側である場合には、位相調整部23、アレイアンテナ21、軸ズレ推定・制御部26、可動部27及び制御無線部28のそれぞれが、送信側の通信装置10の位相調整部12、アレイアンテナ13、軸ズレ推定・制御部15、可動部16及び制御無線部17と同様の動作を行う。なお、同図においては、通信装置10には、受信で必要な信号復調部24及び位相測定部25の記載を省略しており、通信装置20には、送信に必要な信号発生部11の記載を省略している。以下に、通信側の通信装置10及び受信側の通信装置20それぞれの構成を述べる。   Functional units shared by each device in transmission / reception are the phase adjustment unit 12, the array antenna 13, the axis deviation estimation / control unit 15, the movable unit 16, and the control radio unit 17 in the communication device 10, and the array antenna 21 in the communication device 20. , Phase adjustment unit 23, axis deviation estimation / control unit 26, movable unit 27, and control radio unit 28. That is, when the communication device 10 is the reception side, each of the phase adjustment unit 12, the array antenna 13, the axis deviation estimation / control unit 15, the movable unit 16, and the control wireless unit 17 is connected to the reception side communication device 20. Operations similar to those of the phase adjustment unit 23, the array antenna 21, the axis deviation estimation / control unit 26, the movable unit 27, and the control radio unit 28 are performed. When the communication device 20 is on the transmission side, the phase adjustment unit 23, the array antenna 21, the axis deviation estimation / control unit 26, the movable unit 27, and the control radio unit 28 are each configured to adjust the phase of the communication device 10 on the transmission side. Operations similar to those of the unit 12, the array antenna 13, the axis deviation estimation / control unit 15, the movable unit 16, and the control radio unit 17 are performed. In the figure, the communication device 10 omits the description of the signal demodulator 24 and the phase measurement unit 25 required for reception, and the communication device 20 includes the signal generator 11 required for transmission. Is omitted. The configurations of the communication device 10 on the communication side and the communication device 20 on the reception side will be described below.

<送信側の構成>
信号発生部11は、無線通信に用いる送信信号を発生する機能を持ち、必要があれば送信信号の変調も行う。位相調整部12は、信号発生部11が発生させた送信信号に対して、アレイアンテナ13の各アンテナ素子14に応じて異なる所定の位相を加える。アレイアンテナ13は、送信用のアレイアンテナであり、複数のアンテナ素子14を有する。同図では、アレイアンテナ13が、8素子のアレイアンテナであり、8個のアンテナ素子14を備える例を示している。この各アンテナ素子14への入力信号それぞれは、位相調整部12により位相調整される。アレイアンテナ13は、これら位相調整された送信信号をOAM波として送出する。
<Configuration on the sending side>
The signal generator 11 has a function of generating a transmission signal used for wireless communication, and also modulates the transmission signal if necessary. The phase adjustment unit 12 adds a predetermined phase that differs depending on each antenna element 14 of the array antenna 13 to the transmission signal generated by the signal generation unit 11. The array antenna 13 is an array antenna for transmission, and has a plurality of antenna elements 14. In the figure, an example is shown in which the array antenna 13 is an eight-element array antenna and includes eight antenna elements 14. Each phase of the input signal to each antenna element 14 is adjusted by the phase adjustment unit 12. The array antenna 13 transmits these phase-adjusted transmission signals as OAM waves.

軸ズレ推定・制御部15は、受信側から通知された軸ズレに関する情報に基づいて、アレイアンテナ13の送信方向を変更するよう可動部16を制御する。軸ズレとは、送信軸と受信軸のズレ(差分)である。送信軸は送信側が信号を送信する方向であり、受信軸は受信側が信号を受信する方向である。また、軸ズレ推定・制御部15は、自装置が受信側であるときに、受信信号から得た位相などの情報を基にして、送信側のアレイアンテナの回転による軸ズレを推定する。軸ズレ推定・制御部15は、受信側で推定された軸ズレに関する情報を送信側のアレイアンテナを回転させるよう指示するため、制御無線部17へ関連情報通信の指示をする。   The axis deviation estimation / control unit 15 controls the movable unit 16 to change the transmission direction of the array antenna 13 based on the information regarding the axis deviation notified from the reception side. The axis deviation is a deviation (difference) between the transmission axis and the reception axis. The transmission axis is the direction in which the transmission side transmits signals, and the reception axis is the direction in which the reception side receives signals. Further, when the own apparatus is the reception side, the axis deviation estimation / control unit 15 estimates the axis deviation due to the rotation of the array antenna on the transmission side based on information such as the phase obtained from the received signal. The axis deviation estimation / control unit 15 instructs the control radio unit 17 to communicate related information in order to instruct the information on the axis deviation estimated on the reception side to rotate the array antenna on the transmission side.

可動部16は、送信用のアレイアンテナ13の送信方向を2軸回転により変えるための機構を有する。可動部16は、この時、アレイアンテナ13に対しZ軸回転とX軸回転の2軸回転によりを行い、アンテナの送信方向を変更する。   The movable part 16 has a mechanism for changing the transmission direction of the transmitting array antenna 13 by biaxial rotation. At this time, the movable unit 16 performs two-axis rotation of the Z-axis rotation and the X-axis rotation with respect to the array antenna 13 to change the transmission direction of the antenna.

制御無線部17は、制御無線により通信装置10と通信装置20との間の通信を行う。制御無線は、OAM波の通信とは別の無線である。制御無線部17は、この制御無線により、通信装置20との間で制御通信を行う。制御無線部17は、受信側の通信装置20が得た軸ズレの調整に関する情報を送受信する。この制御無線を用いて、送信側回転の調整開始・完了、送信側回転軸と回転の調整量を送受信間で通知・確認する。また、実施形態に応じた必要な通信として、例えば送受信の入替え調整、受信信号の電界強度による粗調整とOAM波の位相による微調整の開始・完了なども制御無線により送受信間で通知・確認する。   The control radio unit 17 performs communication between the communication device 10 and the communication device 20 by control radio. The control radio is a radio different from the OAM wave communication. The control radio unit 17 performs control communication with the communication device 20 by this control radio. The control radio unit 17 transmits and receives information on the adjustment of the axis shift obtained by the receiving-side communication device 20. Using this control radio, transmission side rotation adjustment start / completion, transmission side rotation axis and rotation adjustment amount are notified / confirmed between transmission and reception. In addition, as necessary communication according to the embodiment, for example, exchange control of transmission / reception, start / completion of coarse adjustment by electric field strength of received signal and fine adjustment by phase of OAM wave are notified / confirmed between transmission and reception by control radio .

なお、図1では無線通信により制御通信を行う場合を示しているが、通信装置10と通信装置20が関係情報をやり取りできれば有線通信を行ってもよい。この場合には、通信装置10は、制御無線部17に代えて、通信装置20と有線により通信する「制御通信部」を備える。   Although FIG. 1 shows a case where control communication is performed by wireless communication, wired communication may be performed as long as the communication device 10 and the communication device 20 can exchange related information. In this case, the communication device 10 includes a “control communication unit” that communicates with the communication device 20 by wire instead of the control wireless unit 17.

<受信側の構成>
アレイアンテナ21は、受信用のアレイアンテナであり、複数のアンテナ素子22を備える。アレイアンテナ21は、送信用のアレイアンテナ13から送信されたOAM波を受信する。同図では、アレイアンテナ21が、送信用のアレイアンテナ13と同じ8素子のアレイアンテナである例を示している。ただし、必ずしも受信用のアレイアンテナ21の素子数を、送信用のアレイアンテナ13の素子数と同じにする必要はない。アレイアンテナ21が無線により受信した受信信号は位相調整部23に渡される。
<Receiver configuration>
The array antenna 21 is a receiving array antenna and includes a plurality of antenna elements 22. The array antenna 21 receives the OAM wave transmitted from the transmitting array antenna 13. In the figure, an example is shown in which the array antenna 21 is an array antenna having the same eight elements as the array antenna 13 for transmission. However, the number of elements of the receiving array antenna 21 is not necessarily the same as the number of elements of the transmitting array antenna 13. The reception signal received by the array antenna 21 by radio is passed to the phase adjustment unit 23.

位相調整部23は、送信側に対応して、各アンテナ素子22それぞれが受信した信号に位相を加える調整を行う。位相調整部23は、位相調整後の受信信号を信号復調部24へ受け渡す。位相調整部23は、送信側のアレイアンテナ13の素子数と受信側のアレイアンテナ21の素子数とが異なる場合、送信側のアレイアンテナ13のアンテナ素子14と位相調整に対応して、受信側のアレイアンテナ21が備えるアンテナ素子22の素子数や配置を考慮し、受信信号の位相調整を行う。信号復調部24は、位相調整された受信信号を受け、送信側で施された変調に応じた復調を行い、通信情報を出力する。   The phase adjustment unit 23 performs adjustment to add a phase to the signal received by each antenna element 22 corresponding to the transmission side. The phase adjustment unit 23 passes the phase-adjusted reception signal to the signal demodulation unit 24. When the number of elements of the array antenna 13 on the transmission side and the number of elements of the array antenna 21 on the reception side are different, the phase adjustment unit 23 corresponds to the antenna element 14 of the array antenna 13 on the transmission side and the phase adjustment. The phase of the received signal is adjusted in consideration of the number and arrangement of the antenna elements 22 included in the array antenna 21. The signal demodulator 24 receives the phase-adjusted reception signal, performs demodulation according to the modulation performed on the transmission side, and outputs communication information.

位相測定部25は、受信用のアレイアンテナ21の全てのアンテナ素子22それぞれにおいて受信した信号を受け、これら信号の位相を測定する。位相測定部25は、測定された位相の情報を、軸ズレ推定・制御部26へ渡す。   The phase measuring unit 25 receives signals received by all the antenna elements 22 of the receiving array antenna 21 and measures the phases of these signals. The phase measurement unit 25 passes the measured phase information to the axis deviation estimation / control unit 26.

軸ズレ推定・制御部26は、位相測定部25から渡された位相情報に基づいて送信用のアレイアンテナ13の回転による軸ズレを推定する。軸ズレ推定・制御部26は、この推定した軸ズレの情報について制御無線を介して送信側と通信し、可動部16を制御するよう指示する。   The axis deviation estimation / control unit 26 estimates axis deviation due to rotation of the transmitting array antenna 13 based on the phase information passed from the phase measurement unit 25. The axis deviation estimation / control unit 26 communicates with the transmitting side via the control radio about the estimated axis deviation information, and instructs the movable unit 16 to be controlled.

可動部27は、軸ズレ推定・制御部26からの指示に従ってアレイアンテナ21を2軸回転させ、軸ズレを補正する機構を有する。   The movable unit 27 has a mechanism for rotating the array antenna 21 in two axes in accordance with an instruction from the axis deviation estimation / control unit 26 to correct the axis deviation.

制御無線部28は、軸ズレ推定・制御部26が推定した軸ズレに基づいて送信用のアレイアンテナ13を2軸回転させるための指示などの関係情報を、送信側の通信装置10との間で制御無線により通信する。この制御無線を用いて、送信側回転の調整開始・完了、送信側回転軸と回転の調整量を送受信間で通知・確認する。また、実施形態に応じ、送受信の入替え調整、受信信号の電界強度による粗調整とOAM波による微調整の開始・完了なども、制御無線により送受信間で通知・確認する。   The control radio unit 28 transmits related information such as an instruction for rotating the transmission array antenna 13 in two axes based on the axis deviation estimated by the axis deviation estimation / control unit 26 to the communication device 10 on the transmission side. Communicate by control radio. Using this control radio, transmission side rotation adjustment start / completion, transmission side rotation axis and rotation adjustment amount are notified / confirmed between transmission and reception. Also, according to the embodiment, transmission / reception switching adjustment, coarse adjustment based on the electric field strength of the received signal, and start / completion of fine adjustment using the OAM wave are notified / confirmed between the transmission and reception by the control radio.

なお、通信装置20は必ずしも無線でなくても有線により送受信間の制御通信を行ってもよい。この場合、通信装置20は、制御無線部28に代えて有線で通信装置10と通信する制御通信部を備える。   Note that the communication device 20 may perform control communication between transmission and reception by wire, not necessarily wireless. In this case, the communication device 20 includes a control communication unit that communicates with the communication device 10 by wire instead of the control wireless unit 28.

図2〜図4は、OAM波の特徴と生成を示す図である。OAM波は、位相が螺旋状に変化する電波である。図2〜図4では、送信側の通信装置10が、送信用のアレイアンテナ13を用いてOAM波を送信し、受信側の通信装置20が、その送信されたOAM波を、送信用のアレイアンテナ13と同様の受信用のアレイアンテナ21を用いて受信する。アレイアンテナ13の各アンテナ素子14への入力信号には位相がそれぞれ設定される。位相の設定により、OAM波のモードLを変更できる。   2 to 4 are diagrams showing characteristics and generation of OAM waves. An OAM wave is a radio wave whose phase changes spirally. 2 to 4, the communication device 10 on the transmission side transmits an OAM wave using the array antenna 13 for transmission, and the communication device 20 on the reception side transmits the transmitted OAM wave to the array for transmission. Reception is performed using an array antenna 21 for reception similar to the antenna 13. A phase is set for each input signal to each antenna element 14 of the array antenna 13. The mode L of the OAM wave can be changed by setting the phase.

図2は、モードL1のOAM波の特徴と生成を示す。モードL1では、アレイアンテナ13の全アンテナ素子14を1周して位相が2π(つまり360[°])となるように各アンテナ素子14に対する位相が設定される。例えば、同図に示すように1周が8素子の場合、隣り合うアンテナ素子14間の位相の変化をπ/4(45[°])とする。   FIG. 2 shows the characteristics and generation of the OAM wave in mode L1. In mode L1, the phase for each antenna element 14 is set such that all antenna elements 14 of array antenna 13 make one round and the phase is 2π (that is, 360 [°]). For example, as shown in the figure, in the case where one circuit has eight elements, the phase change between the adjacent antenna elements 14 is π / 4 (45 [°]).

図3は、モードL2のOAM波の特徴と生成を示す。モードL2では、アレイアンテナ13の全アンテナ素子14を1周して、位相が4π(つまり720[°])となるように各アンテナ素子14に対する位相が設定される。1周が8素子の場合には、隣接するアンテナ素子14間では位相がπ/2(90[°])となる。モードL2では、モードL1の螺旋に比べて2倍の回転となる。   FIG. 3 shows the characteristics and generation of the OAM wave in mode L2. In mode L2, the phase for each antenna element 14 is set so that all antenna elements 14 of array antenna 13 make one round and the phase is 4π (that is, 720 [°]). In the case where one circuit is composed of 8 elements, the phase between adjacent antenna elements 14 is π / 2 (90 [°]). In mode L2, the rotation is twice that of the spiral in mode L1.

図4は、モードL−1のOAM波の特徴と生成を示す。モードL−1では、アレイアンテナ13の全アンテナ素子14を1周して、位相が−2π(−360[°])になるように各アンテナ素子14に対する位相が設定される。1周が8素子の場合、隣接するアンテナ素子14間では位相が−π/4(−45[°])となる。このモードL−1は、モードL1での螺旋の回転に対して逆転の螺旋となる。   FIG. 4 shows the characteristics and generation of an OAM wave in mode L-1. In mode L-1, the phase for each antenna element 14 is set so that all antenna elements 14 of array antenna 13 make one round and the phase is -2π (-360 [°]). In the case where one circuit has eight elements, the phase between adjacent antenna elements 14 is −π / 4 (−45 [°]). This mode L-1 becomes a reverse spiral with respect to the spiral rotation in the mode L1.

さらに、モードL3、L4、L5、…の場合、アレイアンテナ13の全アンテナ素子14による1周で設定される位相が6π、8π、10π、…(1080[°]、1440[°]、1800[°]、…)である。上記と同様に1周が8素子の場合には、モードL3、L4、L5、…のとき、隣接するアンテナ素子14間の位相は、3π/4、π、5π/4、…(135[°]、180[°]、225[°]、…)となる。また、モードL−2、L−3、L−4、…の場合、アレイアンテナ13の全アンテナ素子14による1周で設定される位相は、−4π、−6π、−8π、…(−720[°]、−1080[°]、−1440[°]、…)である。上記と同様に1周が8素子の場合には、モードL−2、L−3、L−4、…のとき、隣接するアンテナ素子14間の位相は、−π/2、−3π/4、−π、…(−90[°]、−135[°]、−180[°]、…)となる。   Further, in the case of the modes L3, L4, L5,..., The phase set in one round by all the antenna elements 14 of the array antenna 13 is 6π, 8π, 10π, ... (1080 [°], 1440 [°], 1800 [ °], ...). As in the case described above, in the case where one circuit has eight elements, in the modes L3, L4, L5,..., The phase between adjacent antenna elements 14 is 3π / 4, π, 5π / 4,. ], 180 [°], 225 [°],. In the case of modes L-2, L-3, L-4,..., The phase set in one turn by all the antenna elements 14 of the array antenna 13 is −4π, −6π, −8π,. [°], −1080 [°], −1440 [°],. As in the above case, when the circumference is 8 elements, the phase between adjacent antenna elements 14 is −π / 2, −3π / 4 in modes L-2, L-3, L-4,. , -Π, ... (-90 [°], -135 [°], -180 [°], ...).

受信側のアレイアンテナ21のアンテナ素子22が受信した信号は、位相調整部23により、上述したOAMモードに応じた位相、つまり送信側のアンテナ素子14に対応した位相調整が施される。   The signal received by the antenna element 22 of the reception-side array antenna 21 is subjected to phase adjustment by the phase adjustment unit 23 in accordance with the above-described OAM mode, that is, phase adjustment corresponding to the transmission-side antenna element 14.

図2〜図4に示すように、送信側のアレイアンテナ13および受信側のアレイアンテナ21が8素子の場合、モードL1のとき、受信側の調整位相は、送信側の調整位相0[°]、45[°]、90[°]、…、315[°]に対応して、315[°]、270[°]、225[°]、…、0[°]となる。また、モードL2の場合、受信側の調整位相は、送信側の調整位相0[°]、90[°]、180[°]、…、630[°]に対応して、630[°]、540[°]、450[°]、…、0[°]となる。さらに、モードL−1のとき、受信側の調整位相は、送信側の調整位相0[°]、315[°](−45[°])、270[°](−90[°])、…、45[°](−315[°])に対応して、45[°](−315[°])、90[°](−270[°])、135[°](−225[°])、…、0[°]となる。   As shown in FIGS. 2 to 4, when the array antenna 13 on the transmission side and the array antenna 21 on the reception side are 8 elements, the adjustment phase on the reception side is 0 [°] on the transmission side in mode L1. 45 [°], 90 [°],... 315 [°], 315 [°], 270 [°], 225 [°],. In the case of mode L2, the adjustment phase on the reception side corresponds to the adjustment phases 0 [°], 90 [°], 180 [°],..., 630 [°] on the transmission side, 630 [°], 540 [°], 450 [°],..., 0 [°]. Further, in the mode L-1, the adjustment phase on the reception side is the adjustment phase 0 [°], 315 [°] (−45 [°]), 270 [°] (−90 [°]) on the transmission side, ..., 45 [°] (-315 [°]), 45 [°] (-315 [°]), 90 [°] (-270 [°]), 135 [°] (-225 [ °]), ..., 0 [°].

ここで、図5及び図6を用いて軸回転の軸ズレの影響を説明する。
図5は、送信側がZ軸回転した状態を示す図である。図6は、図5に示すZ軸回転による軸ズレの影響を示す図である。図5からは、次の様な点が分かる。
Here, the influence of the axial displacement of the shaft rotation will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
FIG. 5 is a diagram illustrating a state where the transmission side is rotated in the Z axis. FIG. 6 is a diagram showing the influence of the axis shift due to the Z-axis rotation shown in FIG. The following points can be understood from FIG.

(1)送信側が軸回転した場合、受信側のアレイアンテナ21があるX−Z平面に平行な垂直平面(以下、受信側の平面と記載する)において、送信側のアレイアンテナ13の送信軸(Y軸方向)が到達する位置の点Pは、受信側のアレイアンテナ21の中心位置から平行移動している。
(2)送信側のアレイアンテナ13の送信軸(Y軸方向)と受信側のアレイアンテナ21の受信軸は方向が違うため、これら送受信の両軸が不一致の状態にある。
(1) When the transmission side rotates, the transmission axis of the array antenna 13 on the transmission side (hereinafter referred to as the plane on the reception side) is parallel to the XZ plane where the array antenna 21 on the reception side is located (hereinafter referred to as the plane on the reception side). The point P at which the position (Y-axis direction) reaches is translated from the center position of the receiving-side array antenna 21.
(2) Since the transmission axis (Y-axis direction) of the array antenna 13 on the transmission side and the reception axis of the array antenna 21 on the reception side are different from each other, both the transmission and reception axes are in a mismatched state.

なお、送信側のアレイアンテナ13の回転に対する軸ズレの影響による厳密な考察による受信側で得られる位相の計算は、第2の実施形態(図19〜図21、図23)で後述する。送信側のアレイアンテナ13が回転することにより、受信側において軸の平行移動、送受信間の距離の伸張、受信方向の変化がある。送受信間の距離Dがアレイアンテナの開口径(半径ro)に比べ十分に長く(D≫ro)、かつ、送信側のアレイアンテナ13の回転の角度αが数度以内の範囲(α<5°)である場合、受信側においては平行移動が主に位相を変化させる要因となる。この第1の実施形態では送信側の回転が受信側の位相を変化させる事を大まかに捉え検討する。   Note that the calculation of the phase obtained on the receiving side based on the strict consideration due to the influence of the axial deviation with respect to the rotation of the array antenna 13 on the transmitting side will be described later in the second embodiment (FIGS. 19 to 21 and FIG. 23). By rotating the array antenna 13 on the transmission side, there is parallel movement of the axis, expansion of the distance between transmission and reception, and change in the reception direction on the reception side. The distance D between transmission and reception is sufficiently longer than the aperture diameter (radius ro) of the array antenna (D >> ro), and the angle α of rotation of the array antenna 13 on the transmission side is within a few degrees (α <5 °). ), Parallel movement mainly causes the phase to change on the receiving side. In the first embodiment, the fact that rotation on the transmission side changes the phase on the reception side will be roughly considered.

図6を参照して、図5に示すように受信側が平行移動した状態の場合に、平行移動した軸ズレの影響を説明する。なお、アレイアンテナ21が備える8個のアンテナ素子22をそれぞれ、アンテナ素子a、b、c、d、e、f、g、hとしている。図6では、受信側の平面において、各アンテナ素子a〜hの位置と平行移動する位置にある送信軸が垂直面と交差する点Pを中心として、OAMモードL1の時に想定される各位相の配置を示す。また、同図の下側に示す表には、図6の上側の図のような軸ズレがあるときの受信側の各アンテナ素子a〜hおよびOAMモードL1の位相配置から得られる各アンテナ素子a〜hの位相をまとめた。この図6の下側に示す表には、OAMモードL1において、軸ズレのない場合の本来の各アンテナ素子a〜hそれぞれの位相値を、各アンテナ素子a〜hの欄のカッコ内に示している。   With reference to FIG. 6, the influence of the translated axis shift will be described in the case where the receiving side is translated as shown in FIG. The eight antenna elements 22 included in the array antenna 21 are referred to as antenna elements a, b, c, d, e, f, g, and h, respectively. In FIG. 6, each phase assumed in the OAM mode L <b> 1 is centered on a point P where a transmission axis at a position parallel to the position of each antenna element a to h intersects the vertical plane on the receiving plane. Indicates placement. Also, the table shown at the bottom of the figure shows the antenna elements a to h on the receiving side and the antenna elements obtained from the phase arrangement of the OAM mode L1 when there is an axial deviation as shown in the upper diagram of FIG. The phases a to h are summarized. In the table shown in the lower side of FIG. 6, in the OAM mode L1, the original phase values of the antenna elements a to h when there is no axial deviation are shown in parentheses in the column of the antenna elements a to h. ing.

同図の表の位相欄に示すように、送信側が回転する軸ズレの影響で、各アンテナ素子a〜hの位相は、軸ズレがないときの本来の位相値とは異なることが分かる。しかも同図の表を詳細に見ると、OAMモードL1で受信側のX軸のプラス方向を位相0[°]と仮定した時でも、アンテナ素子aの位相は6[°]、アンテナ素子bの位相は18[°]、…、アンテナ素子hの位相は354[°]である。つまり、図5に示す軸ズレの状態で全てのアンテナ素子の位相は0〜30[°]、330〜360[°]の範囲に偏っている。従って、OAMモードL1による送信における(当然、他のOAMモードL−1、L2、…などの送信においても)受信が上手くできない。   As shown in the phase column of the table of the figure, it can be seen that the phase of each antenna element a to h is different from the original phase value when there is no axis deviation due to the influence of the axis deviation rotating on the transmission side. Moreover, when the table of FIG. 5 is examined in detail, even when the positive direction of the X-axis on the receiving side is assumed to be 0 [°] in the OAM mode L1, the phase of the antenna element a is 6 [°], and the antenna element b The phase is 18 [°], and the phase of the antenna element h is 354 [°]. That is, the phases of all the antenna elements are biased in the range of 0 to 30 [°] and 330 to 360 [°] in the axial misalignment state shown in FIG. Therefore, the reception in the OAM mode L1 (of course, in the other OAM modes L-1, L2,..., Etc.) cannot be received well.

また、図7及び図8を用いて、OAMの送信モードL1とL2が誤認される場合について説明する。
図7は、モードL1がモードL2に誤認される場合の軸ズレの状態を示す図である。同図では、受信側の各アンテナ素子の位置と、送信軸が受信側の平面と交差した点Pを中心としたOAMモードL1の位相配置を示す。先の図6に示した例と比較すると、図7では送信アンテナがZ軸回転する軸ズレによって、受信側の平面上で受信側のアレイアンテナ21が平行移動する移動量が少ない。
A case where the OAM transmission modes L1 and L2 are misidentified will be described with reference to FIGS.
FIG. 7 is a diagram showing a state of axis misalignment when mode L1 is mistaken for mode L2. In the figure, the position of each antenna element on the receiving side and the phase arrangement of the OAM mode L1 centering on the point P where the transmission axis intersects the plane on the receiving side are shown. Compared to the example shown in FIG. 6, the amount of movement of the array antenna 21 on the receiving side in parallel on the plane on the receiving side is small due to the axial shift of the transmitting antenna rotating in the Z axis in FIG.

先の図6と同様に、図7の下側の表は、図7の上側に示す軸ズレが生じたときに、各アンテナ素子a〜hで得られる位相を示す。アンテナ素子aの位相は55[°]、アンテナ素子bの位相は107[°]、…、アンテナ素子hの位相は305[°]である。   Similar to FIG. 6, the table on the lower side of FIG. 7 shows the phases obtained by the antenna elements a to h when the axial deviation shown in the upper side of FIG. 7 occurs. The phase of the antenna element a is 55 [°], the phase of the antenna element b is 107 [°],..., And the phase of the antenna element h is 305 [°].

またこの表には、各アンテナ素子との軸ズレがない場合にOAMモードL1の送信により受信側で得られると想定される位相値を、アンテナ素子の欄の括弧内に示す。軸ズレがない時に、アンテナ素子aの位相は22.5[°]、アンテナ素子bの位相は67.5[°]、…、アンテナ素子hの位相は337.5[°]である。   Further, in this table, the phase value assumed to be obtained on the receiving side by transmission in the OAM mode L1 when there is no axis shift with each antenna element is shown in parentheses in the column of the antenna element. When there is no axial misalignment, the phase of the antenna element a is 22.5 [°], the phase of the antenna element b is 67.5 [°],..., And the phase of the antenna element h is 337.5 [°].

さらにこの表には、各アンテナ素子との軸ズレがない場合にOAMモードL2の送信により受信側で得られると想定される位相値を、(L2)の欄に示す。OAMモードL2では、アンテナ素子aの位相は45[°]、アンテナ素子bの位相は135[°]、…、アンテナ素子hの位相は315[°]である。   Further, in this table, in the column of (L2), the phase value assumed to be obtained on the receiving side by transmission in the OAM mode L2 when there is no axis shift with each antenna element. In the OAM mode L2, the phase of the antenna element a is 45 [°], the phase of the antenna element b is 135 [°],..., And the phase of the antenna element h is 315 [°].

この図7の表において、破線で囲まれている半数のアンテナ素子22においては、軸ズレがある場合の位相の値が、OAMモードL1で送信した時に想定される位相値よりも、OAMモードL2で送信した時に想定される位相値に近い。従って、それらアンテナ素子から得られる受信信号からはOAMモードを誤認する恐れがある。つまり、図7の一部素子でモードL1がモードL2に誤認される。   In the table of FIG. 7, in the half of the antenna elements 22 surrounded by the broken line, the phase value when there is an axis shift is greater than the phase value assumed when transmitting in the OAM mode L1. It is close to the phase value assumed when transmitting with. Therefore, the OAM mode may be misidentified from the received signals obtained from these antenna elements. That is, the mode L1 is mistaken for the mode L2 in some elements of FIG.

図8は、送信側のアレイアンテナ13のZ軸回転による軸ズレを受信側の平面上での平行移動に近似したときの位相変化を示す図である。この図8は、図6や図7で説明した8素子の例以外について、OAMモードを誤認するような影響について説明する。図8は、任意の数のアンテナ素子22に対して、横軸を図7に示す点Pを中心とした素子位置の方向(0〜360[°])とし、縦軸を送信側の軸回転による軸ズレにより影響を受けて変化した位相[°]とするグラフを示す。図8のグラフの横軸の値は、OAMモードL1の場合に軸ズレがない本来の位相に等しくなる。   FIG. 8 is a diagram showing a phase change when the axial shift due to the Z-axis rotation of the array antenna 13 on the transmission side is approximated to the parallel movement on the plane on the reception side. FIG. 8 explains the influence of misidentifying the OAM mode other than the example of the eight elements described in FIG. 6 and FIG. 8, for an arbitrary number of antenna elements 22, the horizontal axis is the element position direction (0 to 360 [°]) around the point P shown in FIG. 7, and the vertical axis is the axis rotation on the transmitting side. The graph which shows the phase [°] changed by being influenced by the axis deviation due to. The value on the horizontal axis of the graph of FIG. 8 is equal to the original phase with no axis deviation in the OAM mode L1.

符号G1は、軸回転による軸ズレにより影響を受けて変化した位相[°]を示す。また参考に、符号G2は、軸ズレがない時のOAMモードL1の位相変化を示し、符号G3は、軸ズレがない時のOAMモードL2の位相変化を示す。符号G1、G2、G3のそれぞれの線上において実線でプロットされた点は、各アンテナ素子22で得られる位相値を示す。プロットされた点の数から分かるように、この例におけるアンテナ素子の数は10個である。同図によれば、符号G4、G5に示す範囲内にあるこの10個のアンテナ素子の半数以上の6素子において、軸ズレのために位相値が、本来のOAMモードL1の位相値よりもOAMモードL2の位相値に近い値になっていることが分かる。また、符号G1、G2、G3のそれぞれの線上において点線でプロットされた点は、8素子の場合の位相を示す。   Reference sign G1 indicates a phase [°] that has been changed by being affected by an axial shift caused by the shaft rotation. For reference, symbol G2 indicates the phase change of the OAM mode L1 when there is no axis shift, and symbol G3 indicates the phase change of the OAM mode L2 when there is no axis shift. The points plotted with solid lines on the respective lines G1, G2, and G3 indicate the phase values obtained by the respective antenna elements 22. As can be seen from the number of plotted points, the number of antenna elements in this example is ten. According to the figure, in six elements, which are more than half of the ten antenna elements within the range indicated by reference signs G4 and G5, the phase value is OAM more than the phase value of the original OAM mode L1 due to the axis misalignment. It can be seen that the value is close to the phase value of mode L2. In addition, the points plotted with dotted lines on the lines G1, G2, and G3 indicate the phases in the case of 8 elements.

上記では、Z軸回転の軸ズレについて示したが、X軸回転の軸ズレについても同様の問題が生じる。以下では、このようにOAM波を使用する無線通信において課題となる送信側でのZ軸回転およびX軸回転による軸ズレを調整するために必要な機構及び調整法を説明する。   In the above description, the Z axis rotation misalignment has been described. However, the same problem occurs with respect to the X axis rotation misalignment. Hereinafter, a mechanism and an adjustment method necessary for adjusting the Z-axis rotation and the X-axis rotation on the transmission side, which are problems in wireless communication using OAM waves, will be described.

図9は、位置ズレ・方向ズレを調整する可動部16の構成例を示す図である。同図に示す構成例の可動部16は、2軸(X軸、Z軸)を中心としてアレイアンテナ13を回転させる機能がある。Z軸は垂直軸、Y軸は電波の放射方向、X軸はZ軸及びY軸に垂直な水平軸である。同図では、8素子のアンテナ素子14を円状に配置したアレイアンテナ13を例に挙げている。アレイアンテナ13の板31は、複数の背面支持部32により、背面板及び外枠33に接続される。同図は、各背面支持部32の設置位置は、四角のアレイアンテナ13を支える板31の左右上下の4辺それぞれの中央から中心に移動した位置である。   FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of the movable unit 16 that adjusts the positional deviation and the direction deviation. The movable part 16 in the configuration example shown in the figure has a function of rotating the array antenna 13 around two axes (X axis and Z axis). The Z axis is a vertical axis, the Y axis is a radio wave radiation direction, and the X axis is a horizontal axis perpendicular to the Z axis and the Y axis. In the figure, an array antenna 13 in which eight antenna elements 14 are arranged in a circle is taken as an example. The plate 31 of the array antenna 13 is connected to the back plate and the outer frame 33 by a plurality of back support portions 32. In the figure, the installation positions of the back support portions 32 are positions moved from the centers of the four sides on the left, right, top, and bottom of the plate 31 that supports the square array antenna 13 to the center.

同図に示す可動部16の軸回転は、左側の吹き出し内に示すように、複数ある背面支持部32を伸縮させることにより実現される。この吹き出しに示した左右の2つの背面支持部32のうち、片方が伸張し、他方が収縮することで、Z軸を中心とする回転(垂直軸回転)が実現される。吹き出し内の下側は上面図であり、アレイアンテナ13を取り付ける板31をZ軸で回転させている(垂直軸回転の)様子が分かる。このZ軸の回転に伴い、電波の放射方向がY軸から左右に方向を変えている。以上のような垂直軸回転に加えて、X軸を中心とする回転(水平軸回転)には、上下に位置する2つの背面支持部32の伸縮を利用する。上下の背面支持部32の伸縮により、上述した左右の背面支持部でZ軸回転させたのと同様に、X軸を中心とする回転(水平軸回転)が実現される。   The shaft rotation of the movable part 16 shown in the figure is realized by extending and contracting a plurality of back support parts 32 as shown in the left balloon. Of the two left and right rear support portions 32 shown in the balloon, one of them is expanded and the other is contracted, whereby rotation about the Z axis (vertical axis rotation) is realized. The lower side in the balloon is a top view, and it can be seen that the plate 31 to which the array antenna 13 is attached is rotated about the Z axis (vertical axis rotation). With the rotation of the Z axis, the radio wave radiation direction changes from the Y axis to the left and right. In addition to the above-described vertical axis rotation, the rotation around the X axis (horizontal axis rotation) utilizes the expansion and contraction of the two back support portions 32 positioned above and below. By the expansion and contraction of the upper and lower back support portions 32, the rotation around the X axis (horizontal axis rotation) is realized in the same manner as the Z axis rotation by the left and right back support portions described above.

なお、背面支持部32の位置は、四角のアレイアンテナ13を支える板31の左右上下の4辺それぞれの中央付近とは限らない。例えば、四角の4隅を背面支持部32の位置としてもよい。この場合は、X軸回転とZ軸回転のための背面支持部32の伸縮は、上述したように背面支持部32の設置位置を、四角の板31の四辺の中央から中心に寄った位置とした場合とは多少異なる。例えば、Z軸回転では、右側の辺の上下の隅にある2組の背面支持部32に同時に同じ伸縮をさせ、左側の辺の上下の隅にある2組の背面支持部32に同時に逆の伸縮をさせる。   Note that the position of the back support portion 32 is not necessarily near the center of each of the left, right, upper, and lower sides of the plate 31 that supports the square array antenna 13. For example, the four corners of the square may be the positions of the back support portion 32. In this case, the expansion and contraction of the back support part 32 for the X-axis rotation and the Z-axis rotation means that the installation position of the back support part 32 is shifted from the center of the four sides of the square plate 31 to the center as described above. It is a little different from the case. For example, in the Z-axis rotation, the two sets of back support portions 32 at the upper and lower corners of the right side are simultaneously expanded and contracted simultaneously, and the two back support portions 32 at the upper and lower corners of the left side are simultaneously reversed. Stretch.

図10は、方向ズレを調整する可動部16の他の構成例を示す図である。同図に示す構成の可動部16は、先の図9と同様に、2軸で回転する機能がある。この図でも8素子のアンテナ素子14を円状に配置したアレイアンテナ13を、取付け板40に取り付けている。同図においても図9と同様に、Z軸は垂直軸、Y軸は電波の放射方向、X軸はZ軸及びY軸に垂直な水平軸である。X軸を中心とする回転(水平軸回転)を行うために、アレイアンテナ13の取付け板40を支持している左右のアーム44それぞれに、X軸回転する回転部45、46が備えられている。回転部45、46は、曲線矢印に示すように、前後に同じ方向に回転することによりX軸回転が実現される。   FIG. 10 is a diagram illustrating another configuration example of the movable unit 16 that adjusts the direction deviation. The movable part 16 having the configuration shown in the figure has a function of rotating around two axes, as in the case of FIG. Also in this figure, the array antenna 13 in which the eight antenna elements 14 are arranged in a circle is attached to the mounting plate 40. In FIG. 9, similarly to FIG. 9, the Z-axis is a vertical axis, the Y-axis is a radio wave radiation direction, and the X-axis is a horizontal axis perpendicular to the Z-axis and the Y-axis. In order to perform rotation about the X axis (horizontal axis rotation), the left and right arms 44 supporting the mounting plate 40 of the array antenna 13 are provided with rotating portions 45 and 46 that rotate the X axis, respectively. . As indicated by the curved arrows, the rotation units 45 and 46 rotate in the same direction before and after to achieve X-axis rotation.

また、Z軸を中心とする回転(垂直軸回転)は、底面板41の上に立てられた支柱42を含めて、底面板41よりも上部の全ての部分がZ軸で回転できる回転部47により実現される。回転部47は、曲線矢印に示すようにZ軸回転する。その支柱42には、アレイアンテナ13の取付け板40を支持し、左右に伸びるアーム44が取り付けられる。従って、アーム44とアレイアンテナ13の取付け板40もZ軸で回転するので、上述したX軸の回転と併せ、2軸でアレイアンテナを回転できる。   In addition, rotation about the Z axis (vertical axis rotation) includes a support 42 standing on the bottom plate 41, and a rotating unit 47 that can rotate all parts above the bottom plate 41 about the Z axis. It is realized by. The rotating unit 47 rotates in the Z axis as indicated by the curved arrow. An arm 44 that supports the mounting plate 40 of the array antenna 13 and extends to the left and right is attached to the column 42. Accordingly, since the arm 44 and the mounting plate 40 of the array antenna 13 also rotate on the Z axis, the array antenna can be rotated on two axes together with the rotation of the X axis described above.

さらに、図10に示す構成の可動部16は、Y軸で回転させる機構も追加して実現できる。左右に伸びるアーム44は、破線の矢印で示すようにアレイアンテナ13をY軸中心に回転させる回転部48により支柱42に接続される。この回転部48がY軸回転することにより、アンテナ素子14の位置を変えて、後述する第2の実施形態の図26に示すアレイアンテナの方向調整に役立てることができる。   Furthermore, the movable part 16 having the configuration shown in FIG. 10 can be realized by adding a mechanism for rotating the Y-axis. The arm 44 that extends to the left and right is connected to the column 42 by a rotating unit 48 that rotates the array antenna 13 about the Y-axis as indicated by the dashed arrows. By rotating the rotating unit 48 in the Y axis, the position of the antenna element 14 can be changed, which can be used for adjusting the direction of the array antenna shown in FIG. 26 of the second embodiment described later.

図11は、三次元アレイからのサブアレイ選択によるアレイアンテナ13の2軸回転を説明する図である。同図では、多数のアンテナ素子132が並べられた三次元アレイ131から方向に応じたサブアレイを選択する。図11(a)は、三次元アレイ131を示す図である。三次元アレイ131には、多数のアンテナ素子132が直方体の領域に三次元配置された大規模アレイである。図11(b)は、図11(a)と同じアンテナ素子132の配置の三次元アレイ131を、上から見た図である。   FIG. 11 is a diagram for explaining biaxial rotation of the array antenna 13 by selecting a sub-array from a three-dimensional array. In the figure, a sub-array corresponding to the direction is selected from a three-dimensional array 131 in which a large number of antenna elements 132 are arranged. FIG. 11A shows the three-dimensional array 131. The three-dimensional array 131 is a large-scale array in which many antenna elements 132 are three-dimensionally arranged in a rectangular parallelepiped region. FIG. 11B is a top view of the three-dimensional array 131 having the same arrangement of the antenna elements 132 as FIG.

図11(a)及び図11(b)では、三次元アレイ131の直方体の領域内で、2つの平面のサブアレイSA1、SA2を選択している。サブアレイSA1、SA2は、サブアレイ範囲として選択された2つの平面のサブアレイを示す。同図では、これらサブアレイSA1、SA2において利用されるアンテナ素子132を、サブアレイ範囲内に円状に配置される8素子である場合としている。サブアレイSA1、SA2において利用されるアンテナ素子132を、網掛けにより示している。   In FIG. 11A and FIG. 11B, two planar sub-arrays SA1 and SA2 are selected in the rectangular parallelepiped region of the three-dimensional array 131. Subarrays SA1 and SA2 indicate two planar subarrays selected as the subarray range. In the figure, the antenna elements 132 used in the subarrays SA1 and SA2 are eight elements arranged in a circle within the subarray range. The antenna elements 132 used in the subarrays SA1 and SA2 are indicated by shading.

図11(b)に示す、これら2つの選択されたサブアレイSA1、SA2を上から見た図面によれば、各サブアレイSA1、SA2の送信軸は異なっている。回転前のサブアレイSA1の送信軸をB1とすると、回転実施形態のサブアレイSA2の送信軸はB2となる。図11に示すように、三次元アレイ131内に三次元に配置される多数のアンテナ素子132から複数個のアンテナ素子を適切に選択したサブアレイにより、またこのサブアレイからアンテナ素子132を選び直して別のサブアレイとすることにより、送信軸を回転させる操作が実現できる。   According to the drawing of these two selected subarrays SA1 and SA2 as seen from above, shown in FIG. 11B, the transmission axes of the subarrays SA1 and SA2 are different. If the transmission axis of the subarray SA1 before rotation is B1, the transmission axis of the subarray SA2 in the rotation embodiment is B2. As shown in FIG. 11, a subarray in which a plurality of antenna elements are appropriately selected from a large number of antenna elements 132 arranged three-dimensionally in a three-dimensional array 131, and another antenna element 132 is selected again from this subarray. With this subarray, an operation for rotating the transmission shaft can be realized.

なお、この図11のようなサブアレイの選択を採用する場合は、図1に示す通信装置10は、可動部16に代えて、三次元アレイ131からサブアレイを選択する「サブアレイ選択機能部」を備える。この三次元アレイ131からのサブアレイの選択では、電波を放射する方向の前後に、選択されないアンテナ素子132が幾つも配置される状況が考えられる。これらのアンテナ素子との間でカップリングの効果がどのように影響するかについて説明を補足する。   11 is adopted, the communication apparatus 10 shown in FIG. 1 includes a “subarray selection function unit” that selects a subarray from the three-dimensional array 131 instead of the movable unit 16. . In the selection of the sub-array from the three-dimensional array 131, there may be a situation where a number of antenna elements 132 that are not selected are arranged before and after the direction of radiating radio waves. A supplementary explanation will be given as to how the coupling effect affects these antenna elements.

図12〜図15を用いて、三次元アレイから異なるアレイを選択したときのアンテナ素子間隔を比較する。図12〜図15では、それぞれ三次元アレイから選択されたアレイが異なっている。図12はアンテナ素子間隔小で正面方向の選択を、図13はアンテナ素子間隔小で斜め方向の選択を、図14はアンテナ素子間隔大で正面方向の選択を、図15はアンテナ素子間隔大で斜め方向の選択を示す。   The antenna element intervals when different arrays are selected from the three-dimensional array are compared using FIGS. In FIGS. 12-15, the arrays selected from the three-dimensional arrays are different. FIG. 12 shows the selection of the front direction with a small antenna element spacing, FIG. 13 shows the selection of the diagonal direction with a small antenna element spacing, FIG. 14 shows the selection of the front direction with a large antenna element spacing, and FIG. Indicates diagonal selection.

図12(a)、図13(a)、図14(a)、図15(a)は、三次元アレイから選択されたアレイの位置を示す。これらの図に示す三次元アレイは、二次元の平面上に8素子のアンテナ素子を円周上に配置し、この二次元平面アレイを4層重ねた構成である。この三次元アレイを構成するアンテナ素子は、アンテナ長λ/4(λは波長)のダイポールアンテナである。4層の各二次元平面アレイにおいてアンテナ素子が配置された円周の直径を4λとし、層間の素子間隔を図12及び図13では小さく(波長より短く(素子間隔<λ))、図14及び図15では間隔を大きく(波長とほぼ同程度(素子間隔≒λ))する。なお、アンテナ素子141は、選択されたアレイに含まれないアンテナ素子であり、アンテナ素子142は、選択されたアレイに含まれるアンテナ素子である。そして、図12(b)、図13(b)、図14(b)、図15(b)はそれぞれ、選択されたアレイが図12(a)、図13(a)、図14(a)、図15(a)のアレイ位置であるときのそのアレイの放射パターンを示す。   12 (a), 13 (a), 14 (a), and 15 (a) show the position of the array selected from the three-dimensional array. The three-dimensional arrays shown in these figures have a configuration in which eight antenna elements are arranged on a circumference on a two-dimensional plane and four layers of the two-dimensional plane array are stacked. The antenna element constituting this three-dimensional array is a dipole antenna having an antenna length of λ / 4 (λ is a wavelength). In each two-dimensional planar array of four layers, the diameter of the circumference where the antenna elements are arranged is 4λ, and the element spacing between the layers is small in FIGS. 12 and 13 (shorter than the wavelength (element spacing <λ)). In FIG. 15, the interval is increased (approximately the same as the wavelength (element interval≈λ)). The antenna element 141 is an antenna element not included in the selected array, and the antenna element 142 is an antenna element included in the selected array. 12 (b), FIG. 13 (b), FIG. 14 (b), and FIG. 15 (b) show the selected arrays in FIG. 12 (a), FIG. 13 (a), and FIG. 14 (a), respectively. FIG. 15 shows the radiation pattern of the array at the array position of FIG.

図12(a)及び図14(a)では、三次元アレイから、二次元平面アレイで1層にある8個のアンテナ素子、具体的には、4層の二次元平面アレイにおける3層目の二次元平面にある8素子を全て選択している。この場合、図12(b)及び図14(b)に示すように、正面方向(Y軸方向)の電界強度が高いメインローブが得られる。ただし、矢印で示すように、OAM波は放射方向へ2つに分かれる。   12A and 14A, from the three-dimensional array, eight antenna elements in one layer of the two-dimensional planar array, specifically, the third layer in the four-layer two-dimensional planar array. All eight elements on the two-dimensional plane are selected. In this case, as shown in FIGS. 12B and 14B, a main lobe having a high electric field strength in the front direction (Y-axis direction) is obtained. However, as indicated by the arrows, the OAM wave is divided into two in the radial direction.

これに対し、図13(a)及び図15(a)では、複数の層の二次元平面アレイからアンテナ素子を選択し、電波放射を斜め方向とする。この場合、図13(b)では、矢印で示すように、所望の方向にメインローブが傾く。また、図15(b)でも、メインローブを矢印D1の所望の方向に変更できる。しかし、矢印D2で示す別方向にも強いサイドローブが生じる。   On the other hand, in FIG. 13A and FIG. 15A, an antenna element is selected from a two-dimensional planar array of a plurality of layers, and radio wave radiation is set in an oblique direction. In this case, in FIG. 13B, the main lobe is inclined in a desired direction as indicated by an arrow. Also in FIG. 15B, the main lobe can be changed to the desired direction of the arrow D1. However, a strong side lobe also occurs in the other direction indicated by the arrow D2.

図12〜図15においては、アンテナ素子間隔を変化させたシミュレーションを示したが、この他に例えばアンテナ素子の位置つまり放射方向の前後にあるアンテナ素子の位置を少し変え、前後方向でアンテナ素子を重複させない、すなわち位置を一致させないようにすることも考えられる。このようなシミュレーション解析から、例えば、図13のようにアンテナ素子の間隔や配置を工夫することで、三次元アレイからのアンテナ素子選択によって送信軸を回転させる操作が実現できる。   12 to 15 show simulations in which the antenna element interval is changed. In addition to this, for example, the position of the antenna element, that is, the position of the antenna element before and after the radiation direction is slightly changed, and the antenna element is changed in the front and rear direction. It is also conceivable not to overlap, that is, not to match the positions. From such simulation analysis, for example, by devising the spacing and arrangement of the antenna elements as shown in FIG. 13, an operation of rotating the transmission axis by selecting the antenna elements from the three-dimensional array can be realized.

なお、図9〜図11では、軸ズレを調整するための可動部16の機構の例を示したが、受信側における軸ズレを調整するための可動部27の機構も、図9〜図11と同様である。図11に示すサブアレイの選択を採用する場合、図1に示す通信装置20は、可動部27に代えて、三次元アレイ131からサブアレイを選択するサブアレイ選択機能部を備える。   9 to 11 show an example of the mechanism of the movable portion 16 for adjusting the axial deviation, the mechanism of the movable portion 27 for adjusting the axial deviation on the receiving side is also shown in FIGS. It is the same. When the selection of the subarray shown in FIG. 11 is adopted, the communication device 20 shown in FIG. 1 includes a subarray selection function unit that selects a subarray from the three-dimensional array 131 instead of the movable unit 27.

ここまで第1の実施形態では、OAM波を送受信するアレイアンテナの方向調整に関して、方向調整の可動機構(図9、図10)またはサブアレイの選択による方向調整の実現(図11)を示した。この後、第2の実施形態以降では、方向調整の処理について説明する。   Up to this point, in the first embodiment, with regard to the direction adjustment of the array antenna that transmits and receives the OAM wave, the direction adjustment movable mechanism (FIGS. 9 and 10) or the realization of the direction adjustment by selecting the subarray (FIG. 11) has been shown. Thereafter, in the second and subsequent embodiments, the direction adjustment process will be described.

[第2の実施形態]
第2の実施形態では、送信側が水平回転と垂直回転を順に行うことにより受信方向を調整する方法について述べる。
[Second Embodiment]
In the second embodiment, a method will be described in which the transmission side adjusts the reception direction by sequentially performing horizontal rotation and vertical rotation.

図16及び図17を用いて、送信側における、垂直・水平軸回転によるアンテナ方向の調整を説明する。図16及び図17においては、送信側と受信側の双方とも、8素子を円状に配置したアレイアンテナを備える場合を例に挙げる。この図16及び図17では、垂直方向をZ軸、水平の左右方向をX軸、送受信方向をY軸とする。   The adjustment of the antenna direction by vertical / horizontal axis rotation on the transmission side will be described with reference to FIGS. In FIGS. 16 and 17, the case where both the transmitting side and the receiving side are provided with an array antenna in which eight elements are arranged in a circle is taken as an example. 16 and 17, the vertical direction is the Z axis, the horizontal horizontal direction is the X axis, and the transmission / reception direction is the Y axis.

図16は、送信側におけるZ軸回転を示す図である。Z軸を中心軸にして送信側のアレイアンテナ13を回転(垂直軸回転)させると、受信側では送信軸が受信側のアレイアンテナ21を含む平面と交差する点が左右に(X軸に平行な方向に)移動する。例えば、上方から下方へ(Z軸のプラス側からマイナス側へ)見て時計回りに数度、Z軸を中心に送信側のアレイアンテナ13を回転させる(矢印E1の方向への回転)。この回転により、送信側のアレイアンテナ13の向きが受信側における元の位置(符号F0の三重円)から右側(符号F1の三重円)へ移動する。逆に上方から見て反時計回りでZ軸中心に送信側のアレイアンテナ13を回転させる(矢印E2の方向への回転)。送信側のアレイアンテナ13の向きは、受信側における元の位置(符号F0の三重円)から左側(符号F2の三重円)へ移動する。   FIG. 16 is a diagram illustrating Z-axis rotation on the transmission side. When the transmitting-side array antenna 13 is rotated about the Z-axis (vertical axis rotation), the point on the receiving side where the transmitting axis intersects the plane including the receiving-side array antenna 21 is left and right (parallel to the X-axis). Move in the right direction). For example, the array antenna 13 on the transmission side is rotated about the Z axis by several degrees clockwise as viewed from above (from the plus side to the minus side of the Z axis) (rotation in the direction of arrow E1). By this rotation, the orientation of the array antenna 13 on the transmission side moves from the original position on the reception side (triple circle with the symbol F0) to the right side (triple circle with the symbol F1). Conversely, the array antenna 13 on the transmission side is rotated about the Z axis counterclockwise as viewed from above (rotation in the direction of arrow E2). The direction of the array antenna 13 on the transmission side moves from the original position on the reception side (triple circle with reference F0) to the left side (triple circle with reference F2).

図17は、送信側におけるX軸回転を示す図である。X軸を中心軸にして送信側のアレイアンテナ13を回転(水平軸回転)させると、受信側では送信軸が受信側のアレイアンテナ21を含む平面と交差する点が上下に(Z軸に平行な方向に)移動する。例えば、左側から右側へ(X軸のマイナスからプラス側へ)見て反時計回りへ数度のX軸回転(矢印E3の方向への回転)により、送信側のアレイアンテナ13の向きが、受信側における元位置(符号F0の三重円)から下方(符号F3の三重円)へ変わる。逆に、送信側のアレイアンテナ13を左から見て時計回り(矢印E4の方向への回転)にX軸回転すると、送信側のアレイアンテナ13の向きは、受信側における元の位置(符号F0の三重円)から上方(符号F4の三重円)へ変わる。
これらZ軸(垂直軸)及びX軸(水平軸)回転を順に調整することにより、送信側のアレイアンテナ13の方向を、受信側のX−Z平面の原点に合せる、つまり、Y軸に一致させることができる。
FIG. 17 is a diagram illustrating X-axis rotation on the transmission side. When the transmitting-side array antenna 13 is rotated (horizontal axis rotation) about the X axis as a central axis, the point on the receiving side where the transmitting axis intersects the plane including the receiving-side array antenna 21 is up and down (parallel to the Z-axis). Move in the right direction). For example, the X-axis rotation (rotation in the direction of the arrow E3) counterclockwise as viewed from the left side to the right side (from the negative X-axis side to the positive side) causes the direction of the array antenna 13 on the transmission side to be received. It changes from the original position on the side (triple circle with reference F0) to the lower part (triple circle with reference F3). Conversely, when the array antenna 13 on the transmission side is rotated in the clockwise direction (rotation in the direction of the arrow E4) as viewed from the left, the direction of the array antenna 13 on the transmission side is the original position on the reception side (reference F0). From the triple circle) to the top (triple circle with the symbol F4).
By adjusting the Z-axis (vertical axis) and X-axis (horizontal axis) rotations in order, the direction of the array antenna 13 on the transmission side is aligned with the origin of the XZ plane on the reception side, that is, coincides with the Y-axis. Can be made.

図18は、通信システム1における、軸回転による方向調整の動作フローを示す図である。この動作フローでは、送信側において送信側のアレイアンテナ13の垂直と水平の軸(Z軸とX軸)を回転させて送受信方向を調整する。また、この動作フローでは、Z軸とX軸の回転で段階的に調整を行う。この調整において、本来の方向に送信軸が合っているか否かの確認については、後で詳細を示す位相変化の特徴を用いて判定する。   FIG. 18 is a diagram illustrating an operation flow of direction adjustment by shaft rotation in the communication system 1. In this operation flow, the transmission and reception directions are adjusted by rotating the vertical and horizontal axes (Z axis and X axis) of the array antenna 13 on the transmission side on the transmission side. Further, in this operation flow, adjustment is performed in stages by rotating the Z axis and the X axis. In this adjustment, whether or not the transmission axis is aligned with the original direction is determined using the characteristics of phase change which will be described in detail later.

同図に示す動作フローは、大きく4つの段階からなる。この4つの段階には、「調整の必要確認」、「Z軸回転の調整」、「X軸回転の調整」、「調整完了の確認」がある。   The operation flow shown in the figure consists of four stages. These four stages include “adjustment confirmation check”, “Z-axis rotation adjustment”, “X-axis rotation adjustment”, and “adjustment completion confirmation”.

「調整の必要確認」段階では、まず、送受側と受信側が制御無線により、「送信側のZ軸回転の調整開始」の通知と確認を行う。例えば、受信側の通信装置20が送信側の通信装置10に制御無線により「送信側のZ軸回転の調整開始」を通知し、通信装置10は、その制御無線を受信して「送信側のZ軸回転の調整開始」を認識する。なお、通信装置10から通信装置20へ通知を行ってもよい。   In the “necessity check for adjustment” stage, first, the transmission / reception side and the reception side perform notification and confirmation of “starting adjustment of Z-axis rotation on the transmission side” by control radio. For example, the receiving-side communication device 20 notifies the transmitting-side communication device 10 of “starting adjustment of Z-axis rotation on the transmitting side” by control radio, and the communication device 10 receives the control radio, “Z axis rotation adjustment start” is recognized. Note that the communication device 10 may notify the communication device 20.

同図に示す動作フローにおいては、「調整の必要確認」段階で、受信側の通信装置20の軸ズレ推定・制御部26は、「Z軸回転の軸調整」段階に移行するために、Z軸回転による調整が不要か否か(又は調整が終了したか否か)を判定する(ステップS105)。軸ズレ推定・制御部26は、Z軸回転の調整が必要と判定した場合(ステップS105:NO)、次のステップS110へ移行する。受信側の軸ズレ推定・制御部26は、Z軸回転の全範囲内で確認したか否かを判定する(ステップS110)。   In the operation flow shown in the figure, in the “necessity check for adjustment” stage, the axis deviation estimation / control unit 26 of the communication device 20 on the receiving side moves to the “Z-axis rotation axis adjustment” stage. It is determined whether or not adjustment by shaft rotation is unnecessary (or whether or not adjustment has been completed) (step S105). If it is determined that adjustment of the Z-axis rotation is necessary (step S105: NO), the axis deviation estimation / control unit 26 proceeds to the next step S110. The receiving-side axis deviation estimation / control unit 26 determines whether or not confirmation has been made within the entire Z-axis rotation range (step S110).

受信側の軸ズレ推定・制御部26が、まだZ軸回転の確認は全範囲分に達していないと判定した場合(ステップS110:NO)、次に通信システム1は、第2段階である「Z軸回転の調整」段階に進み、Z軸回転での調整を行う(ステップS115)。ステップS115のZ軸回転での調整処理においては、送信側の通信装置10のZ軸回転角を変更する。具体的には、ステップS115のZ軸回転の調整処理において、まず、受信側の通信装置20の軸ズレ推定・制御部26は、アレイアンテナ21が有する複数のアンテナ素子22のそれぞれにおいて受信したOAM波の位相に基づいて、送信側に指示するZ軸回転の調整量を算出する。受信側の通信装置20は、制御無線を用いて送信側の通信装置10へ「送信側Z軸回転の調整量」を通知指示する。送信側の軸ズレ推定・制御部15は、受信側から受信した「送信側Z軸回転の調整量」に基づいて、可動部16を制御し、アレイアンテナ13のZ軸回転角を変更する。ステップS115のZ軸回転での調整処理の後、通信システム1は、最初のステップS105に戻り、判定とZ軸回転での調整(ステップS105〜ステップS115)を繰り返す。   When the receiving-side axis deviation estimation / control unit 26 determines that the Z-axis rotation has not yet been confirmed for the entire range (step S110: NO), the communication system 1 is in the second stage. Proceeding to the “adjustment of Z-axis rotation” stage, adjustment is performed with Z-axis rotation (step S115). In the adjustment process in the Z-axis rotation in step S115, the Z-axis rotation angle of the communication device 10 on the transmission side is changed. Specifically, in the adjustment process of the Z-axis rotation in step S115, first, the axis deviation estimation / control unit 26 of the communication device 20 on the reception side receives the OAM received by each of the plurality of antenna elements 22 included in the array antenna 21. Based on the wave phase, the amount of adjustment of the Z-axis rotation instructed to the transmission side is calculated. The communication device 20 on the reception side instructs the transmission-side communication device 10 to notify “adjustment amount of transmission side Z-axis rotation” using the control radio. The transmission-side axis deviation estimation / control unit 15 controls the movable unit 16 and changes the Z-axis rotation angle of the array antenna 13 based on the “adjustment amount of transmission-side Z-axis rotation” received from the reception side. After the adjustment process with the Z-axis rotation in step S115, the communication system 1 returns to the first step S105, and repeats the determination and the adjustment with the Z-axis rotation (steps S105 to S115).

受信側の通信装置20の軸ズレ推定・制御部26は、ステップS105においてZ軸回転による調整が不要(又は終了)と判定した場合(ステップS105:YES)、Z軸回転の調整(ステップS105〜ステップS115)が終了していると判断する。通信システム1は、第3段階の「X軸回転の調整」段階、及び、最後の段階の「調整完了の確認」を合せた動作段階に移行する。ただし、受信側の通信装置20の軸ズレ推定・制御部26は、ステップS110においてZ軸回転を全範囲内で確認したと判定した場合(ステップS110:YES)、回転調整の未完了を表示し(ステップS140)、図18の動作フロー処理を終了する。   If the axis deviation estimation / control unit 26 of the communication device 20 on the receiving side determines that the adjustment by the Z-axis rotation is not necessary (or finished) in Step S105 (Step S105: YES), the adjustment of the Z-axis rotation (Step S105). It is determined that step S115) has been completed. The communication system 1 shifts to an operation stage that combines the third stage “adjustment of X-axis rotation” and the final stage “confirmation of adjustment completion”. However, if the axis deviation estimation / control unit 26 of the communication device 20 on the receiving side determines that the Z-axis rotation has been confirmed within the entire range in step S110 (step S110: YES), the rotation adjustment incomplete is displayed. (Step S140), the operation flow process of FIG. 18 is terminated.

「X軸回転の調整」段階に移行するときに、送受側と受信側が制御無線により、「送信側のX軸回転調整開始」の通知と確認を行う。例えば、受信側の通信装置20が送信側の通信装置10に制御無線により「送信側のX軸回転の調整開始」を通知し、通信装置10は、その制御無線を受信して「送信側のX軸回転の調整開始」を認識する。なお、通信装置10から通信装置20へ通知を行ってもよい。受信側の通信装置20の軸ズレ推定・制御部26は、X軸回転による調整が不要(又は終了)か否かを判定する(ステップS120)。軸ズレ推定・制御部26は、X軸回転による調整が必要と判定した場合(ステップS120:NO)、続いて、X軸回転を全範囲内で確認したか否かを判定する(ステップS125)。   When the process proceeds to the “adjustment of X-axis rotation” stage, the transmission / reception side and the reception side perform notification and confirmation of “start of transmission side X-axis rotation adjustment” by control radio. For example, the receiving-side communication device 20 notifies the transmitting-side communication device 10 of “starting adjustment of X-axis rotation on the transmitting side” by the control radio, and the communication device 10 receives the control radio and “Adjustment start of X-axis rotation” is recognized. Note that the communication device 10 may notify the communication device 20. The axis deviation estimation / control unit 26 of the receiving-side communication device 20 determines whether or not adjustment by X-axis rotation is unnecessary (or finished) (step S120). When it is determined that the adjustment by the X-axis rotation is necessary (step S120: NO), the axis deviation estimation / control unit 26 determines whether the X-axis rotation is confirmed within the entire range (step S125). .

受信側の軸ズレ推定・制御部26は、まだX軸回転の確認は全範囲分に達していないと判定した場合(ステップS125:NO)、X軸回転での調整を行う(ステップS130)。ステップS130におけるX軸回転での調整処理では、送信側の通信装置10のX軸回転角を変更する。このX軸回転の調整処理では、まず、受信側の通信装置20の軸ズレ推定・制御部26は、アレイアンテナ21が有する複数のアンテナ素子22のそれぞれにおいて受信したOAM波の位相に基づいて、送信側に指示するX軸回転の調整量を算出する。受信側の通信装置20は、制御無線を使用して送信側の通信装置10へ「送信側X軸回転の調整量」を通知指示する。送信側の軸ズレ推定・制御部15は、受信側から受信した「送信側X軸回転の調整量」に基づいて、可動部16を制御し、アレイアンテナ13のX軸回転角を変更する。ステップS130のX軸回転での調整処理の後、通信システム1はステップS120に戻り、再度X軸回転での調整が不要か/否かの判定と、X軸回転での調整を繰り返す(ステップS120〜ステップS130)。   If the axis deviation estimation / control unit 26 on the receiving side determines that the confirmation of the X-axis rotation has not yet reached the entire range (step S125: NO), the adjustment on the X-axis rotation is performed (step S130). In the adjustment process by the X-axis rotation in step S130, the X-axis rotation angle of the communication device 10 on the transmission side is changed. In this X-axis rotation adjustment process, first, the axis deviation estimation / control unit 26 of the receiving-side communication device 20 is based on the phase of the OAM wave received by each of the plurality of antenna elements 22 included in the array antenna 21. The adjustment amount of the X-axis rotation instructed to the transmission side is calculated. The communication device 20 on the reception side uses the control radio to instruct the communication device 10 on the transmission side to notify the “adjustment amount of the transmission side X-axis rotation”. The transmission-side axis deviation estimation / control unit 15 controls the movable unit 16 and changes the X-axis rotation angle of the array antenna 13 based on the “adjustment amount of transmission-side X-axis rotation” received from the reception side. After the adjustment process by the X-axis rotation in Step S130, the communication system 1 returns to Step S120, and repeats the determination whether the adjustment by the X-axis rotation is unnecessary or not and the adjustment by the X-axis rotation (Step S120). -Step S130).

受信側の通信装置20の軸ズレ推定・制御部26が、ステップS120においてZ軸回転による調整は不要(又は終了)と判定した場合(ステップS120:YES)、通信システム1は回転調整を完了する(ステップS135)。ステップS135では、制御無線を用いて、送受側と受信側が制御無線により、「送信側回転の調整完了」の通知と確認を行う。例えば、制御無線を用いて、受信側の通信装置20から送信側の通信装置10へ「送信側回転の調整完了」を通知する。送信側の通信装置10は、この制御無線を受信し、「送信側回転の調整完了」を認識する。   When the axis deviation estimation / control unit 26 of the communication device 20 on the receiving side determines that the adjustment by the Z-axis rotation is unnecessary (or finished) in Step S120 (Step S120: YES), the communication system 1 completes the rotation adjustment. (Step S135). In step S135, using the control radio, the transmission / reception side and the reception side perform notification and confirmation of “transmission side rotation adjustment completion” by the control radio. For example, “control-side rotation adjustment completion” is notified from the reception-side communication device 20 to the transmission-side communication device 10 using control radio. The transmission-side communication device 10 receives this control radio and recognizes “transmission-side rotation adjustment completion”.

なお、受信側の通信装置20の軸ズレ推定・制御部26は、X軸回転の調整途中で、全ての範囲のX軸回転を確認したと判定した場合(ステップS125:YES)、回転調整の未完了を表示し(ステップS140)、図18の動作フローを終了する。ステップS140の処理においては、制御無線を用いて受信側から送信側へ「送信側の回転調整未完了」を通知する。   If the axis deviation estimation / control unit 26 of the communication device 20 on the receiving side determines that the X-axis rotation of the entire range has been confirmed during the adjustment of the X-axis rotation (step S125: YES), the rotation adjustment is performed. Incomplete is displayed (step S140), and the operation flow of FIG. 18 is terminated. In the process of step S140, the control side is used to notify “transmission side rotation adjustment incomplete” from the reception side to the transmission side.

ここまでは、Z軸とX軸の回転により段階的に送信側のアレイアンテナ13の方向を調整する方法を挙げた。それぞれの回転による調整が不要か否かの判定は、軸の回転による位相変化の特徴に基づいて行われる。以下に、調整が必要かの判定に用いられる、軸回転による位相変化の特徴の幾つかの例と、その特徴を用いた調整の詳細な処理を説明する。   Up to this point, the method of adjusting the direction of the array antenna 13 on the transmission side in stages by rotating the Z axis and the X axis has been described. Whether or not adjustment by each rotation is necessary is determined based on the characteristics of the phase change due to the rotation of the shaft. In the following, some examples of characteristics of phase change due to shaft rotation, which are used for determining whether adjustment is necessary, and detailed processing of adjustment using the characteristics will be described.

<詳細な処理の例1>
図19は、送信回転ズレがある場合の各アンテナ位置における位相を示す図である。ここで、同図におけるパラメータ条件を定義する。送受信間(通信装置10と通信装置20の間)の距離をD[m]とする。また、円周上に受信側の全てのアンテナ素子22が配置されている円をC1とする。円C1の中心を点Roとし、送信側の全てのアンテナ素子14が配置されている円の中心を点0とすると、距離Dは、点0と点Roの間の距離である。受信側のあるアンテナ素子22の位置は、円C1における中心角θと円C1の円周上に配置されるアンテナ素子22の送信側からの広がりの角度β[°]により決まる。つまり、受信側のアンテナ素子22が配置される円C1の半径はD・tanβにより求められる。
<Detailed processing example 1>
FIG. 19 is a diagram illustrating the phase at each antenna position when there is a transmission rotation shift. Here, the parameter conditions in the figure are defined. A distance between transmission and reception (between the communication device 10 and the communication device 20) is D [m]. Further, a circle where all the antenna elements 22 on the receiving side are arranged on the circumference is defined as C1. If the center of the circle C1 is the point Ro and the center of the circle where all the antenna elements 14 on the transmitting side are arranged is the point 0, the distance D is the distance between the point 0 and the point Ro. The position of the antenna element 22 on the reception side is determined by the central angle θ o in the circle C1 and the angle β [°] of the spread from the transmission side of the antenna element 22 arranged on the circumference of the circle C1. That is, the radius of the circle C1 in which the antenna element 22 on the receiving side is arranged is obtained by D · tan β.

同図に示す受信側のアレイアンテナ21の例では、円状に8素子のアンテナ素子22を配置している。中心角θ=22.5[°]、67.5[°]、112.5[°]、…、337.5[°]のアンテナ素子22をそれぞれ、アンテナ素子a、b、c、…、hとする。そして、ズレ回転角(軸ズレ回転角ともいう)α[°]だけ、送信側のアレイアンテナ13がZ軸回転している。この回転ズレによる位相の値(位相変化)をθ[°]とする。OAMモードL1の場合、回転ズレのない(本来の)位相を、ここでは簡単に検討できるよう仮に中心角θと同じとして検討する。この仮定を同様に適用して、回転ズレの位相も軸ズレのある軸を中心として受信側のアンテナ素子22の位置を見る中心角をθとする。これにより軸ズレに伴う位相変化量Δθ(=θ−θ)となる。 In the example of the array antenna 21 on the receiving side shown in the figure, eight antenna elements 22 are arranged in a circle. Antenna elements 22 having central angles θ o = 22.5 [°], 67.5 [°], 112.5 [°],..., 337.5 [°] are respectively antenna elements a, b, c,. , H. Then, the transmitting-side array antenna 13 is rotated in the Z-axis direction by a deviation rotation angle (also referred to as an axis deviation rotation angle) α [°]. The phase value (phase change) due to this rotational deviation is defined as θ 1 [°]. For OAM mode L1, with no rotational shift (original) phase, it will now be considered as the same as if the center angle theta o for easy study. By applying this assumption in the same manner, the phase angle of the rotational deviation is set to θ 1 as the central angle at which the position of the antenna element 22 on the receiving side is seen around the axis having the axial deviation. As a result, the amount of phase change Δθ (= θ 1 −θ o ) due to the axis deviation is obtained.

なお、この図19では円状に配置した素子数は8個であるが、例えば素子数が10個である場合、10個のアンテナ素子22の中心角θはそれぞれ、18[°]、54[°]、90[°]、…、342[°]となる。また例えば、素子数が6個である場合、6個のアンテナ素子22それぞれの中心角θは、30[°]、90[°]、150[°]、…、330[°]となる。 In FIG. 19, the number of elements arranged in a circle is eight. However, for example, when the number of elements is ten, the central angles θ o of the ten antenna elements 22 are 18 [°] and 54, respectively. [°], 90 [°],..., 342 [°]. For example, when the number of elements is 6, the center angles θ o of the six antenna elements 22 are 30 [°], 90 [°], 150 [°],..., 330 [°].

また、ここではOAMモードL1の場合を前提にして簡単な検討にしているが、仮にOAMモードL2の場合なら、回転ズレのない(本来の)位相が中心角θに対し2倍と考える必要がある。さらに別の仮定でOAMモードL3の場合なら中心角θに対し3倍と考え、或いは別の仮定でOAMモードL−1の場合なら中心角θに対し−1倍、つまりプラスマイナス(±)符号が反転すると考える。 Although here is a simple consideration on the premise when the OAM mode L1, if if the case of OAM mode L2, with no rotational deviation must have (original) phase considered 2 times the central angle theta o There is. In another assumption, in the case of the OAM mode L3, the central angle θ o is considered to be three times, or in another case of the OAM mode L−1, the central angle θ o is −1 times, that is, plus or minus (± ) Consider that the sign is reversed.

図20および図23は、送信回転ズレがある場合の各受信アンテナ位置における位相変化の特徴を示す位相特性グラフである。以下では、図20に示す位相特性グラフを位相特性グラフ(A)と記載し、図23に示す位相特性グラフを位相特性グラフ(B)と記載する。図20と図23では、先の図19に示した条件において、一例としてズレ回転角αを−6〜6[°]まで変化させた場合の位相変化を示している。図20に示す位相特性グラフ(A)においてプロットされた点は、回転角α=−6、−4、−2、…、6[°]のときの位相変化を表す。また、受信アンテナの位置については、角度β=8[°]のときの8個のアンテナ素子a、b、c、…、hそれぞれの位置(中心角θ=22.5[°]、67.5[°]、112.5[°]、…、337.5[°])を例としている。 20 and 23 are phase characteristic graphs showing the characteristics of the phase change at each receiving antenna position when there is a transmission rotation shift. Hereinafter, the phase characteristic graph illustrated in FIG. 20 is referred to as a phase characteristic graph (A), and the phase characteristic graph illustrated in FIG. 23 is referred to as a phase characteristic graph (B). 20 and FIG. 23 show a phase change when the shift rotation angle α is changed from −6 to 6 [°] as an example under the condition shown in FIG. Points plotted in the phase characteristic graph (A) shown in FIG. 20 represent phase changes when the rotation angle α = −6, −4, −2,..., 6 [°]. As for the position of the receiving antenna, the positions of the eight antenna elements a, b, c,..., H when the angle β = 8 [°] (center angle θ o = 22.5 [°], 67 .5 [°], 112.5 [°],..., 337.5 [°]).

図20の位相特性グラフ(A)に示すように、ズレ回転角αの変化に伴い、円周上にアンテナ素子22を配置した円C1の中心角θ=22.5[°]、67.5[°]、112.5[°]、…、337.5[°](各アンテナ素子a、b、c、…、hそれぞれの位置に相当)に対して、位相変化θが違っていることが分かる。さらに、ズレ回転角αが変化すると、図20の位相特性グラフ(A)に示すように、各アンテナ素子における位相θが変化し、図23の位相特性グラフ(B)に示すように、位相変化量Δθ(=θ−θ)はアンテナ素子a、b、c、…、hそれぞれの位置(θ=22.5[°]、67.5[°]、112.5[°]、…、337.5[°])に依存している。これらの変化の特徴から、各アンテナ素子22の位相が分かるとズレ回転角αを特定できる。 As shown in the phase characteristic graph (A) in FIG. 20, the center angle θ o = 22.5 [°] of the circle C1 in which the antenna element 22 is arranged on the circumference in accordance with the change of the shift rotation angle α, 67. 5 [°], 112.5 [°],..., 337.5 [°] (corresponding to the position of each antenna element a, b, c,..., H), the phase change θ 1 is different. I understand that. Further, when the shift rotation angle α is changed, the phase θ 1 in each antenna element is changed as shown in the phase characteristic graph (A) of FIG. 20, and the phase θ is changed as shown in the phase characteristic graph (B) of FIG. The change amount Δθ (= θ 1 −θ o ) is the position of each of the antenna elements a, b, c,..., H (θ o = 22.5 [°], 67.5 [°], 112.5 [°]. , ..., 337.5 [°]). If the phase of each antenna element 22 is known from the characteristics of these changes, the deviation rotation angle α can be specified.

この図20に示した、送信回転の軸ズレがあるときの各受信アンテナ位置における位相変化の特徴は、図21に示す系から求められる。   The characteristics of the phase change at each receiving antenna position when there is a transmission rotation axis shift shown in FIG. 20 can be obtained from the system shown in FIG.

図21は、位相変化の特徴を求めるための系を示す図である。図21(a)は、受信側のX−Z平面を正面とした図であり、図21(b)は、図21(a)の一部を拡大した図である。図21において、受信側のあるアンテナ素子22の位置を点Rxとする。受信側の平面(X−Z平面)において、アンテナ素子22を配置する円C1(受信素子配置の円)の円周上に点Rxがある。送信側が回転角αでZ軸回転した場合、送受信方向が変わる。その送受信方向に垂直な平面に、位相を求めるための円C2(位相計算の補助円)を想定する。この位相計算の補助円C2の円周上にも点Rxがある。位相計算の補助円C2の中心をPとする。 FIG. 21 is a diagram showing a system for obtaining the characteristics of the phase change. FIG. 21A is a diagram in which the XZ plane on the reception side is the front, and FIG. 21B is an enlarged view of a part of FIG. In FIG. 21, the position of the antenna element 22 on the receiving side is defined as a point Rx. On the reception-side plane (XZ plane), there is a point Rx on the circumference of a circle C1 (circle of reception element arrangement) where the antenna element 22 is arranged. When the transmitting side rotates the Z axis at the rotation angle α, the transmission / reception direction changes. A circle C2 (phase calculation auxiliary circle) for obtaining a phase is assumed on a plane perpendicular to the transmission / reception direction. There is also a point Rx on the circumference of the auxiliary circle C2 for this phase calculation. Let P 1 be the center of the auxiliary circle C2 for phase calculation.

ここで、点Rxの垂直(Z軸)成分の長さZoについて、位相計算の補助円C2から考えると、Zo=r・sinθとなる。他方で、同じ長さZoを、受信素子配置の円C1から見れば、Zo=ro・sinθとなる。よって、次の式(1)が成り立つ。 Here, considering the length Zo of the vertical (Z-axis) component of the point Rx from the auxiliary circle C2 for phase calculation, Zo = r 1 · sin θ 1 is obtained. On the other hand, when the same length Zo is viewed from the circle C1 of the receiving element arrangement, Zo = ro · sin θ o . Therefore, the following equation (1) is established.

Figure 0006586049
Figure 0006586049

点RxをX軸上に投影した点をTとする。点Pと点Tの距離は、位相計算の補助円C2(送信軸と垂直な面における三角形T(P)(Rx))から考えればr・cosθとなる。また、点Pと点Tの距離は、水平面(X−Y平面)における三角形T(P)(R)から見ると、Δx・cosαである。これら点Pと点Tの距離から、次の式(2)となる。 Let T be the point where the point Rx is projected onto the X axis. The distance between the points P 1 and T is r 1 · cos θ 1 when considered from the auxiliary circle C 2 for phase calculation (triangle T (P 1 ) (Rx) in a plane perpendicular to the transmission axis). The distance between the points P 1 and T is Δx 1 · cos α when viewed from the triangle T (P 1 ) (R 1 ) on the horizontal plane (XY plane). From the distance of point P 1 and the point T, the following equation (2).

Figure 0006586049
Figure 0006586049

受信素子配置の円C1の中心は点Roである。アンテナ素子14が配置されている円の中心である点0からY軸に対して回転角αだけX軸方向にずれた直線(受信側が回転角αだけZ軸回転したときの送信軸)が受信側のX−Z平面と交わるX軸上の点をR1とする。このとき、点Roと点Rとの距離Δxは、送信面と受信面(点0と点Ro)の距離Dと回転角αから、Δx=D・tanαである。また、距離ΔxについてはΔx=Xo−Δxの関係もある。ここでの点Xoは、点Rxの水平(X軸)成分であり、ro・cosθに当たる。これらの関係から次の式(3)となる。 The center of the receiving element arrangement circle C1 is a point Ro. A straight line shifted in the X-axis direction by the rotation angle α with respect to the Y-axis from the point 0 that is the center of the circle where the antenna element 14 is disposed (transmission axis when the reception side rotates the Z-axis by the rotation angle α) is received. A point on the X axis that intersects the XZ plane on the side is defined as R1. At this time, the distance Δx between the point Ro and the point R 1 is Δx = D · tan α from the distance D between the transmission surface and the reception surface (point 0 and point Ro) and the rotation angle α. Also, the distance [Delta] x is the relationship of Δx = Xo-Δx 1. Here we point Xo is horizontal point Rx (X-axis) is a component, strikes the ro · cos [theta] o. From these relationships, the following equation (3) is obtained.

Figure 0006586049
Figure 0006586049

そして、この式(3)を上記の式(2)へ代入すると、次の式(4)となる。   Then, when this equation (3) is substituted into the above equation (2), the following equation (4) is obtained.

Figure 0006586049
Figure 0006586049

先の式(1)と式(4)それぞれ両辺を2乗して、それらの辺々の和を取る。ここで、左辺がr ・(sinθ+cosθ)=r のようにまとまるので、次の式(5)となる。 The above equations (1) and (4) are squared on both sides, and the sum of those sides is taken. Here, since the left side is gathered as r 1 2 · (sin 2 θ 1 + cos 2 θ 1 ) = r 1 2 , the following equation (5) is obtained.

Figure 0006586049
Figure 0006586049

また、式(4)の両辺をrで除算し、その後で右辺の分母rに式(5)の平方根を代入すると、次の式(6)となる。 Further, by dividing both sides of the equation (4) by r 1 and then substituting the square root of the equation (5) into the denominator r 1 on the right side, the following equation (6) is obtained.

Figure 0006586049
Figure 0006586049

従って、位相θは、次の式(7)で与えられる。 Therefore, the phase θ 1 is given by the following equation (7).

Figure 0006586049
Figure 0006586049

上記の式(7)によって、送信側が回転角αでZ軸回転する場合に図20の位相特性グラフ(A)に示す位相特性が計算される。   The phase characteristic shown in the phase characteristic graph (A) of FIG. 20 is calculated by the above equation (7) when the transmission side rotates on the Z axis at the rotation angle α.

図22は、図20の位相特性グラフ(A)が示す位相変化の特徴を用いた、通信システム1の動作サブフローを示す図である。この図22に示す動作サブフローは、図18に示す方向調整の動作フローの一部分(ステップS105〜ステップS115)における、ステップS105のZ軸回転による調整が不要か否か(調整が終了したか否か)の判定処理と、ステップS115におけるZ軸回転での調整(Z軸回転角の変更)処理の詳細を示す。   FIG. 22 is a diagram illustrating an operation subflow of the communication system 1 using the characteristics of the phase change indicated by the phase characteristic graph (A) of FIG. The operation subflow shown in FIG. 22 is whether or not the adjustment by the Z-axis rotation in step S105 is unnecessary in a part of the operation flow of the direction adjustment shown in FIG. 18 (step S105 to step S115). ) Determination processing and details of the adjustment (change of the Z-axis rotation angle) in the Z-axis rotation in step S115.

まず、ステップS105における調整が不要(又は終了)か否かの判定処理の詳細な処理を説明する。ステップS105において、通信装置20は、次の4段階で処理と判定を実施する。   First, the detailed process of the determination process whether or not the adjustment in step S105 is unnecessary (or finished) will be described. In step S105, the communication device 20 performs processing and determination in the following four stages.

1段階目として、まず、通信装置20の位相測定部25は、各アンテナ素子22から位相を取得する(ステップS205)。図20(或いは、後述する図23)において仮定している受信側のアレイアンテナ21は8素子の形態であるので、位相測定部25は、これらの各アンテナ素子22により受信した無線信号の位相値を得る。   As a first step, first, the phase measurement unit 25 of the communication device 20 acquires a phase from each antenna element 22 (step S205). Since the receiving-side array antenna 21 assumed in FIG. 20 (or FIG. 23 described later) is in the form of eight elements, the phase measurement unit 25 uses the phase value of the radio signal received by each of these antenna elements 22. Get.

2段階目では、通信装置20の軸ズレ推定・制御部26は、全アンテナ素子22の相対的な位相を算出する(ステップS210)。この後のステップS215において比較に用いる位相特性グラフ(A)では、受信側のアレイアンテナ21におけるアンテナ素子22の位置における位相θを基にして、OAM波による受信の位相値を想定している。つまりθ=22.5[°]、67.5[°]、112.5[°]、…、337.5[°]とは、アンテナ素子22の位置は、X−Z座標の平面上でX軸方向を0[°]として反時計回りに22.5[°]、67.5[°]、112.5[°]、…、337.5[°]の場所である。従って、軸ズレ推定・制御部26は、各アンテナ素子22について取得された位相に(8素子であれば8つの位相の全てに)適切な位相差を加える。このような位相差としては、例えば、各アンテナ素子22について、取得された位相に対し一定の位相差を加えた値と、当該アンテナ素子22に対応する位相θとの差分を求め、これら差分の二乗和が最小となるような位相差を求めればよい。具体的には、位相θ=22.5[°]、67.5[°]、112.5[°]、…、337.5[°]の位置の各アンテナ素子22について、位相値−38.6(321.4)[°]、5.8[°]、51.9[°]、…、278.2[°]が得られた場合、軸ズレ推定・制御部26は、位相差60[°]を加算する。この加算によりθ=21.4[°]、65.8[°]、111.9[°]、…、338.2[°]となり、アンテナ素子位置θに近い値とできる。この説明では、OAMモードL1の場合を述べているが、OAMモードL2、L3、…である場合には、アンテナ素子位置θに対して2倍、3倍、…となる位相2θ、3θ、…を想定して加算する位相差を求める。OAMモードL−1の場合には、アンテナ位置θの符号のプラスマイナスを反転させた位相−θを想定して加算する位相差を求める。 In the second stage, the axis deviation estimation / control unit 26 of the communication device 20 calculates the relative phases of all the antenna elements 22 (step S210). In the phase characteristic graph (A) used for comparison in the subsequent step S215, the phase value of reception by the OAM wave is assumed based on the phase θ o at the position of the antenna element 22 in the array antenna 21 on the reception side. . That is, θ o = 22.5 [°], 67.5 [°], 112.5 [°],..., 337.5 [°] means that the position of the antenna element 22 is on the plane of the XZ coordinate. And the X axis direction is 0 [°], and the positions are 22.5 [°], 67.5 [°], 112.5 [°], ..., 337.5 [°] counterclockwise. Therefore, the axis deviation estimation / control unit 26 adds an appropriate phase difference to the phases acquired for each antenna element 22 (all eight phases if there are eight elements). As such a phase difference, for example, for each antenna element 22, a difference between a value obtained by adding a certain phase difference to the acquired phase and a phase θ o corresponding to the antenna element 22 is obtained, and these differences are obtained. What is necessary is just to obtain | require the phase difference which becomes the minimum of the square sum of. Specifically, for each antenna element 22 at a position of phase θ o = 22.5 [°], 67.5 [°], 112.5 [°],..., 337.5 [°], the phase value − When 38.6 (321.4) [°], 5.8 [°], 51.9 [°],..., 278.2 [°] are obtained, the axis deviation estimation / control unit 26 determines the position. Add the phase difference of 60 [°]. By this addition, θ o = 21.4 [°], 65.8 [°], 111.9 [°],..., 338.2 [°], which is close to the antenna element position θ o . In this description, the case of the OAM mode L1 is described, but in the case of the OAM mode L2, L3,..., The phase 2θ o , 3θ that is two times, three times, etc. with respect to the antenna element position θ o . The phase difference to be added is calculated assuming o,. In the case of OAM mode L-1 determines the phase difference to be added by assuming the phase - [theta] o obtained by inverting the plus or minus sign of the antenna position theta o.

3段階目では、軸ズレ推定・制御部26は、前段階のステップS210において算出した位相を図20に示す位相特性グラフ(A)と比較する(ステップS215)。軸ズレ推定・制御部26は、ステップS210において算出された全アンテナ素子22の相対的な位相を、位相特性グラフ(A)と照合する。位相特性グラフ(A)においては、ズレ回転角αが−6〜6[°]と異なる条件について位相変化を示している。しかし、このステップS210の比較処理において、軸ズレ推定・制御部26は、ステップS210において算出された位相が、ズレがない時(α=0[°])の位相特性にどの程度一致するか、或いはズレが最も少ない時(図20ではα=±2[°])の特性に近いかを見る。   In the third stage, the axis deviation estimation / control unit 26 compares the phase calculated in the previous step S210 with the phase characteristic graph (A) shown in FIG. 20 (step S215). The axis deviation estimation / control unit 26 collates the relative phases of all the antenna elements 22 calculated in step S210 with the phase characteristic graph (A). In the phase characteristic graph (A), the phase change is shown for a condition where the deviation rotation angle α is different from −6 to 6 [°]. However, in the comparison process in step S210, the axis deviation estimation / control unit 26 determines how much the phase calculated in step S210 matches the phase characteristic when there is no deviation (α = 0 [°]). Alternatively, it is checked whether the characteristics are close to the characteristics when the deviation is the smallest (α = ± 2 [°] in FIG. 20).

4段階目では、軸ズレ推定・制御部26は、ステップS215において一致すると判断した位相特性が、ズレが無い時の直線グラフと一致する(Z軸回転調整不要)か否かを判定する(ステップS220)。つまり、軸ズレ推定・制御部26は、ステップS215における位相特性グラフ(A)との比較において、ステップS210において算出された全アンテナ素子22の位相は、ズレがない時(α=0[°])の直線グラフに一致していてZ軸回転の調整が不要なのか、又は、ズレがあるときの他の曲線グラフ(α≠0[°])の方に似ていてZ軸回転の調整が必要なのかを確認する。   In the fourth stage, the axis deviation estimation / control unit 26 determines whether or not the phase characteristics determined to be identical in step S215 coincide with the straight line graph when there is no deviation (Z-axis rotation adjustment unnecessary) (step S215). S220). That is, the axis deviation estimation / control unit 26 compares the phase characteristics graph (A) in step S215 with the phase of all the antenna elements 22 calculated in step S210 being free from deviation (α = 0 [°]). ) Is not necessary to adjust the Z-axis rotation, or similar to the other curve graph (α ≠ 0 [°]) when there is a deviation, Check if it is necessary.

或いは、軸ズレ推定・制御部26は、ここでの確認として全ての位相を位相特性グラフ(A)と比較する際に、ズレのない時(α=0[°])の直線グラフよりも、ズレが最小時のグラフ(図20での回転角α=±2[°])の方に類似しておりZ軸回転の調整が必要であるか、ズレのない時(α=0[°])の直線グラフの方に類似しておりZ軸回転の調整が必要ないかを判断するようにしてもよい。図20に示す位相特性グラフ(A)ではα=±2[°]を最小時ズレの角度としたが、さらに詳細な回転角α=±1[°]としたり、必要に応じてα=±0.1[°]のグラフを計算で求め用意して、その回転調整の必要性判断の基準値に設定したりしても構わない。   Alternatively, the axis deviation estimation / control unit 26 confirms here that, when comparing all phases with the phase characteristic graph (A), than the straight line graph when there is no deviation (α = 0 [°]), It is similar to the graph when the deviation is minimum (rotation angle α = ± 2 [°] in FIG. 20), and it is necessary to adjust the Z-axis rotation or when there is no deviation (α = 0 [°] It is also possible to determine whether or not the Z-axis rotation adjustment is necessary. In the phase characteristic graph (A) shown in FIG. 20, α = ± 2 [°] is the minimum deviation angle, but more detailed rotation angle α = ± 1 [°], or α = ± as necessary. A graph of 0.1 [°] may be obtained by calculation and prepared and set as a reference value for determining the necessity of rotation adjustment.

次に、ステップS115における軸回転での調整処理の詳細について説明する。ステップS115においては、受信側の通信装置20の軸ズレ推定・制御部26は、以下の2つの処理を行う。
1つ目の処理では、軸ズレ推定・制御部26は、各アンテナ素子22の相対的な位相が、図20に示す位相特性グラフ(A)におけるどの曲線に近いかを求める(ステップS305)。軸ズレ推定・制御部26は、このステップS305の処理よりも前に、Z軸回転の調整が不要か否かを判断(ステップS105)した際に、受信側のアレイアンテナ21の全アンテナ素子22について位相測定部25が得た位相を相対的な値とした後(ステップS210)、位相特性グラフ(A)におけるズレのない(α=0[°])直線グラフと比較した(ステップS215)。ステップS305において、軸ズレ推定・制御部26は、それら各アンテナ素子22の相対的な位相を、位相特性グラフ(A)における他の(図20で、軸ズレがあるα=±2[°]時の)曲線と比較する。そして、軸ズレ推定・制御部26は、8個のアンテナ素子22の位相に対して最も近い曲線を特定する。
Next, the details of the adjustment process in the shaft rotation in step S115 will be described. In step S115, the axis deviation estimation / control unit 26 of the receiving-side communication device 20 performs the following two processes.
In the first process, the axis deviation estimation / control unit 26 determines which curve in the phase characteristic graph (A) shown in FIG. 20 is close to the relative phase of each antenna element 22 (step S305). The axis deviation estimation / control unit 26 determines whether or not the adjustment of the Z-axis rotation is unnecessary before the process of step S305 (step S105), and all the antenna elements 22 of the array antenna 21 on the reception side. The phase obtained by the phase measurement unit 25 was set as a relative value (step S210), and then compared with a straight line graph without deviation (α = 0 [°]) in the phase characteristic graph (A) (step S215). In step S305, the axis deviation estimation / control unit 26 determines the relative phase of each of the antenna elements 22 in the other phase characteristic graph (A) (in FIG. 20, α = ± 2 [°] with axis deviation). Compare with curve. Then, the axis deviation estimation / control unit 26 specifies a curve closest to the phases of the eight antenna elements 22.

2つ目の処理では、軸ズレ推定・制御部26は、求められた最も近い曲線のパラメータであるズレ回転角αに対して反対方向へ、送信側のアレイアンテナ13をZ軸回転させる(ステップS310)。このZ軸回転の操作は、受信側のアレイアンテナ21について得られた位相から求められるズレ回転角α分だけ送信側のアレイアンテナ13を逆方向に回転させ、軸ズレのない状態にする。つまり、通信装置20の軸ズレ推定・制御部26は、ステップS305において算出したズレ回転角αと逆方向の回転角(−α)だけZ軸方向にアレイアンテナ13を回転するよう指示する制御信号を生成し、制御無線部28は、生成された制御信号を通信装置10に無線送信する。通信装置10の制御無線部17は、制御信号を受信し、軸ズレ推定・制御部15は、受信した制御信号に基づき、Z軸方向に回転角(−α)だけアレイアンテナ13を回転するよう可動部16を制御する。   In the second process, the axis deviation estimation / control unit 26 rotates the array antenna 13 on the transmission side in the Z-axis direction in the opposite direction to the deviation rotation angle α, which is the parameter of the closest curve obtained (step). S310). In this Z-axis rotation operation, the transmitting-side array antenna 13 is rotated in the reverse direction by the shift angle α obtained from the phase obtained for the receiving-side array antenna 21 so that there is no axial shift. That is, the axis deviation estimation / control unit 26 of the communication device 20 instructs the array antenna 13 to rotate in the Z-axis direction by a rotation angle (−α) opposite to the deviation rotation angle α calculated in step S305. The control wireless unit 28 wirelessly transmits the generated control signal to the communication device 10. The control radio unit 17 of the communication apparatus 10 receives the control signal, and the axis deviation estimation / control unit 15 rotates the array antenna 13 in the Z-axis direction by a rotation angle (−α) based on the received control signal. The movable part 16 is controlled.

なお、この図22(ステップS105〜ステップS115、ステップS205〜ステップS220、ステップS305〜ステップS310)には、Z軸回転での調整処理についてのみ説明した。これに加え、図18に示す動作フローにおける2段階目の処理(ステップS120〜ステップS130)にあたるX軸回転において、通信システム1は、ステップS105〜ステップS115におけるX軸をZ軸に、Z軸をX軸に置き換えて、図22と同様の動作サブフローにより処理を行う。   In FIG. 22 (step S105 to step S115, step S205 to step S220, step S305 to step S310), only the adjustment process in the Z-axis rotation has been described. In addition to this, in the X-axis rotation corresponding to the second stage process (step S120 to step S130) in the operation flow shown in FIG. 18, the communication system 1 sets the X axis in step S105 to step S115 to the Z axis, and the Z axis to Instead of the X axis, processing is performed by the same operation subflow as in FIG.

<詳細な処理の例2>
図23に示す位相特性グラフ(B)は、送信回転の軸ズレがある場合の各受信アンテナ位置における位相変化の特徴を表す。位相特性グラフ(B)は、図20と同じ条件から得られている。すなわち、送信側でZ軸回転した時のズレ回転角α=−6〜6[°]としている。受信側のアンテナ素子22は8素子であり、各アンテナ素子22の位置は図21に示す円C1の円周上に配置される。それらアンテナ素子22の送信側からの広がりの角度β=8[°]であり、各アンテナ素子22の位置は、円C1の円周上における中心角θ=22.5[°]、67.5[°]、112.5[°]、…、337.5[°]の位置としている。
<Detailed processing example 2>
The phase characteristic graph (B) shown in FIG. 23 represents the characteristics of the phase change at each receiving antenna position when there is a transmission rotation axis shift. The phase characteristic graph (B) is obtained under the same conditions as in FIG. That is, the deviation rotation angle α when the Z-axis is rotated on the transmission side is set to −6 to 6 [°]. There are eight antenna elements 22 on the receiving side, and the positions of the antenna elements 22 are arranged on the circumference of a circle C1 shown in FIG. The spread angle β of the antenna elements 22 from the transmission side is β = 8 [°], and the position of each antenna element 22 is the central angle θ o = 22.5 [°] on the circumference of the circle C1, 67. The positions are 5 [°], 112.5 [°], ..., 337.5 [°].

他方、図23に示す位相特性グラフ(B)は、図20に示す位相特性グラフ(A)とは異なり、横軸にはズレ回転角αを、縦軸に位相変化量Δθ(=θ−θ)[°]を取る。この位相特性グラフ(B)では、送信側のアレイアンテナ13を回転角α[°]で回転させた時に、受信側のアレイアンテナ21での各アンテナ素子22において得られる位相がどの程度変化をするかを表している。この図23に示す位相特性グラフ(B)では、どのアンテナ素子22についても、軸ズレがない(グラフでの中央となるα=0[°])時の位相を基準にしている。 On the other hand, the phase characteristic graph (B) shown in FIG. 23 differs from the phase characteristic graph (A) shown in FIG. 20 in that the horizontal axis indicates the shift rotation angle α and the vertical axis indicates the phase change amount Δθ (= θ 1 − Take θ o ) [°]. In this phase characteristic graph (B), how much the phase obtained in each antenna element 22 in the array antenna 21 on the reception side changes when the array antenna 13 on the transmission side is rotated at a rotation angle α [°]. Represents. In the phase characteristic graph (B) shown in FIG. 23, any antenna element 22 is based on the phase when there is no axis shift (α = 0 [°] which is the center in the graph).

図24は、図23の位相特性グラフ(B)が示す位相変化の特徴を用いた、通信システム1の動作サブフローを示す図である。この図24に示す動作サブフローは、図18に示す方向調整の動作フローの一部分(ステップS105〜ステップS115)における、ステップS105のZ軸回転による調整が不要か否か(調整が終了したか否か)の判定処理と、ステップS115におけるZ軸回転での調整(Z軸回転角の変更)処理の詳細を示す。この図18からの抜粋部分は、図22と同じ処理の部分であるが、この図24に示す動作サブフローでは、具体的な処理の内容が異なる。   FIG. 24 is a diagram illustrating an operation subflow of the communication system 1 using the characteristics of the phase change indicated by the phase characteristic graph (B) of FIG. The operation subflow shown in FIG. 24 is whether or not the adjustment by the Z-axis rotation in step S105 is unnecessary in a part of the operation flow of the direction adjustment shown in FIG. 18 (step S105 to step S115). ) Determination processing and details of the adjustment (change of the Z-axis rotation angle) in the Z-axis rotation in step S115. The excerpt from FIG. 18 is the same processing as in FIG. 22, but the specific processing contents are different in the operation subflow shown in FIG.

まず、ステップS105における調整が不要(又は終了)か否かの判定処理の詳細な処理を説明する。ステップS105において、通信装置20は、受信アンテナの位相取得(ステップS405)、位相変化量の把握(ステップS410)、位相特性グラフ(B)との比較(ステップS415)、ズレ有無の判定(ステップS420)を順に行う。   First, the detailed process of the determination process whether or not the adjustment in step S105 is unnecessary (or finished) will be described. In step S105, the communication device 20 acquires the phase of the receiving antenna (step S405), grasps the amount of phase change (step S410), compares it with the phase characteristic graph (B) (step S415), and determines whether or not there is a deviation (step S420). ) In order.

受信アンテナの位相取得処理(ステップS405)において、通信装置20は、送信側のアレイアンテナ13をZ軸回転させ、ズレ回転角αが異なる時に、受信側のアレイアンテナ21の全アンテナ素子22のそれぞれから位相値を2つずつ取得する。ここでは受信側のアレイアンテナ21の素子数が8であるとする。通信装置20の位相測定部25は、送信側のアレイアンテナ13が回転角α1の時と、その回転角α1から所定の角度差(Δα=±1〜3[°]程度)だけZ軸回転した時(回転角α2=α1+Δαの時)の各アンテナ素子22における位相の値を取得する。すなわち、受信側の全アンテナ素子22で得られる位相の値を2つずつ合計16個(8素子×2回:回転角α1とα2の時に)取得する。   In the reception antenna phase acquisition process (step S405), the communication device 20 rotates the array antenna 13 on the transmission side in the Z-axis and each of all the antenna elements 22 of the array antenna 21 on the reception side when the shift rotation angle α is different. To obtain two phase values. Here, it is assumed that the number of elements of the array antenna 21 on the receiving side is eight. The phase measurement unit 25 of the communication device 20 rotates the Z-axis by a predetermined angle difference (approximately Δα = ± 1 to 3 °) from the rotation angle α1 when the transmitting-side array antenna 13 is at the rotation angle α1. The phase value in each antenna element 22 at the time (when the rotation angle α2 = α1 + Δα) is acquired. That is, a total of 16 phase values obtained by all the antenna elements 22 on the receiving side are obtained (8 elements × 2 times: at the rotation angles α1 and α2).

具体的には、通信装置20の位相測定部25は、各アンテナ素子22が通信装置10から送信されるOAM波を受信したときの位相を取得する。続いて、通信装置20の軸ズレ推定・制御部26は、回転角ΔαだけZ軸回転するよう指示する制御無線を通信装置10に送信する。通信装置10の軸ズレ推定・制御部15は、その制御無線に基づいて回転角Δαだけ送信側のアレイアンテナ13がZ軸回転するように可動部16を制御する。なお、回転角Δαが送信側と受信側で既知である場合、制御無線に回転角Δαを設定しなくてもよい。また、制御無線を用いずに、送信側が予め決められたタイミングで回転角Δαだけ送信側のアレイアンテナ13をZ軸回転させてもよい。通信装置20の位相測定部25は、送信側のアレイアンテナ13がZ軸回転した後に、各アンテナ素子22が通信装置10から受信したOAM波の位相を取得する。   Specifically, the phase measurement unit 25 of the communication device 20 acquires the phase when each antenna element 22 receives an OAM wave transmitted from the communication device 10. Subsequently, the axis deviation estimation / control unit 26 of the communication device 20 transmits to the communication device 10 a control radio that instructs the Z-axis rotation by the rotation angle Δα. The axis deviation estimation / control unit 15 of the communication apparatus 10 controls the movable unit 16 so that the transmitting-side array antenna 13 rotates in the Z axis by the rotation angle Δα based on the control radio. If the rotation angle Δα is known on the transmission side and the reception side, the rotation angle Δα may not be set in the control radio. Alternatively, the transmitting-side array antenna 13 may be rotated about the Z-axis by the rotation angle Δα at a predetermined timing on the transmitting side without using the control radio. The phase measuring unit 25 of the communication device 20 acquires the phase of the OAM wave received from the communication device 10 by each antenna element 22 after the array antenna 13 on the transmission side rotates in the Z axis.

位相変化量の把握処理(ステップS410)において、受信側の軸ズレ推定・制御部26は、直前のステップS405の処理において送信側のアレイアンテナ13をZ軸回転させることにより異なる回転角αについて取得した受信側のアンテナ素子22毎の2つの位相値の差を計算し、各アンテナ素子22の位相変化量を把握する。それぞれのアンテナ素子22の位相変化量を得ることにより、先の図22において必要だった、適切に相対的な位相を算出する処理(ステップS210)を、単純な差分計算(単に2つの位相の測定値の差を取るだけの処理)に代えることができる。   In the process of grasping the amount of phase change (step S410), the receiving-side axis deviation estimating / controlling unit 26 acquires different rotation angles α by rotating the transmitting-side array antenna 13 in the immediately preceding step S405 by rotating the Z-axis. The difference between the two phase values for each antenna element 22 on the receiving side is calculated, and the phase change amount of each antenna element 22 is grasped. By obtaining the amount of phase change of each antenna element 22, the process of calculating an appropriate relative phase (step S 210) required in the previous FIG. 22 is replaced with simple difference calculation (simply measuring two phases). It is possible to replace the process with only a difference in values.

位相特性グラフ(B)との比較処理(ステップS415)において、受信側の軸ズレ推定・制御部26は、全ての受信側のアンテナ素子22について計算した位相変化量を、先の図23に示す位相特性グラフ(B)と比較する。位相特性グラフ(B)との比較においては、2つの位相を取得する時に回転した角度Δα(=α1−α2)を考える。例えば、Δα=2[°]であった時、アンテナ素子22(円C1円周上の位置θ:22.5[°]、67.5[°]、112.5[°]、…、337.5[°])について算出された位相変化がそれぞれ−12.3[°]、−15.6[°]、−9.1[°]、…、12.2[°]であったとする。これらの位相変化が求められた場合、図23の位相特性グラフ(B)においては、ズレ回転角がα=−4[°]から−2[°]へと変化した時に近い。 In the comparison process with the phase characteristic graph (B) (step S415), the receiving-side axis deviation estimation / control unit 26 shows the phase change amounts calculated for all the receiving-side antenna elements 22 as shown in FIG. Compare with the phase characteristic graph (B). In comparison with the phase characteristic graph (B), an angle Δα (= α1−α2) rotated when acquiring two phases is considered. For example, when Δα = 2 [°], the antenna element 22 (position θ o on the circumference of the circle C1: 22.5 [°], 67.5 [°], 112.5 [°],... 337.5 [°]) are calculated to be −12.3 [°], −15.6 [°], −9.1 [°], ... 12.2 [°], respectively. To do. When these phase changes are obtained, in the phase characteristic graph (B) of FIG. 23, it is close to the time when the shift rotation angle changes from α = −4 [°] to −2 [°].

ズレ有無の判定処理(ステップS420)においては、受信側の軸ズレ推定・制御部26は、直前のステップS415における位相特性グラフ(B)との比較の結果に基づいて、現在の回転角が、回転角α=0[°]と一致するか否か(Z軸回転の調整が不要か否か)を判断する。つまり、例えば、Z軸回転Δα=−3[°]の時にアンテナ素子22の位相変化が−7.2[°]、−17.7[°]、−22.9[°]、…、6.1[°]になった場合は、α1=3[°]からα2=0[°]へZ軸回転させたことになる。従って、このような(α2=0[°]の)場合には、回転角α=0[°](=α2)となり、回転調整が不要と判定できる。なお、図23に示した位相特性グラフ(B)から分かるが、必ずしもα=0[°]と厳密にアンテナ方向を一致させるだけでなく、無線通信での通信品質など必要性に対応し許容できる値α=±1[°]やα=±0.1[°]としても構わない。   In the determination process of whether or not there is a deviation (step S420), the receiving-side axis deviation estimation / control unit 26 determines that the current rotation angle is based on the result of comparison with the phase characteristic graph (B) in the immediately preceding step S415. It is determined whether or not it coincides with the rotation angle α = 0 [°] (whether adjustment of the Z-axis rotation is unnecessary). That is, for example, when the Z-axis rotation Δα = −3 [°], the phase change of the antenna element 22 is −7.2 [°], −17.7 [°], −22.9 [°],. When the angle is 1 [°], the Z-axis is rotated from α1 = 3 [°] to α2 = 0 [°]. Therefore, in such a case (α2 = 0 [°]), the rotation angle α = 0 [°] (= α2), and it can be determined that rotation adjustment is unnecessary. As can be seen from the phase characteristic graph (B) shown in FIG. 23, not only does the antenna direction exactly coincide with α = 0 [°], but it is also acceptable in response to necessity such as communication quality in wireless communication. The value α = ± 1 [°] or α = ± 0.1 [°] may be used.

一方、Z軸回転での調整処理(ステップS115)において、通信システム1は、位相変化量と位相特性グラフ(B)との比較で回転角αを確認し(ステップS505)、確認された回転角αと反対へ送信側アレイをZ軸回転させる(ステップS510)。   On the other hand, in the adjustment process with Z-axis rotation (step S115), the communication system 1 confirms the rotation angle α by comparing the phase change amount with the phase characteristic graph (B) (step S505), and the confirmed rotation angle. The transmitting side array is rotated in the Z axis direction opposite to α (step S510).

通信装置20の軸ズレ推定・制御部26は、位相変化量と位相特性グラフ(B)とを比較し、先の異なる回転角α1と回転角α2で2つの位相差(位相変化量)と、位相特性グラフ(B)とを比較し、近い回転角αを確認する(ステップS505)。具体的には、上述した例では、通信装置20の軸ズレ推定・制御部26は、Δα=2[°]の場合に、受信側の全アンテナ素子22で得られた位相を、図23に示す位相特性グラフ(B)と比較する。軸ズレ推定・制御部26は、位相特性グラフ(B)と比較して各アンテナ素子22について得られた位相差が最も近いグラフを特定し、回転角をα1=−4[°]からα2=−2[°]へZ軸回転して位相が取得されたことを確認する。   The axis deviation estimation / control unit 26 of the communication device 20 compares the phase change amount with the phase characteristic graph (B), and calculates two phase differences (phase change amounts) at the different rotation angles α1 and α2. The phase characteristic graph (B) is compared and a close rotation angle α is confirmed (step S505). Specifically, in the above-described example, the axis deviation estimation / control unit 26 of the communication device 20 shows the phase obtained by all the antenna elements 22 on the reception side in the case of Δα = 2 [°] in FIG. Comparison is made with the phase characteristic graph (B) shown. The axis deviation estimation / control unit 26 specifies a graph having the closest phase difference obtained for each antenna element 22 as compared with the phase characteristic graph (B), and changes the rotation angle from α1 = −4 [°] to α2 =. Confirm that the phase is acquired by rotating the Z-axis to -2 [°].

通信装置20は、ステップS505において確認された回転角αと反対方向に、送信側アレイをZ軸回転させる(ステップS510)。つまり、通信装置20の軸ズレ推定・制御部26は、上記のように回転角α1=−4[°]から回転角α2=−2[°]へ回転させた位相を取得したとする。この場合、軸ズレ推定・制御部26は、現在の回転角α2=−2[°]から回転角2[°]、すなわち回転角α2=−2[°]の反対方向へZ軸回転させるように、送信側のアレイアンテナ13をさらに回転させる。つまり、通信装置20の軸ズレ推定・制御部26は、回転角α2と反対方向にZ軸回転するよう指示する制御無線を送信する。通信装置10の軸ズレ推定・制御部15は、その制御無線に基づいて回転角α2と反対方向にアレイアンテナ13をZ軸回転させるように可動部16を制御する。この回転によって回転角α=0[°]となり、Z軸回転の軸ズレがなくなることが期待できる。   The communication device 20 rotates the transmission-side array in the direction opposite to the rotation angle α confirmed in step S505 (step S510). That is, it is assumed that the axis deviation estimation / control unit 26 of the communication device 20 acquires the phase rotated from the rotation angle α1 = −4 [°] to the rotation angle α2 = −2 [°] as described above. In this case, the axis deviation estimation / control unit 26 rotates the Z axis in the direction opposite to the rotation angle 2 [°], that is, the rotation angle α2 = −2 [°] from the current rotation angle α2 = −2 [°]. Then, the array antenna 13 on the transmission side is further rotated. That is, the axis deviation estimation / control unit 26 of the communication device 20 transmits a control radio that instructs to rotate the Z axis in the direction opposite to the rotation angle α2. The axis deviation estimation / control unit 15 of the communication apparatus 10 controls the movable unit 16 to rotate the array antenna 13 in the direction opposite to the rotation angle α2 based on the control radio. By this rotation, the rotation angle α = 0 [°], and it can be expected that the axis deviation of the Z-axis rotation is eliminated.

これまで、図22および図24の動作サブフローでは、図18の動作フローにおけるZ軸回転とX軸回転の調整を順に行うことを説明した。しかし、図22および図24の動作サブフローの説明にそれぞれ用いた位相特性グラフ(A)(図20)および位相特性グラフ(B)(図23)はZ軸回転のみの計算解析によるものであるため、ここではZ軸回転およびX軸回転の双方の軸ズレがある場合について触れておく。位相特性グラフ(A)および位相特性グラフ(B)を詳細に検討すると、数度以下(≦6[°])の軸回転の軸ズレによって、個々のアンテナ素子22の位相は、最大で数十度程度(≒50[°])変化する。しかし、全てのアンテナ素子22について、それらの位相の変化量を平均すると、相互に変化量が相殺され、その平均の変化量は僅かとなる。この性質を利用し、OAM波を用いて受信側のアンテナ素子22で得られる位相変化に基づいて行う軸ズレの回転調整を、後で述べる第5の実施形態のように、送受信側のアレイアンテナの方向が概ね対向した状態から開始するようにする。この状態でZ軸回転の調整を行えば、受信側の各アンテナ素子22の位相特性は、Z軸回転の軸ズレに加えてX軸回転の軸ズレの影響も受けたものとなるが、全てのアンテナ素子22について位相特性を平均して扱うことで対処が可能となる。具体的には、各アンテナ素子22の位相特性に全て一律に一定量(例えば約十数度)だけ数値に幅を持たせて対処すればよい。すなわち、Z軸回転の調整を行う時に、後でX軸回転の調整を行う分の位相量が追加された状態であるとみなして調整を行えばよい。   Up to now, in the operation subflows of FIGS. 22 and 24, it has been described that the adjustment of the Z-axis rotation and the X-axis rotation in the operation flow of FIG. 18 is performed in order. However, the phase characteristic graph (A) (FIG. 20) and the phase characteristic graph (B) (FIG. 23) used for the description of the operation subflows of FIGS. 22 and 24 are based on the calculation analysis of only the Z-axis rotation. Here, a case where there is an axial shift of both Z-axis rotation and X-axis rotation will be described. When the phase characteristic graph (A) and the phase characteristic graph (B) are examined in detail, the phase of each antenna element 22 is several tens at the maximum due to axial misalignment of several degrees or less (≦ 6 [°]). It changes by about degrees (≈50 [°]). However, when the change amounts of the phases of all the antenna elements 22 are averaged, the change amounts cancel each other, and the average change amount becomes small. Using this property, the rotation adjustment of the axis shift performed based on the phase change obtained by the receiving-side antenna element 22 using the OAM wave is performed as in the fifth embodiment to be described later on the transmitting / receiving-side array antenna. Start from a state where the directions of are generally opposed. If the Z-axis rotation is adjusted in this state, the phase characteristic of each antenna element 22 on the receiving side is affected by the X-axis rotation axis shift in addition to the Z-axis rotation axis shift. The antenna element 22 can be dealt with by averaging the phase characteristics. Specifically, all the phase characteristics of each antenna element 22 may be dealt with by giving a certain range of numerical values by a certain amount (for example, about a dozen degrees). In other words, when adjusting the Z-axis rotation, the adjustment may be performed assuming that the phase amount for adjusting the X-axis rotation later is added.

なお、この図24(ステップS105〜ステップS115、ステップS405〜ステップS420、ステップS505〜ステップS510)には、Z軸回転での調整処理についてのみ説明した。これに加え、図18に示す動作フローにおける2段階目の処理(ステップS120〜ステップS130)にあたるX軸回転において、通信システム1は、ステップS105〜ステップS115におけるX軸をZ軸に、Z軸をX軸に置き換えて、図24と同様の動作サブフローにより処理を行う。   In FIG. 24 (step S105 to step S115, step S405 to step S420, step S505 to step S510), only the adjustment processing in the Z-axis rotation has been described. In addition to this, in the X-axis rotation corresponding to the second stage process (step S120 to step S130) in the operation flow shown in FIG. 18, the communication system 1 sets the X axis in step S105 to step S115 to the Z axis, and the Z axis to Instead of the X axis, processing is performed by the same operation subflow as in FIG.

<軸回転による方向調整の他の処理の例>
図25は、通信システム1における、軸回転による方向調整の他の動作フローを示す図である。この図25の動作フローでは、送信側で垂直と水平の軸(Z軸とX軸)の回転により送受信方向を調整する別の方法を示す。この調整において受信側は、軸回転の調整の方向が合っているかを、別軸の回転による位相変化の有無で判定する。つまり、受信側は、Z軸調整においてはX軸回転の位相変化を判定に利用し、X軸調整においてはZ軸回転の位相変化を判定に利用する。
<Example of other processing for adjusting the direction by rotating the shaft>
FIG. 25 is a diagram showing another operation flow of direction adjustment by shaft rotation in the communication system 1. 25 shows another method of adjusting the transmission / reception direction by rotating the vertical and horizontal axes (Z axis and X axis) on the transmission side. In this adjustment, the receiving side determines whether or not the direction of adjustment of the shaft rotation is in accordance with the presence or absence of a phase change due to the rotation of another shaft. That is, the receiving side uses the phase change of the X-axis rotation for determination in the Z-axis adjustment, and uses the phase change of the Z-axis rotation for determination in the X-axis adjustment.

この図25に示す動作フローは、先の図18に示す動作フローと同様に、大きく4つの段階からなる。この4つの段階は、「調整の必要確認」、「Z軸回転の調整」、「X軸回転の調整」、「調整完了の確認」がある。   The operation flow shown in FIG. 25 is roughly composed of four stages, similar to the operation flow shown in FIG. These four stages include “adjustment necessity confirmation”, “Z-axis rotation adjustment”, “X-axis rotation adjustment”, and “adjustment completion confirmation”.

「調整の必要確認」段階では、まず、送信側と受信側が制御無線により、「送信側のZ軸回転の調整開始」の通知と確認を行う。例えば、受信側の通信装置20が送信側の通信装置10に制御無線により「送信側のZ軸回転の調整開始」を通知し、通信装置10は、その制御無線を受信して「送信側のZ軸回転の調整開始」を認識する。なお、通信装置10から通信装置20へ通知を行ってもよい。   In the “necessity check for adjustment” stage, first, the transmission side and the reception side perform notification and confirmation of “starting adjustment of Z-axis rotation on the transmission side” by control radio. For example, the receiving-side communication device 20 notifies the transmitting-side communication device 10 of “starting adjustment of Z-axis rotation on the transmitting side” by control radio, and the communication device 10 receives the control radio, “Z axis rotation adjustment start” is recognized. Note that the communication device 10 may notify the communication device 20.

同図に示す動作フローにおいては、「調整の必要確認」段階で、受信側の通信装置20の軸ズレ推定・制御部26は、「Z軸回転の軸調整」段階に移行するために、X軸回転による位相変化があるか否かを判定する(ステップS605)。軸ズレ推定・制御部26は、X軸回転の位相変化があると判定した場合(ステップS605:YES)、次のステップS610へ移行する。受信側の軸ズレ推定・制御部26は、Z軸回転の全範囲内で確認したか否かを判定する(ステップS610)。   In the operation flow shown in the figure, at the “necessity check for adjustment” stage, the axis deviation estimation / control unit 26 of the communication device 20 on the receiving side moves to the “axis adjustment for Z-axis rotation” stage. It is determined whether or not there is a phase change due to shaft rotation (step S605). If it is determined that there is a phase change in the X-axis rotation (step S605: YES), the axis deviation estimation / control unit 26 proceeds to the next step S610. The receiving-side axis deviation estimation / control unit 26 determines whether or not confirmation has been made within the entire range of Z-axis rotation (step S610).

受信側の軸ズレ推定・制御部26が、まだZ軸回転の確認は全範囲分に達していないと判定した場合(ステップS610:NO)、次に通信システム1は、第2段階である「Z軸回転の調整」段階に進み、Z軸回転での調整を行う(ステップS615)。ステップS615のZ軸回転での調整処理においては、送信側の通信装置10のZ軸回転角を変更する。具体的には、ステップS615のZ軸回転の調整において、まず、制御無線を用いて受信側の通信装置20から送信側の通信装置10へ「送信側Z軸回転の調整量」を通知指示する。送信側の軸ズレ推定・制御部15は、受信側から受信した「送信側Z軸回転の調整量」に基づいて、可動部16を制御し、アレイアンテナ13のZ軸回転角を変更する。ステップS615のZ軸回転での調整(Z軸回転角変更)処理の後、通信システム1は、最初のステップS605に戻り、判定とZ軸回転での調整(ステップS605〜ステップS615)を繰り返す。   If the receiving-side axis deviation estimation / control unit 26 determines that the Z-axis rotation has not yet been confirmed for the entire range (step S610: NO), the communication system 1 is in the second stage. Proceeding to the “adjustment of Z-axis rotation” stage, adjustment is performed with Z-axis rotation (step S615). In the adjustment processing with Z-axis rotation in step S615, the Z-axis rotation angle of the communication device 10 on the transmission side is changed. Specifically, in the adjustment of the Z-axis rotation in step S615, first, using the control radio, a notification instruction is given from the receiving-side communication device 20 to the transmitting-side communication device 10 of “the transmitting-side Z-axis rotation adjustment amount”. . The transmission-side axis deviation estimation / control unit 15 controls the movable unit 16 and changes the Z-axis rotation angle of the array antenna 13 based on the “adjustment amount of transmission-side Z-axis rotation” received from the reception side. After the adjustment (Z-axis rotation angle change) process in the Z-axis rotation in step S615, the communication system 1 returns to the first step S605, and repeats the determination and the adjustment in the Z-axis rotation (steps S605 to S615).

通信システム1は、第2段階の終了後、第3段階の「X軸回転の調整」および最後の段階の「調整完了の確認」を合せた動作段階に移行する。受信側の通信装置20の軸ズレ推定・制御部26は、ステップS605においてX軸回転の位相変化はないと判定した場合(ステップS605:NO)、Z軸回転の調整が終了していると判断し、その後の「X軸回転の調整」段階へ移行する。なお、受信側の通信装置20の軸ズレ推定・制御部26は、Z軸回転の調整途中で、Z軸回転の全範囲内で確認したと判定した場合(ステップS610:YES)、回転調整の未完了を表示して終了する(ステップS640)。   After the end of the second stage, the communication system 1 shifts to an operation stage that combines “adjustment of X-axis rotation” in the third stage and “confirmation of completion of adjustment” in the last stage. When determining that there is no phase change in the X-axis rotation in step S605 (step S605: NO), the axis shift estimation / control unit 26 of the receiving-side communication device 20 determines that the adjustment of the Z-axis rotation has been completed. Then, the process proceeds to the subsequent “adjustment of X-axis rotation” stage. Note that if the axis deviation estimation / control unit 26 of the communication device 20 on the receiving side determines that confirmation has been made within the entire range of the Z-axis rotation during the adjustment of the Z-axis rotation (step S610: YES), the rotation adjustment is performed. Incomplete is displayed and the process ends (step S640).

移行した「X軸回転の調整」段階では、受信側の通信装置20の軸ズレ推定・制御部26は、Z軸回転で位相変化があるか否かを判定する(ステップS620)。この「X軸回転の調整」段階では、この判定に先立ち、制御無線を用いて送受信間で「送信側のX軸回転調整開始」の通知と確認を行う。例えば、受信側の通信装置20が送信側の通信装置10に制御無線により「送信側のX軸回転の調整開始」を通知し、通信装置10は、その制御無線を受信して「送信側のX軸回転の調整開始」を認識する。なお、通信装置10から通信装置20へ通知を行ってもよい。受信側の通信装置20の軸ズレ推定・制御部26は、Z軸回転で位相変化があると判定した場合(ステップS620:YES)、続いてX軸回転の全範囲内で確認したか否かを判定する(ステップS625)。   In the “adjustment of X-axis rotation” stage that has shifted, the axis deviation estimation / control unit 26 of the communication device 20 on the receiving side determines whether or not there is a phase change due to the Z-axis rotation (step S620). In this “adjustment of X-axis rotation” stage, prior to this determination, notification and confirmation of “transmission-side X-axis rotation adjustment start” are performed between transmission and reception using the control radio. For example, the receiving-side communication device 20 notifies the transmitting-side communication device 10 of “starting adjustment of X-axis rotation on the transmitting side” by the control radio, and the communication device 10 receives the control radio and “Adjustment start of X-axis rotation” is recognized. Note that the communication device 10 may notify the communication device 20. If the axis deviation estimation / control unit 26 of the communication device 20 on the receiving side determines that there is a phase change due to the Z-axis rotation (step S620: YES), whether or not it has been confirmed within the entire range of the X-axis rotation. Is determined (step S625).

受信側の軸ズレ推定・制御部26は、まだX軸回転の確認は全範囲分に達していないと判定した場合(ステップS625:NO)、X軸回転での調整を行う(ステップS630)。ステップS630におけるX軸回転での調整処理では、送信側の通信装置10のX軸回転角を変更する。このX軸回転の調整処理では、まず、制御無線を用いて受信側の通信装置20から送信側の通信装置10へ「送信側X軸回転の調整量」を通知指示する。送信側の軸ズレ推定・制御部15は、受信側から受信した「送信側X軸回転の調整量」に基づいて、可動部16を制御し、アレイアンテナ13のX軸回転角を変更する。ステップS630のX軸回転での調整処理の後、通信システム1はステップS620に戻り、再度Z軸回転の位相変化があるか否かの判定と、X軸回転での調整を繰り返す(ステップS620〜ステップS630)。   When determining that the X-axis rotation has not yet been confirmed for the entire range (step S625: NO), the receiving-side axis deviation estimation / control unit 26 performs adjustment with the X-axis rotation (step S630). In the adjustment process by the X-axis rotation in step S630, the X-axis rotation angle of the communication device 10 on the transmission side is changed. In this X-axis rotation adjustment process, first, the control side wireless communication device 20 instructs the transmission-side communication device 10 to notify the “transmission-side X-axis rotation adjustment amount”. The transmission-side axis deviation estimation / control unit 15 controls the movable unit 16 and changes the X-axis rotation angle of the array antenna 13 based on the “adjustment amount of transmission-side X-axis rotation” received from the reception side. After the adjustment process with the X-axis rotation in step S630, the communication system 1 returns to step S620, and repeats the determination as to whether or not there is a phase change in the Z-axis rotation and the adjustment with the X-axis rotation (step S620 to S620). Step S630).

受信側の通信装置20の軸ズレ推定・制御部26が、ステップS620においてZ軸回転で位相変化がないと判定した場合(ステップS620:NO)、通信システム1は回転調整を完了する(ステップS635)。ステップS635では、制御無線を用いて、送受側と受信側が制御無線により、「送信側回転の調整完了」の通知と確認を行う。例えば、制御無線を用いて、受信側の通信装置20から送信側の通信装置10へ「送信側回転の調整完了」を通知する。送信側の通信装置10は、この制御無線を受信し、「送信側回転の調整完了」を認識する。   When the axis deviation estimation / control unit 26 of the communication device 20 on the receiving side determines that there is no phase change due to the Z-axis rotation in step S620 (step S620: NO), the communication system 1 completes the rotation adjustment (step S635). ). In step S635, the transmission / reception side and the reception side perform notification and confirmation of "adjustment of transmission side rotation" using the control radio. For example, “control-side rotation adjustment completion” is notified from the reception-side communication device 20 to the transmission-side communication device 10 using control radio. The transmission-side communication device 10 receives this control radio and recognizes “transmission-side rotation adjustment completion”.

なお、受信側の通信装置20の軸ズレ推定・制御部26は、X軸回転の調整途中で、全ての範囲のX軸回転を確認したと判定した場合(ステップS625:YES)、回転調整の未完了を表示し(ステップS640)、図25の動作フローを終了する。ステップS640の処理においては、制御無線を用いて受信側から送信側へ「送信側の回転調整未完了」を通知する。   If the axis deviation estimation / control unit 26 of the communication device 20 on the receiving side determines that the X axis rotation of the entire range has been confirmed during the adjustment of the X axis rotation (step S625: YES), the rotation adjustment is performed. Incomplete is displayed (step S640), and the operation flow of FIG. 25 is terminated. In the process of step S640, the control side is used to notify “transmission side rotation adjustment incomplete” from the reception side to the transmission side.

図26及び図27は、回転調整で用いる位相変化の特徴を示す図である。
図26は、受信側の受信位置を示す。同図では、受信側のアンテナ素子22を含むX−Z平面における4つの受信位置をPA、PB、PC、PDとする。位置PA、PB、PC、PDは、受信側のアンテナ素子22が配置されている円周上の位置であり、各位置の中心角θは、90[°]、67.5[°]、22.5[°]、0[°]である。
26 and 27 are diagrams showing the characteristics of the phase change used in the rotation adjustment.
FIG. 26 shows the receiving position on the receiving side. In the figure, four reception positions in the XZ plane including the receiving-side antenna element 22 are PA, PB, PC, and PD. The positions PA, PB, PC, and PD are positions on the circumference where the receiving-side antenna element 22 is arranged, and the central angle θ o of each position is 90 [°], 67.5 [°], 22.5 [°] and 0 [°].

また、図27は、送信側がZ軸回転したときの受信側の位相変化のグラフを示す図である。図27に示すグラフの横軸は送信側におけるZ軸回転の角度であり、縦軸は受信側の位相変化量である。符号LPAは位置PAについて、符号LPBは位置PBについて、符号LPCは位置PCについて、符号LPDは位置PDについての、送信側Z軸回転の角度と位相変化量の関係を示す。 FIG. 27 is a graph showing a phase change graph on the reception side when the transmission side rotates in the Z axis. The horizontal axis of the graph shown in FIG. 27 is the angle of Z-axis rotation on the transmission side, and the vertical axis is the phase change amount on the reception side. Reference sign L PA indicates the position PA, reference sign L PB indicates the position PB, reference sign L PC indicates the position PC, and reference sign L PD indicates the relationship between the transmission side Z-axis rotation angle and the phase change amount.

図27に示すグラフは、先の図23における横軸の「ズレ回転角α[°]」を、「送信側Z軸回転の角度[°]」に置き換えることにより求められる。つまり、受信側のアンテナ素子22の位置に相当する角度θに対する位相θを、先の図21において説明した式(7)により計算し、さらに図23と同様に、基準とする位相θとの差から位相変化量Δθ[°]を求めることができる。 The graph shown in FIG. 27 is obtained by replacing the “deviation rotation angle α [°]” on the horizontal axis in FIG. 23 with “the angle [°] of the transmission side Z-axis rotation”. That is, the phase θ 1 with respect to the angle θ corresponding to the position of the antenna element 22 on the receiving side is calculated by the equation (7) described in FIG. 21, and the reference phase θ o and The phase change amount Δθ [°] can be obtained from the difference between the two.

送信側がZ軸回転した場合、X軸上以外の位置、例えば、位置PA、PB、PCにおける受信は、位相が変化する。また、X軸から位置PA、PB、PC、PD(アンテナ素子22の位置)までの距離の垂直成分(Z軸成分)により、位相の変化量が異なる。また、X軸からの距離が長いほど(位置PAとX軸の距離>位置PBとX軸の距離>位置PCとX軸の距離)、位相変化は大きくなる。逆に、送信側がX軸回転した場合、Z軸上の位置(位置PD)における位相は変化せず、Z軸からの距離が長いほど、位相変化は大きくなる。   When the transmission side rotates in the Z axis, the phase changes at positions other than on the X axis, for example, reception at positions PA, PB, and PC. Further, the amount of phase change varies depending on the vertical component (Z-axis component) of the distance from the X-axis to the positions PA, PB, PC, and PD (position of the antenna element 22). Further, as the distance from the X axis is longer (distance between position PA and X axis> distance between position PB and X axis> distance between position PC and X axis), the phase change becomes larger. Conversely, when the transmission side rotates on the X axis, the phase at the position on the Z axis (position PD) does not change, and the phase change increases as the distance from the Z axis increases.

図25の動作フローでは、図27に示すグラフが位相変化の特徴を、ステップS605及びステップS620の判定処理に活用している。すなわち、ステップS605では、X軸上にないアンテナ素子22(例えば、位置PA、PB、PCのアンテナ素子22)において位相変化があり、かつ、X軸上のアンテナ素子22(例えば、位置PDのアンテナ素子22)において位相変化がないかを判定する。また、ステップS620では、Z軸上にあるアンテナ素子22(例えば、位置PB、PC、PDのアンテナ素子22)において位相変化があり、かつ、Z軸上にあるアンテナ素子22(例えば、位置PAのアンテナ素子22)において位相変化がないかを判定する。   In the operation flow of FIG. 25, the graph shown in FIG. 27 utilizes the feature of phase change in the determination processing in step S605 and step S620. That is, in step S605, there is a phase change in the antenna element 22 that is not on the X axis (for example, the antenna element 22 at the positions PA, PB, and PC), and the antenna element 22 on the X axis (for example, the antenna at the position PD). It is determined whether there is a phase change in the element 22). In step S620, there is a phase change in the antenna element 22 on the Z axis (for example, the antenna element 22 at positions PB, PC, and PD), and the antenna element 22 on the Z axis (for example, at the position PA) It is determined whether there is a phase change in the antenna element 22).

なお、X軸上にアンテナ素子22を設けるなど、受信側のアレイアンテナ21におけるアンテナ素子22の位置を工夫してもよい。また、図10に示したY軸回転を使用してアンテナ素子の位置をX軸上へ移動させることができる。図28は、Y軸回転を使用したX軸上への受信側のアンテナ素子22の位置の移動を示す図である。同図では、Y軸回転を使用して位置PEにあったアンテナ素子22をX軸上の位置PD’に移動させており、これよって、例えば、位置PBにあったアンテナ素子22はZ軸上の位置PA’に移動する。Y軸回転を使用してアンテナ素子22の位置をX軸上へ移動させた場合、アンテナ素子22が傾き、偏波の向きが多少ずれる。例えば、V偏波に少しH偏波の成分が混ざるが、アレイアンテナ21のZ軸回転に対する位相の変化が無くなり、図27のLPDのような特性となる。或いは、単純な位相変化の有無で判定するのではなく、位相の変化量の違いを活用して軸ズレを調整するともできる。この位相の変化量の違いを活用すれば、アンテナ素子22が配置される円周上の中心角θ=90[°]、0[°]の位置PA、位置PDにアンテナ素子22を配置しなくても、別の位置、例えば、中心各θ=67.5[°]、22.5[°]の位置PB、PCに配置されたアンテナ素子22の位相変化に基づいて判定を行ってもよい。 The position of the antenna element 22 in the receiving-side array antenna 21 may be devised, such as providing the antenna element 22 on the X axis. Further, the position of the antenna element can be moved on the X-axis by using the Y-axis rotation shown in FIG. FIG. 28 is a diagram illustrating movement of the position of the antenna element 22 on the reception side on the X axis using the Y axis rotation. In the figure, the antenna element 22 located at the position PE is moved to the position PD ′ on the X axis using the Y-axis rotation, so that, for example, the antenna element 22 located at the position PB is moved on the Z-axis. Move to position PA ′. When the position of the antenna element 22 is moved on the X axis using the Y-axis rotation, the antenna element 22 is tilted and the direction of the polarization is slightly shifted. For example, although mixed a little H polarization components in the V-polarized wave, there is no change in phase with respect to the Z-axis rotation of the array antenna 21, a characteristic such as L PD in Figure 27. Alternatively, it is possible to adjust the axis deviation by utilizing the difference in the amount of phase change, instead of making a determination based on whether or not there is a simple phase change. If this difference in phase change is utilized, the antenna element 22 is arranged at the position PA and position PD of the central angle θ o = 90 [°], 0 [°] on the circumference where the antenna element 22 is arranged. Even if not, a determination is made based on the phase change of the antenna element 22 arranged at another position, for example, the position PB of each center θ o = 67.5 [°], 22.5 [°], and PC. Also good.

以上説明した第1の実施形態及び第2の実施形態によれば、OAM波を用いた無線通信を行う通信システムは、送信側の電波放射の方向を調整する。この送信側の電波放射の方向調整のため、以下のように順に処理する。すなわち、受信側は、受信アレイアンテナの全アンテナ素子から得られる受信信号の位相に対し、送信側の電波放射の軸回転から想定される受信信号の位相変化の特徴から、方向調整が必要か否かを判定する。受信側が判定したこの位相変化の特徴から方向調整が必要な場合、通信システムは、次の順に送信アレイアンテナの方向調整を行う。まず、通信システムは、送信側のアレイアンテナをZ軸(垂直方向)回転させる調整を実行する。次に、通信システムは、送信側のアレイアンテナをX軸(送信方向と直交する水平方向)回転させる調整を実行する。   According to the first embodiment and the second embodiment described above, the communication system that performs wireless communication using OAM waves adjusts the direction of radio wave radiation on the transmission side. In order to adjust the direction of radio wave radiation on the transmitting side, processing is performed in the following order. That is, whether the receiving side needs to adjust the direction based on the characteristics of the phase change of the received signal assumed from the rotation of the radio wave radiation on the transmitting side with respect to the phase of the received signal obtained from all antenna elements of the receiving array antenna. Determine whether. When direction adjustment is necessary based on the characteristics of the phase change determined by the reception side, the communication system performs direction adjustment of the transmission array antenna in the following order. First, the communication system performs adjustment to rotate the array antenna on the transmission side in the Z axis (vertical direction). Next, the communication system performs adjustment for rotating the array antenna on the transmission side in the X axis (horizontal direction orthogonal to the transmission direction).

なお、上述した送信側の電波放射の方向の調整において、方向調整が必要か否かを判定するために、送信側の電波放射の軸回転により想定される、受信アレイアンテナの全アンテナ素子における受信信号の位相変化の特性(特徴)を利用してもよい。   In order to determine whether or not direction adjustment is necessary in the adjustment of the direction of radio wave radiation on the transmission side described above, reception at all antenna elements of the reception array antenna assumed by the rotation of the axis of radio wave radiation on the transmission side. You may utilize the characteristic (characteristic) of the phase change of a signal.

また、上述した送信側の電波放射の方向の調整において、方向調整が必要かを判定するために、送信側の電波放射を調整する回転軸とは異なる軸を中心として回転させたときの受信アレイアンテナにおける受信信号の位相変化の特性(特徴)を利用してもよい。   Further, in order to determine whether or not the direction adjustment is necessary in the adjustment of the direction of the radio wave radiation on the transmission side described above, the reception array when rotated around an axis different from the rotation axis for adjusting the radio wave radiation on the transmission side The characteristics (features) of the phase change of the received signal at the antenna may be used.

なお、送信側は、X軸(送信方向と直交する水平方向)及びZ軸(垂直方向)の2軸でアレイアンテナを回転する可動機構を有する。
あるいは、送信側は、多数のアンテナ素子を三次元に配置した三次元アレイアンテナと、三次元アレイアンテナからサブアレイを選択する選択部とを設ける。選択部は、三次元アレイアンテナから、部分的な領域にあるアンテナ素子を選択し、送信アレイアンテナとして用いるサブアレイを構成する。選択部は、現在選択されているサブアレイから、軸回転に合う別のサブアレイを選択することにより、送信アレイアンテナの軸回転の調整を行う。
The transmission side has a movable mechanism for rotating the array antenna about two axes, the X axis (horizontal direction orthogonal to the transmission direction) and the Z axis (vertical direction).
Alternatively, the transmission side includes a three-dimensional array antenna in which a large number of antenna elements are three-dimensionally arranged, and a selection unit that selects a sub-array from the three-dimensional array antenna. The selection unit selects an antenna element in a partial region from the three-dimensional array antenna, and configures a subarray used as a transmission array antenna. The selection unit adjusts the axial rotation of the transmission array antenna by selecting another subarray that matches the axial rotation from the currently selected subarrays.

[第3の実施形態]
第2の実施形態までは受信側のアンテナ素子22について得られた位相により送信側の回転による軸ズレを調整する方法を述べた。この第3の実施形態では送受信のアレイアンテナを順に調整する。
[Third Embodiment]
Up to the second embodiment, the method of adjusting the axial deviation due to the rotation on the transmission side based on the phase obtained for the antenna element 22 on the reception side has been described. In the third embodiment, the transmitting and receiving array antennas are adjusted in order.

図29は、送信側と受信側において順に方向ズレを調整する状況を示す図である。
図29(a)は、送信側と受信側の両方の方向ズレ状態を示す図である。送信側のアレイアンテナ13aは、X−Z平面上の送信側のアレイアンテナ13がZ軸回転した状態であり、受信側のアレイアンテナ21aは、X−Z平面上の受信側のアレイアンテナ21がZ軸回転した状態である。アレイアンテナ13とアレイアンテナ13aの中心は一致し、アレイアンテナ21とアレイアンテナ21aの中心は一致する。送信側のアレイアンテナ13aの方向DS1も、受信側のアレイアンテナ21aの方向DR1も、それぞれが対向する受信側のアレイアンテナ21aの中心、送信側のアレイアンテナ13aの中心には一致しない。この状態では、まだ送信側と受信側の両方とも、全く軸調整が実施されていない。
FIG. 29 is a diagram illustrating a situation in which the direction deviation is adjusted in order on the transmission side and the reception side.
FIG. 29 (a) is a diagram showing a direction misalignment state on both the transmission side and the reception side. The transmitting-side array antenna 13a is a state in which the transmitting-side array antenna 13 on the XZ plane is rotated in the Z axis, and the receiving-side array antenna 21a is the receiving-side array antenna 21 on the XZ plane. This is the state rotated in the Z-axis. The centers of the array antenna 13 and the array antenna 13a coincide, and the centers of the array antenna 21 and the array antenna 21a coincide. The direction DS1 of the array antenna 13a on the transmission side and the direction DR1 of the array antenna 21a on the reception side do not coincide with the center of the array antenna 21a on the reception side and the center of the array antenna 13a on the transmission side. In this state, the axis adjustment is not performed at all on both the transmission side and the reception side.

図29(b)は、送信側の方向ズレのみ調整済みの状態を示す図である。送信側のアレイアンテナ13の方向DS2は、対向の受信側のアレイアンテナ21aの中心に一致している。一方、受信側のアレイアンテナ21aの方向DR2は、対向する送信側のアレイアンテナ13の中心には一致しない。図29(a)の状態から図29(b)の状態とするための送信側の調整には、先の第2の実施形態で説明した調整法を使用する。   FIG. 29B is a diagram illustrating a state in which only the direction deviation on the transmission side has been adjusted. The direction DS2 of the array antenna 13 on the transmission side coincides with the center of the array antenna 21a on the opposite reception side. On the other hand, the direction DR2 of the receiving-side array antenna 21a does not coincide with the center of the opposing transmitting-side array antenna 13. The adjustment method described in the previous second embodiment is used for adjustment on the transmission side to change from the state of FIG. 29 (a) to the state of FIG. 29 (b).

図29(c)は、送信側と受信側の両方の方向ズレ調整済み状態を示す図である。送信側のアレイアンテナ13の方向DS3も、受信側のアレイアンテナ21の方向DR3も、それぞれが対向する受信側のアレイアンテナ21の中心、送信側のアレイアンテナ13の中心と一致している。図29(a)又は図29(b)の状態から図29(c)の状態とするために、通信システム1は、後述する調整動作を実施する。この状態は、送受信双方向で軸ズレの影響がなく、問題無くOAM波を使用した無線通信ができる。   FIG. 29C is a diagram illustrating a state in which the direction deviation has been adjusted on both the transmission side and the reception side. The direction DS3 of the array antenna 13 on the transmission side and the direction DR3 of the array antenna 21 on the reception side coincide with the center of the array antenna 21 on the reception side and the center of the array antenna 13 on the transmission side. In order to change from the state of FIG. 29 (a) or FIG. 29 (b) to the state of FIG. 29 (c), the communication system 1 performs an adjustment operation described later. In this state, there is no influence of axis misalignment in both transmission and reception, and wireless communication using OAM waves can be performed without any problem.

図30は、通信システム1における、送受信両方の方向ズレ調整の動作フローを示す図である。
同図に示す動作フローの動作開始には、まず送信側の通信装置10の調整を実施する(ステップS705)。このステップS705の処理に当たり、制御無線を用い、送信側と受信側との間で、「送信側の回転の調整開始」を通知・確認する。例えば、受信側の通信装置20が送信側の通信装置10に制御無線により「送信側の回転の調整開始」を通知し、通信装置10は、その制御無線を受信して「送信側の回転の調整開始」を認識する。あるいは、送信側の通信装置10が受信側の通信装置20に制御無線により「送信側の回転の調整開始」を通知し、通信装置20は、その制御無線を受信して「送信側の回転の調整開始」を認識する。ステップS705の送信側の調整処理では、図29(a)に示す状態にある送信側のアレイアンテナ13の2軸回転を調整する。また、この調整法については第2の実施形態で説明した軸ズレの調整方法により実施する。
FIG. 30 is a diagram illustrating an operation flow of direction deviation adjustment for both transmission and reception in the communication system 1.
To start the operation of the operation flow shown in the figure, first, adjustment of the communication device 10 on the transmission side is performed (step S705). In the process of step S705, the control radio is used to notify / confirm “start of rotation adjustment on the transmission side” between the transmission side and the reception side. For example, the receiving-side communication device 20 notifies the transmitting-side communication device 10 of “starting adjustment of rotation on the transmitting side” by control radio, and the communication device 10 receives the control radio and receives “ "Adjustment start" is recognized. Alternatively, the transmission-side communication device 10 notifies the reception-side communication device 20 of “start of adjustment of rotation on the transmission side” by the control radio, and the communication device 20 receives the control radio and receives “the rotation of the transmission-side rotation”. "Adjustment start" is recognized. In the adjustment process on the transmission side in step S705, the biaxial rotation of the array antenna 13 on the transmission side in the state shown in FIG. Further, this adjustment method is performed by the method of adjusting the axial deviation described in the second embodiment.

通信装置20の軸ズレ推定・制御部26は、方向ズレでの位相が許容範囲内か否かを判定する(ステップS710)。軸ズレ推定・制御部26は、方向ズレの位相が許容範囲内であると判定した場合(ステップS710:YES)、調整完了を表示して(ステップS715)、処理を終了する。このステップS715の調整完了の表示処理では、制御無線により、通信装置20から通信装置10に「送信側の回転の調整完了」を通知する。   The axis deviation estimation / control unit 26 of the communication device 20 determines whether or not the phase at the direction deviation is within an allowable range (step S710). When it is determined that the phase deviation phase is within the allowable range (step S710: YES), the axis deviation estimation / control unit 26 displays the completion of adjustment (step S715) and ends the process. In the adjustment completion display process in step S715, the communication apparatus 20 notifies the communication apparatus 10 of “adjustment of rotation on the transmission side” by control radio.

一方、通信装置20の軸ズレ推定・制御部26は、方向ズレでの位相が許容範囲を超えていると判定した場合(ステップS710:NO)、送受信を入替えて、新たに送信側になった通信装置20の調整を実施する(ステップS720)。このステップS720の処理へ移行するため、制御無線により送信側と受信側との間で「送受信を入替た調整開始」を通知・確認する。例えば、受信側の通信装置20が送信側の通信装置10に制御無線により「送受信を入替た調整開始」を通知し、通信装置10は、その制御無線を受信して「送受信を入替た調整開始」を認識する。あるいは、送信側の通信装置10が受信側の通信装置20に制御無線により「送受信を入替た調整開始」を通知し、通信装置20は、その制御無線を受信して「送受信を入替た調整開始」を認識する。そして、ステップS705の送信側の調整処理における通信装置20の処理を通信装置10が行い、通信装置10の処理を通信装置20が行う。   On the other hand, if the axis deviation estimation / control unit 26 of the communication device 20 determines that the phase deviation is beyond the allowable range (step S710: NO), the transmission / reception is switched to become a new transmission side. The communication device 20 is adjusted (step S720). In order to shift to the process of step S720, the control radio notifies and confirms “adjustment start with exchange of transmission and reception” between the transmission side and the reception side. For example, the receiving-side communication device 20 notifies the transmitting-side communication device 10 of “adjustment start with exchange of transmission / reception” by a control radio, and the communication device 10 receives the control radio and receives “adjustment start with exchange of transmission / reception”. Is recognized. Alternatively, the transmission-side communication device 10 notifies the reception-side communication device 20 of “adjustment start after switching transmission / reception” by the control radio, and the communication device 20 receives the control radio and receives “adjustment start after transmission / reception switching”. Is recognized. Then, the communication device 10 performs the processing of the communication device 20 in the adjustment process on the transmission side in step S705, and the communication device 20 performs the processing of the communication device 10.

ステップS720の送受信を入替えた調整処理においては、図29(b)に示す状態では受信側であり、入替えにより送信側となったアレイアンテナ21の2軸回転を調整する。通信装置10の軸ズレ推定・制御部15は、方向ズレ(本来の位相との差異)が許容範囲内か否かを判定する(ステップS725)。軸ズレ推定・制御部15が、方向ズレは許容範囲内であると判定した場合(ステップS725:YES)、通信システム1は送受信を入替えた調整を完了し(ステップS730)、処理を終了する。調整の完了により、通信システム1は、図29(c)の状態となる。このステップS730の調整の完了においては、送受信の入替えにより受信側となった通信装置10から、送受信の入替えにより送信側となった通信装置20へ、制御無線を用いて「送受を入替えた調整の完了」を通知する。   In the adjustment process in which transmission / reception is switched in step S720, the biaxial rotation of the array antenna 21 which is on the reception side and becomes the transmission side in the state shown in FIG. 29B is adjusted. The axis deviation estimation / control unit 15 of the communication apparatus 10 determines whether or not the direction deviation (difference from the original phase) is within an allowable range (step S725). When the axis deviation estimation / control unit 15 determines that the direction deviation is within the allowable range (step S725: YES), the communication system 1 completes the adjustment in which transmission / reception is switched (step S730), and ends the process. When the adjustment is completed, the communication system 1 enters the state shown in FIG. When the adjustment in step S730 is completed, the communication device 10 that has become the receiving side by switching transmission / reception to the communication device 20 that has become the transmitting side by switching transmission / reception uses the control radio to “adjust the transmission and reception switching”. “Complete”.

なお、ステップS725の判定には、通信に利用する複数のOAMモードが問題無く識別できる位相の範囲とすることができる。例えばOAMモードL1〜L3を多重して使用する無線通信なら、位相は±10[°]程度を許容範囲とできる。通信装置10の軸ズレ推定・制御部15は、方向ズレが許容範囲を超えると判定した場合(ステップS725:NO)、送受合せた調整量オーバーを表示し(ステップS735)、動作を終了する。この動作終了前のステップS735の処理においては、制御無線を用い受信側の通信装置10から送信側の通信装置20へ「送受合せた調整量を超えた」旨を通知する。   Note that the determination in step S725 can be a phase range in which a plurality of OAM modes used for communication can be identified without problems. For example, in the case of wireless communication that uses the OAM modes L1 to L3 in a multiplexed manner, the phase can be within an allowable range of about ± 10 [°]. When it is determined that the direction deviation exceeds the allowable range (step S725: NO), the axis deviation estimation / control unit 15 of the communication device 10 displays the transmitted and received adjustment amount over (step S735) and ends the operation. In the process of step S735 before the end of the operation, the control wireless communication is used to notify the transmission-side communication device 20 that the transmission-and-reception communication device 20 has been exceeded.

[第4の実施形態]
本実施形態では、上述した実施形態とは異なる方法により生成されたOAM波の方向調整法を示す。
[Fourth Embodiment]
In the present embodiment, a method for adjusting the direction of an OAM wave generated by a method different from the above-described embodiment will be described.

第1の実施形態から第3の実施形態までは、円状に配置されたアンテナ素子14により構成されるアレイアンテナ13がOAM波を送信し、同様のアレイアンテナ21が各アンテナ素子22でOAM波を受信する形態に基づいていた。しかし、OAM波の位相変化を活用した軸ズレの調整は、必ずしもアレイアンテナを用いて送信されるOAM波に限定されるものではない。そこで、アレイアンテナ以外にOAM波を送信する形態として図31及び図32に示す2つの例を挙げた。   From the first embodiment to the third embodiment, the array antenna 13 including the antenna elements 14 arranged in a circle transmits an OAM wave, and a similar array antenna 21 is transmitted through each antenna element 22 with an OAM wave. Was based on the form of receiving. However, the adjustment of the axis shift utilizing the phase change of the OAM wave is not necessarily limited to the OAM wave transmitted using the array antenna. Therefore, two examples shown in FIGS. 31 and 32 are given as modes for transmitting OAM waves in addition to the array antenna.

図31及び図32は、上述した実施形態とは異なる方法により生成されるOAM波を用いる通信システムの構成図である。図31では、OAM波の生成に切り込みパラボラアンテナを用いた通信システム1aの構成例を示し、図32は、OAM波の生成に段差のある誘電体の透過を用いた通信システム1bの構成例を示す。   FIGS. 31 and 32 are configuration diagrams of a communication system using OAM waves generated by a method different from the above-described embodiment. FIG. 31 shows a configuration example of a communication system 1a that uses a cut-in parabolic antenna to generate an OAM wave, and FIG. 32 shows a configuration example of a communication system 1b that uses transmission of a dielectric with a step to generate an OAM wave. Show.

図31に示す通信システム1aは、通信装置51と通信装置55とを備える。同図において、図に示す第1の実施形態による通信システム1と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。通信装置51が、図1に示す通信装置10と異なる点は、アレイアンテナ13に代えて、切り込みパラボラアンテナ52を備える点、及び、位相調整部12を備えない点である。また、通信装置55が、図1に示す通信装置20と異なる点は、アレイアンテナ21に代えて切り込みパラボラアンテナ56を備える点、切り込みパラボラアンテナ56の周囲に複数のアレイアンテナ57を備える点、及び、位相調整部23を備えない点である。   A communication system 1 a illustrated in FIG. 31 includes a communication device 51 and a communication device 55. In the figure, the same parts as those of the communication system 1 according to the first embodiment shown in the figure are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The communication device 51 is different from the communication device 10 shown in FIG. 1 in that the cutout parabolic antenna 52 is provided instead of the array antenna 13 and the phase adjustment unit 12 is not provided. The communication device 55 is different from the communication device 20 shown in FIG. 1 in that a cut-out parabolic antenna 56 is provided instead of the array antenna 21, a plurality of array antennas 57 are provided around the cut-out parabolic antenna 56, and The phase adjustment unit 23 is not provided.

切り込みパラボラアンテナ52を用いることにより、OAM波の送信において、送信側の各アンテナ素子14に入力する信号に対する位相設定の機能が不要でなる。一方、受信側では、軸ズレの調整において、軸ズレ調整が必要か(軸ズレがあるか否か)の検出と、調整量(ズレ量)の検出のため、受信側の切り込みパラボラアンテナ56の周囲に円周上にアレイアンテナ57を配置している。これらのアレイアンテナ57の全アンテナ素子からの信号に基づき位相測定部25が位相を測定する。軸ズレ推定・制御部26はこの位相測定結果を用いて軸ズレを推定し、その推定に基づき切り込みパラボラアンテナ56の軸ズレを調整することができる。なお、OAM波の生成に用いた切り込みパラボラアンテナ52の切り込み箇所では、位相が360[°]変化する。切り込みパラボラアンテナ52におけるこの切り込みの数により、OAMモードが決まる。つまり、切り込みパラボラアンテナ52に1か所、2か所、3か所…の切り込みがあると、それぞれOAMモードL1、L2、L3、…になる。   By using the cut-in parabolic antenna 52, in the transmission of the OAM wave, the function of setting the phase with respect to the signal input to each antenna element 14 on the transmission side becomes unnecessary. On the other hand, on the receiving side, in order to detect whether or not there is an axis misalignment adjustment (whether or not there is an axis misalignment) and to detect the adjustment amount (deviation amount), the receiving side cut-out parabolic antenna 56 An array antenna 57 is arranged around the circumference. The phase measurement unit 25 measures the phase based on signals from all antenna elements of the array antenna 57. The axis deviation estimation / control unit 26 estimates the axis deviation using the phase measurement result, and can adjust the axis deviation of the cut parabolic antenna 56 based on the estimation. Note that the phase changes by 360 [°] at the cut position of the cut parabolic antenna 52 used for generating the OAM wave. The number of cuts in the cut parabolic antenna 52 determines the OAM mode. That is, if the cut parabolic antenna 52 has cuts at one, two, three,..., OAM modes L1, L2, L3,.

また、図32には、段差のある誘電体に電波を透過させ、OAM波として通信する形態を挙げた。図32に示す通信システム1bは、通信装置61と通信装置65とを備える。同図において、図1に示す第1の実施形態による通信システム1と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。通信装置61が、図1に示す通信装置10と異なる点は、アレイアンテナ13に代えて、指向性アンテナ62と指向性アンテナ62が送信した電波を透過させる段差のある誘電体63とを備える点、及び、位相調整部12を備えない点である。また、通信装置65が、図1に示す通信装置20と異なる点は、アレイアンテナ21に代えて、指向性アンテナ66と指向性アンテナ66が送信した電波を透過させる段差のある誘電体67とを備える点、誘電体67の周囲に複数のアレイアンテナ68を備える点、及び、位相調整部23を備えない点である。   FIG. 32 shows a mode in which radio waves are transmitted through a stepped dielectric and communicated as OAM waves. A communication system 1b illustrated in FIG. 32 includes a communication device 61 and a communication device 65. In the figure, the same parts as those of the communication system 1 according to the first embodiment shown in FIG. The communication device 61 is different from the communication device 10 shown in FIG. 1 in that instead of the array antenna 13, a directional antenna 62 and a dielectric 63 having a step for transmitting radio waves transmitted by the directional antenna 62 are provided. And the phase adjustment unit 12 is not provided. The communication device 65 differs from the communication device 20 shown in FIG. 1 in that instead of the array antenna 21, a directional antenna 66 and a dielectric 67 having a step for transmitting radio waves transmitted by the directional antenna 66 are provided. It is a point provided, a point provided with a plurality of array antennas 68 around the dielectric 67, and a point provided with no phase adjustment unit 23.

この構成例においても、図31と同様に、位相設定が不要であり、受信側の誘電体67の周囲にアレイアンテナ68を配置している。OAM波の生成に用いる誘電体63には、放射状に8つの段差がある。そして、OAMモードをL1とする場合は、誘電体63を通過する経路差が最大となる段差を1か所とし、その段差の場所で経路差の位相を360[°]変えている。   Also in this configuration example, as in FIG. 31, phase setting is unnecessary, and the array antenna 68 is arranged around the reception-side dielectric 67. The dielectric 63 used for generating the OAM wave has eight steps radially. When the OAM mode is set to L1, the step where the path difference passing through the dielectric 63 is maximized is one place, and the phase of the path difference is changed by 360 [°] at the position of the step.

これら図31の通信システム1a、図32の通信システム1bの両方とも、受信側のパラボラアンテナ56または誘電体67の周囲に配置されたアレイアンテナ57、68の全アンテナ素子からの信号に基づき位相を測定する。通信装置55、65の軸ズレ推定・制御部26は、この測定された全アンテナ素子の位相から軸ズレを推定して、その推定により切り込みパラボラアンテナ56を、または、指向性アンテナ66および誘電体67を平行移動させ軸ズレを調整する。   Both of the communication system 1a of FIG. 31 and the communication system 1b of FIG. 32 have a phase based on signals from all antenna elements of the array antennas 57 and 68 arranged around the parabolic antenna 56 or the dielectric 67 on the receiving side. taking measurement. The axis deviation estimation / control unit 26 of the communication devices 55 and 65 estimates the axis deviation from the measured phases of all the antenna elements, and the cut parabolic antenna 56 or the directional antenna 66 and the dielectric are estimated by the estimation. 67 is translated to adjust the axis deviation.

[第5の実施形態]
本実施形態では、OAM波以外の他の無線通信の方向調整を、OAM波を用いて行う。第1〜第4の実施形態は、アンテナ方向の調整を行う対象の無線通信はOAM波を用いることが前提であった。しかし、一般的にアンテナ方向調整のために、無線通信と違う専用の試験信号を使用することがある。これと同様にアンテナ方向調整用にOAM波を試験信号に用いて、この方向調整されたアンテナで他の無線通信をすることができる。
[Fifth Embodiment]
In the present embodiment, the direction adjustment of wireless communication other than the OAM wave is performed using the OAM wave. The first to fourth embodiments are based on the premise that the wireless communication to be adjusted for the antenna direction uses OAM waves. However, in general, a dedicated test signal different from wireless communication may be used for antenna direction adjustment. Similarly, OAM waves can be used as test signals for antenna direction adjustment, and other wireless communication can be performed using the antenna whose direction is adjusted.

図33は、通信に用いる電波の種類、軸調整(粗調整・微調整)に用いる方法、及び、共有する構成部分の組合せの表を示す図である。これらの組み合わせにより、様々な機構の通信システムが考えられる。   FIG. 33 is a diagram showing a table of types of radio waves used for communication, methods used for axis adjustment (coarse adjustment / fine adjustment), and combinations of components to be shared. By combining these, communication systems with various mechanisms can be considered.

図33に示す表から、通信、軸調整法、共有する構成部分それぞれから下線で示す候補を選択した機構を持つ通信システム1cの構成例を図34に示す。すなわち、図33に示す表から、通信には「OAM波ではない他の無線通信」を、軸調整法では粗調整に「受信する電波強度による調整」、微調整に「OAM波を用い位相特性による方向調整」を、共有する構成部分では「送受信アレイアンテナ」を、それぞれに選んでいる。   FIG. 34 shows a configuration example of a communication system 1c having a mechanism in which candidates indicated by underlining are selected from communication, an axis adjustment method, and shared components from the table shown in FIG. That is, from the table shown in FIG. 33, “other wireless communication that is not an OAM wave” is used for communication, “adjustment based on received radio wave intensity” is used for coarse adjustment, and “OAM wave is used for fine adjustment for phase characteristics. "Direction adjustment by", "Transmission / reception array antenna" is selected for each shared component.

図34は、本実施形態の通信システム1cの構成図である。通信システム1cの構成は、図1に示す第1の実施形態の通信システム1の構成と類似している。通信システム1cは、通信装置70と通信装置80を有する。以下では、送信側が通信装置70であり、受信側が通信装置80である場合を例に説明する。同図において、図1に示す第1の実施形態による通信システム1と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。同図において、点線で示す部分が、他の無線通信の構成部分であり、他の無線通信の構成部分に対する本実施形態の追加部分は、図1に示す第1に実施形態の通信システム1と同様である。第1の実施形態と共通の部分が軸ズレの調整(特に、図35で後述する微調整)に使用される。   FIG. 34 is a configuration diagram of the communication system 1c of the present embodiment. The configuration of the communication system 1c is similar to the configuration of the communication system 1 of the first embodiment shown in FIG. The communication system 1 c includes a communication device 70 and a communication device 80. Hereinafter, a case where the transmission side is the communication device 70 and the reception side is the communication device 80 will be described as an example. In the figure, the same parts as those of the communication system 1 according to the first embodiment shown in FIG. In the figure, a portion indicated by a dotted line is another wireless communication component, and an additional portion of the present embodiment relative to the other wireless communication component is the same as the communication system 1 of the first embodiment shown in FIG. It is the same. A portion common to the first embodiment is used for adjusting the axial deviation (in particular, fine adjustment described later with reference to FIG. 35).

通信装置70は、試験信号発生部72、位相調整部73、通信信号発生部74、調整部75、アレイアンテナ13、軸ズレ推定・制御部15、可動部16及び制御無線部17を備える。送信側の通信装置70において、他の無線通信の構成部分(図1にけるOAMによる通信を行う構成部分に相当)には、通信信号発生部74、調整部75、アレイアンテナ13がある。アレイアンテナ13は、他の無線通信と軸調整で共有されている。   The communication device 70 includes a test signal generation unit 72, a phase adjustment unit 73, a communication signal generation unit 74, an adjustment unit 75, an array antenna 13, an axis deviation estimation / control unit 15, a movable unit 16, and a control radio unit 17. In the communication device 70 on the transmitting side, other wireless communication components (corresponding to components performing communication by OAM in FIG. 1) include a communication signal generator 74, an adjustment unit 75, and the array antenna 13. The array antenna 13 is shared with other wireless communications for axis adjustment.

通信信号発生部74は、図1の信号発生部11と同じである。調整部75は、アンテナ素子14毎に給電される送信信号の振幅や位相の調整を行い、図1の位相調整部12にあたる。しかし、これらはOAM波ではない他の無線通信に用いられる。そのため、通信信号発生部74は、送信信号の生成機能に加えて、無線通信に合わせた変調も行う。また、調整部75は、OAMと異なる他の無線通信において、複数のアンテナ素子14に同じ位相調整を行なったり、アンテナ素子14毎に信号振幅を変えたりすることもある。   The communication signal generator 74 is the same as the signal generator 11 of FIG. The adjustment unit 75 adjusts the amplitude and phase of the transmission signal fed to each antenna element 14 and corresponds to the phase adjustment unit 12 in FIG. However, they are used for other wireless communications that are not OAM waves. Therefore, the communication signal generation unit 74 performs modulation in accordance with wireless communication in addition to the transmission signal generation function. In addition, the adjustment unit 75 may perform the same phase adjustment on a plurality of antenna elements 14 or change the signal amplitude for each antenna element 14 in other wireless communication different from OAM.

続いて、本実施形態において送信側で追加された構成を説明する。軸ズレ推定・制御部15、可動部16、制御無線部17は、全て図1に示す第1の実施形態と同じである。通信装置70が有し、図1の通信装置10にはない機能は、試験信号発生部72と位相調整部73により実現される。この試験信号発生部72は、無線でOAM波となるアンテナへの入力信号を発生させる。また位相調整部73は、アンテナ素子14毎に異なる位相を調整する。この図34の試験用OAM信号に対する位相調整部73は、利用目的が違うものの、図1のOAMを使う無線通信における位相調整部12と同じ機能である。   Subsequently, a configuration added on the transmission side in the present embodiment will be described. The axis deviation estimation / control unit 15, the movable unit 16, and the control radio unit 17 are all the same as those in the first embodiment shown in FIG. Functions that the communication device 70 has and that the communication device 10 of FIG. 1 does not have are realized by the test signal generation unit 72 and the phase adjustment unit 73. The test signal generator 72 generates an input signal to the antenna that becomes an OAM wave wirelessly. The phase adjustment unit 73 adjusts a different phase for each antenna element 14. The phase adjustment unit 73 for the test OAM signal in FIG. 34 has the same function as the phase adjustment unit 12 in the wireless communication using the OAM in FIG.

ここまでが送信側の通信装置70の構成で、ここから受信側の通信装置80について述べる。通信装置80は、アレイアンテナ21、調整部83、通信信号復調部84、位相測定部25、軸ズレ推定・制御部26、可動部27及び制御無線部28を備える。通信装置80の調整部83、通信信号復調部84は、図1に示す第1の実施形態の位相調整部12、信号復調部24に相当する。調整部83は、アンテナ素子22毎に受信信号の振幅や位相の調整を行う。ただし、図34ではOAM波ではない他の無線通信を行うため、調整部83は、送信側の通信装置70と同様に、受信側のアンテナ素子毎の調整を行う際、OAMと異なる他の無線通信においては、複数のアンテナ素子22で同じ位相調整を行なったり、アンテナ素子22毎に信号振幅を変更したりする。通信信号復調部84は、調整部83からの受信信号を受け、通信装置70で施された変調に応じた復調も行う。   The configuration of the communication device 70 on the transmission side has been described so far, and the communication device 80 on the reception side will be described from here. The communication device 80 includes an array antenna 21, an adjustment unit 83, a communication signal demodulation unit 84, a phase measurement unit 25, an axis deviation estimation / control unit 26, a movable unit 27, and a control radio unit 28. The adjustment unit 83 and the communication signal demodulation unit 84 of the communication device 80 correspond to the phase adjustment unit 12 and the signal demodulation unit 24 of the first embodiment shown in FIG. The adjustment unit 83 adjusts the amplitude and phase of the reception signal for each antenna element 22. However, in FIG. 34, in order to perform other wireless communication that is not an OAM wave, the adjustment unit 83 performs other adjustments different from OAM when performing adjustment for each antenna element on the reception side, similarly to the communication device 70 on the transmission side. In communication, the same phase adjustment is performed by a plurality of antenna elements 22 or the signal amplitude is changed for each antenna element 22. The communication signal demodulation unit 84 receives the reception signal from the adjustment unit 83 and also performs demodulation in accordance with the modulation performed by the communication device 70.

また、通信装置80の位相測定部25、軸ズレ推定・制御部26、可動部27、制御無線部28は、図1に示す第1の実施形態と同じである。ただし図1ではアレイアンテナ21の軸ズレ調整と無線通信の両方でOAM波を用いるが、図34の通信装置80は、OAM波ではない他の無線通信を行い、OAM波はアレイアンテナの軸ズレ調整のみに使う。特に、OAM波は、この後の図35で説明する軸ズレの微調整に用いられる。   In addition, the phase measurement unit 25, the axis deviation estimation / control unit 26, the movable unit 27, and the control radio unit 28 of the communication device 80 are the same as those in the first embodiment shown in FIG. However, in FIG. 1, the OAM wave is used for both the adjustment of the axis shift of the array antenna 21 and the wireless communication. However, the communication device 80 of FIG. 34 performs other radio communication other than the OAM wave, and the OAM wave is not aligned with the axis shift of the array antenna. Use only for adjustment. In particular, the OAM wave is used for fine adjustment of the axial deviation described later with reference to FIG.

以上の通信装置70と通信装置80の構成により、通信システム1cは、他の無線通信の方向調整においてもOAM波を試験信号に利用する構成となっている。通信システム1cにおける他の無線通信とOAM波を試験信号に利用した軸調整との切替え動作について説明する。そこで、他の無線通信の方向調整においてOAM波を試験信号に利用する例を挙げる。   With the configuration of the communication device 70 and the communication device 80 described above, the communication system 1c is configured to use an OAM wave as a test signal in the direction adjustment of other wireless communication. A switching operation between other wireless communication and axis adjustment using OAM waves as test signals in the communication system 1c will be described. Therefore, an example in which an OAM wave is used as a test signal in other radio communication direction adjustment will be described.

図35は、他の無線信号とOAM試験信号の切替えにおける通信システム1cの動作フローを示す。この動作フローでは、OAM波ではない他の無線信号を用いた通信を行う前のアンテナ方向調整に関する。   FIG. 35 shows an operation flow of the communication system 1c in switching between another radio signal and the OAM test signal. This operation flow relates to antenna direction adjustment before performing communication using other radio signals that are not OAM waves.

図35では、最初に、電波強度による受信側のアレイアンテナの方向粗調整を行う(ステップS805)。この方向粗調整にあたり、制御無線を用いて送受信間相互で「受信信号の電波強度による粗調整の開始」を通知・確認する。この方向粗調整では、電波強度以外の方法としてスコープのような照準器を用いたり、送受信アンテナの緯度経度に関する情報から計算で求まる方位にアンテナ方向を合わせたりする方法でもよい。これ以降、通信システム1cは、以下の順に処理を進める。   In FIG. 35, first, rough direction adjustment of the receiving-side array antenna is performed based on the radio field intensity (step S805). In this rough direction adjustment, control radio is used to notify and confirm “start of coarse adjustment based on radio wave intensity of received signal” between transmission and reception. In this rough direction adjustment, a method other than the radio wave intensity may be used, such as using a sighting device such as a scope, or adjusting the antenna direction to a direction obtained by calculation from information on the latitude and longitude of the transmission / reception antenna. Thereafter, the communication system 1c proceeds with processing in the following order.

受信側の通信装置80の軸ズレ推定・制御部26は、アレイアンテナの方向粗調整を終えたか否かを判定する(ステップS810)。軸ズレ推定・制御部26は、粗調整を終えていないと判定した場合(ステップS810:NO)、通信システム1cは、再びステップS805の方向粗調整を実施する。通信装置80の軸ズレ推定・制御部26が、粗調整を終えたと判定した場合(ステップS810:YES)、通信装置70は、試験信号にOAM波の発生を設定する(ステップS815)。   The axis misalignment estimation / control unit 26 of the communication device 80 on the receiving side determines whether or not the coarse direction adjustment of the array antenna has been completed (step S810). If the axial deviation estimation / control unit 26 determines that the rough adjustment has not been completed (step S810: NO), the communication system 1c performs the rough direction adjustment in step S805 again. If the axis deviation estimation / control unit 26 of the communication device 80 determines that the rough adjustment has been completed (step S810: YES), the communication device 70 sets the generation of the OAM wave in the test signal (step S815).

このOAM波を試験信号に用いた調整へ移る際に、制御無線を用いて、通信装置80から通信装置70に「粗調整の終了」を通知し、通信装置70と通信装置80の間でOAM波による微調整の開始を相互に通知・確認する。通信装置80は、OAM波を受信し、方向ズレ微調整処理を実施する(ステップS820)。通信装置80は、この方向ズレ微調整処理により、OAM波によるアレイアンテナの方向の微調整を行う。   When shifting to the adjustment using the OAM wave for the test signal, the communication device 80 notifies the communication device 70 of “end of coarse adjustment” using the control radio, and the OAM between the communication device 70 and the communication device 80 is notified. Mutually notify and confirm the start of fine adjustment by waves. The communication device 80 receives the OAM wave and performs a direction deviation fine adjustment process (step S820). The communication device 80 performs fine adjustment of the direction of the array antenna by the OAM wave by this direction deviation fine adjustment processing.

このステップS820におけるアレイアンテナの方向の微調整の処理は、第1の実施形態〜第3の実施形態と同様の処理である。つまり、図18のステップS105〜ステップS130と同様の処理、図25におけるステップS605〜ステップS630と同様の処理、又は、図30におけるステップS705〜ステップS720と同様の処理により、通信装置80、又は、通信装置80及び通信装置70は、OAM波の位相特性を活用した軸ズレ調整を行う。   The fine adjustment processing of the direction of the array antenna in step S820 is the same processing as in the first to third embodiments. That is, the communication device 80 or the processing similar to steps S105 to S130 in FIG. 18, the processing similar to steps S605 to S630 in FIG. 25, or the processing similar to steps S705 to S720 in FIG. The communication device 80 and the communication device 70 perform axis misalignment adjustment using the phase characteristics of the OAM wave.

受信側の通信装置80の軸ズレ推定・制御部26又は通信装置70の軸ズレ推定・制御部15は、OAM波の試験信号による方向微調整を終えたか否かを判定する(ステップS825)。ここで、受信側の通信装置80の軸ズレ推定・制御部26又は通信装置70の軸ズレ推定・制御部15が、微調整を終えていないと判定した場合(ステップS825:NO)、通信システム1cは再びステップS820の方向微調整を実施する。受信側の通信装置80の軸ズレ推定・制御部26又は通信装置70の軸ズレ推定・制御部15は、微調整を終えたと判定した場合(ステップS825:YES)、ステップS830の処理を行う。すなわち、受信側の通信装置80の軸ズレ推定・制御部26又は通信装置70の軸ズレ推定・制御部15は、軸ズレが許容範囲内か否かを判定する(ステップS830)。受信側の通信装置80の軸ズレ推定・制御部26又は通信装置70の軸ズレ推定・制御部15が、軸ズレは許容範囲内であると判定した場合(ステップS830:YES)、通信装置70及び通信装置80は、他の無線通信の通信信号に切替え、通信を開始する(ステップS835)。   The axis deviation estimation / control unit 26 of the communication device 80 on the receiving side or the axis deviation estimation / control unit 15 of the communication device 70 determines whether or not the direction fine adjustment by the test signal of the OAM wave is finished (step S825). If the axis deviation estimation / control unit 26 of the communication device 80 on the receiving side or the axis deviation estimation / control unit 15 of the communication device 70 determines that fine adjustment has not been completed (step S825: NO), the communication system In step 1c, the direction fine adjustment in step S820 is performed again. If the axis deviation estimation / control unit 26 of the communication device 80 on the receiving side or the axis deviation estimation / control unit 15 of the communication device 70 determines that the fine adjustment has been completed (step S825: YES), the process of step S830 is performed. That is, the axis deviation estimation / control unit 26 of the communication device 80 on the receiving side or the axis deviation estimation / control unit 15 of the communication device 70 determines whether the axis deviation is within an allowable range (step S830). When the axis deviation estimation / control unit 26 of the communication device 80 on the receiving side or the axis deviation estimation / control unit 15 of the communication device 70 determines that the axis deviation is within the allowable range (step S830: YES), the communication device 70 And the communication apparatus 80 switches to the communication signal of another radio | wireless communication, and starts communication (step S835).

このステップS835で通信を開始する際には、制御無線により受信側の通信装置80又は通信装置70から送信側の通信装置70又は通信装置80に「OAM波による軸調整で許容範囲内になった」旨を通知し、受信側から送信側へ(又は送信側から受信側へ)「通常の通信を開始する」旨を通知することにより、送受間で相互に確認する。   When communication is started in step S835, the control radio transmits from the communication device 80 or communication device 70 on the reception side to the communication device 70 or communication device 80 on the transmission side, “within the allowable range by the axis adjustment by the OAM wave. ”And from the receiving side to the transmitting side (or from the transmitting side to the receiving side) to notify“ start normal communication ”, thereby confirming each other between sending and receiving.

一方、受信側の通信装置80の軸ズレ推定・制御部26又は通信装置70の軸ズレ推定・制御部15は、軸ズレが許容範囲内ではないと判定した場合(ステップS830:NO)、方向微調整(移動調整)が不調である旨を表示する(ステップS840)。受信側の通信装置80又は通信装置70の軸ズレ推定・制御部15は、制御無線により、送信側の通信装置70又は通信装置80へ「OAM波による軸調整で許容範囲に収まらず、調整が不調」を通知する。   On the other hand, if the axis deviation estimation / control unit 26 of the communication device 80 on the receiving side or the axis deviation estimation / control unit 15 of the communication device 70 determines that the axis deviation is not within the allowable range (step S830: NO), the direction It is displayed that the fine adjustment (movement adjustment) is not successful (step S840). The axis deviation estimation / control unit 15 of the communication device 80 on the receiving side or the communication device 70 uses the control radio to transmit to the communication device 70 or the communication device 80 on the transmission side. Notify ”.

ここで粗調整・微調整に関連して、例えば他の無線通信においては送受信間距離が400m、粗調整により送信アンテナ方向に対し受信アンテナの位置で角度≦0.1[°]が許容範囲と仮定する。加えて、アンテナ方向調整の最初の段階では、角度≦0.3[°]の粗調整しかできないとして考える。当然、これらの仮定において粗調整だけの実施では許容範囲の角度を超えるため、通信システム1cは、本実施形態のOAM波を用いた微調整を行う。この場合には、理想的に軸ズレがない状態との差、つまり図23に示す軸ズレの回転角α=0[°]に対し、軸ズレによる位相変化量Δθの識別精度値には0.5[°]程度が必要なる。この精度の値は、図23において、軸ズレの回転角αがプラス範囲ではθ=112.5[°]、回転角αがマイナスではθ=67.5[°]のアンテナ素子を利用するときに、α=±6[°]ならΔθ=±44.5[°]であり、α=0〜±6[°]の範囲でほぼ比例(直線的に)変化することから、0.74[°](≒0.1×44.5/6)と計算できる。従って、軸ズレによる位相変化量Δθの識別精度0.5[°]は、図23に示す位相変化特徴から算出される0.74[°]よりも高い精度となり、許容範囲の角度≦0.1[°]を十分に調整できる。 Here, in relation to the coarse adjustment / fine adjustment, for example, in other wireless communication, the distance between transmission and reception is 400 m, and the angle ≦ 0.1 [°] at the position of the reception antenna with respect to the transmission antenna direction by the coarse adjustment is an allowable range. Assume. In addition, in the first stage of antenna direction adjustment, it is considered that only coarse adjustment of angle ≦ 0.3 [°] can be performed. Naturally, in these assumptions, the angle of the allowable range is exceeded when only the coarse adjustment is performed, so the communication system 1c performs the fine adjustment using the OAM wave of the present embodiment. In this case, with respect to the difference from a state where there is no ideal axis deviation, that is, the rotation angle α = 0 [°] of the axis deviation shown in FIG. About 5 [°] is required. In FIG. 23, this accuracy value is obtained by using an antenna element of θ o = 112.5 [°] when the rotational angle α of the axial deviation is in the plus range and θ o = 67.5 [°] when the rotational angle α is negative. When α = ± 6 [°], Δθ = ± 44.5 [°], and changes substantially proportionally (linearly) in the range of α = 0 to ± 6 [°]. It can be calculated as 74 [°] (≈0.1 × 44.5 / 6). Therefore, the identification accuracy 0.5 [°] of the phase change amount Δθ due to the axis deviation is higher than 0.74 [°] calculated from the phase change feature shown in FIG. 1 [°] can be adjusted sufficiently.

またあるいは、先の第1の実施形態〜第4の実施形態のような別の形態として、仮にOAM波を使用する通信では送受信間距離を100mとし、送信アンテナ方向に対し許容範囲が角度≦0.03[°]であるとする。また粗調整では角度≦0.05[°]にしかできない場合を検討してみる。これら仮定から、OAM波を用いた微調整でズレ位相変化量Δθの識別精度値には0.1[°]とできれば、十分に許容範囲の条件を満たせる。上記の微調整と許容範囲の関連する説明と同様に、図23から、位相変化量Δθが0.22(≒0.03×44.5/6)以内となり、許容範囲の角度≦0.03[°]に対し2倍強の精度の識別能力にあたる。   Alternatively, as another form such as the first to fourth embodiments, in communication using OAM waves, the distance between transmission and reception is 100 m, and the allowable range is an angle ≦ 0 with respect to the direction of the transmission antenna. .03 [°]. Also, consider the case where the angle can only be set to an angle ≦ 0.05 [°] by coarse adjustment. From these assumptions, if the discrimination accuracy value of the shift phase change amount Δθ can be set to 0.1 [°] by fine adjustment using the OAM wave, the allowable range condition can be sufficiently satisfied. Similarly to the above description related to the fine adjustment and the allowable range, from FIG. 23, the phase change amount Δθ is within 0.22 (≈0.03 × 44.5 / 6), and the allowable range angle ≦ 0.03. This corresponds to a discrimination ability with a precision of more than twice that of [°].

以上説明した実施形態によれば、通信システムは、第一通信装置(例えば、通信装置10、51、61、70)と第二通信装置(例えば、通信装置20、55、65、80)とを有する。第一通信装置の第一アンテナ(例えば、アレイアンテナ13、パラボラアンテナ52、誘電体63)は、OAM波を送信する。第二通信装置の第二アンテナ(例えば、アレイアンテナ21、57、68)は、第一アンテナから送信されたOAM波を受信する。第二通信装置の制御部(例えば、軸ズレ推定・制御部26)は、第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれにおいて受信したOAM波の位相に基づいて、第一アンテナからの電波放射方向のズレの角度を求め、求められた角度に基づいて第一アンテナの垂直方向の向きの調整と第一アンテナの水平方向の向きの調整とを個別に行う。   According to the embodiment described above, the communication system includes a first communication device (for example, communication devices 10, 51, 61, and 70) and a second communication device (for example, communication devices 20, 55, 65, and 80). Have. The first antenna (for example, the array antenna 13, the parabolic antenna 52, and the dielectric 63) of the first communication device transmits an OAM wave. The second antenna (for example, the array antennas 21, 57, 68) of the second communication device receives the OAM wave transmitted from the first antenna. The control unit (for example, the axis deviation estimation / control unit 26) of the second communication device is configured to radiate a radio wave from the first antenna based on the phase of the OAM wave received at each of the plurality of antenna elements of the second antenna. The deviation angle of the first antenna is obtained, and the adjustment of the vertical direction of the first antenna and the adjustment of the horizontal direction of the first antenna are individually performed based on the obtained angle.

なお、第二通信装置の制御部は、第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれにおいて受信したOAM波の位相と、第一アンテナからの電波放射方向にズレがあるときに第一アンテナから送信された信号を第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれが受信したときの位相変化の特性とに基づいて、第一アンテナからの電波放射方向の垂直方向又は水平方向のズレの角度を求めてもよい。   The control unit of the second communication device transmits from the first antenna when there is a difference between the phase of the OAM wave received at each of the plurality of antenna elements of the second antenna and the radio wave radiation direction from the first antenna. Based on the characteristics of the phase change when each of the plurality of antenna elements of the second antenna receives the received signal, the angle of the vertical or horizontal deviation of the radio wave radiation direction from the first antenna is obtained. Also good.

また、第二通信装置の制御部は、第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれにおいて受信したOAM波の位相に基づいて、水平方向又は垂直方向の調整が必要か否かを判断する。そして、第二通信装置の制御部は、垂直方向の調整が必要と判断した場合に第一アンテナの垂直方向の回転の調整を行い、水平方向の調整が必要と判断した場合に第一アンテナの水平方向の回転の調整を行う。
あるいは、第二通信装置の制御部は、第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれにおいて受信したOAM波の位相に基づいて、第一アンテナの水平方向又は垂直方向の一方を回転させた前後において、他方の方向の位相の変化があるか否かを判断する。そして、第二通信装置の制御部は、水平方向の位相変化があると判断した場合に第一アンテナの垂直方向の回転の調整を行い、垂直方向の位相変化があると判断した場合に第一アンテナの水平方向の回転の調整を行う。
Further, the control unit of the second communication device determines whether adjustment in the horizontal direction or the vertical direction is necessary based on the phase of the OAM wave received by each of the plurality of antenna elements included in the second antenna. Then, the control unit of the second communication device adjusts the vertical rotation of the first antenna when determining that vertical adjustment is necessary, and adjusts the first antenna when determining that horizontal adjustment is required. Adjust the horizontal rotation.
Alternatively, the control unit of the second communication device may perform before or after rotating one of the horizontal direction and the vertical direction of the first antenna based on the phase of the OAM wave received at each of the plurality of antenna elements of the second antenna. Then, it is determined whether or not there is a phase change in the other direction. Then, the control unit of the second communication device adjusts the vertical rotation of the first antenna when it is determined that there is a horizontal phase change, and when it determines that there is a vertical phase change, Adjust the horizontal rotation of the antenna.

また、第一通信装置は、第二通信装置の制御部による調整に基づいて、第一アンテナの向きを水平方向及び垂直方向に回転させる機構の可動部を備える。
あるいは、第一通信装置は、複数のアンテナ素子が三次元に配された三次元アレイを有しており、この三次元アレイが有するアンテナ素子から選択されたアンテナ素子により第一アンテナを構成する。第一通信装置の選択部は、制御部による調整に基づいて、三次元アレイが有するアンテナ素子から第一アンテナとして用いるアンテナ素子を選択する。
In addition, the first communication device includes a movable portion of a mechanism that rotates the direction of the first antenna in the horizontal direction and the vertical direction based on adjustment by the control unit of the second communication device.
Alternatively, the first communication device has a three-dimensional array in which a plurality of antenna elements are three-dimensionally arranged, and the first antenna is configured by an antenna element selected from the antenna elements included in the three-dimensional array. The selection unit of the first communication device selects an antenna element to be used as the first antenna from the antenna elements included in the three-dimensional array based on the adjustment by the control unit.

上述した実施形態によれば、送受信の軸を的確に調整して、OAM波を用いた無線通信を実現できる。また、他の無線通信においても、OAM波を試験信号に用いることにより、高精度に送受信の軸を調整できる。   According to the above-described embodiment, wireless communication using OAM waves can be realized by accurately adjusting the transmission / reception axis. Also in other wireless communications, the transmission and reception axes can be adjusted with high accuracy by using OAM waves as test signals.

上述した実施形態における通信装置10、51、61、70の軸ズレ推定・制御部15、及び、通信装置20、55、65、80の軸ズレ推定・制御部26など一部の機能をコンピュータで実現するようにしてもよく、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やPLD(Programmable Logic Device)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアを用いて実現してもよい。通信装置10、51、61、70の軸ズレ推定・制御部15、及び、通信装置20、55、65、80の軸ズレ推定・制御部26など一部の機能をコンピュータで実現する場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。   Some functions such as the axis deviation estimation / control unit 15 of the communication devices 10, 51, 61, and 70 and the axis deviation estimation / control unit 26 of the communication devices 20, 55, 65, and 80 in the above-described embodiment are performed by a computer. You may make it implement | achieve, You may implement | achieve using hardware, such as ASIC (Application Specific Integrated Circuit), PLD (Programmable Logic Device), FPGA (Field Programmable Gate Array). When some functions such as the axis deviation estimation / control unit 15 of the communication devices 10, 51, 61, 70 and the axis deviation estimation / control unit 26 of the communication devices 20, 55, 65, 80 are realized by a computer, The program for realizing the function may be recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium may be read by a computer system and executed. Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices. The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Furthermore, the “computer-readable recording medium” dynamically holds a program for a short time like a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In this case, a volatile memory inside a computer system serving as a server or a client in that case may be included and a program held for a certain period of time. The program may be a program for realizing a part of the functions described above, and may be a program capable of realizing the functions described above in combination with a program already recorded in a computer system.

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。   The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes designs and the like that do not depart from the gist of the present invention.

OAM波により通信する通信システムに利用可能である。また、無線通信における送受信アンテナの高精度な方向調整に利用可能である。   The present invention can be used for a communication system that performs communication using OAM waves. In addition, it can be used for highly accurate direction adjustment of a transmission / reception antenna in wireless communication.

1、1a、1b、1c…通信システム
10、20、51、55、61、65、70、80…通信装置
11…信号発生部
12、23、73…位相調整部
13、21、57、68…アレイアンテナ
14、22、132…アンテナ素子
15、26…軸ズレ推定・制御部
16、27…可動部
17、28…制御無線部
24…信号復調部
25…位相測定部
31…板
32…背面支持部
33…外枠
40…取付け板
41…底面板
42…支柱
44…アーム
45、46、47、48…回転部
52、56…パラボラアンテナ
62、66…指向性アンテナ
63、67…誘電体
72…試験信号発生部
74…通信信号発生部
75、83…調整部
84…通信信号復調部
131…三次元アレイ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a, 1b, 1c ... Communication system 10, 20, 51, 55, 61, 65, 70, 80 ... Communication apparatus 11 ... Signal generation part 12, 23, 73 ... Phase adjustment part 13, 21, 57, 68 ... Array antennas 14, 22, 132 ... Antenna elements 15, 26 ... Axial misalignment estimation / control unit 16, 27 ... Movable unit 17, 28 ... Control radio unit 24 ... Signal demodulation unit 25 ... Phase measurement unit 31 ... Plate 32 ... Back support Part 33 ... Outer frame 40 ... Mounting plate 41 ... Bottom plate 42 ... Post 44 ... Arms 45, 46, 47, 48 ... Rotating parts 52, 56 ... Parabolic antennas 62, 66 ... Directional antennas 63, 67 ... Dielectric 72 ... Test signal generation unit 74 ... communication signal generation unit 75, 83 ... adjustment unit 84 ... communication signal demodulation unit 131 ... three-dimensional array

Claims (7)

第一通信装置と第二通信装置とを有する通信システムにおけるアンテナ調整方法であって、
前記第一通信装置の第一アンテナが、OAM(Orbital Angular Momentum)波を送信する送信ステップと、
前記第二通信装置の第二アンテナが、前記OAM波を受信する受信ステップと、
前記第二通信装置の制御部が、前記第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれにおいて受信した前記OAM波の位相に基づいて、前記第一アンテナからの電波放射方向のズレの角度を求め、求められた前記角度に基づいて前記第一アンテナの垂直方向の向きの調整と前記第一アンテナの水平方向の向きの調整とを個別に行う制御ステップと、
を有し、
前記制御ステップにおいては、
前記第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれが受信した前記OAM波の位相を示す情報と、前記第一アンテナからの電波放射方向のズレの角度ごとに求めた、前記第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれが受信する前記OAM波の位相を示す情報とを比較することにより、前記第一アンテナからの電波放射方向の垂直方向又は水平方向のズレの角度を求める、
ことを特徴するアンテナ調整方法。
An antenna adjustment method in a communication system having a first communication device and a second communication device,
A transmission step in which the first antenna of the first communication device transmits an OAM (Orbital Angular Momentum) wave;
A receiving step in which a second antenna of the second communication device receives the OAM wave;
Based on the phase of the OAM wave received by each of the plurality of antenna elements of the second antenna, the control unit of the second communication device obtains the angle of deviation of the radio wave radiation direction from the first antenna, A control step for individually adjusting the vertical direction of the first antenna and adjusting the horizontal direction of the first antenna based on the obtained angle;
I have a,
In the control step,
The plurality of antenna elements included in the second antenna, which are obtained by the information indicating the phase of the OAM wave received by each of the plurality of antenna elements included in the second antenna and the angle of deviation in the radio wave radiation direction from the first antenna. By comparing the information indicating the phase of the OAM wave received by each of the antenna elements, the vertical or horizontal deviation angle of the radio wave radiation direction from the first antenna is obtained.
An antenna adjustment method characterized by that.
前記制御ステップにおいては、前記第一通信装置の可動部が、求められた前記角度に基づいて、前記第一アンテナの向きを水平方向又は垂直方向に回転させる、
ことを特徴とする請求項1に記載のアンテナ調整方法。
In the control step, the movable part of the first communication device rotates the direction of the first antenna in the horizontal direction or the vertical direction based on the obtained angle.
The antenna adjustment method according to claim 1 .
第一通信装置と第二通信装置とを有する通信システムにおけるアンテナ調整方法であって、
前記第一通信装置の第一アンテナが、OAM(Orbital Angular Momentum)波を送信する送信ステップと、
前記第二通信装置の第二アンテナが、前記OAM波を受信する受信ステップと、
前記第二通信装置の制御部が、前記第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれにおいて受信した前記OAM波の位相に基づいて、前記第一アンテナからの電波放射方向のズレの角度を求め、求められた前記角度に基づいて前記第一アンテナの垂直方向の向きの調整と前記第一アンテナの水平方向の向きの調整とを個別に行う制御ステップと、
を有し、
前記第一通信装置は、複数のアンテナ素子が三次元に配された三次元アレイを有し、
前記第一アンテナは、前記三次元アレイが有する前記アンテナ素子から選択されたアンテナ素子により構成され、
前記制御ステップにおいては、前記第一通信装置の選択部が、求められた前記角度に基づいて、前記三次元アレイが有する前記アンテナ素子から前記第一アンテナとして用いるアンテナ素子を選択する、
ことを特徴とするアンテナ調整方法。
An antenna adjustment method in a communication system having a first communication device and a second communication device,
A transmission step in which the first antenna of the first communication device transmits an OAM (Orbital Angular Momentum) wave;
A receiving step in which a second antenna of the second communication device receives the OAM wave;
Based on the phase of the OAM wave received by each of the plurality of antenna elements of the second antenna, the control unit of the second communication device obtains the angle of deviation of the radio wave radiation direction from the first antenna, A control step for individually adjusting the vertical direction of the first antenna and adjusting the horizontal direction of the first antenna based on the obtained angle;
Have
The first communication device has a three-dimensional array in which a plurality of antenna elements are arranged in three dimensions,
The first antenna is constituted by an antenna element selected from the antenna elements of the three-dimensional array,
In the control step, the selection unit of the first communication device selects an antenna element to be used as the first antenna from the antenna elements of the three-dimensional array, based on the obtained angle.
Features and to luer antenna adjusting method that.
前記制御部が、前記第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれにおいて受信した前記OAM波の位相に基づいて、水平方向又は垂直方向の調整が必要か否かを判断する判断ステップをさらに有し、
前記制御ステップにおいては、前記判断ステップにより垂直方向の調整が必要と判断された場合に前記第一アンテナの垂直方向の回転の調整を行い、前記判断ステップにより水平方向の調整が必要と判断された場合に前記第一アンテナの水平方向の回転の調整を行う、
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のアンテナ調整方法。
The control unit further includes a determination step of determining whether adjustment in the horizontal direction or the vertical direction is necessary based on the phase of the OAM wave received at each of the plurality of antenna elements of the second antenna. ,
In the control step, the vertical rotation of the first antenna is adjusted when the determination step determines that vertical adjustment is necessary, and the horizontal adjustment is determined by the determination step. In the case of adjusting the horizontal rotation of the first antenna,
The antenna adjustment method according to any one of claims 1 to 3, wherein the antenna adjustment method is performed.
前記制御部が、前記第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれにおいて受信した前記OAM波の位相に基づいて、前記第一アンテナの水平方向又は垂直方向の一方を回転させた前後において、他方の方向の位相の変化があるか否かを判断する判断ステップをさらに有し、
前記制御ステップにおいては、前記判断ステップにより水平方向の位相変化があると判断された場合に前記第一アンテナの垂直方向の回転の調整を行い、前記判断ステップにより垂直方向の位相変化があると判断された場合に前記第一アンテナの水平方向の回転の調整を行う、
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のアンテナ調整方法。
Based on the phase of the OAM wave received at each of the plurality of antenna elements of the second antenna, the control unit rotates one of the first antenna in the horizontal direction or the vertical direction before and after rotating the other. A determination step for determining whether there is a change in direction phase;
In the control step, when the determination step determines that there is a horizontal phase change, the vertical rotation of the first antenna is adjusted, and the determination step determines that there is a vertical phase change. Adjusting the horizontal rotation of the first antenna when
The antenna adjustment method according to any one of claims 1 to 3, wherein the antenna adjustment method is performed.
第一通信装置と第二通信装置とを有する通信システムであって、
前記第一通信装置は、OAM(Orbital Angular Momentum)波を送信する第一アンテナを備え、
前記第二通信装置は、
前記OAM波を受信する第二アンテナと、
前記第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれにおいて受信した前記OAM波の位相に基づいて、前記第一アンテナからの電波放射方向のズレの角度を求め、求められた前記角度に基づいて前記第一アンテナの垂直方向の向きの調整と前記第一アンテナの水平方向の向きの調整とを個別に行う制御部とを備え
前記制御部は、前記第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれが受信した前記OAM波の位相を示す情報と、前記第一アンテナからの電波放射方向のズレの角度ごとに求めた、前記第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれが受信する前記OAM波の位相を示す情報とを比較することにより、前記第一アンテナからの電波放射方向の垂直方向又は水平方向のズレの角度を求める、
ことを特徴する通信システム。
A communication system having a first communication device and a second communication device,
The first communication device includes a first antenna that transmits an OAM (Orbital Angular Momentum) wave,
The second communication device is
A second antenna for receiving the OAM wave;
Based on the phase of the OAM wave received at each of the plurality of antenna elements of the second antenna, an angle of deviation of the radio wave radiation direction from the first antenna is obtained, and the first angle is obtained based on the obtained angle. A control unit that individually adjusts the vertical direction of one antenna and the horizontal direction of the first antenna ;
The control unit obtains the information indicating the phase of the OAM wave received by each of the plurality of antenna elements of the second antenna and the angle of deviation of the radio wave radiation direction from the first antenna, By comparing the information indicating the phase of the OAM wave received by each of the plurality of antenna elements of the two antennas, the vertical or horizontal deviation angle of the radio wave radiation direction from the first antenna is obtained.
A communication system characterized by that.
第一通信装置と第二通信装置とを有する通信システムであって、A communication system having a first communication device and a second communication device,
前記第一通信装置は、OAM(Orbital Angular Momentum)波を送信する第一アンテナを備え、The first communication device includes a first antenna that transmits an OAM (Orbital Angular Momentum) wave,
前記第二通信装置は、The second communication device is
前記OAM波を受信する第二アンテナと、A second antenna for receiving the OAM wave;
前記第二アンテナが有する複数のアンテナ素子のそれぞれにおいて受信した前記OAM波の位相に基づいて、前記第一アンテナからの電波放射方向のズレの角度を求め、求められた前記角度に基づいて前記第一アンテナの垂直方向の向きの調整と前記第一アンテナの水平方向の向きの調整とを個別に行う制御部とを備え、Based on the phase of the OAM wave received at each of the plurality of antenna elements of the second antenna, an angle of deviation of the radio wave radiation direction from the first antenna is obtained, and the first angle is obtained based on the obtained angle. A control unit that individually adjusts the vertical direction of one antenna and the horizontal direction of the first antenna;
前記第一通信装置は、複数のアンテナ素子が三次元に配された三次元アレイを有し、The first communication device has a three-dimensional array in which a plurality of antenna elements are arranged in three dimensions,
前記第一アンテナは、前記三次元アレイが有する前記アンテナ素子から選択されたアンテナ素子により構成され、The first antenna is constituted by an antenna element selected from the antenna elements of the three-dimensional array,
前記制御部は、前記第一通信装置の選択部に、求められた前記角度に基づいて、前記三次元アレイが有する前記アンテナ素子から前記第一アンテナとして用いるアンテナ素子を選択させる、The control unit causes the selection unit of the first communication device to select an antenna element to be used as the first antenna from the antenna elements of the three-dimensional array based on the obtained angle.
ことを特徴する通信システム。A communication system characterized by that.
JP2016119116A 2016-06-15 2016-06-15 Antenna adjustment method and communication system Active JP6586049B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016119116A JP6586049B2 (en) 2016-06-15 2016-06-15 Antenna adjustment method and communication system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016119116A JP6586049B2 (en) 2016-06-15 2016-06-15 Antenna adjustment method and communication system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017224989A JP2017224989A (en) 2017-12-21
JP6586049B2 true JP6586049B2 (en) 2019-10-02

Family

ID=60688535

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016119116A Active JP6586049B2 (en) 2016-06-15 2016-06-15 Antenna adjustment method and communication system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6586049B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023008614A1 (en) * 2021-07-29 2023-02-02 엘지전자 주식회사 Method and device for transmitting signal through spatial phase-shift beam in wireless communication system

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109994811B (en) * 2019-04-04 2020-12-25 广西电网有限责任公司电力科学研究院 Portable antenna radiation wave pointing device
US12476682B2 (en) * 2021-08-19 2025-11-18 Beijing Xiaomi Mobile Software Co., Ltd. Method and apparatus for OAM beam communication
JP7544286B2 (en) * 2021-09-27 2024-09-03 日本電信電話株式会社 Transmission method and transmission device
WO2023221145A1 (en) * 2022-05-20 2023-11-23 北京小米移动软件有限公司 Antenna module, mobile terminal, and adjustment method for radiation range of antenna array
CN115224481B (en) * 2022-08-10 2024-12-20 合肥工业大学 A broadband OAM mode and polarization composite reconfigurable array antenna
US11774546B1 (en) * 2023-05-12 2023-10-03 Hubble Network Inc. Antenna arrays for position determination

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023008614A1 (en) * 2021-07-29 2023-02-02 엘지전자 주식회사 Method and device for transmitting signal through spatial phase-shift beam in wireless communication system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017224989A (en) 2017-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6586049B2 (en) Antenna adjustment method and communication system
JP6663328B2 (en) Antenna adjustment method and communication device
JP6586048B2 (en) Antenna adjustment method and communication system
US10708918B2 (en) Electronic alignment using signature emissions for backhaul radios
JP6561867B2 (en) Multiple transmitting antenna phase calibration device
JP7025450B2 (en) Arrival angle estimation in wireless communication networks
JP6535046B2 (en) Antenna directivity characteristic measurement system and measurement method for wireless terminal
EP3171456B1 (en) Beam scanning antenna, microwave system and beam alignment method
WO2012171205A1 (en) Phased-array antenna aiming method and device and phased-array antenna
KR20170072207A (en) Topology determination of a filling material surface with uniform line scanning
JP5744987B2 (en) Method and apparatus for performing direction search and wireless communication using a plurality of wireless channels in a wireless communication system
CN112702096A (en) Signal processing method and related device
JP2023550183A (en) antenna system
EP3232503A1 (en) Antenna system and control method
JP5335920B2 (en) Configuration for improved isolation between adjacent cell regions
CN103840872A (en) Device and method for generating weight of antenna and maintenance management device
JP5519818B1 (en) Antenna device
US9548798B2 (en) Near field measurement of active antenna systems
JP6218990B1 (en) Reflector antenna device
JP2019138687A (en) Wireless terminal active antenna estimating method and wireless terminal measuring device
JP5619061B2 (en) Radar device
Rutan-Bedard et al. A frequency shift key radar approach for the reconstruction of flexible phased array geometry
JP2009139183A (en) Angle measuring device
JP7570721B2 (en) Receiving device, transmitting/receiving system, and receiving method
JP2016017786A (en) Radar system and radar apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180905

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190606

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190611

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190806

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190903

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190906

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6586049

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350