JP6663328B2 - アンテナ調整方法及び通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、アンテナ調整方法及び通信装置に関する。

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Ｌ＝１が１回転するのに対し、ＯＡＭモードＬ＝２は倍の２回転となる。同様にＯＡＭモードＬ＝３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。

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。

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> 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>

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Ｌ＝−１とＬ＝２など）の識別が困難となる場合がある。

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装置を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、ＯＡＭ（Orbital Angular Momentum）波を受信する通信装置におけるアンテナ調整方法であって、前記通信装置の複数のアンテナ素子からなるアンテナが、他の通信装置から送信されたＯＡＭ波を受信する受信ステップと、前記通信装置の制御部が、前記複数のアンテナ素子のそれぞれにおける受信信号の位相に基づいて、前記アンテナにおける電波受信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アンテナの垂直方向の向きの調整と前記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、前記複数のアンテナ素子のそれぞれにおける前記受信信号の位相と、前記他の通信装置から送信されたＯＡＭ波を前記アンテナが受信したときの、前記アンテナにおける電波受信方向のズレの角度に対する前記複数のアンテナ素子のそれぞれにおける受信信号の位相変化の特性とに基づいて、前記アンテナにおける電波受信方向の垂直方向又は水平方向のズレの角度を求める。

本発明の一態様は、上述した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、前記アンテナを回転させたときの異なる２つの角度について前記複数のアンテナ素子のそれぞれにおける前記受信信号の位相を取得し、前記複数のアンテナ素子のそれぞれについて取得した前記受信信号の２つの位相の差である位相変化量を計算し、前記位相変化量と前記位相変化の特性とに基づいて、前記アンテナにおける電波受信方向の垂直方向又は水平方向のズレの角度を求める。

本発明の一態様は、上述したアンテナ調整方法であって、前記制御部が、前記複数のアンテナ素子のそれぞれにおける前記受信信号の位相に基づいて、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アンテナの水平方向の回転の調整を行う。

本発明の一態様は、ＯＡＭ（Orbital Angular Momentum）波を受信する通信装置であって、他の通信装置から送信されたＯＡＭ波を受信する複数のアンテナ素子からなるアンテナと、前記複数のアンテナ素子のそれぞれにおける受信信号の位相に基づいて、前記アンテナにおける電波受信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アンテナの垂直方向の向きの調整と前記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、前記複数のアンテナ素子のそれぞれにおける前記受信信号の位相と、前記他の通信装置から送信されたＯＡＭ波を前記アンテナが受信したときの、前記アンテナにおける電波受信方向のズレの角度に対する前記複数のアンテナ素子のそれぞれにおける受信信号の位相変化の特性とに基づいて、前記アンテナにおける電波受信方向の垂直方向又は水平方向のズレの角度を求める。

本発明の一態様は、上述した通信装置であって、前記制御部は、前記アンテナを回転させたときの異なる２つの角度について前記複数のアンテナ素子のそれぞれにおける前記受信信号の位相を取得し、前記複数のアンテナ素子のそれぞれについて取得した前記受信信号の２つの位相の差である位相変化量を計算し、前記位相変化量と前記位相変化の特性とに基づいて、前記アンテナにおける電波受信方向の垂直方向又は水平方向のズレの角度を求める。

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。

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。 モードＬ＝１のＯＡＭ波の特徴と生成を示す図である。 モードＬ＝２のＯＡＭ波の特徴と生成を示す図である。 モードＬ＝−１のＯＡＭ波の特徴と生成を示す図である。 受信側がＺ軸回転した状態を示す図である。 図５に示すＺ軸回転による位相の影響を示す図である。 図５に示すＺ軸回転による位相の影響を示す図である。 第１の実施形態による可動部の構成例を示す図である。 同実施形態による可動部の他の構成例を示す図である。 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。 同実施形態による通信システムにおける、受信側の軸回転による方向調整の動作フローを示す図である。 同実施形態による受信側アレイアンテナがＺ軸回転したときの状態を示す図である。 図１２に示す状態の上面図である。 同実施形態による位相計算グラフ（１）を示す図である。 位相計算をするための図形の全体を示す図である。 図１５における回転による位相に関する部分を拡大して示す図である。 同実施形態による通信システムにおける位相計算グラフ（１）を用いた受信側回転の軸ズレ調整の動作サブフローを示す図である。 同実施形態による位相計算グラフ（２）を示す図である。 同実施形態による通信システムにおける位相計算グラフ（２）を用いた受信側回転の軸ズレ調整の動作サブフローを示す図である。

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。

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。また、軸ズレとは、送信側が信号を送信する方向を送信軸とし、受信側が信号を受信する方向を受信軸としたときの、送信軸と受信軸のズレ（差分）である。

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。

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。

＜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。

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、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１５は、この推定した軸ズレの情報に基づいて、可動部１６を制御するよう指示する。

可動部１６は、自装置が受信側であるときに、アレイアンテナ１３の受信方向を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、アレイアンテナ１３の受信方向を変更する。

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との間で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、受信側回転の調整開始・完了を送受信間で通知・確認する。

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。

＜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。

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。

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。

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アレイアンテナ２１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基づいて、可動部２７を制御するよう指示する。

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。

制御無線部２８は、受信側回転の調整開始・完了を送受信間で通知・確認する。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。

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。

図２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（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。

図３は、モードＬ＝２のＯＡＭ波の特徴と生成を示す。モードＬ＝２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Ｌ＝２では、モードＬ＝１の螺旋に比べて２倍の回転となる。

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Ｌ＝１での螺旋の回転に対して逆転の螺旋となる。

さらに、モードＬ＝３、Ｌ＝４、Ｌ＝５、…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、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Ｌ＝３、Ｌ＝４、Ｌ＝５、…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。

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。

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Ｌ＝１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Ｌ＝２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。

ここで、図５〜図７を用いて軸回転の軸ズレの影響を説明する。
図５は、受信側がＺ軸回転した状態を示す図である。図６及び図７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において、Ｚ軸回転がないときのアレイアンテナ２１をアレイアンテナ２１ａ、Ｚ軸回転があるときのアレイアンテナ２１をアレイアンテナ２１ｂと記載している。また、アレイアンテナ２１ａのアンテナ素子２２をアンテナ素子２２ａ、アレイアンテナ２１ｂのアンテナ素子２２をアンテナ素子２２ｂと記載している。図５〜図７からは、次の様な点が分かる。

（１）受信側がＺ軸回転した場合でも、受信側のアレイアンテナ２１がある平面内でＺ軸上だけは、受信側が軸回転する前後とで比較して変化は無い。

（２）受信側のアレイアンテナ２１にＺ軸回転が発生した場合、送信側のアレイアンテナ１３の中心Ｔｘからアレイアンテナ２１の各アンテナ素子２２までの距離は、Ｚ軸からのアンテナ素子２２の距離に応じて変化する。つまり、Ｚ軸に近いアンテナ素子２２においては送信側のアレイアンテナ１３の中心Ｔｘからの距離のＺ軸回転による変化は僅かである一方、Ｚ軸と距離があるアンテナ素子２２においては送信側のアレイアンテナ１３からの距離のＺ軸回転による変化は大きい。

（３）受信側がＺ軸回転した場合、送信側のアレイアンテナ１３の中心Ｔｘから受信側のアレイアンテナ２１の各アンテナ素子２２それぞれへの方向は、Ｚ軸上にないアンテナ素子２２では変化する。

なお、受信側のアレイアンテナ２１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１２〜図１５、図１８）で後述する。上述したように受信側のアレイアンテナ２１の回転で、送受信間の距離の伸張、送受信方向の変化がある。送信側のアレイアンテナ１３の中心Ｔｘと受信側のアレイアンテナ２１の中心Ｒｏとの間の距離Ｄが受信側のアレイアンテナ２１の開口径（半径ｒｏ）に比べ十分に長く（Ｄ≫ｒｏ）、かつ、受信側のアレイアンテナ２１の回転の角度α_Ｒが数度以内の範囲（α_Ｒ＜５°）である場合、受信側の各アンテナ素子２２においては送受信間の距離（送信側のアレイアンテナ１３の中心Ｔｘから受信側の各アンテナ素子２２までの距離）が主に位相を変化させる要因となる。この第１の実施形態では受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。

図６及び図７を参照して、図５に示すような受信側がＺ軸回転した時、送受信間距離が変化した位相の影響を説明する。図６は受信側におけるＺ軸回転後の受信側の各アンテナ素子２２と送信側のアレイアンテナ１３の中心Ｔｘからの距離の変化を示す。図７は、Ｚ軸回転後の受信側の各アンテナ素子２２の位相値を示す。

まず、図７の上の図に示すように、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とする。Ｚ軸回転していない時、Ｚ軸から各アンテナ素子までの距離は、４つのアンテナ素子ａ、ｄ、ｅ、ｈが同じで短く、その他のアンテナ素子ｂ、ｃ、ｆ、ｇが同じで長い。また図６は、送受信側を含めてＺ軸のプラス側である上から見た平面図である。この図６においてアンテナ素子ａ〜ｈの位置は、上から見るとアンテナ素子ａとアンテナ素子ｄが同じ位置となり、アンテナ素子ｂとアンテナ素子ｃ、アンテナ素子ｅとアンテナ素子ｇ、アンテナ素子ｇとアンテナ素子ｆがそれぞれ同じ位置になる。これら同じ位置のアンテナ素子２２の組は、Ｚ軸を中心に受信側のアレイアンテナ２１を回転させた場合でも、変わらない。従って、Ｚ軸回転前後で、各アンテナ素子２２の組ごとに、送信側のアレイアンテナ１３との距離が変化している。この距離の変化により、アンテナ素子ａ及びアンテナ素子ｄの位相が＋ｐ変化し、アンテナ素子ｂ及びアンテナ素子ｃの位相は＋ｑ変化すると仮定する。この場合、これらアンテナ素子とは反対に残りのアンテナ素子２２では、同じＺ軸回転前後で逆のアンテナ距離の変化が生じ、アンテナ素子ｅ及びアンテナ素子ｈの位相は−ｐ変化し、アンテナ素子ｇ及びアンテナ素子ｆの位相は−ｑ変化する。

図７の下側に示す表にはＺ軸回転があるときの受信側の各アンテナ素子ａ〜ｈの位相と、ＯＡＭモードＬ＝２でありＺ軸回転がないときの位相を示す。この表のアンテナ素子の欄において、上述したアンテナ素子ａ〜ｈに続いて括弧“（）”内に示す数値は、ＯＡＭ波のモードＬ＝１であると仮定したときのＺ軸回転がない場合の位相を示す。この位相は、Ｘ−Ｚ平面において、受信側のアレイアンテナ２１の中心Ｒｏを円の中心として、０°のＸ軸と各アンテナ素子ａ〜ｈが成す中心角、つまりそのアンテナ素子の位置を示す。また位相の欄は、Ｚ軸回転があるときに各アンテナ素子ａ〜ｈにより得られる位相を示す。この表では上述した＋ｐ＝１８[°]、＋q＝５４[°]であるときの位相が、簡単な計算で求められる。さらに同表の（Ｌ＝２）欄では、ＯＡＭ波がモードＬ＝２のときに受信側のアレイアンテナ２１がＺ軸回転していない場合に得られる各アンテナ素子ａ〜ｈの位相を示す。

この図７の下側の表から分かるように、受信側のアレイアンテナ２１がＺ軸回転すると、各アンテナ素子ａ〜ｈのそれぞれの位相値が、本来のＯＡＭ波のモードＬ＝１よりも別のモードＬ＝２の時に近い値となる。すなわち、表中において破線枠で囲まれたアンテナ素子ａ、ｂ、ｇ、ｈのように半数のアンテナ素子２２が本来とは異なるＯＡＭ波のモードＬ＝２と誤った識別になる。従って、図５に示す軸ズレの状態で全てのアンテナ素子ａ〜ｈの位相はＯＡＭモードＬ＝１による送信において（当然、他のＯＡＭモードＬ＝−１、Ｌ＝２、…などの送信においても）受信が上手くできない。

上記では、受信側での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受信側での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。

図８は、位置ズレ・方向ズレを調整する可動部２７の構成例を示す図である。同図に示す構成例の可動部２７は、２軸（Ｘ軸、Ｚ軸）を中心としてアレイアンテナ２１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２２を円状に配置したアレイアンテナ２１を例に挙げている。アレイアンテナ２１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２１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。

同図に示す可動部２７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２１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。

なお、背面支持部３２の位置は、四角のアレイアンテナ２１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。

図９は、方向ズレを調整する可動部２７の他の構成例を示す図である。同図に示す構成の可動部２７は、先の図８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２２を円状に配置したアレイアンテナ２１を、取付け板４０に取り付けている。同図においても図８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２１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。

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２１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２１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。

さらに、図９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２１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。

図１０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２１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２３２が並べられた三次元アレイ２３１から方向に応じたサブアレイを選択する。図１０（ａ）は、三次元アレイ２３１を示す図である。三次元アレイ２３１には、多数のアンテナ素子２３２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１０（ｂ）は、図１０（ａ）と同じアンテナ素子２３２の配置の三次元アレイ２３１を、上から見た図である。

図１０（ａ）及び図１０（ｂ）では、三次元アレイ２３１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２３２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２３２を、網掛けにより示している。

図１０（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の受信軸は異なっている。回転前のサブアレイＳＡ１の受信軸をＢ１とすると、回転時のサブアレイＳＡ２の受信軸はＢ２となる。図１０に示すように、三次元アレイ２３１内に三次元に配置される多数のアンテナ素子２３２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２３２を選び直して別のサブアレイとすることにより、受信軸を回転させる操作が実現できる。

なお、この図１０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２０は、可動部２７に代えて、三次元アレイ２３１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。

なお、図８〜図１０では、軸ズレを調整するための受信側の可動部２７の機構の例を示したが、送信側における軸ズレを調整するための可動部１６の機構も、図８〜図１０と同様である。図１０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１０は、可動部１６に代えて、三次元アレイ２３１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８、図９）またはサブアレイの選択による方向調整の実現（図１０）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。

＜第２の実施形態＞
この第２の実施形態では、受信側での回転による軸ズレ調整について述べる。図１１には、受信側回転ズレによる調整として、受信側回転による調整の動作フローを示す。

図１１は、通信システム１における、受信側の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、受信側において受信側のアレイアンテナ２１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、本来の方向に受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。

同図に示す動作フローは、４つの段階、「調整の必要確認」、「受信側Ｚ軸回転の調整」、「受信側Ｘ軸回転の調整」、「調整完了の確認」からなる。

同図に示す動作フローの「調整の必要確認」段階では、受信側の通信装置２０の軸ズレ推定・制御部２６が、「受信側Ｚ軸回転の調整」段階に移行するために、受信側で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Ｓ１１０５）。軸ズレ推定・制御部２６は、受信側でＺ軸回転の調整が必要と判定した場合（ステップＳ１１０５：ＹＥＳ）、次のステップＳ１１１０へ移行する。受信側の軸ズレ推定・制御部２６は、受信側のＺ軸回転調整を全範囲内で確認したか否かを判定する（ステップＳ１１１０）。

受信側の軸ズレ推定・制御部２６が、まだ受信側のＺ軸回転調整の確認は全範囲分に達しないと判定した場合（ステップＳ１１１０：ＮＯ）、次に通信システム１は、第２段階である「受信側Ｚ軸回転の調整」段階に進み、受信側のＺ軸回転での調整を行う（ステップＳ１１１５）。ステップＳ１１１５の受信側のＺ軸回転での調整処理においては、受信側の通信装置２０のＺ軸回転角を変更する。具体的には、ステップＳ１１１５の受信側のＺ軸回転の調整処理において、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のそれぞれが受信したＯＡＭ波の位相に基づき、受信側のＺ軸回転の調整量を算出する。受信側の通信装置２０の軸ズレ推定・制御部２６は、算出した受信側のＺ軸回転の調整量に基づき可動部２７を制御し、アレイアンテナ２１のＺ軸回転角を変更する。ステップＳ１１１５の受信側の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Ｓ１１０５に戻り、判定と受信側のＺ軸回転の調整（ステップＳ１１０５〜ステップＳ１１１５）を繰り返す。

なお、「調整の必要確認」を行うに当り、ステップＳ１１０５において、通信装置２０は、制御無線を用いて通信装置１０に「受信側Ｚ軸回転の調整開始」を通知し、通信装置１０及び通信装置２０の間で、「受信側Ｚ軸回転の調整開始」を確認している。この通知により、通信装置１０のアレイアンテナ１３は、軸回転調整に向けた試験信号のＯＡＭ波を送信する。通信装置２０は、各アンテナ素子２２が受信したＯＡＭ波の位相測定結果に基づく受信側Ｚ軸回転調整の動作を開始する。ただし、送受信側の双方にオペレータを配備して、オペレータの指示により、予め決めた時刻に受信側Ｚ軸回転調整の動作を開始すれば、制御無線による通知はなくてもよい。あるいは、オペレータを配備することなく、送受信側の双方で、タイマーにより、予め決めた時刻に受信側Ｚ軸回転調整の動作を開始するようにしてもよい。

受信側の通信装置２０の軸ズレ推定・制御部２６は、ステップＳ１１０５において受信側の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Ｓ１１０５：ＮＯ）、受信側Ｚ軸回転の調整（ステップＳ１１０５〜ステップＳ１１１５）が終了したと判断する。通信システム１は、第３段階の「受信側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Ｓ１１１０において受信側のＺ軸回転調整を全範囲内で確認したと判定した場合（ステップＳ１１１０：ＹＥＳ）、受信側での回転調整の未完了を表示し（ステップＳ１１４０）、図１１の動作フロー処理を終了する。

「受信側Ｘ軸回転の調整」段階に移行すると、受信側の通信装置２０の軸ズレ推定・制御部２６は、受信側でＸ軸回転による調整が必要か否かを判定する（ステップＳ１１２０）。軸ズレ推定・制御部２６は、受信側でＸ軸回転による調整が必要と判定した場合（ステップＳ１１２０：ＹＥＳ）、続いて、受信側のＸ軸回転調整を全範囲内で確認したか否かを判定する（ステップＳ１１２５）。

受信側の軸ズレ推定・制御部２６は、まだ受信側のＸ軸回転調整の確認が全範囲分に渡っていないと判定した時（ステップＳ１１２５：ＮＯ）、受信側のＸ軸回転での調整を行う（ステップＳ１１３０）。ステップＳ１１３０における受信側のＸ軸回転での調整処理は、受信側の通信装置２０のＸ軸回転角を変更する。この受信側Ｘ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のそれぞれで受信したＯＡＭ波の位相に基づき、受信側におけるＸ軸回転の調整量を算出する。受信側の通信装置２０は、算出した受信側におけるＸ軸回転の調整量に基づき可動部２７を制御し、アレイアンテナ２１のＸ軸回転角を変更する。ステップＳ１１３０の受信側のＸ軸回転での調整処理の後、通信システム１はステップＳ１１２０に戻り、再度受信側でＸ軸回転での調整が不要か／否かの判定と、受信側のＸ軸回転での調整を繰り返す（ステップＳ１１２０〜ステップＳ１１３０）。

なお、「受信側Ｘ軸回転の調整」へ移行する際に、通信装置２０は、制御無線を用いて通信装置１０に「受信側Ｚ軸回転を終え、受信側Ｘ軸回転調整へ移行」を通知する。この通知により、通信装置１０は、ＯＡＭ波による軸回転調整の試験信号をアレイアンテナ１３から送信し続け、通信装置２０はそのＯＡＭ波の位相に基づいて受信側Ｘ軸回転調整を進める。しかし、制御無線を使わない場合、通信装置１０は、予め受信側Ｘ軸回転調整と受信側Ｚ軸回転調整に要する時間を想定し、これらを合せた時間内は軸回転調整のＯＡＭ波の試験信号を放射し続ける。

受信側の通信装置２０の軸ズレ推定・制御部２６が、ステップＳ１１２０において受信側でＸ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Ｓ１１２０：ＮＯ）、通信システム１は回転調整を完了する（ステップＳ１１３５）。ステップＳ１１３５では、制御無線を用い、送受側と受信側が制御無線により、「受信側での回転調整完了」を知らせる。この受信側の通信装置２０から「受信側での回転調整完了」の制御無線での通知により、送信側の通信装置１０は「受信側での回転調整完了」を認識する。

なお、受信側の通信装置２０の軸ズレ推定・制御部２６は、受信側Ｘ軸回転の調整途中で、受信側の全ての範囲のＸ軸回転調整を確認したと判定した場合（ステップＳ１１２５：ＹＥＳ）、回転調整の未完了を表示し（ステップＳ１１４０）、図１１の動作フローを終了する。ステップＳ１１４０の処理では、制御無線を用い受信側から送信側へ「受信側での回転調整未完了」を通知する。

上述したように、通信装置２０は、制御無線を用いて通信装置１０へ「受信側での回転調整完了」又は「受信側での回転調整未完了」を通知しているが、制御無線を用いない場合、上述した受信側Ｘ軸回転調整と受信側Ｚ軸回転調整とに要すると想定される時間を超えたときに、通信装置１０は、ＯＡＭ波による通信を試みる。このＯＡＭ波で通信ができない、若しくはエラー率が満足できない場合、通信装置１０は、軸調整が不調と判断する。

ここまで、Ｚ軸とＸ軸の回転により段階的に受信側のアレイアンテナ２１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く。以下、調整が必要かの判定に使用する、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。

＜第２の実施形態の詳細な処理の例１＞
図１２及び図１３は、受信側回転での位相計算を説明するための図である。図１２は、受信側のアレイアンテナ２１がＺ軸回転したときの状態を示す図である。送信側のアレイアンテナ１３の中心Ｔｘと受信側のアレイアンテナ２１の中心Ｒｏとの間の距離はＤ［ｍ］であり、送信側・受信側とも８素子を円周上に配置したアレイアンテナを想定する。またＺ軸を中心に受信側のアレイアンテナ２１を角度α_Ｒだけ回転させる。回転前のアレイアンテナ２１をアレイアンテナ２１ａと記載し、回転後のアレイアンテナ２１をアレイアンテナ２１ｂと記載している。

図１３は、図１２に示すように受信側のアレイアンテナ２１のＺ軸を角度α_Ｒ回転させたときの上面図である。図１３に示すように、Ｚ軸回転がないときの受信側のアレイアンテナ２１ａ上の受信円Ｃ３、Ｚ軸回転があるときの受信側のアレイアンテナ２１ｂ上の受信円Ｃ４、位相を求めるための計算補助円Ｃ５の３つの円を考え、受信側のアンテナ素子２２ｂでの位相を計算する。

図１２及び図１３では受信側に回転ズレがある場合の各アンテナ素子位置での位相を示している。ここで、同図におけるパラメータ条件の定義について述べる。送受信間（通信装置１０と通信装置２０の間）の距離はＤである。Ｚ軸回転がない受信側のアレイアンテナ２１ａにおいて、円周上に全てのアンテナ素子２２ａを配置する円が受信円Ｃ３となる。この受信円Ｃ３は、Ｚ軸回転があると受信円Ｃ４となる。つまり受信円Ｃ４は、Ｚ軸回転があるときの受信側のアレイアンテナ２１ｂにおいて、円周上に全てのアンテナ素子２２ｂを配置する円である。受信円Ｃ３の中心を点Ｒｏ、送信側の全てのアンテナ素子１４を配置する円の中心を点Ｔｘとした場合、距離Ｄは、点Ｔｘ−Ｒｏの間の距離である。受信側のあるアンテナ素子２２ａの位置は、受信円Ｃ３における中心角θｏ[°]と広がり角β[°]により決まる。従って、受信側のアンテナ素子２２ａが配置される受信円Ｃ３の半径はＤ・ｔａｎβとなる。

図１２に示す受信側のアレイアンテナ２１ａの例では、円状に８素子のアンテナ素子２２ａを配置する。中心角θｏ＝２２．５[°]、６７．５［°］、１１２．５［°］、…、３３７．５［°］のアンテナ素子２２ａ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_Ｒ［°］だけ、受信側のアレイアンテナ２１ａがＺ軸回転しており、図１２ではアレイアンテナ２１ｂとして示されている。この回転ズレによる位相の値（位相変化）をθ３［°］とする。ＯＡＭモードＬ＝１の場合、回転ズレのない（本来の）アンテナ素子２２ａの位相を、ここでは簡単に検討できるよう仮に中心角θｏと同じとして検討する。この仮定を同様に適用し、回転ズレの位相も軸ズレのある時は放射方向のＹ軸に対し垂直なＸＺ平面で位相を求めるための計算補助円Ｃ５を考え、計算補助円Ｃ５におけるＹ軸を中心（点Ｒ１）として受信側のアンテナ素子２２ｂの位置を見る中心角をθ１とする。加えて送信側からの距離に関する位相変化θ２を加算し、受信側のアレイアンテナ２１の回転による位相変化θ３（＝θ１＋θ２）を求める。これにより軸ズレに伴う位相の変化の程度となる位相差Δθ３（＝θ３−θｏ）も計算できる。

なお、ここではＯＡＭモードＬ＝１の場合を前提にする簡単な検討であるが、仮にＯＡＭモードＬ＝２の場合は回転ズレのない（本来の）位相が中心角θｏに対し２倍と考える。アンテナ素子２２が８素子のアンテナ素子ａ、ｂ、ｃ、…、ｈに対し、４５[°]、１３５［°］、２２５［°］、…、６７５［°］（３１５［°］）とする。さらに、別の仮定でＯＡＭモードＬ＝３は中心角θｏに対し３倍と考え、同じアンテナ素子２２の条件に対し、６７．５[°]、２０２．５［°］、３３７．５［°］、…、１０１２．５［°］（２９２．５［°］）とする。或いは別の仮定でＯＡＭモードＬ＝−１では中心角θｏに対し−１倍、同条件で−２２．５[°]（３３７．５［°］）、−６７．５［°］（２９２．５［°］）、−１１２．５［°］（２４７．５［°］）、…、−３３７．５［°］（２２．５［°］）、つまりプラスマイナス（±）符号が反転すると考える。

また、この図１２では円状に配置する素子数を８個としたが、例えば素子数を１２個とすると、１２個のアンテナ素子２２の中心角θｏはそれぞれ、１５［°］、４５［°］、７５［°］、…、３４５［°］になる。さらに、素子数が１８個なら、１８個のアンテナ素子２２の中心角θｏは、１０［°］、３０［°］、５０［°］、…、３５０［°］となる。

図１４および図１８は、受信側の回転ズレがある時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計算グラフである。以降は、図１４に示す位相計算グラフを位相計算グラフ（１）とし、図１８に示す位相計算グラフを位相計算グラフ（２）と記載する。図１４と図１８では、先の図１２に示す条件で、一例として受信側のズレ回転角α_Ｒを−６〜６［°］まで変化させた場合の位相変化θ３を示す。

図１４に示す位相計算グラフ（１）にてプロットされた点は、中心角θｏが受信側の異なる８つのアンテナ素子２２の回転角α_Ｒ＝−６、−３、０、３、６［°］のときの位相変化θ３を表す。なお、送受信間距離Ｄは１．８ｍ、周波数ｆは５．２ＧＨｚ（波長λが５．７６９ｃｍ）とした。また、受信側のアンテナ素子２２の位置については、広がり角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θｏ＝２２．５［°］、６７．５［°］、１１２．５［°］、…、３３７．５［°］）を例とした。

図１４の位相計算グラフ（１）に示すように、ズレ回転角α_Ｒの変化に伴い、円周上にアンテナ素子２２が配置された受信円Ｃ３の中心角θｏ＝２２．５［°］、６７．５［°］、１１２．５［°］、…、３３７．５［°］（グラフ中に点線で囲まれた８つのプロットの集合はそれぞれ各アンテナ素子ａ、ｂ、ｃ、…、ｈの位置に対応）に対して、位相変化θ３が違うことが分かる。さらに、受信側のズレ回転角α_Ｒが変化すると、図１４の位相計算グラフ（１）に示すように、各アンテナ素子ａ〜ｈの位相変化θ３の値が変化する。そして、図１８の位相計算グラフ（２）に示すように、位相差Δθ３はアンテナ素子ａ、ｂ、ｃ、…、ｈそれぞれの位置（θｏ＝２２．５［°］、６７．５［°］、１１２．５［°］、…、３３７．５［°］に対応した線）に依存する。これらの変化の特徴から、各アンテナ素子２２の位相を把握して受信側のズレ回転角α_Ｒを特定する。

この図１４に示した、受信側回転の軸ズレがあるときの受信側の各アンテナ素子位置における位相変化の特徴は、図１５及び図１６に示す系から求められる。
図１５は、位相計算をするための図形の全体を示す図であり、図１６は、図１５における回転による位相θ１に関する部分図を拡大して示す図である。

この図１５において、送信側のアレイアンテナ１３の中心となる点Ｔｘの座標を原点（０，０，０）に設定する。同図の受信側には、先の図１２で触れた３つの円がある。すなわち、符号Ｃ３はＺ軸回転がない受信円、符号Ｃ４はＺ軸回転がある受信円、符号Ｃ５は位相を求めるための計算補助円である。これら２つの受信円Ｃ３、Ｃ４の中心である点Ｒｏの座標は（０，Ｄ，０）となる。そして受信円Ｃ３においてＸ軸から反時計回りに中心角θｏ［°］にあるアンテナ素子２２の位置Ｒｘを座標（Ｘｏ，Ｄ，Ｚｏ）とする。さらに、受信円Ｃ３上のアンテナ素子２２の位置Ｒｘから回転角α_ＲだけＺ軸回転させた受信円Ｃ４にあるそのアンテナ素子２２の位置Ｒｘを座標（Ｘ，Ｄ＋Ｙ，Ｚ）とする。計算補助円Ｃ５は、受信円Ｃ４にあるアンテナ素子２２の位置Ｒｘを通り、Ｘ軸−Ｚ軸平面と平行な面上のＹ軸を中心とする円である。計算補助円Ｃ５の中心を点Ｒ１とする。また、Ｚ軸回転後の受信側のアンテナ素子２２の位置ＲｘをＸ−Ｙ平面に投影した点をＳｒとする。

ここで、図１５から距離Ｒｏ−Ｒｘを考える。先の記述にて、Ｚ軸回転がない受信円Ｃ３上の半径がＤ・ｔａｎβ、つまり受信側のアンテナ素子２２の位置Ｒｘへの方向となる広がり角βの三角関数（ｔａｎ）と送受信間距離のＤとの積であると説明した。この広がり角βは、Ｙ軸である送信側のアレイアンテナ１３からの送信方向と、送信側のアレイアンテナ１３の中心Ｔｘから見た受信側のアンテナ素子２２の位置Ｒｘへの方向とがなす角である。次に、この受信円Ｃ３の半径はＺ軸回転させた受信円Ｃ４の半径と同じなので、距離Ｒｏ−ＲｘはＤ・ｔａｎβである。また、図１６からＺ軸回転していない場合のアンテナ素子２２の位置Ｒｘの座標（Ｘｏ，Ｄ，Ｚｏ）およびこのアンテナ素子２２のＺ軸回転後の位置Ｒｘの座標（Ｘ，Ｄ＋Ｙ，Ｚ）について考える。

最初に座標（Ｘ，Ｄ＋Ｙ，Ｚ）のＺの値について検討する。点Ｒｘが受信円Ｃ４上にあるので、上述のようにＲｏ−Ｒｘが半径のＤ・ｔａｎβであり、受信円Ｃ３がＺ軸回転して受信円Ｃ４になるのでＸ−Ｙ平面と点Ｒｘ間の角度はθｏである。従って点Ｒｘの座標のＺは、Ｘ−Ｙ平面と点Ｒｘとの間の距離（＝Ｓｒ−Ｒｘの距離）であり、角度θｏの正弦（ｓｉｎ）とＤ・ｔａｎβ（Ｒｏ−Ｒｘの距離）との積、すなわち、Ｚ＝Ｄ・ｔａｎβｓｉｎθｏとなる。この式では、受信側のアレイアンテナ２１のＺ軸を中心とする回転とは無関係であるため、Ｚｏ＝Ｚ（＝Ｄ・ｔａｎβｓｉｎθｏ）である。

位置Ｒｘの座標（Ｘ，Ｄ＋Ｙ，Ｚ）におけるＸの値とＹの値については、Ｚ軸回転後の受信側のアンテナ素子２２の位置ＲｘをＸ−Ｙ平面に投影した点Ｓｒと、受信側のアレイアンテナ２１の中心の点Ｒｏの距離を考える。

まず、三角形ＲｏＲｘＳｒにおいてＲｏの角度はθｏである。また、Ｒｏ−Ｒｘの距離は受信円Ｃ３の半径に等しく、Ｄ・ｔａｎβである。これらから三角形ＲｏＲｘＳｒの点Ｒｏの角度θｏでの余弦（ｃｏｓ）、つまりＤ・ｔａｎβｃｏｓθｏがＳｒ−Ｒｏの距離となる。

次に、三角形ＲｏＳｒＲ１におけるＳｒ−Ｒ１間の距離が求めたいＸの値に、また、Ｒ１−Ｒｏ間の距離が求めたいＹの値となる。ここで三角形ＲｏＳｒＲ１における点Ｓｒの角度は、先のＺ軸回転させた角度α_Ｒになっている。先に導いたＳｒ−Ｒｏ間の距離Ｄ・ｔａｎβｃｏｓθｏから、三角形ＲｏＳｒＲ１における点Ｓｒの角度α_Ｒでの余弦（ｃｏｓ）となるＤ・ｔａｎβｃｏｓα_Ｒｃｏｓθｏが点ＲｘのＸの座標値である。この式Ｘ＝Ｄ・ｔａｎβｃｏｓα_Ｒｃｏｓθｏにおいて、Ｚ軸回転がないα_Ｒ＝０としたらｃｏｓα_Ｒ＝１となり、このＺ軸回転していないアンテナ素子２２の位置ＲｘのＸ座標値がＸｏであるから、Ｄ・ｔａｎβｃｏｓθｏとなる。

さらに同じ様に、三角形ＲｏＳｒＲ１における点Ｓｒの角度α_Ｒの正弦（ｓｉｎ）から、Ｚ軸回転後のアンテナ素子２２の位置Ｒｘ（Ｘ，Ｄ＋Ｙ，Ｚ）におけるＹの値となるＲｏ−Ｒ１距離を求めると、Ｄ・ｔａｎβｓｉｎα_Ｒｃｏｓθｏになる。もし、この式Ｙ＝Ｄ・ｔａｎβｓｉｎα_ＲｃｏｓθｏからＺ軸回転しない（α_Ｒ＝０）アンテナ素子２２の位置ＲｘのＹ軸での座標を得ようとしても、ｓｉｎα_Ｒ＝０からＤ・ｔａｎβｓｉｎα_Ｒｃｏｓθｏ＝０となる。すなわちＺ軸回転しない時にアンテナ素子２２の位置ＲｘにおけるＹ軸での座標は、必ず送受信距離Ｄとなる。

以上の受信円Ｃ３と受信円Ｃ４の関係からアンテナ素子位置の点Ｒｘの座標を整理すると、次のように関係式（１）〜式（５）が挙げられる。

ここで、回転がある受信円Ｃ４の中心角θｏに対して、回転による位相θ１（計算補助円Ｃ５の中心角θ１）について求めるため、その余弦を取ると次式（６）となる。

この式（６）は、式中のＸ、Ｚに先の式（１）〜（３）を代入し、式変形の途中に分子分母をＤ・ｔａｎβで約分して整理した。そして、式（６）から受信側回転による位相θ１を求める式（７）が導出される。

また、受信側のアレイアンテナ２１の回転による送受信間の距離差からの追加位相θ２を求めるため、受信側回転がない場合と、Ｚ軸の受信側回転がある場合のそれぞれにおいて、送信側のアレイアンテナ１３の中心Ｔｘから受信側のアンテナ素子２２の位置Ｒｘまでの距離を求める式（８）、式（９）は以下となる。

この式（８）は、左辺のＸｏ、Ｚｏに先の式（１）、式（２）を代入し、式変形には三角関数の公式（平方和：ｃｏｓ^２θｏ＋ｓｉｎ^２θｏ＝１）を用いることによって得られる。

この式（９）は、左辺のＸ、Ｙ、Ｚに先の式（３）、式（４）、式（５）を代入し、式変形には三角関数の公式（平方和：ｃｏｓ^２α_Ｒ＋ｓｉｎ^２α_Ｒ＝１、ｃｏｓ^２θｏ＋ｓｉｎ^２θｏ＝１）を用いることによって得られる。

そして、式（８）、式（９）より距離差からの追加位相θ２は次の式（１０）により求められる。

ここで、式（１０）におけるλは波長であり、ＯＡＭ波を生成する際に使用する周波数より決まる。

受信側のアレイアンテナ２１をＺ軸回転させた時の位相変化θ３は次の式（１１）の様になる。

上記のように導出された式（１１）により、図１４に示す位相計算グラフ（１）を得ることができる。

この図１４に挙げた位相計算グラフ（１）には受信側の回転角α_Ｒにより位相が変化する状況を示す。このグラフでは回転角α_Ｒは−６〜６［°］までを示す。受信側のアンテナ素子２２で得られる位相を測定し、このグラフのどの曲線に近いかを確認し、その時の受信側回転の軸ズレの程度を知る。このように把握された軸ズレとは反対の方向へ回転すれば、軸ズレ調整ができる。

以下に示す図１７は、受信側回転の軸ズレ調整（１）として、位相計算グラフ（１）を用いた調整のサブフローを示す。この図１７では、先に説明した図１１に示す受信側回転の軸ズレ調整における、受信側回転による調整動作の一部フローを詳細にする。

図１７は、図１４の位相計算グラフ（１）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１７に示す動作サブフローは、図１１に示す方向調整の動作フローの一部分（ステップＳ１１０５〜ステップＳ１１１５）における、ステップＳ１１０５の受信側でＺ軸回転による調整が必要か否かの判定処理と、ステップＳ１１１５における受信側のＺ軸回転での調整（Ｚ軸回転角の変更）処理の詳細を示す。

まず、ステップＳ１１０５における調整が必要か否かの判定処理の詳細な処理を説明する。ステップＳ１１０５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。

１段階目では、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Ｓ１２０５）。図１４（或いは、図１８）では仮定する受信側のアレイアンテナ２１は８素子の形態であり、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。

２段階目では、通信装置２０の軸ズレ推定・制御部２６が、全アンテナ素子２２の相対的な位相を算出する（ステップＳ１２１０）。この後のステップＳ１２１５にて比較に用いる位相計算グラフ（１）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の位置での位相θｏを基にし、ＯＡＭ波による受信の位相値を想定する。つまりθｏ＝２２．５［°］、６７．５［°］、１１２．５［°］、…、３３７．５［°］は、アンテナ素子２２の位置が、Ｘ−Ｚ座標の平面上でＸ軸方向を０［°］とし反時計回りにθｏ＝２２．５［°］、６７．５［°］、１１２．５［°］、…、３３７．５［°］の所になる。従って、軸ズレ推定・制御部２６は、各アンテナ素子２２から取得した位相に（８素子なら８つの位相の全てに）適切な位相差を加える。

例えば、具体的には、位相θｏ＝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−１０６．９（２５３．１）［°］、−６２．１（２９７．９）［°］、−１８．３（３４１．７）［°］、…、２０６．８［°］を得た場合、軸ズレ推定・制御部２６は、位相差１３０［°］を加算する。この加算により、各アンテナ素子２２の位相値は、アンテナ素子位置θｏに近い値、θｏ＝２３．１［°］、６７．９［°］、１１１．７［°］、…、３３６．８［°］となる。この例の適切な位相差を求める算出方法は、次の手順により求められる。

まずは、一旦仮に各アンテナ素子位置を特定するθｏからそのアンテナ素子２２で得られた位相値を減算する。この処理により円周上のアンテナ素子２２の順に１２９．４（＝２２．５−（−１０６．９））［°］、１２９.６（＝６７．５−（−６２．１））［°］、１３０．８（＝１１２．５−（−１８．３））［°］、・・・、１３０．７（＝３３７．５−２０６．８）［°］が得られる。次に、これら引いた計算値の最小から最大まで、例えば１２９．４［°］〜１３０．８［°］で０．１［°］毎に得られた位相から実際に引き算した値が、各アンテナ素子２２の位置を特定するθｏとどの程度差があるかを確認する。すなわち、それぞれアンテナ素子２２での差の２乗を求め、全アンテナ素子２２の位相差の２乗が最小になるようにすれば、適切な位相差を得ることができる。この説明はＯＡＭモードＬ＝１の場合である。もしＯＡＭモードＬ＝２、Ｌ＝３、…ならば、アンテナ素子位置θｏに対し２倍、３倍、…となる位相を想定し加算する位相差とする。またＯＡＭモードＬ＝−１の場合、想定する位相をアンテナ素子位置θｏの符号のプラスマイナスを反転した位相差とする。

３段階目では、軸ズレ推定・制御部２６は、前段階のステップＳ１２１０にて算出した位相を図１４に示す位相計算グラフ（１）と比較する（ステップＳ１２１５）。つまり、軸ズレ推定・制御部２６は、ステップＳ１２１０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、位相計算グラフ（１）と照合する。位相計算グラフ（１）においては、ズレ回転角α_Ｒが−６〜６［°］と異なる条件での位相変化を示す。しかし、この比較処理ステップＳ１２１５では、軸ズレ推定・制御部２６は、ステップＳ１２１０にて算出した位相が、α_Ｒ＝０［°］とズレがない条件の位相特性に一致するか、或いは図１４ではα_Ｒ＝±３［°］とズレが最も少ない特性に近いかを確認する。

４段階目では、軸ズレ推定・制御部２６は、ステップＳ１２１５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（受信側でＺ軸回転調整不要）か否かを判定する（ステップＳ１２２０）。つまり、軸ズレ推定・制御部２６は、ステップＳ１２１５における位相計算グラフ（１）との比較において、ステップＳ１２１０にて算出した全アンテナ素子２２の位相は、α_Ｒ＝０［°］でありズレがない時の直線グラフに一致しＺ軸回転の調整が不要なのか（ステップＳ１２２０：ＹＥＳ）、又は、α_Ｒ≠０［°］でありズレがあるときの他の曲線グラフに似ておりＺ軸回転の調整が必要なのか（ステップＳ１２２０：ＮＯ）を確認する。ステップＳ１２２０におけるＹＥＳの判定はステップＳ１１０５におけるＮＯの判定に対応し、ステップＳ１２２０におけるＮＯの判定はステップＳ１１０５におけるＹＥＳの判定に対応する。

或いは、軸ズレ推定・制御部２６は、この確認として全ての位相を位相計算グラフ（１）と比較する際に、ズレのない時（α_Ｒ＝０［°］）の直線グラフよりも、ズレが最小時のグラフ（図１４での回転角α_Ｒ＝±３［°］）に類似しており受信側でＺ軸回転の調整が必要か、ズレのない時（α_Ｒ＝０［°］）の直線グラフに類似しており受信側でＺ軸回転の調整が不要かを判断してもよい。図１４に示す位相計算グラフ（１）の最小時ズレの角度はα_Ｒ＝±３［°］だが、より詳細な回転角α_Ｒ＝±１［°］や、α_Ｒ＝±０．１［°］のグラフを必要に応じ計算して準備し、その回転調整の必要性判断の基準値に設定しても構わない。

次に、ステップＳ１１１５における軸回転での調整処理の詳細を説明する。ステップＳ１１１５では、受信側の通信装置２０の軸ズレ推定・制御部２６が、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１４に示す位相計算グラフ（１）のいずれの曲線に近いかを確かめる（ステップＳ１３０５）。軸ズレ推定・制御部２６は、このステップＳ１３０５の処理より前に、受信側でＺ軸回転の調整が必要か否かを判断（ステップＳ１１０５）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Ｓ１２１０）、位相計算グラフ（１）でα_Ｒ＝０［°］とズレない直線グラフと比較した（ステップＳ１２１５）。ステップＳ１３０５で、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、位相計算グラフ（１）における他の（図１４で、軸ズレがある|α_Ｒ|≧３［°］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。

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_Ｒに対し反対方向へ、受信側のアレイアンテナ２１をＺ軸回転させる（ステップＳ１３１０）。このＺ軸回転の操作は、受信側のアレイアンテナ２１にて得た位相から求められるズレ回転角α_Ｒ分だけ受信側のアレイアンテナ２１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Ｓ１３０５において算出したズレ回転角α_Ｒと逆方向の回転角（−α_Ｒ）だけＺ軸方向にアレイアンテナ２１を回転するよう可動部２７に指示する。可動部２７は、この指示に従い、受信側でＺ軸方向に回転角（−α_Ｒ）だけアレイアンテナ２１を回転させる。

なお、この図１７（ステップＳ１１０５〜ステップＳ１１１５、ステップＳ１２０５〜ステップＳ１２２０、ステップＳ１３０５〜ステップＳ１３１０）には、受信側の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１１に示す動作フローにおける２段階目の処理（ステップＳ１１２０〜ステップＳ１１３０）にあたるＸ軸回転で、通信システム１は、ステップＳ１１０５〜ステップＳ１１１５におけるＸ軸をＺ軸に、Ｚ軸をＸ軸に置き換えて、図１７と同様の動作サブフローにより処理を行う。

＜第２の実施形態の詳細な処理の例２＞
図１８に示すグラフは、図１４で計算した結果で回転角α_Ｒに対する位相で差を計算したものである。この図１８では、受信側のＺ軸回転である角度から別の角度へ移行した時に受信側の各アンテナ素子で得られる位相変化が分かる。この位相変化を活用し受信側の回転による軸調整に適用できる。

図１８に示す位相計算グラフ（２）は、受信側で回転の軸ズレがある時に各受信アンテナ位置での位相変化の特徴を表す。位相計算グラフ（２）は、図１４と同じ条件から得ている。すなわち、受信側でＺ軸回転した時のズレ回転角α_Ｒ＝−６〜６［°］（計算した箇所は、グラフにプロットがあるα_Ｒ＝−６、−４、−３、−１、１、３、４、６［°］）とする。受信側のアンテナ素子２２は８素子で、各アンテナ素子２２は図１５に示す受信円Ｃ４の円周状に配置される。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、受信円Ｃ４の円周上での中心角θｏ＝２２．５［°］、６７．５［°］、１１２．５［°］、…、３３７．５［°］の位置であり、各アンテナ素子２２の位相差Δθ３が位相計算グラフ（２）により示される。送受信間距離Ｄは１．８ｍ、周波数ｆは５．２ＧＨｚ（波長λが５．７６９ｃｍ）とした。

他方、図１８に示す位相計算グラフ（２）は、図１４に示す位相計算グラフ（１）とは異なり、横軸にはズレ回転角α_Ｒを、縦軸に位相差Δθ３［°］を取る。この位相計算グラフ（２）では、受信側のアレイアンテナ２１を回転角α_Ｒ［°］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変化の差を表す。この図１８に示す位相計算グラフ（２）では、どのアンテナ素子２２に関しても、軸ズレがない（グラフの中央α_Ｒ＝０［°］）時の位相を基準にする。

以下に示す図１９は、位相計算グラフ（２）を用いた調整のサブフローを示す。この図１９では、先に説明した図１７と同様に、図１１に示す受信側回転の軸ズレ調整における一部動作フローを詳細化する。

図１９は、図１８の位相計算グラフ（２）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１９に示す動作サブフローは、図１１に示す方向調整の動作フローの一部分（ステップＳ１１０５〜ステップＳ１１１５）における、ステップＳ１１０５の受信側でＺ軸回転による調整が必要か否か（調整の途中か否か）の判定処理と、ステップＳ１１１５における受信側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１１からの抜粋部分は、図１７と同じ処理の部分であるが、この図１９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。

まず、ステップＳ１１０５における調整が必要（又は途中）か否かの判定処理の詳細な処理を説明する。ステップＳ１１０５において、通信装置２０は順に、受信アンテナの位相取得（ステップＳ１４０５）、位相変化量の把握（ステップＳ１４１０）、位相計算グラフ（２）との比較（ステップＳ１４１５）、ズレ有無の判定（ステップＳ１４２０）を行う。

受信アンテナの位相取得処理（ステップＳ１４０５）において、通信装置２０は、受信側のアレイアンテナ２１をＺ軸回転させ、ズレ回転角α_Ｒ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の素子数を８とする。通信装置２０の位相測定部２５は、受信側のアレイアンテナ２１が回転角α_ｒ３の時と、その回転角α_ｒ３から所定の角度差（Δα_Ｒ＝±１〜３［°］程度）だけＺ軸回転した時（回転角α_ｒ４＝α_ｒ３＋Δα_Ｒ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α_ｒ３とα_ｒ４の時に）取得する。

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_ＲだけＺ軸回転するよう指示する。この指示に基づき回転角Δα_Ｒだけ受信側のアレイアンテナ２１がＺ軸回転するよう可動部２７を制御する。通信装置２０の位相測定部２５は、受信側のアレイアンテナ２１がＺ軸回転した後に、各アンテナ素子２２が通信装置１０からのＯＡＭ波を受信して位相を取得する。

位相変化量の把握処理（ステップＳ１４１０）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Ｓ１４０５の処理において受信側のアレイアンテナ２１をＺ軸回転させることにより異なる回転角α_Ｒ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１７では必要な適切に相対的な位相を算出する処理（ステップＳ１２１０）を、単純な差分計算（単に２つの位相の測定値の差を取る処理）に代えられる。

位相計算グラフ（２）との比較処理（ステップＳ１４１５）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１８に示す位相計算グラフ（２）と比較する。位相計算グラフ（２）との比較では、２つの位相を取得する時に回転した回転角Δα_Ｒ（＝α_ｒ３−α_ｒ４）を考える。例えば、Δα_Ｒ＝３［°］である時、アンテナ素子２２（受信円Ｃ４円周上のアンテナ素子位置θｏ：２２．５［°］、６７．５［°］、１１２．５［°］、…、３３７．５［°］）に対し算出した位相変化がそれぞれ−１２．７［°］、−５．２［°］、４．８［°］、…、−１２．９［°］であったとする。これらの位相変化が求められた場合、図１８の位相計算グラフ（２）においては、ズレ回転角がα_Ｒ＝４［°］から１［°］へ変化した時に近い。

ズレ有無の判定処理（ステップＳ１４２０）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Ｓ１４１５における位相計算グラフ（２）との比較の結果に基づいて、現在の受信側回転角が、回転角α_Ｒ＝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軸回転角Δα_Ｒ＝４［°］の時にアンテナ素子２２の位相変化が−１６．８［°］、−７．１［°］、７．３［°］、…、−１６．５［°］になった場合は、α_ｒ３＝４［°］からα_ｒ４＝０［°］へ受信側でＺ軸回転させたことになる。従って、このような（α_ｒ４＝０［°］の）場合は、回転角α_Ｒ＝０［°］（＝α_ｒ４）となり、回転調整が不要と判定できる。なお、図１８に示した位相計算グラフ（２）から分かるが、必ずしもα_Ｒ＝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_Ｒ＝±１［°］やα_Ｒ＝±０．１［°］としても構わない。ステップＳ１４２０におけるＹＥＳの判定（現在の受信側回転角が回転角α_Ｒ＝０［°］と一致する）はステップＳ１１０５におけるＮＯの判定に対応し、ステップＳ１４２０におけるＮＯの判定（現在の受信側回転角が回転角α_Ｒ＝０［°］と一致しない）はステップＳ１１０５におけるＹＥＳの判定に対応する。

一方、受信側のＺ軸回転での調整処理（ステップＳ１１１５）において、通信システム１は、位相変化量と位相計算グラフ（２）との比較で回転角α_Ｒを確認し（ステップＳ１５０５）、確認された回転角α_Ｒと反対へ受信側アレイをＺ軸回転させる（ステップＳ１５１０）。

通信装置２０の軸ズレ推定・制御部２６は、位相変化量と位相計算グラフ（２）とを比較し、先の異なる回転角α_ｒ３と回転角α_ｒ４で２つの位相差（位相変化量）と、位相計算グラフ（２）とを比較し、近い回転角α_Ｒを確認する（ステップＳ１５０５）。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_Ｒ＝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１８に示す位相計算グラフ（２）と比較する。軸ズレ推定・制御部２６は、位相計算グラフ（２）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α_ｒ３＝−４［°］からα_ｒ４＝−２［°］へＺ軸回転して位相が取得されたことを確認する。

通信装置２０は、ステップＳ１５０５にて確認された回転角α_Ｒと反対方向に、受信側アレイをＺ軸回転させる（ステップＳ１５０５）。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α_ｒ３＝−４［°］から回転角α_ｒ４＝−２［°］へ回転して位相を取得する。この場合、軸ズレ推定・制御部２６は、現在の回転角α_ｒ４＝−２［°］から回転角２［°］、すなわち回転角α_ｒ４＝−２［°］の反対方向へＺ軸回転させるように、受信側のアレイアンテナ２１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α_ｒ４と反対方向にＺ軸回転するよう可動部２７に指示する。可動部２７は、この指示に基づき回転角α_ｒ４と反対方向にアレイアンテナ２１をＺ軸回転させる。この回転によって回転角α_Ｒ＝０［°］となり、Ｚ軸回転の軸ズレが解消すると期待される。

なお、この図１９（ステップＳ１１０５〜ステップＳ１１１５、ステップＳ１４０５〜ステップＳ１４２０、ステップＳ１５０５〜ステップＳ１５１０）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１１に示す動作フローにおける２段階目の処理（ステップＳ１１２０〜ステップＳ１１３０）にあたるＸ軸回転において、通信システム１は、ステップＳ１１０５〜ステップＳ１１１５におけるＸ軸をＺ軸に、Ｚ軸をＸ軸に置き換えて、図１９と同様の動作サブフローにより処理を行う。

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）と第二通信装置（例えば、通信装置２０）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）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）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、第二アンテナにおける電波受信方向のズレの角度を求め、求められた角度に基づいて第二アンテナの垂直方向の向きの調整と第二アンテナの水平方向の向きの調整とを個別に行う。なお、第二アンテナの垂直方向の向きの調整と水平方向の向きの調整のいずれを先に行ってもよい。

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、第二アンテナにおける電波受信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、第二アンテナにおける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。

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。

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。

上述した実施形態における通信装置１０の軸ズレ推定・制御部１５、及び、通信装置２０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の軸ズレ推定・制御部１５、及び、通信装置２０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。

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。

ＯＡＭ波により通信する通信システムに利用可能である。

１…通信システム
１０、２０…通信装置
１１…信号発生部
１２、２３…位相調整部
１３、２１…アレイアンテナ
１４、２２、２３２…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
２３１…三次元アレイ

Claims (5)

1. ＯＡＭ（Orbital Angular Momentum）波を受信する通信装置におけるアンテナ調整方法であって、
   前記通信装置の複数のアンテナ素子からなるアンテナが、他の通信装置から送信されたＯＡＭ波を受信する受信ステップと、
   前記通信装置の制御部が、前記複数のアンテナ素子のそれぞれにおける受信信号の位相に基づいて、前記アンテナにおける電波受信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アンテナの垂直方向の向きの調整と前記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、前記複数のアンテナ素子のそれぞれにおける前記受信信号の位相と、前記他の通信装置から送信されたＯＡＭ波を前記アンテナが受信したときの、前記アンテナにおける電波受信方向のズレの角度に対する前記複数のアンテナ素子のそれぞれにおける受信信号の位相変化の特性とに基づいて、前記アンテナにおける電波受信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。
2. 前記制御ステップにおいては、前記アンテナを回転させたときの異なる２つの角度について前記複数のアンテナ素子のそれぞれにおける前記受信信号の位相を取得し、前記複数のアンテナ素子のそれぞれについて取得した前記受信信号の２つの位相の差である位相変化量を計算し、前記位相変化量と前記位相変化の特性とに基づいて、前記アンテナにおける電波受信方向の垂直方向又は水平方向のズレの角度を求める、
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ調整方法。
3. 前記制御部が、前記複数のアンテナ素子のそれぞれにおける前記受信信号の位相に基づいて、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又は請求項２に記載のアンテナ調整方法。
4. ＯＡＭ（Orbital Angular Momentum）波を受信する通信装置であって、
   他の通信装置から送信されたＯＡＭ波を受信する複数のアンテナ素子からなるアンテナと、
   前記複数のアンテナ素子のそれぞれにおける受信信号の位相に基づいて、前記アンテナにおける電波受信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アンテナの垂直方向の向きの調整と前記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、前記複数のアンテナ素子のそれぞれにおける前記受信信号の位相と、前記他の通信装置から送信されたＯＡＭ波を前記アンテナが受信したときの、前記アンテナにおける電波受信方向のズレの角度に対する前記複数のアンテナ素子のそれぞれにおける受信信号の位相変化の特性とに基づいて、前記アンテナにおける電波受信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装置。
5. 前記制御部は、前記アンテナを回転させたときの異なる２つの角度について前記複数のアンテナ素子のそれぞれにおける前記受信信号の位相を取得し、前記複数のアンテナ素子のそれぞれについて取得した前記受信信号の２つの位相の差である位相変化量を計算し、前記位相変化量と前記位相変化の特性とに基づいて、前記アンテナにおける電波受信方向の垂直方向又は水平方向のズレの角度を求める、
   ことを特徴とする請求項４に記載の通信装置。

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