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
JP6960076B2 - Array antenna for simultaneous transmission and reception - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP6960076B2 - Array antenna for simultaneous transmission and reception - Google Patents

Array antenna for simultaneous transmission and reception Download PDF

Info

Publication number
JP6960076B2
JP6960076B2 JP2017040962A JP2017040962A JP6960076B2 JP 6960076 B2 JP6960076 B2 JP 6960076B2 JP 2017040962 A JP2017040962 A JP 2017040962A JP 2017040962 A JP2017040962 A JP 2017040962A JP 6960076 B2 JP6960076 B2 JP 6960076B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
array antenna
antenna
output
circuit
stage
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2017040962A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2018148370A (en
Inventor
尚樹 本間
芳之 山本
強 陳
巧微 袁
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.)
Iwate University
Original Assignee
Iwate University
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 Iwate University filed Critical Iwate University
Priority to JP2017040962A priority Critical patent/JP6960076B2/en
Publication of JP2018148370A publication Critical patent/JP2018148370A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6960076B2 publication Critical patent/JP6960076B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

本発明は、同時かつ同一周波数で電波を送受信するフルデュプレックスシステムにおいて問題になる自己干渉を、アナログ信号処理を用いて抑圧することで信号受信感度を改善することが可能な同時送受信用アレーアンテナに関する。 The present invention relates to an array antenna for simultaneous transmission / reception that can improve signal reception sensitivity by suppressing self-interference, which is a problem in a full duplex system that transmits and receives radio waves simultaneously and at the same frequency, by using analog signal processing. ..

現在、中継局ではTDD(Time Division Duplex)方式及びFDD (Frequency Division Duplex)が用いられているが、第5世代通信システム(5G)に向けて更なる高速通信方式が必要とされている。しかし、周波数資源の枯渇により、広帯域化での高速通信の実現は困難である。一方、同一周波数を用いた同時送受信を行うFull-duplex技術が登場し、新たな周波数帯域を利用せずにチャネル容量を向上させる技術として期待されている。また、送受信機に複数のアンテナを用いたMIMO(Multiple-Input Multiple-Output)技術を用いることで、アンテナ数に応じてチャネル容量を向上することは可能とされている。このMIMO技術とFull-duplex技術を組み合わせた通信方式をMIMO Full-duplex通信システムと定義する。 Currently, TDD (Time Division Duplex) schemes and FDD (Frequency Division Duplex) schemes are used in relay stations, but further high-speed communication schemes are required for fifth-generation communication systems (5G). However, due to the depletion of frequency resources, it is difficult to realize high-speed communication in a wide band. On the other hand, a full-duplex technology that performs simultaneous transmission and reception using the same frequency has appeared, and is expected as a technology that improves the channel capacity without using a new frequency band. Further, by using MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) technology using a plurality of antennas for a transceiver, it is possible to improve the channel capacitance according to the number of antennas. A communication system that combines this MIMO technology and Full-duplex technology is defined as a MIMO Full-duplex communication system.

Full-duplex通信の問題点として受信機が自己の送信信号を受信する自己干渉が挙げられる。受信機は距離の近い送信機からの自己干渉によりRF (Radio Frequency)フロントエンドが飽和または破損する。また自己干渉信号はノイズフロアより100dB強力な信号であるため、所望信号が自己干渉に埋もれてしまい復調が困難になる。
この自己干渉の抑圧法として次の技術が挙げられる、
A problem with full-duplex communication is self-interference in which the receiver receives its own transmission signal. The receiver saturates or damages the RF (Radio Frequency) front end due to self-interference from a remote transmitter. Further, since the self-interference signal is 100 dB stronger than the noise floor, the desired signal is buried in the self-interference and demodulation becomes difficult.
The following techniques can be mentioned as a method of suppressing this self-interference.

まず、送信アンテナの配置を工夫して、受信アンテナにヌルを形成する方法が挙げられる(例えば非特許文献1)。具体的には、アナログ回路によって送信から受信回路に故意に信号を回り込ませ受信機に入力される直前で相殺する方法である。しかし、この方法は、送受信アンテナが1本ずつの場合を想定しており、複数の受信アンテナを用いると全ての受信アンテナにヌルを形成するには困難である。すなわち、この方法では、全送信アンテナと全受信アンテナのありとあらゆる組合せに対してキャンセル回路を個別に用意する必要があり、回路が複雑になるという問題がある。 First, there is a method of forming a null in the receiving antenna by devising the arrangement of the transmitting antenna (for example, Non-Patent Document 1). Specifically, it is a method in which a signal is intentionally circulated from a transmission to a reception circuit by an analog circuit and canceled immediately before being input to the receiver. However, this method assumes the case where there is one transmitting / receiving antenna, and it is difficult to form nulls in all receiving antennas when a plurality of receiving antennas are used. That is, in this method, it is necessary to individually prepare a cancel circuit for every combination of all transmitting antennas and all receiving antennas, which causes a problem that the circuit becomes complicated.

また、MIMO Full-duplex通信の自己干渉の抑圧法として、固有ビームフォーミング法(eigen-beamforming法)が挙げられる(例えば非特許文献2)。この技術においては、図1に示すように、アンテナ配置をエンドファイアにすることでLOS (Line of Sight)環境での空間相関を増加させる。空間相関が増加すると、第1固有値のみが増加し、それ以外の固有値は0に近づく。固有値と干渉受信電力は比例の関係であるため、第1固有値を除く固有値を用いた送信ビームフォーミングを行うことで、干渉抑圧が可能となる。
また、上記固有ビームフォーミング法と減算処理と組合せてディジタル信号処理を行う技術があげられる(非特許文献3)。
Further, as a method for suppressing self-interference in MIMO Full-duplex communication, an intrinsic beamforming method (eigen-beamforming method) can be mentioned (for example, Non-Patent Document 2). In this technique, as shown in FIG. 1, the spatial correlation in the LOS (Line of Sight) environment is increased by setting the antenna arrangement to the end fire. When the spatial correlation increases, only the first eigenvalue increases, and the other eigenvalues approach zero. Since the eigenvalue and the interference received power are in a proportional relationship, interference suppression can be achieved by performing transmission beamforming using the eigenvalues other than the first eigenvalue.
Further, there is a technique for performing digital signal processing in combination with the above-mentioned intrinsic beamforming method and subtraction processing (Non-Patent Document 3).

しかし、固有ビームフォーミング法を用いた技術は実環境では第2固有値以下の固有値が0にならないため、干渉抑圧が不十分であるという問題がある。また、ディジタル信号処理を行う技術では、強度が著しく強い干渉が存在する場合は量子化雑音が発生するため、弱い信号の復号ができなくなるという問題がある。 However, the technique using the eigenbeam forming method has a problem that the interference suppression is insufficient because the eigenvalues below the second eigenvalue do not become 0 in the actual environment. Further, in the technique of performing digital signal processing, there is a problem that a weak signal cannot be decoded because quantization noise is generated in the presence of interference having extremely strong intensity.

J. I. Choi, M. Jain, K. Srinivasan, P. Levis and S. Katti,“Achieving single channel, full duplex wireless communication,” in Proc. 2010ACM MobiCom., pp. 1-12, Sept. 2010.J. I. Choi, M. Jain, K. Srinivasan, P. Levis and S. Katti, “Achieving single channel, full duplex wireless communication,” in Proc. 2010ACM MobiCom., Pp. 1-12, Sept. 2010. M.Tsunezawa, N. Honma, K.Takahashi, Y.Tsunekawa, K.Murata and K.Nishimori,“Interference reduction between SDD linear array antennas using end-firearrangement,” 2015 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation& USNC/URSI National Radio Science Meeting, pp. 2511-2512, Jul. 2015.M.Tsunezawa, N. Honma, K.Takahashi, Y.Tsunekawa, K.Murata and K.Nishimori, “Interference reduction between SDD linear array antennas using end-firearrangement,” 2015 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation & USNC / URSI National Radio Science Meeting, pp. 2511-2512, Jul. 2015. Yoshiyuki Yamamoto, Ryota Takahashi, Masakuni Tsunezawa, NaokiHonma, and Kentaro Murata, “Experimental evaluation of interference reductioneffect; Eigen-beamforminng and digital subtraction by using MIMO-OFDm signals”in IEICE Communications Express, vol.6, No,2, 71-76Yoshiyuki Yamamoto, Ryota Takahashi, Masakuni Tsunezawa, NaokiHonma, and Kentaro Murata, “Experimental evaluation of interference reduction effect; Eigen-beamforminng and digital subtraction by using MIMO-OFDm signals” in IEICE Communications Express, vol.6, No, 2, 71- 76

本発明は、複数のアンテナを用いたMIMO Full-duplex通信システムにおいて、アナログ信号処理を実現する給電回路が付加された同時送受信用アレーアンテナとして実環境においても自己干渉が抑圧され、弱い信号であっても復号が可能であり、低コストな構成で中継器システムの大幅な変更が不要な同時送受信用アレーアンテナを提供することを目的とする。 The present invention is a weak signal in a MIMO Full-duplex communication system using a plurality of antennas, in which self-interference is suppressed even in a real environment as an array antenna for simultaneous transmission / reception to which a feeding circuit for realizing analog signal processing is added. It is an object of the present invention to provide an array antenna for simultaneous transmission / reception, which can be decrypted even if the antenna is used, and which has a low cost configuration and does not require a significant change in the repeater system.

本発明の請求項1に係る発明は、送信アレーアンテナと、
等間隔かつ直線的に配列した複数のアンテナ素子からなる受信アレーアンテナと、
前記受信アレーアンテナまたは送信アンテナに接続されるアナログ給電回路からなる同時送受信用アレーアンテナであって、
前記送信アンテナと前記受信アレーアンテナは互いにエンドファイア方向となる位置関係に配置され、
前記アナログ給電回路は入力が2ポートで出力が2ポートであり、出力位相差が所定の値となる方向性結合器であるハイブリッド回路を複数用いて多段に構成されており、
初段のハイブリッド回路のそれぞれの2つの入力ポートはアレーアンテナを構成する2つのアンテナ素子対に接続され、前記初段のハイブリッド回路それぞれの2つの出力ポートのうち一方の出力ポートは信号受信手段に接続されるとともに他方の出力ポートは二段目ハイブリッド回路に接続され、
前記二段目のハイブリッド回路のそれぞれの2つの入力ポートは前記初段の2つのハイブリッド回路のそれぞれの出力ポートの片方と接続されるとともに、前記二段目のハイブリッド回路それぞれの出力ポートのうち一方の出力ポートは信号受信手段に接続されるとともに、前記二段目のハイブリッド回路が複数存在する場合は他方の出力ポートは三段目のハイブリッド回路に接続され、
前記二段目と同様にハイブリッド回路多段接続を繰り返したのち最終段のハイブリッド回路の2つの出力ポートのうち一方の出力ポートは信号受信手段に接続されるとともに他方の出力ポートは信号終端手段に接続されることを特徴とする同時送受信用アレーアンテナである。
The invention according to claim 1 of the present invention includes a transmitting array antenna and
A receiving array antenna consisting of multiple antenna elements arranged at equal intervals and linearly,
A simultaneous transmission / reception array antenna including an analog feeding circuit connected to the reception array antenna or the transmission antenna.
The transmitting antenna and the receiving array antenna are arranged in a positional relationship so as to be in the endfire direction with each other.
The analog power supply circuit input Ri output 2 ports der 2 port, which is configured in a multistage output phase difference by using a plurality of hybrid circuits is a directional coupler which is a predetermined value,
Each of the two input ports of the first-stage hybrid circuit is connected to two antenna element pairs constituting the array antenna, and one of the two output ports of each of the first-stage hybrid circuits is connected to the signal receiving means. And the other output port is connected to the second stage hybrid circuit,
Each of the two input ports of the second-stage hybrid circuit is connected to one of the output ports of each of the two first-stage hybrid circuits, and one of the output ports of each of the second-stage hybrid circuits. The output port is connected to the signal receiving means, and if there are a plurality of the second-stage hybrid circuits, the other output port is connected to the third-stage hybrid circuit.
The other output ports with one output port is connected to the signal receiving means of the two output ports of the hybrid circuit of the final stage After repeatedly multistage connection hybrid circuit as in the second stage signal termination It is an array antenna for simultaneous transmission / reception, which is characterized by being connected to a means.

本発明の請求項2に係る発明は、前記アナログ給電回路が接続される送信または受信アレーアンテナのアンテナ素子間隔は、1/2波長の整数倍であって、アナログ給電回路を構成するハイブリッド回路の出力位相差は180であることを特徴とする請求項1記載の同時送受信用アレーアンテナである。 According to the second aspect of the present invention, the antenna element spacing of the transmitting or receiving array antenna to which the analog feeding circuit is connected is an integral multiple of 1/2 wavelength, and the hybrid circuit constituting the analog feeding circuit . The array antenna for simultaneous transmission / reception according to claim 1, wherein the output phase difference is 180 degrees.

本発明の請求項1の同時送受信用アレーアンテナによれば、Full-duplex通信システムにおいて、アナログ信号処理を実現する給電回路を用いることによって、低コストな装置構成でエンドファイア方向にヌルを形成し自己干渉を抑圧することができる効果がある。 According to the array antenna for simultaneous transmission / reception according to claim 1 of the present invention, a null is formed in the endfire direction with a low-cost device configuration by using a power supply circuit that realizes analog signal processing in a full-duplex communication system. It has the effect of suppressing self-interference.

本発明の請求項2の同時送受信用アレーアンテナによれば、受信アレーアンテナのアンテナ素子間隔を、1/2波長の整数倍として、低コストな装置構成でエンドファイア方向にヌルを形成し自己干渉を抑圧することができる効果がある。 According to the array antenna for simultaneous transmission / reception according to claim 2 of the present invention, the antenna element spacing of the receiving array antenna is set to an integral multiple of 1/2 wavelength, and a null is formed in the endfire direction in a low-cost device configuration to cause self-interference. Has the effect of suppressing.

本発明によれば、複数のアンテナを用いたFull-duplex通信システムにおいて、アナログ信号処理を実現する給電回路を用いることによって、低コストな装置構成でエンドファイア方向にヌルを形成し自己干渉を抑圧ができる同時送受信用アレーアンテナを得ることができる。 According to the present invention, in a full-duplex communication system using a plurality of antennas, by using a power feeding circuit that realizes analog signal processing, a null is formed in the endfire direction in a low-cost device configuration to suppress self-interference. It is possible to obtain an array antenna for simultaneous transmission and reception.

エンドファイア配置を表す説明図であるIt is explanatory drawing which shows the end fire arrangement. 受信アンテナの所望指向性を示す概念図であるIt is a conceptual diagram which shows the desired directivity of a receiving antenna. ハイブリット回路の原理図であるIt is a principle diagram of a hybrid circuit. 本発明の実施の形態に係る送受信アンテナを示す構造図であるIt is a structural drawing which shows the transmission / reception antenna which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る干渉抑圧装置の構成回路図であるIt is a block diagram of the interference suppression apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施例に係る自己干渉電力の減少を示すグラフである。It is a graph which shows the decrease of the self-interference power which concerns on embodiment of this invention.

本発明を実施するための形態においては、MIMO Full-duplex通信の干渉抑圧を実現するものである。本形態は受信アンテナが受信する信号の位相差を利用したもので、図1に示すように送信アレーアンテナ20と受信アレーアンテナ30とをエンドファイア配置にする。図2に受信アレーアンテナの所望指向性を示す。図2に示すように受信アレーアンテナがエンドファイア方向にヌルを形成することで自己干渉が抑圧できる。受信アンテナに対して180度ハイブリッド回路を接続する。本形態では180度ハイブリッド回路の入出力特性と受信信号の位相差から、アナログ回路のみでエンドファイア方向にヌルを形成することが可能となる。 In the embodiment for carrying out the present invention, interference suppression of MIMO Full-duplex communication is realized. This embodiment utilizes the phase difference of the signal received by the receiving antenna, and as shown in FIG. 1, the transmitting array antenna 20 and the receiving array antenna 30 are arranged in an endfire arrangement. FIG. 2 shows the desired directivity of the receiving array antenna. As shown in FIG. 2, self-interference can be suppressed by forming a null in the end fire direction of the receiving array antenna. Connect a 180 degree hybrid circuit to the receiving antenna. In this embodiment, due to the input / output characteristics of the 180-degree hybrid circuit and the phase difference of the received signal, it is possible to form a null in the endfire direction only with the analog circuit.

本形態の利点として以下の3点が挙げられる。まず1点目として、受信アレーアンテナの素子間隔が一定である限り、素子アンテナの種類による影響を受けないという点があげられる。2点目として、送受信アンテナ間の距離に関わらず干渉抑圧が可能であるという点があげられる。3点目として、受信アンテナ数が2(Nは整数)であれば、アンテナの本数によらず干渉抑圧が可能であるという点があげられる。 The advantages of this embodiment include the following three points. The first point is that as long as the element spacing of the receiving array antenna is constant, it is not affected by the type of element antenna. The second point is that interference suppression is possible regardless of the distance between the transmitting and receiving antennas. The third point is that if the number of receiving antennas is 2 N (N is an integer), interference suppression is possible regardless of the number of antennas.

本形態を説明するために、まずハイブリッド回路の原理について説明する。
ハイブリッド回路は、出力位相差が所定の値となるような方向性結合器である。主に高周波およびマイクロ波システムにおいて利用される。90度ハイブリッド回路では出力位相差は90度であり、180度ハイブリッド回路では出力位相差は180度である。
In order to explain this embodiment, the principle of the hybrid circuit will be described first.
The hybrid circuit is a directional coupler such that the output phase difference becomes a predetermined value. Mainly used in high frequency and microwave systems. In the 90 degree hybrid circuit, the output phase difference is 90 degrees, and in the 180 degree hybrid circuit, the output phase difference is 180 degrees.

以下、180度ハイブリッド(以下ハイブリッドという。)を例にとり説明する。ハイブリッドは、2入力2出力からなる受動素子であり、図3にハイブリッドの概略図を示す。ポート1および2が入力ポート、ポート3および4が出力ポートとする。まずポート1の入力に対する出力特性について述べる。図3(a)に示すように、ポート1に入力された信号はポート3とポート4に同振幅で出力され、位相は同相となる。またポート2からは出力されない。ポート2の入力に対する出力特性は、図3(b)に示すように、ポート3とポート4に同振幅で出力され、位相は逆相になる。またポート1からは出力されない。従ってポート3にはポート1とポート2からの入力の和を出力し、ポート4はポート1とポート2からの入力の差を出力する。ゆえに、ポート3をΣポート、ポート4をΔポートとする。 Hereinafter, a 180-degree hybrid (hereinafter referred to as a hybrid) will be described as an example. The hybrid is a passive element composed of two inputs and two outputs, and FIG. 3 shows a schematic diagram of the hybrid. Ports 1 and 2 are input ports, and ports 3 and 4 are output ports. First, the output characteristics for the input of port 1 will be described. As shown in FIG. 3A, the signal input to the port 1 is output to the port 3 and the port 4 with the same amplitude, and the phases are in phase. Also, it is not output from port 2. As shown in FIG. 3B, the output characteristics for the input of the port 2 are output to the port 3 and the port 4 with the same amplitude, and the phases are out of phase. Also, it is not output from port 1. Therefore, the sum of the inputs from the port 1 and the port 2 is output to the port 3, and the difference between the inputs from the port 1 and the port 2 is output to the port 4. Therefore, port 3 is a Σ port and port 4 is a Δ port.

次に、ハイブリッドのSパラメータ特性について説明する.ハイブリッドのSパラメータShybは、

Figure 0006960076
と4つの区分行列で表せる。入力および出力ポート数はそれぞれ 2 となるため各区分行列は 2 次の正方行列となる。ここで (1) における各区分行列のインデックスi およびo はそれぞれ入力および出力ポートを表している。ここで区分行列Shyb,iiおよびはShyb,ooそれぞれ入力部および出力部におけるポートでの反射およびポート間の相互結合を表す。理想的なハイブリッド回路であれば、入出力部の反射、結合はないため、
Figure 0006960076
と表せる.ここでOはn次の正方零行列を表している。また区分行列Shyb,oiは入力ポートから出力ポートへの電力の伝達を表しており、
Figure 0006960076
と表される。
またハイブリッド回路のSパラメータは可逆性が成り立ち、かつShyb,ioは対称行列であるため
Figure 0006960076
となる。ここでATは行列Aの転値を表す。 Next, the S-parameter characteristics of the hybrid will be described. The hybrid S-parameter Shyb
Figure 0006960076
Can be represented by four block matrices. Since the number of input and output ports is 2, each block matrix is a quadratic square matrix. Here, the indexes i and o of each block matrix in (1) represent input and output ports, respectively. Here, the block matrices Shyb, ii and Shyb, oo represent reflections at the ports and interconnections between the ports at the input and output sections, respectively. If it is an ideal hybrid circuit, there is no reflection or coupling of the input / output part, so
Figure 0006960076
Can be expressed as. Where O n represents the n-order square zero matrix. The block matrix Shyb and oi represent the transfer of electric power from the input port to the output port.
Figure 0006960076
It is expressed as.
Also, since the S-parameters of the hybrid circuit are reversible, and Shyb and io are symmetric matrices.
Figure 0006960076
Will be. Where A T represents the turning value of the matrix A.

図4に本発明の形態における送信アンテナと受信アレーアンテナとの配置関係を示す。図4において、受信アレーアンテナの素子は4本(1、2、3、4)、送信は点波源(21)としている。受信アレーアンテナ30のエンドファイア方向に点波源21があるものとする。受信アレーアンテナ30の素子(1、2、3、4)同士の間隔は全てdelement=λ/2とし、送受信アンテナ距離をdTX―RXと定義する。 FIG. 4 shows the arrangement relationship between the transmitting antenna and the receiving array antenna according to the embodiment of the present invention. In FIG. 4, the receiving array antenna has four elements (1, 2, 3, 4), and the transmitting is a point wave source (21). It is assumed that the point wave source 21 is in the end fire direction of the receiving array antenna 30. Spacing elements (1, 2, 3, 4) between the receiving array antennas 30 are all set to d element = λ 0/2, defines a transmission and reception antenna distance d TX-RX.

図5に受信アレーアンテナに接続する干渉抑圧装置の構成図を示す。本形態では受信アレーアンテナが2本のとき、必要となるハイブリットは(2―1)個である。図4では受信アレーアンテナ30の素子は4本であるため、必要となるハイブリットは3個である。受信アレーアンテナの素子(1、2、3、4)間隔が半波長であるため、各受信アレーアンテナの素子(1、2、3、4)の受信電力位相は180度ずつずれて受信する。図5に示す1段目の180度ハイブリットでは、Σポートは送信機からの干渉を抑圧し、Δポートは干渉が残留する。180度ハイブリットのΔポート同士を2段目の180度ハイブリットに接続する。2段目の180度ハイブリットには同相の干渉電力が入力されるため、Δポートの干渉は抑圧され、Σポートは干渉が残留する。干渉が残留した2段目のハイブリッドのΣポートは終端する。本発明により、4ポートの内1ポートに干渉を残留させ、他の3ポート(#1、#2、#3)の干渉を抑圧することが可能となる。本形態における受信ウェイトwRXは、

Figure 0006960076
と示すことができる. FIG. 5 shows a configuration diagram of an interference suppression device connected to the receiving array antenna. In this embodiment, when the number of receiving array antennas is 2 N, the number of hybrids required is (2 N- 1). In FIG. 4, since the receiving array antenna 30 has four elements, three hybrids are required. Since the intervals between the elements (1, 2, 3, 4) of the receiving array antennas are half wavelengths, the received power phases of the elements (1, 2, 3, 4) of each receiving array antenna are shifted by 180 degrees for reception. In the first-stage 180-degree hybrid shown in FIG. 5, the Σ port suppresses the interference from the transmitter, and the Δ port retains the interference. The Δ ports of the 180 degree hybrid are connected to the 180 degree hybrid of the second stage. Since the interference power of the same phase is input to the 180-degree hybrid of the second stage, the interference of the Δ port is suppressed, and the interference remains in the Σ port. The Σ port of the second stage hybrid where the interference remains is terminated. According to the present invention, it is possible to leave interference in one of the four ports and suppress the interference in the other three ports (# 1, # 2, # 3). The reception weight w RX in this embodiment is
Figure 0006960076
Can be shown as.

図6に本発明の形態である図4のモデルについて、送受信アンテナ距離を変化させたときの自己干渉電力を計算した結果を示す。本計算では自由空間損失を考慮し、ハイブリッドは理想的な動作をするものとする。使用周波数は2.29GHzである。ここでλは真空中の波長であり、点波源から受信アンテナRxの伝搬路hを、

Figure 0006960076
Figure 0006960076
とする。
また、受信電力p(n)、自己干渉電力PRxを、
Figure 0006960076
Figure 0006960076
と定義する。ここで、pは給電回路の出力nポートの受信電力を表す。干渉が残留するポート4を含む全てのポートの受信電力を平均化した値が本発明を用いない参考例に係る自己干渉電力(実線)であり、ポート4を除くポートの受信電力を平均化した値が本発明の実施例に係る自己干渉電力(点線)である。 FIG. 6 shows the result of calculating the self-interference power when the transmission / reception antenna distance is changed for the model of FIG. 4 which is the embodiment of the present invention. In this calculation, the free space loss is taken into consideration, and the hybrid operates ideally. The frequency used is 2.29 GHz. Here, λ 0 is the wavelength in vacuum, and the propagation path h i of the receiving antenna Rx i is drawn from the point wave source.
Figure 0006960076
Figure 0006960076
And.
Further, the received power p (n) and the self-interference power PRx are set to
Figure 0006960076
Figure 0006960076
Is defined as. Here, p n represents the received power of the output n ports of the feeder circuit. The value obtained by averaging the received powers of all the ports including the port 4 in which the interference remains is the self-interference power (solid line) according to the reference example in which the present invention is not used, and the received powers of the ports excluding the port 4 are averaged. The value is the self-interference power (dotted line) according to the embodiment of the present invention.

図6より、本発明の実施例(実線)は参考例に比べ、自己干渉電力を減少できていることが分かる。送受信アンテナ距離が遠いほど、本発明の効果が大きくなる。これは送受信アンテナ距離が遠いほど、アンテナごとの自由空間損失の差が小さくなるためである。もしハイブリッドの性能が理想的で受信アンテナごとの受信電力の振幅が等しければ、点波源からの干渉を完全に抑圧できる。 From FIG. 6, it can be seen that the embodiment (solid line) of the present invention can reduce the self-interference power as compared with the reference example. The greater the distance between the transmitting and receiving antennas, the greater the effect of the present invention. This is because the longer the distance between the transmitting and receiving antennas, the smaller the difference in free space loss between the antennas. If the hybrid performance is ideal and the amplitude of the received power for each receiving antenna is equal, the interference from the point wave source can be completely suppressed.

以上の結果より、本形態はハイブリッドのみを用いたアナログ回路にとって、エンドファイア方向の干渉信号を抑圧することが可能であり、受信アレーアンテナに本形態の回路を付加するだけで自己干渉抑圧が可能であることが示された。本実施例では2.29GHzでの計算結果を示しているが、周波数帯によらず本発明は使用可能である。さらに高周波になるほど、素子間隔が小さくなるため小型化が可能である。またアンテナ数が増えてもそれに応じてハイブリッドの数を増加させることで適応可能である。
なお、上述した例では、180度ハイブリッド回路を用いたが、アンテナ素子間隔が1/4波長の整数倍の場合には90度ハイブリッド回路を用いてもよい。例えば、干渉抑制が生じるような位相を有する信号を選択して入力ポート1,2に入力すればよい。また、90度ハイブリッドと180度ハイブリッドを組合せてもよい。
また、上記例では、第1段に2/2個のハイブリッド回路を用い、最終段のハイブリッド回路の数が1となるまで順次多段に組み合わせた例を示したが、ハイブリッド回路の数が1となる前の段を最終段としてもよく、この場合も本発明の範囲に含まれる。
ハイブリッド回路の回路構成の種類には限定されない。例えば、180度ハイブリッド回路として、例えばラットレース回路を用いればよい。
From the above results, this embodiment can suppress the interference signal in the end fire direction for the analog circuit using only the hybrid, and self-interference can be suppressed only by adding the circuit of this embodiment to the receiving array antenna. Was shown to be. Although the calculation result at 2.29 GHz is shown in this embodiment, the present invention can be used regardless of the frequency band. The higher the frequency, the smaller the element spacing, so miniaturization is possible. Moreover, even if the number of antennas increases, it can be adapted by increasing the number of hybrids accordingly.
In the above-mentioned example, a 180-degree hybrid circuit is used, but a 90-degree hybrid circuit may be used when the antenna element spacing is an integral multiple of the 1/4 wavelength. For example, a signal having a phase that causes interference suppression may be selected and input to the input ports 1 and 2. Further, a 90-degree hybrid and a 180-degree hybrid may be combined.
Further, in the above example, an example is shown in which 2 N / 2 hybrid circuits are used in the first stage and combined in multiple stages in sequence until the number of hybrid circuits in the final stage becomes 1, but the number of hybrid circuits is 1. The stage before becoming the final stage may be used as the final stage, and this case is also included in the scope of the present invention.
The type of circuit configuration of the hybrid circuit is not limited. For example, as a 180-degree hybrid circuit, for example, a rat race circuit may be used.

本発明によれば、複数のアンテナを用いたFull−duplex通信システムにおいて、アナログ信号処理を実現する給電回路を用いることによって、低コストな装置構成でエンドファイア方向にヌルを形成し自己干渉を抑圧ができる同時送受信用アレーアンテナを得ることができ、通信関連の産業の発展に寄与する。 According to the present invention, in a Full-duplex communication system using a plurality of antennas, by using a power feeding circuit that realizes analog signal processing, a null is formed in the endfire direction in a low-cost device configuration to suppress self-interference. It is possible to obtain an array antenna for simultaneous transmission and reception, which contributes to the development of communication-related industries.

10 同時送受信用アレーアンテナ
20 送信用アレーアンテナ
21 送信アンテナ
30 受信用アレーアンテナ
1、2、3、4 受信用アンテナ素子
A、B、C、D、E 180度ハイブリッド回路
10 Simultaneous transmission / reception array antenna 20 Transmission array antenna 21 Transmission antenna 30 Reception array antenna 1, 2, 3, 4 Reception antenna elements A, B, C, D, E 180 degree hybrid circuit

Claims (2)

送信アレーアンテナと、
等間隔かつ直線的に配列した複数のアンテナ素子からなる受信アレーアンテナと、
前記受信アレーアンテナまたは送信アンテナに接続されるアナログ給電回路からなる同時送受信用アレーアンテナであって、
前記送信アンテナと前記受信アレーアンテナは互いにエンドファイア方向となる位置関係に配置され、
前記アナログ給電回路は入力が2ポートで出力が2ポートであり、出力位相差が所定の値となる方向性結合器であるハイブリッド回路を複数用いて多段に構成されており、
初段のハイブリッド回路のそれぞれの2つの入力ポートはアレーアンテナを構成する2つのアンテナ素子対に接続され、前記初段のハイブリッド回路それぞれの2つの出力ポートのうち一方の出力ポートは信号受信手段に接続されるとともに他方の出力ポートは二段目ハイブリッド回路に接続され、
前記二段目のハイブリッド回路のそれぞれの2つの入力ポートは前記初段の2つのハイブリッド回路のそれぞれの出力ポートの片方と接続されるとともに、前記二段目のハイブリッド回路それぞれの出力ポートのうち一方の出力ポートは信号受信手段に接続されるとともに、前記二段目のハイブリッド回路が複数存在する場合は他方の出力ポートは三段目のハイブリッド回路に接続され、
前記二段目と同様にハイブリッド回路多段接続を繰り返したのち最終段のハイブリッド回路の2つの出力ポートのうち一方の出力ポートは信号受信手段に接続されるとともに他方の出力ポートは信号終端手段に接続されることを特徴とする同時送受信用アレーアンテナ。
With the transmitting array antenna
A receiving array antenna consisting of multiple antenna elements arranged at equal intervals and linearly,
A simultaneous transmission / reception array antenna including an analog feeding circuit connected to the reception array antenna or the transmission antenna.
The transmitting antenna and the receiving array antenna are arranged in a positional relationship so as to be in the endfire direction with each other.
The analog power supply circuit input Ri output 2 ports der 2 port, which is configured in a multistage output phase difference by using a plurality of hybrid circuits is a directional coupler which is a predetermined value,
Each of the two input ports of the first-stage hybrid circuit is connected to two antenna element pairs constituting the array antenna, and one of the two output ports of each of the first-stage hybrid circuits is connected to the signal receiving means. And the other output port is connected to the second stage hybrid circuit,
Each of the two input ports of the second-stage hybrid circuit is connected to one of the output ports of each of the two first-stage hybrid circuits, and one of the output ports of each of the second-stage hybrid circuits. The output port is connected to the signal receiving means, and if there are a plurality of the second-stage hybrid circuits, the other output port is connected to the third-stage hybrid circuit.
The other output ports with one output port is connected to the signal receiving means of the two output ports of the hybrid circuit of the final stage After repeatedly multistage connection hybrid circuit as in the second stage signal termination An array antenna for simultaneous transmission and reception, which is characterized by being connected to a means.
前記アナログ給電回路が接続される送信または受信アレーアンテナのアンテナ素子間隔は、1/2波長の整数倍であって、アナログ給電回路を構成するハイブリッド回路の出力位相差は180度であることを特徴とする請求項1記載の同時送受信用アレーアンテナ。 The antenna element spacing of the transmitting or receiving array antenna to which the analog feeding circuit is connected is an integral multiple of 1/2 wavelength, and the output phase difference of the hybrid circuit constituting the analog feeding circuit is 180 degrees. The array antenna for simultaneous transmission / reception according to claim 1.
JP2017040962A 2017-03-03 2017-03-03 Array antenna for simultaneous transmission and reception Expired - Fee Related JP6960076B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017040962A JP6960076B2 (en) 2017-03-03 2017-03-03 Array antenna for simultaneous transmission and reception

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017040962A JP6960076B2 (en) 2017-03-03 2017-03-03 Array antenna for simultaneous transmission and reception

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018148370A JP2018148370A (en) 2018-09-20
JP6960076B2 true JP6960076B2 (en) 2021-11-05

Family

ID=63590075

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017040962A Expired - Fee Related JP6960076B2 (en) 2017-03-03 2017-03-03 Array antenna for simultaneous transmission and reception

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6960076B2 (en)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000244224A (en) * 1999-02-22 2000-09-08 Denso Corp Multi-beam antenna and antenna system
JP3569665B2 (en) * 2000-08-30 2004-09-22 三菱電機株式会社 Transmitter / receiver with array antenna and method of adjusting this array antenna

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018148370A (en) 2018-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11533074B2 (en) Full-duplex transceiver apparatus
EP2649678B1 (en) Multiple-input multiple-output (mimo) antenna system
US8055216B2 (en) Antenna matching for MIMO transceivers
US11601165B2 (en) Antenna arrangement for two polarizations
US20100201598A1 (en) Antenna system and method for operating an antenna system
US10680790B2 (en) Antenna system
CN107925150A (en) Techniques Used to Calibrate Antenna Arrays
US20160261308A1 (en) Architecture for cancelling self interference and enabling full duplex communications
US20150188240A1 (en) Transmitting and receiving array antenna apparatus with ultra high isolation
US10763592B2 (en) Antenna arrangements for a radio transceiver device
JP6960076B2 (en) Array antenna for simultaneous transmission and reception
CN106025500B (en) Multiple Antennas Using Decoupling Networks
WO2019058385A1 (en) A polarized antenna based full duplex radio front-end using electrical balance
Song et al. Strong los mimo for short range mmwave communication-towards 1 tbps wireless data bus
CN107850662A (en) Antenna system and method for transmitting signals
Xu et al. Transmit-receive (T/R) isolation enhancement with an indented antenna array
Wiedmann et al. Optimizing the wireless power transfer over MIMO channels
Knox Simplified Tapped Delay Line Architecture for Active Cancellation in a 2× 2 IBFD MIMO Transceiver
Murata et al. Simultaneous decoupling and matching technique for short-range MIMO
Walkenhorst et al. Repeater-assisted capacity enhancement (RACE) for MIMO links in a line-of-sight environment
JP2016015689A (en) Wireless communication system and apparatus and method
Pietiläinen Isolation Techniques in Full-Duplex Systems
Murata et al. Bidirectional matching technique for Tx and Rx ports in short-range MIMO
WO2025082119A1 (en) Communication apparatus
Kalyoncu et al. On the inherent self-interference suppression of full-duplex phased arrays

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200302

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200317

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20201209

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210106

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20210308

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20210310

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210419

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20210310

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: 20210819

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210921

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6960076

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees