JP7534641B2 - Array antenna and antenna system - Google Patents
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Description
本発明は、アレーアンテナ及びアンテナシステムに関する。 The present invention relates to an array antenna and an antenna system.
近年、移動通信システムの普及に伴い、６ＧＨｚ以下の周波数の利用が逼迫してきている。高速化、大容量化のニーズの高まりから、準ミリ波帯域やミリ波帯域など、より高い周波数帯域の利用が検討されている。このような高い周波数を用いる場合、電波の直進性が強いため、移動端末で快適に使うには、高利得のビームを作り、そのビームの方向を制御することが検討されている（非特許文献１～４）。
In recent years, with the spread of mobile communication systems, the use of frequencies below 6 GHz is becoming limited. Due to the growing need for faster speeds and larger capacity, the use of higher frequency bands such as the quasi-millimeter wave band and millimeter wave band is being considered. When using such high frequencies, radio waves tend to travel in a straight line, so to use them comfortably on mobile terminals, it is being considered to create a high-gain beam and control the direction of that beam (Non-Patent
無線信号のビーム方向を電気的に制御するためのアナログ回路技術としては、大別するとＲＦ（無線周波数）やＩＦ（中間周波数）帯域の可変移相器を使ったビーム形成回路と、バトラーマトリクス回路が挙げられる。 Analog circuit technologies for electrically controlling the beam direction of radio signals can be broadly divided into beam forming circuits using variable phase shifters in the RF (radio frequency) or IF (intermediate frequency) bands, and Butler matrix circuits.
可変移相器を使ったフェーズドアレーアンテナは、一般的にはビーム方向の細かな制御が可能である利点がある。しかしながら、通常はアンテナ素子数と同じ数の可変移相器が必要となり、部品点数が増加すること、それに伴い可変移相器の制御信号も増加し、装置が複雑になるという課題がある。 Phased array antennas using variable phase shifters generally have the advantage of being able to precisely control the beam direction. However, they usually require the same number of variable phase shifters as the number of antenna elements, which increases the number of parts and the associated increase in the control signals for the variable phase shifters, resulting in a more complex device.
バトラーマトリクス回路とアレーアンテナを組合せる方法は、ビームの方向は離散的な制御となるが、信号入力または信号出力端子の選択でビームが決まるため、ビームの制御は単純であるというメリットがある。しかし、バトラーマトリクスは配線を交差させるため入出力端子数を増加させることが難しく、アレーアンテナの多素子化が難しい。実際に試作等を行って発表されているものは４～１６素子程度のリニアアレーアンテナに組合せている例が多い。２次元アレーアンテナとの接続は、配線が複雑になりやすい。配線が複雑になることは、例えば非特許文献２の図１や、非特許文献２の図３や、非特許文献３の図１や、非特許文献４の図４に記載されている。
The method of combining a Butler matrix circuit with an array antenna has the advantage that although the beam direction is controlled discretely, the beam is determined by selecting the signal input or signal output terminal, so beam control is simple. However, since the Butler matrix requires crossing wiring, it is difficult to increase the number of input/output terminals, and it is difficult to make the array antenna multi-element. In actual prototypes and other works that have been published, there are many examples in which it is combined with a linear array antenna with about 4 to 16 elements. Connection with a two-dimensional array antenna tends to result in complex wiring. The complexity of the wiring is shown, for example, in Figure 1 of
非特許文献２の図１は、水平方向と垂直方向のバトラーマトリクス回路基板を合計８枚用意し、コネクタ、ケーブルで２次元アレーアンテナと接続した例を示す。数ＧＨｚ以下の低い周波数帯域では位相誤差が少ないため構成しやすいが、ミリ波帯域ではコネクタの実装やケーブルの曲げによる損失および位相変化が大きくなること、コネクタやケーブルの価格が高いという課題がある。また、８枚の基板を縦横に接続するため、装置の体積が大きくなるといった課題がある。
Figure 1 in Non-Patent
非特許文献２の図３は、バトラーマトリクス部分の基板と、アンテナと接続するための交差配線を含む基板とを作り、基板間をプッシュオンコネクタ（ＳＭＰ）で接続している構成がある。こちらは小型化には向いているが、ミリ波帯域ではプッシュオンコネクタの通過位相のばらつきが大きいこと、コネクタの部品価格が高いことが課題となる。特に、バトラーマトリクスとアンテナの間にコネクタを用いることは、位相特性のばらつきの原因となり、ビーム特性に与える影響が大きい。
Figure 3 of Non-Patent
非特許文献３の図１は、導波管でバトラーマトリクスを構成する例もある。特にミリ波帯域では導波管の方がプリント基板より伝送信号の通過損失が小さいことから、衛星搭載用などに使われている。しかしながら、配線の交差部分に導波管の９０度ハイブリッドを２段使う必要があるなど、体積が大きく、重量が重くなるという課題がある。
Figure 1 in
非特許文献４の図４のように、同一のプリント基板にバトラーマトリクス回路とアンテナを構成した例もある。この例ではコネクタもケーブルも不要であるが、アンテナは２次元アレーアンテナに接続しても、水平もしくは垂直方向のどちらかしかビームを動かすことはできない。
As shown in Figure 4 of Non-Patent
このことは給電回路としてバトラーマトリクス回路を備えるアンテナに限らず、給電回路としてマトリクス回路を備えるアンテナに共通の課題である。 This is not limited to antennas that use a Butler matrix circuit as a feed circuit, but is a common issue for antennas that use a matrix circuit as a feed circuit.
上記事情に鑑み、本発明は、マトリクス回路を給電回路として備えるアレーアンテナにおける配線の複雑化を抑制する技術を提供することを目的としている。 In view of the above circumstances, the present invention aims to provide a technology that suppresses the complexity of wiring in an array antenna that has a matrix circuit as a feed circuit.
本発明の一態様は、複数のアンテナ素子と、給電回路として動作する複数のマトリクス回路と、Ｎ枚（Ｎは２以上の整数）の基板と、を備え、Ｎ枚の前記基板それぞれには、少なくとも１つの前記アンテナ素子と少なくとも１つの前記マトリクス回路とが形成されており、Ｎ枚の前記基板は積層された状態にあり、前記アンテナ素子の位置は、複数の前記アンテナ素子はアレー状に配置されるという条件と、前記アンテナ素子が電磁波を放射又は受信する方向には前記電磁波を遮る遮蔽物が存在しないという条件と、積層方向に隣接する任意の２つの前記基板の一方におけるアンテナ素子の位置と他方におけるアンテナ素子の位置との間の積層方向に垂直な方向の距離は前記電磁波の波長の半分以上であるという条件と、を含む、アレーアンテナである。 One aspect of the present invention is an array antenna comprising a plurality of antenna elements, a plurality of matrix circuits that operate as a feeder circuit, and N substrates (N is an integer of 2 or more), each of which has at least one of the antenna elements and at least one of the matrix circuits formed thereon, the N substrates being in a stacked state, and the positions of the antenna elements being such that the plurality of antenna elements are arranged in an array, that there is no obstruction that blocks the electromagnetic waves in the direction in which the antenna elements radiate or receive electromagnetic waves, and that the distance in the direction perpendicular to the stacking direction between the position of the antenna element on one of any two substrates adjacent in the stacking direction and the position of the antenna element on the other substrate is at least half the wavelength of the electromagnetic waves.
本発明の一態様は、複数のアンテナ素子と、給電回路として動作する複数のマトリクス回路と、Ｎ枚（Ｎは２以上の整数）の基板と、を備え、Ｎ枚の前記基板それぞれには、少なくとも１つの前記アンテナ素子と少なくとも１つの前記マトリクス回路とが形成されており、Ｎ枚の前記基板は積層された状態にあり、前記アンテナ素子の位置は、複数の前記アンテナ素子はアレー状に配置されるという条件と、前記アンテナ素子が電磁波を放射又は受信する方向には前記電磁波を遮る遮蔽物が存在しないという条件と、積層方向に隣接する任意の２つの前記基板の一方におけるアンテナ素子の位置と他方におけるアンテナ素子の位置との間の積層方向に垂直な方向の距離は前記電磁波の波長の半分以上であるという条件と、を含む、アレーアンテナと、前記マトリクス回路の各入出力端子に対する入出力信号を切り替えることで直交する２方向の一方のビームの伝搬方向を制御し、前記基板に形成された回路それぞれに対する入出力信号の位相を制御することにより他方のビームの伝搬方向を制御する制御部と、を備えるアンテナシステムである。 One aspect of the present invention is an antenna system comprising: an array antenna including a plurality of antenna elements, a plurality of matrix circuits that operate as a power supply circuit, and N substrates (N is an integer of 2 or more), each of which has at least one of the antenna elements and at least one of the matrix circuits formed thereon, the N substrates being in a stacked state, and the positions of the antenna elements being such that the plurality of antenna elements are arranged in an array, that there is no obstruction that blocks the electromagnetic waves in the direction in which the antenna elements radiate or receive electromagnetic waves, and that the distance in a direction perpendicular to the stacking direction between the position of the antenna element on one of any two substrates adjacent in the stacking direction and the position of the antenna element on the other substrate is at least half the wavelength of the electromagnetic waves; and a control unit that controls the propagation direction of one of two orthogonal beams by switching input/output signals to each input/output terminal of the matrix circuit, and controls the propagation direction of the other beam by controlling the phase of the input/output signals to each circuit formed on the substrate.
本発明により、マトリクス回路を給電回路として備えるアレーアンテナにおける配線の複雑化を抑制することが可能となる。 The present invention makes it possible to suppress the complexity of wiring in an array antenna that has a matrix circuit as a power supply circuit.
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態のアンテナシステム１００の構成の一例を示す図である。アンテナシステム１００は、アレーアンテナ１及びアンテナ制御装置２を備える。アレーアンテナ１はアレーアンテナである。アレーアンテナ１は２次元又は３次元のアレーアンテナである。アンテナ制御装置２はアレーアンテナ１の動作を制御する。以下説明の簡単のため、アレーアンテナ１が２次元のアレーアンテナである場合を例に、アンテナシステム１００を説明する。
First Embodiment
Fig. 1 is a diagram showing an example of the configuration of an
アンテナシステム１００は、アレーアンテナ１によりビームを形成する。なお、ビームとは、アレーアンテナ１が備えるアンテナ素子１０１の送受信した電磁波の干渉の結果の電磁波である。すなわちビームとは、各アンテナ素子１０１が送受信した電磁波の合波である。
The
アレーアンテナ１が形成するビームの方向は、アンテナ制御装置２による制御により制御される。すなわち、アンテナシステム１００は可変ビームの機能を有するビーム形成システムである。アンテナシステム１００におけるビーム方向は、例えば図１におけるＺ軸方向（すなわち積層方向）である。
The direction of the beam formed by the
なお、一般にアンテナは電磁波を放射（すなわち送信）する機能を有するとともに受信する機能も有する。そしてアンテナは電磁波の送受信に関して、時間反転対称性を有する。アレーアンテナ１についてもこのことは同様である。そこで以下説明の簡単のため、放射を例にアンテナシステム１００を説明するが、受信についても同様である。なお、時間反転対称性を有する点で送信についてのアレーアンテナ１の動作と受信についてのアレーアンテナ１の動作とが同様であるため、送信において行われる光電気変換は受信においては電気光変換に代えて光電気変換が行われる。
In general, an antenna has the function of emitting (i.e. transmitting) electromagnetic waves as well as the function of receiving. An antenna has time-reversal symmetry with respect to the transmission and reception of electromagnetic waves. The same is true for the
アレーアンテナ１は、複数のアンテナ素子１０１と、複数のマトリクス回路１０２と、Ｎ枚（Ｎは２以上の整数）の基板１０３と、機能回路１０４と、複数の入出力コネクタ１０５とを少なくとも備えるアレーアンテナである。図１の例における基板１０３の数は４である。アレーアンテナ１は、さらに後述の分配器１４３と後述のデジタルＢＦＮ１４５とのいずれか一方を備える。分配器１４３とデジタルＢＦＮ１４５とは入出力コネクタ１０５に接続される。
The
アンテナ素子１０１それぞれは給電されることで電磁波を放射するアンテナ素子である。アンテナ素子１０１は、電圧又は電流が印加された場合に、所定の強度以上の電磁波を放射可能であればどのようなものであってもよい。そのため、アンテナ素子１０１は、例えば導線で形成される。
Each
複数のマトリクス回路１０２はそれぞれ、給電回路として動作するマトリクス回路である。マトリクス回路１０２は、例えばバトラーマトリクス回路である。
Each of the
基板１０３それぞれは、プリント基板や低温焼成セラミック（Low Temperature Co-fired Ceramics；ＬＴＣＣ）基板等の基板である。基板１０３の形状は、積層可能な形状であればどのような形状であってもよい。基板１０３の形状は、例えば平面形状である。
Each of the
機能回路１０４は、バトラーマトリクス回路等のマトリクス回路１０２に接続される回路である。機能回路１０４は、基板１０３の面であってマトリクス回路１０２が形成された面の反対側の面に形成される。
The
入出力コネクタ１０５は、機能回路１０４とアンテナ制御装置２とを接続するコネクタである。入出力コネクタ１０５を介して、機能回路１０４にアンテナ制御装置２で生成された送信信号が入力される。機能回路１０４は、アンテナ制御装置２の制御信号によって動作する。送信信号はアレーアンテナ１が送信する信号である。なお機能回路１０４の動作を制御する制御信号は、アンテナ制御装置２と機能回路１０４とをつなぐ経路であって入出力コネクタ１０５を介さない経路を伝搬することでアンテナ制御装置２から機能回路１０４まで伝搬してもよい。機能回路１０４の動作を制御する制御信号は、入出力コネクタ１０５を介してアンテナ制御装置２から機能回路１０４まで伝搬してもよい。経路は、具体的には例えば導線である。
The input/
Ｎ枚の基板１０３それぞれは、少なくとも１つのアンテナ素子１０１と少なくとも１つのマトリクス回路１０２とが形成された状態にある。Ｎ枚の基板１０３は積層された状態にある。図１において積層方向は、Ｚ軸方向である。図１においてＺ軸方向は、基板１０３の面に垂直な方向である。また、Ｎ枚の基板１０３それぞれは、少なくとも１つの機能回路１０４と少なくとも１つの入出力コネクタ１０５とが形成された状態にある。
Each of the
アレーアンテナ１は、アンテナ素子１０１の位置に関する所定の条件である配置条件を満たす。配置条件は、第１副配置条件、第２副配置条件、第３副配置条件を少なくとも含む。
The
第１副配置条件は、複数のアンテナ素子１０１はアレー状に配置された状態にある、という条件である。
The first sub-arrangement condition is that the
第２副配置条件は、アンテナ素子１０１が電磁波を放射又は受信する方向には電磁波を遮る遮蔽物が存在しないという条件である。遮蔽物は、アンテナ素子１０１が放射又は受信する電磁波を遮るものであればどのようなものでもよい。遮蔽物は、例えば他のアンテナ素子１０１である。基板１０３が電磁波を遮る物質で形成されている場合には、基板１０３は遮蔽物の一例である。
The second sub-arrangement condition is that there is no obstruction that blocks electromagnetic waves in the direction in which the
第３副配置条件は、積層方向に隣接する任意の２つの基板１０３の一方の基板１０３におけるアンテナ素子１０１の位置と他方の基板１０３におけるアンテナ素子１０１の位置との間の積層方向に垂直な方向の距離はアンテナ素子１０１が放射又は受信する電磁波の波長の半分以上であるという条件である。
The third sub-arrangement condition is that the distance in the direction perpendicular to the stacking direction between the position of the
図１の例のアレーアンテナ１は、上記配置条件を満たす。その理由を説明する。図１の例のアレーアンテナ１は、基板１０３ごとに、基板１０３のＸ軸正方向の端部にＹ軸に平行にアレー状にアンテナ素子１０１が配置された状態にある。さらに、図１の例のアレーアンテナ１は、Ｘ軸方向にもアレー状にアンテナ素子１０１が配置された状態にある。これは図１の例のアレーアンテナ１が第１副配置条件を満たすことを示す。
The
図１の例のアレーアンテナ１において、４枚の基板１０３は大きさ及び形状が基板１０３に依らず同一であり、各基板１０３が送信又は受信する電磁波の波長の半分以上、それぞれ一方向にずらして重ねて配置された状態にある。より具体的には、図１の例のアレーアンテナ１では４枚の基板１０３は大きさ及び形状が基板１０３に依らず同一であり、隣接する基板１０３同士はＸ軸方向の端部が、各基板１０３が送信又は受信する電磁波の波長の半分の長さずらして重ねられた状態にある。そして、図１の例のアレーアンテナ１において各基板１０３におけるアンテナ素子１０１の位置は、基板１０３に依らず同一である。そのため、アレーアンテナ１は、第３副配置条件を満たす。
In the
以下、基板１０３が積層される際にずらされる一方向を変位方向という。より具体的には、変位方向は、積層された各基板１０３の重心の移動方向である。図１の例において変位方向はＸ軸方向である。変位方向は積層方向に垂直である。
Hereinafter, the direction in which the
また隣接する基板１０３同士は、隣接基板上のアンテナ素子１０１同士の変位方向の間隔が、放射又は受信する電磁波の波長の半分以上の等間隔であるようずらして重ねられている。そして、各基板１０３におけるアンテナ素子１０１の位置は基板１０３に依らず同一である。さらに、図１の例のアレーアンテナ１では、基板１０３の重心の変位方向の位置は、基板１０３の重心のＺ軸方向の位置に比例した位置に存在する。そのため、図１の例のアレーアンテナ１では、アンテナ素子１０１が電磁波を放射する方向には遮蔽物が位置しない、これは図１の例のアレーアンテナ１が第２副配置条件を満たすことを意味する。
Also,
このように、図１のアレーアンテナ１は、配置条件を満たす。なお、図１のアレーアンテナ１では、アンテナ素子１０１のＺ軸正方向には基板１０３が存在しない。しかしながら、基板１０３が例えば電波を透過させる物質である場合には、基板１０３は遮蔽物ではないので、アンテナ素子１０１のＺ軸正方向に基板１０３が存在してもよい。
In this way, the
なお、図１のアレーアンテナ１では、基板１０３の大きさ及び形状は基板１０３に依らず同一であるが、配置条件が満たされていれば基板１０３は必ずしも大きさ及び形状が同一である必要は無い。例えば、各基板１０３のＹ軸方向の幅は、それぞれ異なってもよい。
In the
ただし、基板１０３の大きさ及び形状は基板１０３に依らず同一である方が、製造に要する負担を軽減することができるため好ましい。製造に要する負担は、例えば設計コストである。製造に要する負担は、例えば部品コストである。基板１０３の大きさ及び形状が基板１０３に依らず同一である場合、基板１０３や実装部品の量産性及び汎用性が高まる。そのため、基板１０３の大きさ及び形状が基板１０３に依らず同一である場合、アレーアンテナ１は部品コストを軽減する効果を奏する。
However, it is preferable that the size and shape of the
バトラーマトリクス回路のみで２次元方向のビームの制御を実現する場合、片方向（すなわち、垂直方向又は水平面方向のいずれか一方）のビーム用の回路の出力端子と反対方向のビーム用の回路の入力端子とを立体的に交差させる必要がある。立体的な配線以外にも例えば接続用基板とプッシュオンコネクタを用いる方法や導波管を用いる方法がある。このような立体的に交差する配線等の３次元的な配線が必要になるため、バトラーマトリクス回路のみで２次元方向のビームの制御を実現する場合には、配線の複雑化が生じる。一方、アンテナシステム１００では、配置条件が満たされる場合、スイッチを介して各マトリクス回路１０２の入力端子と分配器１４３とが接続された状態にあるだけで、２次元方向のビームの制御が実現される。そのため、アンテナシステム１００では、配線の複雑化を抑制することができる。
When controlling beams in two dimensions using only the Butler matrix circuit, it is necessary to intersect the output terminal of the circuit for beams in one direction (i.e., either the vertical or horizontal direction) with the input terminal of the circuit for beams in the opposite direction in a three-dimensional manner. In addition to three-dimensional wiring, there are other methods, such as using a connection board and a push-on connector, or using a waveguide. Since three-dimensional wiring such as wiring that intersects three-dimensionally is required, when controlling beams in two dimensions using only the Butler matrix circuit, the wiring becomes complicated. On the other hand, in the
また、アレーアンテナ１では、立体的に交差させるような多層配線ではなく基板を積層することで基板１０３の平坦性を向上させることができる。また、バトラーマトリクス回路とアンテナ素子の間でコネクタやケーブルを使用しないことでアレーアンテナ１は通過損失を軽減することができる。アレーアンテナ１は、例えばミリ波帯の通過損失を低減することができる。
In addition, in the
また、アレーアンテナ１では各基板１０３あたりの多層配線の数を軽減することができるため、配線間のビア配置の自由度を増大させることができる。そのため、アレーアンテナ１は、アレーアンテナ１自体の設計を容易にすることができる。
In addition, the
アンテナ制御装置２は、アレーアンテナ１の動作を制御する。アンテナ制御装置２の制御により、アレーアンテナ１は例えばＺ軸正方向に電磁波を放射する。
The
なお、アレーアンテナ１の各基板１０３に配置された複数のアンテナ素子１０１は、各基板１０３において１次元的に配置されている。以下、基板１０３ごとに定義される集合であって各基板１０３において１次元的に配置された複数のアンテナ素子１０１の集合を、リニアアレー集合という。そのため、アレーアンテナ１は、各基板１０３に１つのリニアアレー集合が形成された状態にある。図１の例では、リニアアレー集合は、Ｙ軸に平行である。
The
図２は、第１実施形態におけるアレーアンテナ１の回路構成の第１の例を説明する説明図である。図２において、枠Ａ１～枠Ａ４で囲まれた領域は、それぞれ１つの基板１０３に形成された回路を表す。以下、説明の簡単のため図１に記載の機能と同様の機能を有するものについては、図１と同じ符号を付すことで説明を省略する。
Figure 2 is an explanatory diagram illustrating a first example of the circuit configuration of the
図２の例において各基板１０３は、移相器１４１と、スイッチ１４２と、マトリクス回路１０２と、複数のアンテナ素子１０１とから形成された状態にある。移相器１４１は、可変位相器等の移相器である。移相器１４１は、例えばアナログ可変位相器であってもよい。図２の例では、移相器１４１は一方がスイッチ１４２に接続され他方が分配器１４３に接続される。スイッチ１４２は、電流の流れる方向や電流のオンとオフ等の電流の流れを制御するスイッチである。分配器１４３は分配器である。分配器１４３は、複数の移相器１４１に接続される。分配器１４３は、入出力コネクタ１０５に接続される。
In the example of FIG. 2, each
図２の例において各基板１０３の機能回路１０４は、各基板１０３に形成された移相器１４１とスイッチ１４２とによって構成される回路である。送信信号は、分配器１４３を介して各基板１０３の機能回路１０４に入力される。なお、図２における送受信信号は、送信信号又は受信信号を意味する。受信信号は、アレーアンテナ１が受信する信号である。送信信号は、アンテナ制御装置２から分配器１４３に送信される。受信信号は分配器１４３を通ってアンテナ制御装置２まで伝搬する。送信信号は、アンテナ制御装置２が備える機能部であって後述するＲＦ部２７が生成する。
In the example of FIG. 2, the
図２の例では、マトリクス回路１０２は、バトラーマトリクスである。マトリクス回路１０２は、スイッチ１４２とアンテナ素子１０１とに接続される。
In the example of FIG. 2, the
図２の例において、移相器１４１及びスイッチ１４２はアンテナ制御装置２によって動作が制御される。
In the example of FIG. 2, the operation of
図２の例では、水平方向又は垂直方向等の直交する２方向の一方についてのビームの伝搬方向の制御はマトリクス回路１０２によって行われる。マトリクス回路１０２によって行われるとは、具体的には、送信信号を入力するマトリクス回路１０２の各入出力端子を切り替えること、を意味する。送信信号の入力先の入力端子であってマトリクス回路１０２の各入力端子は、例えばアンテナ制御装置２の制御を受けるスイッチによって切り替えられる。図２の例では、直交する２方向のうちマトリクス回路１０２によって制御されない他方の方向についてのビームの伝搬方向の制御については移相器１４１によって行われる。
In the example of FIG. 2, the control of the beam propagation direction in one of two orthogonal directions, such as the horizontal direction or the vertical direction, is performed by the
移相器１４１は伝搬方向を制御するだけではなく、基板１０３のＺ軸方向の高さの違いによって生じる位相差を軽減することもできる。このことについて説明する。アレーアンテナ１が備える各基板１０３は、Ｚ軸方向の高さが異なる。そのため、アンテナ素子１０１に到達する２つの電気信号であって互いに異なる基板１０３を伝搬する２つの電気信号の間には、たとえ初期位相が同一でＸＹ面内での電気信号の伝送経路の長さが同じであっても、位相差が生じる。移相器１４１は、電気信号の位相を回転させるため、基板１０３のＺ軸方向の高さの違いによって生じる位相差を軽減することができる。
The
移相器１４１及びスイッチ１４２は、チップ部品等の半導体回路で小型に実装可能である。そのため移相器１４１及びスイッチ１４２は、基板１０３への実装が容易である。なお、半導体回路は、図１に示すように、アレーアンテナ１において第３副配置条件が満たされることで現れた基板１０３の裏面に例えば形成される。
The
なお、図２の例において、アレーアンテナ１が備える基板１０３と各基板１０３に形成された移相器１４１、スイッチ１４２、マトリクス回路１０２及びアンテナ素子１０１との組は説明の簡単のため４つである。すなわち、図２の例において、基板１０３と、移相器１４１と、スイッチ１４２と、マトリクス回路１０２と、複数のアンテナ素子１０１との組は４つである。しかしながら、基板１０３と、移相器１４１と、スイッチ１４２と、マトリクス回路１０２と、複数のアンテナ素子１０１との組は５つ以上であってもよいし、４つ未満であってもよい。また、図２の例において、各基板１０３が備えるリニアアレー集合は４つのアンテナ素子１０１から構成されている。しかしながらリニアアレー集合を構成するアンテナ素子１０１は５つ以上であってもよいし、４つ未満であってもよい。
2, the number of sets of the
図３は、第１実施形態におけるアレーアンテナ１の回路構成の第２の例を説明する説明図である。図３において、枠Ａ５～枠Ａ８で囲まれた領域は、それぞれ１つの基板１０３に形成された回路を表す。以下、説明の簡単のため図１～２に記載の機能と同様の機能を有するものについては、図１～２と同じ符号を付すことで説明を省略する。
Figure 3 is an explanatory diagram illustrating a second example of the circuit configuration of the
図３の例において各基板１０３は、周波数変換器１４４と、スイッチ１４２と、マトリクス回路１０２と、複数のアンテナ素子１０１とが形成された状態にある。図３の例では、周波数変換器１４４は一方がスイッチ１４２に接続され他方が入出力コネクタ１０５を介してデジタルＢＦＮ１４５に接続される。周波数変換器１４４は、デジタルＢＦＮ（Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｎｅｔｗｏｒｋ）１４５が出力した信号の周波数を無線周波数に変換する周波数変換器である。周波数変換器１４４は、例えばアップコンバータ又はダウンコンバータである。周波数変換器１４４は、周波数変換後の信号をスイッチ１４２に出力する。デジタルＢＦＮ１４５はＡ／Ｄ（Analog／Digital；アナログ/デジタル）変換機能、Ｄ／Ａ（Digital／Analog；デジタル/アナログ）変換機能及びデジタル信号処理機能を備え、入力された信号に対してデジタル信号処理を実施する。
In the example of FIG. 3, each
なお、Ａ／Ｄ機能を有するとはアナログ信号をデジタル信号に変換する処理を実行可能であることを意味する。Ｄ／Ａ機能を有するとはデジタル信号をアナログ信号に変換する処理を実行可能であることを意味する。デジタル信号処理機能とは、デジタル信号処理を実行可能であることを意味する。デジタル信号処理は、例えばプレコーディングである。 Note that having an A/D function means being able to execute a process to convert an analog signal into a digital signal. Having a D/A function means being able to execute a process to convert a digital signal into an analog signal. A digital signal processing function means being able to execute digital signal processing. Digital signal processing is, for example, precoding.
デジタル信号処理は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサ９３及びメモリ９４を備える制御部４５１と、記憶部４５２と、入出力部４５３と、を少なくとも備える情報処理部４５０によって実行される。そのため、デジタル信号処理機能と、Ａ／Ｄ変換機能と、Ｄ／Ａ変換機能とを備えるデジタルＢＦＮ１４５は、少なくとも情報処理部４５０とＡＤ変換器４６０とＤＡ変換器４７０とを備える装置である。ＡＤ変換器４６０はＡ／Ｄ変換を行う。ＤＡ変換器４７０はＤ／Ａ変換を行う。
Digital signal processing is performed by an
このように、デジタルＢＦＮ１４５は、バスで接続されたプロセッサ９３及びメモリ９４を備える制御部４５１と、記憶部４５２と、入出力部４５３と、通信部４５４とを少なくとも備える。より具体的にデジタルＢＦＮ１４５について説明する。デジタルＢＦＮ１４５は、制御部４５１を備え、プログラムを実行する。デジタルＢＦＮ１４５は、プログラムの実行によって制御部４５１、記憶部４５２、入出力部４５３、通信部４５４、ＡＤ変換器４６０及びＤＡ変換器４７０を備える装置として機能する。
In this way, the
さらに具体的には、デジタルＢＦＮ１４５は、プロセッサ９３が記憶部４５２に記憶されているプログラムを読み出し、読み出したプログラムをメモリ９４に記憶させる。プロセッサ９３が、メモリ９４に記憶させたプログラムを実行することによって、デジタルＢＦＮ１４５は、制御部４５１、記憶部４５２、入出力部４５３、通信部４５４、ＡＤ変換器４６０及びＤＡ変換器４７０を備える装置として機能する。
More specifically, in the
制御部４５１は、デジタルＢＦＮ１４５が備える各機能部の動作を制御する。制御部４５１は、例えば通信部４５４の動作を制御することで通信部４５４を介してアンテナ制御装置２が出力した制御信号を取得する。制御部４５１は、アンテナ制御装置２がデジタルＢＦＮ１４５に対して出力した制御信号、が示す内容にしたがった制御を実行する。アンテナ制御装置２がデジタルＢＦＮ１４５に対して出力した制御信号の内容は、例えばデジタルＢＦＮ１４５が備える制御部にプレコーディングを実行させる指示である。
The
制御部４５１は、例えば入出力部４５３の動作を制御する。制御部４５１は、例えばデジタル信号処理を実行する。制御部４５１が実行するデジタル信号処理は、予め定められた処理であって、例えばデジタルＢＦＮ１４５が備える通信部に入力された制御信号に基づきプレコーディングを実行する処理である。
The
制御部４５１は、例えばアレーアンテナ１が出力するビームの伝搬方向を制御する。制御部４５１は、具体的にはビームを形成するように各基板に入力される信号の位相を制御することで、アレーアンテナ１が出力するビームの伝搬方向を制御する。
The
記憶部４５２は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などのコンピュータ読み出し可能な記憶媒体装置を用いて構成される。記憶部４５２はデジタルＢＦＮ１４５に関する各種情報を記憶する。記憶部４５２は、例えばデジタルＢＦＮ１４５が備える各機能部の動作を制御するプログラムを予め記憶する。
The
入出力部４５３は、ＡＤ変換器４６０に接続するインタフェースとＤＡ変換器４７０に接続するインタフェースとを含んで構成される。入出力部４５３は、ＡＤ変換器４６０が出力した信号の入力を受け付け、受け付けた信号を制御部４５１に出力する。入出力部４５３は、ＡＤ変換器４６０が出力した信号を取得した制御部４５１が出力した信号を、ＤＡ変換器４７０に出力する。入出力部４５３は、ＤＡ変換器４７０が出力した信号の入力を受け付け、受け付けた信号を、入出力コネクタ１０５を介して各基板１０３に出力する。
The input/
通信部４５４は、アンテナ制御装置２に接続するインタフェースを含んで構成される。通信部４５４は、有線又は無線を介してアンテナ制御装置２と通信する。通信部４５４はアンテナ制御装置２との通信によってアンテナ制御装置２が出力した制御信号を取得する。
The
ＡＤ変換器４６０は入出力部４５３と入出力コネクタ１０５とに接続され、入出力コネクタ１０５から入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し入出力部４５３に出力する。ＤＡ変換器４７０は入出力部４５３と入出力コネクタ１０５とに接続され、入出力部４５３から出力されたデジタル信号をアナログ信号に変換し入出力コネクタ１０５に出力する。
The
デジタルＢＦＮ１４５は、複数の周波数変換器１４４に接続される。デジタルＢＦＮ１４５は、入出力コネクタ１０５に接続される。より具体的にはデジタルＢＦＮ１４５は、入出力部４５３を介して入出力コネクタ１０５に接続される。
The
図３の例において各基板１０３の機能回路１０４は、各基板１０３に形成された周波数変換器１４４とスイッチ１４２とによって構成される回路である。
In the example of FIG. 3, the
図３の例では、マトリクス回路１０２は、バトラーマトリクスである。マトリクス回路１０２は、スイッチ１４２とアンテナ素子１０１とに接続される。
In the example of FIG. 3, the
図３の例において、周波数変換器１４４、スイッチ１４２、及びデジタルＢＦＮ１４５はアンテナ制御装置２によって動作が制御される。
In the example of FIG. 3, the operation of the
図３の例では、水平方向又は垂直方向等の直交する２方向の一方についてのビームの伝搬方向の制御はマトリクス回路１０２によって行われる。図３の例では、直交する２方向のうちマトリクス回路１０２によって制御されない他方の方向についてのビームの伝搬方向の制御についてはデジタルＢＦＮ１４５によって行われる。図３に例示するアレーアンテナ１は、各基板１０３で実行されるアナログビームフォーミングとデジタルＢＦＮ１４５で実行されるデジタル処理とを組み合わせたアナログ・デジタルのハイブリッドビームフォーミングの構成である。そのため、アレーアンテナ１は、アナログ・デジタルのハイブリッドビームフォーミングを行うことができる。
In the example of FIG. 3, the control of the beam propagation direction in one of two orthogonal directions, such as the horizontal direction or the vertical direction, is performed by the
デジタルＢＦＮ１４５は伝搬方向を制御するだけではなく、基板１０３のＺ軸方向の高さの違いによって生じる位相差を軽減することもできる。このことについて説明する。上述したように、アレーアンテナ１が備える各基板１０３は、Ｚ軸方向の高さが異なる。そのため、アンテナ素子１０１に到達する２つの電気信号であって互いに異なる基板１０３を伝搬する２つの電気信号の間には、たとえ初期位相が同一でＸＹ面内での電気信号の伝送経路の長さが同じであっても、位相差が生じる。デジタルＢＦＮ１４５は、Ｚ軸方向の高さが異なることにより生じる位相差を相殺する位相をあらかじめデジタル処理にて信号に与えておくことにより、基板１０３のＺ軸方向の高さの違いによって生じる位相差を軽減することができる。
The
周波数変換器１４４は、上述したように例えばアップコンバータ又はダウンコンバータであるが、アップコンバータ又はダウンコンバータは、チップ部品等の半導体回路で小型に実装可能である。そのため、周波数変換器１４４は基板１０３への実装が容易である。
The
なお、図３の例において、アレーアンテナ１は、周波数変換器１４４による周波数の変換前に信号の増幅を行う増幅器をさらに備えてもよい。また、図３の例において、アレーアンテナ１は、周波数変換器１４４による周波数の変換後に信号の増幅を行う増幅器をさらに備えてもよい。すなわち、スイッチ１４２には、デジタルＢＦＮ１４５が出力した信号に対して周波数変換が行われた信号だけが入力される必要は無く、デジタルＢＦＮ１４５が出力した信号に対して周波数変換と増幅とが行われた信号が入力されてもよい。
In the example of FIG. 3, the
なお、図３の例において、アレーアンテナ１が備える基板１０３と各基板１０３に形成された周波数変換器１４４、スイッチ１４２、マトリクス回路１０２及びアンテナ素子１０１との組は説明の簡単のため４つである。すなわち、図３の例において、基板１０３と、周波数変換器１４４と、スイッチ１４２と、マトリクス回路１０２と、複数のアンテナ素子１０１との組は４つである。しかしながら、基板１０３と、周波数変換器１４４と、スイッチ１４２と、マトリクス回路１０２と、複数のアンテナ素子１０１との組は５つ以上であってもよいし、４つ未満であってもよい。
In the example of FIG. 3, the
図４は、第１実施形態におけるアレーアンテナ１の回路構成の第３の例を説明する説明図である。図４において、枠Ａ９－１～枠Ａ９－Ｑ（Ｑは２以上の整数）で囲まれた領域は、それぞれ１つの基板１０３に形成された回路を表す。
Figure 4 is an explanatory diagram illustrating a third example of the circuit configuration of the
図４の例において各基板１０３は、複数の周波数変換器１４４と、複数の増幅器１４６と、マトリクス回路１０２と、複数のアンテナ素子１０１とが形成された状態にある。増幅器１４６は、増幅器である。図４の例において増幅器１４６は、周波数変換器１４４が出力した信号を増幅する。以下、説明の簡単のため図１～３に記載の機能と同様の機能を有するものについては、図１～３と同じ符号を付すことで説明を省略する。なお、アレーアンテナ１は、必ずしも増幅器１４６を備える必要は無い。
In the example of FIG. 4, each
図４の例では、周波数変換器１４４は一方が増幅器１４６に接続され他方がデジタルＢＦＮ１４５に接続される。図４の例では、各基板１０３において、周波数変換器１４４の数と、増幅器１４６の数と、アンテナ素子１０１の数とは同一である。
In the example of FIG. 4, one end of the
図４の例において各基板１０３の機能回路１０４は、各基板１０３に形成された周波数変換器１４４と増幅器１４６とによって構成される回路である。
In the example of FIG. 4, the
図４の例では、マトリクス回路１０２は、バトラーマトリクスである。マトリクス回路１０２は、増幅器１４６とアンテナ素子１０１とに接続される。
In the example of FIG. 4, the
図４の例において、周波数変換器１４４及びデジタルＢＦＮ１４５はアンテナ制御装置２によって動作が制御される。
In the example of FIG. 4, the operation of the
図４の例では、水平方向又は垂直方向等の直交する２方向の一方に伝搬する複数のビームがマトリクス回路１０２によって制御される。図４の例では、水平方向又は垂直方向等の直交する２方向の他方に伝搬する複数のビームがデジタルＢＦＮ１４５によって制御される。
In the example of FIG. 4, multiple beams propagating in one of two orthogonal directions, such as the horizontal direction or the vertical direction, are controlled by the
なお、図４の例において、図２及び図３の例と異なり、直交する２方向の各方向についてそれぞれ複数のビームが形成される理由は、マトリクス回路１０２の複数の入力ポートに信号が入力されることにより一方に伝搬する複数のビームが形成されるからである。そして、マトリクス回路１０２の入力ポートに入力される信号はそれぞれデジタルＢＦＮ１４５にて他方に伝搬するビームを制御されるからである。そのため、図４に例示するアレーアンテナ１は、複数のビームを同時に生成するアナログ・デジタルのハイブリッドのＭＩＭＯ（multiple-input and multiple-output）空間多重を行うことができる。
In the example of FIG. 4, unlike the examples of FIG. 2 and FIG. 3, the reason that multiple beams are formed in each of the two orthogonal directions is because multiple beams propagating in one direction are formed by inputting signals to multiple input ports of the
図４に例示するアレーアンテナ１は、ビーム間の信号間のアイソレーションを確保することで、伝送速度の高速化が可能である。なぜなら、ビーム間の信号間のアイソレーションが確保されることでＭＩＭＯ空間多重を実行可能だからである。また、ビーム間の信号間のアイソレーションは、例えばマトリクス回路１０２によるアナログビームフォーミングによって確保される。なお、マトリクス回路１０２によるアナログビームフォーミングによって２つの信号が十分に分離できている状態が信号のアイソレーションが確保された状態の一例である。２つの信号が十分に分離できているとは、２つの信号間の干渉が所定の基準より少ない、ことを意味する。なおビーム間の信号間とは、第１ビームが搬送する信号と第２ビーム２が搬送する信号との間、を意味する。第１ビームと第２ビームとは、アレーアンテナ１が送信する２つの互いに異なるビームである。
The
図４に例示するアレーアンテナ１においてマトリクス回路１０２の端子へ入力される信号の有無は、デジタルＢＦＮ１４５によって決定されてもよい。デジタルＢＦＮ１４５は、例えば第１制御情報に基づき各出力ポートからの出力信号のＯＮとＯＦＦとの制御を実行することで、マトリクス回路１０２の端子へ入力する信号の有無を決定する。第１制御情報は、デジタルＢＦＮ１４５が備える制御部４５１が出力する制御に関する情報である。第１制御情報は、制御部４５１においてアンテナ制御装置２が送信した制御に関する情報である第２制御情報に基づき内容が決定される。例えば内容は、第２制御情報に基づき制御部４５１が所定の処理を実行することによって決定する。
In the
図２～図４の例で説明したように、マトリクス回路１０２は、水平または垂直方向等の所定の一軸におけるビームの伝搬方向の切り替えを行う。また図４の例で説明したように、マトリクス回路１０２は、複数のビームの同時送信または受信を行う。
As described in the examples of Figures 2 to 4, the
図５は、第１実施形態におけるアンテナ制御装置２のハードウェア構成の一例を示す図である。アンテナ制御装置２は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサ９１とメモリ９２とを備える制御部２１を備え、プログラムを実行する。アンテナ制御装置２は、プログラムの実行によって制御部２１、通信部２２、入力部２３、記憶部２４、出力部２５、接続部２６及びＲＦ部２７を備える装置として機能する。
Figure 5 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the
なお図５は一例であり、アレーアンテナ１がデジタルＢＦＮ１４５を備える場合には、アンテナ制御装置２は必ずしもＲＦ部２７を備える必要は無い。アレーアンテナ１がデジタルＢＦＮ１４５を備える場合には、ＲＦ部２７に代えてデジタルＢＦＮ１４５が送信信号を生成してもよい。具体的には、デジタルＢＦＮ１４５が、アンテナ制御装置２の制御を受けてプログラムを実行し、プログラムの実行によって送信信号を生成する。
Note that FIG. 5 is just an example, and if the
より具体的には、アンテナ制御装置２は、プロセッサ９１が記憶部２４に記憶されているプログラムを読み出し、読み出したプログラムをメモリ９２に記憶させる。プロセッサ９１が、メモリ９２に記憶させたプログラムを実行することによって、アンテナ制御装置２は、制御部２１、通信部２２、入力部２３、記憶部２４、出力部２５、接続部２６及びＲＦ部２７を備える装置として機能する。
More specifically, in the
制御部２１は、アンテナ制御装置２が備える各機能部の動作を制御する。制御部２１は、例えば接続部２６を介して、アレーアンテナ１の動作を制御する。より具体的には、制御部２１は、機能回路１０４の動作を制御する。制御部２１は、例えばアレーアンテナ１の制御の履歴を記憶部２４に記録する。制御部２１は、例えば通信部２２の動作を制御する。
The
制御部２１は、例えばＲＦ部２７の動作を制御する。制御部２１は、例えばＲＦ部２７の動作を制御することでＲＦ部２７に、分配器１４３又はデジタルＢＦＮ１４５に入力させる信号（送信信号）を生成させる。送信信号は、分配器１４３又はデジタルＢＦＮ１４５と、入出力コネクタ１０５と、機能回路１０４と、マトリクス回路１０２とを介してアンテナ素子１０１から送信される。
The
制御部２１は、例えば、ビームの伝搬方向を制御する。例えば制御部２１は、マトリクス回路１０２の各入出力端子に対して信号を入力する端子を切り替えることで直交する２方向の一方のビームの伝搬方向を制御する。制御部２１は、基板１０３に形成された回路それぞれに対する入出力信号の位相を、移相器１４１もしくはデジタルＢＦＮ１４５を制御することにより直交する２方向の他方のビームの伝搬方向を制御する。
The
通信部２２は、アンテナ制御装置２を外部装置に接続するための通信インタフェースを含んで構成される。通信部２２は、有線又は無線を介して外部装置と通信する。
The
入力部２３は、マウスやキーボード、タッチパネル等の入力装置を含んで構成される。入力部２３は、これらの入力装置をアンテナ制御装置２に接続するインタフェースとして構成されてもよい。入力部２３は、アンテナ制御装置２に対する各種情報の入力を受け付ける。入力部２３には、例えばアレーアンテナ１の動作の開始の指示（以下「動作開始指示」という。）が入力される。
The
なお、動作開始指示は、必ずしも入力部２３に入力される必要は無い。動作開始指示は、アレーアンテナ１のユーザの端末から通信部２２に入力されてもよい。
The operation start instruction does not necessarily have to be input to the
記憶部２４は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などのコンピュータ読み出し可能な記憶媒体装置を用いて構成される。記憶部２４はアンテナ制御装置２に関する各種情報を記憶する。記憶部２４は、例えばアンテナ制御装置２が備える各機能部の動作を制御するプログラムを予め記憶する。
The
出力部２５は、各種情報を出力する。出力部２５は、例えばＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）ディスプレイや液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ等の表示装置を含んで構成される。出力部２５は、これらの表示装置をアンテナ制御装置２に接続するインタフェースとして構成されてもよい。出力部２５は、例えば入力部２３に入力された情報を出力する。出力部２５は、例えば通信部２２に入力された情報を表示してもよい。
The
接続部２６は、制御部２１と機能回路１０４とを接続する回路である。制御部２１は、接続部２６を介して機能回路１０４に制御信号を送る。
The
ＲＦ部２７は、制御部２１の制御にしたがって動作する。ＲＦ部２７は、制御部２１の制御により、信号（送信信号）を生成する。ＲＦ部２７は、分配器１４３又はデジタルＢＦＮ１４５に接続されており、ＲＦ部２７が生成した信号はＲＦ部２７から分配器１４３又はデジタルＢＦＮ１４５に出力される。
The
このように構成された第１実施形態におけるアレーアンテナ１は、配置条件を満たす。配置条件が満たされる場合、図１のアレーアンテナ１に図示されているように、アンテナ素子１０１の数を増やす場合に必ずしも１枚の基板１０３に配置するアンテナ素子１０１の数を増やす必要はなく、基板１０３を追加すればよい。基板１０３を追加することによる追加の配線は分配器１４３と追加する基板１０３の入出力コネクタ１０５との接続のみで済む。そのため、アレーアンテナ１は、マトリクス回路１０２を給電回路として備えるアレーアンテナにおける配線の複雑化を抑制することができる。
The
また、アレーアンテナ１は、必ずしもアンテナ素子１０１とマトリクス回路１０２との間をコネクタやケーブルで接続する必要が無い。例えばアンテナ素子１０１とマトリクス回路１０２とを同一基板上に形成する場合、アンテナ素子１０１とマトリクス回路１０２との間をコネクタやケーブルで接続する必要が無い。
In addition, the
アレーアンテナ１は、同一の基板１０３を用いて構成されてもよい。そのため、アレーアンテナ１は、量産性及び汎用性が高い、という効果を奏する。
The
また、第１実施形態のアンテナシステム１００は、アレーアンテナ１を備える。そのため、アンテナシステム１００は、マトリクス回路を給電回路として備えるアレーアンテナにおける配線の複雑化を抑制することができる。
The
（第２実施形態）
図６は、第２実施形態のアンテナシステム１００ａの構成の一例を示す図である。以下、説明の簡単のためアンテナシステム１００が備える機能部と同様の機能を有するものについては図１～図４と同じ符号を付すことで説明を省略する。
Second Embodiment
Fig. 6 is a diagram showing an example of the configuration of an
アンテナシステム１００ａは、アレーアンテナ１ａ及びアンテナ制御装置２を備える。アンテナシステム１００ａは、アレーアンテナ１ａからビームを放射する。アレーアンテナ１ａが放射するビームの放射方向は、アンテナ制御装置２による制御により制御される。すなわち、アンテナシステム１００ａは可変ビームの機能を有するビームの放射のシステムである。なお、アンテナシステム１００ａにおけるビームの放射方向は、例えば図６におけるＺ軸方向（すなわち積層方向）である。
The
なお、第１実施形態において説明しように、アンテナは電磁波の送受信に関して、時間反転対称性を有する。アレーアンテナ１ａについてもこのことは同様である。そこで以下説明の簡単のため、放射を例にアンテナシステム１００ａを説明するが、受信についても同様である。なお、時間反転対称性を有する点で送信についてのアレーアンテナ１ａの動作と受信についてのアレーアンテナ１ａの動作とが同様であるため、送信において行われる光電気変換は受信においては電気光変換に代えて光電気変換が行われる。
As explained in the first embodiment, the antenna has time-reversal symmetry for transmitting and receiving electromagnetic waves. The same is true for the
アレーアンテナ１ａは、複数のアンテナ素子１０１と、複数のマトリクス回路１０２と、Ｎ枚（Ｎは２以上の整数）の基板１０３と、機能回路１０４と、複数の入出力コネクタ１０５とを備えるアレーアンテナである。図６の例における基板１０３の数は２である。
The
Ｎ枚の基板１０３それぞれは、複数のアンテナ素子１０１と、複数のマトリクス回路１０２と、少なくとも１つの機能回路１０４と、少なくとも１つの入出力コネクタ１０５とが形成された状態にある。Ｎ枚の基板１０３は積層された状態にある。図６において積層方向は、Ｚ軸方向である。
Each of the
アレーアンテナ１ａでは各基板１０３に複数のアンテナ素子１０１が２次元的に配置されている。より具体的には、アレーアンテナ１は、各基板１０３に互いに平行な２つのリニアアレー集合が形成された状態にある。図６の例では、各リニアアレー集合は、Ｙ軸に平行である。
In the
図６の例のアレーアンテナ１ａは、配置条件を満たす。その理由を説明する。図６の例のアレーアンテナ１ａは、基板１０３ごとに、基板１０３のＸ軸正方向の端部にＹ軸に平行に２つのリニアアレー集合が互いに平行に配置された状態にある。さらに、図６の例のアレーアンテナ１ａは、変位方向にもアレー状にアンテナ素子１０１が配置された状態にある。これは図６の例のアレーアンテナ１ａが第１副配置条件を満たすことを示す。
The
図６の例のアレーアンテナ１ａにおいて、２枚の基板１０３は大きさ及び形状が基板１０３に依らず同一であり、各基板１０３が送信又は受信する電磁波の波長の半分以上の長さ、それぞれ一方向にずらして重ねて配置された状態にある。より具体的には、図６の例のアレーアンテナ１ａでは２枚の基板１０３は大きさ及び形状が基板１０３に依らず同一であり、隣接する基板１０３同士は変位方向の端部が、各基板１０３が送信又は受信する電磁波の波長の半分の長さずらして重ねられた状態にある。そして、図６の例のアレーアンテナ１ａにおいて各基板１０３におけるアンテナ素子１０１の位置は、基板１０３に依らず同一である。そのため、アレーアンテナ１ａは、第３副配置条件を満たす。
In the
また隣接する基板１０３同士は隣接基板上のアンテナ素子１０１同士が変位方向において放射又は受信する電磁波の波長の半分以上の等間隔になるようずらして重ねられており、各基板１０３におけるアンテナ素子１０１の位置は基板１０３に依らず同一である。さらに、図６の例のアレーアンテナ１ａでは、基板１０３の重心の変位方向の位置は、基板１０３の重心のＺ軸方向の位置に比例した位置に存在する。そのため、図６の例のアレーアンテナ１ａでは、アンテナ素子１０１が電磁波を放射する方向には遮蔽物が位置しない、これは図６の例のアレーアンテナ１ａが第２副配置条件を満たすことを意味する。
Also,
このように、図６のアレーアンテナ１ａは、配置条件を満たす。なお、図６のアレーアンテナ１ａでは、アンテナ素子１０１のＺ軸正方向には基板１０３が存在しない。しかしながら、基板１０３が例えば電波を透過させる物質である場合には、基板１０３は遮蔽物ではないので、アンテナ素子１０１のＺ軸正方向に基板１０３が存在してもよい。
In this way, the
なお、図６のアレーアンテナ１ａでは、基板１０３の大きさ及び形状は基板１０３に依らず同一であるが、配置条件が満たされていれば基板１０３は必ずしも大きさ及び形状が同一である必要は無い。例えば、各基板１０３のＹ軸方向の幅は、それぞれ異なってもよい。
In the
アレーアンテナ１ａにおける機能回路１０４は、アレーアンテナ１における機能回路と同様である。すなわち、アレーアンテナ１ａにおける機能回路１０４は、例えば図２において説明した機能回路１０４であってもよいし、例えば図３において説明した機能回路１０４であってもよいし、例えば図４において説明した機能回路１０４であってもよい。
The
このように構成された第２実施形態におけるアレーアンテナ１ａは、配置条件を満たす。配置条件が満たされる場合、アレーアンテナ１ａは、アレーアンテナ１と同様に、アンテナ素子１０１の数を増やす場合に必ずしも１枚の基板１０３に配置するアンテナ素子１０１の数を増やす必要が無い。そのため、アレーアンテナ１ａは、マトリクス回路１０２を給電回路として備えるアレーアンテナにおける配線の複雑化を抑制することができる。
The
アレーアンテナ１ａは、アレーアンテナ１よりもアンテナ素子１０１の存在する領域の平坦性が高い。なぜなら、同一面内に存在するアンテナ素子１０１の数がアレーアンテナ１よりも多いため、同じ数のアンテナ素子を備えるアレーアンテナを構成する場合に基板の積層数を削減することができるからである。そのため、アレーアンテナ１ａは、アレーアンテナ１よりもミリ波帯の特性が良い、という効果を奏する。なお、平坦性が高いほどミリ波帯の特性が良いのは、平坦性が良いほど、Ｚ軸方向の高さが異なることにより生じる位相差が低減されるからである。
また、アレーアンテナ１ａは、必ずしもアンテナ素子１０１とマトリクス回路１０２との間をコネクタやケーブルで接続する必要が無い。
In addition, the
アレーアンテナ１ａは、同一の基板１０３を用いて構成されてもよい。そのため、アレーアンテナ１ａは、量産性及び汎用性が高い、という効果を奏する。
The
また、第２実施形態のアンテナシステム１００ａは、アレーアンテナ１ａを備える。そのため、アンテナシステム１００ａは、マトリクス回路を給電回路として備えるアレーアンテナにおける配線の複雑化を抑制することができる。
The
（第３実施形態）
図７は、第３実施形態のアンテナシステム１００ｂの構成の一例を示す図である。以下、説明の簡単のためアンテナシステム１００又はアンテナシステム１００ａが備える機能部と同様の機能を有するものについては図１～図６と同じ符号を付すことで説明を省略する。
Third Embodiment
Fig. 7 is a diagram showing an example of the configuration of an
アンテナシステム１００ｂは、アレーアンテナ１ｂ及びアンテナ制御装置２を備える。アンテナシステム１００ｂは、アレーアンテナ１ｂからビームを放射する。アレーアンテナ１ｂが放射するビームの放射方向は、アンテナ制御装置２による制御により制御される。すなわち、アンテナシステム１００ｂは可変ビームの機能を有するビームの放射のシステムである。なお、アンテナシステム１００ｂにおけるビームの放射方向は、例えば図７におけるＺ軸方向（すなわち積層方向）である。
The
なお、第１実施形態において説明しように、アンテナは電磁波の送受信に関して、時間反転対称性を有する。アレーアンテナ１ｂについてもこのことは同様である。そこで以下説明の簡単のため、放射を例にアンテナシステム１００ｂを説明するが、受信についても同様である。なお、時間反転対称性を有する点で送信についてのアレーアンテナ１ｂの動作と受信についてのアレーアンテナ１ｂの動作とが同様であるため、送信において行われる光電気変換は受信においては電気光変換に代えて光電気変換が行われる。
As explained in the first embodiment, the antenna has time-reversal symmetry for transmitting and receiving electromagnetic waves. The same is true for
アレーアンテナ１ｂは、複数のアンテナ素子１０１と、複数のマトリクス回路１０２と、Ｎ枚（Ｎは２以上の整数）の基板１０３と、機能回路１０４と、複数の入出力コネクタ１０５と、増幅器１４６とを備えるアレーアンテナである。図７の例における基板１０３の数は２である。
アレーアンテナ１ｂにおける機能回路１０４は、アレーアンテナ１における機能回路と同様である。すなわち、アレーアンテナ１ｂにおける機能回路１０４は、例えば図２において説明した機能回路１０４であってもよいし、例えば図３において説明した機能回路１０４であってもよいし、例えば図４において説明した機能回路１０４であってもよい。
The
Ｎ枚の基板１０３それぞれは、複数のアンテナ素子１０１と、マトリクス回路１０２と、少なくとも１つの機能回路１０４と、少なくとも１つの入出力コネクタ１０５とが形成された状態にある。Ｎ枚の基板１０３は積層された状態にある。図７において積層方向は、Ｚ軸方向である。
Each of the
アレーアンテナ１ｂでは各基板１０３に複数のアンテナ素子１０１が２次元的に配置されている。より具体的には、アレーアンテナ１は、各基板１０３に互いに平行な２つのリニアアレー集合が形成された状態にある。図７の例では、各リニアアレー集合は、Ｙ軸に平行である。なお、アレーアンテナ１ｂの各基板１０３における複数のアンテナ素子１０１の配置は、必ずしも２次元的である必要は無く１次元的であってもよい。
In
図７の例のアレーアンテナ１ｂは、配置条件を満たす。その理由を説明する。図７の例のアレーアンテナ１ｂは、基板１０３ごとに、基板１０３のＸ軸正方向の端部にＹ軸に平行に２つのリニアアレー集合が互いに平行に配置された状態にある。さらに、図７の例のアレーアンテナ１ｂは、変位方向にもアレー状にアンテナ素子１０１が配置された状態にある。これは図７の例のアレーアンテナ１ｂが第１副配置条件を満たすことを示す。
The
図７の例のアレーアンテナ１ｂにおいて、２枚の基板１０３は大きさ及び形状が基板１０３に依らず同一であり、各基板１０３が送信又は受信する電磁波の波長の半分以上の長さ、それぞれ一方向にずらして重ねて配置された状態にある。より具体的には、図７の例のアレーアンテナ１ｂでは２枚の基板１０３は大きさ及び形状が基板１０３に依らず同一であり、隣接する基板１０３同士は隣接基板上のアンテナ素子１０１同士が変位方向において放射又は受信する電磁波の波長の半分以上の等間隔になるようずらして重ねられた状態にある。そして、図７の例のアレーアンテナ１ｂにおいて各基板１０３におけるアンテナ素子１０１の位置は、基板１０３に依らず同一である。そのため、アレーアンテナ１ｂは、第３副配置条件を満たす。
In the
また隣接する基板１０３同士は隣接基板上のアンテナ素子１０１同士が変位方向において放射又は受信する電磁波の波長の半分以上の等間隔になるようずらして重ねられており、各基板１０３におけるアンテナ素子１０１の位置は基板１０３に依らず同一である。さらに、図７の例のアレーアンテナ１ｂでは、基板１０３の重心の変位方向の位置は、基板１０３の重心のＺ軸方向の位置に比例した位置に存在する。そのため、図７の例のアレーアンテナ１ｂでは、アンテナ素子１０１が電磁波を放射する方向には遮蔽物が位置しない。これは図７の例のアレーアンテナ１ａが第２副配置条件を満たすことを意味する。
Also,
このように、図７のアレーアンテナ１ｂは、配置条件を満たす。なお、図７のアレーアンテナ１ｂでは、アンテナ素子１０１のＺ軸正方向には基板１０３が存在しない。しかしながら、基板１０３が例えば電波を透過させる物質である場合には、基板１０３は遮蔽物ではないので、アンテナ素子１０１のＺ軸正方向に基板１０３が存在してもよい。
In this way, the
なお、図７のアレーアンテナ１ｂでは、基板１０３の大きさ及び形状は基板１０３に依らず同一であるが、配置条件が満たされていれば基板１０３は必ずしも大きさ及び形状が同一である必要は無い。例えば、各基板１０３のＹ軸方向の幅は、それぞれ異なってもよい。
In the
増幅器１４６は、アンテナ素子１０１とマトリクス回路１０２との間に位置する。無線通信システムでは、アンテナ素子１０１の近くに増幅器があるほど、送信電力の増加と受信側の雑音指数を低減することができる。
The
このように構成された第３実施形態におけるアレーアンテナ１ｂは、配置条件を満たす。配置条件が満たされる場合、アレーアンテナ１ｂは、アレーアンテナ１と同様に、アンテナ素子１０１の数を増やす場合に必ずしも１枚の基板１０３に配置するアンテナ素子１０１の数を増やす必要が無い。なぜなら、１枚の基板１０３に配置するアンテナ素子１０１の数を増やす代わりに、アンテナ素子１０１が形成された基板１０３を追加すればいいからである。したがって、アレーアンテナ１ｂでは、アンテナ素子１０１の数が増えたとしても、各基板１０３における配線の複雑化が生じない。この事情は、アンテナ素子１０１とマトリクス回路１０２との間に増幅器１４６を備える場合であっても同様である。そのため、アレーアンテナ１ｂは、マトリクス回路１０２を給電回路として備えるアレーアンテナにおける配線の複雑化を抑制することができる。
The
アレーアンテナ１ｂは、アンテナ素子１０１の存在する領域の平坦性について、アレーアンテナ１及びアレーアンテナ１ａと同等の平坦性を有する。そのため、アレーアンテナ１ｂは、アレーアンテナ１及びアレーアンテナ１ａと同様にミリ波帯において良い特性を有する。
アレーアンテナ１ｂは、アンテナ素子１０１の近くに増幅器が配置されることで、アレーアンテナ１及びアレーアンテナ１ａよりも信号の雑音を低減することができる。すなわち、アレーアンテナ１ｂは、アレーアンテナ１及びアレーアンテナ１ａよりも信号品質の劣化を抑制するという効果を奏する。
また、アレーアンテナ１ｂは、必ずしもアンテナ素子１０１とマトリクス回路１０２との間をコネクタやケーブルで接続する必要が無い。
In addition, the
アレーアンテナ１ｂは、同一の基板１０３を用いて構成されてもよい。そのため、アレーアンテナ１ｂは、量産性及び汎用性が高い、という効果を奏する。
The
また、第３実施形態のアンテナシステム１００ｂは、アレーアンテナ１ｂを備える。そのため、アンテナシステム１００ｂは、マトリクス回路を給電回路として備えるアレーアンテナにおける配線の複雑化を抑制することができる。
The
（第４実施形態）
図８は、第４実施形態のアンテナシステム１００ｃの構成の一例を示す図である。以下、説明の簡単のためアンテナシステム１００、アンテナシステム１００ａ又はアンテナシステム１００ｂが備える機能部と同様の機能を有するものについては図１～図７と同じ符号を付すことで説明を省略する。
Fourth Embodiment
Fig. 8 is a diagram showing an example of the configuration of an
アンテナシステム１００ｃは、アレーアンテナ１ｃ及びアンテナ制御装置２を備える。アンテナシステム１００ｃは、アレーアンテナ１ｃからビームを放射する。アレーアンテナ１ｃが放射するビームの放射方向は、アンテナ制御装置２による制御により制御される。すなわち、アンテナシステム１００ｃは可変ビームの機能を有するビームの放射のシステムである。なお、アンテナシステム１００ｃにおけるビームの放射方向は、例えば図８におけるＺ軸方向（すなわち積層方向）である。
The
なお、第１実施形態において説明しように、アンテナは電磁波の送受信に関して、時間反転対称性を有する。アレーアンテナ１ｃについてもこのことは同様である。そこで以下説明の簡単のため、放射を例にアンテナシステム１００ｃを説明するが、受信についても同様である。なお、時間反転対称性を有する点で送信についてのアレーアンテナ１ｃの動作と受信についてのアレーアンテナ１ｃの動作とが同様であるため、送信において行われる光電気変換は受信においては電気光変換に代えて光電気変換が行われる。
As explained in the first embodiment, the antenna has time-reversal symmetry for transmitting and receiving electromagnetic waves. The same is true for the
アレーアンテナ１ｃは、アレーアンテナ１、アレーアンテナ１ａ又はアレーアンテナ１ｂのいずれか１つである左アンテナと、左アンテナと同じ構成を有する右アンテナと、を向かい合わせで接着させたアンテナである。すなわち、アレーアンテナ１ｃは、左アンテナと右アンテナとを組み合わせたアンテナであって、左アンテナ又は右アンテナの一方は積層方向に垂直な面内で他方の向きが反転した状態にあるという条件を満たすアンテナである。より具体的には、アレーアンテナ１ｃは、対称条件と、谷形状条件とを満たすように左アンテナと右アンテナとが接着されたアンテナである。
対称条件は、積層方向に平行な面をはさんで対称であるという条件である。谷形状条件は、積層方向に垂直な方向の少なくとも一つから見たアンテナ素子１０１の集合の形状がＶ字谷を形成するという条件である。
The symmetry condition is that the elements must be symmetrical across a plane parallel to the stacking direction. The valley shape condition is that the shape of the collection of
なお図８の例において、左アンテナは左アンテナ１１－１である。図８の例において、右アンテナは右アンテナ１１－２である。 In the example of FIG. 8, the left antenna is left antenna 11-1. In the example of FIG. 8, the right antenna is right antenna 11-2.
このように、左アンテナは右アンテナと同一の構成であり、アレーアンテナ１ｃは、右アンテナと左アンテナとが積層方向に垂直な面内で向き合うように接着された状態にあるアンテナである。
In this way, the left antenna has the same configuration as the right antenna, and
図８の例のアレーアンテナ１ｃは、配置条件を満たす。その理由を説明する。図８の例のアレーアンテナ１ｃは、上述したように左アンテナと右アンテナとを組み合せたアンテナである。左アンテナは、アレーアンテナ１、アレーアンテナ１ａ又はアレーアンテナ１ｂのいずれか１つであり、右アンテナも、アレーアンテナ１、アレーアンテナ１ａ又はアレーアンテナ１ｂのいずれか１つである。そのため、左アンテナも右アンテナもどちらも配置条件を満たす。
そして、左アンテナと右アンテナとは、積層方向に垂直な面内で向き合うように接着された状態にある。そのため、谷形状条件が満たされる。谷形状条件が満たされるため、左アンテナ及び右アンテナで満たされていた配置条件は、左アンテナと右アンテナとの組み合わせであるアレーアンテナ１ｃにおいても満たされる。
The left and right antennas are bonded together so that they face each other in a plane perpendicular to the lamination direction. This satisfies the valley shape condition. Because the valley shape condition is satisfied, the arrangement conditions satisfied by the left and right antennas are also satisfied by
このように、図８のアレーアンテナ１ｃは、配置条件を満たす。なお、図８のアレーアンテナ１ｃでは、アンテナ素子１０１のＺ軸正方向には基板１０３が存在しない。しかしながら、基板１０３が例えば電波を透過させる物質である場合には、基板１０３は遮蔽物ではないので、アンテナ素子１０１のＺ軸正方向に基板１０３が存在してもよい。
In this way, the
アレーアンテナ１ｃは、左アンテナと右アンテナとを組み合わせたアンテナであるため、機能回路１０４を備える。アレーアンテナ１ｃにおける機能回路１０４は、アレーアンテナ１における機能回路と同様である。すなわち、アレーアンテナ１ｃにおける機能回路１０４は、例えば図２において説明した機能回路１０４であってもよいし、例えば図３において説明した機能回路１０４であってもよいし、例えば図４において説明した機能回路１０４であってもよい。
Since the
このように構成された第４実施形態におけるアレーアンテナ１ｃは、配置条件を満たす。配置条件が満たされる場合、アレーアンテナ１ｃは、アレーアンテナ１と同様に、アンテナ素子１０１の数を増やす場合に必ずしも１枚の基板１０３に配置するアンテナ素子１０１の数を増やす必要が無い。そのため、アレーアンテナ１ｃは、マトリクス回路１０２を給電回路として備えるアレーアンテナにおける配線の複雑化を抑制することができる。
The
また、アレーアンテナ１ｃでは、ビームが振られる角度範囲がアレーアンテナ１とは異なる。具体的には、アレーアンテナ１において基板１０３の積層によって斜めに傾いていたアレー面が、アレーアンテナ１ｃにおいては対象構造であることが理由で正面方向に向く。アレー面が正面方向を向くため、アレーアンテナ１ｃにおけるビームが振られる角度範囲はアレーアンテナ１と異なる。
In addition, the angular range over which the beam is deflected in
また、アレーアンテナ１ｃは、アンテナ素子１０１の数が増えることでアンテナゲインが向上する。より具体的には、アレーアンテナ１ｃの備える基板１０３の積層数がアレーアンテナ１、１ａ又は１ｂと同数の積層数である場合における、アレーアンテナ１ｃの備えるアンテナ素子１０１の数は、アレーアンテナ１、１ａ又は１ｂの備えるアンテナ素子１０１の数より多い。そのため、アレーアンテナ１ｃは、基板１０３の積層数がアレーアンテナ１、１ａ又は１ｂと同数の積層数である場合に、アレーアンテナ１、１ａ又は１ｂよりもアレーゲインを向上させることができる。
In addition, the antenna gain of
また、アレーアンテナ１ｃは、１枚の基板１０３上にマトリクス回路１０２、アンテナ素子１０１及び機能回路１０４を備える。したがって、アレーアンテナ１ｃは、必ずしもアンテナ素子１０１とマトリクス回路１０２との間をコネクタやケーブルで接続する必要が無い。そのため、アレーアンテナ１ｃは、部品の種類を減らすことができる。
The
また、アレーアンテナ１ｃは、基板１０３をずらして重ねることで生まれたスペースであって基板１０３の裏の面のスペースに機能回路１０４を実装することができる。
In addition, the
アレーアンテナ１ｃは、同一の基板１０３を用いて構成されてもよい。そのため、アレーアンテナ１ｃは、量産性及び汎用性が高い、という効果を奏する。
The
また、アレーアンテナ１ｃは、アンテナ素子１０１の配置に関して、アレーアンテナ１、１ａ又は１ｂよりも少ない積層数で、アレーアンテナ１、１ａ又は１ｂと同数のアンテナ素子１０１の配置が実現可能である。そのため、アレーアンテナ１ｃはアレーアンテナ１、１ａ又は１ｂよりも高い平坦性を有する。したがって、アレーアンテナ１ｃは、ミリ波帯において良い特性を有する。
In addition, with regard to the arrangement of
また、第４実施形態のアンテナシステム１００ｃは、アレーアンテナ１ｃを備える。そのため、アンテナシステム１００ｃは、マトリクス回路を給電回路として備えるアレーアンテナにおける配線の複雑化を抑制することができる。
The
（第５実施形態）
図９は、第５実施形態のアンテナシステム１００ｄの構成の一例を示す図である。以下、説明の簡単のためアンテナシステム１００、アンテナシステム１００ａ、アンテナシステム１００ｂ又はアンテナシステム１００ｃが備える機能部と同様の機能を有するものについては図１～図８と同じ符号を付すことで説明を省略する。
Fifth Embodiment
Fig. 9 is a diagram showing an example of the configuration of an
アンテナシステム１００ｄは、アレーアンテナ１ｄ及びアンテナ制御装置２を備える。アンテナシステム１００ｄは、アレーアンテナ１ｄからビームを放射する。アレーアンテナ１ｄが放射するビームの放射方向は、アンテナ制御装置２による制御により制御される。すなわち、アンテナシステム１００ｄは可変ビームの機能を有するビームの放射のシステムである。なお、アンテナシステム１００ｄにおけるビームの放射方向は、例えば図９におけるＺ軸方向（すなわち積層方向）である。
The
なお、第１実施形態において説明しように、アンテナは電磁波の送受信に関して、時間反転対称性を有する。アレーアンテナ１ｄについてもこのことは同様である。そこで以下説明の簡単のため、放射を例にアンテナシステム１００ｄを説明するが、受信についても同様である。なお、時間反転対称性を有する点で送信についてのアレーアンテナ１ｄの動作と受信についてのアレーアンテナ１ｄの動作とが同様であるため、送信において行われる光電気変換は受信においては電気光変換に代えて光電気変換が行われる。
As explained in the first embodiment, the antenna has time-reversal symmetry for transmitting and receiving electromagnetic waves. The same is true for the
アレーアンテナ１ｄは、複数のアンテナ素子１０１と、マトリクス回路１０２と、Ｎ枚（Ｎは２以上の整数）の基板１０３と、機能回路１０４と、複数の入出力コネクタ１０５と、を備えるアレーアンテナである。図９の例における基板１０３の数は４である。
The
アレーアンテナ１ｄにおける機能回路１０４は、アレーアンテナ１における機能回路と同様である。すなわち、アレーアンテナ１ｄにおける機能回路１０４は、例えば図２において説明した機能回路１０４であってもよいし、例えば図３において説明した機能回路１０４であってもよいし、例えば図４において説明した機能回路１０４であってもよい。
The
Ｎ枚の基板１０３それぞれは、複数のアンテナ素子１０１と、マトリクス回路１０２と、少なくとも１つの機能回路１０４と、が形成された状態にある。Ｎ枚の基板１０３は、積層された状態にある。積層方向の向き合う２つの基板１０３の向き合う２面の間の距離は零より大きい。例えば、Ｎ枚の基板１０３それぞれは、空隙を介して配置される。空隙は真空又は気体で満たされた空間である。例えば、Ｎ枚の基板１０３の向き合う２面の間の空間は、基板１０３とは高分子材料や絶縁体等の異なる物質で埋められていてもよい。Ｎ枚の基板１０３の向き合う２面の間に空間がある場合、その空間への半導体素子などデバイスなど電子部品を配置することが可能である。そのため、Ｎ枚の基板１０３の向き合う２面の間に空間があることは、設計の自由度を高める効果を奏する。
Each of the
図９の例のアレーアンテナ１ｄは、配置条件を満たす。その理由を説明する。図９の例のアレーアンテナ１ｄは、アレーアンテナ１において基板１０３間の距離を０より大きくしたものである。そのため、アレーアンテナ１において満たされていた配置条件はアレーアンテナ１ｄにおいても満たされる。
The
このように構成された第５実施形態におけるアレーアンテナ１ｄは、配置条件を満たす。配置条件が満たされる場合、アレーアンテナ１ｄは、アレーアンテナ１と同様に、アンテナ素子１０１の数を増やす場合に必ずしも１枚の基板１０３に配置するアンテナ素子１０１の数を増やす必要が無い。そのため、アレーアンテナ１ｄは、マトリクス回路１０２を給電回路として備えるアレーアンテナにおける配線の複雑化を抑制することができる。
The
上述したようにアレーアンテナ１ｄでは、基板１０３とその基板１０３の積層方向の最近接の他の基板１０３との積層方向の向き合う２面の間の距離が零より大きい。そのため、アレーアンテナ１ｄは、各基板１０３の裏面又は表面に機能回路１０４を実装できる面積が、基板１０３とその基板１０３の積層方向の最近接の他の基板１０３との積層方向の向き合う２面の間の距離が零であるアレーアンテナよりも、多い。アレーアンテナ１ｄは、例えばビームの制御に求められる性能が垂直方向と水平方向で異なる場合への適用が望ましい。
As described above, in
アレーアンテナ１ｄの適用場面についてより具体的に説明する。基板１０３間の距離が離れる場合、距離が近い場合よりもビームは崩れて特性は悪化する。そして、このような基板１０３間の距離が離れる場合、機能回路１０４が移相器を備えていても、移相器によって制御される方向のビームは基板１０３の高低差による位相差によってビーム特性が劣化する。しかしながら、マトリクス回路１０２で制御する方向のビームはアンテナ素子１０１が同一基板上（すなわち同一平面上）に配置されているためビーム特性の劣化が抑制される。無線通信では水平面と垂直面のどちらか一方向のみに高性能なビームフォーミングが必要な場面がある。そのような場面にアレーアンテナ１ｄは適用可能である。
The application scenarios of the
また、アレーアンテナ１ｄは、必ずしもアンテナ素子１０１とマトリクス回路１０２との間をコネクタやケーブルで接続する必要が無い。そのため、アレーアンテナ１ｄは、マトリクス回路１０２を給電回路として備えるアレーアンテナにおける配線の複雑化を抑制することができる。また、アレーアンテナ１ｄは、基板間に生まれた隙間を利用して、機能回路１０４を基板１０３の表の面にも裏の面にも実装することができる。
In addition, the
アレーアンテナ１ｄは、同一の基板１０３を用いて構成されてもよい。そのため、アレーアンテナ１ｄは、量産性及び汎用性が高い、という効果を奏する。
The
また、第５実施形態のアンテナシステム１００ｄは、アレーアンテナ１ｄを備える。そのため、アンテナシステム１００ｄは、マトリクス回路を給電回路として備えるアレーアンテナにおける配線の複雑化を抑制することができる。
Furthermore, the
（第６実施形態）
図１０は、第６実施形態のアンテナシステム１００ｅの構成の一例を示す図である。以下、説明の簡単のためアンテナシステム１００、アンテナシステム１００ａ、アンテナシステム１００ｂ、アンテナシステム１００ｃ又はアンテナシステム１００ｄが備える機能部と同様の機能を有するものについては図１～図９と同じ符号を付すことで説明を省略する。
Sixth Embodiment
Fig. 10 is a diagram showing an example of the configuration of an
アンテナシステム１００ｅは、アレーアンテナ１ｅ及びアンテナ制御装置２を備える。アンテナシステム１００ｅは、アレーアンテナ１ｅからビームを放射する。アレーアンテナ１ｅが放射するビームの放射方向は、アンテナ制御装置２による制御により制御される。すなわち、アンテナシステム１００ｅは可変ビームの機能を有するビームの放射のシステムである。なお、アンテナシステム１００ｅにおけるビームの放射方向は、例えば図１０におけるＺ軸方向（すなわち積層方向）である。
The
なお、第１実施形態において説明しように、アンテナは電磁波の送受信に関して、時間反転対称性を有する。アレーアンテナ１ｅについてもこのことは同様である。そこで以下説明の簡単のため、放射を例にアンテナシステム１００ｅを説明するが、受信についても同様である。なお、時間反転対称性を有する点で送信についてのアレーアンテナ１ｅの動作と受信についてのアレーアンテナ１ｅの動作とが同様であるため、送信において行われる光電気変換は受信においては電気光変換に代えて光電気変換が行われる。
As explained in the first embodiment, the antenna has time-reversal symmetry for transmitting and receiving electromagnetic waves. The same is true for the
アレーアンテナ１ｅは、複数のアンテナ素子１０１と、複数のマトリクス回路１０２と、Ｎ枚（Ｎは２以上の整数）の基板１０３と、機能回路１０４と、複数の入出力コネクタ１０５とを備えるアレーアンテナである。図１０の例における基板１０３の数は４である。
アレーアンテナ１ｅにおける機能回路１０４は、アレーアンテナ１における機能回路と同様である。すなわち、アレーアンテナ１ｅにおける機能回路１０４は、例えば図２において説明した機能回路１０４であってもよいし、例えば図３において説明した機能回路１０４であってもよいし、例えば図４において説明した機能回路１０４であってもよい。
The
アレーアンテナ１ｅにおいて基板１０３は、アンテナ素子１０１が位置する部位の厚みが少なくとも１つの基板１０３については他の基板１０３と異なる。アンテナ素子１０１はアレーアンテナ１と異なり全て同一面内に位置する。このため、アレーアンテナ１ｅの場合、全ての厚みが同一の場合よりも２次元的に配置されたアンテナ素子１０１の平坦性がより高い。そのため、アレーアンテナ１ｅは、基板１０３の厚みが全て同一のアレーアンテナよりも、ビームの可動範囲を広げる効果を奏する。その理由を説明する。
In
一般に、アンテナ素子１０１の存在する面の平坦性が高いほど基板１０３の高低差による位相差は低減される。また、一般にアレーアンテナに使用されるアンテナ素子は、アンテナ素子の特性としてアンテナ正面を中心とした所定の範囲内の角度に対してしか、要求される基準を満たす電波を放射することができない。このような基準を満たす角度の範囲は、半値幅や半値角などと呼称される。そして一般に、基板の高低差によってアレー面が傾くと、高低差のない場合と比べてアンテナ素子の半値幅内で振れるビーム角度は狭くなるため、ビームの可動範囲が狭まる。アレーアンテナは一般にこのような特性を有する。そのため、アンテナ素子１０１の平坦性を向上させることができるアレーアンテナ１ｅは、高低差による位相差が抑制された状態を実現することができる。したがって、アレーアンテナ１ｅは、アレーアンテナ１ｅの放射するビームの可動範囲を高低差による位相差がゼロのアレーアンテナによるビームの可動範囲と同等にすることができる。
In general, the flatter the surface on which the
図１０の例のアレーアンテナ１ｅは、配置条件を満たす。その理由を説明する。図１０の例のアレーアンテナ１ｅは、アンテナ素子１０１が位置する部位の厚みが基板１０３ごとに異なり、アンテナ素子１０１はアレーアンテナ１と異なり全て同一面内に位置する。アレーアンテナ１ｅとアレーアンテナ１との違いは、アンテナ素子１０１の位置する部位の厚みが全ての基板１０３で同一か、必ずしも同一では無いか、である。そのため、アレーアンテナ１ｅは、アレーアンテナ１と同様に配置条件を満たす。
The
このように構成された第６実施形態におけるアレーアンテナ１ｅは、配置条件を満たす。配置条件が満たされる場合、アレーアンテナ１ｅは、アレーアンテナ１と同様に、アンテナ素子１０１の数を増やす場合に必ずしも１枚の基板１０３に配置するアンテナ素子１０１の数を増やす必要が無い。そのため、アレーアンテナ１ｅは、マトリクス回路１０２を給電回路として備えるアレーアンテナにおける配線の複雑化を抑制することができる。
The
また、上述したようにアレーアンテナ１ｅは、２次元的に配置されたアンテナ素子１０１の平坦性が基板１０３の厚みが全て同一のアレーアンテナより高い。平坦性が低い場合、基板の高低差による位相差が大きくなる。平坦性が高いほど基板の高低差による位相差が小さくなるので、ビームの可動範囲が広がる。そのため、アレーアンテナ１ｅは、基板１０３の厚みが全て同一のアレーアンテナよりも、ビームの可動範囲を広げる効果を奏 する。
As described above, the flatness of the two-dimensionally arranged
また、アレーアンテナ１ｅは、必ずしもアンテナ素子１０１とマトリクス回路１０２との間をコネクタやケーブルで接続する必要が無い。そのため、アレーアンテナ１ｅは、マトリクス回路を給電回路として備えるアレーアンテナにおける配線の複雑化を抑制することができる。
In addition, the
アレーアンテナ１ｅでは、各基板１０３に形成されたマトリクス回路１０２及びアンテナ素子１０１の数は少ない。そのためアレーアンテナ１ｅには、ビアの配置などにおける設計の自由度が高い。
In the
またアレーアンテナ１ｅでは、全てのアンテナ素子１０１が同一平面上に配置される。そのため、アレーアンテナ１ｅでは、アレーアンテナ１～１ｄよりも、基板１０３の積層に伴うＺ軸方向の高低差による位相差が小さい。そのため、アレーアンテナ１ｅは、アレーアンテナ１～１ｄよりもさらに、ビーム特性の劣化を抑制することができる。
In addition, in
また、第６実施形態のアンテナシステム１００ｅは、アレーアンテナ１ｅを備える。そのため、アンテナシステム１００ｅは、マトリクス回路を給電回路として備えるアレーアンテナにおける配線の複雑化を抑制することができる。
The
（第７実施形態）
図１１は、第７実施形態のアンテナシステム１００ｆの構成の一例を示す図である。以下、説明の簡単のためアンテナシステム１００、アンテナシステム１００ａ、アンテナシステム１００ｂ、アンテナシステム１００ｃ、アンテナシステム１００ｄ又はアンテナシステム１００ｅが備える機能部と同様の機能を有するものについては図１～図１０と同じ符号を付すことで説明を省略する。
Seventh Embodiment
Fig. 11 is a diagram showing an example of the configuration of an
アンテナシステム１００ｆは、アレーアンテナ１ｆ及びアンテナ制御装置２を備える。アンテナシステム１００ｆは、アレーアンテナ１ｆからビームを放射する。アレーアンテナ１ｆが放射するビームの放射方向は、アンテナ制御装置２による制御により制御される。すなわち、アンテナシステム１００ｆは可変ビームの機能を有するビームの放射のシステムである。なお、アンテナシステム１００ｆにおけるビームの放射方向は、例えば図１１におけるＺ軸方向（すなわち積層方向）である。
The
なお、第１実施形態において説明しように、アンテナは電磁波の送受信に関して、時間反転対称性を有する。アレーアンテナ１ｆについてもこのことは同様である。そこで以下説明の簡単のため、放射を例にアンテナシステム１００ｆを説明するが、受信についても同様である。なお、時間反転対称性を有する点で送信についてのアレーアンテナ１ｆの動作と受信についてのアレーアンテナ１ｆの動作とが同様であるため、送信において行われる光電気変換は受信においては電気光変換に代えて光電気変換が行われる。
As explained in the first embodiment, the antenna has time-reversal symmetry for transmitting and receiving electromagnetic waves. The same is true for the
アレーアンテナ１ｆは、複数のアンテナ素子１０１と、複数のマトリクス回路１０２と、Ｎ枚（Ｎは２以上の整数）の基板１０３と、機能回路１０４と、複数の入出力コネクタ１０５とを備えるアレーアンテナである。図１１の例における基板１０３の数は４である。アレーアンテナ１ｆにおける基板１０３、アンテナ素子１０１、マトリクス回路１０２及び機能回路１０４の配置は、アレーアンテナ１やアレーアンテナ１ｄと同様である。そのため、アレーアンテナ１ｆは、配置条件を満たす。
アレーアンテナ１ｆにおける機能回路１０４は、アレーアンテナ１における機能回路と同様である。すなわち、アレーアンテナ１ｆにおける機能回路１０４は、例えば図２において説明した機能回路１０４であってもよいし、例えば図３において説明した機能回路１０４であってもよいし、例えば図４において説明した機能回路１０４であってもよい。
The
アレーアンテナ１ｆは、変位方向及び積層方向に垂直な方向（すなわちＹ軸方向）に平行にアレー状に配置された複数の入出力コネクタ１０５を備える。例えば図１１の例においては、各基板１０３はＹ軸方向にアレー状に位置する２つの入出力コネクタ１０５を備える。基板１０３が同一の形状及び大きさである場合、アレーアンテナ１ｆが備える入出力コネクタ１０５は、異なる基板１０３に備えられていたとしても、同一平面状に位置する。
The
そのため、このように構成されたアレーアンテナ１ｆは、異なる基板１０３に属する複数の入出力コネクタ１０５間の接続を容易にする、という効果を奏する。
Therefore, the
さらに、アレーアンテナ１ｆでは、基板１０３を重ねることによって生じるアンテナ面の段差を相殺するように基板１０３ごとに入出力コネクタ１０５の位置が調整されていれば、アンテナ面の段差の影響を低減することができる。アンテナ面とは、基板１０３上の面であってアンテナ素子１０１が位置する面の集合である。
Furthermore, in the
上述したようにアレーアンテナ１ｆは配置条件を満たす。配置条件が満たされる場合、アレーアンテナ１ｆは、アレーアンテナ１と同様に、アンテナ素子１０１の数を増やす場合に必ずしも１枚の基板１０３に配置するアンテナ素子１０１の数を増やす必要が無い。そのため、アレーアンテナ１ｆは、マトリクス回路１０２を給電回路として備えるアレーアンテナにおける配線の複雑化を抑制することができる。
As described above,
（第１実施形態から第７実施形態に共通する変形例）
以下、アンテナシステム１００～アンテナシステム１００ｆに共通する変形例を、アレーアンテナ１を例として用いて説明する。より具体的には、アレーアンテナ１～アレーアンテナ１ｆを用いた光張り出し無線局であってＲｏＦ（Radio on Fiber）を用いた光張り出し無線局の構成のアンテナシステムの一例を説明する説明図である。光張り出し無線局の構成のアンテナシステムは、アンテナシステム１００～アンテナシステム１００ｆの一例である。以下、説明の簡単のため図１～１１に記載の機能と同様の機能を有するものについては、図１～１１と同じ符号を付すことで説明を省略する。また、以下光張り出し無線局の構成のアンテナシステムをアンテナシステム１００ｇという。
(Modifications common to the first to seventh embodiments)
Below, a description will be given of a modified example common to the
なお、第１実施形態において説明しように、アンテナは電磁波の送受信に関して、時間反転対称性を有する。アンテナシステム１００ｇについてもこのことは同様である。そこで以下説明の簡単のため、放射を例にアンテナシステム１００ｇを説明するが、受信についても同様である。なお、時間反転対称性を有する点で送信についてのアレーアンテナ１ｇの動作と受信についてのアレーアンテナ１ｇの動作とが同様であるため、送信において行われる光電気変換は受信においては電気光変換に代えて光電気変換が行われる。
As explained in the first embodiment, the antenna has time-reversal symmetry for the transmission and reception of electromagnetic waves. The same is true for
図１２は、変形例におけるアンテナシステム１００ｇの回路構成の一例を説明する説明図である。アンテナシステム１００ｇは、アレーアンテナ１、アンテナ制御装置２、光ファイバ３及び信号処理部４を備える。図１２において、枠Ａ１０－１～枠Ａ１０－Ｑで囲まれた領域は、それぞれ１つの基板１０３に形成された回路を表す。
Figure 12 is an explanatory diagram illustrating an example of the circuit configuration of an
図１２の例において各基板１０３は、複数の増幅器１４６と、マトリクス回路１０２と、複数のアンテナ素子１０１とが形成された状態にある。図１２の例において、マトリクス回路１０２は、具体的にはバトラーマトリクス回路である。
In the example of FIG. 12, each
アレーアンテナ１は、複数の増幅器１４６と、マトリクス回路１０２と、複数のアンテナ素子１０１と、変換分配回路１４７とを備える。変換分配回路１４７は、光電気変換器４７１と電気光変換器４７２と分配器１４３とを備える。変換分配回路１４７は、光ファイバ３が出力した信号が入力される場合、入力された信号を分配器１４３によって波長ごとに分波した後、光電気変換を光電気変換器４７１で行う。光電気変換器４７１は、入力された光信号を電気信号に変換する、光電気変換を行う。電気光変換器４７２は、入力された電気信号を光信号に変換する、電気光変換を行う。変換分配回路１４７に入力される信号は、光ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）信号である。分配器１４３は、具体的にはＷＤＭの波長ごとに分波する。変換分配回路１４７は、分配後の信号を増幅器１４６に出力する。なお、光電気変換器４７１は、必ずしも変換分配回路１４７が備える必要はなく機能回路１０４の一部として基板１０３に実装されてもよい。すなわち、光電気変換器４７１は、機能回路１０４が備えてもよい。
The
変換分配回路１４７は、光ファイバ３に接続された状態にある。光ＷＤＭ信号は光ファイバ３を伝搬する。光ファイバ３の一方は、変換分配回路１４７に接続され、他方は信号処理部４に接続される。
The
信号処理部４は、電気光変換器と移相器とを備え、信号処理を行う。信号処理部４は、光ＷＤＭ信号を光ファイバ３に出力する。信号処理部４は、例えばデジタル信号処理による位相制御後に電気光変換を行う。信号処理部４は、例えば可変移相器による位相制御後に電気光変換を行ってもよい。信号処理部４は、例えば電気光変換の実行後に光移相器による位相制御を行ってもよい。なお可変移相器は、例えば高周波可変移相器であってもよいし、ＩＦ（Intermediate Frequency）可変移相器であってもよい。すなわち信号処理部４は、位相制御と電気光変換とを実行することで入力された信号を位相制御された光信号に変換可能であればどのように実装されてもよい。
The
信号処理部４についてより具体的に説明する。信号処理部４は、バスで接続されたプロセッサ９５及びメモリ９６を備える制御部４０１と、記憶部４０２と、入出力部４０３と、通信部４０４とを備える情報処理部４０と被位相制御光信号入出力部４１とを少なくとも備える。より具体的には信号処理部４は、制御部４０１を備え、プログラムを実行する。信号処理部４は、プログラムの実行によって制御部４０１、記憶部４０２、入出力部４０３、通信部４０４、被位相制御光信号入出力部４１を備える装置として機能する。
The
さらに具体的には、信号処理部４は、プロセッサ９５が記憶部４０２に記憶されているプログラムを読み出し、読み出したプログラムをメモリ９６に記憶させる。プロセッサ９５が、メモリ９６に記憶させたプログラムを実行することによって、信号処理部４は、制御部４０１、記憶部４０２、入出力部４０３、通信部４０４及び被位相制御光信号入出力部４１を備える装置として機能する。
More specifically, in the
制御部４０１は、信号処理部４が備える各機能部の動作を制御する。制御部４０１は、例えば通信部４０４の動作を制御することで通信部４０４を介してアンテナ制御装置２が出力した制御信号を取得する。制御部４０１は、アンテナ制御装置２が信号処理部４に対して出力した制御信号、が示す内容にしたがった制御を実行する。アンテナ制御装置２が信号処理部４に対して出力した制御信号の内容は、例えば信号処理部４が備える被位相制御光信号入出力部に位相制御を実行させる指示である。
The
制御部４０１は、例えば入出力部４０３の動作を制御する。制御部４０１は、例えばデジタル信号処理を実行する。制御部４０１が実行するデジタル信号処理は、予め定められた処理であって、例えば信号処理部４が備える被位相制御光信号入出力部に出力するデジタル信号を生成する処理である。
The
制御部４０１は、例えば被位相制御光信号入出力部４１の動作を制御する。制御部４０１は被位相制御光信号入出力部４１の動作を制御し、被位相制御光信号入出力部４１にＡ／Ｄ変換、Ｄ／Ａ変換、電気光変換及び位相制御を実行させる。
The
記憶部４０２は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などのコンピュータ読み出し可能な記憶媒体装置を用いて構成される。記憶部４０２は信号処理部４に関する各種情報を記憶する。記憶部４０２は、例えば信号処理部４が備える各機能部の動作を制御するプログラムを予め記憶する。
The
入出力部４０３は、被位相制御光信号入出力部４１に接続するインタフェースを含んで構成される。入出力部４０３は、被位相制御光信号入出力部４１が出力した信号の入力を受け付け、受け付けた信号を制御部４５１に出力する。入出力部４０３は、制御部４５１が出力した信号を、被位相制御光信号入出力部４１に出力する。
The input/
通信部４０４は、アンテナ制御装置２に接続するインタフェースを含んで構成される。通信部４０４は、有線又は無線を介してアンテナ制御装置２と通信する。通信部４０４はアンテナ制御装置２との通信によってアンテナ制御装置２が出力した制御信号を取得する。
The
被位相制御光信号入出力部４１は移相器とＡＤ変換器とＤＡ変換器とを備える。また被位相制御光信号入出力部４１は、電気光変換器と光電気変換器とを備える。被位相制御光信号入出力部４１には電気信号が入力される。被位相制御光信号入出力部４１は、位相制御と電気光変換とを実行することで、入力された電気信号を位相制御された光信号に変換する。被位相制御光信号入出力部４１は、位相制御された光信号を出力する。被位相制御光信号入出力部４１は、位相制御された光信号を光ファイバ３に出力する。
The phase-controlled optical signal input/
アンテナシステム１００ｇは、水平又は垂直方向のビームがマトリクス回路で方向制御され、垂直又は水平方向のビームが光ファイバ３で接続された信号処理部４によって制御される。信号処理部４は、アレーアンテナ１が備える各基板１０３の高さの差による位相差も補償可能である。ＲｏＦを用いた構成には光電気変換器又は電気光変換器が用いられる。光電気変換器又は電気光変換器は変換分配回路１４７に実装してもよいし、基板１０３に実装してもよい。光電気変換器又は電気光変換器は半導体回路で小型に作ることができるため、アンテナシステム１００ｇの場合には、アレーアンテナ１を備えるため基板１０３への実装も容易である。
In the
なお、上述したように、放射を例にアンテナシステム１００ｇを説明したが、受信のみの場合には、アンテナシステム１００ｇは必ずしも光電気変換器４７１を備える必要は無い。なぜなら上述したように、送信において行われる光電気変換は受信においては電気光変換に代えて光電気変換が行われるからである。また、送信のみの場合には、アンテナシステム１００ｇは必ずしも電気光変換器４７２を備える必要は無い。また、被位相制御光信号入出力部４１もまた、受信のみの場合には、必ずしも光電気変換器を備える必要は無い。また被位相制御光信号入出力部４１は、送信のみの場合には、必ずしも電気光変換器を備える必要は無い。
As described above, the
なお、アンテナ制御装置２は、ネットワークを介して通信可能に接続された複数台の情報処理装置を用いて実装されてもよい。この場合、アンテナ制御装置２それぞれが備える各機能部は、複数の情報処理装置に分散して実装されてもよい。
The
また、アレーアンテナ１～アレーアンテナ１ｆは、ビームを制御することができる。なぜなら、アレーアンテナ１～アレーアンテナ１ｆは、マトリクス回路１０２とリニアアレー集合とが形成された基板１０３を複数用いて形成されることで、サイドローブの制御が可能だからである。
Also,
また、アレーアンテナ１～アレーアンテナ１ｆは、備えるアンテナ素子１０１の数の変更によりビーム幅の制御が可能である。アンテナ素子１０１の数の変更は、例えば備える基板１０３の数の変更によって行われてもよい。
In addition, the beam width of
なお積層される複数の基板１０３は、接着剤等を用いて接着されてもよいし、導電性ペーストで互いに固定されてもよいし、ネジで互いに固定されてもよい。
The
なお、アンテナシステム１００～１００ｇの各機能の全て又は一部は、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されてもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えば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である。プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。
All or part of the functions of
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 above describes an embodiment of the present invention in detail with reference to the drawings, but the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes designs that do not deviate from the gist of the present invention.
１００～１００ｇ…アンテナシステム、 １～１ｆ…アレーアンテナ、 ２…アンテナ制御装置、 ３…光ファイバ、 ４…信号処理部、 １０１…アンテナ素子、 １０２…マトリクス回路、 １０３…基板、 １０４…機能回路、 １０５…入出力コネクタ、 １４１…移相器、 １４２…スイッチ、 １４３…分配器、 １４４…周波数変換器、 １４５…デジタルＢＦＮ、 １４６…増幅器、 １４７…変換分配回路、 ２１…制御部、 ２２…通信部、 ２３…入力部、 ２４…記憶部、 ２５…出力部、 ２６…接続部、 ２７…ＲＦ部、 ４０…情報処理部、 ４１…被位相制御光信号入出力部、 ４０１…制御部、 ４０２…記憶部、 ４０３…入出力部、 ４０４…通信部、 ４５０…情報処理部、 ４５１…制御部、 ４５２…記憶部、 ４５３…入出力部、 ４５４…通信部、 ４６０…ＡＤ変換器、 ４７０…ＤＡ変換器、 ４７１…光電気変換器、 ４７２…電気光変換器、 ９１…プロセッサ、 ９２…メモリ、 ９３…プロセッサ、 ９４…メモリ、 ９５…プロセッサ、 ９６…メモリ 100-100g...antenna system, 1-1f...array antenna, 2...antenna control device, 3...optical fiber, 4...signal processing unit, 101...antenna element, 102...matrix circuit, 103...substrate, 104...functional circuit, 105...input/output connector, 141...phase shifter, 142...switch, 143...distributor, 144...frequency converter, 145...digital BFN, 146...amplifier, 147...conversion/distribution circuit, 21...control unit, 22...communication unit, 23...input unit, 24...storage unit, 25...output unit, 26...connection unit, 27...RF unit, 40...information processing unit, 41...phase-controlled optical signal input/output unit, 401...control unit, 402...storage unit, 403...input/output unit, 404...communication unit, 450...information processing unit, 451: control unit; 452: storage unit; 453: input/output unit; 454: communication unit; 460: AD converter; 470: DA converter; 471: optical-electrical converter; 472: electrical-optical converter; 91: processor; 92: memory; 93: processor; 94: memory; 95: processor; 96: memory
Claims (7)
給電回路として動作する複数のマトリクス回路と、
Ｎ枚（Ｎは２以上の整数）の基板と、
を備え、
Ｎ枚の前記基板それぞれには、少なくとも１つの前記アンテナ素子と少なくとも１つの前記マトリクス回路とが形成されており、
Ｎ枚の前記基板は積層された状態にあり、
前記アンテナ素子の位置は、複数の前記アンテナ素子はアレー状に配置されるという条件と、前記アンテナ素子が電磁波を放射又は受信する方向には前記電磁波を遮る遮蔽物が存在しないという条件と、積層方向に隣接する任意の２つの前記基板の一方におけるアンテナ素子の位置と他方におけるアンテナ素子の位置との間の積層方向に垂直な方向の距離は前記電磁波の波長の半分以上であるという条件と、を含む、
アレーアンテナ。 A plurality of antenna elements;
A plurality of matrix circuits that operate as power supply circuits;
N substrates (N is an integer of 2 or more);
Equipped with
At least one of the antenna elements and at least one of the matrix circuits are formed on each of the N substrates,
The N substrates are stacked,
The position of the antenna element includes the following conditions: a plurality of the antenna elements are arranged in an array; there is no obstruction that blocks the electromagnetic wave in a direction in which the antenna elements radiate or receive the electromagnetic wave; and the distance in a direction perpendicular to the stacking direction between the position of the antenna element on one of any two of the substrates adjacent in the stacking direction and the position of the antenna element on the other substrate is equal to or greater than half the wavelength of the electromagnetic wave.
Array antenna.
請求項１に記載のアレーアンテナ。 The distance between the two surfaces of the two substrates facing each other in the stacking direction is greater than zero.
2. The array antenna according to claim 1.
請求項２に記載のアレーアンテナ。 Each of the N substrates is disposed with an air gap therebetween.
3. The array antenna according to claim 2.
請求項１に記載のアレーアンテナ。 The thickness of a portion where the antenna element is located is different for at least one of the substrates from that of the other substrates.
2. The array antenna according to claim 1.
請求項１に記載のアレーアンテナ。 The substrate has a plurality of connectors arranged in an array parallel to a direction perpendicular to a displacement direction, which is a direction in which the center of gravity of the substrate moves, and to a stacking direction.
2. The array antenna according to claim 1.
アレーアンテナ。 a right antenna including a plurality of antenna elements, a plurality of matrix circuits that operate as a feeding circuit, and N substrates (N is an integer of 2 or more), each of the N substrates having at least one of the antenna elements and at least one of the matrix circuits formed thereon, the N substrates being in a stacked state, and the positions of the antenna elements being such that the plurality of antenna elements are arranged in an array, that there is no obstruction that blocks electromagnetic waves in a direction in which the antenna elements radiate or receive electromagnetic waves, and that the distance in a direction perpendicular to the stacking direction between a position of an antenna element on one of any two substrates adjacent in the stacking direction and a position of an antenna element on the other substrate is equal to or greater than half the wavelength of the electromagnetic waves, the right antenna being bonded to a left antenna having the same configuration as the right antenna so as to face each other in a plane perpendicular to the stacking direction;
Array antenna.
前記マトリクス回路の各入出力端子に対する入出力信号を切り替えることで直交する２方向の一方のビームの伝搬方向を制御し、前記入出力信号の位相を制御することにより他方のビームの伝搬方向を制御する制御部と、
を備えるアンテナシステム。 an array antenna comprising a plurality of antenna elements, a plurality of matrix circuits operating as a feeding circuit, and N substrates (N is an integer of 2 or more), each of which has at least one of the antenna elements and at least one of the matrix circuits formed thereon, the N substrates being in a stacked state, and the antenna elements being positioned such that the plurality of antenna elements are arranged in an array, that there is no obstruction to the electromagnetic waves in a direction in which the antenna elements radiate or receive electromagnetic waves, and that the distance in a direction perpendicular to the stacking direction between the position of the antenna element on one of any two substrates adjacent in the stacking direction and the position of the antenna element on the other substrate is equal to or greater than half the wavelength of the electromagnetic waves;
a control unit that controls a propagation direction of one of two orthogonal directions of the beam by switching input/output signals to each input/output terminal of the matrix circuit, and controls a propagation direction of the other beam by controlling a phase of the input/output signals;
An antenna system comprising:
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