JP2007189596A

JP2007189596A - ビームフォーミング装置

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Publication number: JP2007189596A
Application number: JP2006007310A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Kamoda; 浩和鴨田; Kazuhiko Mitsuyama; 和彦光山; Takao Kuki; 孝夫九鬼
Original assignee: Nippon Hoso Kyokai NHK; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2006-01-16
Filing date: 2006-01-16
Publication date: 2007-07-26

Abstract

【課題】送信電力の効率及び受信感度の向上を図ることができるビームフォーミング装置を提供すること。
【解決手段】ビームフォーミング装置１００は、給電ネットワーク１１０と、ロットマンレンズ１２０とを備え、給電ネットワーク１１０は、送受信信号のビーム方向を切り替えるビーム切替スイッチ１１２と、送受信信号を２分配する分配器１１３と、複数のビーム端子１２２を切り替えるビーム端子切替スイッチ１１４とを備え、ロットマンレンズ１２０は、基板１２１の端部に設けられた１０個のビーム端子１２２、１２個のアンテナ端子１２３及び１４個のダミー端子１２４と、基板１２１上に形成されたマイクロストリップライン１２５と、送受信信号を授受するマイクロストリップテーパ部１２６ａ〜１２６ｃを含み、送受信信号を伝搬する平行平板部１２６とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばマイクロ波帯やミリ波帯等の無線通信に用いられるアレーアンテナのビーム形成を行うビームフォーミング装置に関する。

従来、この種のビームフォーミング装置としては、図３に示すようなものが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。

図３に示された従来のビームフォーミング装置１０は、給電ネットワーク２０と、ロットマンレンズ３０とを備えている。給電ネットワーク２０は、給電端子２１と、ビーム切替スイッチ２２と、分配器２３と、合成器２４とを備えている。ロットマンレンズ３０は、基板３１と、基板３１の端部に設けられたビーム端子３２、アンテナ端子３３及びダミー端子３４と、基板３１上に形成されたマイクロストリップライン３５と、マイクロストリップテーパ部３６ａ〜３６ｃを含む平行平板部３６とを備え、アンテナ端子３３には、複数のアンテナ素子４１を含むアレーアンテナ装置４０が接続されている。なお、図３においてマイクロストリップテーパ部３６ａ〜３６ｃの１つを破線の楕円で示している。

次に、従来のビームフォーミング装置１０の動作について説明する。なお、従来のビームフォーミング装置１０は、送信用及び受信用のどちらでも使用できるが、ここでは送信用として使用する場合の動作を説明する。

まず、給電端子２１から送信信号が入力され、ビーム切替スイッチ２２によって、ある１つの分配器２３に送信信号が入力される。次いで、送信信号が入力された分配器２３において送信信号が２分配され、それぞれの送信信号は、隣接する別々の合成器２４に入力され、それぞれ半分の電力のみがビーム端子３２に出力され、残りの半分の電力（３ｄＢ）は損失となる。すなわち、ビーム切替スイッチ２２に入力された送信信号は、ビーム切替スイッチ２２をどこに切り替えても、常に、隣接する２つのビーム端子３２に等しい電力で出力される。

引き続き、ビーム端子３２に出力された送信信号は、それぞれ、マイクロストリップライン３５を経て、隣接する２つのマイクロストリップテーパ部３６ａから平行平板部３６内に放射される。放射された信号は、平行平板部３６内を伝搬し、一部はダミー端子３４が接続されたマイクロストリップテーパ部３６ｃで受信されるが、大部分はアンテナ端子３３が接続されたマイクロストリップテーパ部３６ｂで受信される。

続いて、マイクロストリップテーパ部３６ｂで受信された信号は、各マイクロストリップライン３５及び各アンテナ端子３３を経てアレーアンテナ装置４０に出力される。そして、各アレーアンテナ装置４０から送信信号が空間に放射される。

ここで、ビーム切替スイッチ２２を切り替えると、送信信号を放射するマイクロストリップテーパ部３６ａの位置が変わるため、各アンテナ端子３３に到達する送信信号の経路長差が変わり、すなわちアレーアンテナ装置４０の励振振幅及び励振位相が変わり、送信ビームの方向を変えることができる。つまり、従来のビームフォーミング装置１０は、ビーム切替スイッチ２２によって、送信ビームの方向を離散的な角度で切り替えることができる。

次に、アレーアンテナ装置４０から出力される送信ビーム波形について図４を用いて説明する。図４（ａ）は、図３において１つのビーム端子３２のみで送信ビームの方向を変える場合の送信ビーム波形を示している。図４（ｂ）は、図３において隣接する２つのビーム端子３２で送信ビームの方向を変える場合、すなわち前述のビームフォーミング装置１０の構成における送信ビーム波形を示している。

図４（ａ）に示すように、半値角におけるビーム幅よりもビーム切り替えの角度間隔が大きい場合は、隣接する送信ビームの重なりが少なくなり、図示のような電界の落ち込みが発生するので、十分な電力を送信できない角度が存在してしまうことになる。

一方、従来のビームフォーミング装置１０は、前述のように隣接する２つのビーム端子３２を用いて送信ビームの方向を変える給電ネットワーク２０を備えているので、アレーアンテナ装置４０から出力される送信ビームの形状は、図４（ｂ）に示すように、２つのビーム端子３２のそれぞれから給電したときに形成される送信ビームの重ね合わせとなり、１つのビーム端子３２のみによるもの（図４（ａ））よりもビーム幅を大きくすることができ、電界の落ち込みを小さくすることができる。

Ａ．Ｋ．Ｓ．ＦｏｎｇａｎｄＭ．Ｓ．Ｓｍｉｔｈ， "ＡｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐｍｕｌｔｉｐｌｅｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇＬｅｎｓ，" ＴｈｅＲａｄｉｏａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒ，Ｖｏｌ．５４，Ｎｏ．７／８，ｐｐ．３１８−３２０，１９８４

しかしながら、非特許文献１に示された従来のビームフォーミング装置では、隣接する２つのビーム端子３２のそれぞれに給電するため、合成器２４を介する構成となっているので、必然的に３ｄＢの電力損失が発生し、送信電力の効率及び受信感度が低下するという問題があった。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたものであり、送信電力の効率及び受信感度の向上を図ることができるビームフォーミング装置を提供することを目的とする。

本発明のビームフォーミング装置は、複数のアンテナ素子を含むアレーアンテナ装置のビーム方向を制御するビーム方向制御手段と、前記アレーアンテナ装置の送受信信号を入出力する信号入出力手段とを有するビームフォーミング装置であって、前記ビーム方向制御手段は、前記信号入出力手段に接続され前記送受信信号を入出力する複数の入出力端子と、前記複数のアンテナ素子にそれぞれ接続された複数のアンテナ端子と、前記複数の入出力端子と前記複数のアンテナ端子との間で前記送受信信号を伝搬する信号伝搬部とを備え、前記信号伝搬部は、前記複数の入出力端子にそれぞれ接続された複数の第１信号授受部と、前記複数のアンテナ端子にそれぞれ接続された複数の第２信号授受部とを含み、前記信号入出力手段は、前記複数の入出力端子のうち隣接する少なくとも２つを選択する入出力端子選択部を備えた構成を有している。

この構成により、本発明のビームフォーミング装置は、信号伝搬部は、複数の入出力端子と複数のアンテナ端子との間で信号を伝搬し、入出力端子選択部は、複数の入出力端子のうち隣接する少なくとも２つを選択するので、従来のもののように、合成器を使用する必要がなくなり、送信電力の効率及び受信感度の向上を図ることができる。

また、本発明のビームフォーミング装置は、複数のアンテナ素子を含むアレーアンテナ装置のビーム方向を制御する複数のビーム方向制御手段と、前記アレーアンテナ装置の送受信信号を入出力する信号入出力手段とを有するビームフォーミング装置であって、前記複数のビーム方向制御手段は、それぞれ、前記信号入出力手段に接続され前記送受信信号を入出力する複数の入出力端子と、前記複数のアンテナ素子にそれぞれ接続された複数のアンテナ端子と、前記複数の入出力端子と前記複数のアンテナ端子との間で前記送受信信号を伝搬する信号伝搬部とを備え、前記信号伝搬部は、前記複数の入出力端子にそれぞれ接続された複数の第１信号授受部と、前記複数のアンテナ端子にそれぞれ接続された複数の第２信号授受部とを含み、前記信号入出力手段は、前記複数の入出力端子のうち隣接する少なくとも２つの入出力端子の中の少なくとも１つを前記ビーム方向制御手段毎に選択する入出力端子選択部を備えた構成を有している。

この構成により、本発明のビームフォーミング装置は、合成器を使用することなく、複数のビーム方向制御手段にそれぞれ接続されたアンテナ素子が送信ビーム及び受信ビームを空間で合成することができるので、送信電力の効率及び受信感度の向上を図ることができる。

さらに、本発明のビームフォーミング装置は、前記ビーム方向制御手段は、ロットマンレンズである構成を有している。

この構成により、本発明のビームフォーミング装置は、合成器を使用することなく、複数の入出力端子のうち隣接した少なくとも２つの端子と複数のアンテナ端子間をロットマンレンズにより信号を伝搬させることができ、または、複数の入出力端子のうち隣接した少なくとも２つの端子と複数のアンテナ端子間を複数のロットマンレンズにより信号を伝搬させることができ、送信電力の効率及び受信感度の向上を図ることができる。

本発明は、送信電力の効率及び受信感度の向上を図ることができるという効果を有するビームフォーミング装置を提供することができるものである。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態に係るビームフォーミング装置の構成について説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係るビームフォーミング装置１００は、アレーアンテナ装置１３０の送受信信号を入出力する給電ネットワーク１１０と、アレーアンテナ装置１３０のビーム方向を制御するロットマンレンズ１２０とを備えている。なお、給電ネットワーク１１０及びロットマンレンズ１２０は、それぞれ、本発明の信号入出力手段及びビーム方向制御手段を構成している。

給電ネットワーク１１０は、送受信機（図示省略）が接続された給電端子１１１と、送受信信号のビーム方向を切り替えるビーム切替スイッチ１１２と、送受信信号を２分配する分配器１１３と、複数のビーム端子１２２（後述）を切り替えるビーム端子切替スイッチ１１４とを備えている。なお、ビーム切替スイッチ１１２、分配器１１３及びビーム端子切替スイッチ１１４は、本発明の入出力端子選択部を構成している。

また、給電ネットワーク１１０は、例えばＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ−ＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ−ＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等を備え、所定のプログラムによって動作するようになっている。

ロットマンレンズ１２０は、基板１２１と、基板１２１の端部に設けられた１０個のビーム端子１２２、１２個のアンテナ端子１２３及び１４個のダミー端子１２４と、基板１２１上に形成されたマイクロストリップライン１２５と、送受信信号を授受するマイクロストリップテーパ部１２６ａ〜１２６ｃを含み、送受信信号を伝搬する平行平板部１２６とを備えている。

なお、以下の記載において、マイクロストリップテーパ部を単に「テーパ部」と表記する。また、図１においてテーパ部１２６ａ〜１２６ｃの１つを破線の楕円で示している。また、ビーム端子１２２及びアンテナ端子１２３は、それぞれ、本発明の入出力端子及びアンテナ端子を構成している。

アレーアンテナ装置１３０は、直線状に配列された１２個のアンテナ素子１３１を含み、各アンテナ素子１３１の励振振幅及び励振位相が設定されることにより所望の指向性を実現するようになっている。アンテナ素子１３１は、例えばエッチングにより所定のプリント基板上に形成される。

給電端子１１１は、送受信機から出力された送信信号と、アレーアンテナ装置１３０が受信した受信信号とを入出力するようになっている。

ビーム切替スイッチ１１２は、例えば半導体スイッチで構成され、選択可能な９個の端子を備え、９個の分配器１１３のうちの１つを選択的に切り替えるようになっている。

分配器１１３は、送信時において１つの送信信号の入力を２分配して出力し、受信時において２つの受信信号の入力を１つに統合して出力するようになっている。

ビーム端子切替スイッチ１１４は、例えば半導体スイッチで構成され、ビーム端子１２２側に接続された１つの端子と、分配器１１３側に設けられた選択可能な２つの端子とを備え、ビーム端子１２２と分配器１１３との接続を選択的に切り替えるようになっている。また、ビーム端子切替スイッチ１１４は、ビーム切替スイッチ１１２と連動して動作するようになっている。したがって、例えば送信時において、ビーム切替スイッチ１１２をどこに切り替えても、ビーム端子切替スイッチ１１４によって、隣接する２つのビーム端子１２２に等しい電力の送信信号が供給されるようになっている。

基板１２１は、例えば両面銅張りの誘電体基板で構成されている。基板１２１の一方の面上には、送受信信号を伝送するマイクロストリップライン１２５と、送受信信号を伝搬する平行平板部１２６とが、例えばエッチングにより形成され、基板１２１の他方の面上には、グランドパターン（図示省略）が形成されている。

平行平板部１２６は、１０個のビーム端子１２２にそれぞれ接続された１０個の第１テーパ部１２６ａと、１２個のアンテナ端子１２３にそれぞれ接続された１２個の第２テーパ部１２６ｂと、１４個のダミー端子１２４にそれぞれ接続された１４個の第３テーパ部１２６ｃとを備えている。なお、平行平板部１２６は、本発明の信号伝搬部を構成している。また、第１テーパ部１２６ａ及び第２テーパ部１２６ｂは、それぞれ、本発明の第１信号授受部及び第２信号授受部を構成している。

複数のダミー端子１２４には、マイクロストリップライン１２５の特性インピーダンスに応じた所定のインピーダンス素子が接続されるようになっており、このインピーダンス素子は、第１テーパ部１２６ａと第２テーパ部１２６ｂとにおいて信号が授受される際に生じる反射波を吸収するものである。なお、ダミー端子１２４は、本発明の素子接続端子を構成している。

次に、本実施の形態に係るビームフォーミング装置１００の動作について説明する。なお、ビームフォーミング装置１００は、送信用及び受信用のどちらでも使用できるが、ここでは送信用として使用する場合の動作を説明する。

まず、給電端子１１１によって、送受信機からの送信信号が入力され、ビーム切替スイッチ１１２に出力される。次いで、ビーム切替スイッチ１１２によって、分配器１１３のうちのいずれかが選択される。ここでは図１に示すように、ビーム切替スイッチ１１２によって分配器１１３ａが選択され、送信信号が分配器１１３ａに出力されたものとする。

続いて、分配器１１３ａによって、送信信号が２分配され、それぞれ、ビーム端子切替スイッチ１１４ａ及び１１４ｂに出力される。ここで、ビーム端子切替スイッチ１１４ａ及び１１４ｂは、ビーム切替スイッチ１１２と連動して動作するので、ビーム切替スイッチ１１２によって分配器１１３ａが選択された際に分配器１１３ａからの送信信号を選択する状態になっている。

さらに、ビーム端子切替スイッチ１１４ａ及び１１４ｂによって、送信信号が隣接する２つのビーム端子１２２ａ及び１２２ｂにそれぞれ出力される。ビーム端子１２２ａ及び１２２ｂに入力された送信信号は、マイクロストリップライン１２５を介し、隣接する２つの第１テーパ部１２６ａに出力される。

次いで、隣接する２つの第１テーパ部１２６ａによって、送信信号が平行平板部１２６内に放射される。放射された送信信号は、平行平板部１２６内を伝搬し、一部はダミー端子１２４が接続された第３テーパ部１２６ｃによって受信されるが、大部分は第１テーパ部１２６ａと対向している第２テーパ部１２６ｂによって受信され、マイクロストリップライン１２５を介してアンテナ端子１２３に出力される。

そして、アレーアンテナ装置１３０によって、アンテナ端子１２３に入力された送信信号が空間に放射される。

ここで、ビーム切替スイッチ１１２を切り替えると、送信信号を放射する第１テーパ部１２６ａの位置が変わるため、各アンテナ端子１２３に到達する送信信号の経路長差が変化する。その結果、各アンテナ端子１２３に接続された複数のアンテナ素子１３１の励振振幅及び励振位相が変化するので、ビームフォーミング装置１００は、アレーアンテナ装置１３０から送信される送信ビームの方向を所望の方向に変えることができる。

以上のように、本実施の形態に係るビームフォーミング装置１００によれば、第１テーパ部１２６ａ及び第２テーパ部１２６ｂは、平行平板部１２６を介して送受信信号を授受し、ビーム端子切替スイッチ１１４は、複数の第１テーパ部１２６ａのうち隣接する２つを選択する構成としたので、従来のもののように、合成器を使用する必要がなくなり、送信電力の効率及び受信感度の向上を図ることができる。

すなわち、本実施の形態に係るビームフォーミング装置１００は、従来のものに用いられていた合成器を使用することなく、従来のものと同等な送受信時のビーム幅を維持しながら、送信電力の効率及び受信感度の向上を図ることができる。

なお、本実施の形態において例示したビームフォーミング装置１００に係る各構成部の個数は、前述の個数に限定されるものではない。

また、前述の実施の形態において、本発明のビーム方向制御手段としてロットマンレンズ１２０を用いる構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばＲ−２ＲレンズやＲ−ｋＲレンズ等のような平行平板レンズを用いる構成としても同様の効果が得られる。

また、前述の実施の形態において、ビーム端子切替スイッチ１１４が隣接する２つの第１テーパ部１２６ａを選択的に切り替える構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば３分配する分配器を用いて隣接する３つの第１テーパ部１２６ａを選択的に切り替える構成としても同様の効果が得られる。

（第２の実施の形態）
まず、本発明の第２の実施の形態に係るビームフォーミング装置の構成について説明する。

図２に示すように、本実施の形態に係るビームフォーミング装置２００は、アレーアンテナ装置２４０の送受信信号を入出力する給電ネットワーク２１０と、アレーアンテナ装置２４０のビーム方向を制御するロットマンレンズ２２０及び２３０とを備えている。なお、給電ネットワーク２１０は、本発明の信号入出力手段を構成している。また、ロットマンレンズ２２０及び２３０は、本発明のビーム方向制御手段を構成している。

給電ネットワーク２１０は、送受信機（図示省略）が接続された給電端子２１１と、送受信信号のビーム方向を切り替えるビーム切替スイッチ２１２と、送受信信号を２分配する分配器２１３とを備えている。なお、ビーム切替スイッチ２１２及び分配器２１３は、本発明の入出力端子選択部を構成している。

また、給電ネットワーク２１０は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備え、所定のプログラムによって動作するようになっている。

給電端子２１１は、送受信機から出力された送信信号と、アレーアンテナ装置２４０が受信した受信信号とを入出力するようになっている。

ビーム切替スイッチ２１２は、例えば半導体スイッチで構成され、選択可能な９個の端子を備え、９個の分配器２１３のうちの１つを選択的に切り替えるようになっている。

分配器２１３は、複数のビーム端子２２２のうち隣接する少なくとも２つのビーム端子の中の少なくとも１つをロットマンレンズ２２０及び２３０毎に選択し、送信時において１つの送信信号の入力を２分配してロットマンレンズ２２０及び２３０に出力するようになっている。

具体的に、図２に示された分配器２１３ａを例に挙げて説明する。分配器２１３ａの一方の出力端子は、ロットマンレンズ２２０のビーム端子２２２ａに接続されている。ここで、ビーム端子２２２ａに隣接するビーム端子は、ビーム端子２２２ｂ及び２２２ｃである。また、ロットマンレンズ２３０において、ロットマンレンズ２２０のビーム端子２２２ａと対応するのはビーム端子２３２ａである。図２に示すように、分配器２１３ａの一方の出力端子がロットマンレンズ２２０のビーム端子２２２ａに接続された場合、分配器２１３ａの他方の出力端子は、ロットマンレンズ２２０のビーム端子２２２ｂ及び２２２ｃにそれぞれ該当するロットマンレンズ２３０のビーム端子２３２ｂ及び２３２ｃのいずれかに接続されるようになっており、本実施の形態においてはビーム端子２３２ｂに接続されている。

分配器２１３は前述のように構成されているので、送信時においてビーム切替スイッチ２１２をどこに切り替えても、ロットマンレンズ２２０のビーム端子２２２と、ロットマンレンズ２３０のビーム端子２３２とに等しい電力の送信信号が供給されるようになっている。一方、分配器２１３は、受信時においてロットマンレンズ２２０及び２３０からの２つの受信信号を１つに統合して出力するようになっている。

なお、ロットマンレンズ２２０及び２３０の構成は、本発明の第１の実施の形態に係るビームフォーミング装置１００のロットマンレンズ１２０（図１参照）と同様な構成であるが、分かりやすく説明するためロットマンレンズ１２０の符号に対応した異なる符号を便宜上付している。したがって、ロットマンレンズ２２０及び２３０の構成についての詳細な説明は省略する。

アレーアンテナ装置２４０は、直線状に配列された１２個のアンテナ素子２４１及び１２個のアンテナ素子２４２を含み、各アンテナ素子２４１及び２４２の励振振幅及び励振位相が設定されることにより所望の指向性を実現するようになっている。ここで、アンテナ素子２４１及び２４２は、それぞれ、ロットマンレンズ２２０のアンテナ端子２２３及びロットマンレンズ２３０のアンテナ端子（図示省略）に接続されている。アンテナ素子２４１及び２４２は、例えばエッチングにより所定のプリント基板上に形成される。

次に、本実施の形態に係るビームフォーミング装置２００の動作について説明する。なお、ビームフォーミング装置２００は、送信用及び受信用のどちらでも使用できるが、ここでは送信用として使用する場合の動作を説明する。

まず、給電端子２１１によって、送受信機からの送信信号が入力され、ビーム切替スイッチ２１２に出力される。次いで、ビーム切替スイッチ２１２によって、分配器２１３のうちのいずれかが選択される。ここでは図２に示すように、ビーム切替スイッチ２１２によって分配器２１３ａが選択され、送信信号が分配器２１３ａに出力されたものとする。

次いで、分配器２１３ａによって、送信信号が２分配され、それぞれ、ロットマンレンズ２２０のビーム端子２２２ａと、ロットマンレンズ２３０のビーム端子２３２ｂとに出力される。

続いて、ビーム端子２２２ａに入力された送信信号は、マイクロストリップライン２２５を介し、ロットマンレンズ２２０の第１テーパ部２２６ａに出力される。同様に、ビーム端子２３２ｂに入力された送信信号は、マイクロストリップライン２３５を介し、ロットマンレンズ２３０の第１テーパ部（図示省略）に出力される。

次いで、ロットマンレンズ２２０の第１テーパ部２２６ａによって、送信信号が平行平板部２２６内に放射される。放射された送信信号は、平行平板部２２６内を伝搬し、一部はロットマンレンズ２２０のダミー端子２２４が接続された第３テーパ部２２６ｃによって受信されるが、大部分はロットマンレンズ２２０の第１テーパ部２２６ａと対向している第２テーパ部２２６ｂによって受信され、マイクロストリップライン２２５を介してアンテナ端子２２３に出力される。

同様に、ロットマンレンズ２３０の第１テーパ部によって、送信信号が平行平板部（図示省略）内に放射される。放射された送信信号は、平行平板部内を伝搬し、一部はロットマンレンズ２３０のダミー端子２３４が接続された第３テーパ部（図示省略）によって受信されるが、大部分はロットマンレンズ２３０の第１テーパ部と対向している第２テーパ部（図示省略）によって受信され、マイクロストリップライン２３５を介してアンテナ端子（図示省略）に出力される。

そして、アンテナ素子２４１によって、ロットマンレンズ２２０のアンテナ端子２２３に入力された送信信号が空間に放射され、アンテナ素子２４２によって、ロットマンレンズ２３０のアンテナ端子に入力された送信信号が空間に放射される。

ここで、アレーアンテナ装置２４０から放射される送信ビームは、アンテナ素子２４１から放射された送信ビームと、アンテナ素子２４２から放射された送信ビームとが空間で合成されたものとなる。この合成された送信ビームは、本発明の第１の実施の形態に係るビームフォーミング装置１００（図１参照）が平行平板部１２６内で送信信号を合成し、アレーアンテナ装置１３０から放射する送信ビームと等価である。

また、ビーム切替スイッチ２１２を切り替えると、送信信号を放射するロットマンレンズ２２０の第１テーパ部２２６ａ及びロットマンレンズ２３０の第１テーパ部の位置が変わるため、ロットマンレンズ２２０及び２３０の各アンテナ端子に到達する送信信号の経路長差が変化する。その結果、複数のアンテナ素子２４１及び２４２の励振振幅及び励振位相が変化するので、ビームフォーミング装置２００は、アレーアンテナ装置２４０から送信される送信ビームの方向を所望の方向に変えることができる。

以上のように、本実施の形態に係るビームフォーミング装置２００によれば、ビーム切替スイッチ２１２は、分配器２１３を介してロットマンレンズ２２０及び２３０と接続し、ロットマンレンズ２２０の第１テーパ部２２６ａと、ロットマンレンズ２３０の第１テーパ部とを選択的に切り替える構成としたので、従来のもののように、合成器を使用する必要がなくなり、送信電力の効率及び受信感度の向上を図ることができる。

すなわち、本実施の形態に係るビームフォーミング装置２００は、従来のものに用いられていた合成器を使用することなく、従来のものと同等な送受信時のビーム幅を維持しながら、送信電力の効率及び受信感度の向上を図ることができる。

なお、本実施の形態において例示したビームフォーミング装置２００に係る各構成部の個数は、前述の個数に限定されるものではない。

また、前述の実施の形態において、本発明のビーム方向制御手段をロットマンレンズ２２０及び２３０の２つで構成する例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、３つ以上のビーム方向制御手段を備える構成としても同様の効果が得られる。

また、前述の実施の形態において、本発明のビーム方向制御手段としてロットマンレンズ２２０及び２３０を用いる構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばＲ−２ＲレンズやＲ−ｋＲレンズ等のような平行平板レンズを用いる構成としても同様の効果が得られる。

本発明の第１の実施の形態に係るビームフォーミング装置の構成を示す模式図本発明の第２の実施の形態に係るビームフォーミング装置の構成を示す模式図従来のビームフォーミング装置の構成を示す模式図（ａ）従来のビームフォーミング装置において、１つのビーム端子を用いた際にアレーアンテナ装置から出力される送信ビーム波形を示す図（ｂ）従来のビームフォーミング装置において、２つのビーム端子を用いた際にアレーアンテナ装置から出力されるビーム波形を示す図

符号の説明

１００、２００ビームフォーミング装置
１１０、２１０給電ネットワーク（信号入出力手段）
１１１、２１１給電端子
１１２、２１２ビーム切替スイッチ（入出力端子選択部）
１１３、１１３ａ、２１３、２１３ａ分配器（入出力端子選択部）
１１４、１１４ａ、１１４ｂビーム端子切替スイッチ（入出力端子選択部）
１２０、２２０、２３０ロットマンレンズ（ビーム方向制御手段）
１２１、２２１、２３１基板
１２２、１２２ａ、２２２、２２２ａ〜２２２ｃ、２３２、２３２ａ〜２３２ｃビーム端子（入出力端子）
１２３、２２３アンテナ端子
１２４、２２４、２３４ダミー端子（素子接続端子）
１２５、２２５、２３５マイクロストリップライン
１２６、２２６平行平板部（信号伝搬部）
１２６ａ、２２６ａ第１テーパ部（第１信号授受部）
１２６ｂ、２２６ｂ第２テーパ部（第２信号授受部）
１２６ｃ、２２６ｃ第３テーパ部
１３０、２４０アレーアンテナ装置
１３１、２４１、２４２アンテナ素子

Claims

複数のアンテナ素子を含むアレーアンテナ装置のビーム方向を制御するビーム方向制御手段と、前記アレーアンテナ装置の送受信信号を入出力する信号入出力手段とを有するビームフォーミング装置であって、
前記ビーム方向制御手段は、前記信号入出力手段に接続され前記送受信信号を入出力する複数の入出力端子と、前記複数のアンテナ素子にそれぞれ接続された複数のアンテナ端子と、前記複数の入出力端子と前記複数のアンテナ端子との間で前記送受信信号を伝搬する信号伝搬部とを備え、前記信号伝搬部は、前記複数の入出力端子にそれぞれ接続された複数の第１信号授受部と、前記複数のアンテナ端子にそれぞれ接続された複数の第２信号授受部とを含み、
前記信号入出力手段は、前記複数の入出力端子のうち隣接する少なくとも２つを選択する入出力端子選択部を備えたことを特徴とするビームフォーミング装置。
複数のアンテナ素子を含むアレーアンテナ装置のビーム方向を制御する複数のビーム方向制御手段と、前記アレーアンテナ装置の送受信信号を入出力する信号入出力手段とを有するビームフォーミング装置であって、
前記複数のビーム方向制御手段は、それぞれ、前記信号入出力手段に接続され前記送受信信号を入出力する複数の入出力端子と、前記複数のアンテナ素子にそれぞれ接続された複数のアンテナ端子と、前記複数の入出力端子と前記複数のアンテナ端子との間で前記送受信信号を伝搬する信号伝搬部とを備え、前記信号伝搬部は、前記複数の入出力端子にそれぞれ接続された複数の第１信号授受部と、前記複数のアンテナ端子にそれぞれ接続された複数の第２信号授受部とを含み、
前記信号入出力手段は、前記複数の入出力端子のうち隣接する少なくとも２つの入出力端子の中の少なくとも１つを前記ビーム方向制御手段毎に選択する入出力端子選択部を備えたことを特徴とするビームフォーミング装置。
前記ビーム方向制御手段は、ロットマンレンズであることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のビームフォーミング装置。