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1. (WO2019065158) BEAM FORMING ANTENNA
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明 細 書

発明の名称 ビームフォーミングアンテナ

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003  

先行技術文献

特許文献

0004  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0005   0006  

課題を解決するための手段

0007  

発明の効果

0008  

図面の簡単な説明

0009  

発明を実施するための形態

0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032  

実施例 1

0033   0034   0035  

実施例 2

0036   0037   0038   0039  

実施例 3

0040   0041   0042  

実施例 4

0043   0044   0045   0046   0047  

符号の説明

0048  

請求の範囲

1   2   3   4  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10A   10B   10C   10D   11   12  

明 細 書

発明の名称 : ビームフォーミングアンテナ

技術分野

[0001]
 本発明はビームフォーミングアンテナに関し、例えばバトラーマトリックスを使用して構成するビームフォーミングアンテナに関するものである。

背景技術

[0002]
 無線装置やレーダ装置など、アンテナを用いて電磁波を送受信する装置では、複数のアンテナ素子を使用してビームの指向性を所望の方向に向けるアレーアンテナがよく利用されている。特に準ミリ波帯やミリ波帯のような高周波数信号は伝播損失が大きいため、アレーアンテナを利用して高アンテナ利得とすることで、伝搬損失を補完することがよく行われる。しかし、アンテナ利得を高くすると、アンテナから放射されるビームは鋭い指向性となる。そこで、通信装置において通信相手が広い範囲に存在する場合や、レーダ装置において検出すべき物体が広い範囲に存在する場合は、アンテナ素子へ給電する信号の位相や振幅を制御し、状況に応じてビームの指向性方向を変更するビームフォーミングアンテナが使用される。
[0003]
 ビームフォーミングアンテナは例えば特許文献1などに記載されている。また、ビームフォーミングアンテナには、バトラーマトリックス(Butler Matrix)を使用して構成するものがある(例えば特許文献2)。

先行技術文献

特許文献

[0004]
特許文献1 : 特開2016-111605号公報
特許文献2 : 特開2000-91833号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0005]
 ビームフォーミングアンテナでは、制御可能なビームの指向性方向はアンテナ素子数で決まるため、装置に必要なビーム形状を形成するために必要なアンテナ素子数が決定すると、アンテナ素子数で決まる指向性の制御分解能以上には精度よく指向性方向を制御できない。
[0006]
 本発明はより高い制御分解能でビーム指向性方向を制御可能なビームフォーミングアンテナを提供することにある。

課題を解決するための手段

[0007]
 本発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。 すなわち、ビームフォーミングアンテナは、複数の最終出力端子を有するマトリックス回路と、前記複数の最終出力端子にそれぞれ接続される複数のアンテナ素子と、を備える。前記マトリックス回路は、複数の入力端子と複数の出力端子とを有するバトラーマトリックスである第一のサブマトリックスと、複数の入力端子と複数の出力端子とを有するバトラーマトリックスである第二のサブマトリックスと、前記第一のサブマトリックスの出力と前記第二のサブマトリックスの出力を合成する加算器と、を備える。前記第一のサブマトリックスの複数の入力端子または前記第二のサブマトリックスの複数の入力端子から、いずれかの信号を選択し信号を入力することで前記複数の最終出力端子には所定の出力端子間位相差を有する信号が出力され、かつ、選択される入力端子により、前記出力端子間位相差が異なる値を有する。

発明の効果

[0008]
 本発明によれば、ビームフォーミングアンテナの指向性方向をより高い分解能で制御することが可能となる。

図面の簡単な説明

[0009]
[図1] 実施形態のバトラーマトリックスの構成を示す図
[図2] 移相器を使用するビームフォーミングアンテナの構成例を示す図
[図3] 異なる複数の方向にビームを放射する場合のビームフォーミングアンテナの構成例を示す図
[図4] アナログ的な移相器を使用しないビームフォーミングアンテナの構成例を示す図
[図5] バトラーマトリックスを用いたビームフォーミングアンテナの構成例を示す図
[図6] 4個の入出力端子を持つバトラーマトリックスの構成例を示す図
[図7] 8個の入出力端子を持つバトラーマトリックスの構成例を示す図
[図8] 異なる複数の方向にビームを放射する場合のバトラーマトリックスを用いたビームフォーミングアンテナの構成例を示す図
[図9] 実施例1のバトラーマトリックスの構成を示す図
[図10A] 実施例2のバトラーマトリックスの構成を示す図
[図10B] 図10Aの第一のサブマトリックスの構成を示す図
[図10C] 図10Aの第二のサブマトリックスの構成を示す図
[図10D] 図10Aのバトラーマトリックスの選択された入力端子とその際に出力端子間に生じる位相差の関係を示す図
[図11] 実施形態のバトラーマトリックスを使用したビームフォーミングアンテナの構成例を示す図
[図12] 実施形態のバトラーマトリックスを使用して、異なる複数の方向にビームを放射するビームフォーミングアンテナの構成例を示す図

発明を実施するための形態

[0010]
 本願発明者が本願に先立って検討した技術(比較例)のビームフォーミングアンテナについて説明する。
[0011]
 まず、ビームフォーミングアンテナおよびその機能を実現するための回路例について図2~4を用いて説明する。図2は移相器を使用するビームフォーミングアンテナの構成例を示す図である。図3は異なる複数の方向にビームを放射する場合のビームフォーミングアンテナの構成例を示す図である。図4はアナログ的な移相器を使用しないビームフォーミングアンテナの構成例を示す図である。
[0012]
 図2のビームフォーミングアンテナでは、複数のアンテナ素子21-1~21-Nへの給電経路に個別の可変移相器22-1~22-Nや可変利得素子23-1~23-Nを有する送信回路25を接続し、可変移相器22-1~22-Nの位相や可変利得素子23-1~23-Nの振幅を所望の値に適宜設定することで、各アンテナ素子から放射されるビームの合成信号が所望の方向に向くように制御される。
[0013]
 図2の例では可変移相器22-1~22-Nは、信号処理回路24、DAコンバータ(DAC)26、利得素子28-1~28-Nを介して入力された信号が搬送波発生回路20からの搬送波を用いてミキサ27-1~27-Nによって高周波信号に変換された後の経路に挿入されている。
[0014]
 ところで、通信装置では複数の相手と同時に通信することで通信容量を増大するという要望が存在する。このような装置において、それぞれの通信相手に個別のデータを送信する場合、異なる方向に存在する複数の通信相手に対し、異なるデータを同時送信する必要がある。しかし、図2のようなビームフォーミングアンテナでは、信号処理回路24において複数のデータを生成しても、可変移相器22-1~22-Nでは共通の位相シフトが重畳されるため、同時に複数の方向に信号を送信することは不可能である。
[0015]
 このような課題に対応するためには、例えば図3のように、送信方向の想定最大数(K)だけ、送信回路25(25-1~25-K)を用意し、それぞれの信号に対して加算器30-1~30-Nを用いて個別に位相シフトを重畳する方法が考えられる。しかし、このような構成では送信方向の想定最大数(K)が多くなると回路規模が非常に大きくなるという課題がある。
[0016]
 これとは別方法として、図4のようにアナログ的な移相器は使用しないで、それぞれのアンテナに接続される送信回路29-1~29-NをDAコンバータ26-1~26-Nを介して個別に信号処理回路24に接続する方法が考えられる。なお、送信回路29-1~29-Nはそれぞれ利得素子28およびミキサ27で構成される。この方法では、異なる通信相手へ送信するデータと、それらの通信相手が存在する方向に指向性を向けるために必要な位相シフト量を信号処理回路24の中で生成・重畳する。この方法では、必要な処理を信号処理回路24で行うため自由度が高く、高度な処理が可能である。しかしながら、信号処理回路24は、それぞれのアンテナ素子21-1~21-Nから放射される全ての信号について処理する必要があるため、アンテナ素子数が多い装置では信号処理回路24の規模が非常に大きくなるという課題がある。特に近年、携帯電話基地局のような通信装置では、非常に多くのアンテナ素子を使用することでアンテナから放射されるビーム形状の自由度を増やし、通信速度の向上や収容する端末数を増加させる技術が検討されているため、信号処理回路規模の増大は大きな課題となる。
[0017]
 図2や図4とは別のビームフォーミングアンテナとして、複数の入力端子の中から信号を入力する端子を選択することで、複数の出力端子間に生じる位相差を制御するバトラーマトッリクスを使用したビームフォーミングアンテナについて図5を用いて説明する。図5はバトラーマトリックスを用いたビームフォーミングアンテナの構成例を示す図である。
[0018]
 図5に示すように、バトラーマトリックス31は複数の入力端子32-1~32-Nと複数の出力端子33-1~33-Nを有した回路であり、出力端子33-1~33-Nはアレーアンテナの各アンテナ素子21-1~21-Nに接続されている。このビームフォーミングアンテナではスイッチ36などを使用して、複数の入力端子32-1~32-Nから送信回路35の出力信号を入力する端子を一つ選択する。複数の入力端子32-1~32-Nのいずれかに入力された信号はバトラーマトリックス31の中で分配され、出力端子33-1~33-Nから信号が出力される。なお、送信回路35は搬送波発生回路20、利得素子28およびミキサ27で構成される。この時、各出力端子間の信号の位相差が所望の位相差になるように調整されて出力される。また、バトラーマトリックス31は、選択された入力端子に応じて上記の出力端子間位相差が異なる値になるように構成されている。
[0019]
 入力端子が4個、出力端子が4個を持つバトラーマトリックスについて図6を用いて説明する。図6(A)は4個の入出力端子を持つバトラーマトリックスの構成例を示す図であり、図6(B)は選択された入力端子とその際の出力端子間位相差の関係を示す図である。
[0020]
 バトラーマトリックス31Aは3dBハイブリッド合成器41-1、41-2、42-1、42-2と固定移相器43-1、43-2で構成される。3dBハイブリッド合成器41-1、41-2、42-1、42-2はそれぞれ出力端子間で90度位相がずれる。固定移相器43-1,43-2は45度の移相器である。図6(A)に示すような構成により、複数の入力端子IN1~IN4の中から選択された入力端子に応じて、出力端子OUT1~OUT4に出力される信号の出力端子間位相差は異なる値となる。図6(B)に示す通り、入力端子および出力端子がそれぞれ4個のバトラーマトリックス31Aでは、出力端子間の位相差として-135度から+135度の範囲で90度毎の位相差で制御することが可能となる。
[0021]
 次に入力端子および出力端子がそれぞれ8個のバトラーマトリックスについて図7を用いて説明する。図7(A)は8個の入出力端子を持つバトラーマトリックスの構成例を示す図であり、図7(B)は選択された入力端子とその際の出力端子間位相差の関係を示す図である。
[0022]
 入出端子が8個のバトラーマトリックス31Bも3dBハイブリッド合成器44-1~44-4、45-1~45-4、46-1~46-4と固定移相器47-1~47-4、48-1~48-4で構成されている。3dBハイブリッド合成器4-1~44-4、45-1~45-4、46-1~46-4はそれぞれ出力端子間で90度位相がずれる。固定移相器47-1、47-4は67.5度の移相器であり、固定移相器47-2、47-3は22.5度の移相器であり、固定移相器48-1~48-4は45度の移相器である。図7(B)に示す通り、それぞれ8個の入出力端子を持つバトラーマトリックス31Bでは、出力端子間の位相差は-157.5度から+157.5度の範囲で45度毎の位相差で制御することが可能である。
[0023]
 バトラーマトリックスを使用したビームフォーミングアンテナは3dBハイブリッド合成器と固定移相器で構成されており、可変移相器などは不要である。また、複数のアンテナ素子を持つアレーアンテナにおいて、増幅器や混合器などで構成される送信回路は一個で良いため、比較的な簡易な構成になるというメリットがある。
[0024]
 図8は異なる複数の方向にビームを放射する場合のバトラーマトリックスを用いたビームフォーミングアンテナの構成例を示す図である。
[0025]
 なお、バトラーマトリックス31を使用したビームフォーミングアンテナにおいても、図8のように信号処理回路24で生成した複数の送信信号を、DAコンバータ26-1~26-K、送信回路29-1~29-Kを介して、スイッチ36-1~36-Kによってそれぞれ個別にバトラーマトリックス31に入力することで、複数の方向に同時に信号を送信することができる。この場合でも、送信回路29-1~29-Kは送信方向の想定最大数(K)だけ必要であるが、アナログ的な移相器等を使用する図3の比較例と比較すると、送信回路は簡易な回路構成で実現が可能である。
[0026]
 上記の通り、バトラーマトリックスを使用したビームフォーミングアンテナでは、可変移相器などを使用しない比較的な簡便な構成で、アンテナから放射されるビームの指向性を制御できるという利点がある。
[0027]
 一方、図6や図7の構成から明らかのように、バトラーマトリックスはその構成によって実現可能な出力端子間位相差が決まるという特徴がある。即ち、図6の4個の入出力端子を持つ構成では、選択された入力端子によって90度毎の位相差で制御することが可能であり、図7の8個の入出力端子を持つ構成では45度毎の位相差で制御可能である。各出力端子はアンテナ素子に接続されるため、ビームフォーミングアンテナにおけるアンテナ数が決まると、自動的に制御可能なアンテナ素子間位相差の分解能が決まることになる。ビームフォーミングアンテナから放射されるビームの指向性方向はアンテナ素子間位相差によって決まるため、アンテナ素子数が決まると制御可能なビームの指向性方向が決まる。特に、アンテナ素子数や配置方法により、ビームフォーミングアンテナから放射されるビーム形状は決まるため、装置に必要なビーム形状を実現するために必要なアンテナ素子数を決めた場合に、そのアンテナ素子数で実現可能な指向性方向の制御分解能が不十分な場合に問題となる。
[0028]
 上記比較例の課題を解決するために、図1に示すように、本実施形態のバトラーマトリックス11は、2個の第一のサブマトリックス(Sub Matrix)1、第二のサブマトリックス(Sub Matrix)2を有し、それらの出力を加算器3-1~3-Nで合成する構成を取る。第一のサブマトリックス1の入力端子IN1-1~IN1-Nと第二のサブマトリックス2の入力端子IN2-1~IN2-Nは同数である。また、第一のサブマトリックス1の出力端子OUT1-1~OUT1-Nと第二のサブマトリックス2の出力端子OUT2-1~OUT2-Nも同数であり、加算器3-1~3-Nによりそれぞれ対応する出力信号が合成され、最終出力端子OUT1~OUTNに信号を出力する。
[0029]
 第一のサブマトリックス1の入力端子IN1-1~IN1-Nの何れかの入力端子が選択された場合は、第一のサブマトリックス1の出力端子OUT1-1~OUT1-Nに所望の位相差を持った信号を発生する。同様に第二のサブマトリックス2の入力端子IN2-1~IN2-Nの何れかの入力端子が選択された場合は、第二のサブマトリックスの出力端子OUT2-1~OUT2-Nに所望の位相差を持った信号が出力される。この時、第一のサブマトリックス1の入力端子IN1-1~IN1-Nを選択した際に出力端子OUT1-1~OUT1-Nに生じる位相差と、第二のサブマトリックス2の入力端子IN2-1~IN2-Nを選択した際に出力端子OUT2-1~OUT2-Nに生じる位相差は全て異なる位相差となるように、第一のサブマトリックス1および第二のサブマトリックス2のそれぞれを構成する。こうすることで、2N個の入力端子IN1-1~IN1-N、IN2-1~IN2-Nの何れか一つの端子を選択した際に、最終出力端子OUT1~OUTNに出力される信号の端子間位相差は、選択された入力端子に応じてそれぞれ異なる位相差となる。
[0030]
 第一のサブマトリックス1と第二のサブマトリックス2を合わせた入力端子数は、最終出力端子数の2倍となるので、図5の比較例の同数の出力端子を持つバトラーマトリックスよりも位相分解能が2倍にすることが可能である。
[0031]
 本実施形態によれば、それぞれ異なる出力端子間位相差を持つ信号を出力可能な2個のサブマトリックスを持ち、これらのサブマトリックスの出力を加算器により合成する構成とすることで、同数の出力端子を持つ図5の比較例のバトラーマトリックスよりも、最終出力端子間に生じる位相差の分解能を2倍にすることが可能である。
[0032]
 ビームフォーミングアンテナにおいて、バトラーマトリックスの出力端子は各アンテナ素子に接続されため、各アンテナ素子から放射される信号のアンテナ素子間位相差をより高分解能で制御することが可能になる。即ち、ビームフォーミングアンテナの指向性方向をより高い分解能で制御することが可能となる。
実施例 1
[0033]
 本実施形態の第一の実施例について図9を用いて説明する。図9(A)は実施例1のバトラーマトリックスの構成を示す図である。図9(B)は図9(A)のバトラーマトリックスの選択された入力端子とその際に出力端子間に生じる位相差の関係を示す図である。
[0034]
 本実施例は出力端子の数が4個に対し、入力端子が2倍の8個を持つバトラーマトリックスの例である。第一のサブマトリックス1Aは、3dBハイブリッド合成器51-1、51-2、52-1、52-2、固定移相器53-1、51-2、54-1、54-2で構成されている。3dBハイブリッド合成器51-1、51-2、52-1、52-2はそれぞれ出力端子間で90度位相がずれる。固定移相器53-1は67.5度の移相器であり、固定移相器53-2は22.5の移相器であり、固定移相器54-1,54-2は45度の移相器である。同様に第二のサブマトリックス2Aは3dBハイブリッド合成器51-3、51-4、52-3、52-4、固定移相器53-3、53-4、54-3、54-4で構成されている。3dBハイブリッド合成器51-3、51-4、52-3、52-4はそれぞれ出力端子間で90度位相がずれる。固定移相器53-3は22.5度の移相器であり、固定移相器53-4は67.5の移相器であり、固定移相器54-3,54-4は45度の移相器である。第一のサブマトリックス1Aの出力と第二のサブマトリックス2Aの出力は加算器3-1~3-4で合成される。加算器としては180度ハイブリッド合成器やラットレース回路等を使用する。
[0035]
 図6の比較例のバトラーマトリックスでは入力端子と出力端子の数は等しいが、本実施例の場合は4個の出力端子に対し、8個の入力端子IN1-1~IN1-4、IN2-1~IN2-4を有している。最終出力端子OUT1~OUT4が4個に対して、入力端子が2倍となるため、出力端子数の2倍の8種類の出力端子間位相差を生成することが可能となる。図9(B)に示すように、出力端子が4個の場合でも、出力端子間の位相差は-157.5度から+157.5度の範囲で45度毎に制御可能である。図6の比較例の出力端子が4個のバトラーマトリックスは90度毎の位相差が得られたのに対し、2倍の分解能が得られている。この出力端子はアンテナ素子に接続されるので、図6の比較例のアンテナ素子が4個のバトラーマトリックスを使用したビームフォーミングアンテナと比較して、ビームの指向性方向をより細かく制御することが可能となる。
実施例 2
[0036]
 本実施形態の第二の実施例について図10A~10Dを用いて説明する。図10Aは実施例2のバトラーマトリックスの構成を示す図である。図10Bは図10Aの第一のサブマトリックスの構成を示す図である。図10Cは図10Aの第二のサブマトリックスの構成を示す図である。図10Dは図10Aのバトラーマトリックスの選択された入力端子とその際に出力端子間に生じる位相差の関係を示す図である。
[0037]
 本実施例は出力端子の数が8個に対し、入力端子が2倍の16個を持つバトラーマトリックスの例である。第一のサブマトリックス1Bは、3dBハイブリッド合成器61-1~61-4、62-1~62-4、63-1~63-4、固定移相器64-1~64-4、65-1~65-4、66-1~66-4で構成されている。3dBハイブリッド合成器61-1~61-4、62-1~62-4、63-1~63-4はそれぞれ出力端子間で90度位相がずれる。固定移相器64-1は78.75度の移相器であり、固定移相器64-2は11.25の移相器であり、固定移相器64-3は33.75度の移相器であり、固定移相器64-4は56.25の移相器であり、固定移相器65-1、65-2は67.5度の移相器であり、固定移相器65-3、65-4は22.5の移相器であり、固定移相器66-1~66-4は45度の移相器である。
[0038]
 第二のサブマトリックス2Bは、3dBハイブリッド合成器61-5~61-8、62-5~62-8、63-5~63-8と固定移相器64-5~64-8、65-5~65-8、66-5~66-8で構成される。3dBハイブリッド合成器61-5~61-8、62-5~62-8、63-5~63-8はそれぞれ出力端子間で90度位相がずれる。固定移相器64-5は64.5度の移相器であり、固定移相器64-6は33.75の移相器であり、固定移相器64-7は11.25度の移相器であり、固定移相器64-8は78.75の移相器であり、固定移相器65-5、65-6は22.5度の移相器であり、固定移相器65-7、65-8は67.5の移相器であり、固定移相器66-5~66-8は45度の移相器である。
[0039]
 また、第一のサブマトリックス1Bの出力と第二のサブマトリックス2Bの出力は加算器3-1~3-8により合成され、8個の最終出力端子OUT1~OUT8を持つ構成となる。最終出力端子OUT1~OUT8が8個に対して、入力端子が2倍の16個となるため、出力端子の位相差は16種類生成することが可能である。図10Dに示すように出力端子が8個の場合でも、出力端子間の位相差は-168.75度から+168.75度の範囲で22.5度毎の位相差が得られている。したがって、図7の比較例の出力端子が8個のバトラーマトリックスは45度毎の位相差が得られたのに対し、2倍の分解能を得ることが可能となる。バトラーマトリックスを使用したビームフォーミングアンテナでは、これらの出力端子はアンテナ素子に接続されるので、図7の比較例の8個のアンテナ素子を持つバトラーマトリックスを使用したビームフォーミングアンテナに比べて、ビームの指向性方向をより細かく制御することが可能となる。
実施例 3
[0040]
 図1の実施形態のバトラーマトリックスを適用したビームフォーミングアンテナの一例(実施例3)について図11を用いて説明する。図11は実施形態のバトラーマトリックスを、ビームフォーミングアンテナに適用した構成例を示す図である。
[0041]
 信号処理回路24で生成された送信信号はDAコンバータ26で信号変換され、送信回路35に入力される。送信回路35からの出力信号はスイッチ36により複数の入力端子IN1-1~IN1-N、IN2-1~IN2-Nの中から一つの入力端子が選択されて、バトラーマトリックス11に信号が入力される。この時、第一のサブマトリックス1の入力端子IN1-1~IN1-Nの何れかの入力端子が選択された場合は、出力信号は第一のサブマトリックス1の出力端子OUT1-1~OUT1-Nから出力され、第二のサブマトリックス2の入力端子IN2-1~IN2-Nの何れかの入力端子が選択された場合は、出力信号は第二のサブマトリックス2の出力端子OUT2-1~OUT2-Nから出力される。第一のサブマトリックス1の各出力と第二のサブマトリックス2の各出力は加算器3-1~3-Nにより合成される。これにより、各アンテナ素子21-1~21-Nからは所定の位相差を持った信号が出力されるので、選択される入力端子IN1-1~IN1-N、IN2-1~IN2-2によって指向性方向が制御されたビームを形成することが可能である。本実施形態のバトラーマトリックスは、同数の出力端子を持つ図5の比較例のバトラーマトリックスと比較して、出力端子間位相差の分解能は2倍になるため、本実施例によれば、より細かく指向性方向を制御することが可能である。
[0042]
 なお、第一のサブマトリックス1や第二のサブマトリックス2の構成は、例えば図9の実施例1や図10Aの実施例2に示すような構成となる。
実施例 4
[0043]
 本実施形態のバトラーマトリックスを適用したビームフォーミングアンテナの他例(実施例4)について図12を用いて説明する。図12は実施形態のバトラーマトリックスを使用して、異なる複数の方向にビームを放射するビームフォーミングアンテナの構成例を示す図である。
[0044]
 図12に示すように信号処理回路24により生成した複数の入力信号を送信回路29-1~29-Kをスイッチ36-1~36-Kによって個別に、複数の入力端子IN1-1~IN1-N、IN2-1~IN2-Nから選択して信号を入力することで、同時に複数の方向に信号を送信することができる。この場合でも、信号が入力される送信回路29-1~29-Kは送信方向の想定最大数(K)だけで良く、アナログ的な移相器等を使用する場合と比較すると簡易な回路で構成することが可能である。また本実施例では、同数の出力端子を持つ図5の比較例のバトラーマトリックスを使用した場合と比較して、出力端子間位相差の分解能は2倍にすることができるため、同時に複数の方向に信号を送信する場合においても、細かく指向性方向を制御することが可能である。
[0045]
 なお、第一のサブマトリックス1や第二のサブマトリックス2の構成は、例えば図9の実施例1や図10Aの実施例2に示すような構成となる。
[0046]
 なお、以上の説明では送信機の場合について説明したが、本実施形態、実施例1、実施例2のバトラーマトリックスを受信機に適用しても同様の効果が得られることは言うまでもない。
[0047]
 以上、本発明者によってなされた発明を実施形態および実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態および実施例に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。

符号の説明

[0048]
1、1A、1B…第一のサブマトリックス、2、2A、2B…第二のサブマトリックス、3-1~3-N…加算器、11…バトラーマトリックス、20…搬送波発生回路、21-1~21-N…アンテナ素子、24…信号処理回路、25-1~25-N…送信回路、26…DAコンバータ、27…混合器、28…利得素子、29-1~29-K…送信回路、IN1-1~IN1-N、IN2-1~IN2-N…入力端子、OUT-1~OUT-N、OUT1-1~OUT1-N、OUT2-1~OUT2-N…出力端子、OUT1~OUTN…最終出力端子、35…送信回路、36…スイッチ、36-1~36-K…スイッチ、51-1~51-4、52-1~52-4…3dBハイブリッド合成器、53-1~53-4、54-1~54-4…固定移相器、61-1~61-4、62-1~62-4、63-1~63-4…3dBハイブリッド合成器、64-1~64-4、65-1~65-4、66-1~66-4…固定移相器。

請求の範囲

[請求項1]
 複数の最終出力端子を有するマトリックス回路と、
 前記複数の最終出力端子にそれぞれ接続される複数のアンテナ素子と、を備え、
 前記マトリックス回路は、
  複数の入力端子と複数の出力端子とを有するバトラーマトリックスである第一のサブマトリックスと、
  複数の入力端子と複数の出力端子とを有するバトラーマトリックスである第二のサブマトリックスと、
  前記第一のサブマトリックスの出力と前記第二のサブマトリックスの出力を合成する加算器と、を備え、
 前記第一のサブマトリックスの複数の入力端子または前記第二のサブマトリックスの複数の入力端子から、いずれかの信号を選択し信号を入力することで前記複数の最終出力端子には所定の出力端子間位相差を有する信号が出力され、かつ、選択される入力端子により、前記出力端子間位相差が異なる値を有するビームフォーミングアンテナ。
[請求項2]
 請求項1に記載のビームフォーミングアンテナにおいて、
 前記第一のサブマトリックスの複数の入力端子のいずれかに信号が入力された場合は、前記第一のサブマトリックスの複数の出力端子から信号が出力され、
 前記第二のサブマトリックスの複数の入力端子のいずれかに信号が入力された場合は、前記第二のサブマトリックスの複数の出力端子から信号が出力され、
 前記第一のサブマトリックスの複数の入力端子および前記第二のサブマトリックスの複数入力端子のいずれをいずれかを選んだ場合に生じる出力端子間位相差は、選択される入力端子により、全て異なる値となるビームフォーミングアンテナ。
[請求項3]
 請求項1に記載のビームフォーミングアンテナにおいて、
 前記第一のサブマトリックスおよび前記第二のサブマトリックスは、3dBハイブリッド合成器と固定移相器を有するビームフォーミングアンテナ。
[請求項4]
 請求項1に記載のビームフォーミングアンテナにおいて、さらに、送信回路と、
 前記送信回路の出力を前記第一のサブマトリックスの複数の入力端子および前記第二のサブマトリックスの複数の入力端子の何れかの入力端子に接続するスイッチと、を有するビームフォーミングアンテナ。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10A]

[ 図 10B]

[ 図 10C]

[ 図 10D]

[ 図 11]

[ 図 12]