特許 6017946 時分割多重アレーアンテナ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6017946

(24)【登録日】2016年10月7日

(45)【発行日】2016年11月2日

(54)【発明の名称】時分割多重アレーアンテナ装置

(51)【国際特許分類】

   H04B 7/10 20060101AFI20161020BHJP

   H04B 7/08 20060101ALI20161020BHJP

【ＦＩ】

   H04B7/10 A

   H04B7/08 B

【請求項の数】3

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2012-269347(P2012-269347)

(22)【出願日】2012年12月10日

(65)【公開番号】特開2014-116778(P2014-116778A)

(43)【公開日】2014年6月26日

【審査請求日】2015年5月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003551

【氏名又は名称】株式会社東海理化電機製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(72)【発明者】

【氏名】古賀 健一

(72)【発明者】

【氏名】岩下 明暁

【審査官】 原田 聖子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０３４７９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０８７０３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２９７２８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３４９８０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／１４１８７８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｂ ７／１０

Ｈ０４Ｂ ７／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のアンテナの特定の１つを、複数のスイッチを有するスイッチ回路によって選択的に内部の信号処理回路に接続可能であり、複数の前記アンテナを前記スイッチによって前記信号処理回路に順に選択的に接続していくことにより、前記アンテナを時分割多重アレーアンテナとして通信可能な時分割多重アレーアンテナ装置において、
前記アンテナの特定の１つを単一アンテナとして動作させるとき、受信した電波のデジタル信号を帯域制限することが可能なデジタルフィルタと、
前記時分割多重アレーアンテナでの通信時、当該アレーアンテナにおける電波の受信状態を判定する受信状態判定部と、
前記単一アンテナで電波を受信した方が好ましい状況下のとき、複数の前記スイッチの特定の１つのみを常時接続しつつ、受信する信号の経路を、前記デジタルフィルタを通る経路に切り換えることにより、前記アンテナの特定の１つを前記単一アンテナとして動作させる受信経路切換部とを有し、
前記受信状態判定部は、前記電波の受信状態の監視を、電波を受信しているか否かを監視するモニタリング時に実行し、
前記受信経路切換部は、当該アレーアンテナのうち、受信電力が最大となっているアンテナの前記スイッチをオンすることにより当該アンテナを前記単一アンテナとして動作させることを特徴とする時分割多重アレーアンテナ装置。

【請求項2】

前記受信状態は、電波を前記アンテナで受信した際の受信電力の強さである
ことを特徴とする請求項１に記載の時分割多重アレーアンテナ装置。

【請求項3】

前記受信状態判定部は、前記時分割多重アレーアンテナでの通信時、前記アンテナの間の受信電力の比を判定し、前記受信経路切換部は、この受信電力比が閾値以上となるとき、前記受信の経路の切り換えにより、前記アンテナを前記時分割多重アレーアンテナから前記単一アンテナに変更する
ことを特徴とする請求項２に記載の時分割多重アレーアンテナ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アレー状に配列された複数のアンテナを用いて時分割多重により通信する時分割多重アレーアンテナ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、無線ＬＡＮ（Local Area Network）、携帯電話、地上デジタル放送のモバイル受信機等、アダプティブアレーアンテナを応用した無線機器の使用が日常化してきている傾向にあり、結果、これら無線機器の低コスト化の必要性が益々高まってきている。しかし、アダプティブアレーアンテナは、原理的に、フィルタ、アンプ、ダウンコンバータ、Ａ／Ｄコンバータ等のアナログ回路がアンテナ数分必要となるので、例えば単一アンテナの無線機器と比較すると、高コストになるという問題があった。

【0003】

そこで、これを解決する方法として、例えばスイッチによる時分割多重を用いて、アナログ回路を削減する方式（C-TDM-AAA：Conventional Time-Division Multiplexing Adaptive Array Antenna）のアダプティブアレーアンテナが過去に提案されている（非特許文献１参照）。非特許文献１では、無線機器が使用する帯域幅とスイッチ切換速度、フィルタ帯域幅、サンプリング速度が満たすべき条件に関して詳細に検討がなされ、適切なタイミングでスイッチ切り換え、サンプリングを行った場合、各アンテナの受信信号が完全に再生可能であることが示されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】A CMA Adaptive Array Antenna System with a Single Receiver Using Time-Division Multiplexing,（IEICE Trans. Commun., vol. E84-B, no. 6, pp. 1637-1646, June 2001.）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、この種の時分割多重アレーアンテナ装置においては、SNR（信号雑音比：signal-noise ratio）がアンテナ本数分の１に低下する現状がある。よって、時分割多重アレーアンテナ装置のSNRを改善する技術開発のニーズがあった。

【0006】

本発明の目的は、SNRを改善することができる時分割多重アレーアンテナ装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記問題点を解決する時分割多重アレーアンテナ装置は、複数のアンテナの特定の１つを、複数のスイッチを有するスイッチ回路によって選択的に内部の信号処理回路に接続可能であり、複数の前記アンテナを前記スイッチによって前記信号処理回路に順に選択的に接続していくことにより、前記アンテナを時分割多重アレーアンテナとして通信可能な構成において、前記アンテナの特定の１つを単一アンテナとして動作させるとき、受信した電波のデジタル信号を帯域制限することが可能なデジタルフィルタと、前記時分割多重アレーアンテナでの通信時、当該アレーアンテナにおける電波の受信状態を判定する受信状態判定部と、前記単一アンテナで電波を受信した方が好ましい状況下のとき、複数の前記スイッチの特定の１つのみを常時接続しつつ、受信する信号の経路を、前記デジタルフィルタを通る経路に切り換えることにより、前記アンテナの特定の１つを前記単一アンテナとして動作させる受信経路切換部とを有し、前記受信状態判定部は、前記電波の受信状態の監視を、電波を受信しているか否かを監視するモニタリング時に実行し、前記受信経路切換部は、当該アレーアンテナのうち、受信電力が最大となっているアンテナの前記スイッチをオンすることにより当該アンテナを前記単一アンテナとして動作させる。

【0008】

本構成によれば、電波の受信状態を監視し、単一アンテナで電波受信した方が好ましい状況下のときには、特定の１つのアンテナのみ常時接続しつつ、受信経路をデジタルフィルタ側に切り換える。これにより、Ａ／Ｄ変換においては、信号の並び替えを行うのではなく、デジタルフィルタによる帯域制限によって受信信号をデジタル処理する。このため、単一アンテナで電波受信した方が好ましい状況下では、時分割多重アレーアンテナ装置を単一アンテナとして動作させることが可能となるので、その分、SNRを改善することが可能となる。
また、モニタリング時に電波の受信状態を監視し、モニタリング中の電波検知の際、時分割多重アレーアンテナで動作するのが好ましいと判断したなら、時分割多重アレーで電波受信し、単一アンテナで動作するのが好ましいと判断したなら、単一アンテナで電波受信する。よって、電波受信状態の判定→アンテナ切り換えを、電波受信の過程においてスムーズに行うことが可能となる。

【0010】

前記時分割多重アレーアンテナ装置において、前記受信状態は、電波を前記アンテナで受信した際の受信電力の強さであることが好ましい。この構成によれば、電波の受信状態を受信電力の強さを基に判定するので、いまアンテナが電波をどのような状態で受信しているのかを精度よく識別することが可能となる。

【0011】

前記時分割多重アレーアンテナ装置において、前記受信状態判定部は、前記時分割多重アレーアンテナでの通信時、前記アンテナの間の受信電力の比を判定し、前記受信経路切換部は、この受信電力比が閾値以上となるとき、前記受信の経路の切り換えにより、前記アンテナを前記時分割多重アレーアンテナから前記単一アンテナに変更することが好ましい。この構成によれば、時分割多重アレーアンテナで電波受信したときの各アンテナ間の受信電力比を基に、時分割多重アレーアンテナ及び単一アンテナのどちらで動作した方がよいのかを判定するので、どちらのアンテナで動作すべきなのかを精度よく判定することが可能となる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、時分割多重アレーアンテナ装置において、SNRを改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】一実施形態の時分割多重アレーアンテナ装置の構成図。

【図2】スイッチ制御信号の時間波形図。

【図3】スイッチ制御信号のｒ番目の時間波形図。

【図4】第２バンドパスフィルタ通過後の出力信号の振幅スペクトル図。

【図5】サンプリング信号の時間波形図。

【図6】時分割多重で通信するときの周波数スペクトル図。

【図7】単一アンテナで通信するときの周波数スペクトル図。

【図8】受信経路をデジタルフィルタ側に切り換えたときの回路図。

【図9】デジタルフィルタの機能を示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、時分割多重アレーアンテナ装置の一実施形態を図１〜図９に従って説明する。
図１に示すように、アレーアンテナ装置１は、複数のアンテナ（アンテナ素子）２を備え、各アンテナ２の重み付けを伝播環境に応じてアダプティブ制御することにより、指向性を電気的に切り替え可能となっている。このように、アレーアンテナ装置１は、希望波の到来方向にビームを向けたり、不要な電波の到来方向にヌルを向けて除去したりすることが可能である。また、本例のアレーアンテナ装置１は、信号を時間単位で区切り、１つの処理回路で電波を受信する時分割多重式でもある。

【0015】

時分割多重アレーアンテナ装置１において、アンテナ２の個数をＫ（Ｋは任意の奇数）とすると、ｋ番目のアンテナ２の受信信号は、次式(1)のように表される。

【0016】

【数1】

ここで、f_ｋ(t)は、ｋ番目のアンテナ２におけるベースバンド信号である。また、cos(ω_ｃt)は、搬送波を表し、ω_ｃは、搬送波の角周波数を表す。

【0017】

アレーアンテナ装置１の受信回路３には、アンテナ２の受信電波をアナログ処理するアナログ回路４と、アナログ回路４から出力された信号をデジタル処理するデジタル回路５とが設けられている。アナログ回路４には、通過帯域幅がＷの第１バンドパスフィルタ６がアンテナ２ごとに設けられている。これら第１バンドパスフィルタ６は、アンテナ２で受信した受信信号f_ｋ(t) cos(ω_ｃt)を通過帯域幅Ｗでフィルタし、Ｗに準じた周波数のみ通過させる。本例の時分割多重アレーアンテナ装置１において、アンテナ２ごとに個別に必要となるのは第１バンドパスフィルタ６のみであり、その後段の回路ブロックは複数のアンテナ２の間で共用されている。なお、受信回路３が信号処理回路の一例である。

【0018】

受信ベースバンド信号f_ｋ(t)の周波数帯域幅Ｗ”は、第１バンドパスフィルタ６の通過帯域幅Ｗよりも小さい。よって、受信信号f_ｋ(t) cos(ω_ｃt)は、第１バンドパスフィルタ６をそのまま通過する。

【0019】

複数のこれら第１バンドパスフィルタ６には、第１バンドパスフィルタ６の接続を選択的に切り換えるスイッチ回路７が接続されている。スイッチ回路７は、受信回路３の１構成要素であって、第１バンドパスフィルタ６ごとにスイッチ８を複数有する。これらスイッチ８は、クロック回路９から入力するスイッチ制御信号g_ｋ(t)によってスイッチ制御される。

【0020】

ここで、図２及び図３に示すように、スイッチ８のｋ番目を、矩形波状のＯＮ時間τ、周期Ｔ_ｓで切り換えを行うとすると、スイッチ制御信号g_ｋ(t)は、次式(2)により表される。なお、次式のｒは、任意の整数である。

【0021】

【数2】

ここで、スイッチ切換周波数をＷ’（Ｗ’＝１／Ｔ_ｓ）とすると、スイッチ切換周波数Ｗ’は、Ｗ’＞Ｗを満たすように適切に設定する必要がある。式(2)は、フーリエ級数展開の形式により、次式(3)〜(5)のように表すことが可能である。なお、次式のｎは、スイッチ切換周波数Ｗ’のｎ倍高調波成分を表す整数であり、Ψは、スイッチ８のＯＮ時間比率である。

【0022】

【数3】

【0023】

【数4】

【0024】

【数5】

各アンテナ２の受信信号f_ｋ(t) cos(ω_ｃt)は、スイッチ８の通過時にスイッチ制御信号g_ｋ(t)を乗算された後、Ｋ個のアンテナ２からの信号が合成される。この合成信号h(t)は、次式(6)のように表される。

【0025】

【数6】

アナログ回路４には、周波数帯域幅がＫＷ’の第２バンドパスフィルタ１０が設けられている。第２バンドパスフィルタ１０は、１つのみ設けられ、複数のアンテナ２（スイッチ８）において共用されている。本例の場合、第２バンドパスフィルタ１０は、図４に示すように、理想的な周波数特性B(ω)を有するフィルタとする。

【0026】

合成信号h(t)は、第２バンドパスフィルタ１０を通過すると、出力信号h’(t)として出力される。出力信号h’(t)は、次式(7)，(8)のように表される。

【0027】

【数7】

【0028】

【数8】

アナログ回路４には、出力信号h’(t)を増幅するアンプ１１と、増幅後の出力信号h’(t)をＩＦ（Intermediate Frequency）周波数にダウンコンバートするコンバータ１２と、ＩＦ周波数の信号を通過させるＩＦバンドパスフィルタ１３と、ＩＦ周波数を直交ダウンコンバートする直交コンバータ部１４とが設けられている。直交コンバータ部１４には、直交コンバータ部１４から出力される位相が互いに９０度ずつずれた信号において、低い周波数のみ通過させる一対のローパスフィルタ１５が接続されている。

【0029】

デジタル回路５には、ローパスフィルタ１５から出力された信号をＡ／Ｄ変換する一対のＡ／Ｄコンバータ１６が設けられている。Ａ／Ｄコンバータ１６が入力するベースバンド信号h”(t)は、アンプの増幅やフィルタの損失を無視すれば、次式(9)のように表される。

【0030】

【数9】

ベースバンド信号h”(t)は、Ａ／Ｄコンバータ１６において、周期Ｔ_ｓでサンプリングされる。このサンプリング信号z_i(t)は、次式(10)のように表される。

【0031】

【数10】

図５に示すように、サンプリング信号z_i(t)は、それぞれＴ_ｓ／Ｋずつタイミングのずれた信号である。実際のところ、Ａ／Ｄコンバータ１６は、次式(11)で表されるz(t)でサンプリングを行う。

【0032】

【数11】

さて、ベースバンド信号h”(t)が並び替え部１７においてサンプリング信号z_i(t)でサンプルされることで生成されるサンプル信号x_i(t)は、次式(12)，(13)のように表される。

【0033】

【数12】

【0034】

【数13】

サンプル信号x_i(t)は、式(13)からも分かる通り、各アンテナ２の受信ベースバンド信号f_k(t)が混在した形で得られる。ここで、一見、スイッチ８のＯＮ時間τを、τ＜（Ｔ_ｓ／Ｋ）とすれば、スイッチ８が２つ同時に接続されることはなく、受信ベースバンド信号f_k(t)の混合は生じないように思われるが、実際にはフィルタを通過する際の波形なまりにより、受信ベースバンド信号f_k(t)の混合が生じてしまう。通常のアダプティブアレーアンテナでは、受信ベースバンド信号f_k(t)は、それぞれ別々に得られる信号のはずである。

【0035】

そこで、本例のデジタル回路５には、サンプル信号x_i(t)から受信ベースバンド信号f_k(t)を演算によって分離抽出する演算処理部１８が、各アンテナ２に対応して複数設けられている。本例の演算処理部１８は、次式(14)〜(16)を用いて演算を行うこと、つまりx_i(t)を要素とするベクトルＸ(t)に対して行列Φを乗算することにより、アンテナ２ごとにＩ送信号及びＱ相信号を出力する。

【0036】

【数14】

【0037】

【数15】

【0038】

【数16】

なお、式(14)〜(16)は、次式(17)〜(26)により定義される。なお、Ｘ_i(ω)は、x_i(t)のフーリエ変換であり、f_k(Δt)は、各アンテナ２の受信ベースバンド信号f_k(t)を周期Ｔ_ｓでサンプリングした信号である。また、式(18)は、式(17)を行列形式で表現した式である。

【0039】

【数17】

【0040】

【数18】

【0041】

【数19】

【0042】

【数20】

【0043】

【数21】

【0044】

【数22】

【0045】

【数23】

【0046】

【数24】

【0047】

【数25】

【0048】

【数26】

時分割多重アレーアンテナ装置１には、演算処理部１８から入力するＩ相信号及びＱ相信号をアダプティブ処理するアダプティブプロセッサ１９が設けられている。アダプティブプロセッサ１９は、アダプティブ処理により、例えば受信電波の電波到来方向を推定したり、アンテナ２のビームを希望波の方向に向けたり、ヌルを目的の方向に向けたりする。

【0049】

ここで、スイッチ制御信号g_k(t)のパルス幅であるτにより、Ａ／Ｄコンバータ１６でサンプリングされたサンプル信号x_i(t)に含まれるベースバンド信号f_k(Δt)がどのように変化するか考える。いま、スイッチ８のＯＮ時間τが非常に短い、つまりτ≒０の場合を考える。このとき、Ψ＝τ／Ｔ_ｓ≒０となるので、sinc{nπΨ}≒１により、行列Ｓ≒１が導かれる。よって、式(23)は、次式(27)のように表される。

【0050】

【数27】

よって、τが非常に小さい場合には、サンプル信号であるベクトルＸ(t)、つまりサンプル信号x_i(t)を要素とするベクトルは、各アンテナ２の受信ベースバンド信号f_k(t)のベクトルＦ(Δt)のスカラー倍となる。即ち、サンプル信号x_i(t)は、それぞれ１種類の受信ベースバンド信号f_k(Δt)のみを含み、混合された状態ではないことが分かる。背景技術で述べた非特許文献１では、スイッチ制御信号g_k(t)はデルタ関数であり、本検討におけるτ≒０の場合に相当する。即ち、背景技術の非特許文献１では、サンプル信号のベクトルＸ(t)において、ベクトルＦ(Δt)が混合された状態にならないように、あえてτ≒０としていると考えられる。

【0051】

しかし、式(27)を見てみると、ベクトルＸ(t)に含まれるベクトルＦ(Δt)の大きさはτに比例することが分かる。このことから、スイッチ８における電力損失を抑制するには、τをなるべく大きくすること、つまりスイッチ８が常にいずれかのアンテナ２に接続されていることが望ましいと予測される。このため、本例のアダプティブプロセッサ１９は、スイッチ制御信号g_k(t)のＯＮ時間τを、次信号のτと重複しない範囲で、なるべく長く設定している。このように、ＯＮ時間τ（或いはＯＮ時間比率Ψ）を任意に設定可能な点で、本例は有効と考えられる。

【0052】

図６に、時分割多重によって受信する電波の周波数スペクトルを示す。同図に示されるように、第２バンドパスフィルタ１０の周波数帯域幅がＫＷ’と設定されるのは、時分割多重方式の場合、例えばアンテナ数Ｋ＝３とすると、受信したい希望波２０は、３つのスペクトル２１ａ〜２１ｃを有する信号として受信するからである。この場合、中央の基本周波数のスペクトル２１ａに対し、両側に対称に現われるスペクトル２１ｂ，２１ｃはスペクトル２１ａのコピーである。周波数帯域幅ＫＷ’において、希望波以外の帯域を通過する信号は熱雑音である。

【0053】

ところで、図７に示すように、受信する電波によっては、時分割多重アレーアンテナで受信するよりも、１つのアンテナ２のみで電波を受信する単一アンテナで電波受信した方が、SNR（Ｓ／Ｎ比）がよい場合がある。同図に示されるように、SNRがよければ、電波を高い振幅のスペクトル２２で取得することが可能である。そこで、本例の場合は、各アンテナ２における受信電力を監視し、受信電力の比が大きい場合には、時分割多重アレーアンテナ装置１を時分割多重アレーアンテナではなく単一アンテナとして動作させることとする。

【0054】

図１に示すように、一対のＡ／Ｄコンバータ１６には、一対のスイッチ２３，２４を介してデジタルフィルタ２５が接続されている。デジタルフィルタ２５は、受信した電波においてＡ／Ｄコンバータ１６を通過した後のデジタル信号を帯域制限することが可能であって、ある特定の周波数帯域のデジタル信号のみを通過させる。

【0055】

デジタル回路５には、各アンテナ２における受信電力の比を判定する電力比判定部２６と、電力比判定部２６の判定結果を基に受信回路３の受信経路を切り換える受信経路切換部２７とが設けられている。電力比判定部２６は、各アンテナ２における受信電波の受信電力を測定し、例えばこれらの最大値と最小値との比を算出する。そして、電力比判定部２６は、この受信電力比と閾値とを比較し、受信電力比の大きさを監視する。受信経路切換部２７は、受信電力比の判定結果を基に、受信回路３内の受信経路を選択する。なお、電力比判定部２６が受信状態判定部の一例である。

【0056】

次に、図１，図８及び図９を用いて、時分割多重アレーアンテナ装置１の動作を説明する。
図１に示すように、時分割多重アレーアンテナ装置１は、電波受信待ち時、電波を受信したか否かを監視するモニタリング動作（受信待機動作）をとる。このとき、受信回路３内の電波受信経路は、スイッチ２３，２４が並び替え部１７側に接続されることにより、並び替え部１７を通過する経路２８が選択されている。モニタリング時、スイッチ８が順に選択的に接続される時分割多重によって、電波受信の有無が監視される。

【0057】

図８に示すように、電力比判定部２６は、モニタリング時において電波を受け付けて電波受信を開始したとき、ある特定のアンテナ２で受信電力が大きく受信電力比が閾値以上となることを確認すると、経路切換要求Ｓａを受信経路切換部２７に出力する。経路切換要求Ｓａには、受信経路を切り換える旨の要求や、どのアンテナ２が最大受信電力となっているのかを通知する情報などが含まれる。

【0058】

受信経路切換部２７は、電力比判定部２６から経路切換要求Ｓａを入力すると、経路切換要求Ｓａを基にスイッチ回路７及びスイッチ２３，２４の切り換えを行う。このとき、受信経路切換部２７は、スイッチ回路７の複数のスイッチ８のうち受信電力が最大となっているスイッチ８をオンするとともに、スイッチ２３，２４をデジタルフィルタ２５側に接続する。これにより、アレーアンテナ装置１は、受信経路がデジタルフィルタ２５を通過する経路２９に切り換えられることにより、時分割多重アレーアンテナではなく単一アンテナとして動作する。よって、時分割多重アレーアンテナ装置１は、受信電力が最大の１つのアンテナ２のみで電波を受信する。

【0059】

図９に、本例の提案法を採用した場合の受信電波の周波数スペクトルを示す。同図に示されるように、アンテナ２を時分割多重アレーアンテナから単一アンテナに切り換えても、このときの受信電波に含まれると想定される熱雑音はデジタルフィルタ２５で除去される。よって、単一アンテナに切り換えても、熱雑音を少なく抑えながら電波を受信することが可能となる。

【0060】

図１に示すように、アダプティブプロセッサ１９は、通信が終了すること（電波を受信しなくなること）を確認すると、受信終了通知Ｓｂを受信経路切換部２７に出力する。受信経路切換部２７は、アダプティブプロセッサ１９から受信終了通知Ｓｂを入力すると、最大受信電力となっているアンテナ２のスイッチ８のみ常時接続する状態を解除するとともに、スイッチ２３，２４を並び替え部１７側に接続する。これにより、アレーアンテナ装置１は、受信経路が並び替え部１７側を通過する経路２８に切り換えられることにより、時分割多重アレーに戻される。

【0061】

そして、特定のアンテナ２で受信電力が大きくなる度にこの切り換え動作が繰り返されて、電波が受信される。即ち、モニタリング時の電波受信時、各アンテナ２の受信電力比が閾値未満であれば、以降の受信動作が時分割多重アレーアンテナで実施され、各アンテナ２の受信電力比が閾値以上であれば、以降の受信動作が単一アンテナで実施される動作が、電波受信の度に繰り返し実行される。

【0062】

本実施形態の構成によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（１）受信経路切換部２７は、受信のモニタリング時、スイッチ２３，２４を並び替え部１７側に接続することにより、アンテナ２を時分割多重アレーアンテナとして動作させる。受信経路切換部２７は、モニタリングにおいて電波受信を検知した際、各アンテナ２の間の受信電力比が閾値以上となれば、最大受信電力となるアンテナ２のスイッチ８のみ常時接続しつつ、スイッチ２３，２４をデジタルフィルタ２５側に接続することにより、受信回路３の経路を、デジタルフィルタ２５を通る経路２９に切り換える。このため、単一アンテナで受信動作した方が好ましい状況下では、時分割多重アレーアンテナ装置１を単一アンテナとして動作させることが可能となるので、その分、SNRを改善することができる。

【0063】

（２）追加する部品がデジタルフィルタ２５であるので、SNRを改善する対策をとっても、時分割多重アレーアンテナ装置１の回路構成が簡素で済む。
（３）モニタリング時に各アンテナ２の受信電力比を監視し、モニタリング時の電波検知の際、受信電力比が閾値未満であれば、以降の電波受信をそのまま時分割多重アレーアンテナで行い、受信電力比が閾値以上であれば、以降の電波受信を単一アンテナに切り換えて行う。よって、電波受信状態の判定→アンテナ切り換えを、電波の受信過程においてスムーズに行うことができる。

【0064】

（４）受信状態の判定を受信電力の強さ（受信電力比）を基に行うので、いまアンテナ２がどのような状態で電波を受信しているのかを精度よく識別することができる。
（５）電波の受信状態を受信電力の比を基に判定するので、いま受信がどのような状態にあるのか、つまり、電波受信時において時分割多重アレーアンテナ又は単一アンテナの何れを使用すべきなのかを精度よく判定することができる。

【0065】

なお、実施形態はこれまでに述べた構成に限らず、以下の態様に変更してもよい。
・受信電波のモニタリング時、デジタル回路５の電源をオフしておき、電波受信を検知した際に、デジタル回路５の電源をオンに切り換えるようにしてもよい。この場合、時分割多重アレーアンテナ装置１における消費電力の抑制に効果が高くなる。

【0066】

・受信電力比が閾値未満となったことを確認できた時点で、受信経路を元の並び替え部１７側の経路２８に戻すようにしてもよい。
・受信回路３は、ベースバンド信号をＡ／Ｄコンバータ１６でサンプルする構成に限らず、例えばＩＦ信号をサンプルする構成や、第２バンドパスフィルタ１０から出力されるＲＦ（Radio Frequency）信号をサンプルする構成でもよい。このように、受信回路３は、種々の回路構成が採用可能である。

【0067】

・受信回路３は、直交コンバータ部１４ではなく、通常のコンバータによって信号をダウンコンバートする回路でもよい。
・アンテナ２の数は、任意の奇数に限らず、任意の偶数でもよい。

【0068】

・スイッチ８のＯＮ時間τ（ＯＮ時間比率Ψ）は、実施形態で述べた値以外の他の時間幅に適宜変更してもよい。
・サンプル信号x_i(t)から受信信号f_k(t)cos(ω_ct)を再生（分離）する演算は、サンプル信号x_i(t)に行列Φを乗算する方法に限定されない。要は、サンプル信号x_i(t)から受信信号f_k(t)cos(ω_ct)を再生（分離）できれば、種々の演算方法に変更可能である。

【0069】

・第２バンドパスフィルタ１０の周波数帯域幅は、例えば第１バンドパスフィルタ６の周波通帯域に係数のＫを乗算した値でもよい。
・時分割多重アレーアンテナ装置１は、受信機に限らず、送信機又は送受信機としてもよい。

【0070】

・受信経路切替えの判定は、受信電波の電力比に限らず、例えば受信電波の振幅比や振幅差等、他の指標で行ってもよい。
・電波受信有無の判定は、受信信号強度（受信電力比）を基に行うことに限らず、電波を受信できているかどうか判定できれば、種々の方式が採用可能である。

【0071】

・受信経路の変更は、モニタリング時／電波受信時で区分けすることに限定されない。例えば、受信電波を読み込んでいる途中において、受信経路を適宜切り換えるようにしてもよい。

【0072】

・単一アンテナ動作時に接続する１つのアンテナ２は、最大受信電力となるアンテナに限らず、他の通信に好適なアンテナとしてもよい。
・時分割多重アレーアンテナ装置１は、車両や電子キーの受信機として使用されることに限らず、他の機器や装置に適宜応用可能である。

【0073】

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。
（イ）前記時分割多重アレーアンテナにおいて、前記スイッチのＯＮ時間を長くとることにより、前記スイッチの切り換えによる電力損失を抑制し、この処理によって各アンテナの受信信号が混ざり合ってしまっても、この重畳信号に演算を施すことによって、当該重畳信号を各アンテナの受信信号に分離すること。この構成によれば、重畳信号から各アンテナの受信信号を分離することができるので、信号を精度よく取得することができる。

【符号の説明】

【0074】

１…時分割多重アレーアンテナ装置、２…アンテナ、３…信号処理回路としての受信回路、７…スイッチ回路、８…スイッチ、２５…デジタルフィルタ、２６…受信状態判定部としての電力比判定部、２７…受信経路切換部、２８，２９…受信の経路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】