(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022152918
(43)【公開日】2022-10-12
(54)【発明の名称】アンテナ装置
(51)【国際特許分類】
H01Q 21/20 20060101AFI20221004BHJP
H01Q 3/36 20060101ALI20221004BHJP
H01Q 1/27 20060101ALI20221004BHJP
【ＦＩ】
H01Q21/20
H01Q3/36
H01Q1/27
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021055865
(22)【出願日】2021-03-29
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和２年度、総務省「ＨＡＰＳを利用した無線通信システムに係る周波数有効利用技術に関する研究開発」に関する委託事業、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(71)【出願人】
【識別番号】000005821
【氏名又は名称】パナソニックホールディングス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002952
【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】安達 尚季
【テーマコード（参考）】
5J021
5J046
【Ｆターム（参考）】
5J021AA08
5J021AB06
5J021DB03
5J021EA02
5J021FA06
5J021FA07
5J021HA08
5J046AA18
5J046AB03
5J046AB13
5J046NA11
5J046PA07
(57)【要約】
【課題】空中浮遊型の通信装置において、広範な通信エリアを形成すること。
【解決手段】空中浮遊型の通信装置に搭載されるアンテナ装置は、環状に配置された複数のアンテナ素子を有し、地上に第１の通信エリアを形成する第１のアレイアンテナと、環状に配置された複数のアンテナ素子を有し、第１の通信エリアの外側に第２の通信エリアを形成する第２のアレイアンテナと、を有する。
【選択図】図２
【解決手段】空中浮遊型の通信装置に搭載されるアンテナ装置は、環状に配置された複数のアンテナ素子を有し、地上に第１の通信エリアを形成する第１のアレイアンテナと、環状に配置された複数のアンテナ素子を有し、第１の通信エリアの外側に第２の通信エリアを形成する第２のアレイアンテナと、を有する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
空中浮遊型の通信装置に搭載されるアンテナ装置であって、
環状に配置され、地上に第１の通信エリアを形成する第１のアレイアンテナと、
環状に配置され、前記第１の通信エリアの外側に第２の通信エリアを形成する第２のアレイアンテナと、
を有するアンテナ装置。
環状に配置され、地上に第１の通信エリアを形成する第１のアレイアンテナと、
環状に配置され、前記第１の通信エリアの外側に第２の通信エリアを形成する第２のアレイアンテナと、
を有するアンテナ装置。
【請求項2】
前記第１のアレイアンテナは、第１の俯角を有する複数の第１の平面アレイアンテナを有し、
前記第２のアレイアンテナは、第２の俯角を有する複数の第２の平面アレイアンテナを有する、
請求項１に記載のアンテナ装置。
前記第２のアレイアンテナは、第２の俯角を有する複数の第２の平面アレイアンテナを有する、
請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項3】
前記複数の第１の平面アレイアンテナと前記複数の第２の平面アレイアンテナとは、環状に交互に配置される、
請求項２に記載のアンテナ装置。
請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項4】
前記複数の第２の平面アレイアンテナは、前記複数の第１の平面アレイアンテナの上または下に配置される、
請求項２に記載のアンテナ装置。
請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項5】
前記アンテナ装置の位置情報および姿勢情報と、地上局の位置情報とに基づいて、前記地上局が前記第１の通信エリアに位置しているか、または、前記第２の通信エリアに位置しているかを判定する制御部、をさらに有する、
請求項１から４のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
請求項１から４のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項6】
前記制御部は、
前記地上局が前記第１の通信エリアに位置していると判定した場合、前記第１のアレイアンテナを用いて、前記地上局に向けたビームフォーミング制御を行い、
前記地上局が前記第２の通信エリアに位置していると判定した場合、前記第２のアレイアンテナを用いて、前記地上局に向けたビームフォーミング制御を行う、
請求項５に記載のアンテナ装置。
前記地上局が前記第１の通信エリアに位置していると判定した場合、前記第１のアレイアンテナを用いて、前記地上局に向けたビームフォーミング制御を行い、
前記地上局が前記第２の通信エリアに位置していると判定した場合、前記第２のアレイアンテナを用いて、前記地上局に向けたビームフォーミング制御を行う、
請求項５に記載のアンテナ装置。
【請求項7】
前記制御部は、
さらに前記地上局が前記第１の通信エリアと前記第２の通信エリアとの境界から所定距離内に位置しているか否かを判定し、
前記地上局が前記所定距離内に位置していると判定した場合、前記第１のアレイアンテナと前記第２のアレイアンテナとのうち、前記地上局方向を向くアレイアンテナを選択し、
選択した前記アレイアンテナを用いて、前記地上局に向けたビームフォーミング制御を行う、
請求項５または６に記載のアンテナ装置。
さらに前記地上局が前記第１の通信エリアと前記第２の通信エリアとの境界から所定距離内に位置しているか否かを判定し、
前記地上局が前記所定距離内に位置していると判定した場合、前記第１のアレイアンテナと前記第２のアレイアンテナとのうち、前記地上局方向を向くアレイアンテナを選択し、
選択した前記アレイアンテナを用いて、前記地上局に向けたビームフォーミング制御を行う、
請求項５または６に記載のアンテナ装置。
【請求項8】
前記複数の第１の平面アレイアンテナ各々におけるアンテナ素子と、前記複数の第２の平面アレイアンテナ各々におけるアンテナ素子とにおいて、信号の周波数を変換する周波数コンバータが共用される、
請求項２から４のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
請求項２から４のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項9】
前記第１のアレイアンテナおよび前記第２のアレイアンテナは、デジタルフェイズドアレイで構成される、
請求項１から８のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
請求項１から８のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項10】
前記第１のアレイアンテナおよび前記第２のアレイアンテナは、アナログフェイズドアレイで構成される、
請求項１から８のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
請求項１から８のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項11】
前記第１のアレイアンテナおよび前記第２のアレイアンテナは、アナログフェイズドアレイおよびデジタルフェイズドアレイで構成される、
請求項１から８のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
請求項１から８のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項12】
空中浮遊型の通信装置に搭載されるアンテナ装置であって、
環状に配置され、地上に第１の通信エリアを形成する第１のサブアレイアンテナと、
環状に配置され、前記第１の通信エリアの外側に第２の通信エリアを形成する第２のサブアレイアンテナと、を有するアレイアンテナ、
を有するアンテナ装置。
環状に配置され、地上に第１の通信エリアを形成する第１のサブアレイアンテナと、
環状に配置され、前記第１の通信エリアの外側に第２の通信エリアを形成する第２のサブアレイアンテナと、を有するアレイアンテナ、
を有するアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、アンテナ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
高高度プラットフォーム局（ＨＡＰＳ：High Altitude Platform Station）といった、空中浮遊型の中継装置が知られている。
【0003】
空中浮遊型の中継装置に搭載されるアンテナ装置としては、ビームフォーミング可能なフェーズドアレイアンテナが知られている。また、特許文献１の図３０には、複数の平面アレイアンテナを備えた６角錐形状のアンテナ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】特開２０２０－０８０４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ＨＡＰＳ等の空中浮遊型の中継装置では、より広範な通信エリアの形成が望まれている。
【0006】
本開示の非限定的な実施例は、空中浮遊型の通信装置において、広範な通信エリアを形成するアンテナ装置の提供に資する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の一実施例は、空中浮遊型の通信装置に搭載されるアンテナ装置であって、環状に配置され、地上に第１の通信エリアを形成する第１のアレイアンテナと、環状に配置され、前記第１の通信エリアの外側に第２の通信エリアを形成する第２のアレイアンテナと、を有する。
【0008】
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータープログラム、または、記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータープログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【発明の効果】
【0009】
本開示の一実施例によれば、空中浮遊型の中継装置において、広範な通信エリアを形成できる。
【0010】
本開示の一実施例における更なる利点および効果は、明細書および図面から明らかにされる。かかる利点および／または効果は、いくつかの実施形態並びに明細書および図面に記載された特徴によってそれぞれ提供されるが、１つまたはそれ以上の同一の特徴を得るために必ずしも全てが提供される必要はない。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】第１の実施の形態に係る通信システムの構成例を示した図
【図2】ＨＡＰＳに搭載されるアンテナ装置の斜視図
【図3A】平面アレイアンテナの側面図
【図3B】平面アレイアンテナの側面図
【図4】平面アレイアンテナの正面図
【図5】平面アレイアンテナのブロック構成例を示した図
【図6】ＨＡＰＳのブロック構成例を示した図
【図7】アンテナグループが形成するエリアを説明する図
【図8A】アンテナグループの制御例を説明する図
【図8B】アンテナグループの制御例を説明する図
【図9】アンテナ装置の動作例を説明するフローチャート
【図11】第２の実施の形態に係るアンテナ装置の斜視図
【図12】第３の実施の形態に係るアンテナ装置の斜視図
【図13】第４の実施の形態に係るアンテナ装置のブロック構成例を示した図
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、図面を適宜参照して、本開示の実施の形態について、詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【0013】
なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
【0014】
【0015】
ＨＡＰＳ１１は、中継装置を搭載したＵＡＶ（unmanned aerial vehicle）または無人気球といった飛行体である。ＨＡＰＳ１１は、地上に固定された地上局１２と地上局１３との間の通信を中継する。
【0016】
サービスエリアＡ１１は、ＨＡＰＳ１１の通信可能なエリアを示す。ＨＡＰＳ１１は、例えば、高度約２０ｋｍの高高度を円状のＨＡＰＳ航路Ｒ１１を飛行しながら空中に滞在し、地上にサービスエリアＡ１１を形成する。ＨＡＰＳ航路Ｒ１１は、例えば、サービスエリアＡ１１内に地上局１２，１３が位置するように決定される。
【0017】
ＨＡＰＳ１１は、ＨＡＰＳ航路Ｒ１１を飛行しながら、サービスエリアＡ１１内の地上局１２とのリンクＬ１１と、地上局１３とのリンクＬ１２とを定常的に確立し、地上局１２と地上局１３との間の無線通信回線を提供（中継）する。
【0018】
なお、ＨＡＰＳは、空中浮遊型の中継装置、中継局、無線局、または通信装置と言い換えられてもよい。地上局は、基地局、無線局、または通信装置と言い換えられてもよい。サービスエリアは、通信エリアまたはエリアと言い換えられてもよい。
【0019】
また、ＨＡＰＳ航路Ｒ１１は、円状でなくてもよい。例えば、ＨＡＰＳ航路Ｒ１１は、８の字状であってもよい。
【0020】
図２は、ＨＡＰＳ１１に搭載されるアンテナ装置２０の斜視図である。図２に示すように、アンテナ装置２０は、平面アレイアンテナ２１～２４（第２のアレイアンテナ）と、平面アレイアンテナ３１～３４（第１のアレイアンテナ）と、を有する。アンテナ装置２０は、例えば、無人飛行体の底部に配置される。
【0021】
平面アレイアンテナ２１～２４，３１～３４は、環状に配置される。平面アレイアンテナ２１～２４，３１～３４は、アンテナ面（図４に示すアンテナ素子４１が形成される面）の法線が水平方向に対し下側を向くように配置される。すなわち、平面アレイアンテナ２１～２４，３１～３４のアンテナ面は、ＨＡＰＳ１１が空中に浮遊しているとき、地上の方を向く。平面アレイアンテナ２１～２４，３１～３４が環状に配置されることにより、平面アレイアンテナ２１～２４，３１～３４のアンテナ面に形成されるアンテナ素子も環状に配置される。
【0022】
平面アレイアンテナ２１～２４各々のアンテナ面の俯角は、同じである。平面アレイアンテナ３１～３４各々のアンテナ面の俯角は、同じである。なお、「同じ」は、特に断らない限り「略同じ」を含む。また、以下では、「平面アレイアンテナのアンテナ面の俯角」を、「平面アレイアンテナの俯角」と表現することがある。また、以下では、俯角を傾斜角と称する。
【0023】
【0024】
【0025】
上記した通り、平面アレイアンテナ２１～２４は、同じ傾斜角を有する。従って、平面アレイアンテナ２２～２４も、傾斜角ＴＡ１を有する。
【0026】
図３Ｂの点線Ｘ２は、平面アレイアンテナ３１の法線を示す。平面アレイアンテナ３１の法線は、水平方向に対し下方を向く。平面アレイアンテナ３１は、図３Ｂに示すように、傾斜角ＴＡ２を有する。傾斜角ＴＡ２は、平面アレイアンテナ２１の傾斜角ＴＡ１より大きい。
【0027】
上記した通り、平面アレイアンテナ３１～３４は、同じ傾斜角を有する。従って、平面アレイアンテナ３２～３４も、傾斜角ＴＡ２を有する。
【0028】
傾斜角ＴＡ２は、９０度未満である。従って、平面アレイアンテナ３１～３４のアンテナ面は、真下を向かない。傾斜角ＴＡ２より小さい傾斜角ＴＡ１を有する平面アレイアンテナ３１～３４のアンテナ面も、真下を向かない。
【0029】
以下では、同じ傾斜角ＴＡ１を有する平面アレイアンテナ２１～２４を、アンテナグループＧ１と称することがある。同じ傾斜角ＴＡ２を有する平面アレイアンテナ３１～３４を、アンテナグループＧ２と称することがある。
【0030】
図２の説明に戻る。平面アレイアンテナ２１～２４，３１～３４は、隣接する平面アレイアンテナ２１～２４，３１～３４の傾斜角が互いに異なるように配置される。
【0031】
例えば、図２のアンテナ装置２０を上方から見て、傾斜角ＴＡ１を有する平面アレイアンテナ２１の左隣りには、傾斜角ＴＡ２を有する平面アレイアンテナ３１が配置される。傾斜角ＴＡ２の平面アレイアンテナ３１の左隣には、傾斜角ＴＡ１を有する平面アレイアンテナ２２が配置される。すなわち、アンテナグループＧ１の平面アレイアンテナ２１～２４と、アンテナグループＧ２の平面アレイアンテナ３１～３４とは、環状に、交互に配置される。
【0032】
図４は、平面アレイアンテナ２１の正面図である。図４に示すように、平面アレイアンテナ２１は、縦横方向に並んだ複数のアンテナ素子４１を有する。アンテナ素子４１は、例えば、垂直偏波と水平偏波とに対応した偏波共用パッチアンテナである。
【0033】
以下では、平面アレイアンテナ２１におけるアンテナ素子４１の座標（位置）を、Ｐ（ｍ，ｎ）で示す。ｍは、縦方向におけるアンテナ素子４１の位置を示す。ｎは、横方向におけるアンテナ素子４１の位置を示す。ｍは、１以上Ｍ以下の整数である。ｎは、１以上Ｎ以下の整数である。
【0034】
【0035】
【0036】
図５は、平面アレイアンテナ２１のブロック構成例を示した図である。図５に示すように、平面アレイアンテナ２１は、Ｍ×Ｎ個のＲＦ（Radio Frequency）ユニット５１－１，５１－２，…，５Ｍ－Ｎと、ベースバンド（ＢＢ）部６３と、Ｉ／Ｆ（Interface）部６４と、を有する。
【0037】
ＲＦユニット５１－１は、図４に示したＰ（１，１）のアンテナ素子４１と、送受信機６１，６２と、を有する。
【0038】
送受信機６１は、ベースバンド部６３から出力されるＨ偏波（垂直偏波）における信号を無線周波数にアップコンバートし、Ｐ（１，１）のアンテナ素子４１に出力する。また、送受信機６１は、Ｐ（１，１）のアンテナ素子４１が受信したＨ偏波における信号をダウンコンバートし、ベースバンド部６３に出力する。
【0039】
送受信機６２は、ベースバンド部６３から出力されるＶ偏波（水平偏波）における信号を無線周波数にアップコンバートし、Ｐ（１，１）のアンテナ素子４１に出力する。また、送受信機６２は、Ｐ（１，１）のアンテナ素子４１が受信したＶ偏波における信号をダウンコンバートし、ベースバンド部６３に出力する。
【0040】
ＲＦユニット５１－２，…，５Ｍ－Ｎも、ＲＦユニット５１－１と同様の構成を有する。ただし、ＲＦユニット５ｍ－ｎのユニットは、Ｐ（ｍ，ｎ）のアンテナ素子４１を有する。
【0041】
ベースバンド部６３は、デジタルのベースバンド信号を送受信するＴＲＸＢＢ－Ｖ／Ｈ（１，１），ＴＲＸＢＢ－Ｖ／Ｈ（１，２），…，ＴＲＸＢＢ－Ｖ／Ｈ（Ｍ，Ｎ）のインターフェースを介して、ＲＦユニット５１－１，５１－２，…，５Ｍ－Ｎと接続される。ベースバンド部６３は、Ｉ／Ｆ部６４から受信した信号に対し、ベースバンド処理を行い、ＲＦユニット５１－１，５１－２，…，５Ｍ－Ｎに出力する。また、ベースバンド部６３は、ＲＦユニット５１－１，５１－２，…，５Ｍ－Ｎから出力される信号に対し、ベースバンド処理を行い、Ｉ／Ｆ部６４に出力する。
【0042】
【0043】
【0044】
アンテナ装置２０は、図２に示した平面アレイアンテナ２１～２４，３１～３４を有する。平面アレイアンテナ２１～２４は、傾斜角ＴＡ１で配置され、図６に示すように、アンテナグループＧ１に属する。平面アレイアンテナ３１～３４は、傾斜角ＴＡ２で配置され、図６に示すように、アンテナグループＧ２に属する。また、アンテナ装置２０は、図２において図示しなかった制御部７１を有する。
【0045】
制御部７１は、図５で説明した平面アレイアンテナ２１のＩ／Ｆ部６４に接続される。平面アレイアンテナ２２～２４，３１～３４も、図５で説明したように、平面アレイアンテナ２１のＩ／Ｆ部６４と同様のＩ／Ｆ部を有し、制御部７１に接続される。
【0046】
制御部７１は、アンテナ装置２０の位置情報および姿勢情報と、地上局１２の位置情報とに基づいて、アンテナグループＧ１を用いて地上局１２と通信を行うか、または、アンテナグループＧ２を用いて地上局１２と通信を行うかを判定する。
【0047】
制御部７１は、アンテナグループＧ１を用いて地上局１２と通信を行うと判定した場合、アンテナグループＧ１の平面アレイアンテナ２１～２４のいずれかを用いて地上局１２と通信する。制御部７１は、アンテナグループＧ２を用いて地上局１２と通信を行うと判定した場合、アンテナグループＧ２の平面アレイアンテナ３１～３４を用いて地上局１２と通信する。制御部７１は、地上局１３との通信においても、上記と同様の判定および制御を行う。
【0048】
信号処理部７２は、地上局処理部７２ａと、地上局処理部７２ｂと、を有し、信号の再生中継処理を行う。
【0049】
例えば、地上局処理部７２ａは、地上局１２から受信した信号を、地上局処理部７２ａのＴＸ端子から出力し、地上局処理部７２ｂのＲＸ端子に出力する。地上局処理部７２ｂは、ＲＸ端子に入力された地上局１２の信号を、地上局１３に送信する。地上局処理部７２ｂは、地上局１３から受信した信号を、地上局処理部７２ｂのＴＸ端子から出力し、地上局処理部７２ａのＲＸ端子に出力する。地上局処理部７２ａは、ＲＸ端子に入力された地上局１３の信号を、地上局１２に送信する。
【0050】
なお、図６に示す制御信号は、アンテナ装置２０と信号処理部７２との間で送受信される制御信号を示す。チャネル１ＴＲＸは、地上局１２から受信した信号および地上局１２に送信する信号を示す。チャネル２ＴＲＸは、地上局１３から受信した信号および地上局１３に送信する信号を示す。
【0051】
Ｉ／Ｆ部７３には、ＨＡＰＳ１１の位置情報および姿勢情報が入力される。例えば、Ｉ／Ｆ部７３には、ＧＮＳＳ（global navigation satellite system）装置が接続され、ＧＮＳＳ信号が入力される。また、例えば、Ｉ／Ｆ部７３には、慣性センサーが接続され、加速度信号や角速度信号といった姿勢信号が入力される。後述するが、ＨＡＰＳ１１の位置情報および姿勢情報は、地上局１２，１３の位置情報とともに、アンテナグループＧ１，Ｇ２の制御に用いられる。
【0052】
【0053】
図７に示す実線の円Ｃ１と、実線の円Ｃ２とで挟まれるエリアＡ２１は、アンテナグループＧ１の平面アレイアンテナ２１～２４が形成（提供）する通信エリアを示す。
【0054】
図７に示す実線の円Ｃ１と、実線の円Ｃ３とで挟まれるエリアＡ２２は、アンテナグループＧ２の平面アレイアンテナ３１～３４が形成する通信エリアを示す。
【0055】
従って、ＨＡＰＳ１１が提供するサービスエリアＡ１１は、エリアＡ２１とエリアＡ２２とから構成される。
【0056】
なお、図３Ａおよび図３Ｂで説明したように、アンテナグループＧ１の平面アレイアンテナ２１～２４の傾斜角ＴＡ１は、アンテナグループＧ２の平面アレイアンテナ３１～３４の傾斜角ＴＡ２より小さい（浅い）。従って、エリアＡ２１は、エリアＡ２２の外側に形成される。
【0057】
アンテナグループＧ１の平面アレイアンテナ２１～２４は、例えば、アンテナ面の法線がエリアＡ２１を等分割する境界Ｘ１１を向くように配置される。これにより、ＢＦ（ビームフォーミング）の傾斜角方向における振れ幅（ＢＦの傾斜角方向における上限角および下限角）でカバーする領域（エリアＡ２１）を、境界Ｘ１１において略等分割できる。
【0058】
アンテナグループＧ２の平面アレイアンテナ３１～３４は、例えば、アンテナ面の法線がエリアＡ２２を等分割する境界Ｘ１２を向くように配置される。これにより、ＢＦの傾斜角方向における振れ幅でカバーする領域（エリアＡ２２）を、境界Ｘ１２において略等分割できる。
【0059】
このように、エリアＡ２１およびエリアＡ２２を等分割するように、平面アレイアンテナ２１～２４，３１～３４を配置した場合、アンテナ装置２０は、ＢＦの性能低下を抑制できる。
【0060】
なお、アンテナグループＧ１の平面アレイアンテナ２１～２４およびアンテナグループＧ２の平面アレイアンテナ３１～３４は、エリアＡ２１およびエリアＡ２２を等分割する配置に限定されない。
【0061】
また、エリアＡ２２は、エリアＡ２１比べてＨＡＰＳ１１の旋回からの離心距離が短く、自由伝搬損失が小さいため、相対的に面積を広くしてもよい。これにより、エリア毎の送信電力の配分が均一化される。
【0062】
【0063】
図８Ａに示すように、地上局１２がエリアＡ２１内に位置している場合、ＨＡＰＳ１１は、エリアＡ２１を形成するアンテナグループＧ１の平面アレイアンテナ２１～２４のうち、方位角方向において、地上局１２方向を向く平面アレイアンテナを選択する。
【0064】
例えば、ＨＡＰＳ１１は、アンテナグループＧ１の平面アレイアンテナ２１～２４のうち、アンテナ面の法線が、地上局１２を基準とした方位角方向±４５度の範囲の方向を向いている平面アレイアンテナを選択する。ＨＡＰＳ１１は、選択した平面アレイアンテナにおいてＢＦ制御を行い、ビームを地上局１２に向ける。
【0065】
図８Ｂに示すように、地上局１２がエリアＡ２２内に位置している場合、ＨＡＰＳ１１は、エリアＡ２２を形成するアンテナグループＧ２の平面アレイアンテナ３１～３４のうち、方位角方向において、地上局１２方向を向く平面アレイアンテナを選択する。
【0066】
例えば、ＨＡＰＳ１１は、アンテナグループＧ２の平面アレイアンテナ３１～３４のうち、アンテナ面の法線が、地上局１２を基準とした方位角方向±４５度の範囲の方向を向いている平面アレイアンテナを選択する。ＨＡＰＳ１１は、選択した平面アレイアンテナにおいてＢＦ制御を行い、ビームを地上局１２に向ける。
【0067】
なお、上記では、地上局１２に対するアンテナグループＧ１およびアンテナグループＧ２の制御例を説明したが、ＨＡＰＳ１１は、地上局１３においても同様の制御を行う。
【0068】
また、地上局１２を基準とした方位角方向の角度範囲は、±４５度に限られない。地上局１２を基準とした方位角方向の角度範囲は、平面アレイアンテナの数によって変更してもよい。例えば、平面アレイアンテナの数が多ければ、地上局１２を基準とした方位角方向の角度範囲は、小さくなる。
【0069】
図９は、アンテナ装置２０の動作例を説明するフローチャートである。アンテナ装置２０の制御部７１は、例えば、ＨＡＰＳ１１が空中浮遊する目標の場所で旋回を開始した場合に、図９に示すフローチャートの処理を開始する。
【0070】
制御部７１は、ＨＡＰＳ１１の位置情報、地上局１２，１３の位置情報、およびＨＡＰＳ１１の姿勢情報を取得する（Ｓ１）。
【0071】
なお、制御部７１は、Ｉ／Ｆ部７３を介して、ＨＡＰＳ１１の位置情報および姿勢情報を取得する。地上局１２，１３の位置情報は、例えば、ＨＡＰＳ１１が飛行を開始する前に、制御部７１が備えるメモリといった記憶装置にあらかじめ記憶される。位置情報には、例えば、緯度、経度、および高度が含まれる。
【0072】
制御部７１は、Ｓ１にて取得したＨＡＰＳ１１の位置情報および姿勢情報と、地上局１２，１３の位置情報とに基づいて、地上局１２がエリアＡ２１に位置しているか、または、エリアＡ２２に位置しているかを判定する（Ｓ２）。
【0073】
すなわち、制御部７１は、アンテナグループＧ１の平面アレイアンテナ２１～２４が形成するエリアＡ２１に、地上局１２が位置しているか、または、アンテナグループＧ２の平面アレイアンテナ３１～３４が形成するエリアＡ２２に、地上局１２が位置しているかを判定する。
【0074】
そして、制御部７１は、アンテナグループＧ１の平面アレイアンテナ２１～２４が形成するエリアＡ２１に、地上局１２が位置していると判定した場合（Ｓ２の「エリアＡ２１」）、平面アレイアンテナ２１～２４を用いた、地上局１２に向けたＢＦ制御を実行する（Ｓ３ａ～Ｓ７ａ）。また、制御部７１は、アンテナグループＧ２の平面アレイアンテナ３１～３４が形成するエリアＡ２２に、地上局１２が位置していると判定した場合（Ｓ２の「エリアＡ２２」）、平面アレイアンテナ３１～３４を用いた、地上局１２に向けたＢＦ制御を実行する（Ｓ３ｂ～Ｓ７ｂ）。
【0075】
以下、制御部７１が、アンテナグループＧ１の平面アレイアンテナ２１～２４が形成するエリアＡ２１に、地上局１２が位置していると判定した場合の処理（Ｓ３ａ～Ｓ７ａ）を説明する。
【0076】
制御部７１は、ＨＡＰＳ１１の位置情報、地上局１２，１３の位置情報、およびＨＡＰＳ１１の姿勢情報を取得する（Ｓ３ａ）。なお、制御部７１は、Ｓ１の処理と同様の処理によって、ＨＡＰＳ１１の位置情報、地上局１２，１３の位置情報、およびＨＡＰＳ１１の姿勢情報を取得する。
【0077】
制御部７１は、Ｓ３ａにて取得したＨＡＰＳ１１の位置情報および姿勢情報と、地上局１２，１３の位置情報とに基づいて、アンテナグループＧ１の平面アレイアンテナ２１～２４のうち、アンテナ面の法線が、地上局１２を基準とした方位角方向から、所定角度範囲内に向いている平面アレイアンテナを選択する（Ｓ４ａ）。
【0078】
制御部７１は、Ｓ４ａにて選択した平面アレイアンテナを用いて、地上局１２方向に向くためのＢＦのウェイトを計算する（Ｓ５ａ）。なお、制御部７１は、ＢＦの地上局１２に向かう方向を、Ｓ３ａにて取得したＨＡＰＳ１１の位置情報および姿勢情報と、地上局１２，１３の位置情報とに基づいて算出する。
【0079】
制御部７１は、Ｓ４ａにて選択した平面アレイアンテナにおいて、Ｓ５ａにて算出したウェイトを用いてＢＦを制御（形成）する（Ｓ６ａ）。
【0080】
制御部７１は、所定時間経過したか否かを判定する（Ｓ７ａ）。
【0081】
制御部７１は、所定時間経過していないと判定した場合（Ｓ７ａの「Ｎｏ」）、処理をＳ３ａに移行する。すなわち、制御部７１は、アンテナグループＧ１の平面アレイアンテナ２１～２４を用いたＢＦ制御を行う。
【0082】
一方、制御部７１は、所定時間経過したと判定した場合（Ｓ７ａの「Ｙｅｓ」）、処理をＳ１に移行する。そして、制御部７１は、Ｓ２にて、地上局１２が、エリアＡ２１に位置しているか、または、エリアＡ２２に位置しているかを判定する。
【0083】
つまり、地上局１２が傾斜角方向におけるエリアＡ２１またはエリアＡ２２に位置しているか否かの判断（Ｓ２の処理）の頻度は、ＢＦ制御（Ｓ３ａ～Ｓ６ａ）の頻度より少ない。これは、ＨＡＰＳ１１が空中を旋回しても、ＨＡＰＳ１１に対する地上局１２の傾斜角方向における変動が小さいためである。
【0084】
なお、Ｓ３ｂ～Ｓ７ｂは、アンテナグループＧ２の平面アレイアンテナ３１～３４におけるＢＦ制御の処理であり、Ｓ３ａ～３７ａの処理と同様であるため、その説明を省略する。
【0085】
また、制御部７１は、地上局１３についても、図９のフローチャートの処理を実行する。
【0086】
Ｓ５ａのウェイト計算の例について説明する。制御部７１は、ＨＡＰＳ１１の位置情報および姿勢情報と、地上局１２の位置情報とに基づいて、Ｓ４ａにて選択した平面アレイアンテナのアンテナ面に対する地上局１２の方向を計算する。すなわち、制御部７１は、Ｓ４ａにて選択した平面アレイアンテナで形成するビーム方向「ｒ０」を計算する。そして、制御部７１は、計算したビーム方向「ｒ０」にビームが向くウェイト「ｗ０」を、Ｓ４ａにて選択した平面アレイアンテナのＭ×Ｎ個の各ＲＦユニット（例えば、図５のＲＦユニット５１－１，５１－２，…，５Ｍ－Ｎを参照）を用い、ＢＦ制御を行う。
【0087】
Ｐ（ｍ，ｎ）のＲＦユニットで用いるウェイトｗ０（ｍ，ｎ）は、式（１）の値を用いて算出される。ここで、ｐ（ｍ，ｎ）は、アンテナ面中心からアンテナ素子Ｐ（ｍ，ｎ）へのベクトルを示す。ｊは、虚数単位を示す。ｋは、使用する周波数での波数を示す。ｒ０は、ビーム方向を示すベクトルである。ｕｒ０は、ｒ０方向の単位ベクトルである。
【0088】
ｗ０（ｍ，ｎ）＝ｅｘｐ（－ｊ×ｋ×（ｕｒ０・ｐ（ｍ，ｎ））） （１）
【0089】
以上の処理によって、アンテナ装置２０は、ＨＡＰＳ１１の位置および姿勢変化に追従したＢＦ制御を行うことができる。
【0090】
以上説明したように、ＨＡＰＳ１１に搭載されるアンテナ装置２０は、環状に配置され、地上にエリアＡ２２を形成する平面アレイアンテナ３１～３４と、環状に配置され、エリアＡ２２の外側にエリアＡ２１を形成する平面アレイアンテナ２１～２４と、を有する。
【0091】
このように、アンテナ装置２０は、平面アレイアンテナ３１～３４によってエリアＡ２２を形成し、その外側に平面アレイアンテナ３１～３４によってエリアＡ２１を形成するので、広範な通信エリアを形成できる。
【0092】
また、アンテナ装置２０は、アンテナ面が真下を向く平面アレイアンテナを有さない。すなわち、アンテナ装置２０は、底面（地上を向く面）にアンテナ素子を備えない。これにより、アンテナ装置２０は、ＨＡＰＳ１１のヨー回転による偏波制御が不要となる。
【0093】
例えば、アンテナ面が真下を向く平面アレイアンテナは、ＨＡＰＳ１１のヨー回転と同じ角度で回転する。このため、地上局１２，１３との通信路の偏波は、ＨＡＰＳ１１のヨー回転に応じて回転する。アンテナ面が真下を向く平面アレイアンテナにおいて、安定した通信路を形成するには、ヨー回転する偏波に追従する偏波制御が必要となり、ＢＦ制御が複雑になる。
【0094】
これに対し、アンテナ装置２０は、アンテナ面が真下を向く平面アレイアンテナを有さない。アンテナ装置２０は、例えば、アンテナグループＧ２の平面アレイアンテナ３１～３４によって、アンテナ面が真下を向く平面アレイアンテナが形成するエリアをカバーする。これにより、アンテナ装置２０は、ＨＡＰＳ１１のヨー回転による偏波制御が不要となる。
【0095】
なお、図４では、例として８×８アンテナ素子の平面アレイアンテナの例を示したが、アンテナ素子数はこれに限定されない。アンテナ素子数（Ｍ×Ｎ）は、ＨＡＰＳ１１と地上局との間の回線設計に従い、決定されてもよい。
【0096】
また、アンテナ装置２０には、縦横の数が異なる（Ｍ≠Ｎ）平面アレイアンテナが用いられてもよい。制御部７１は、アンテナ素子の位置Ｐ（ｍ、ｎ）に従い、式（１）によりウェイトを計算することで、ＨＡＰＳ１１の位置および姿勢変化に追従したＢＦ制御が可能となる。
【0097】
また、平面アレイアンテナ２１～２４，３１～３４は、デジタルフェイズドアレイで構成されてもよい。これにより、アンテナ装置２０は、平面アレイアンテナ２１～２４，３１～３４がアナログフェイズドアレイで構成される場合よりも、ＢＦを高精度に制御できる。
【0098】
また、平面アレイアンテナ２１～２４，３１～３４は、アナログフェイズドアレイで構成されてもよい。これにより、アンテナ装置２０は、平面アレイアンテナ２１～２４，３１～３４がデジタルフェイズドアレイで構成される場合よりも、消費電力を低減できる。
【0099】
また、平面アレイアンテナ２１～２４，３１～３４は、アナログフェイズドアレイおよびデジタルフェイズドアレイで構成されてもよい。これにより、アンテナ装置２０は、アナログフェイズドアレイで消費電力を低減する一方、アナログフェイズドアレイで高精度に制御できないＢＦを、デジタルフェイズドアレイで補うことができる。
【0100】
また、アレイアンテナは、平面アレイアンテナでなくてもよい。アレイアンテナのアンテナ面は、曲面であってもよい。
【0101】
また、アンテナ装置２０は、アンテナ面の傾斜角が異なるアンテナグループＧ１，Ｇ２の平面アレイアンテナ２１～２４，３１～３４によって、サービスエリアＡ１１を同心円状のエリアＡ２１，Ａ２２に分割する。アンテナ装置２０は、アンテナグループＧ１の平面アレイアンテナ２１～２４の、傾斜角方向におけるアンテナ面の向きが、エリアＡ２１を等分するように設定される。アンテナ装置２０は、アンテナグループＧ２の平面アレイアンテナ３１～３４の、傾斜角方向におけるアンテナ面の向きが、エリアＡ２２を等分するように設定される。アンテナ装置２０は、地上局１２，１３が位置するエリアＡ２１，Ａ２２に基づいて、ＢＦするアンテナグループＧ１，Ｇ２を選択する。アンテナ装置２０は、ＨＡＰＳの座標（位置）および姿勢と、地上局の位置とに基づいてビーム方向およびウェイトを計算し、選択したアンテナグループの平面アレイアンテナを用いて、ＢＦ制御を行う。
【0102】
これにより、アンテナ装置２０は、ＨＡＰＳ１１の位置および姿勢変化に追従したＢＦ制御ができる。また、アンテナ装置２０は、傾斜角が異なるアンテナグループＧ１，Ｇ２の平面アレイアンテナ２１～２４，３１～３４を用いて、サービスエリアＡ１１をエリアＡ２１，Ａ２２に分割することで、傾斜角方向におけるＢＦの振れ角幅を低減し、アンテナ面の地上局１２，１３に対する角度差による利得偏差を抑制できる。また、アンテナ装置２０は、ＢＦのダイナミックレンジを軽減し、消費電力を低減できる。なお、ＨＡＰＳ１１では、搭載されたバッテリーや太陽電池などの限られた電力容量で搭載機器を駆動するため、消費電力の低減は重要である。
【0103】
（変形例１）
変形例１では、アンテナ装置２０は、地上局１２がエリアＡ２１，Ａ２２の境界付近（例えば、図７の円Ｃ１付近）に位置する場合、アンテナグループＧ１，Ｇ２判定に基づいた平面アレイアンテナによるＢＦ制御を実行しない。すなわち、アンテナ装置２０は、地上局１２がエリアＡ２１，Ａ２２の境界付近に位置する場合、アンテナグループＧ１，Ｇ２を区別せず、平面アレイアンテナ２１～２４，３１～３４において、ＢＦ制御する平面アレイアンテナを選択する。
変形例１では、アンテナ装置２０は、地上局１２がエリアＡ２１，Ａ２２の境界付近（例えば、図７の円Ｃ１付近）に位置する場合、アンテナグループＧ１，Ｇ２判定に基づいた平面アレイアンテナによるＢＦ制御を実行しない。すなわち、アンテナ装置２０は、地上局１２がエリアＡ２１，Ａ２２の境界付近に位置する場合、アンテナグループＧ１，Ｇ２を区別せず、平面アレイアンテナ２１～２４，３１～３４において、ＢＦ制御する平面アレイアンテナを選択する。
【0104】
【0105】
【0106】
制御部７１は、地上局１２が、エリアＡ２１，Ａ２２の境界から所定距離内に位置していないと判定した場合、図９で説明したＳ２以降の処理を実行する。
【0107】
一方、制御部７１は、地上局１２が、エリアＡ２１，Ａ２２の境界から所定距離内に位置していると判定した場合、ＨＡＰＳ１１の位置情報、地上局１２，１３の位置情報、およびＨＡＰＳ１１の姿勢情報を取得する。
【0108】
制御部７１は、取得したＨＡＰＳ１１の位置情報および姿勢情報と、地上局１２，１３の位置情報とに基づいて、平面アレイアンテナ２１～２４と平面アレイアンテナ３１～３４とのうち、アンテナ面の法線が、地上局１２を基準とした方位角方向の所定角度範囲内に向いている平面アレイアンテナを選択する。
【0109】
すなわち、制御部７１は、アンテナグループＧ１，Ｇ２を区別せずに、平面アレイアンテナ２１～２４と平面アレイアンテナ３１～３４との中から、アンテナ面の法線が、地上局１２を基準とした方位角方向の、所定角度範囲内（図１０に示す角度範囲ＡＺ２１～ＡＺ２４，ＡＺ３１～ＡＺ３４）に向いている平面アレイアンテナを選択する。
【0110】
例えば、地上局１２は、エリアＡ２１，Ａ２２の境界から所定距離内に位置し、図１０に示す角度範囲ＡＺ２３に示す角度範囲内に位置するとする。この場合、制御部７１は、平面アレイアンテナ２３を選択する。
【0111】
制御部７１は、選択した平面アレイアンテナを用いて、地上局１２方向に向くためのＢＦのウェイトを計算する。
【0112】
制御部７１は、選択した平面アレイアンテナにおいて、算出したウェイトを用いてＢＦを制御する。
【0113】
制御部７１は、所定時間経過したか否かを判定し、所定時間経過していなければ、アンテナグループＧ１，Ｇ２を区別しない、平面アレイアンテナの選択処理を実行する。制御部７１は、所定時間経過していれば、地上局１２が、エリアＡ２１，Ａ２２の境界から所定距離内に位置しているか否かを判定する。
【0114】
アンテナ装置２０は、上記の処理によって、消費電力の増加を抑制できる。また、アンテナ装置２０は、効率的なＢＦ制御ができる。
【0115】
例えば、エリアＡ２１，Ａ２１の境界付近においては、ＨＡＰＳ１１の姿勢変化によって、利得のよいアンテナグループＧ１，Ｇ２が頻繁に変動する一方で、アンテナグループＧ１と、アンテナグループＧ２とのアンテナ利得の差は大きくない。そこで、アンテナ装置２０は、上記した通り、地上局１２がエリアＡ２１，Ａ２１の境界付近に位置する場合には、アンテナグループＧ１，Ｇ２を区別せず、平面アレイアンテナ２１～２４，３１～３４の中から、ＢＦ制御する平面アレイアンテナを選択する。これにより、アンテナ装置２０は、アンテナ利得の低いグループアンテナが、所定時間、選択される状態（図９のＳ７ａ，Ｓ７ｂを参照）を防止し、消費電力の増加を抑制する。また、アンテナ装置２０は、効率的なＢＦ制御ができる。
【0116】
以上説明したように、制御部７１は、地上局１２，１３がエリアＡ２１とエリアＡ２２との境界から所定距離内に位置しているか否かを判定し、地上局１２，１３が所定距離内に位置していると判定した場合、平面アレイアンテナ２１～２４，３１～３４のうち、地上局１２，１３方向を向くアレイアンテナを選択する。そして、制御部７１は、選択した平面アレイアンテナを用いて地上局１２，１３に向けたＢＦ制御を行う。これにより、アンテナ装置２０は、消費電力を低減し、効率的なＢＦ制御ができる。
【0117】
【0118】
平面アレイアンテナ８１～８４は、例えば、図３Ａで示した傾斜角ＴＡ１を有する。平面アレイアンテナ８１～８４は、アンテナグループＧ１を形成する。
【0119】
平面アレイアンテナ８６～８９は、例えば、図３Ｂで示した傾斜角ＴＡ２を有する。平面アレイアンテナ８６～８９は、アンテナグループＧ２を形成する。
【0120】
アンテナグループＧ１の平面アレイアンテナ８１～８４は、アンテナグループＧ２の平面アレイアンテナ８６～８９の上に配置される。
【0121】
アンテナ装置８０は、上下方向に、傾斜角の異なるアンテナグループの平面アレイアンテナが配置されることで、水平方向における専有面積を抑制できる。また、アンテナ装置８０は、ＨＡＰＳ１１の搭載条件において、水平方向の専有面積が制限される場合、容易にＨＡＰＳ１１に搭載されることができる。
【0122】
アンテナ装置８０の制御部は、図９のフローチャートと同様の処理を実行する。アンテナ装置８０の制御部は、アンテナ素子の位置に対応した式（１）のウェイトを用いることで、ＨＡＰＳ１１の位置および姿勢変化に追従したＢＦ制御を行う。
【0123】
以上説明したように、平面アレイアンテナ８１～８４は、平面アレイアンテナ８６～８９の上に配置される。これにより、アンテナ装置８０は、ＨＡＰＳ１１の位置および姿勢変化に追従したＢＦ制御を行うことができ、水平方向における専有面積を抑制できる。
【0124】
なお、平面アレイアンテナ８１～８４は、平面アレイアンテナ８６～８９の下に配置されてもよい。
【0125】
また、アンテナグループＧ１の平面アレイアンテナ８１～８４の数と、アンテナグループＧ２の平面アレイアンテナ８６～８９の数とは、同じでなくてもよい。
【0126】
例えば、図１１において、アンテナグループＧ１の平面アレイアンテナ８１～８４各々の間に、傾斜角ＴＡ１を有する平面アレイアンテナを１つずつ配置してもよい。例えば、アンテナグループＧ１の平面アレイアンテナの数を８とし、アンテナグループＧ２の平面アレイアンテナの数を４としてもよい。
【0127】
【0128】
アレイアンテナ９１は、図１２に示すように、平面のサブアレイアンテナ９１ａ～９１ｄを有する。サブアレイアンテナ９１ａ～９１ｄ各々には、例えば、同じ数のアンテナ素子が形成される。
【0129】
一番下のサブアレイアンテナ９１ａの傾斜角は、最も大きい。下から２番目のサブアレイアンテナ９１ｂの傾斜角は、２番目に大きい。下から３番目のサブアレイアンテナ９１ｃの傾斜角は、３番目に大きい。一番上のサブアレイアンテナ９１ｄの傾斜角は、最も小さい。すなわち、サブアレイアンテナ９１ａ～９１ｄの傾斜角は、上のサブアレイアンテナほど、小さくなる。
【0130】
アレイアンテナ９２～９４もアレイアンテナ９１と同様に、サブアレイアンテナを有する。
【0131】
アレイアンテナ９１～９４各々の一番下のサブアレイアンテナは、アンテナグループＧ１を構成し、第１の通信エリアを形成する。アレイアンテナ９１～９４各々の下から２番目のサブアレイアンテナは、アンテナグループＧ２を構成し、第１の通信エリアの外側に第２の通信エリアを形成する。アレイアンテナ９１～９４各々の下から３番目のサブアレイアンテナは、アンテナグループＧ３を構成し、第２の通信エリアの外側に第３の通信エリアを形成する。アレイアンテナ９１～９４各々の下から４番目のサブアレイアンテナは、アンテナグループＧ４を構成し、第３の通信エリアの外側に第４の通信エリアを形成する。
【0132】
アンテナ装置９０の制御部は、傾斜角方向において、地上局１２，１３の位置に対応するアンテナグループを選択する。制御部は、選択したアンテナグループのサブアレイアンテナにおいて、式（１）のウェイトを用いてＢＦ制御を行う。
【0133】
以上説明したように、アレイアンテナ９１～９４各々は、地上に異なる通信エリアを形成するサブアレイアンテナを有する。これにより、アンテナ装置９０は、ＲＦユニット（例えば、図５のＲＦユニット５１－１，５１－２，…，５Ｍ－Ｎを参照）の稼働数を低減でき、消費電力を低減できる。
【0134】
なお、図１２では、上から順にサブアレイアンテナの傾斜角を大きくした構成例を示したが、下から順に傾斜角が大きくなるようにサブアレイアンテナを構成してもよい。
【0135】
（第４の実施の形態）
図１３は、第４の実施の形態に係るアンテナ装置２０のブロック構成例を示した図である。図１３に示すように、アンテナ装置２０は、ＲＦユニット１０１と、ＳＷ（スイッチ）１０３ａ，１０３ｂと、ＴＸ－Ｈ線（Ｈ偏波送信線）１０４ａと、ＲＸ－Ｈ線（Ｈ偏波受信線）１０４ｂと、ＴＸ－Ｖ（Ｖ偏波送信線）線１０５ａと、ＲＸ－Ｖ（Ｖ偏波受信線）線１０５ｂと、ＲＦ－ＢＢ変換部１０６と、ベースバンド部１１１と、を有する。
図１３は、第４の実施の形態に係るアンテナ装置２０のブロック構成例を示した図である。図１３に示すように、アンテナ装置２０は、ＲＦユニット１０１と、ＳＷ（スイッチ）１０３ａ，１０３ｂと、ＴＸ－Ｈ線（Ｈ偏波送信線）１０４ａと、ＲＸ－Ｈ線（Ｈ偏波受信線）１０４ｂと、ＴＸ－Ｖ（Ｖ偏波送信線）線１０５ａと、ＲＸ－Ｖ（Ｖ偏波受信線）線１０５ｂと、ＲＦ－ＢＢ変換部１０６と、ベースバンド部１１１と、を有する。
【0136】
ＲＦユニット１０１は、Ｐ（ｍ，ｎ）のアンテナ素子４１と、ＲＦ部１０２ａ，１０２ｂとを有する。ＲＦ部１０２ａ，１０２ｂの各々は、送受信共用器と、ＰＡ（パワーアンプ）と、ＬＮＡ（低ノイズアンプ）と、を有する。
【0137】
ＲＦ部１０２ａの送受信共用器は、アンテナ素子４１のＨ偏波端子に接続される。ＲＦ部１０２ａのＰＡは、ＳＷ１０３ａのオンによって、ＴＸ－Ｈ線１０４ａに接続される。ＲＦ部１０２ａのＬＮＡは、ＳＷ１０３ａのオンによって、ＲＸ－Ｈ線１０４ｂに接続される。
【0138】
ＲＦ部１０２ｂの送受信共用器は、アンテナ素子４１のＶ偏波端子に接続される。ＲＦ部１０２ｂのＰＡは、ＳＷ１０３ｂのオンによって、ＴＸ－Ｖ線１０５ａに接続される。ＲＦ部１０２ｂのＬＮＡは、ＳＷ１０３ｂのオンによって、ＲＸ－Ｖ線１０５ｂに接続される。
【0139】
ＲＦ－ＢＢ変換部１０６は、アップコンバータ１０７ａと、ＤＡＣ（Digital to Dnalog Converter）１０８ａと、ダウンコンバータ１０９ａと、ＡＤＣ（Analog-to-Digital Converter）１１０ａと、を有する。また、ＲＦ－ＢＢ変換部１０６は、アップコンバータ１０７ｂと、ＤＡＣ１０８ｂと、ダウンコンバータ１０９ｂと、ＡＤＣ１１０ｂと、を有する。
【0140】
アップコンバータ１０７ａは、ＳＷ１０３ａのオンによって、ＴＸ－Ｈ線１０４ａに接続される。従って、ＲＦ部１０２ａのＰＡは、ＳＷ１０３ａのオンおよびオフによって、アップコンバータ１０７ａに接続され、また、アップコンバータ１０７ａとの接続が切断される。
【0141】
ダウンコンバータ１０９ａは、ＳＷ１０３ａのオンによって、ＲＸ－Ｈ線１０４ｂに接続される。従って、ＲＦ部１０２ａのＬＮＡは、ＳＷ１０３ａのオンおよびオフによって、ダウンコンバータ１０９ａに接続され、また、ダウンコンバータ１０９ａとの接続が切断される。
【0142】
アップコンバータ１０７ｂは、ＳＷ１０３ｂのオンによって、ＴＸ－Ｖ線１０５ａに接続される。従って、ＲＦ部１０２ｂのＰＡは、ＳＷ１０３ｂのオンおよびオフによって、アップコンバータ１０７ｂに接続され、また、アップコンバータ１０７ｂとの接続が切断される。
【0143】
ダウンコンバータ１０９ｂは、ＳＷ１０３ｂのオンによって、ＲＸ－Ｖ線１０５ｂに接続される。従って、ＲＦ部１０２ｂのＬＮＡは、ＳＷ１０３ｂのオンおよびオフによって、ダウンコンバータ１０９ｂに接続され、また、ダウンコンバータ１０９ｂとの接続が切断される。
【0144】
ベースバンド部１１１から出力されるＨ偏波送信デジタル信号は、ＤＡＣ１０８ａによってアナログ信号に変換される。アナログ信号は、アップコンバータ１０７ａによってＲＦ周波数帯の信号に変換される。
【0145】
ベースバンド部１１１から出力されるＶ偏波送信デジタル信号は、ＤＡＣ１０８ｂによってアナログ信号に変換される。アナログ信号は、アップコンバータ１０７ｂによってＲＦ周波数帯の信号に変換される。
【0146】
ＲＸ－Ｈ線１０４ｂを伝送するＨ偏波受信信号は、ダウンコンバータ１０９ａによってベースバンド信号に変換される。ベースバンド信号は、ＡＤＣ１１０ａによってＨ偏波受信デジタル信号に変換される。Ｈ偏波受信デジタル信号は、ベースバンド部１１１に出力される。
【0147】
ＲＸ－Ｈ線１０５ｂを伝送するＨ偏波受信信号は、ダウンコンバータ１０９ｂによってベースバンド信号に変換される。ベースバンド信号は、ＡＤＣ１１０ｂによってＨ偏波受信デジタル信号に変換される。Ｈ偏波受信デジタル信号は、ベースバンド部１１１に出力される。
【0148】
ベースバンド部１１１は、地上局１２，１３に送信する信号のベースバンド処理を行う。また、ベースバンド部１１１は、地上局１２，１３から受信した信号のベースバンド処理を行う。
【0149】
アンテナ装置２０は、ＲＦ－ＢＢ変換部１０６をＭ×Ｎ個有する。すなわち、アンテナ装置２０は、１つの平面アレイアンテナが有するアンテナ素子数分、ＲＦ－ＢＢ変換部１０６を有する。１つの平面アレイアンテナが有するアンテナ素子数分のＲＦ－ＢＢ変換部１０６各々には、平面アレイアンテナ２１～２４，３１～３４各々において、位置が対応するアンテナ素子を有するＲＦユニット１０１が、ＳＷを介して接続される。
【0150】
例えば、第１－１のＲＦ－ＢＢ変換部１０６には、平面アレイアンテナ２１～２４，３１～３４のＰ（１，１）のアンテナ素子を有するＲＦユニット１０１が、ＳＷを介して接続される。第１－２のＲＦ－ＢＢ変換部１０６には、平面アレイアンテナ２１～２４，３１～３４のＰ（１，２）のアンテナ素子を有するＲＦユニット１０１が、ＳＷを介して接続される。第１－３のＲＦ－ＢＢ変換部１０６には、平面アレイアンテナ２１～２４，３１～３４のＰ（１，３）のアンテナ素子を有するＲＦユニット１０１が、ＳＷを介して接続される。以下同様に、第Ｍ－ＮのＲＦ－ＢＢ変換部１０６には、平面アレイアンテナ２１～２４，３１～３４のＰ（Ｍ，Ｎ）のアンテナ素子を有するＲＦユニット１０１が、ＳＷを介して接続される。
【0151】
そして、例えば、図９のＳ４ａ，Ｓ４ｂにて選択された平面アレイアンテナのＭ×Ｎ個のＲＦユニットが、ＳＷのオンおよびオフ制御によって、Ｍ×Ｎ個のＲＦ－ＢＢ変換部１０６に接続される。
【0152】
すなわち、Ｍ×Ｎ個のＲＦ－ＢＢ変換部１０６は、平面アレイアンテナ２１～２４，３１～３４のうちの選択された平面アレイアンテナにおけるＭ×Ｎ個のアンテナ素子（ＲＦユニット）と、ＳＷを介して接続される。
【0153】
制御部７１は、ＢＦ制御において、平面アレイアンテナ２１～２４，３１～３４を選択する。制御部７１は、ＳＷ１０３ａ，１０３ｂによって、選択した平面アレイアンテナに対応するＲＦユニットに対し、ＴＸ信号およびＲＸ信号の接続を切り替える。例えば、制御部７１は、図９のＳ４ａ，４ｂの平面アレイアンテナの選択に応じて、ＳＷ１０３ａ，１０３ｂのオンおよびオフを切り替える。これにより、地上局１２，１３方向のビームが形成される。
【0154】
以上説明したように、アンテナ装置２０は、平面アレイアンテナ２１～２４，３１～３４各々のアンテナ素子各々において、信号の周波数を変換するＲＦ－ＢＢ変換部１０６が共用される。これにより、アンテナ装置２０は、消費電力を低減できる。
【0155】
なお、上記では、アンテナ装置２０のブロック構成例について説明したが、図１３のブロック構成例は、アンテナ装置８０，９０にも適用できる。
【0156】
上述の実施の形態においては、各構成要素に用いる「・・・部」という表記は、「・・・回路（circuitry）」、「・・・アッセンブリ」、「・・・デバイス」、「・・・ユニット」、又は、「・・・モジュール」といった他の表記に置換されてもよい。
【0157】
以上、図面を参照しながら実施の形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかである。そのような変更例または修正例についても、本開示の技術的範囲に属するものと了解される。また、本開示の趣旨を逸脱しない範囲において、実施の形態における各構成要素は任意に組み合わされてよい。
【0158】
本開示はソフトウェア、ハードウェア、又は、ハードウェアと連携したソフトウェアで実現することが可能である。上記実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、部分的に又は全体的に、集積回路であるＬＳＩとして実現され、上記実施の形態で説明した各プロセスは、部分的に又は全体的に、一つのＬＳＩ又はＬＳＩの組み合わせによって制御されてもよい。ＬＳＩは個々のチップから構成されてもよいし、機能ブロックの一部または全てを含むように一つのチップから構成されてもよい。ＬＳＩはデータの入力と出力を備えてもよい。ＬＳＩは、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
【0159】
集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路、汎用プロセッサ又は専用プロセッサで実現してもよい。また、ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。本開示は、デジタル処理又はアナログ処理として実現されてもよい。
【0160】
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。
【産業上の利用可能性】
【0161】
本開示は、空中に浮遊し、地上の無線局間の通信を中継する中継装置に適用できる。
【符号の説明】
【0162】
１ 通信システム
１１ ＨＡＰＳ
１２，１３ 地上局
２０ アンテナ装置
２１～２４，３１～３４ 平面アレイアンテナ
４１ アンテナ素子
５１－１，５１－２，…，５Ｍ－Ｎ ＲＦユニット
６１，６２ 送受信機
６３ ベースバンド部
６４ Ｉ／Ｆ部
７１ 制御部
７２ 信号処理部
７２ａ，７２ｂ 地上局処理部
７３ Ｉ／Ｆ部
８０ アンテナ装置
８１～８４，８６～８９ 平面アレイアンテナ
９０ アンテナ装置
９１～９４ アレイアンテナ
９１ａ～９１ｄ サブアレイアンテナ
１１ ＨＡＰＳ
１２，１３ 地上局
２０ アンテナ装置
２１～２４，３１～３４ 平面アレイアンテナ
４１ アンテナ素子
５１－１，５１－２，…，５Ｍ－Ｎ ＲＦユニット
６１，６２ 送受信機
６３ ベースバンド部
６４ Ｉ／Ｆ部
７１ 制御部
７２ 信号処理部
７２ａ，７２ｂ 地上局処理部
７３ Ｉ／Ｆ部
８０ アンテナ装置
８１～８４，８６～８９ 平面アレイアンテナ
９０ アンテナ装置
９１～９４ アレイアンテナ
９１ａ～９１ｄ サブアレイアンテナ
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】