特開 2024-170934 ＲＩＳ素子、アンテナ、アンテナ装置、通信装置及びアンテナ装置の制御方法

(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】P2024170934

(43)【公開日】2024-12-11

(54)【発明の名称】ＲＩＳ素子、アンテナ、アンテナ装置、通信装置及びアンテナ装置の制御方法

(51)【国際特許分類】

   H01Q 15/14 20060101AFI20241204BHJP

   H01Q 3/24 20060101ALI20241204BHJP

   H01Q 3/26 20060101ALI20241204BHJP

   H04B 7/0413 20170101ALN20241204BHJP

【ＦＩ】

H01Q15/14 B

H01Q3/24

H01Q3/26 Z

H04B7/0413 300

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023087711

(22)【出願日】2023-05-29

【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３年度、国立研究開発法人情報通信研究機構 「革新的情報通信技術研究開発委託研究／Ｂｅｙｏｎｄ ５Ｇ研究開発促進事業／次世代の５次元モバイルインフラ技術の研究開発」 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】000004237

【氏名又は名称】日本電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 真吾

(72)【発明者】

【氏名】小野 真和

(72)【発明者】

【氏名】若藤 健司

(72)【発明者】

【氏名】吉田 昂平

【テーマコード（参考）】

5J020

5J021

【Ｆターム（参考）】

5J020AA03

5J020BA06

5J020CA04

5J021AA04

5J021AA09

5J021AA11

5J021DB03

5J021FA06

5J021FA31

5J021GA02

5J021HA05

5J021JA07

(57)【要約】

【課題】ＲＩＳ素子アレイで構成された単一のアンテナを用いて電波の送信及び受信を行う。
【解決手段】アンテナ４には、電波ＴＷ及びＲＷが入射する。アンテナ制御部５は、アンテナ４を制御する。アンテナ素子は、電波ＴＷを受信して送信信号ＴＳを出力し、電波ＲＷを受信して受信信号ＲＳを出力する。位相変換部は入力する信号に所定の移相量を与えた信号を出力し、スイッチはアンテナ素子を、位相変換部及び外部の受信手段のいずれかと接続する。アンテナ４に電波ＴＷが入射する場合、スイッチがアンテナ素子と位相変換部とを接続し、所定の移相量が与えられた送信信号ＴＳがアンテナ素子から放射される。複数のＲＩＳ素子から放射された電波ＴＷは所定の方向に偏向される。アンテナ４に電波ＲＷが入射する場合、スイッチがアンテナ素子と外部の受信手段とを接続し、外部の受信手段が受信信号ＲＳを受信する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の電波を受信して送信信号を出力し、第２の電波を受信して受信信号を出力する第１のアンテナ素子と、
入力する信号に所定の移相量を与えた信号を出力する第１の位相変換部と、
前記第１のアンテナ素子を、前記第１の位相変換部及び外部の受信手段のいずれかと接続する第１のスイッチと、を備え、
前記第１のアンテナ素子に前記第１の電波が入射する場合、
前記第１のスイッチが前記第１のアンテナ素子と前記第１の位相変換部とを接続することで、前記第１の位相変換部で前記所定の移相量が与えられた前記送信信号が前記第１のアンテナ素子から第３の電波として放射され、
アレイ状に配列された複数の前記第１のアンテナ素子と接続される複数の前記第１の位相変換部のそれぞれで前記送信信号に与えられた前記移相量によって、前記複数の前記第１のアンテナ素子から放射された前記第３の電波は所定の方向に偏向され、
前記第１のアンテナ素子に前記第２の電波が入射する場合、前記第１のスイッチが前記第１のアンテナ素子と前記外部の受信手段とを接続することで、前記外部の受信手段が前記受信信号を受信する、
ＲＩＳ（Reconfigurable Intelligent metaSurface）素子。

【請求項2】

アレイ状に配列された、複数の請求項１に記載の前記ＲＩＳ素子と、
前記複数の前記ＲＩＳ素子の動作を制御するＲＩＳ素子制御部と、を備え、
前記複数の前記ＲＩＳ素子のそれぞれは、
前記第１の位相変換部は、前記ＲＩＳ素子制御部による制御に応じて、前記入力する信号に前記所定の移相量を与えた信号を出力し、
前記第１のスイッチは、前記ＲＩＳ素子制御部による制御に応じて、前記第１のアンテナ素子を、前記第１の位相変換部及び前記外部の受信手段のいずれかと接続する、
アンテナ。

【請求項3】

送信信号を第１の電波として放射する放射部と、
前記第１の電波を反射する反射部と、
前記反射部が反射した前記第１の電波と、外部から前記第２の電波と、が入射する請求項２に記載の前記アンテナと、
前記アンテナの動作を制御するアンテナ制御部と、を備え、
前記ＲＩＳ素子制御部は、前記アンテナ制御部による制御に応じて、前記第１の位相変換部及び前記第１のスイッチを制御する、
アンテナ装置。

【請求項4】

前記第１の位相変換部は、一端が前記第１のスイッチと接続され、開放端である他端によって前記送信信号を反射する、線路長が異なる複数の線路を有し、
前記ＲＩＳ素子制御部による制御に応じて、前記第１のスイッチが、前記第１のスイッチに接続される線路を前記複数の線路から選択することで、前記送信信号に与える移相量を変更可能である、
請求項３に記載のアンテナ装置。

【請求項5】

前記反射部は、アレイ状に配列された、前記第１の電波が入射するＲＩＳ素子である反射素子からなる反射板として構成され、
前記反射素子は、
前記第１の電波を受信して前記送信信号を出力する第２のアンテナ素子と、
前記送信信号に所定の移相量を与えた信号を、前記第２のアンテナ素子へ出力する第２の位相変換部と、
入力される信号を終端する終端器と、
前記アンテナに前記第１の電波が入射する場合には前記第２のアンテナ素子と前記第２の位相変換部とを接続し、前記アンテナに前記第２の電波が入射する場合には前記第２のアンテナ素子と前記終端器とを接続する第２のスイッチと、を備え、
前記第２の位相変換部で移相量が与えられた前記送信信号は、前記第２のアンテナ素子から前記アンテナの方向へ偏向された前記第１の電波として放射される、
請求項３又は４に記載のアンテナ装置。

【請求項6】

前記外部の受信手段は、前記複数の前記ＲＩＳ素子から出力される複数の前記受信信号を合波した信号のノイズ成分が所定値よりも小さくなるように、前記複数の前記受信信号の振幅及び位相を制御する、
請求項３又は４に記載のアンテナ装置。

【請求項7】

請求項３又は４に記載の前記アンテナ装置と、
送信信号を出力する送信手段と、
前記アンテナ装置からの受信信号を受信する前記外部の受信手段と、を備える、
通信装置。

【請求項8】

送信信号を第１の電波として放射する放射部と、前記第１の電波を反射する反射部と、前記反射部が反射した前記第１の電波と、外部からの第２の電波と、が入射するアンテナと、前記アンテナの動作を制御するアンテナ制御部と、を備えるアンテナ装置において、
前記アンテナは、アレイ状に配列された、前記第１の電波及び第２の電波が入射する複数のＲＩＳ（Reconfigurable Intelligent metaSurface）素子と、前記アンテナ制御部による制御に応じて、前記複数のＲＩＳ素子の動作を制御するＲＩＳ素子制御部と、を備え、前記複数のＲＩＳ素子のそれぞれは、前記第１の電波を受信して前記送信信号を出力し、前記第２の電波を受信して受信信号を出力するアンテナ素子と、前記ＲＩＳ素子制御部による制御に応じて、入力する信号に所定の移相量を与えた信号を出力する位相変換部と、前記ＲＩＳ素子制御部による制御に応じて、前記アンテナ素子を、前記位相変換部及び外部の受信手段のいずれかと接続するスイッチと、を備え、
前記アンテナに前記第１の電波が入射する場合、
前記複数のＲＩＳ素子のそれぞれの前記スイッチによって前記アンテナ素子と前記位相変換部とを接続して、前記位相変換部で前記所定の移相量が与えられた前記送信信号を前記アンテナ素子から第３の電波として放射し、
前記複数のＲＩＳ素子のそれぞれで前記送信信号に与えられた前記移相量によって、前記複数のＲＩＳ素子から放射された前記第３の電波を所定の方向に偏向させ、
前記アンテナに前記第２の電波が入射する場合、前記複数のＲＩＳ素子のそれぞれの前記スイッチによって前記アンテナ素子と前記外部の受信手段とを接続し、
前記外部の受信手段で前記受信信号を受信する、
アンテナ装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ＲＩＳ素子、アンテナ、アンテナ装置、通信装置及びアンテナ装置の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

通信技術の進歩に伴い、無線信号の送受信手法について様々なものが提案されている。

【0003】

例えば、特許文献１には、ユーザ端末の位置を推定する技術として、以下が開示されている。ＲＩＳ（Reconfigurable Intelligent Surface）パネルは、アクセスポイントから送信されたパイロット信号を所定の反射パターンに従って反射させる。反射された信号を受信したユーザ端末は、信号中の特徴を抽出し、位置と１つ以上の特徴とのペアを含むデータベースに基づいて、ユーザ端末の位置を推定する。

【0004】

また、特許文献２では、アレイアンテナの近傍に反射板を設けた送信用の指向性アンテナが開示され、反射板がＲＩＳ反射板として構成されるアンテナが提案されている。

【0005】

特許文献３では、壁又は窓などの物理的障壁を有する構造物の内部の無線装置に対し、物理的障壁を通じて無線信号を送受信する手法が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０２２－１１７９８０号公報

【特許文献2】特開２０２０－１３６６８７号公報

【特許文献3】特表２０２１－５１７４０６号公報

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】Marco Rossanese, et al., ”Designing, Building, and Characterizing RF Switch-based Reconfigurable Intelligent Surfaces”,14 July, 2022, arXiv, ２０２２年４月１１日検索,<URL:https://arxiv.org/abs/2207.07121v1>

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

現在、５Ｇ（5th Generation）基地局のビームフォーミングは、例えば、固体電力増幅器（Solid State Power Amplifier：ＳＳＰＡ）及びフェーズドアレイアンテナを用いる構成で実現されている。しかしながら、通信周波数の高周波化が進むと、アンテナ、増幅器といった通信素子の多素子化、又はデバイスの高集積化によって、動作中により多くの放熱が生じることが想定される。

【0009】

このような課題の解決策として、反射波の指向制御が可能なＲＩＳ部によってアンテナを構成して、電波の送受信を行うことが考え得る。しかし、ＲＩＳ部によって構成された送信用アンテナ及び受信用アンテナを別個に設けると、アンテナが大型化してしまい、設置場所が制限やコスト増大といった問題が生じる。

【0010】

本開示は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、ＲＩＳ素子アレイで構成された単一のアンテナを用いて電波の送信及び受信を行うことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本開示の一態様であるＲＩＳ（Reconfigurable Intelligent metaSurface）素子は、第１の電波を受信して送信信号を出力し、第２の電波を受信して受信信号を出力する第１のアンテナ素子と、入力する信号に所定の移相量を与えた信号を出力する第１の位相変換部と、前記第１のアンテナ素子を、前記第１の位相変換部及び外部の受信手段のいずれかと接続する第１のスイッチと、を備え、前記第１のアンテナ素子に前記第１の電波が入射する場合、前記第１のスイッチが前記第１のアンテナ素子と前記第１の位相変換部とを接続することで、前記第１の位相変換部で前記所定の移相量が与えられた前記送信信号が前記第１のアンテナ素子から第３の電波として放射され、アレイ状に配列された複数の前記第１のアンテナ素子と接続される複数の前記第１の位相変換部のそれぞれで前記送信信号に与えられた前記移相量によって、前記複数の前記第１のアンテナ素子から放射された前記第３の電波は所定の方向に偏向され、前記第１のアンテナ素子に前記第２の電波が入射する場合、前記第１のスイッチが前記第１のアンテナ素子と前記外部の受信手段とを接続することで、前記外部の受信手段が前記受信信号を受信する。

【0012】

本開示の一態様であるアンテナ装置の制御方法は、送信信号を第１の電波として放射する放射部と、前記第１の電波を反射する反射部と、前記反射部が反射した前記第１の電波と、外部からの第２の電波と、が入射するアンテナと、前記アンテナの動作を制御するアンテナ制御部と、を備えるアンテナ装置において、前記アンテナは、アレイ状に配列された、前記第１の電波及び第２の電波が入射する複数のＲＩＳ（Reconfigurable Intelligent metaSurface）素子と、前記アンテナ制御部による制御に応じて、前記複数のＲＩＳ素子の動作を制御するＲＩＳ素子制御部と、を備え、前記複数のＲＩＳ素子のそれぞれは、前記第１の電波を受信して前記送信信号を出力し、前記第２の電波を受信して受信信号を出力するアンテナ素子と、前記ＲＩＳ素子制御部による制御に応じて、入力する信号に所定の移相量を与えた信号を出力する位相変換部と、前記ＲＩＳ素子制御部による制御に応じて、前記アンテナ素子を、前記位相変換部及び外部の受信手段のいずれかと接続するスイッチと、を備え、前記アンテナに前記第１の電波が入射する場合、前記複数のＲＩＳ素子のそれぞれの前記スイッチによって前記アンテナ素子と前記位相変換部とを接続して、前記位相変換部で前記所定の移相量が与えられた前記送信信号を前記アンテナ素子から第３の電波として放射し、前記複数のＲＩＳ素子のそれぞれで前記送信信号に与えられた前記移相量によって、前記複数のＲＩＳ素子から放射された前記第３の電波を所定の方向に偏向させ、前記アンテナに前記第２の電波が入射する場合、前記複数のＲＩＳ素子のそれぞれの前記スイッチによって前記アンテナ素子と前記外部の受信手段とを接続し、前記外部の受信手段で前記受信信号を受信する。

【発明の効果】

【0013】

本開示によれば、ＲＩＳ素子アレイで構成された単一のアンテナを用いて電波の送信及び受信を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施の形態１にかかる通信装置の構成を模式的に示す図である。

【図2】実施の形態１にかかるアンテナ装置の外観構成を模式的に示す図である。

【図3】実施の形態１にかかるアンテナの構成を模式的に示す図である。

【図4】ＲＩＳ素子の構成を模式的に示す図である。

【図5】位相変換部の構成例を模式的に示す図である。

【図6】送信を行う場合のアンテナを模式的に示す図である。

【図7】送信を行う場合のＲＩＳ素子を模式的に示す図である。

【図8】受信を行う場合のアンテナを模式的に示す図である。

【図9】受信を行う場合のＲＩＳ素子を模式的に示す図である。

【図10】受信器の構成例を示す図である。

【図11】実施の形態２にかかるアンテナ装置の構成を模式的に示す図である。

【図12】反射部の構成を模式的に示す図である。

【図13】反射素子の構成を模式的に示す。

【図14】受信を行う場合の反射部を示す図である。

【図15】受信器において受信信号の振幅及び位相を制御することでノイズ信号の影響を抑制した場合の受信感度の方向依存性を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。

【0016】

実施の形態１
実施の形態１にかかるアンテナ装置について説明する。本実施の形態にかかるアンテナ装置は、ＲＩＳ（Reconfigurable Intelligent metaSurface）反射板からなる単一のアンテナを用いて、他の通信装置へ電波を送信し、かつ、他の通信装置から電波を受信するものとして構成される。ＲＩＳ反射板には、ＲＩＳ素子がアレイ状に配列されており、各ＲＩＳ素子に入力された電波に与える移相量を制御する。これにより、ＲＩＳ反射板は、フェーズドアレイアンテナと同様に、送信する電波を所望の方向に偏向させることができる。また、ＲＩＳ反射板は、特定の方向から入射する電波を受信することもできる。

【0017】

図１に、実施の形態１にかかる通信装置１０００の構成を模式的に示す。通信装置１０００は、アンテナ装置１００、送信器１０１及び受信器１０２を有する。

【0018】

送信器１０１は、ＲＦ信号である送信信号ＴＳをアンテナ装置１００へ出力する。アンテナ装置１００は、送信信号ＴＳを電波ＴＷとして、通信相手である他の通信装置などへ放射する。

【0019】

アンテナ装置１００は、他の通信装置などから電波ＲＷを受信する。そして、アンテナ装置１００は、ＲＦ信号である受信信号ＲＳを、受信器１０２へ出力する。受信器１０２は、受信信号ＲＳに所定の信号処理を行うことで受信信号ＲＳを復号する。

【0020】

図２に、実施の形態１にかかるアンテナ装置１００の外観構成を模式的に示す。アンテナ装置１００は、増幅部１、放射部２、反射部３、アンテナ４及びアンテナ制御部５を有する。

【0021】

図２では、図の紙面の右へ向かう方向をＸ方向、上へ向かう方向をＺ方向、紙面手前から奥へ向かう方向をＹ方向とする。Ｚ軸回りの回転方向、すなわち通信装置１０００の方位角方向をパン方向φ、Ｘ－Ｙ平面に平行な軸回りの回転方向、すなわち通信装置１０００の仰俯角方向をチルト方向θとする。

【0022】

増幅部１は、入力される送信信号ＴＳを増幅して、放射部２へ出力する。増幅部１は、例えば、進行波管増幅器（Traveling Wave Tube Amplifier:ＴＷＴＡ）などのハイパワーアンプとして構成される。本実施の形態では、ＴＷＴＡを用いることで、固体電力増幅器（Solid State Power Amplifier：ＳＳＰＡ）を用いる場合と比べて、より高出力の送信装置を構成することができる。

【0023】

放射部２は、増幅部１で増幅された送信信号ＴＳを、電波ＴＷとして放射する。

【0024】

放射された電波ＴＷは、反射部３によって反射されて、アンテナ４へ入射する。放射部２から放射された電波ＴＷは球面波であるが、凹面状の反射部３で反射されることで、概ね平面波となってアンテナ４へ入射する。

【0025】

アンテナ４は、ＲＩＳ（Reconfigurable Intelligent metaSurface）反射板を有するものとして構成される。アンテナ４から他の通信装置などへ電波を放射する場合には、アンテナ４は、反射部３から入射する電波ＴＷを所定の送信方向に、電波ＴＷとして反射する。放射部２から出力され、反射部３で反射されてアンテナ４に入射する電波ＴＷは、第１の電波とも称する。

【0026】

また、他の通信装置から送信された電波ＲＷを受信する場合には、アンテナ４は、所定の受信方向から入射する電波ＲＷを選択的に受信する。そして、アンテナ４は、受信した信号を受信信号ＲＳとして出力する。他の通信装置から送信され、アンテナ４に入射する電波ＲＷは、第２の電波とも称する。

【0027】

アンテナ制御部５は、アンテナ４に制御信号ＣＯＮ１を与えることで、アンテナ４における電波の送信及び受信を制御する。

【0028】

アンテナ４の構成について説明する。図３に、実施の形態１にかかるアンテナ４の構成を模式的に示す。アンテナ４は、複数のＲＩＳ素子と、複数のＲＩＳ素子を制御するＲＩＳ素子制御部４１と、を有する。

【0029】

アンテナ４では、複数のＲＩＳ素子が２次元平面上にアレイ状に配置されて構成される。以下では、Ｎを２以上の整数とする。図３では、簡略化のため、ＲＩＳ素子Ｅ１～ＥＮを一方向に並べて表示している。

【0030】

ＲＩＳ素子制御部４１は、アンテナ制御部５から与えられる制御信号ＣＯＮ１に応じて、ＲＩＳ素子Ｅ１～ＥＮの動作を制御する。

【0031】

ＲＩＳ素子Ｅ１～ＥＮのそれぞれについて説明する。以下では、ｊを１以上Ｎ以下の整数とし、ＲＩＳ素子Ｅ１～ＥＮの共通構成として、ＲＩＳ素子Ｅｊについて説明する。図４に、ＲＩＳ素子Ｅｊの構成を模式的に示す。ＲＩＳ素子Ｅｊは、アンテナ素子Ａｊ、位相変換部Ｐｊ及びスイッチＳｊを有する。

【0032】

アンテナ素子Ａｊは、スイッチＳｊ及び位相変換部Ｐｊを有する回路と接続される。この例では、アンテナ素子Ａｊは、スイッチＳｊを介して、位相変換部Ｐｊの一端及び受信器１０２と接続される。位相変換部Ｐｊの他端は、アンテナ素子Ａｊと接続される。スイッチＳｊは、スイッチ制御信号ＣＳｊに応じて、アンテナ素子Ａｊの接続先を、位相変換部Ｐｊ及び受信器１０２の間で切り替える。

【0033】

位相変換部Ｐｊは、スイッチＳｊを介して入力される信号に、移相量制御信号ＣＰｊに応じて、所望の移相量を与える。位相変換部Ｐｊは、所望の移相量が与えられた信号を、アンテナ素子Ａｊへ出力される。

【0034】

位相変換部Ｐｊは、移相量制御信号ＣＰｊに応じて受信信号ＲＳｊに与える移相量を連続的に変化させることができる可変位相変換部として構成される。

【0035】

なお、上述では、送信信号が位相変換部を通過することで移相量が与えられるものとして説明した。しかし、位相変換部は、位相変換部で移相量が与えられた送信信号が、アンテナ素子ＡｊからスイッチＳｊを経て位相変換部Ｐｊへ送信信号入力される経路と同じ経路を辿って、アンテナ素子Ａｊへ戻る構成としてもよい。

【0036】

位相変換部Ｐｊは、例えば、非特許文献１で記載されるように、位相変換部Ｐｊは、線路長が異なり、かつ、開放端を有する複数の線路を並列に配置することで構成されてもよい。

【0037】

図５に、位相変換部Ｐｊの構成例を模式的に示す。図５においては、位相変換部Ｐｊは、それぞれ線路長が異なる線路Ｌ１～Ｌ４を有する。線路Ｌ１～Ｌ４の一端はスイッチＳｊによって接続可能である。線路Ｌ１～Ｌ４の他端は、開放されている。

【0038】

スイッチＳｊを介して位相変換部Ｐｊに入力された信号は、線路Ｌ１～Ｌ４のいずれかを伝搬して、開放端で反射されることで、アンテナ素子Ａｊへ出力される。このとき、
アンテナ素子Ａｊへ出力される信号に与える遅延量、すなわち移相量は、信号が伝搬する線路を線路Ｌ１～Ｌ４から適宜選択することで信号が伝搬する線路長を調整することで、調整することができる。

【0039】

なお、説明の簡略化のため、図５では線路長の異なる４本の線路が設けられるものとして説明したが、２本、３本又は５本以上の任意の複数の線路が設けられてもよいことは、言うまでもない。また、ＲＩＳ素子Ｅ１～ＥＮの位相変換部Ｐ１～ＰＮの線路の本数及び線路長は、用途に応じて、同様であってもよいし、それぞれにおいて独立に設計されてもよい。

【0040】

アンテナ装置１００によって送信を行う場合について説明する。図６に、送信を行う場合のアンテナ４を模式的に示す。図７に、送信を行う場合のＲＩＳ素子Ｅｊを模式的に示す。アンテナ４によって送信を行う場合、ＲＩＳ素子Ｅ１～ＥＮには、反射部３から電波ＴＷが入射する。

【0041】

このとき、ＲＩＳ素子Ｅ１～ＥＮのそれぞれ、すなわちＲＩＳ素子ＥｊのスイッチＳｊは、スイッチ制御信号ＣＳｊに応じて、アンテナ素子Ａｊと位相変換部Ｐｊとを接続する。これにより、アンテナ素子Ａｊが受信した電波ＴＷは、送信信号ＴＳ１として、スイッチＳｊを介して位相変換部Ｐｊに入力される。

【0042】

位相変換部Ｐｊは、移相量制御信号ＣＰｊに応じて、送信信号ＴＳ１に所望の移相量を与える。位相変換部Ｐｊは、所望の移相量を与えた送信信号ＴＳ２を、アンテナ素子Ａｊへ出力される。

【0043】

アンテナ素子Ａｊに入力された信号送信ＴＳは、電波ＴＷとしてアンテナ素子Ａｊから放射される。

【0044】

送信時には、ＲＩＳ素子制御部４１が、移相量制御信号ＣＰ１～ＣＰＮによって、位相変換部Ｐ１～ＰＮのそれぞれが送信信号ＴＳ１に与える移相量を制御することで、ＲＩＳ素子部Ｅ１～ＥＮから放射され、かつ、合波された電波ＴＷを所望の方向に変更させることができる。アンテナ４から他の通信装置などへ放射される合波された電波ＴＷは、第３の電波とも称する。

【0045】

次いで、アンテナ装置１００によって受信を行う場合について説明する。図８に、受信を行う場合のアンテナ４を模式的に示す。図９に、受信を行う場合のＲＩＳ素子Ｅｊを模式的に示す。アンテナ装置１００によって受信を行う場合、ＲＩＳ素子Ｅ１～ＥＮのそれぞれ、すなわちＲＩＳ素子ＥｊのスイッチＳｊは、アンテナ素子Ａｊと受信器１０２とを接続する。これにより、他の通信装置などから送信された電波ＲＷは、アンテナ素子Ａｊによって受信されて、受信信号ＲＳｊとして、スイッチＳｊを介して、受信器１０２へ出力される。

【0046】

受信器１０２は、ＲＩＳ素子Ｅ１～ＥＮのそれぞれから受け取った受信信号ＲＳ１～ＲＳＮに所定の信号処理を行う。これにより、受信器１０２は、受信信号ＲＳ１～ＲＳＮを合波した受信信号ＲＳを受信することができる。

【0047】

受信器１０２における受信処理の例について説明する。図１０に、受信器１０２の構成例を示す。受信器１０２は、アナログ移相器ＰＳ１～ＰＳＮを有する。アナログ移相器ＰＳ１～ＰＳＮには、それぞれ受信信号ＲＳ１～ＲＳＮが入力される。アナログ移相器ＰＳ１～ＰＳＮは、それぞれ受信信号ＲＳ１～ＲＳＮに所望の移相量を与えることで、受信信号ＲＳ１～ＲＳＮの位相を整合させる。そして、アナログ移相器ＰＳ１～ＰＳＮは、位相整合した受信信号ＲＳ１～ＲＳＮを、加算器１０３へ出力する。

【0048】

加算器１０３は、位相整合された受信信号ＲＳ１～ＲＳＮを合波することで、ＲＦ信号である受信信号ＲＳを信号処理部１０４へ出力する。これにより、信号処理部１０４は受信信号ＲＳを受信する。そして、信号処理部１０４は、受信信号ＲＳに所定の信号処理を行う。信号処理部１０４は、例えば、受信信号ＲＳの変調方式に応じた各種の処理を行うことができ、その詳細については省略する。

【0049】

本構成において、アナログ移相器ＰＳ１～ＰＳＮは、それぞれ受信信号ＲＳ１～ＲＳＮに与える移相量を連続的に変化させることができる可変位相変換部として構成されてもよい。この場合、例えば、信号処理部１０４が、それぞれ、アナログ移相器ＰＳ１～ＰＳＮに移相量制御信号Ｃ１～ＣＮを与えることで、受信信号ＲＳ１～ＲＳＮに与える移相量を調整することができる。また、アナログ移相器ＰＳ１～ＰＳＮは、出力する受信信号ＲＳ１～ＲＳＮの振幅を調整してもよい。

【0050】

図１０においては、アナログ移相器を用いて受信信号の位相整合を実現する例について説明したが、受信器１０２の構成はこれに限られない。例えば、受信器１０２は、受信信号ＲＳ１～ＲＳＮのそれぞれをアナログ－デジタル変換した後に、デジタル信号処理によって受信信号ＲＳを受信する構成としてもよいことは、言うまでもない。

【0051】

以上、本構成によれば、ＲＩＳ素子のアレイによって構成された単一のアンテナ装置１００を用いて、電波の送信及び受信を行うことができる。これにより、アンテナ装置を小型化することが可能となる。

【0052】

また、アンテナ装置１００を小型化することで、アンテナ装置１００の製造コストを削減でき、かつ、比較的狭小な場所でも容易に設置することが可能となる。

【0053】

実施の形態２
実施の形態１では、単一のアンテナ装置１００を用いて送信及び受信を行うものとして説明した。しかし、増幅部１を構成するＴＷＴＡは、常時増幅動作を行っている。そのため、通信装置が受信を行っている場合でも、送信信号が入力されていないにもかかわらず、ノイズ信号が増幅される。増幅されたノイズ信号は、放射部２から反射部３を介してアンテナ４に放射される。そのため、ノイズ信号が、受信信号ＲＳに重畳される事態が起こりえる。

【0054】

これに対し、本実施の形態にかかるアンテナ装置は、受信信号へのノイズ信号の重畳を防止するものとして構成される。図１１に、実施の形態２にかかるアンテナ装置２００の構成を模式的に示す。アンテナ装置２００は、アンテナ装置１００の反射部３を、反射部６に置き換えた構成を有する。

【0055】

反射部６は、放射部２から放射された電波ＴＷをアンテナ４へ反射するＲＩＳ反射板を有するものとして構成される。

【0056】

図１２に、反射部６の構成を模式的に示す。反射部６は、ＲＩＳ素子として構成される複数の反射素子と、複数の反射素子を制御する反射素子制御部６１と、を有する。

【0057】

反射部６では、複数の反射素子が２次元平面上にアレイ状に配置されて構成される。以下では、Ｍを２以上の整数とする。図１２では、簡略化のため、反射素子ＥＡ１～ＡＭを一方向に並べて表示している。

【0058】

反射素子制御部６１は、アンテナ制御部５から与えられる制御信号ＣＯＮ２に応じて、反射素子ＥＡ１～ＥＡＭの動作を制御する。

【0059】

反射素子ＥＡ１～ＥＡＭのそれぞれについて説明する。以下では、ｋを１以上Ｍ以下の整数とし、反射素子ＥＡ１～ＥＡＭの共通構成として、反射素子ＥＡｋについて説明する。図１３に、反射素子ＥＡｋの構成を模式的に示す。反射素子ＥＡｋは、アンテナ素子ＡＡｋ、位相変換部ＰＡｋ、スイッチＳＡｋ及び終端器Ｔｋを有する。

【0060】

アンテナ素子ＡＡｋは、スイッチＳＡｋ及び位相変換部ＰＡｋが挿入された回路と接続される。すなわち、アンテナ素子ＡＡｋは、スイッチＳＡｋを介して位相変換部ＰＡｋの一端と接続される。位相変換部ＰＡｋの他端は、アンテナ素子ＡＡｋと接続される。スイッチＳＡｋは、スイッチ制御信号ＣＳＡｋに応じて、アンテナ素子ＡＡｋの接続先を、位相変換部ＰＡｋと終端器Ｔｋの間で切り替える。

【0061】

アンテナ装置２００によって送信を行う場合の反射部６の動作は、アンテナ装置１００のアンテナ４が送信を行うときの動作と同様である。このとき、スイッチＳＡｋは、アンテナ素子ＡＡｋと位相変換部ＰＡｋとを接続する。よって、放射部２から放射された電波ＴＷは、アンテナ素子ＡＡｋで受信されることで、送信信号が位相変換部ＰＡｋへ入力される。位相変換部ＰＡｋは、移相量制御信号ＣＰＡｋに応じて、送信信号に所望の移相量を与える。そして、位相変換部ＰＡｋは、所望の移相量を与えた送信信号を、アンテナ素子ＡＡｋへ出力する。

【0062】

反射素子ＥＡ１～ＥＡＭの位相変換部ＰＡ１～ＰＡＭのそれぞれが送信信号に与える移相量は、反射部６の形状及び反射部６とアンテナ４との間の位置関係に応じて適宜設計できることは、言うまでもない。これにより、放射部２から放射された電波ＴＷは、反射部６によって、アンテナ４へ向けて反射される。

【0063】

アンテナ装置２００によって受信を行う場合について説明する。図１４に、アンテナ装置２００で受信を行う場合の反射部６を示す。アンテナ装置２００によって受信を行う場合、スイッチＳＡｋは、アンテナ素子ＡＡｋと終端器Ｔｋとを接続する。よって、アンテナ素子ＡＡｋは、放射部２から放射されたノイズ信号ＮＳに起因する電波ＮＷを受信する。アンテナ素子ＡＡｋで受信された電波ＮＳは、ノイズ信号ＮＳとして終端器Ｔｋへ入力される。しがたって、ノイズ信号ＮＳは終端器Ｔｋによって終端されるので、ノイズ信号ＮＳがアンテナ素子ＡＡｋへ戻ることはない。その結果、ノイズ信号に起因する電波がアンテナ４へ入射することを防ぐことができる。

【0064】

実施の形態３
実施の形態３にかかるアンテナ装置について説明する。本実施の形態にかかるアンテナ装置は、実施の形態２で説明したノイズ信号がアンテナ４に入射した場合でも、ノイズ信号の影響を抑制できるものとして構成される。実施の形態３にかかるアンテナ装置は、受信器１０２における動作の他は実施の形態１と同様であるので、重複する説明については説明を省略する。

【0065】

本実施の形態では、受信器１０２が、受信信号ＲＳ１～ＲＳＮの振幅及び位相を制御することで、受信信号に重畳されたノイズ信号の影響を抑制する。

【0066】

図１５に、受信器１０２において受信信号ＲＳ１～ＲＳＮの振幅及び位相を制御することでノイズ信号の影響を抑制した場合の受信感度の方向依存性を示す。図１５では、例として、チルト方向θを固定した場合のアンテナ装置１００のパン方向における受信感度を示している。また、アンテナ４のＲＩＳ素子Ｅ１～ＥＮのアレイの主面の法線方向を方位角の基準位置、すなわちφ＝０°としている。また、図１５では、基準位置から時計回り方向のパン方向を正（φ＞０）、半時計回り方向のパン方向φを負（φ＜０）とした。

【0067】

図１５では、－７０°のパン方向からノイズ信号がアンテナ４に入射し、５０°のパン方向から受信信号が入射している。この状態で、受信器１０２において、信号処理部１０４がアナログ移相器ＰＳ１～ＰＳＮを制御することで、ノイズ信号の感度を低減しつつ、受信信号を受信可能な感度となるように、受信信号ＲＳ１～ＲＳＮの振幅及び位相を制御することができる。

【0068】

なお、実施の形態１と同様に、デジタル信号処理によって、受信信号ＲＳ１～ＲＳＮの振幅及び位相を適宜調整することも可能である。

【0069】

このとき、ノイズ信号の感度は、受信信号ＲＳを好適に受信できる程度に抑制できればよい。ノイズ信号の感度は、例えば、受信信号ＲＳを好適に受信できる程度の感度よりも小さな感度に抑制できればよい。また、ノイズ信号の感度は、受信信号ＲＳ１～ＲＳＮの振幅及び位相の制御によって実現可能な最小の感度に抑制されることが望ましい。

【0070】

このとき、受信信号の感度は、受信信号を好適に受信できる感度であればよい。受信信号の感度は、例えば、受信信号を好適に受信できる感度よりも大きな感度であればよい。また、受信信号ＲＳの感度は、受信信号ＲＳ１～ＲＳＮの振幅及び位相の制御によって実現可能な最大の感度であることが望ましい。

【0071】

以上、本構成によれば、放射部２から反射部３を経由してアンテナ４にノイズ信号が到達する場合でも、受信器１０２での信号処理によって、受信信号に重畳されたノイズ信号の影響を抑制することができる。

【0072】

その他の実施の形態
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施の形態２で説明した反射部６によるノイズ信号の抑制と、実施の形態３で説明した受信器１０２での信号処理によるノイズ信号の抑制とは、組み合わせて用いてもよい。この場合には、受信時におけるノイズ信号の影響をより確実に抑制することができる。

【0073】

受信器１０２は上述の構成に限られるものではなく、上述の実施の形態において説明した受信器の動作を実現できる限り、適宜他の構成とすることができる。

【0074】

位相変換部の構成は、上述の構成に限られる者ではなく、送信信号に所望の移相量を与えることができる限り、各種の構成とすることができる。

【符号の説明】

【0075】

１ 増幅部
２ 放射部
３、６ 反射部
４ アンテナ
５ アンテナ制御部
４１ ＲＩＳ素子制御部
６１ 反射素子制御部
１００、２００ アンテナ装置
１０１ 送信器
１０２ 受信器
１０３ 加算器
１０４ 信号処理部
１０００ 通信装置
Ａ１～ＡＮ、ＡＡｋ アンテナ素子
Ｃ１～ＣＮ、ＣＰ１～ＣＰＮ、ＣＰＡｋ 移相量制御信号
ＣＳ１～ＣＳＮ、ＣＳＡｋ スイッチ制御信号
Ｅ１～ＥＮ ＲＩＳ素子
ＥＡ１～ＥＡＭ 反射素子
Ｌ１～Ｌ４ 線路
Ｐ１～ＰＮ、ＰＡ１～ＰＡＭ 位相変換部
ＰＳ１～ＰＳＮ アナログ移相器
Ｓｊ、ＳＡｋ スイッチ
Ｔｋ 終端器
ＴＳ、ＴＳ１、ＴＳ２ 送信信号
ＲＳ、ＲＳ１～ＲＳ 受信信号
ＴＷ、ＲＷ 電波

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】