特許 7180775 アンテナ装置、無線送信機、無線受信機、無線通信システム、及びアンテナ径調整方法

(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】

(24)【登録日】2022-11-21

(45)【発行日】2022-11-30

(54)【発明の名称】アンテナ装置、無線送信機、無線受信機、無線通信システム、及びアンテナ径調整方法

(51)【国際特許分類】

   H01Q 19/17 20060101AFI20221122BHJP

   H04B 7/04 20170101ALI20221122BHJP

【ＦＩ】

H01Q19/17

H04B7/04

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021527460

(86)(22)【出願日】2020-05-14

(86)【国際出願番号】 JP2020019213

(87)【国際公開番号】W WO2020255594

(87)【国際公開日】2020-12-24

【審査請求日】2021-11-26

(31)【優先権主張番号】P 2019112170

(32)【優先日】2019-06-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【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）平成３１年度、総務省研究開発委託「ミリ波帯における大容量伝送を実現するＯＡＭモード多重伝送技術の研究開発」産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【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】宮元 裕章

【審査官】岸田 伸太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０３３１０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２２４９８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３７２３９８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｑ １９／１７

Ｈ０４Ｂ ７／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対向するアンテナ装置に向けて送信される無線信号を放出する複数のアンテナ素子を備え、
前記複数のアンテナ素子は、それぞれ、円形の中心側から半径方向に沿って前記無線信号を出力する放射器と、前記放射器から出力された無線信号を前記対向するアンテナ装置に向けて反射する反射器とを有し、
前記円形の中心と前記反射器における前記無線信号を反射する箇所との間の距離が、前記円形の半径方向に沿って調整可能に構成されるアンテナ装置。

【請求項2】

前記反射器は、前記円形の半径方向に沿って変位可能に配置される請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項3】

前記反射器は、円形面に対して所定角度で傾斜する反射面を有し、
前記反射器と前記放射器との相対的な位置を変化させることで、前記円形の中心と前記反射器における前記無線信号を反射する箇所との間の距離が調整可能に構成される請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項4】

前記アンテナ素子は、前記放射器から出力された無線信号を反射して前記反射器に入射させるパラボラ反射器を更に有する請求項１から３何れか１項に記載のアンテナ装置。

【請求項5】

前記無線信号はＯＡＭ（Orbital Angular Momentum）モード無線信号である請求項１から４何れか１項に記載のアンテナ装置。

【請求項6】

対向するアンテナ装置から送信される無線信号を受信する複数のアンテナ素子を備え、
前記複数のアンテナ素子は、それぞれ、前記無線信号を円形の中心側に半径方向に沿って反射する反射器と、前記反射器を介して前記無線信号が入力される放射器とを有し、
前記円形の中心と前記反射器における前記無線信号を反射する箇所との間の距離が、前記円形の半径方向に沿って調整可能に構成されるアンテナ装置。

【請求項7】

対向する無線受信機に向けて送信される無線信号を生成する無線信号生成手段と、
前記無線信号を送信するアンテナユニットとを備え、
前記アンテナユニットは、前記無線信号を放出する複数のアンテナ素子を有し、
前記複数のアンテナ素子は、それぞれ、円形の中心側から半径方向に沿って前記無線信号を出力する放射器と、前記放射器から出力された無線信号を前記対向する無線受信機のアンテナに向けて反射する反射器とを有し、
前記円形の中心と前記反射器における前記無線信号を反射する箇所との間の距離が、前記円形の半径方向に沿って調整可能に構成される、無線送信機。

【請求項8】

対向する無線送信機から無線信号を受信するアンテナユニットと、
前記無線信号から送信信号を復調する無線信号処理手段とを備え、
前記アンテナユニットは、前記無線信号を受信する複数のアンテナ素子を有し、
前記複数のアンテナ素子は、それぞれ、前記無線信号を円形の中心側に半径方向に沿って反射する反射器と、前記反射器を介して前記無線信号が入力される放射器とを有し、
前記円形の中心と前記反射器における前記無線信号を反射する箇所との間の距離が、前記円形の半径方向に沿って調整可能に構成される、無線受信機。

【請求項9】

無線信号を生成する無線信号生成手段、及び前記無線信号を送信する送信アンテナユニットとを有する無線送信機と、
前記送信アンテナユニットから送信された無線信号を受信する受信アンテナユニット、及び前記無線信号を復調する無線信号処理手段を有する無線受信機とを備え、
前記送信アンテナユニットは、前記無線信号を放出する複数の送信アンテナ素子を有し、該複数の送信アンテナ素子は、それぞれ、円形の中心側から半径方向に沿って前記無線信号を出力する放射器と、前記放射器から出力された無線信号を前記受信アンテナユニットに向けて反射する反射器とを有し、前記円形の中心と前記反射器における前記無線信号を反射する箇所との間の距離が、前記円形の半径方向に沿って調整可能に構成され、
前記受信アンテナユニットは、前記無線信号を受信する複数の受信アンテナ素子を有し、該複数の受信アンテナ素子は、それぞれ、前記無線信号を円形の中心側に半径方向に沿って反射する反射器と、前記反射器を介して前記無線信号が入力される放射器とを有し、前記円形の中心と前記反射器における前記無線信号を反射する箇所との間の距離が、前記円形の半径方向に沿って調整可能に構成される、無線通信システム。

【請求項10】

複数の放射器から円形の中心側から半径方向に沿って放出される無線信号を反射し、前記無線信号を対向するアンテナ装置に向けて放射する複数の反射器における前記無線信号を反射する箇所と、前記円形の中心との間の距離を、前記円形の半径方向に沿って変化させることで、アンテナ径を調整するアンテナ径調整方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、アンテナ装置、無線送信機、無線受信機、無線通信システム、及びアンテナ径調整方法に関する。

【背景技術】

【0002】

無線通信システムにおいて、電磁波の軌道角運動量（ＯＡＭ：Orbital Angular Momentum）を利用して電磁波を多重させ、伝送容量を増大させる技術が提案されている。ＯＡＭを有する電磁波は、ＵＣＡ（Uniform Circular Array）アンテナを用いて生成可能である。ＯＡＭを有する電磁波では、同一位相の電磁波の軌跡が進行方向に対してらせん状になる。電磁波が１波長進む間のらせんの回転数はＯＡＭモードと呼ばれる。各ＯＡＭモードは互いに干渉することがない。このため、各ＯＡＭモードは、同一の周波数及び時間に重ね合わせて伝送し、分離することが可能である。ＯＡＭモード多重伝送技術は、そのような性質を利用して、同一系路上で電磁波の空間多重化を行う技術である。

【0003】

関連技術として、特許文献１は、ＯＡＭモード多重伝送に用いられる無線アンテナを開示する。特許文献１に記載の無線アンテナは、１次放射器、及びパラボラ鏡面部を有する。１次放射器は、ＯＡＭを有する電磁波を形成するためのらせん状ビーム（第１のらせん状ビーム）を形成して出力する。１次放射器から出力された第１のらせん状ビームは、パラボラ鏡面部で反射し、第２のらせん状ビームとして一定方向に送信される。パラボラ鏡面部は、第１のらせん状ビームが有する第１の電磁界分布を拡大し、第１の電磁界分布より大きい第２の電磁界分布を有する第２のらせん状ビームを形成して出力する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２０１７／０５６１３６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ここで、ＯＡＭモード多重伝送に用いられるアンテナは、無線信号の伝送距離に応じて最適なアンテナアレイ径が変化する。特許文献１では、アンテナ径は、パラボラ鏡面部の径で決まるため、１次放射器と組み合わせて使用するパラボラ鏡面部を取り替えることで、同一の１次放射器を用いつつ、所望のアンテナ径を実現できる。しかしながら、特許文献１では、パラボラ鏡面部を交換せずにアンテナ径を任意に調整することはできない。

【0006】

本開示は、上記事情に鑑み、部品交換をしなくても、アンテナ径を調整することが可能なアンテナ装置、アンテナ径調整方法、無線送信機、無線受信機、及び無線通信システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本開示は、第１の態様として、対向するアンテナ装置に向けて送信される無線信号を放出する複数のアンテナ素子を備え、前記複数のアンテナ素子は、それぞれ、円形の中心側から半径方向に沿って前記無線信号を出力する放射器と、前記放射器から出力された無線信号を前記対向するアンテナ装置に向けて反射する反射器とを有し、前記円形の中心と前記反射器における前記無線信号を反射する箇所との間の距離が、前記円形の半径方向に沿って調整可能に構成されるアンテナ装置を提供する。

【0008】

本開示は、第２の態様として、対向するアンテナ装置から送信される無線信号を受信する複数のアンテナ素子を備え、前記複数のアンテナ素子は、それぞれ、前記無線信号を円形の中心側に半径方向に沿って反射する反射器と、前記反射器を介して前記無線信号が入力される放射器とを有し、前記円形の中心と前記反射器における前記無線信号を反射する箇所との間の距離が、前記円形の半径方向に沿って調整可能に構成されるアンテナ装置を提供する。

【0009】

本開示は、第３の態様として、対向する無線受信機に向けて送信される無線信号を生成する無線信号生成手段と、前記無線信号を送信するアンテナユニットとを備え、前記アンテナユニットは、前記無線信号を放出する複数のアンテナ素子を有し、前記複数のアンテナ素子は、それぞれ、円形の中心側から半径方向に沿って前記無線信号を出力する放射器と、前記放射器から出力された無線信号を前記対向する無線受信機のアンテナに向けて反射する反射器とを有し、前記円形の中心と前記反射器における前記無線信号を反射する箇所との間の距離が、前記円形の半径方向に沿って調整可能に構成される、無線送信機を提供する。

【0010】

本開示は、第４の態様として、対向する無線送信機から無線信号を受信するアンテナユニットと、前記無線信号から送信信号を復調する無線信号処理手段とを備え、前記アンテナユニットは、前記無線信号を受信する複数のアンテナ素子を有し、前記複数のアンテナ素子は、それぞれ、前記無線信号を円形の中心側に半径方向に沿って反射する反射器と、前記反射器を介して前記無線信号が入力される放射器とを有し、前記円形の中心と前記反射器における前記無線信号を反射する箇所との間の距離が、前記円形の半径方向に沿って調整可能に構成される、無線受信機を提供する。

【0011】

本開示は、第５の態様として、無線信号を生成する無線信号生成手段、及び前記無線信号を送信する送信アンテナユニットとを有する無線送信機と、前記送信アンテナユニットから送信された無線信号を受信する受信アンテナユニット、及び前記無線信号を復調する無線信号処理手段を有する無線受信機とを備え、前記送信アンテナユニットは、前記無線信号を放出する複数の送信アンテナ素子を有し、該複数の送信アンテナ素子は、それぞれ、円形の中心側から半径方向に沿って前記無線信号を出力する放射器と、前記放射器から出力された無線信号を前記受信アンテナユニットに向けて反射する反射器とを有し、前記円形の中心と前記反射器における前記無線信号を反射する箇所との間の距離が、前記円形の半径方向に沿って調整可能に構成され、前記受信アンテナユニットは、前記無線信号を受信する複数の受信アンテナ素子を有し、該複数の受信アンテナ素子は、それぞれ、前記無線信号を円形の中心側に半径方向に沿って反射する反射器と、前記反射器を介して前記無線信号が入力される放射器とを有し、前記円形の中心と前記反射器における前記無線信号を反射する箇所との間の距離が、前記円形の半径方向に沿って調整可能に構成される、無線通信システムを提供する。

【0012】

本開示は、第６の態様として、複数の放射器から円形の中心側から半径方向に沿って放出される無線信号を反射し、前記無線信号を対向するアンテナ装置に向けて放射する複数の反射器における前記無線信号を反射する箇所と、前記円形の中心との間の距離を、前記円形の半径方向に沿って変化させることで、アンテナ径を調整するアンテナ径調整方法を提供する。

【発明の効果】

【0013】

本開示に係るアンテナ装置、アンテナ径調整方法、無線送信機、無線受信機、及び無線通信システムは、部品交換をしなくても、アンテナ径を調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本開示に係るアンテナ装置の概略的な構成を示すブロック図。

【図2】アンテナ装置の一部を円形面に平行な方向から見た側面図。

【図3】本開示の第１実施形態に係る無線通信システムを示すブロック図。

【図4】無線送信機の詳細な構成例を示すブロック図。

【図5】無線受信機の詳細な構成例を示すブロック図。

【図6】アンテナ装置を示す斜視図。

【図7】アンテナ装置を正面から見た正面図。

【図8】アンテナ装置の一部を円形面に平行な方向から見た側面図。

【図9】アンテナ径が５３ｃｍの場合のＯＡＭモード無線信号の受信特性とリンク距離との関係を示すグラフ。

【図10】アンテナ径が４７ｃｍの場合のＯＡＭモード無線信号の受信特性とリンク距離との関係を示すグラフ。

【図11】本開示の第２実施形態に係るアンテナ装置を正面から見た正面図。

【図12】アンテナ装置の一部を円形面に平行な方向から見た側面図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本開示の実施の形態の説明に先立って、本開示の概要を説明する。図１は、本開示に係るアンテナ装置の概略的な構成を示す。アンテナ装置１０は、複数の放射器１１と、複数の反射器１２とを有する。各放射器１１及び各反射器１２は、アンテナ素子を構成する。別の言い方をすると、アンテナ装置１０は、複数のアンテナ素子を有する。アンテナ装置１０は、対向する受信側のアンテナ装置に向けて無線信号を放出する。あるいは、アンテナ装置１０は、対向する送信側のアンテナ装置から無線信号を受信する。アンテナ装置１０は、無線信号の送信及び受信の双方を行ってもよい。

【0016】

図２は、アンテナ装置の一部を円形面に平行な方向から見た側面図である。放射器１１は、円形の中心の近傍に配置される。各放射器１１は、送信時、無線信号を、円形の中心側から半径方向に沿って、反射器１２に向けて出力する。反射器１２は、放射器１１から出力された無線信号を、対向するアンテナ装置に向けて反射する。反射器１２は、受信時は、対向するアンテナ装置から送信された無線信号を、円形の中心側に半径方向に沿って、放射器１１に向けて反射する。各放射器１１は、反射器１２を介して、無線信号を受信する。

【0017】

アンテナ装置１０は、円形の中心と、反射器１２における無線信号を反射する箇所との間の距離が、円形の半径方向に沿って調整可能に構成される。図１及び図２に示される構成では、アンテナ装置１０は、反射器１２の位置が円形の半径方向に沿って調整可能に構成される。反射器１２の位置を変更し、放射器１１と反射器１２との間の距離を変化させることで、アンテナ装置１０のアンテナ径を調整することができる。

【0018】

本実施形態では、アンテナ装置１０において、円形の中心と、反射器１２における無線信号を反射する箇所との間の距離が調整可能である。図１に示される構成では、反射器１２の位置を調整することで、調整可能範囲において、アンテナ径を任意に調整できる。従って、本開示では、部品交換をしなくても、アンテナ径を調整することができる。

【0019】

以下、図面を参照しつつ、本開示の実施の形態を説明する。図３は、本開示の第１実施形態に係る無線通信システムを示す。無線通信システム１００は、無線送信機１０１、及び無線受信機１０２を有する。無線通信システム１００は、例えばモバイルバックホール回線における無線通信に利用され得る。

【0020】

無線送信機１０１は、無線信号生成部１１０、及びアンテナ部１１１を有する。無線信号生成部（無線信号生成手段）１１０は、対向する無線受信機１０２に向けて送信される無線信号を生成する。アンテナ部（アンテナユニット）１１１は、無線信号を送信する。無線受信機１０２は、アンテナ部１２０、及び無線信号処理部１２１を有する。アンテナ部１２０は、対向する無線送信機１０１から無線信号を受信する。無線信号処理部（無線信号処理手段）１２１は、無線信号から送信信号を復調する。

【0021】

図４は、無線送信機１０１の詳細な構成例を示す。無線信号生成部１１０は、ＩＦ（Intermediate Frequency）ユニット２０１と、ＲＦ（Radio Frequency）ユニット２０２とを有する。ＩＦユニット２０１は、複数の変調部２１１、ＯＡＭモード信号多重部２１２、複数のＤＡＣ（Digital to Analog Converter）２１３、及び複数のＩＦ信号処理部２１４を有する。ＲＦユニット２０２は、複数のアップコンバータ２２１を有する。

【0022】

アンテナ部１１１は、複数のアンテナ素子（送信アンテナ素子）１１２を有する。ＩＦユニット２０１は、各アンテナ素子１１２に対応して、ＤＡＣ２１３及びＩＦ信号処理部２１４を有する。またＲＦユニット２０２は、各アンテナ素子１１２に対応して、アップコンバータ２２１を有する。

【0023】

ＩＦユニット２０１において、各変調部２１１は、所定の変調方式に従って送信信号を変調し、変調信号（ベースバンド信号）を生成する。ＯＡＭモード信号多重部（ＯＡＭモード信号多重手段）２１２は、複数の変調信号を複数のＯＡＭモードに多重化する。ＯＡＭモード信号多重部２１２は、各アンテナ素子１１２から送信されるＯＡＭモード信号を出力する。変調部２１１及びＯＡＭモード信号多重部２１２は、例えばデジタル信号処理部として構成される。

【0024】

各ＤＡＣ２１３は、ＯＡＭモード信号をデジタル信号からアナログ信号に変換する。各ＩＦ信号処理部２１４は、ＯＡＭモード信号をＩＦ信号に変換する。各ＩＦ信号処理部２１４は、増幅器及びフィルタを含んでいてもよく、ＩＦ信号の増幅、及びＩＦ信号に対するフィルタリングなどを行ってもよい。各ＩＦ信号処理部２１４は、ＩＦ信号を、例えばＩＦユニット２０１とＲＦユニット２０２とを接続するケーブルを介して、ＲＦユニット２０２に出力する。

【0025】

ＲＦユニット２０２において、各アップコンバータ２２１は、ＩＦ信号をＲＦ信号（無線信号）に変換する。各アップコンバータ２２１は、ＩＦ信号を、例えばミリ波帯の無線信号に変換する。各アップコンバータ２２１と各アンテナ素子１１２とは、例えば導波管などを用いて接続されている。各アップコンバータ２２１は、変換した無線信号を各アンテナ素子１１２に出力する。各アンテナ素子１１２は、無線信号（ＯＡＭモード無線信号）を送信する。なお、ＯＡＭモード信号の生成、及びその送信は公知であり、それら詳細な説明は省略する。

【0026】

図５は、無線受信機１０２の詳細な構成例を示す。無線信号処理部１２１は、ＲＦユニット３０１とＩＦユニット３０２とを有する。ＲＦユニット３０１は、複数のダウンコンバータ３１１を有する。ＩＦユニット３０２は、複数のＩＦ信号処理部３２１、複数のＡＤＣ（Analog to Digital Converter）３２２、ＯＡＭモード信号分離部３３３、及び複数の復調部３３４を有する。

【0027】

アンテナ部１２０は、複数のアンテナ素子（受信アンテナ素子）１２２を有する。ＲＦユニット３０１は、各アンテナ素子１２２に対応して、ダウンコンバータ３１１を有する。各アンテナ素子１２２は、対向する無線送信機１０１のアンテナ素子１１２（図４を参照）から送信された無線信号（ＯＡＭモード無線信号）を受信する。各アンテナ素子１２２と各ダウンコンバータ３１１とは、例えば導波管などを用いて接続されている。各ダウンコンバータ３１１は、アンテナ素子１２２で受信された無線信号を、ＩＦ信号にダウンコンバートする。各ダウンコンバータ３１１は、ＩＦ信号を、例えばＲＦユニット３０１とＩＦユニット３０２とを接続するケーブルを介して、ＩＦユニット３０２に出力する。

【0028】

ＩＦユニット３０２は、各アンテナ素子１２２に対応して、ＩＦ信号処理部３２１、及びＡＤＣ３２２を有する。各ＩＦ信号処理部３２１は、ＩＦ信号をベースバンド信号に変換する。各ＩＦ信号処理部３２１は、増幅器及びフィルタなどを含んでいてもよく、ＩＦ信号の増幅、及びＩＦ信号に対するフィルタリングなどを行ってもよい。ＡＤＣ３２２は、アナログのベースバンド信号をデジタル信号に変換する。ＯＡＭモード信号分離部（ＯＡＭモード信号分離手段）３３３は、複数のＯＡＭモードに多重化された複数の信号を分離する。各復調部３３４は、分離された信号を復調し、送信側で変調された信号を復元する。なお、ＯＡＭモード信号の受信、及びその分離は公知であり、それら詳細な説明は省略する。

【0029】

なお、無線送信機１０１は、無線信号を送信するだけでなく、無線信号を受信してもよい。また、無線受信機１０２は、無線信号を受信するだけでなく、無線信号を送信してもよい。その場合、無線送信機１０１は、無線信号生成部１１０に加えて、無線信号処理部１２１を有していればよい。また、無線受信機１０２は、無線信号処理部１２１に加えて、無線信号生成部１１０を有していればよい。無線送信機１０１及び無線受信機１０２が、無線信号の送受信を行う場合、アンテナ部１１１及び１２０は、無線信号の送信と受信の双方に用いられ得る。

【0030】

図６、図７、及び図８は、アンテナ装置の構成例を示す。図６は、アンテナ装置１３０を斜め方向から見た斜視図である。図７は、アンテナ装置１３０を正面から見た正面図である。図８は、アンテナ装置１３０の一部を円形面に平行な方向から見た側面図である。アンテナ装置１３０は、送信側のアンテナ部（送信アンテナユニット）１１１及び受信側のアンテナ部（受信アンテナユニット）１２０として用いることができる。なお、以下では主にアンテナ装置１３０が送信側のアンテナ部１１１として用いられる場合を説明する。アンテナ装置１３０が受信側のアンテナ部１２０として用いられる場合の説明は、無線信号の方向が反対になる点を除けば、アンテナ装置１３０が送信側のアンテナ部１１１として用いられる場合の説明と同様である。

【0031】

アンテナ装置１３０は、信号放射部１３１、及び複数の反射板１３２を有する。アンテナ装置１３０は、無線信号の放射点が円形状に配列された円形アレイアンテナとして構成される。図６に示されるように、本実施形態において、アンテナ装置１３０は、ＲＦユニット２０２と一体に構成されていてもよい。また、アンテナ装置１３０は、受信側のＲＦユニット３０１（図５を参照）と一体に構成されていてもよい。アンテナ装置１３０は、図１のアンテナ装置１０に対応する。信号放射部１３１は図１の放射器１１に対応し、反射板１３２は図１の反射器１２に対応する。

【0032】

信号放射部１３１は、円形の中心の近傍に配置される。信号放射部１３１は、円形の中心の近傍から、円形の半径方向に沿って無線信号を出力する。図８に示されるように、信号放射部１３１は、複数の放射器１３３と複数のパラボラ反射器１３４とを有する。複数の放射器１３３及び複数のパラボラ反射器１３４は、例えば円形アレイアンテナの中心と同心円の円周上に等間隔で配置される。

【0033】

各放射器１３３は、導波管などを用いてＲＦユニット２０２のアップコンバータ２２１（図４を参照）に接続されている。または、各放射器１３３は、導波管などを用いてＲＦユニット３０１のダウンコンバータ３１１（図５を参照）と接続される。各放射器１３３は、例えばホーンアンテナとして構成される。各放射器１３３は、例えば円形面に垂直な方向に、無線信号を出力する。

【0034】

各パラボラ反射器１３４は、各放射器１３３から出力された無線信号を、例えば円形面と平行な方向に反射する。パラボラ反射器１３４は、無線信号を反射し、反射した無線信号を、反射板１３２に平面波として入射させる。反射板１３２は、入射した無線信号を、対向する、受信側のアンテナ装置に向けて反射する。反射板１３２は、例えば、無線信号を円形面に対して垂直な方向に平面波として反射する。反射板１３２、放射器１３３、及びパラボラ反射器１３４は、図４のアンテナ素子１１２に対応する。

【0035】

本実施形態では、反射板１３２は、その位置が、円形の半径方向に沿って調整可能に構成される。反射板１３２の位置を変更することで、アンテナ装置１３０において、無線信号が出力される位置を変更することができる。調整後、反射板１３２は、例えばねじなどの固定具を使用して位置決めされる。

【0036】

各反射板１３２の位置は、所望のアンテナ径が得られるように調整される。例えば、図８に示されるように、各反射板１３２の位置は、円形の中心からφ１／２だけ離れた位置に調整される。その場合、アンテナ装置１３０から出力される無線信号は、アンテナ径がφ１の円形アレイアンテナから出力された場合と等価となる。各反射板１３２の位置は、円形の中心からφ２／２だけ離れた位置に調整できる。その場合、アンテナ装置１３０から出力される無線信号は、アンテナ径がφ２の円形アレイアンテナから出力された場合と等価となる。

【0037】

ここで、アンテナ径と伝送距離（リンク距離）との関係を説明する。各ＯＡＭモードの無線信号の受信特性は、円形アレイアンテナにおけるアンテナ径と、伝送距離とに応じて変化する。ここで、伝送距離は、例えば互いに対向する２つのアンテナの間の距離を意味する。アンテナ径が一定である場合、ある伝送距離では良好な受信特性が得られるものの、別の伝送距離では良好な受信特性が得られない場合がある。

【0038】

図９は、アンテナ径が５３ｃｍの場合のＯＡＭモード無線信号の受信特性とリンク距離との関係を示す。ここでは、受信特性として、ＳＩＮＲ（Signal to Interference plus Noise power Ratio）が用いられる。図９に示されるグラフにおいて、縦軸はＳＩＮＲ（ｄＢ）を示し、横軸はリンク距離（ｍ）を示す。シミュレーションを用い、アンテナ径が５３ｃｍの場合の各リンク距離におけるＳＩＮＲを求めると、図９に示される結果が得られた。

【0039】

図９を参照すると、例えば、ＯＡＭモード多重伝送においてモード０からモード４までの計５つのＯＡＭモードを多重化する場合、リンク距離４０ｍの場合に、各ＯＡＭモードのＳＩＮＲの差が少ないことがわかる。従って、この場合、アンテナ径が５３ｃｍのアンテナを用い、リンク距離４０ｍにて無線通信を行うことで、良好な受信特性で、無線通信が可能となる。一方、リンク距離が３２ｍの場合、特にモード１のＳＩＮＲが劣化する。５つ全てのＯＡＭモードについて良好な受信特性でＯＡＭモード多重伝送を行うためには、アンテナ径が異なるアンテナを使用する必要がある。

【0040】

図１０は、アンテナ径が４７ｃｍの場合のＯＡＭモード無線信号の受信特性とリンク距離との関係を示す。図１０に示されるグラフにおいて、縦軸はＳＩＮＲ（ｄＢ）を示し、横軸はリンク距離（ｍ）を示す。シミュレーションを用い、アンテナ径が４７ｃｍの場合の各リンク距離におけるＳＩＮＲを求めると、図１０に示される結果が得られた。図１０を参照すると、アンテナ径が４７ｃｍのアンテナを用いる場合、リンク距離が３２ｍの場合に、各ＯＡＭモードのＳＩＮＲの差が少ないことがわかる。従って、リンク距離が３２ｍの場合には、アンテナ径が４７ｃｍのアンテナを用いることで、良好な受信特性で、無線通信が可能となる。

【0041】

上記したように、伝送距離が４０ｍの場合、良好な受信特性で無線通信が可能となるアンテナ径は５３ｃｍであり、伝送距離が３２ｍの場合、良好な受信特性で無線通信が可能となるアンテナ径は４７ｃｍである。作業者は、伝送距離が４０ｍの場合、アンテナ部１１１及び１２０において、各反射板１３２の位置を、円形の中心から２６．５ｃｍ離れた位置に移動させる。この場合、アンテナ部１１１及び１２０を、それぞれ、アンテナ径が５３ｃｍのアンテナとして使用することができる。一方、伝送距離が３２ｍの場合、作業者は、アンテナ部１１１及び１２０において、各反射板１３２の位置を、円形の中心から２３．５ｃｍ離れた位置に移動させる。この場合、アンテナ部１１１及び１２０を、それぞれ、アンテナ径が４７ｃｍのアンテナとして使用することができる。

【0042】

本実施形態では、アンテナ部１１１及び１２０において、反射板１３２の円形の半径方向における位置が調整可能に構成される。反射板１３２の位置を変更することで、円形面における無線信号の放射位置を変更することができ、アンテナ径を変更することができる。ここで、無線信号を出力する放射器そのものを円形の半径方向に沿って移動可能とした場合でも、アンテナ径の変更は可能である。しかしながら、各放射器は付随するＲＦユニットなどと導波管を用いて接続されていることがある。このため、各放射器を半径方向に移動させることは困難である。また、特許文献１では、パラボラ鏡面部を取り替えることで所望のアンテナ径を実現できる。しかしながら、特許文献１では、アンテナ径の変更には部品交換が必要である。本実施形態では、放射器１３３の位置を固定したままで、また、部品交換を伴わずに、アンテナ径の調整が可能である。

【0043】

次いで、本開示の第２実施形態を説明する。図１１及び図１２は、本開示の第２実施形態に係るアンテナ装置を示す。図１１は、アンテナ装置１３０ａを正面から見た正面図である。図１２は、アンテナ装置１３０ａの一部を円形面に平行な方向から見た側面図である。本実施形態に係るアンテナ装置１３０ａでは、円形面に対して所定角度で傾斜する反射面を有する反射板１３２ａが使用される。アンテナ装置１３０ａは、円形面に対して垂直な方向における反射板１３２ａと信号放射部１３１との相対的な位置を変化させることで、信号放射部１３１と反射板１３２ａにおける無線信号を反射する箇所との間の距離が調整可能に構成される。他の点は、第１実施形態と同様でよい。

【0044】

本実施形態において、例えば信号放射部１３１を構成する放射器１３３及びパラボラ反射器１３４は、円形面に垂直な方向に変位可能に構成される。各反射板１３２ａにおいて、無線信号が反射する位置は、放射器１３３及びパラボラ反射器１３４の円形面に垂直な方向における位置に応じて変化する。例えば、放射器１３３及びパラボラ反射器１３４が、円形の中心からφ１／２だけ離れた位置で無線信号が反射する位置に調整された場合、アンテナ装置１３０ａのアンテナ径をφ１にすることができる。また、放射器１３３及びパラボラ反射器１３４が、円形の中心からφ２／２だけ離れた位置で無線信号が反射する位置に調整された場合、アンテナ装置１３０ａのアンテナ径をφ２にすることができる。

【0045】

本実施形態では、アンテナ装置１３０ａは、信号放射部１３１と反射板１３２ａとの円形面に垂直な方向における相対的な位置が変更可能に構成される。信号放射部１３１及び反射板１３２ａの少なくとも一方を移動し、両者の相対的な位置を変更することで、円形の中心と反射板１３２ａにおいて無線信号が反射する箇所との間の距離を変更することができる。従って、本実施形態においても、部品交換を伴わずに、アンテナ径の調整が可能である。

【0046】

なお、上記各実施形態において、アンテナ装置において反射板が円形面に垂直な方向に無線信号を反射する例を説明したが、本開示はこれには限定されない。反射板は、対向する無線受信機側で送信された信号の受信が可能であれば、必ずしも厳密に円形面に対して垂直方向に無線信号を反射する必要はない。例えば、図８において、反射板１３２は、円形面に対して垂直な方向から少し傾いた角度に無線信号を反射してもよい。

【0047】

また、上記各実施形態では、放射器１３３が円形面に対して垂直方向に無線信号を放射し、パラボラ反射器１３４が円形面に対して平行に無線信号を反射する例を説明したが、本開示はこれには限定されない。各実施形態において、アンテナ装置は、反射板から円形面に対して垂直に近い角度で無線信号を放出すればよく、放射器１３３が無線信号を放射する方向、及びパラボラ反射器１３４が無線信号を反射する方向は、特に上記した組み合わせには限定されない。

【0048】

以上、本開示の実施形態を詳細に説明したが、本開示は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に対して変更や修正を加えたものも、本開示に含まれる。

【0049】

例えば、上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。

【0050】

［付記１］
対向するアンテナ装置に向けて送信される無線信号を放出する複数のアンテナ素子を備え、
前記複数のアンテナ素子は、それぞれ、円形の中心側から半径方向に沿って前記無線信号を出力する放射器と、前記放射器から出力された無線信号を前記対向するアンテナ装置に向けて反射する反射器とを有し、
前記円形の中心と前記反射器における前記無線信号を反射する箇所との間の距離が、前記円形の半径方向に沿って調整可能に構成されるアンテナ装置。

【0051】

［付記２］
前記反射器は、前記円形の半径方向に沿って変位可能に配置される付記１に記載のアンテナ装置。

【0052】

［付記３］
前記反射器は、円形面に対して所定角度で傾斜する反射面を有し、
前記反射器と前記放射器との相対的な位置を変化させることで、前記円形の中心と前記反射器における前記無線信号を反射する箇所との間の距離が調整可能に構成される付記１に記載のアンテナ装置。

【0053】

［付記４］
前記アンテナ素子は、前記放射器から出力された無線信号を反射して前記反射器に入射させるパラボラ反射器を更に有する付記１から３何れか１つに記載のアンテナ装置。

【0054】

［付記５］
前記放射器はホーンアンテナを含む付記１から４何れか１つに記載のアンテナ装置。

【0055】

［付記６］
中間周波数信号を無線周波数信号に変換し、前記複数のアンテナ素子のそれぞれに無線信号を供給するＲＦ（Radio Frequency）ユニットを更に有する付記１から５何れか１つに記載のアンテナ装置。

【0056】

［付記７］
前記無線信号はＯＡＭ（Orbital Angular Momentum）モード無線信号である付記１から６何れか１つに記載のアンテナ装置。

【0057】

［付記８］
前記放射器は、前記円形の中心と同心円の円周上に等間隔で配置される付記１から７何れか１つに記載のアンテナ装置。

【0058】

［付記９］
前記放射器は、前記反射器を介して前記対向するアンテナ装置から送信された無線信号を受信する付記１から８何れか１つに記載のアンテナ装置。

【0059】

［付記１０］
対向するアンテナ装置から送信される無線信号を受信する複数のアンテナ素子を備え、
前記複数のアンテナ素子は、それぞれ、前記無線信号を円形の中心側に半径方向に沿って反射する反射器と、前記反射器を介して前記無線信号が入力される放射器とを有し、
前記円形の中心と前記反射器における前記無線信号を反射する箇所との間の距離が、前記円形の半径方向に沿って調整可能に構成されるアンテナ装置。

【0060】

［付記１１］
対向する無線受信機に向けて送信される無線信号を生成する無線信号生成手段と、
前記無線信号を送信するアンテナユニットとを備え、
前記アンテナユニットは、前記無線信号を放出する複数のアンテナ素子を有し、
前記複数のアンテナ素子は、それぞれ、円形の中心側から半径方向に沿って前記無線信号を出力する放射器と、前記放射器から出力された無線信号を前記対向する無線受信機のアンテナに向けて反射する反射器とを有し、
前記円形の中心と前記反射器における前記無線信号を反射する箇所との間の距離が、前記円形の半径方向に沿って調整可能に構成される、無線送信機。

【0061】

［付記１２］
前記無線信号生成手段は、複数の信号を複数のＯＡＭ（Orbital Angular Momentum）モードに多重化するＯＡＭモード信号多重手段を含む付記１１に記載の無線送信機。

【0062】

［付記１３］
対向する無線送信機から無線信号を受信するアンテナユニットと、
前記無線信号から送信信号を復調する無線信号処理手段とを備え、
前記アンテナユニットは、前記無線信号を受信する複数のアンテナ素子を有し、
前記複数のアンテナ素子は、それぞれ、前記無線信号を円形の中心側に半径方向に沿って反射する反射器と、前記反射器を介して前記無線信号が入力される放射器とを有し、
前記円形の中心と前記反射器における前記無線信号を反射する箇所との間の距離が、前記円形の半径方向に沿って調整可能に構成される、無線受信機。

【0063】

［付記１４］
前記無線信号処理手段は、複数のＯＡＭ（Orbital Angular Momentum）モードに多重化された複数の信号を分離するＯＡＭモード信号分離手段を含む付記１３に記載の無線受信機。

【0064】

［付記１５］
無線信号を生成する無線信号生成手段、及び前記無線信号を送信する送信アンテナユニットとを有する無線送信機と、
前記送信アンテナユニットから送信された無線信号を受信する受信アンテナユニット、及び前記無線信号を復調する無線信号処理手段を有する無線受信機とを備え、
前記送信アンテナユニットは、前記無線信号を放出する複数の送信アンテナ素子を有し、該複数の送信アンテナ素子は、それぞれ、円形の中心側から半径方向に沿って前記無線信号を出力する放射器と、前記放射器から出力された無線信号を前記受信アンテナユニットに向けて反射する反射器とを有し、前記円形の中心と前記反射器における前記無線信号を反射する箇所との間の距離が、前記円形の半径方向に沿って調整可能に構成され、
前記受信アンテナユニットは、前記無線信号を受信する複数の受信アンテナ素子を有し、該複数の受信アンテナ素子は、それぞれ、前記無線信号を円形の中心側に半径方向に沿って反射する反射器と、前記反射器を介して前記無線信号が入力される放射器とを有し、前記円形の中心と前記反射器における前記無線信号を反射する箇所との間の距離が、前記円形の半径方向に沿って調整可能に構成される、無線通信システム。

【0065】

［付記１６］
前記無線信号生成手段は、複数の信号を複数のＯＡＭ（Orbital Angular Momentum）モードに多重化するＯＡＭモード信号多重手段を含み、
前記無線信号処理手段は、前記複数のＯＡＭモードに多重化された前記複数の信号を分離するＯＡＭモード信号分離手段を含む付記１５に記載の無線通信システム。

【0066】

［付記１７］
複数の放射器から円形の中心側から半径方向に沿って放出される無線信号を反射し、前記無線信号を対向するアンテナ装置に向けて放射する複数の反射器における前記無線信号を反射する箇所と、前記円形の中心との間の距離を、前記円形の半径方向に沿って変化させることで、アンテナ径を調整するアンテナ径調整方法。

【0067】

この出願は、２０１９年６月１７日に出願された日本出願特願２０１９－１１２１７０を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

【符号の説明】

【0068】

１０：アンテナ装置
１１：放射器
１２：反射器
１００：無線通信システム
１０１：無線送信機
１０２：無線受信機
１１０：無線信号生成部
１１１、１２０：アンテナ部
１１２、１２２：アンテナ素子
１２１：無線信号処理部
１３０：アンテナ装置
１３１：信号放射部
１３２：反射板
１３３：放射器
１３４：パラボラ反射器
２０１：ＩＦユニット
２０２：ＲＦユニット
２１１：変調部
２１２：ＯＡＭモード信号多重部
２１４：ＩＦ信号処理部
２２１：アップコンバータ
３０１：ＲＦユニット
３０２：ＩＦユニット
３１１：ダウンコンバータ
３２１：ＩＦ信号処理部
３３３：ＯＡＭモード信号分離部
３３４：復調部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】