特許 7498274 フェーズドアレイ送受信装置における送信信号のキャンセル

(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】2024-06-03

(45)【発行日】2024-06-11

(54)【発明の名称】フェーズドアレイ送受信装置における送信信号のキャンセル

(51)【国際特許分類】

   H04B 1/525 20150101AFI20240604BHJP

   H01Q 3/26 20060101ALI20240604BHJP

   H01Q 21/06 20060101ALI20240604BHJP

【ＦＩ】

H04B1/525

H01Q3/26 Z

H01Q21/06

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2022527704

(86)(22)【出願日】2020-11-06

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-01-18

(86)【国際出願番号】 US2020059330

(87)【国際公開番号】W WO2021096770

(87)【国際公開日】2021-05-20

【審査請求日】2023-11-02

(31)【優先権主張番号】62/934,148

(32)【優先日】2019-11-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】516381806

【氏名又は名称】エヌイーシー アドバンスト ネットワークス， インク．

(74)【代理人】

【識別番号】100117606

【弁理士】

【氏名又は名称】安部 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100121186

【弁理士】

【氏名又は名称】山根 広昭

(74)【代理人】

【識別番号】100136423

【弁理士】

【氏名又は名称】大井 道子

(74)【代理人】

【識別番号】100154449

【弁理士】

【氏名又は名称】谷 征史

(74)【代理人】

【識別番号】100218084

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊光

(72)【発明者】

【氏名】ナードッザ， グレッグ エス．

【審査官】鴨川 学

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１８７０９９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／０６９３９５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２６９４４９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００４／０２１５０８（ＷＯ，Ａ２）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／００１３８５５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１１５３４２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１９－５１０４１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０１１２３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ １／５２５

Ｈ０１Ｑ ３／２６

Ｈ０１Ｑ ２１／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アンテナ素子のアレイと、
複数の送受信装置と、を備えたフェーズドアレイ・システムであって、
前記複数の送受信装置は、（１）送信チェーンと、（２）受信チェーンと、（３）前記送信チェーンに電気的に接続された送信入力部、前記受信チェーンに電気的に接続された受信出力部、および前記アンテナ素子のアレイ内の対応する個別のアンテナ素子に電気的に接続された二重ポートを有する送受切換え器と、をそれぞれ含み、
前記複数の送受信装置は、第１の送受信装置サブセットと第２の送受信装置サブセットとを構成し、
前記第１の送受信装置サブセット内の各送受信装置は、当該送受信装置内の前記送受切換え器の前記二重ポートと、当該送受切換え器の前記二重ポートが電気的に接続される前記アンテナ素子と、の間に接続されたΦ度（ここで、Φ＝－（２ｎ＋１）９０°であり、ｎは整数）の位相シフト素子を備え、前記第２の送受信装置サブセット内の各送受信装置は、位相シフトを行わない、フェーズドアレイ・システム。

【請求項2】

ｎ＝０である、請求項１に記載のフェーズドアレイ・システム。

【請求項3】

前記第１の送受信装置サブセット内の送受信装置の数と、前記第２の送受信装置サブセット内の送受信装置の数とは異なる、請求項１に記載のフェーズドアレイ・システム。

【請求項4】

前記第１の送受信装置サブセット内の送受信装置の数と、前記第２の送受信装置サブセット内の送受信装置の数とは等しい、請求項１に記載のフェーズドアレイ・システム。

【請求項5】

前記アンテナ素子のアレイ内の前記アンテナ素子は、複数の縦列にまとめられ、奇数番目の縦列内にある前記アンテナ素子は、前記第１の送受信装置サブセット内の送受信装置に接続され、偶数番目の縦列内にある前記アンテナ素子は、前記第２の送受信装置サブセット内の送受信装置に接続されている、請求項１に記載のフェーズドアレイ・システム。

【請求項6】

前記アンテナ素子のアレイ内の前記アンテナ素子は、複数の横列にまとめられ、奇数番目の横列内にある前記アンテナ素子は、前記第１の送受信装置サブセット内の送受信装置に接続され、偶数番目の横列内にある前記アンテナ素子は、前記第２の送受信装置サブセット内の送受信装置に接続されている、請求項１に記載のフェーズドアレイ・システム。

【請求項7】

アンテナ素子のアレイと、複数の送受信装置と、を用いる方法であって、前記複数の送受信装置は、（１）送信チェーンと、（２）受信チェーンと、（３）前記送信チェーンに電気的に接続された送信入力部、前記受信チェーンに電気的に接続された受信出力部、および前記アンテナ素子のアレイ内の対応する個別のアンテナ素子に電気的に接続された二重ポートを有する送受切換え器と、をそれぞれ含み、
前記複数の送受信装置を第１の送受信装置サブセットと第２の送受信装置サブセットとに分け、前記第１および第２の送受信装置サブセットが一緒に前記複数の送受信装置の全ての送受信装置を構成するようにすることと、
前記第２の送受信装置サブセット内の送受信装置ではなく、前記第１の送受信装置サブセット内の各送受信装置について、当該送受信装置内の前記送受切換え器の前記二重ポートと、当該送受切換え器の前記二重ポートが電気的に接続された前記アンテナ素子と、の間にΦ度（ここで、Φ＝－（２ｎ＋１）９０°であり、ｎは整数）の位相シフトを導入することと、を含む方法。

【請求項8】

ｎ＝０である、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記複数の送受信装置の各送受信装置内で、当該送受信装置の前記送信チェーンは、当該送受信装置の送信信号経路を形成し、
前記第２の送受信装置サブセット内の送受信装置ではなく、前記第１の送受信装置サブセット内の各送受信装置について、当該送受信装置の前記送信信号経路内で＋９０°の位相シフトを導入することをさらに含む、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記複数の送受信装置の各送受信装置内で、当該送受信装置の前記受信チェーンは、当該送受信装置の受信信号経路を形成し、
前記第２の送受信装置サブセット内の送受信装置ではなく、前記第１の送受信装置サブセット内の各送受信装置について、当該送受信装置の前記受信信号経路内で＋９０°の位相シフトを導入することをさらに含む、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

アンテナ素子のアレイと、
少なくとも１つの送受信装置を備えた第１の送受信装置サブセットと、
少なくとも１つの送受信装置を備えた第２の送受信装置サブセットと、を備えたフェーズドアレイ・システムであって、
前記送受信装置の各々は、
入力と、
前記入力を介して送信信号を受信する送信チェーンと、
出力と、
残留送信信号と受信信号とを前記出力に送る受信チェーンと、
前記送信チェーンを介して前記入力に電気的に接続された送信入力部と、前記受信チェーンを介して前記出力に電気的に接続された受信出力部と、前記アレイ内の対応する前記アンテナ素子に電気的に接続された二重ポートとを有する送受切換え器と、を備え、
残留信号経路は、前記送受信装置の前記入力と前記出力との間に配置され、
前記第１の送受信装置サブセットの送受信装置の前記残留信号経路と、前記第２の送受信装置サブセットの送受信装置の前記残留信号経路とがフェーズドアレイ・システムの動作周波数において位相が１８０°異なるように、前記第１の送受信装置サブセット内の各送受信装置に対して、前記第２の送受信装置サブセット内の各送受信装置が設けられている、フェーズドアレイ・システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年１１月１２日に出願された“Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ Ｓｉｇｎａｌ Ｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ ｉｎ Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ Ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ”と題する米国仮特許出願第６２／９３４，１４８号の利益を、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づいて主張しており、その全内容は本明細書中に参照として組み入れられている。

【0002】

本発明は、一般に、フェーズドアレイ送受信装置における信号処理に関し、より具体的には、フェーズドアレイ送受信装置の受信側での不要信号の減衰に関する。

【背景技術】

【0003】

ＦＤＤ（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｄｕｐｌｅｘ）フェーズドアレイ・システムにおいて、送信信号および出力は、受信感度を下げないように、送受切換え器によって減衰される。無線帯域の中には、送信搬送波の組み合わせによって、まさしく各受信チャネルに相互変調歪み積が生じるようなデュプレックス間隔となるものがある。送受切換え器の送受信減衰量は大きいが、このような無線帯域の場合には必ずしも十分ではなく、さらなる減衰量の達成は非現実的であることが多い。また、このような残留相互変調の積は、フェーズドアレイ受信結合器の出力部において積算される傾向にある。この傾向は、送信信号が全て同相であるが故に生じるが、これはフェーズドアレイ・システムが稼働する上で必要とされるものである。

【発明の概要】

【0004】

ここで説明する実施形態は、受信結合器で送信信号の位相と歪積とが対でキャンセルされるように、送受切換え器とアレイ中の一つおきのアンテナ素子との間に意図的に位相シフトを導入することで、上述の問題を解決するものである。この位相シフトは、簡単な遅延素子（例えば、四分の一波長伝送線）またはその他の任意の位相シフト回路装置によって実行可能である。

【0005】

概して、本発明は、一態様において、アンテナ素子のアレイと、複数の送受信装置と、を備えたフェーズドアレイ・システムであって、前記複数の送受信装置は、（１）送信チェーンと、（２）受信チェーンと、（３）前記送信チェーンに電気的に接続された送信入力部、前記受信チェーンに電気的に接続された受信出力部、および前記アンテナ素子のアレイ内の対応する個別のアンテナ素子に電気的に接続された二重ポートを有する送受切換え器と、をそれぞれ含むフェーズドアレイ・システムを特徴とする。前記複数の送受信装置は、第１の送受信装置サブセットと第２の送受信装置サブセットとを含む。前記第１の送受信装置サブセット内の各送受信装置がΦ度（ここで、Φ＝－（２ｎ＋１）９０°であり、ｎは整数）の位相シフト素子をさらに備えている点で、前記第１の送受信装置サブセットは、前記第２の送受信装置サブセットとは異なっており、前記Φ度の位相シフト素子は、当該送受信装置内の前記送受切換え器の前記二重ポートと、当該送受切換え器の前記二重ポートが電気的に接続される前記アンテナ素子と、の間に接続されている。

【0006】

好適な実施形態は、以下の特徴を一つ以上有する。ｎの値は０である。前記第１の送受信装置サブセット内の送受信装置の数と、前記第２の送受信装置サブセット内の送受信装置の数とは等しい、またはほぼ等しい。前記アンテナ素子のアレイ内の前記アンテナ素子は、複数の縦列にまとめられ、奇数の縦列内にある前記アンテナ素子は、前記第１の送受信装置サブセット内の送受信装置に接続され、偶数の縦列内にある前記アンテナ素子は、前記第２の送受信装置サブセット内の送受信装置に接続されている。また、前記アンテナ素子のアレイ内の前記アンテナ素子は、複数の横列にまとめられ、奇数の横列内にある前記アンテナ素子は、前記第１の送受信装置サブセット内の送受信装置に接続され、偶数の横列内にある前記アンテナ素子は、前記第２の送受信装置サブセット内の送受信装置に接続されている。

【0007】

概して、本発明は、別の態様において、アンテナ素子のアレイと、複数の送受信装置と、を用いる方法であって、前記複数の送受信装置は、（１）送信チェーンと、（２）受信チェーンと、（３）前記送信チェーンに電気的に接続された送信入力部、前記受信チェーンに電気的に接続された受信出力部、および前記アンテナ素子のアレイ内の対応する個別のアンテナ素子に電気的に接続された二重ポートを有する送受切換え器と、をそれぞれ含む方法を特徴とする。前記方法は、前記複数の送受信装置を第１の送受信装置サブセットと第２の送受信装置サブセットとに分け、前記第１および第２の送受信装置サブセットが一緒に前記複数の送受信装置の全ての送受信装置を構成することと、前記第２の送受信装置サブセット内の送受信装置ではなく、前記第１の送受信装置サブセット内の各送受信装置について、当該送受信装置内の前記送受切換え器の前記二重ポートと、当該送受切換え器の前記二重ポートが電気的に接続される前記アンテナ素子と、の間にΦ度（ここで、Φ＝－（２ｎ＋１）９０°であり、ｎは整数）の位相シフトを導入することと、を含む。

【0008】

好適な実施形態は、以下の特徴を一つ以上有する。ｎの値は０である。前記複数の送受信装置の各送受信装置について、当該送受信装置の前記送信チェーンは、当該送受信装置の送信信号経路を形成し、前記方法は、さらに、前記第２の送受信装置サブセット内の送受信装置ではなく、前記第１の送受信装置サブセット内の各送受信装置について、当該送受信装置の前記送信信号経路内で＋９０°の位相シフトを導入することを含む。前記複数の送受信装置の各送受信装置内で、当該送受信装置の前記受信チェーンは、当該送受信装置の受信信号経路を形成し、前記方法は、さらに、前記第２の送受信装置サブセット内の送受信装置ではなく、前記第１の送受信装置サブセット内の各送受信装置について、当該送受信装置の前記受信信号経路内で＋９０°の位相シフトを導入することを含む。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、二つのアレイ素子を用いる送受信装置の概略ブロック図によって基本概念を示す。

【0010】

【図2】図２は、遅延素子を較正ループ外に配置した実施形態を示す。

【0011】

【図3】図３は、遅延素子を較正ループ内に配置した実施形態を示す。

【0012】

【図4】図４は、遅延素子をフィードバック・ネットワーク内に配置した実施形態を示す。

【0013】

【図5】図５は、典型的な無線ヘッドおよびフェーズドアレイ・アンテナの内部構造を示す上位ブロック図の一例である。

【0014】

【図6】図６は、図５に示すようなＴｘ／Ｒｘモジュールの上位ブロック図の一例である。

【0015】

【図7】図７は、複数の送信ビームのうちの一つのみに関する回路を示す、アクティブアンテナアレイ・システムの送信側のブロック図の一例である。

【0016】

【図8】図８は、複数の受信ビームのうちの一つのみに関する回路を示す、アクティブアンテナアレイ・システムの受信側のブロック図の一例である。

【0017】

本発明の一以上の実施形態の詳細については、添付図面および以下の説明に記載されている。本発明のその他の特徴、目的、および利点は、本発明の説明、図面、および請求の範囲から明らかとなる。

【発明を実施するための形態】

【0018】

図１には、二つのアレイ素子に関する送受信装置の概略ブロック図が示されている。この図が示す二つの送受信（ＴＸＲＵ）モジュール１０ａおよび１０ｂは、ＲＦ送信チェーン１２ａ、１２ｂ（ここでは位相回転器または位相設定ブロック１４ａ、１４ｂおよびＴｘブロック１６ａ、１６ｂが相当する）と、ＲＦ受信チェーン１８ａ、１８ｂ（ここでは位相回転器または位相設定ブロック２０ａ、２０ｂおよびＲｘブロック２２ａ、２２ｂが相当する）と、送信チェーンおよび受信チェーンをアンテナ素子３２ａ、３２ｂに接続する送受切換え器２６ａ、２６ｂとをそれぞれ備えている。ＲＦチェーンでは、特にＤＡ変換、ＡＤ変換、アップコンバージョン、およびダウンコンバージョン動作が行われる。上位送受信装置１０ａは、位相を変化させることはなく、さらなる位相シフトを加えることもない（この点に関しては、後に述べる理由により明らかになることではあるが、本例において、位相遅延素子３０ａによる送受切換え器２６ａとアンテナ素子３２ａとの間での位相シフトは０度である）。下位送受信装置１０ｂは、送受切換え器２６ｂとアンテナ素子３２ｂとの間の二重回線上の位相遅延を９０°とする位相遅延素子３０ｂを備えている。この位相遅延は、ある周波数で位相を９０°シフトさせる四分の一波長線によって生じさせることができる。あるいは、広帯域の周波数にわたって位相を９０°シフトさせる、より複雑なＲＦネットワークを利用することも可能である。

【0019】

ＴＸＲＵ１０ｂ内の位相遅延素子３０ｂによって生じる位相遅延は、二重回線上の送信信号および受信信号の両方において見られる。この位相遅延は、位相回転器１４ｂおよび２０ｂによって補償される。位相回転器１４ｂおよび２０ｂは、任意のフェーズドアレイ・システムにとって不可欠な要素であり、この場合、各アンテナ素子において送信信号が全て同相で現れること、そして受信結合器（または集約ネットワーク）３４の入力部において受信信号が同相で現れることを保証する。言い換えれば、位相回転器１４ｂおよび２０ｂは、送信信号および受信信号の位相を＋９０度シフトさせる。しかしながら、第１の送受信装置１０ａと第２の送受信装置１０ｂとの違いは、受信位相結合器３４の出力部において送受信装置の対からの残留送信信号が現れる位相に存在する。上位送受信装置１０ａからの残留送信信号は、送信経路と受信経路とのいずれにおいても位相シフトされないので、位相シフトしていない状態で受信結合器３４の出力部に現れる。下位送受信装置１０ｂからの残留送信信号は、送信チェーン１２ｂでの位相回転、そして受信チェーン１８ｂでの位相回転という二つの位相回転を経験するので、上位送受信装置１０ａとは１８０°位相がずれた状態で受信結合器３４の出力部に現れ、その結果、残留送信信号がキャンセルされる。

【0020】

位相遅延素子が図１に示すようなものである場合、二つの送受信モジュール内の各位置における信号は、次の通りである。上位送受信装置１０ａ内の送受切換え器２６ａに送られる送信信号をＳ１ｔｘとすると、アンテナ素子３２ａに送られる信号は、Ｓ１ｔｘであり、受信経路に漏出する残留信号は、αＳ１ｔｘである。ここで、αは、送受切換え器２６ａの送信側から受信側への接続時の測定値である。受信信号をＳ１ｒｘとすると、送受切換え器２６ａの受信回線上の信号は、Ｓ１ｒｘであり、受信チェーン１８ａの出力部においてβＳ１ｒｘである。ここで、βは、適用されたアナログビーム形成プリコーディング重みによって決定される受信チェーン１８ａによるゲインの測定値である。同様に、受信チェーン１８ａの出力部に現れる残留送信信号は、αβＳ１ｔｘである。

【0021】

下位送受信装置１０ｂでは、送受切換え器２６ｂに送られる送信信号は、Ｓ２ｔｘ＋９０°であり、アンテナ素子３２ｂに送られる信号は、希望に応じてＳ２ｔｘ＋９０°－９０°あるいはＳ２ｔｘである。受信経路に漏出する残留信号は、αＳ２ｔｘ＋９０°である。受信信号をＳ２ｒｘとすると、送受切換え器２６ｂの受信回線上の信号は、Ｓ２ｒｘ－９０°であり、受信チェーン１８ｂの出力部において、希望に応じてβＳ２ｒｘ＋９０°－９０°あるいはβＳ２ｔｘである。同様に、受信チェーンの出力部に現れる残留送信信号は、上位送受信装置１０ａ内の受信チェーン１８ａの出力部に現れる残留送信信号とは１８０°位相がずれたαβＳ２ｔｘ＋９０°＋９０°あるいはαβＳ２ｔｘ＋１８０°である。

【0022】

二つの受信信号から得られた信号が集約ネットワークまたは信号結合ネットワーク３４によって結合される場合、その結果はβＳ１ｒｘ＋βＳ２ｒｘで表される。結合後の残留信号は、αβＳ１ｔｘ＋（αβＳ２ｔｘ＋１８０°）である。これはαβ（Ｓ１ｔｘ－Ｓ２ｔｘ）と等しい。位相のみを調整してビーム形成を行う場合、Ｓ１の大きさとＳ２の大きさとは等しく、結果はゼロになる（即ち、正味の残留信号はゼロになる）。一方、位相とゲインとの両方を調整してビーム形成を行う場合（例えば、振幅を漸減させることで、結果として得られるビームのサイドローブを低減する場合）、Ｓ１≒Ｓ２となり、結果は、ほぼゼロになる。この場合でも、同相の信号を加えることに比べて大幅な改善が見込める。

【0023】

なお、四分の一波長線を用いて送受切換え器２６ｂとアンテナ素子３２ｂとの間に位相遅延素子３０ｂを設けた場合、その結果生じる位相差は、四分の一波長線が設計された周波数からオフセットした周波数に対して変化量が小さい。しかしながら、その結果結合器ネットワーク３４の入力部において生じるキャンセル量は、依然として大きい。

【0024】

このような対の素子によるキャンセルをアレイ全体にわたって行うことで、結果として生じる残留送信信号は、受信結合器の出力部において最小限に抑えられる。このキャンセルを行わない場合には、相関残留送信信号が素子数に対して直線的に加わることになり、その結果、受信結合器の出力部において１０ｌｏｇＮの残留出力が付加され、受信感度の低下を招いてしまう恐れがある。

【0025】

なお、全ての受信信号（送受切換え器２６ａ、２６ｂを通じて漏出する不要な残留信号を含む）は、受信結合器に現れる。従って、残留信号のうち半分が９０°の位相遅延を生じ、残りの半分がこのような位相遅延を生じない場合（即ち、残留信号のうち半分は位相が０°で、残りの半分は位相が１８０°である場合）、全面的またはほぼ全面的なキャンセルが行われることになる。どのアンテナ素子が位相遅延を受け、どのアンテナ素子が位相遅延を受けないかを選ぶにあたっては、多くの可能性が考えられる。例えば、アレイ中のアンテナ素子を一つおきに選択して位相遅延を生じさせることも可能であるし、あるいはアレイの一つおきの横列（または縦列）内の全てのアンテナ素子を選択することも可能である。アンテナアレイがアンテナ・サブパネルのアレイで構成されている場合、アンテナ・サブパネルの設計方法および／または組立方法に応じて、部分的に選択を行ってもよい。

【0026】

また、数値的に同じ結果を生じる位相遅延の他の組み合わせも存在するが、それらを実行することは現実的ではないかもしれない。一般的に、送受切換え器とアンテナ素子との間に生じる位相シフトは、Φ＝－（２ｎ＋１）９０°（ここで、ｎは整数）で表すことができる。この場合、受信チェーンおよび送信チェーン内で生じる位相シフトは、－Φで表される。結果として生じる残留送信信号は、受信チェーンの出力部にαβＳ２ｔｘ＋２（２ｎ＋１）９０°として現れるが、αβＳ２ｔｘ＋４ｎ９０°＋２ｘ９０°＝αβＳ２ｔｘ＋ｎ３６０°＋１８０°で表すこともできる。従って、この場合も、結果として生じる残留信号は、受信チェーンの出力部において、他の受信チェーンが出力する残留信号とは１８０°位相がずれる。

【0027】

基本原理は、以下のように要約することができる。残留送信信号の往復の位相オフセットは、位相シフトされる素子（素子のうち半分）について１８０度（またはほぼ１８０度）である必要がある。送信位相シフトは、送信側の入力部から対応するアンテナ素子まで正味０度でなければならない。そして、受信位相シフトは、対応するアンテナ素子から受信結合器（即ち、受信チェーンの出力部）まで正味０度でなければならない。

【0028】

図２は、対になった素子によってキャンセルを行う送受信装置のブロック図であり、アレイ中の全ての素子の信号が十分に相関するとともにコヒーレントになるように、送信経路および受信経路の位相を調整する較正ループがさらに設けられている。受信側の較正ループは、送受切換え器２６ｂの出力線上の信号をセンサ素子４０を介して検出して、フィードバック信号を位相設定素子２０ｂに供給するＲｘフィードバック・ネットワーク３６を備えている。送信側の較正ループは、送受切換え器２６ｂの出力線上の信号をセンサ素子４２を介して検出して、フィードバック信号を位相設定素子１４ｂに供給するＴｘフィードバック・ネットワーク３８を備えている。この場合、位相遅延素子３０ｂによる位相シフトは、較正ループ外で生じるので、補償を行うために送信経路および受信経路の位相回転器を手動で調整する必要がある。より具体的には、較正ループのフィードバックは、送受切換え器２６ｂと位相遅延素子３０ｂとの間の位置から行う。この解決策は、最適とは言えないものの実行可能である。

【0029】

なお、較正ループ内のＲｘフィードバック・ネットワーク３６およびＴｘフィードバック・ネットワーク３８は、公知の方法によって構成される。例えば、Ｍｉｈａｉ ＢａｎｕおよびＹｉｐｉｎｇ Ｆｅｎｇによって出願され、２０１９年３月５日に発行された“Ａｃｔｉｖｅ Ａｒｒａｙ Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ”と題する米国特許第１０，２２５，０６７号、およびＭｉｈａｉ Ｂａｎｕによって出願され、２０１８年６月２６日に発行された“Ｃａｌｉｂｒａｔｉｎｇ Ａ Ｓｅｒｉａｌ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ”と題する米国特許第１０，００９，１６５号に開示されている手法を参照されたい。両文献の全内容は、本明細書中に参照として組み入れられている。

【0030】

図３は、対になった素子によってキャンセルを行う送受信装置のブロック図であって位相遅延素子３０ｂを較正ループ内に有するものであり、フェーズドアレイ・システムによる較正の一部として自動的に補償が行われるようになっている。より具体的には、較正ループのフィードバックは、位相遅延素子３０ｂとアンテナ素子３２ｂとの間の位置から行う。

【0031】

図４は、対になった素子によってキャンセルを行う送受信装置のブロック図であり、位相遅延素子３０ｂを較正ループ外に設けているが、それと同等の位相シフト素子４４、４６をフィードバックループの一部として追加されている。この選択肢は、追加の位相シフト素子の後にフィードバック検出点を配置することが不利あるいは不可能であり得る場合について示している。

【0032】

上述の手法を実行可能なアナログ・フェーズドアレイ・システムの例を図５～図８に示す。

【0033】

図５を参照すると、アンテナアレイ１１０は、Ｍ個のアンテナ素子から構成された二次元アレイを含む。無線ヘッド１９０は、複数のフロントエンド・モジュール（ＴＸＲＵモジュール）２００を備えている。ＴＸＲＵモジュール２００の数は、アレイ中のアンテナ素子と同数（つまり、Ｍ個）である。ＴＸＲＵモジュール２００は、アンテナ素子ごとに設けられている。信号分配ネットワーク１９５がさらに設けられている。信号分配ネットワーク１９５には、ＩＦ分配・集約ネットワークと、ＬＯ信号分配ネットワークとが含まれている。信号分配ネットワーク１９５は、ＢＢＵからの送信信号をＴＸＲＵモジュール２００に送り、ＴＸＲＵモジュール２００から受信した信号をＢＢＵに送り、コヒーレント局部発振器の信号をＴＸＲＵモジュール２００に供給して、ＩＦ送信信号をＲＦ送信信号にアップコンバートするとともに、ＲＦ受信信号をＩＦ受信信号にダウンコンバートする。

【0034】

図６は、多素子アンテナアレイのうちの一つのアンテナ素子２１０に接続される回路のブロック図を示す。Ｍ個のアンテナ素子を有するアンテナアレイ・システムでは、この回路がアンテナ素子ごとに存在する。各アンテナ素子２１０に対しては、当該アンテナ素子２１０に接続されるフロントエンド・モジュール（ＴＸＲＵモジュール）２００が設けられている。フロントエンド・モジュールには、送信側と受信側とがある。送信側には、Ｎ個のアップコンバージョン・モジュール２０２と、電力増幅器（ＰＡ）２０６とが備えられている。受信側には、低雑音増幅器（ＬＮＡ）２１２と、Ｎ個のダウンコンバージョン・モジュール２１６とが備えられている。Ｎ個のアップコンバージョン・モジュール２０２によって、アレイはＮ個の独立した送信ビームを発生させることができ、Ｎ個のダウンコンバージョン・モジュール２１６によって、アレイはＮ個の独立した受信ビームを発生させることができる（なお、ここで示した例の場合、一つのビームのみを発生可能である。即ち、Ｎ＝１である）。

【0035】

フロントエンド・モジュール２００は、送信側のＰＡ２０６からの駆動信号をアンテナ素子２１０と連結し、アンテナ素子２１０からの受信信号を受信側のＬＮＡ２１２と連結する送受切換え回路２０８をさらに備えている。アップコンバージョン・モジュール２０２の入力部は、図示しないベースバンド・ユニットからビーム送信信号ストリームＢｔ_１を受信するものである。ダウンコンバージョン・モジュール２１６の出力部は、ビーム受信信号ストリームＢｒ_１を出力するものである。

【0036】

図７は、アップコンバージョン・モジュール２０２をより詳細に示したアクティブアンテナアレイ・システムを図示している。図８は、ダウンコンバージョン・モジュール２１６をより詳細に示したアクティブアンテナアレイ・システムを図示している。現実問題として、個別に示すこれら二つのシステムは、同一のアクティブアンテナアレイ・システムとして実現されるものであるが、図の簡略化のために、これらのシステムをここでは個別に示している。図７のアクティブアンテナアレイ・システムは、アンテナアレイのＭ個の素子２１０によって発生された単一の送信ビームについて、一つの送信信号ストリームを送信する。同様に、図８のアクティブアンテナアレイ・システムは、アンテナアレイによって発生された単一の受信ビームパターンについて、一つストリームを受信する。

【0037】

Ｍ個のアップコンバージョン・モジュール２０２およびＭ個のダウンコンバージョン・モジュール２１６にコヒーレントな、または位相が同期したＬＯ（局部発振器）信号を分配するＬＯ分配ネットワーク２２０が設けられている。図７に示すように、各アップコンバージョン・モジュール２０２にＩＦ送信信号を送るＩＦ分配ネットワーク２２４がさらに設けられている。そして、図８に示すように、各ダウンコンバージョン・モジュール２１６から受信した信号を集約するＩＦ集約ネットワーク２２６が設けられている。

【0038】

分配・集約ネットワークは、信号をコヒーレントに分配・集約する電気的に同一な複数の経路を有する受動線形相互ネットワークであってもよい。または、これらのネットワークのうちの一つ以上を、２００８年７月２１日に出願された“Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｕｌｔｉ－Ｐｏｉｎｔ Ｓｉｇｎａｌ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｐｈａｓｅ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄ Ｌｏｃａｌ Ｃａｒｒｉｅｒｓ”と題する米国特許第８，２５９，８８４号および２０１１年６月３０日に出願された“Ｌｏｗ Ｃｏｓｔ，Ａｃｔｉｖｅ Ａｎｔｅｎｎａ Ａｒｒａｙｓ”と題する米国特許第８，６２２，９５９号に記載されている双方向信号網や、２０１６年９月８日に出願された“Ｃａｌｉｂｒａｔｉｎｇ ａ Ｓｅｒｉａｌ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ”と題する米国特許第９，６７３，９６５号に記載されているシリアル相互接続による手法を用いることで実現してもよい。これら全ての文献の内容は、本明細書中に参照として組み入れられている。

【0039】

一般的に、各アップコンバージョン・モジュール２０２は、混合器２０３と、各種の振幅設定回路（Ａ）および位相設定回路（Ｐ）とを備えている。ＬＯ信号および分配ＩＦ送信信号ストリームは、共に混合器２０３に供給される。混合器２０３は、ＩＦ送信信号ストリームをＲＦ送信信号ストリームにアップコンバートする。ＲＦ送信信号ストリームは、電力増幅器２０６に供給される。同様に、各ダウンコンバージョン・モジュール２１６も、混合器２１７と、各種の振幅設定回路（Ａ）および位相設定回路（Ｐ）とを備えている。ダウンコンバージョン・モジュール２１６内の混合器２１７は、ＬＯ分配ネットワーク２２０によって供給されたＬＯ信号と、アンテナ素子２１０に接続される低雑音増幅器２１２から受信したＲＦ信号ストリームとを乗算し、ダウンコンバートしたＩＦ受信信号ストリームを生成する。ダウンコンバートしたＩＦ信号ストリームは、ＩＦ集約ネットワーク２２６に供給され、他のアンテナ素子からのＩＦ受信信号ストリームと集約されるとともに基地局に転送される。

【0040】

振幅設定回路Ａおよび位相設定回路Ｐは、個々のアンテナ信号の相対位相あるいは振幅を変化させ、これにより、アンテナアレイによって生じる送信および受信ビームパターンのサイズ、方向、および強度を設定するために使用される（なお、アンテナアレイにおいて、送信ビームは、アンテナアレイによって生じる照射パターンである。この照射パターンは、アンテナアレイの前方において測定可能である。一方、受信ビームは、アンテナアレイによって生じる照射パターンではなく、アンテナ感度のパターンである。このような違いがあるにも関わらず、両者は共に「ビーム」と一般に呼ばれる）。基本的に、振幅設定回路は、入力信号の振幅に対する出力信号の振幅の比率がプログラム可能であるとともに電子的な制御によって設定される可変利得増幅器に相当する。位相設定回路は、電子的な制御の下で入力信号の位相（または時間）をシフトさせることができる基本的な能力を有する。これらの振幅設定回路および位相設定回路は、別個の制御プロセッサ２１３から供給されるデジタル制御信号（ビーム形成プリコーディングベクトルとも呼ばれる）によって制御される。

【0041】

図７および図８に示す振幅設定回路および位相設定回路の類型は、基本的な送受信機能として、個々のアンテナ信号の振幅値および位相値を個別に制御できるようにする数多くの可能性のうちの一つに過ぎない。振幅設定回路および位相設定回路の数および位置は、図７および図８に示すものとは異なり得る。また、アップコンバージョン・モジュールおよびダウンコンバージョン・モジュール内には不図示の他の要素が存在し得るが、これらの要素は、当業者にとって周知であるため図示しない。これらの要素は、例えば、チャネルＩＦフィルタや自動利得調整器を含んでいてもよい。

【0042】

その他の実施形態も、以下の請求の範囲に含まれる。例えば、上述の実施形態では、ＲＦ送信チェーン内でＩＦ信号をＲＦ信号にアップコンバートし、この場合、送信チェーン内でのアップコンバージョン後（または受信チェーン内でのダウンコンバージョン前）に位相回転が行われる。しかし、アップコンバートされたＲＦ信号を信号分配ネットワークによって供給することも可能であり、その場合、送受信モジュール内では、アップコンバージョンおよびダウンコンバージョンは行われない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】