振幅及び位相検出装置
【課題】アレーアンテナを構成する各素子の電界ベクトルの振幅及び位相を、放送または通信サービスを休止することなく、精度高く検出する。
【解決手段】合成器１２は、変調波信号に無変調波信号を合成する。方向性結合器１３は、減衰器１１４、移相器１１５及び増幅器１１６の処理後の合成信号から、所定の低レベル信号を取り出す。切替器１４は、方向性結合器１３により取り出された全ての合成信号のうち２つの合成信号を選択し、１つを検出対象の信号とする。フィルタ１５は、２つの合成信号から無変調波信号を抽出する。検出用移相器１６は、検出対象の系統の無変調波信号の位相を離散的に３６０度回転させる。合成器１７は、位相が離散的に変化する無変調波信号と振幅及び位相が固定の無変調波信号を加算して合成する。振幅及び位相検出器１８は、合成された無変調波信号の電力に基づいて、ＲＥＶ法により検出対象素子の振幅及び位相を検出する。
【解決手段】合成器１２は、変調波信号に無変調波信号を合成する。方向性結合器１３は、減衰器１１４、移相器１１５及び増幅器１１６の処理後の合成信号から、所定の低レベル信号を取り出す。切替器１４は、方向性結合器１３により取り出された全ての合成信号のうち２つの合成信号を選択し、１つを検出対象の信号とする。フィルタ１５は、２つの合成信号から無変調波信号を抽出する。検出用移相器１６は、検出対象の系統の無変調波信号の位相を離散的に３６０度回転させる。合成器１７は、位相が離散的に変化する無変調波信号と振幅及び位相が固定の無変調波信号を加算して合成する。振幅及び位相検出器１８は、合成された無変調波信号の電力に基づいて、ＲＥＶ法により検出対象素子の振幅及び位相を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アレーアンテナの素子により形成される電界の振幅及び位相を検出し、所望のアンテナ指向性を形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アレーアンテナで使用される素子により形成される電界の振幅及び位相を検出する代表的な手法として、素子電界ベクトル回転法（以下、ＲＥＶ（Rotating element electric field vector）法という。）が広く利用されている（非特許文献１，２を参照）。
【０００３】
アレーアンテナの合成電界ベクトルは、アレーアンテナを構成する（アレーアンテナで使用する）各素子に形成された電界を合成することにより得られ、移相器を用いて１つの素子の位相を変化させると、その素子の電界ベクトルが回転し、合成電界ベクトルが変化する。ＲＥＶ法では、１つの素子の位相を変化させることで、合成電界ベクトルの振幅の変化を測定し、その測定結果に基づいて、その素子により形成される電界の振幅及び位相を検出する。
【０００４】
具体的には、ＲＥＶ法を用いる振幅及び位相検出装置は、以下の手順（ａ）〜（ｅ）によって、アレーアンテナを構成する各素子の電界の振幅及び位相を検出する。
（ａ）無変調の搬送波（無変調波）を伝送信号として入力し、アレーアンテナから放射された出力電力を測定する。
（ｂ）アレーアンテナを構成する全素子のうちの所定の１つの素子（検出対象素子）に対し、その電界ベクトルの位相を変化させ、離散的に３６０度回転させる。この間、検出対象素子以外の素子に対しては、振幅及び位相共に変化させずに固定とする。
（ｃ）全ての素子により構成されたアレーアンテナから放射された出力電力を測定する。
（ｄ）検出対象素子の電界ベクトルの位相を３６０度回転させた離散的な測定点から、出力電力の正弦特性または余弦特性の近似曲線を算出し、検出対象素子の相対振幅及び相対位相を検出する。
（ｅ）全ての素子に対して、素子毎に前記（ａ）〜（ｄ）の処理を繰り返し、全ての素子の相対振幅及び相対位相を検出する。
【０００５】
図８は、ＲＥＶ法による振幅及び位相の検出例を説明する図である。検出対象素子の電界ベクトルの位相を３６０度回転させた離散的な測定点から得られた出力電力の近似曲線が図８に示す曲線の場合、検出対象素子については、他の素子の合成出力に対して相対出力が１／４（−６ｄＢ）であり、同相となる相対位相が６０度であると検出される。
【０００６】
このように、所定の１つの検出対象素子における電界ベクトルの位相を変化させたときに、アレーアンテナの出力電力の変化を測定し、出力電力の最大値または最小値を与える位相、並びに出力電力の最大値及び最小値を求めることにより、検出対象素子の相対振幅及び相対位相を検出することができる。
【０００７】
図７は、従来のＲＥＶ法による振幅及び位相検出機能を有する放送／通信（放送または通信）衛星システムの概略構成を示す図である。この放送／通信衛星システム１０１は、アップリンク局１０２、放送衛星（または通信衛星）に設置された衛星中継器１０３、及びダウンリンク局１０４を備えて構成される。
【０００８】
アップリンク局１０２は、通常運用時、所定周波数の衛星放送波を用いて、放送衛星へ向けて放送波信号である変調波信号（放送または通信の情報が重畳された変調波信号）のアップリンクを行う。また、アップリンク局１０２は、アレーアンテナを構成する各素子の電界ベクトルの振幅及び位相を検出する場合（振幅及び位相検出時）、振幅及び位相を検出するための無変調波信号を放送衛星へ向けて送信する。
【０００９】
衛星中継器１０３は、通常運用時、アップリンク局１０２から変調波信号を受信し、電力増幅等の処理を行い、変調波信号をダウンリンク局１０４へ向けて送信する。また、衛星中継器１０３は、振幅及び位相検出時、アップリンク局１０２から無変調波信号を受信し、アレーアンテナを構成する全素子のうちの所定の１つの検出対象素子に対し、その電界ベクトルの位相を変化させ、離散的に３６０度回転させ、他の素子に対し、振幅及び位相共に変化させずに固定とする。そして、衛星中継器１０３は、無変調波信号をダウンリンク局１０４へ向けて送信する。
【００１０】
衛星中継器１０３は、受信用のアンテナ１１１、周波数変換器１１２、分配器１１３、所定数の減衰器１１４、所定数の移相器１１５、所定数の増幅器１１６、所定数の出力フィルタ１１７、所定数の放射素子１１８及び反射鏡１１９を備えている。減衰器１１４、移相器１１５、増幅器１１６、出力フィルタ１１７及び放射素子１１８における所定数は、送信用のアレーアンテナにおける構成部の系統数である。
【００１１】
周波数変換器１１２は、アンテナ１１１を介して受信した信号（変調波信号または無変調波信号）の周波数を所定の周波数に変換する。分配器１１３は、周波数変換器１１２により周波数が変換された信号を、送信用のアレーアンテナにおける系統へそれぞれ分配する。減衰器１１４は、分配器１１３により分配された信号のレベルが所定のレベルになるように、その電力を減衰する。
【００１２】
移相器１１５は、通常運用時、減衰器１１４によりレベルが減衰した変調波信号を入力し、所望のアンテナ指向性を得るための設計値に合わせるために、入力した変調波信号の振幅及び位相を調整する。一方、振幅及び位相検出時には、所定数の移相器１１５のうち、検出対象素子の系統の移相器１１５が、例えばアップリンク局１０２から送信されたコマンド信号に従って特定される。そして、特定された移相器１１５は、入力した無変調波信号の位相を変化させ、離散的に３６０度回転させる。この間、その他の素子における系統の移相器１１５は、入力した無変調波信号に対して振幅及び位相共に変化させずに固定とする。このような処理を、全ての系統の移相器１１５に対して順番に行う。
【００１３】
増幅器１１６は、通常運用時、移相器１１５から変調波信号を入力し、入力した変調波信号を増幅する。また、増幅器１１６は、振幅及び位相検出時、特定された１つの（検出対象素子の系統の）移相器１１５から、位相が離散的に変化した無変調波信号を入力し、入力した無変調波信号を増幅すると共に、その他の移相器１１５から、振幅及び位相が固定の無変調波信号を入力し、入力した無変調波信号を増幅する。ここで、振幅及び位相検出時には、単位帯域あたりの送信電力の上限値が決められているため、伝送する無変調波信号の出力レベルを低下させる必要があり、後述する図９に示す増幅器１１６の非線形特性において、出力が低いレベル（例えば、相対出力−３０ｄＢ付近）に制限されてしまうことから、通常運用時と同様の増幅処理は行われず、位相も変化してしまう。詳細については後述する。
【００１４】
出力フィルタ１１７は、通常運用時、所定の変調波信号のみを通過させ、振幅及び位相検出時、無変調波信号のみを通過させる。放射素子１１８は、通常運用時、変調波信号による電界ベクトルの電波を放射し、振幅及び位相検出時、無変調波信号による電界ベクトルの電波を放射する。このようにして、衛星中継器１０３から、通常運用時、変調波信号がダウンリンク局１０４へ向けて送信され、振幅及び位相検出時、無変調波信号がダウンリンク局１０４へ向けて送信される。
【００１５】
ダウンリンク局１０４は、通常運用時、衛星中継器１０３から変調波信号の受信を行う。また、ダウンリンク局１０４は、振幅及び位相検出時、衛星中継器１０３から無変調波信号を受信し、送信用のアレーアンテナを構成する検出対象素子について位相を３６０度回転させた離散的な測定点から出力電力を測定し、その出力電力の正弦特性または余弦特性の近似曲線を算出し、検出対象素子の相対振幅及び相対位相を検出する。送信用のアレーアンテナを構成する全ての素子に対し、素子毎に前記処理を行い、全ての素子の相対振幅及び相対位相を検出する。このようにして、ＲＥＶ法により、送信用のアレーアンテナを構成する全ての素子の振幅及び位相が検出される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】田中、松本、その他、“素子電界ベクトル回転法による衛星軌道上のフェーズドアレーの測定”、社団法人電子情報通信学会、電子情報通信学会論文誌、Ｂ−II、Ｖｏｌ．Ｊ８０−Ｂ−II、Ｎｏ．１、ｐｐ．６３−７２、１９９７年１月
【非特許文献２】織笠、佐藤、その他、“ＲＥＶ法による技術試験衛星VIII型搭載大型アンテナの電気性能評価実験”、社団法人電子情報通信学会、信学技法、IEICE Technical Report、A・P2010-55,SAT2010-16(2010-07)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、従来のＲＥＶ法により振幅及び位相を検出する場合には、無変調波信号を伝送する必要があるため、以下の課題（１）（２）が生じる。
【００１８】
（１）振幅及び位相の検出時には、通常運用時に使用する放送または通信の情報を重畳する変調波信号を伝送することができないため、放送または通信サービスを休止しなければならない。特に、地上放送及び衛星放送では、基本的に２４時間３６５日の運用が必要となるため、サービスを休止することができず、大きな制限となる。
【００１９】
（２）無線伝送システムにおける周波数の有効利用の観点から、隣接及び近接する周波数を利用する他の無線システムへの不要発射を適切に抑制するため、出力レベルが制限されており、一般的には単位帯域あたりの送信電力または電力束密度の上限が決められている。振幅及び位相検出時に無変調波信号を伝送する場合、狭い帯域に送信電力が集中する。一方、通常運用時に使用する変調波信号は、アプリケーションに応じた帯域幅を有している。このため、無変調波信号を伝送する場合には、単位帯域あたりの送信電力または電力束密度の制限を維持するため、変調波信号を伝送する場合に比べて、出力レベルを大幅に低減しなければならない。
【００２０】
しかしながら、アレーアンテナを備えた伝送装置の増幅器は、非線形特性を有するため、出力レベルに応じて位相も変化する。図９は、放送衛星または通信衛星に一般的に使用されている進行波管増幅器の特性例を示す図である。図９に示すように、進行波管増幅器は、非線形特性を有している。従来のＲＥＶ法では、振幅及び位相検出時において、出力を低いレベル（例えば、相対出力−３０ｄＢ）に制限しなければならないため、相対出力０ｄＢのレベルで動作する通常運用時と同じ状況の下で、進行波管増幅器の非線形特性を考慮した振幅及び位相を検出することができない。
【００２１】
また、従来のＲＥＶ法では、アレーアンテナから放射される出力電力を測定することから、以下の課題（３）（４）が生じる。
【００２２】
（３）出力レベルの低い素子について、その電界ベクトルの振幅及び位相を検出する場合、他の素子の合成出力に対する相対出力のレベルが著しく低下するため、測定点の変化が小さくなり、出力電力の正弦特性または余弦特性の近似曲線を特定するのが困難となる（前述の非特許文献２の第３５頁左欄及び図１４を参照）。図１０は、出力レベルの低い素子に対するＲＥＶ法による振幅及び位相の検出例を説明する図である。図１０の近似曲線が示すように、他の素子の合成出力に対する相対出力が１／１００（−２０ｄＢ）の素子に対し、その電界ベクトルの振幅及び位相を検出する場合、測定点の変化が少なく、測定精度によっては測定誤差を含んでしまう可能性がある。
【００２３】
（４）出力電力の測定結果は、伝搬環境の影響を受けてしまうから、伝搬損失の生じない測定環境が必要となる。例えば、図７に示した放送／通信衛星システム１０１の場合、ダウンリンクにおいて、降雨等による伝搬損失が発生している間は測定誤差が生じるため、振幅及び位相の検出が実施できないという制限につながる。
【００２４】
そこで、本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、アレーアンテナを構成する各素子の電界ベクトルの振幅及び位相を、放送等のサービスを休止することなく、精度高く検出可能な振幅及び位相検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
前記課題を解決するため、本発明による振幅及び位相検出装置は、放送または通信の情報が重畳した変調波信号の振幅及び位相を減衰器及び移相器にて調整し、前記減衰器及び移相器により調整された変調波信号を増幅器にて増幅することにより、所望のアンテナ指向性を形成したアレーアンテナから変調波信号を伝送する伝送装置に対し、前記アレーアンテナを構成する複数の素子のそれぞれにより形成される電界ベクトルの振幅及び位相を検出する振幅及び位相検出装置において、無変調波信号を生成する無変調波信号生成器と、前記無変調波信号生成器により生成された無変調波信号を前記変調波信号に合成し、合成信号を生成する合成器と、前記合成器により生成された合成信号が、前記アレーアンテナを構成する複数の素子の数に相当する複数の系統に分配され、前記減衰器及び移相器による調整処理及び前記増幅器による増幅処理を含む系統毎の処理にて生成された系統毎の合成信号を入力し、前記系統毎の合成信号のうち所定の２つの合成信号を選択して切り替えると共に、前記選択した２つの合成信号のうち１つの合成信号を検出対象の信号に設定する切替器と、前記切替器により選択された２つの合成信号のそれぞれから、前記変調波信号を遮断して無変調波信号を抽出するフィルタと、前記フィルタにより抽出された２つの無変調波信号のうち前記切替器により設定された検出対象の信号に対応する無変調波信号に対し、その位相を離散的に３６０度回転させる検出用移相器と、前記フィルタにより抽出された２つの無変調波信号のうち前記検出対象でない信号に対応する無変調波信号と、前記検出用移相器により位相が回転した無変調波信号とを加算して合成する合成器と、前記合成器により合成された無変調波信号の電力に基づいて、前記検出対象の信号に対応する素子の前記振幅及び位相を検出する振幅及び位相検出器と、を備えたことを特徴とする
【００２６】
また、本発明による振幅及び位相検出装置は、放送または通信の情報が重畳した変調波信号の振幅及び位相を減衰器及び移相器にて調整し、前記減衰器及び移相器により調整された変調波信号を増幅器にて増幅することにより、所望のアンテナ指向性を形成したアレーアンテナから変調波信号を伝送する伝送装置に対し、前記アレーアンテナを構成する複数の素子のそれぞれにより形成される電界ベクトルの振幅及び位相を検出する振幅及び位相検出装置において、無変調波信号を生成する無変調波信号生成器と、前記無変調波信号生成器により生成された無変調波信号を前記変調波信号に合成し、合成信号を生成する合成器と、前記合成器により生成された合成信号が、前記アレーアンテナを構成する複数の素子の数に相当する複数の系統に分配された際に、前記全ての系統の合成信号のうち検出対象の合成信号に対し、その振幅を調整しその位相を離散的に３６０度回転させると共に、前記検出対象でない合成信号に対し、その振幅及び位相を調整する減衰器及び位相器と、前記減衰器及び位相器による回転及び調整処理並びに前記増幅器による増幅処理を含む系統毎の処理にて生成された系統毎の合成信号を入力し、前記系統毎の合成信号のうち所定の２つの合成信号を選択して切り替えると共に、前記選択した２つの合成信号のうち１つの合成信号を前記検出対象の信号に設定する切替器と、前記切替器により選択された２つの合成信号のそれぞれから、前記変調波信号を遮断して無変調波信号を抽出するフィルタと、前記フィルタにより抽出された２つの無変調波信号を加算して合成する合成器と、前記合成器により合成された無変調波信号の電力に基づいて、前記検出対象の信号に対応する素子の前記振幅及び位相を検出する振幅及び位相検出器と、を備えたことを特徴とする。
【００２７】
また、本発明による振幅及び位相検出装置は、前記切替器が、前記入力した系統毎の合成信号のうち所定の１つの合成信号を基準信号とし、前記基準信号を含む２つの合成信号を選択すると共に、前記選択した２つの合成信号のうち、基準信号でない他の合成信号を検出対象の信号に設定する、ことを特徴とする。
【００２８】
また、本発明による振幅及び位相検出装置は、前記切替器が、前記入力した系統毎の合成信号のうち、前記合成信号の信号レベルが最も近い２つの合成信号を選択すると共に、前記選択した２つの合成信号のうち１つの合成信号を検出対象の信号に設定する、ことを特徴とする。
【００２９】
また、本発明による振幅及び位相検出装置は、前記減衰器及び移相器が、振幅、位相、または振幅及び位相を制御することにより、前記振幅及び位相を調整する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
以上のように、本発明によれば、アレーアンテナを構成する各素子の電界ベクトルの振幅及び位相を、放送等のサービスを休止することなく検出することが可能となる。また、各素子の電界ベクトルの振幅及び位相を精度高く検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施形態（実施例１）による放送／通信衛星システムの概略構成を示す図である。
【図２】実施例１の振幅及び位相検出処理の例を示すフローチャートである。
【図３】衛星中継器に備えた切替器が使用するテーブルの例を説明する図である。
【図４】本発明の第２の実施形態（実施例２）による放送／通信衛星システムの概略構成を示す図である。
【図５】実施例２の振幅及び位相検出処理の例を示すフローチャートである。
【図６】従来技術及び実施例１，２にて伝送する信号を説明する図である。
【図７】従来のＲＥＶ法による振幅及び位相検出機能を有する放送／通信衛星システムの概略構成を示す図である。
【図８】ＲＥＶ法による振幅及び位相の検出例を説明する図である。
【図９】放送衛星または通信衛星に一般的に使用されている進行波管増幅器の特性例を示す図である。
【図１０】出力レベルの低い素子に対するＲＥＶ法による振幅及び位相の検出例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて詳細に説明する。実施例１は、放送または通信の情報が重畳した変調波信号に、振幅及び位相を検出するために用いる無変調波信号を合成し、アレーアンテナを構成する全ての素子のうち２つの素子の系統における２つの合成信号を選択し、２つの合成信号から無変調波信号をそれぞれ抽出し、検出用移相器において検出対象素子の系統における無変調波信号の位相を離散的に３６０度回転させ、２つの無変調波信号を合成し、ＲＥＶ法を適用することで、アレーアンテナを構成する各素子に形成される電界ベクトルの振幅及び位相を検出する。実施例２は、検出用移相器を用いることなく、通常運用時に使用する複数の移相器のうちの１つの移相器を用いて、合成信号の位相を離散的に３６０度回転させ、位相を回転させた合成信号を含む２つの合成信号を選択し、２つの合成信号から無変調波信号をそれぞれ抽出し、２つの無変調波信号を合成し、ＲＥＶ法を適用することで、アレーアンテナを構成する各素子に形成される電界ベクトルの振幅及び位相を検出する。
【００３３】
図６は、従来技術及び実施例１，２にて伝送する信号を説明する図である。従来技術では、振幅及び位相検出時に、振幅及び位相を検出するために用いる無変調波信号が、アップリンク局１０２から衛星中継器１０３へ送信され、衛星中継器１０３からダウンリンク局１０４へ送信される。また、通常運用時に、放送または通信の情報が重畳した変調波信号が、アップリンク局１０２から衛星中継器１０３へ送信され、衛星中継器１０３からダウンリンク局１０４へ送信される。これに対し、実施例１，２では、振幅及び位相検出時においても、無変調波信号が、アップリンク局から衛星中継器へ、及び衛星中継器からダウンリンク局へ送信されない。通常運用時及び振幅及び位相検出時に、変調波信号が、アップリンク局から衛星中継器へ送信され、衛星中継器からダウンリンク局へ送信される。つまり、振幅及び位相の検出は、通常運用時に行われる。振幅及び位相検出時には、衛星中継器において、変調波信号に無変調波信号が合成され、合成信号から無変調波信号を遮断して変調波信号のみが抽出され、変調波信号がダウンリンク局へ送信される。また、合成信号から変調波信号を遮断して無変調波信号のみが抽出され、アレーアンテナを構成する各素子に形成される電界ベクトルの振幅及び位相が検出される。
【００３４】
これにより、アレーアンテナを構成する各素子の電界ベクトルの振幅及び位相の検出を、無変調波信号を送受信することなく通常運用時に実施するようにしたから、放送等のサービスを休止する必要がない。また、衛星中継器内部において変調波信号に無変調波信号を合成し、２つの素子に対する合成信号を選択して電力を算出し、振幅及び位相を検出するようにしたから、相対的な出力レベルが低下することがなく、測定点の変化も小さくならないから、測定誤差を低減することができ、伝搬環境の影響を受けることもない。したがって、振幅及び位相を精度高く検出することが可能となる。
【００３５】
〔実施例１〕
まず、実施例１について説明する。実施例１は、前述のとおり、変調波信号に無変調波信号を合成し、アレーアンテナを構成する全ての素子のうち２つの素子の系統における２つの合成信号を選択し、２つの合成信号から無変調波信号をそれぞれ抽出し、検出用移相器において検出対象素子の系統における無変調波信号の位相を離散的に３６０度回転させ、２つの無変調波信号を合成し、ＲＥＶ法を適用することで、アレーアンテナを構成する各素子に形成される電界ベクトルの振幅及び位相を検出する。
【００３６】
図１は、実施例１による振幅及び位相検出機能を有する放送／通信衛星システムの概略構成を示す図である。この放送／通信衛星システム１−１は、アップリンク局２、放送衛星（または通信衛星）に設置された衛星中継器（伝送装置）３−１、及びダウンリンク局４を備えて構成される。
【００３７】
アップリンク局２は、通常運用時、所定周波数の衛星放送波を用いて、放送衛星へ向けて放送波信号である変調波信号のアップリンクを行い、振幅及び位相検出時も同様に、変調波信号を送信する。図７に示した従来のアップリンク局１０２と図１のアップリンク局２とを比較すると、振幅及び位相検出時において、従来のアップリンク局１０２は、無変調波信号を送信するのに対し、アップリンク局２は、無変調波信号を送信することなく、通常運用時と同じ変調波信号を送信する点で相違する。
【００３８】
また、ダウンリンク局４は、通常運用時、衛星中継器３−１から放送波信号である変調波信号のダウンリンクを行い、振幅及び位相検出時も同様に、変調波信号を受信する。図７に示した従来のダウンリンク局１０４と図１のダウンリンク局４とを比較すると、振幅及び位相検出時において、従来のダウンリンク局１０４は、無変調波信号を受信するのに対し、ダウンリンク局４は、無変調波信号を受信することなく、通常運用時と同じ変調波信号を受信する点で相違する。振幅及び位相の検出が通常運用時に行われるからである。
【００３９】
衛星中継器３−１は、受信用のアンテナ１１１、周波数変換器１１２、無変調波信号生成器１１、合成器１２、分配器１１３、所定数の減衰器１１４、所定数の移相器１１５、所定数の増幅器１１６、所定数の方向性結合器１３、所定数の出力フィルタ１１７、所定数の放射素子１１８、反射鏡１１９、切替器１４、フィルタ１５、検出用移相器１６、合成器１７及び振幅及び位相検出器１８を備えている。実施例１による振幅及び位相検出装置は、衛星中継器３−１の構成部のうち、送信用のアレーアンテナを構成する全ての素子における電界ベクトルの振幅及び位相を検出する機能を有する構成部からなり、具体的には、無変調波信号生成器１１、合成器１２、方向性結合器１３、切替器１４、フィルタ１５、検出用移相器１６、合成器１７及び振幅及び位相検出器１８に相当する。減衰器１１４、移相器１１５、増幅器１１６、方向性結合器１３、出力フィルタ１１７及び放射素子１１８における所定数は、送信用のアレーアンテナにおける構成部の系統数である。図１に示す衛星中継器３−１の構成において、図７に示した従来の衛星中継器１０３の構成と共通する部分には図７と同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。
【００４０】
図７に示した従来の衛星中継器１０３と図１に示す衛星中継器３−１とを比較すると、両衛星中継器１０３，３−１共に、アンテナ１１１、周波数変換器１１２、分配器１１３、所定数の減衰器１１４、所定数の移相器１１５、所定数の増幅器１１６、所定数の出力フィルタ１１７、所定数の放射素子１１８及び反射鏡１１９を備えている点で同一である。これに対し、衛星中継器３−１は、従来の衛星中継器１０３の構成に加え、無変調波信号生成器１１、合成器１２、所定数の方向性結合器１３、切替器１４、フィルタ１５、検出用移相器１６、合成器１７及び振幅及び位相検出器１８を備えている点で相違する。
【００４１】
以下、振幅及び位相検出時の処理について説明する。図２は、実施例１の振幅及び位相検出処理の例を示すフローチャートである。無変調波信号生成器１１は、送信用のアレーアンテナを構成する各素子（放射素子１１８）により形成される電界ベクトルの振幅及び位相を検出するために、例えばアップリンク局２から送信されるコマンド信号に従って無変調波信号を生成し、生成した無変調波信号を合成器１２に出力する。
【００４２】
合成器１２は、周波数変換器１１２から周波数が変換された変調波信号を入力すると共に、無変調波信号生成器１１から無変調波信号を入力し、変調波信号に無変調波信号を合成する（ステップＳ２０１）。これにより、変調波信号の帯域外に無変調波信号が生成される。合成器１２により変調波信号に無変調波信号が合成された信号（合成信号）は、分配器１１３により、送信用のアレーアンテナを構成する素子の数に応じた系統毎に分配され、系統毎の減衰器１１４、移相器１１５及び増幅器１１６を介して方向性結合器１３へ入力される。
【００４３】
ここで、合成信号は、減衰器１１４及び移相器１１５により、所望のアンテナ指向性を得るための設計値に合わせるために、振幅及び位相が調整される。また、合成信号は、非線形特性を有する増幅器１１６により、単位帯域あたりの送信電力の上限値を超えない範囲で増幅され、高出力化される。一般的に、増幅器１１６としては、変調波信号の帯域より広い帯域で平坦な電気特性を有するものが使用されるため、変調波信号の帯域外に生成された無変調波信号も、変調波信号と同様の非線形特性にて出力される。
【００４４】
尚、通常運用時には、無変調波信号生成器１１から無変調波信号が出力されず、合成器１２は、周波数変換器１１２から入力した変調波信号をそのまま分配器１１３に出力する。
【００４５】
方向性結合器１３は、増幅器１１６により増幅された合成信号を入力し、合成信号から所定の低レベルの信号を取り出し、低レベルの合成信号を切替器１４に出力する（ステップＳ２０２）。これにより、送信用のアレーアンテナを構成する全ての素子に対応する低レベルの合成信号が取り出され、切替器１４に出力される。また、方向性結合器１３は、増幅器１１６から入力した合成信号をほとんど減衰させることなく、出力フィルタ１１７に出力する。
【００４６】
尚、後述する切替器１４、フィルタ１５、検出用移相器１６、合成器１７及び振幅及び位相検出器１８は、通常運用時には動作せず、振幅及び位相検出時には、例えばアップリンク局２から送信されるコマンド信号に従って、振幅及び位相を検出するために動作する。また、増幅器１１６により出力された合成信号を方向性結合器１３にて取り出し、この合成信号を用いて振幅及び位相を検出するのは、増幅器１１６が動特性を有し、様々な要因によってその特性が変動し、増幅器１１６よりも後段の出力フィルタ１１７等の構成部が静特性を有し、基本的にはその特性が変動しないからである。つまり、方向性結合器１３により取り出された合成信号を用いることにより、動特性を有する構成部の特性変化に応じた振幅及び位相を検出することができるからである。
【００４７】
切替器１４は、方向性結合器１３から、全素子数分（全系統）の合成信号をそれぞれ入力し、例えば図示しないテーブルを用いて、全ての合成信号のうち予め設定された２つの合成信号を選択して切り替え、切り替えた２つの信号をフィルタ１５に出力する（ステップＳ２０３）。また、切替器１４は、選択した２つの合成信号のうち１つの合成信号を検出対象の信号として設定する（ステップＳ２０４）。尚、切替器１４は、全ての合成信号のうち、信号レベル（電力または振幅）が最も近い２つの合成信号を選択して切り替えるようにしてもよい。
【００４８】
ここで、２つの合成信号のうち、後述するフィルタ１５を介して検出用移相器１６へ出力される合成信号（検出用移相器１６により位相が変化する無変調波信号）に対応する素子が、振幅及び位相の検出対象となる。
【００４９】
図３は、切替器１４が使用するテーブルの例を説明する図である。（ａ）は、所定の素子を基準として２つの合成信号を選択する、基準番号に基づいたテーブルの例を示し、（ｂ）は、信号レベルの近い素子を選択する、信号レベルに基づいたテーブルの例を示す。（ａ）（ｂ）のテーブルには、１つの検出対象素子について振幅及び位相を検出する毎に、２つの選択番号及び１つの検出対象番号が格納されている。選択番号は、切替器１４により全ての合成信号のうち２つの合成信号を選択するための素子番号である。検出対象番号は、選択番号により選択される２つの合成信号のうち、振幅及び位相の検出対象となる１つの合成信号を設定するための素子番号である。ｎは素子の数、すなわち送信用のアレーアンテナを構成する全要素の系統数を示す。
【００５０】
図３（ａ）のテーブルは、素子番号１を基準となる合成信号の素子番号とし、素子番号１を除く素子番号１〜ｎを、検出対象の素子番号としたものである。最初に（１）により、素子番号１，２の合成信号が選択され、素子番号２の合成信号が検出対象の信号となり、次に（２）により、素子番号１，３の合成信号が選択され、素子番号３の合成信号が検出対象の信号となる。同様にして、（ｎ−１）により、素子番号１，ｎの合成信号が選択され、素子番号ｎの合成信号が検出対象の信号となる。
【００５１】
図３（ｂ）のテーブルは、各合成信号の信号レベルが低い順の素子番号が「２，２０，１１，１３，・・・，４，２５」の場合に、信号レベルが低い順番に２つの素子番号を選択番号とし、そのうちの一方（信号レベルが高い方）の素子番号を検出対象番号としたものである。最初に（１）により、最も信号レベルの低い組合せの素子番号２，２０の合成信号が選択され、素子番号２０の合成信号が検出対象の信号となり、次に（２）により、信号レベルが素子番号２，２０より低い組合せの素子番号２０，１１の合成信号が選択され、素子番号１１の合成信号が検出対象の信号となる。同様にして、（ｎ−１）により、最も信号レベルの高い組合せの素子番号４，２５の合成信号が選択され、素子番号２５の合成信号が検出対象の信号となる。ここで、各合成信号の信号レベルは、減衰器１１４及び移相器１１５により調整される振幅及び位相に応じて一義的に決定される。したがって、設計時点で決定される各合成信号の信号レベルに従って、図３（ｂ）のテーブルが予め設定される。
【００５２】
切替器１４は、図３（ａ）または（ｂ）に示したテーブルから選択番号及び検出対象番号を読み出し、選択番号に従って、全ての合成信号のうち２つの合成信号を選択して切り替え、検出対象番号に従って、選択した２つの合成信号のうち１つの合成信号を検出対象の信号として設定し、選択した２つの合成信号をフィルタ１５に出力する。例えば、切替器１４は、図３（ａ）のテーブルから（１）の選択番号１，２及び検出対象番号２を読み出し、後述する振幅及び位相検出器１８により、検出対象番号２の素子に対する振幅及び位相の検出が完了した後、テーブルから（２）の選択番号１，３及び検出対象番号３を読み出し、後述する振幅及び位相検出器１８により、検出対象番号３の素子に対する振幅及び位相の検出が完了した後、テーブルから（３）の選択番号１，４及び検出対象番号４を読み出す。このように、切替器１４は、テーブルから（１）〜（ｎ−１）の選択番号及び検出対象番号を順番に読み出し、後述する振幅及び位相検出器１８は、検出対象番号の素子の振幅及び位相の検出を行うことにより、全ての素子における電界ベクトルの振幅及び位相が検出される。
【００５３】
尚、図３（ａ）（ｂ）はテーブルの一例であり、（ａ）では、基準となる合成信号の素子番号は１以外でもよく、（ｂ）では、信号レベルの高い順に（１）〜（ｎ−１）の素子番号を設定するようにしてもよい。また、（ｂ）では、２つの選択番号（素子番号）のうち、信号レベルが低い方の素子番号を検出対象番号に設定するようにしてもよい。また、これらのテーブルは、衛星中継器３−１の記憶手段に予め格納しておくようにしてもよいし、例えばアップリンク局２からのコマンド信号によって衛星中継器３−１へ送信し、記憶手段に格納するようにしてもよい。また、衛星中継器３−１の記憶手段に格納されたテーブル内の選択番号及び検出対象番号は、例えばアップリンク局２からのコマンド信号によって設定変更するようにしてもよい。
【００５４】
図１及び図２に戻って、フィルタ１５は、切替器１４から２つの合成信号を入力し、変調波信号を遮断するフィルタ処理をそれぞれ施して無変調波信号のみを抽出し、検出対象の合成信号から抽出した無変調波信号（検出対象素子の系統における無変調波信号）を検出用移相器１６に出力すると共に、他方の無変調波信号（検出対象素子以外の系統における無変調波信号）を合成器１７に出力する（ステップＳ２０５）。
【００５５】
検出用移相器１６は、フィルタ１５から一方の無変調波信号（検出対象素子の系統における無変調波信号）を入力し、その位相を離散的に３６０度回転させながら、位相が離散的に変化する無変調波信号を合成器１７に出力する（ステップＳ２０６）。
【００５６】
合成器１７は、検出用移相器１６から位相が離散的に変化する無変調波信号を入力すると共に、フィルタ１５から振幅及び位相が固定の無変調波信号を入力し、２つの無変調波信号を加算して合成し、合成した無変調波信号を振幅及び位相検出器１８に出力する（ステップＳ２０７）。
【００５７】
振幅及び位相検出器１８は、合成器１７から合成した無変調波信号を入力し、ＲＥＶ法を適用する。すなわち、振幅及び位相検出器１８は、入力した無変調波信号の電力に基づいて、正弦特性または余弦特性の近似曲線を算出し、検出対象素子の相対振幅及び相対位相を検出する（ステップＳ２０８）。
【００５８】
このようにして、切替器１４において選択される合成信号の組合せを変えることで（ステップＳ２０９）、送信用のアレーアンテナを構成する全ての素子における電界ベクトルの相対的な振幅及び位相が検出される。そして、例えばアップリンク局２は、衛星中継器３−１へコマンド信号を送信し、その応答として、振幅及び位相検出器１８から全ての素子における電界ベクトルの相対的な振幅及び位相を受信し、受信した振幅及び位相に基づいて、各素子の誤差を特定し、この誤差を吸収するように、衛星中継器３−１へコマンド信号を送信して減衰器１１４及び移相器１１５を制御する。これにより、アンテナ指向性を、所望の指向性に一層近づくよう改善することが可能となる。尚、振幅及び位相検出器１８は、検出した振幅及び位相に基づいて、各素子の誤差を特定し、この誤差を吸収するように、減衰器１１４及び移相器１１５を直接制御するようにしてもよい。
【００５９】
一方、方向性結合器１３によりほとんど減衰することなく出力された合成信号は、出力フィルタ１１７において、無変調波信号が遮断され、変調波信号のみが通過する。変調波信号は、放射素子１１８及び反射鏡１１９を介して、ダウンリンク局４へ無線伝送される。
【００６０】
以上のように、実施例１によれば、衛星中継器３−１の合成器１２は、変調波信号に無変調波信号を合成して合成信号を生成し、分配器１１３は、送信用のアレーアンテナを構成する素子の数に応じた系統毎に合成信号を分配し、方向性結合器１３は、減衰器１１４、移相器１１５及び増幅器１１６による処理後の合成信号から所定の低レベルの信号を取り出すようにした。そして、切替器１４は、図３（ａ）または（ｂ）に示したテーブルを用いて、方向性結合器１３により取り出された合成信号のうち２つの合成信号を選択して切り替え、選択した２つの合成信号のうち１つの合成信号を検出対象の信号として設定するようにした。そして、フィルタ１５は、２つの合成信号に対して変調波信号を遮断し、無変調波信号のみを抽出し、検出用移相器１６は、フィルタ１５により検出対象の合成信号から抽出された無変調波信号の位相を離散的に３６０度回転させ、合成器１７は、検出用移相器１６により位相が離散的に変化する無変調波信号と、フィルタ１５により抽出された、検出対象の信号でない無変調波信号とを加算して合成し、振幅及び位相検出器１８は、合成器１７により合成された無変調波信号の電力に基づいてＲＥＶ法を適用し、その電力の正弦特性または余弦特性の近似曲線を算出し、検出対象素子の相対振幅及び相対位相を検出するようにした。そして、切替器１４において選択される２つの合成信号の組合せを変えることで、送信用のアレーアンテナを構成する全ての素子における電界ベクトルの相対的な振幅及び位相を検出するようにした。
【００６１】
すなわち、衛星中継器３−１において、送信信号を生成する途中段階で、合成器１２が、無変調波信号を変調波信号の帯域外に生成し、変調波信号に無変調波信号を合成する。そして、合成信号に対し、振幅及び位相を検出するために、フィルタ１５が、変調波信号を遮断して無変調波信号のみを通過させる。一方、アレーアンテナにより無線伝送するために、出力フィルタ１１７が、無変調波信号を遮断して変調波信号のみを通過させる。これにより、通常運用時の変調波信号を伝送しながら、振幅及び位相を検出することができるから、振幅及び位相検出時に、放送等のサービスを休止する必要がない。したがって、発明が解決しようとする課題に示した（１）を解決することができる。
【００６２】
また、従来技術では、振幅及び位相検出時に、無変調波信号の出力レベルを低減する必要があり、増幅器１１６の出力が低いレベルに制限されてしまうことから、通常運用時と比べて位相が変化してしまう。これに対し、衛星中継器３−１では、出力レベルを低減する必要がないから、増幅器１１６の出力も制限されることがなく、通常運用時の位相と同じになり、位相が変化しない。これにより、通常運用時と同じ状況の下で、増幅器１１６における非線形特性を考慮した振幅及び位相を検出することができる。したがって、発明が解決しようとする課題に示した（２）を解決することができる。
【００６３】
また、従来技術では、アレーアンテナを構成する複数の素子のうち、１つの検出対象素子の系統における無変調波信号とその他の全ての素子の系統における無変調波信号とを合成する。これに対し、衛星中継器３−１では、１つの検出対象素子の系統における無変調波信号と他の１つの素子の系統における無変調波信号とを合成する。これにより、検出対象素子の他の素子に対する相対出力のレベルが低下することがなく、測定点の変化も小さくならないから、出力電力の正弦特性または余弦特性の近似曲線を的確に特定することができ、振幅及び位相を精度高く検出することができる。したがって、発明が解決しようとする課題に示した（３）を解決することができる。
【００６４】
また、従来技術では、振幅及び位相検出時に、アレーアンテナから放射される出力電力を測定する。これに対し、衛星中継器３−１では、アレーアンテナから放射される出力電力を測定することなく、衛星中継器３−１内部で２つの無変調波信号を合成して電力を測定する。これにより、降雨等にて伝搬損失が発生している伝搬環境等の影響を受けることなく、振幅及び位相を検出することができる。したがって、発明が解決しようとする課題に示した（４）を解決することができる。
【００６５】
さらに、実施例１によれば、切替器１４が、図３（ｂ）に示したテーブルを用いて、方向性結合器１３により取り出された合成信号のうち信号レベル（電力または振幅）が最も近い２つの合成信号を選択して切り替えるようにした場合、合成器１７により合成された無変調波信号の電力は、２つの無変調波信号が同じ位相のときに最大値となり、位相が逆のときに０に近くなる。これにより、信号レベルが最も近い２つの合成信号が選択された場合の電力は、信号レベルとは関係なく２つの合成信号が選択された場合（例えば図３（ａ）に示したテーブルを用いた場合）の電力よりも、測定点の変化が大きくなるから、振幅及び位相を一層精度高く検出することができる。
【００６６】
〔実施例２〕
次に、実施例２について説明する。実施例２は、前述のとおり、検出用移相器を用いることなく、通常運用時に使用する複数の移相器のうちの１つの移相器を用いて、合成信号の位相を離散的に３６０度回転させ、位相を回転させた合成信号を含む２つの合成信号を選択し、２つの合成信号から無変調波信号をそれぞれ抽出し、２つの無変調波信号を合成し、ＲＥＶ法を適用することで、アレーアンテナを構成する各素子に形成される電界ベクトルの振幅及び位相を検出する。
【００６７】
図４は、実施例２による振幅及び位相検出機能を有する放送／通信衛星システムの概略構成を示す図である。この放送／通信衛星システム１−２は、アップリンク局２、放送衛星（または通信衛星）に設置された衛星中継器（伝送装置）３−２、及びダウンリンク局４を備えて構成される。
【００６８】
図１に示した実施例１の放送／通信衛星システム１−１と図４に示す実施例２の放送／通信衛星システム１−２とを比較すると、両放送／通信衛星システム１−１，１−２共に、無変調波信号を送信しないで変調波信号のみを送信するアップリンク局２を備え、無変調波信号を受信しないで変調波信号のみを受信するダウンリンク局４を備えている点で同一である。一方、実施例２の放送／通信衛星システム１−２は、実施例１の放送／通信衛星システム１−１における衛星中継器３−１とは異なる衛星中継器３−２を備えている点で相違する。アップリンク局２及びダウンリンク局４については実施例１にて説明済みであるから、説明を省略する。
【００６９】
衛星中継器３−２は、受信用のアンテナ１１１、周波数変換器１１２、無変調波信号生成器１１、合成器１２、分配器１１３、所定数の減衰器１１４、所定数の移相器１９、所定数の増幅器１１６、所定数の方向性結合器１３、所定数の出力フィルタ１１７、所定数の放射素子１１８、反射鏡１１９、切替器１４、フィルタ１５、合成器１７及び振幅及び位相検出器１８を備えている。実施例２による振幅及び位相検出装置は、衛星中継器３−２の構成部のうち、送信用のアレーアンテナを構成する全ての素子における電界ベクトルの振幅及び位相を検出する機能を有する構成部からなり、具体的には、無変調波信号生成器１１、合成器１２、移相器１９、方向性結合器１３、切替器１４、フィルタ１５、合成器１７及び振幅及び位相検出器１８に相当する。減衰器１１４、移相器１９、増幅器１１６、方向性結合器１３、出力フィルタ１１７及び放射素子１１８における所定数は、送信用のアレーアンテナにおける構成部の系統数である。図４に示す実施例２の衛星中継器３−２の構成において、図１に示した実施例１の衛星中継器３−１の構成と共通する部分には図１と同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。
【００７０】
実施例１の衛星中継器３−１と実施例２の衛星中継器３−２とを比較すると、両衛星中継器３−１，３−２共に、アンテナ１１１、周波数変換器１１２、分配器１１３、減衰器１１４、増幅器１１６、出力フィルタ１１７、放射素子１１８、反射鏡１１９、無変調波信号生成器１１、合成器１２、方向性結合器１３、切替器１４、フィルタ１５、合成器１７及び振幅及び位相検出器１８を備えている点で同一である。一方、衛星中継器３−１は、通常運用時並びに振幅及び位相決定時において振幅及び位相を調整する所定数の移相器１１５、及び検出対象素子の系統における無変調波信号の位相を離散的に３６０度回転させる検出用移相器１６を備えているのに対し、衛星中継器３−２は、通常運用時において振幅及び位相を調整する所定数の移相器１９を備え、振幅及び位相検出時において所定数の移相器１９のうちの１つの移相器が、合成信号の位相を離散的に３６０度回転させる点で相違する。
【００７１】
実施例１の衛星中継器３−１では、通常運用時に使用する移相器１１５とは別に、振幅及び位相検出時に使用する検出用移相器１６を備えることにより、検出対象素子の系統における無変調波信号の位相を離散的に３６０度回転させ、検出対象素子の電界ベクトルの振幅及び位相を検出するのに対し、実施例２の衛星中継器３−２では、通常運用時に使用する移相器１９を振幅及び位相検出時にも使用することにより、検出対象素子の系統における合成信号の位相を離散的に３６０度回転させ、検出対象素子の電界ベクトルの振幅及び位相を検出する。実施例２の衛星中継器３−２では、例えば、数百から数千の素子を使用するアレーアンテナ等において、１つの素子がアンテナ指向性の形成に寄与する割合が小さい場合に適用があり、実施例１の衛星中継器３−１に備えた検出用移相器１６を省略することができる。
【００７２】
以下、振幅及び位相検出時の処理について説明する。図５は、実施例２の振幅及び位相検出処理を示すフローチャートである。実施例１と同様に、無変調波信号生成器１１は、例えばアップリンク局２から送信されるコマンド信号に従って、無変調波信号を生成して合成器１２に出力し、合成器１２は、周波数変換器１１２から周波数が変換された変調波信号を入力すると共に、無変調波信号生成器１１から無変調波信号を入力し、変調波信号に無変調波信号を合成し、合成信号を生成する（ステップＳ５０１）。これは、図２に示した実施例１の振幅及び位相検出処理のフローチャートにおけるステップＳ２０１と同様である。
【００７３】
尚、実施例１と同様に、通常運用時には、無変調波信号生成器１１から無変調波信号が出力されず、合成器１２は、周波数変換器１１２から入力した変調波信号をそのまま分配器１１３に出力する。
【００７４】
切替器１４は、例えば図３（ａ）または（ｂ）に示したテーブルから検出対象番号を読み出し、所定数の移相器１９のうちの検出対象番号が示す移相器を、検出対象の合成信号を処理する移相器として特定する（ステップＳ５０２）。そして、切替器１４は、特定した移相器に対して位相回転指令を出力し、特定された移相器は、切替器１４から位相回転指令を入力し、減衰器１１４から入力した合成信号の位相を離散的に３６０度回転させながら、位相が変化する合成信号を同じ系統の増幅器１１６に出力する（ステップＳ５０３）。その他の移相器１９では、通常運用時において所望のアンテナ指向性が得られる設計値に合わせるように、入力した合成信号の振幅及び位相が調整される。また、合成信号は、増幅器１１６により高出力化される。
【００７５】
尚、切替器１４、フィルタ１５、合成器１７及び振幅及び位相検出器１８は、通常運用時には動作せず、振幅及び位相検出時には、例えばアップリンク局２から送信されるコマンド信号に従って振幅及び位相を検出するために動作する。
【００７６】
方向性結合器１３は、図２のステップＳ２０２と同様に、増幅器１１６により増幅された合成信号を入力し、合成信号から所定の低レベルの信号を取り出し、低レベルの合成信号を切替器１４に出力する（ステップＳ５０４）。これにより、送信用のアレーアンテナを構成する全ての素子に対応する低レベルの合成信号が取り出され、切替器１４に出力される。また、方向性結合器１３は、増幅器１１６から入力した合成信号をほとんど減衰させることなく、出力フィルタ１１７に出力する。
【００７７】
切替器１４は、図２のステップＳ２０３と同様に、方向性結合器１３から、全素子数分の合成信号を入力し、例えば図３（ａ）または（ｂ）のテーブルから選択番号を読み出し、全ての合成信号のうちの選択番号が示す２つの合成信号を選択して切り替え、選択した２つの信号をフィルタ１５に出力する（ステップＳ５０５）。また、切替器１４は、図２のステップＳ２０４と同様に、テーブルから検出対象番号を読み出し、選択した２つの合成信号のうちの検出対象番号が示す１つの合成信号を検出対象の信号として設定する（ステップＳ５０６）。
【００７８】
フィルタ１５は、図２のステップＳ２０５と同様に、切替器１４から２つの合成信号を入力し、変調波信号を遮断するフィルタ処理をそれぞれ施して無変調波信号のみを抽出し、２つの無変調波信号（検出対象素子の系統における位相が離散的に変化する無変調波信号、及び検出対象素子以外の素子の系統における振幅及び位相が固定の無変調波信号）を合成器１７に出力する（ステップＳ５０７）。
【００７９】
合成器１７は、図２のステップＳ２０７と同様に、フィルタ１５から２つの無変調波信号を入力し、２つの無変調波信号を加算して合成し、振幅及び位相検出器１８に出力する（ステップＳ５０８）。
【００８０】
振幅及び位相検出器１８は、図２のステップＳ２０８と同様に、合成器１７により合成された無変調波信号の電力に基づいて、ＲＥＶ法を適用して電力の正弦特性または余弦特性の近似曲線を算出し、検出対象素子の相対振幅及び相対位相を検出する（ステップＳ５０９）。
【００８１】
このようにして、図２のステップＳ２０９と同様に、切替器１４において選択される合成信号の組合せを変えることで（ステップＳ５１０）、送信用のアレーアンテナを構成する全ての素子における電界ベクトルの相対的な振幅及び位相が検出される。そして、実施例１と同様に、ダウンリンク局４が、コマンド信号の応答として、全ての素子における電界ベクトルの相対的な振幅及び位相を受信し、受信した振幅及び位相に基づいて、各素子の誤差を特定する。この誤差を吸収するように、アップリンク局２が、衛星中継器３−２へコマンド信号を送信して減衰器１１４及び移相器１９を制御する。これにより、アンテナ指向性を、所望の指向性に一層近づくよう改善することが可能となる。尚、振幅及び位相検出器１８が、検出した振幅及び位相に基づいて、各素子の誤差を特定し、この誤差を吸収するように、減衰器１１４及び移相器１９を直接制御するようにしてもよい。
【００８２】
以上のように、実施例２によれば、衛星中継器３−２の合成器１２は、変調波信号に無変調波信号を合成して合成信号を生成し、分配器１１３は、送信用のアレーアンテナを構成する素子の数に応じた系統毎に合成信号を分配し、所定数の移相器１９のうち、図３（ａ）または（ｂ）に示したテーブルを用いて特定された、検出対象素子の系統における１つの移相器は、合成信号の位相を離散的に３６０度回転させ、方向性結合器１３は、減衰器１１４、移相器１９及び増幅器１１６による処理後の合成信号から所定の低レベルの信号を取り出すようにした。そして、切替器１４は、図３（ａ）または（ｂ）に示したテーブルを用いて、方向性結合器１３により取り出された合成信号のうち２つの合成信号を選択して切り替え、選択した２つの合成信号のうち１つの合成信号を検出対象の信号として設定するようにした。そして、フィルタ１５は、２つの合成信号に対して変調波信号を遮断し、無変調波信号のみを抽出し、合成器１７は、２つの無変調波信号を加算して合成し、振幅及び位相検出器１８は、合成器１７により合成された無変調波信号の電力に基づいてＲＥＶ法を適用し、その電力の正弦特性または余弦特性の近似曲線を算出し、検出対象素子の相対振幅及び相対位相を検出するようにした。そして、切替器１４において選択される２つの合成信号の組合せを変えることで、送信用のアレーアンテナを構成する全ての素子における電界ベクトルの相対的な振幅及び位相を検出するようにした。これにより、実施例１と同様の効果を奏する。また、振幅及び位相を検出するための検出用移相器を、通常運用時に使用する移相器１９とは別に設ける必要がないから、実施例１に比べて簡易な構成を実現することができる。
【００８３】
近年、電力の有効利用、周波数資源の有効活用等の観点から、アレーアンテナを活用するシステムが研究開発されている。例えば、２００６年に打ち上げられた技術試験衛星「ＥＴＳ−ＶＩＩＩ（きく８号）」及び２００８年に打ち上げられた超高速インターネット衛星「ＷＩＮＤＳ（きずな）」では、アレーアンテナを搭載し、実証実験が行われている。また、本出願人である日本放送協会にて検討している２１ＧＨｚ帯を使用する放送衛星では、降雨による電波減衰に応じて適応的にアンテナ指向特性を変化させるためのアレーアンテナを搭載する研究開発を行っている。
【００８４】
今後、アレーアンテナを搭載した放送衛星または通信衛星等において、情報伝送を行うサービスを展開する場合、信頼度の高い振幅及び位相の検出を基にしたアンテナ指向性の改善、振幅及び位相の検出に伴うサービス休止期間の回避は重要な課題となる。前述の実施例１，２によって、このような課題を解決することができる。
【００８５】
以上、実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、移相器１１５，１９は、所望のアンテナ指向性を得ることが可能な所定の設計値に合わせるために、入力した信号の振幅及び位相を調整するようにしたが、入力した信号の振幅及び位相を制御することにより、振幅及び位相を調整する場合に限らず、振幅のみを制御することにより、または、位相のみを制御することにより、振幅及び位相を調整する場合にも適用がある。また、前記実施例１，２では、衛星中継器３−１，３−２の例を挙げて説明したが、本発明は、伝送装置の対象として、放送衛星に設置された衛星中継器３−１，３−２に限定されるものではなく、アレーアンテナを備えた伝送装置であればよい。例えば、地上に設置された伝送装置にも適用がある。
【符号の説明】
【００８６】
１−１，１−２ １０１ 放送／通信衛星システム
２，１０２ アップリンク局
３−１，３−２，１０３ 衛星中継器
４，１０４ ダウンリンク局
１１ 無変調波信号生成器
１２ 合成器
１３ 方向性結合器
１４ 切替器
１５ フィルタ
１６ 検出用移相器
１７ 合成器
１８ 振幅及び位相検出器
１９，１１５ 移相器
１１１ アンテナ
１１２ 周波数変換器
１１３ 分配器
１１４ 減衰器
１１６ 増幅器
１１７ 出力フィルタ
１１８ 放射素子
１１９ 反射鏡
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アレーアンテナの素子により形成される電界の振幅及び位相を検出し、所望のアンテナ指向性を形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アレーアンテナで使用される素子により形成される電界の振幅及び位相を検出する代表的な手法として、素子電界ベクトル回転法（以下、ＲＥＶ（Rotating element electric field vector）法という。）が広く利用されている（非特許文献１，２を参照）。
【０００３】
アレーアンテナの合成電界ベクトルは、アレーアンテナを構成する（アレーアンテナで使用する）各素子に形成された電界を合成することにより得られ、移相器を用いて１つの素子の位相を変化させると、その素子の電界ベクトルが回転し、合成電界ベクトルが変化する。ＲＥＶ法では、１つの素子の位相を変化させることで、合成電界ベクトルの振幅の変化を測定し、その測定結果に基づいて、その素子により形成される電界の振幅及び位相を検出する。
【０００４】
具体的には、ＲＥＶ法を用いる振幅及び位相検出装置は、以下の手順（ａ）〜（ｅ）によって、アレーアンテナを構成する各素子の電界の振幅及び位相を検出する。
（ａ）無変調の搬送波（無変調波）を伝送信号として入力し、アレーアンテナから放射された出力電力を測定する。
（ｂ）アレーアンテナを構成する全素子のうちの所定の１つの素子（検出対象素子）に対し、その電界ベクトルの位相を変化させ、離散的に３６０度回転させる。この間、検出対象素子以外の素子に対しては、振幅及び位相共に変化させずに固定とする。
（ｃ）全ての素子により構成されたアレーアンテナから放射された出力電力を測定する。
（ｄ）検出対象素子の電界ベクトルの位相を３６０度回転させた離散的な測定点から、出力電力の正弦特性または余弦特性の近似曲線を算出し、検出対象素子の相対振幅及び相対位相を検出する。
（ｅ）全ての素子に対して、素子毎に前記（ａ）〜（ｄ）の処理を繰り返し、全ての素子の相対振幅及び相対位相を検出する。
【０００５】
図８は、ＲＥＶ法による振幅及び位相の検出例を説明する図である。検出対象素子の電界ベクトルの位相を３６０度回転させた離散的な測定点から得られた出力電力の近似曲線が図８に示す曲線の場合、検出対象素子については、他の素子の合成出力に対して相対出力が１／４（−６ｄＢ）であり、同相となる相対位相が６０度であると検出される。
【０００６】
このように、所定の１つの検出対象素子における電界ベクトルの位相を変化させたときに、アレーアンテナの出力電力の変化を測定し、出力電力の最大値または最小値を与える位相、並びに出力電力の最大値及び最小値を求めることにより、検出対象素子の相対振幅及び相対位相を検出することができる。
【０００７】
図７は、従来のＲＥＶ法による振幅及び位相検出機能を有する放送／通信（放送または通信）衛星システムの概略構成を示す図である。この放送／通信衛星システム１０１は、アップリンク局１０２、放送衛星（または通信衛星）に設置された衛星中継器１０３、及びダウンリンク局１０４を備えて構成される。
【０００８】
アップリンク局１０２は、通常運用時、所定周波数の衛星放送波を用いて、放送衛星へ向けて放送波信号である変調波信号（放送または通信の情報が重畳された変調波信号）のアップリンクを行う。また、アップリンク局１０２は、アレーアンテナを構成する各素子の電界ベクトルの振幅及び位相を検出する場合（振幅及び位相検出時）、振幅及び位相を検出するための無変調波信号を放送衛星へ向けて送信する。
【０００９】
衛星中継器１０３は、通常運用時、アップリンク局１０２から変調波信号を受信し、電力増幅等の処理を行い、変調波信号をダウンリンク局１０４へ向けて送信する。また、衛星中継器１０３は、振幅及び位相検出時、アップリンク局１０２から無変調波信号を受信し、アレーアンテナを構成する全素子のうちの所定の１つの検出対象素子に対し、その電界ベクトルの位相を変化させ、離散的に３６０度回転させ、他の素子に対し、振幅及び位相共に変化させずに固定とする。そして、衛星中継器１０３は、無変調波信号をダウンリンク局１０４へ向けて送信する。
【００１０】
衛星中継器１０３は、受信用のアンテナ１１１、周波数変換器１１２、分配器１１３、所定数の減衰器１１４、所定数の移相器１１５、所定数の増幅器１１６、所定数の出力フィルタ１１７、所定数の放射素子１１８及び反射鏡１１９を備えている。減衰器１１４、移相器１１５、増幅器１１６、出力フィルタ１１７及び放射素子１１８における所定数は、送信用のアレーアンテナにおける構成部の系統数である。
【００１１】
周波数変換器１１２は、アンテナ１１１を介して受信した信号（変調波信号または無変調波信号）の周波数を所定の周波数に変換する。分配器１１３は、周波数変換器１１２により周波数が変換された信号を、送信用のアレーアンテナにおける系統へそれぞれ分配する。減衰器１１４は、分配器１１３により分配された信号のレベルが所定のレベルになるように、その電力を減衰する。
【００１２】
移相器１１５は、通常運用時、減衰器１１４によりレベルが減衰した変調波信号を入力し、所望のアンテナ指向性を得るための設計値に合わせるために、入力した変調波信号の振幅及び位相を調整する。一方、振幅及び位相検出時には、所定数の移相器１１５のうち、検出対象素子の系統の移相器１１５が、例えばアップリンク局１０２から送信されたコマンド信号に従って特定される。そして、特定された移相器１１５は、入力した無変調波信号の位相を変化させ、離散的に３６０度回転させる。この間、その他の素子における系統の移相器１１５は、入力した無変調波信号に対して振幅及び位相共に変化させずに固定とする。このような処理を、全ての系統の移相器１１５に対して順番に行う。
【００１３】
増幅器１１６は、通常運用時、移相器１１５から変調波信号を入力し、入力した変調波信号を増幅する。また、増幅器１１６は、振幅及び位相検出時、特定された１つの（検出対象素子の系統の）移相器１１５から、位相が離散的に変化した無変調波信号を入力し、入力した無変調波信号を増幅すると共に、その他の移相器１１５から、振幅及び位相が固定の無変調波信号を入力し、入力した無変調波信号を増幅する。ここで、振幅及び位相検出時には、単位帯域あたりの送信電力の上限値が決められているため、伝送する無変調波信号の出力レベルを低下させる必要があり、後述する図９に示す増幅器１１６の非線形特性において、出力が低いレベル（例えば、相対出力−３０ｄＢ付近）に制限されてしまうことから、通常運用時と同様の増幅処理は行われず、位相も変化してしまう。詳細については後述する。
【００１４】
出力フィルタ１１７は、通常運用時、所定の変調波信号のみを通過させ、振幅及び位相検出時、無変調波信号のみを通過させる。放射素子１１８は、通常運用時、変調波信号による電界ベクトルの電波を放射し、振幅及び位相検出時、無変調波信号による電界ベクトルの電波を放射する。このようにして、衛星中継器１０３から、通常運用時、変調波信号がダウンリンク局１０４へ向けて送信され、振幅及び位相検出時、無変調波信号がダウンリンク局１０４へ向けて送信される。
【００１５】
ダウンリンク局１０４は、通常運用時、衛星中継器１０３から変調波信号の受信を行う。また、ダウンリンク局１０４は、振幅及び位相検出時、衛星中継器１０３から無変調波信号を受信し、送信用のアレーアンテナを構成する検出対象素子について位相を３６０度回転させた離散的な測定点から出力電力を測定し、その出力電力の正弦特性または余弦特性の近似曲線を算出し、検出対象素子の相対振幅及び相対位相を検出する。送信用のアレーアンテナを構成する全ての素子に対し、素子毎に前記処理を行い、全ての素子の相対振幅及び相対位相を検出する。このようにして、ＲＥＶ法により、送信用のアレーアンテナを構成する全ての素子の振幅及び位相が検出される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】田中、松本、その他、“素子電界ベクトル回転法による衛星軌道上のフェーズドアレーの測定”、社団法人電子情報通信学会、電子情報通信学会論文誌、Ｂ−II、Ｖｏｌ．Ｊ８０−Ｂ−II、Ｎｏ．１、ｐｐ．６３−７２、１９９７年１月
【非特許文献２】織笠、佐藤、その他、“ＲＥＶ法による技術試験衛星VIII型搭載大型アンテナの電気性能評価実験”、社団法人電子情報通信学会、信学技法、IEICE Technical Report、A・P2010-55,SAT2010-16(2010-07)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、従来のＲＥＶ法により振幅及び位相を検出する場合には、無変調波信号を伝送する必要があるため、以下の課題（１）（２）が生じる。
【００１８】
（１）振幅及び位相の検出時には、通常運用時に使用する放送または通信の情報を重畳する変調波信号を伝送することができないため、放送または通信サービスを休止しなければならない。特に、地上放送及び衛星放送では、基本的に２４時間３６５日の運用が必要となるため、サービスを休止することができず、大きな制限となる。
【００１９】
（２）無線伝送システムにおける周波数の有効利用の観点から、隣接及び近接する周波数を利用する他の無線システムへの不要発射を適切に抑制するため、出力レベルが制限されており、一般的には単位帯域あたりの送信電力または電力束密度の上限が決められている。振幅及び位相検出時に無変調波信号を伝送する場合、狭い帯域に送信電力が集中する。一方、通常運用時に使用する変調波信号は、アプリケーションに応じた帯域幅を有している。このため、無変調波信号を伝送する場合には、単位帯域あたりの送信電力または電力束密度の制限を維持するため、変調波信号を伝送する場合に比べて、出力レベルを大幅に低減しなければならない。
【００２０】
しかしながら、アレーアンテナを備えた伝送装置の増幅器は、非線形特性を有するため、出力レベルに応じて位相も変化する。図９は、放送衛星または通信衛星に一般的に使用されている進行波管増幅器の特性例を示す図である。図９に示すように、進行波管増幅器は、非線形特性を有している。従来のＲＥＶ法では、振幅及び位相検出時において、出力を低いレベル（例えば、相対出力−３０ｄＢ）に制限しなければならないため、相対出力０ｄＢのレベルで動作する通常運用時と同じ状況の下で、進行波管増幅器の非線形特性を考慮した振幅及び位相を検出することができない。
【００２１】
また、従来のＲＥＶ法では、アレーアンテナから放射される出力電力を測定することから、以下の課題（３）（４）が生じる。
【００２２】
（３）出力レベルの低い素子について、その電界ベクトルの振幅及び位相を検出する場合、他の素子の合成出力に対する相対出力のレベルが著しく低下するため、測定点の変化が小さくなり、出力電力の正弦特性または余弦特性の近似曲線を特定するのが困難となる（前述の非特許文献２の第３５頁左欄及び図１４を参照）。図１０は、出力レベルの低い素子に対するＲＥＶ法による振幅及び位相の検出例を説明する図である。図１０の近似曲線が示すように、他の素子の合成出力に対する相対出力が１／１００（−２０ｄＢ）の素子に対し、その電界ベクトルの振幅及び位相を検出する場合、測定点の変化が少なく、測定精度によっては測定誤差を含んでしまう可能性がある。
【００２３】
（４）出力電力の測定結果は、伝搬環境の影響を受けてしまうから、伝搬損失の生じない測定環境が必要となる。例えば、図７に示した放送／通信衛星システム１０１の場合、ダウンリンクにおいて、降雨等による伝搬損失が発生している間は測定誤差が生じるため、振幅及び位相の検出が実施できないという制限につながる。
【００２４】
そこで、本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、アレーアンテナを構成する各素子の電界ベクトルの振幅及び位相を、放送等のサービスを休止することなく、精度高く検出可能な振幅及び位相検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
前記課題を解決するため、本発明による振幅及び位相検出装置は、放送または通信の情報が重畳した変調波信号の振幅及び位相を減衰器及び移相器にて調整し、前記減衰器及び移相器により調整された変調波信号を増幅器にて増幅することにより、所望のアンテナ指向性を形成したアレーアンテナから変調波信号を伝送する伝送装置に対し、前記アレーアンテナを構成する複数の素子のそれぞれにより形成される電界ベクトルの振幅及び位相を検出する振幅及び位相検出装置において、無変調波信号を生成する無変調波信号生成器と、前記無変調波信号生成器により生成された無変調波信号を前記変調波信号に合成し、合成信号を生成する合成器と、前記合成器により生成された合成信号が、前記アレーアンテナを構成する複数の素子の数に相当する複数の系統に分配され、前記減衰器及び移相器による調整処理及び前記増幅器による増幅処理を含む系統毎の処理にて生成された系統毎の合成信号を入力し、前記系統毎の合成信号のうち所定の２つの合成信号を選択して切り替えると共に、前記選択した２つの合成信号のうち１つの合成信号を検出対象の信号に設定する切替器と、前記切替器により選択された２つの合成信号のそれぞれから、前記変調波信号を遮断して無変調波信号を抽出するフィルタと、前記フィルタにより抽出された２つの無変調波信号のうち前記切替器により設定された検出対象の信号に対応する無変調波信号に対し、その位相を離散的に３６０度回転させる検出用移相器と、前記フィルタにより抽出された２つの無変調波信号のうち前記検出対象でない信号に対応する無変調波信号と、前記検出用移相器により位相が回転した無変調波信号とを加算して合成する合成器と、前記合成器により合成された無変調波信号の電力に基づいて、前記検出対象の信号に対応する素子の前記振幅及び位相を検出する振幅及び位相検出器と、を備えたことを特徴とする
【００２６】
また、本発明による振幅及び位相検出装置は、放送または通信の情報が重畳した変調波信号の振幅及び位相を減衰器及び移相器にて調整し、前記減衰器及び移相器により調整された変調波信号を増幅器にて増幅することにより、所望のアンテナ指向性を形成したアレーアンテナから変調波信号を伝送する伝送装置に対し、前記アレーアンテナを構成する複数の素子のそれぞれにより形成される電界ベクトルの振幅及び位相を検出する振幅及び位相検出装置において、無変調波信号を生成する無変調波信号生成器と、前記無変調波信号生成器により生成された無変調波信号を前記変調波信号に合成し、合成信号を生成する合成器と、前記合成器により生成された合成信号が、前記アレーアンテナを構成する複数の素子の数に相当する複数の系統に分配された際に、前記全ての系統の合成信号のうち検出対象の合成信号に対し、その振幅を調整しその位相を離散的に３６０度回転させると共に、前記検出対象でない合成信号に対し、その振幅及び位相を調整する減衰器及び位相器と、前記減衰器及び位相器による回転及び調整処理並びに前記増幅器による増幅処理を含む系統毎の処理にて生成された系統毎の合成信号を入力し、前記系統毎の合成信号のうち所定の２つの合成信号を選択して切り替えると共に、前記選択した２つの合成信号のうち１つの合成信号を前記検出対象の信号に設定する切替器と、前記切替器により選択された２つの合成信号のそれぞれから、前記変調波信号を遮断して無変調波信号を抽出するフィルタと、前記フィルタにより抽出された２つの無変調波信号を加算して合成する合成器と、前記合成器により合成された無変調波信号の電力に基づいて、前記検出対象の信号に対応する素子の前記振幅及び位相を検出する振幅及び位相検出器と、を備えたことを特徴とする。
【００２７】
また、本発明による振幅及び位相検出装置は、前記切替器が、前記入力した系統毎の合成信号のうち所定の１つの合成信号を基準信号とし、前記基準信号を含む２つの合成信号を選択すると共に、前記選択した２つの合成信号のうち、基準信号でない他の合成信号を検出対象の信号に設定する、ことを特徴とする。
【００２８】
また、本発明による振幅及び位相検出装置は、前記切替器が、前記入力した系統毎の合成信号のうち、前記合成信号の信号レベルが最も近い２つの合成信号を選択すると共に、前記選択した２つの合成信号のうち１つの合成信号を検出対象の信号に設定する、ことを特徴とする。
【００２９】
また、本発明による振幅及び位相検出装置は、前記減衰器及び移相器が、振幅、位相、または振幅及び位相を制御することにより、前記振幅及び位相を調整する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
以上のように、本発明によれば、アレーアンテナを構成する各素子の電界ベクトルの振幅及び位相を、放送等のサービスを休止することなく検出することが可能となる。また、各素子の電界ベクトルの振幅及び位相を精度高く検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施形態（実施例１）による放送／通信衛星システムの概略構成を示す図である。
【図２】実施例１の振幅及び位相検出処理の例を示すフローチャートである。
【図３】衛星中継器に備えた切替器が使用するテーブルの例を説明する図である。
【図４】本発明の第２の実施形態（実施例２）による放送／通信衛星システムの概略構成を示す図である。
【図５】実施例２の振幅及び位相検出処理の例を示すフローチャートである。
【図６】従来技術及び実施例１，２にて伝送する信号を説明する図である。
【図７】従来のＲＥＶ法による振幅及び位相検出機能を有する放送／通信衛星システムの概略構成を示す図である。
【図８】ＲＥＶ法による振幅及び位相の検出例を説明する図である。
【図９】放送衛星または通信衛星に一般的に使用されている進行波管増幅器の特性例を示す図である。
【図１０】出力レベルの低い素子に対するＲＥＶ法による振幅及び位相の検出例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて詳細に説明する。実施例１は、放送または通信の情報が重畳した変調波信号に、振幅及び位相を検出するために用いる無変調波信号を合成し、アレーアンテナを構成する全ての素子のうち２つの素子の系統における２つの合成信号を選択し、２つの合成信号から無変調波信号をそれぞれ抽出し、検出用移相器において検出対象素子の系統における無変調波信号の位相を離散的に３６０度回転させ、２つの無変調波信号を合成し、ＲＥＶ法を適用することで、アレーアンテナを構成する各素子に形成される電界ベクトルの振幅及び位相を検出する。実施例２は、検出用移相器を用いることなく、通常運用時に使用する複数の移相器のうちの１つの移相器を用いて、合成信号の位相を離散的に３６０度回転させ、位相を回転させた合成信号を含む２つの合成信号を選択し、２つの合成信号から無変調波信号をそれぞれ抽出し、２つの無変調波信号を合成し、ＲＥＶ法を適用することで、アレーアンテナを構成する各素子に形成される電界ベクトルの振幅及び位相を検出する。
【００３３】
図６は、従来技術及び実施例１，２にて伝送する信号を説明する図である。従来技術では、振幅及び位相検出時に、振幅及び位相を検出するために用いる無変調波信号が、アップリンク局１０２から衛星中継器１０３へ送信され、衛星中継器１０３からダウンリンク局１０４へ送信される。また、通常運用時に、放送または通信の情報が重畳した変調波信号が、アップリンク局１０２から衛星中継器１０３へ送信され、衛星中継器１０３からダウンリンク局１０４へ送信される。これに対し、実施例１，２では、振幅及び位相検出時においても、無変調波信号が、アップリンク局から衛星中継器へ、及び衛星中継器からダウンリンク局へ送信されない。通常運用時及び振幅及び位相検出時に、変調波信号が、アップリンク局から衛星中継器へ送信され、衛星中継器からダウンリンク局へ送信される。つまり、振幅及び位相の検出は、通常運用時に行われる。振幅及び位相検出時には、衛星中継器において、変調波信号に無変調波信号が合成され、合成信号から無変調波信号を遮断して変調波信号のみが抽出され、変調波信号がダウンリンク局へ送信される。また、合成信号から変調波信号を遮断して無変調波信号のみが抽出され、アレーアンテナを構成する各素子に形成される電界ベクトルの振幅及び位相が検出される。
【００３４】
これにより、アレーアンテナを構成する各素子の電界ベクトルの振幅及び位相の検出を、無変調波信号を送受信することなく通常運用時に実施するようにしたから、放送等のサービスを休止する必要がない。また、衛星中継器内部において変調波信号に無変調波信号を合成し、２つの素子に対する合成信号を選択して電力を算出し、振幅及び位相を検出するようにしたから、相対的な出力レベルが低下することがなく、測定点の変化も小さくならないから、測定誤差を低減することができ、伝搬環境の影響を受けることもない。したがって、振幅及び位相を精度高く検出することが可能となる。
【００３５】
〔実施例１〕
まず、実施例１について説明する。実施例１は、前述のとおり、変調波信号に無変調波信号を合成し、アレーアンテナを構成する全ての素子のうち２つの素子の系統における２つの合成信号を選択し、２つの合成信号から無変調波信号をそれぞれ抽出し、検出用移相器において検出対象素子の系統における無変調波信号の位相を離散的に３６０度回転させ、２つの無変調波信号を合成し、ＲＥＶ法を適用することで、アレーアンテナを構成する各素子に形成される電界ベクトルの振幅及び位相を検出する。
【００３６】
図１は、実施例１による振幅及び位相検出機能を有する放送／通信衛星システムの概略構成を示す図である。この放送／通信衛星システム１−１は、アップリンク局２、放送衛星（または通信衛星）に設置された衛星中継器（伝送装置）３−１、及びダウンリンク局４を備えて構成される。
【００３７】
アップリンク局２は、通常運用時、所定周波数の衛星放送波を用いて、放送衛星へ向けて放送波信号である変調波信号のアップリンクを行い、振幅及び位相検出時も同様に、変調波信号を送信する。図７に示した従来のアップリンク局１０２と図１のアップリンク局２とを比較すると、振幅及び位相検出時において、従来のアップリンク局１０２は、無変調波信号を送信するのに対し、アップリンク局２は、無変調波信号を送信することなく、通常運用時と同じ変調波信号を送信する点で相違する。
【００３８】
また、ダウンリンク局４は、通常運用時、衛星中継器３−１から放送波信号である変調波信号のダウンリンクを行い、振幅及び位相検出時も同様に、変調波信号を受信する。図７に示した従来のダウンリンク局１０４と図１のダウンリンク局４とを比較すると、振幅及び位相検出時において、従来のダウンリンク局１０４は、無変調波信号を受信するのに対し、ダウンリンク局４は、無変調波信号を受信することなく、通常運用時と同じ変調波信号を受信する点で相違する。振幅及び位相の検出が通常運用時に行われるからである。
【００３９】
衛星中継器３−１は、受信用のアンテナ１１１、周波数変換器１１２、無変調波信号生成器１１、合成器１２、分配器１１３、所定数の減衰器１１４、所定数の移相器１１５、所定数の増幅器１１６、所定数の方向性結合器１３、所定数の出力フィルタ１１７、所定数の放射素子１１８、反射鏡１１９、切替器１４、フィルタ１５、検出用移相器１６、合成器１７及び振幅及び位相検出器１８を備えている。実施例１による振幅及び位相検出装置は、衛星中継器３−１の構成部のうち、送信用のアレーアンテナを構成する全ての素子における電界ベクトルの振幅及び位相を検出する機能を有する構成部からなり、具体的には、無変調波信号生成器１１、合成器１２、方向性結合器１３、切替器１４、フィルタ１５、検出用移相器１６、合成器１７及び振幅及び位相検出器１８に相当する。減衰器１１４、移相器１１５、増幅器１１６、方向性結合器１３、出力フィルタ１１７及び放射素子１１８における所定数は、送信用のアレーアンテナにおける構成部の系統数である。図１に示す衛星中継器３−１の構成において、図７に示した従来の衛星中継器１０３の構成と共通する部分には図７と同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。
【００４０】
図７に示した従来の衛星中継器１０３と図１に示す衛星中継器３−１とを比較すると、両衛星中継器１０３，３−１共に、アンテナ１１１、周波数変換器１１２、分配器１１３、所定数の減衰器１１４、所定数の移相器１１５、所定数の増幅器１１６、所定数の出力フィルタ１１７、所定数の放射素子１１８及び反射鏡１１９を備えている点で同一である。これに対し、衛星中継器３−１は、従来の衛星中継器１０３の構成に加え、無変調波信号生成器１１、合成器１２、所定数の方向性結合器１３、切替器１４、フィルタ１５、検出用移相器１６、合成器１７及び振幅及び位相検出器１８を備えている点で相違する。
【００４１】
以下、振幅及び位相検出時の処理について説明する。図２は、実施例１の振幅及び位相検出処理の例を示すフローチャートである。無変調波信号生成器１１は、送信用のアレーアンテナを構成する各素子（放射素子１１８）により形成される電界ベクトルの振幅及び位相を検出するために、例えばアップリンク局２から送信されるコマンド信号に従って無変調波信号を生成し、生成した無変調波信号を合成器１２に出力する。
【００４２】
合成器１２は、周波数変換器１１２から周波数が変換された変調波信号を入力すると共に、無変調波信号生成器１１から無変調波信号を入力し、変調波信号に無変調波信号を合成する（ステップＳ２０１）。これにより、変調波信号の帯域外に無変調波信号が生成される。合成器１２により変調波信号に無変調波信号が合成された信号（合成信号）は、分配器１１３により、送信用のアレーアンテナを構成する素子の数に応じた系統毎に分配され、系統毎の減衰器１１４、移相器１１５及び増幅器１１６を介して方向性結合器１３へ入力される。
【００４３】
ここで、合成信号は、減衰器１１４及び移相器１１５により、所望のアンテナ指向性を得るための設計値に合わせるために、振幅及び位相が調整される。また、合成信号は、非線形特性を有する増幅器１１６により、単位帯域あたりの送信電力の上限値を超えない範囲で増幅され、高出力化される。一般的に、増幅器１１６としては、変調波信号の帯域より広い帯域で平坦な電気特性を有するものが使用されるため、変調波信号の帯域外に生成された無変調波信号も、変調波信号と同様の非線形特性にて出力される。
【００４４】
尚、通常運用時には、無変調波信号生成器１１から無変調波信号が出力されず、合成器１２は、周波数変換器１１２から入力した変調波信号をそのまま分配器１１３に出力する。
【００４５】
方向性結合器１３は、増幅器１１６により増幅された合成信号を入力し、合成信号から所定の低レベルの信号を取り出し、低レベルの合成信号を切替器１４に出力する（ステップＳ２０２）。これにより、送信用のアレーアンテナを構成する全ての素子に対応する低レベルの合成信号が取り出され、切替器１４に出力される。また、方向性結合器１３は、増幅器１１６から入力した合成信号をほとんど減衰させることなく、出力フィルタ１１７に出力する。
【００４６】
尚、後述する切替器１４、フィルタ１５、検出用移相器１６、合成器１７及び振幅及び位相検出器１８は、通常運用時には動作せず、振幅及び位相検出時には、例えばアップリンク局２から送信されるコマンド信号に従って、振幅及び位相を検出するために動作する。また、増幅器１１６により出力された合成信号を方向性結合器１３にて取り出し、この合成信号を用いて振幅及び位相を検出するのは、増幅器１１６が動特性を有し、様々な要因によってその特性が変動し、増幅器１１６よりも後段の出力フィルタ１１７等の構成部が静特性を有し、基本的にはその特性が変動しないからである。つまり、方向性結合器１３により取り出された合成信号を用いることにより、動特性を有する構成部の特性変化に応じた振幅及び位相を検出することができるからである。
【００４７】
切替器１４は、方向性結合器１３から、全素子数分（全系統）の合成信号をそれぞれ入力し、例えば図示しないテーブルを用いて、全ての合成信号のうち予め設定された２つの合成信号を選択して切り替え、切り替えた２つの信号をフィルタ１５に出力する（ステップＳ２０３）。また、切替器１４は、選択した２つの合成信号のうち１つの合成信号を検出対象の信号として設定する（ステップＳ２０４）。尚、切替器１４は、全ての合成信号のうち、信号レベル（電力または振幅）が最も近い２つの合成信号を選択して切り替えるようにしてもよい。
【００４８】
ここで、２つの合成信号のうち、後述するフィルタ１５を介して検出用移相器１６へ出力される合成信号（検出用移相器１６により位相が変化する無変調波信号）に対応する素子が、振幅及び位相の検出対象となる。
【００４９】
図３は、切替器１４が使用するテーブルの例を説明する図である。（ａ）は、所定の素子を基準として２つの合成信号を選択する、基準番号に基づいたテーブルの例を示し、（ｂ）は、信号レベルの近い素子を選択する、信号レベルに基づいたテーブルの例を示す。（ａ）（ｂ）のテーブルには、１つの検出対象素子について振幅及び位相を検出する毎に、２つの選択番号及び１つの検出対象番号が格納されている。選択番号は、切替器１４により全ての合成信号のうち２つの合成信号を選択するための素子番号である。検出対象番号は、選択番号により選択される２つの合成信号のうち、振幅及び位相の検出対象となる１つの合成信号を設定するための素子番号である。ｎは素子の数、すなわち送信用のアレーアンテナを構成する全要素の系統数を示す。
【００５０】
図３（ａ）のテーブルは、素子番号１を基準となる合成信号の素子番号とし、素子番号１を除く素子番号１〜ｎを、検出対象の素子番号としたものである。最初に（１）により、素子番号１，２の合成信号が選択され、素子番号２の合成信号が検出対象の信号となり、次に（２）により、素子番号１，３の合成信号が選択され、素子番号３の合成信号が検出対象の信号となる。同様にして、（ｎ−１）により、素子番号１，ｎの合成信号が選択され、素子番号ｎの合成信号が検出対象の信号となる。
【００５１】
図３（ｂ）のテーブルは、各合成信号の信号レベルが低い順の素子番号が「２，２０，１１，１３，・・・，４，２５」の場合に、信号レベルが低い順番に２つの素子番号を選択番号とし、そのうちの一方（信号レベルが高い方）の素子番号を検出対象番号としたものである。最初に（１）により、最も信号レベルの低い組合せの素子番号２，２０の合成信号が選択され、素子番号２０の合成信号が検出対象の信号となり、次に（２）により、信号レベルが素子番号２，２０より低い組合せの素子番号２０，１１の合成信号が選択され、素子番号１１の合成信号が検出対象の信号となる。同様にして、（ｎ−１）により、最も信号レベルの高い組合せの素子番号４，２５の合成信号が選択され、素子番号２５の合成信号が検出対象の信号となる。ここで、各合成信号の信号レベルは、減衰器１１４及び移相器１１５により調整される振幅及び位相に応じて一義的に決定される。したがって、設計時点で決定される各合成信号の信号レベルに従って、図３（ｂ）のテーブルが予め設定される。
【００５２】
切替器１４は、図３（ａ）または（ｂ）に示したテーブルから選択番号及び検出対象番号を読み出し、選択番号に従って、全ての合成信号のうち２つの合成信号を選択して切り替え、検出対象番号に従って、選択した２つの合成信号のうち１つの合成信号を検出対象の信号として設定し、選択した２つの合成信号をフィルタ１５に出力する。例えば、切替器１４は、図３（ａ）のテーブルから（１）の選択番号１，２及び検出対象番号２を読み出し、後述する振幅及び位相検出器１８により、検出対象番号２の素子に対する振幅及び位相の検出が完了した後、テーブルから（２）の選択番号１，３及び検出対象番号３を読み出し、後述する振幅及び位相検出器１８により、検出対象番号３の素子に対する振幅及び位相の検出が完了した後、テーブルから（３）の選択番号１，４及び検出対象番号４を読み出す。このように、切替器１４は、テーブルから（１）〜（ｎ−１）の選択番号及び検出対象番号を順番に読み出し、後述する振幅及び位相検出器１８は、検出対象番号の素子の振幅及び位相の検出を行うことにより、全ての素子における電界ベクトルの振幅及び位相が検出される。
【００５３】
尚、図３（ａ）（ｂ）はテーブルの一例であり、（ａ）では、基準となる合成信号の素子番号は１以外でもよく、（ｂ）では、信号レベルの高い順に（１）〜（ｎ−１）の素子番号を設定するようにしてもよい。また、（ｂ）では、２つの選択番号（素子番号）のうち、信号レベルが低い方の素子番号を検出対象番号に設定するようにしてもよい。また、これらのテーブルは、衛星中継器３−１の記憶手段に予め格納しておくようにしてもよいし、例えばアップリンク局２からのコマンド信号によって衛星中継器３−１へ送信し、記憶手段に格納するようにしてもよい。また、衛星中継器３−１の記憶手段に格納されたテーブル内の選択番号及び検出対象番号は、例えばアップリンク局２からのコマンド信号によって設定変更するようにしてもよい。
【００５４】
図１及び図２に戻って、フィルタ１５は、切替器１４から２つの合成信号を入力し、変調波信号を遮断するフィルタ処理をそれぞれ施して無変調波信号のみを抽出し、検出対象の合成信号から抽出した無変調波信号（検出対象素子の系統における無変調波信号）を検出用移相器１６に出力すると共に、他方の無変調波信号（検出対象素子以外の系統における無変調波信号）を合成器１７に出力する（ステップＳ２０５）。
【００５５】
検出用移相器１６は、フィルタ１５から一方の無変調波信号（検出対象素子の系統における無変調波信号）を入力し、その位相を離散的に３６０度回転させながら、位相が離散的に変化する無変調波信号を合成器１７に出力する（ステップＳ２０６）。
【００５６】
合成器１７は、検出用移相器１６から位相が離散的に変化する無変調波信号を入力すると共に、フィルタ１５から振幅及び位相が固定の無変調波信号を入力し、２つの無変調波信号を加算して合成し、合成した無変調波信号を振幅及び位相検出器１８に出力する（ステップＳ２０７）。
【００５７】
振幅及び位相検出器１８は、合成器１７から合成した無変調波信号を入力し、ＲＥＶ法を適用する。すなわち、振幅及び位相検出器１８は、入力した無変調波信号の電力に基づいて、正弦特性または余弦特性の近似曲線を算出し、検出対象素子の相対振幅及び相対位相を検出する（ステップＳ２０８）。
【００５８】
このようにして、切替器１４において選択される合成信号の組合せを変えることで（ステップＳ２０９）、送信用のアレーアンテナを構成する全ての素子における電界ベクトルの相対的な振幅及び位相が検出される。そして、例えばアップリンク局２は、衛星中継器３−１へコマンド信号を送信し、その応答として、振幅及び位相検出器１８から全ての素子における電界ベクトルの相対的な振幅及び位相を受信し、受信した振幅及び位相に基づいて、各素子の誤差を特定し、この誤差を吸収するように、衛星中継器３−１へコマンド信号を送信して減衰器１１４及び移相器１１５を制御する。これにより、アンテナ指向性を、所望の指向性に一層近づくよう改善することが可能となる。尚、振幅及び位相検出器１８は、検出した振幅及び位相に基づいて、各素子の誤差を特定し、この誤差を吸収するように、減衰器１１４及び移相器１１５を直接制御するようにしてもよい。
【００５９】
一方、方向性結合器１３によりほとんど減衰することなく出力された合成信号は、出力フィルタ１１７において、無変調波信号が遮断され、変調波信号のみが通過する。変調波信号は、放射素子１１８及び反射鏡１１９を介して、ダウンリンク局４へ無線伝送される。
【００６０】
以上のように、実施例１によれば、衛星中継器３−１の合成器１２は、変調波信号に無変調波信号を合成して合成信号を生成し、分配器１１３は、送信用のアレーアンテナを構成する素子の数に応じた系統毎に合成信号を分配し、方向性結合器１３は、減衰器１１４、移相器１１５及び増幅器１１６による処理後の合成信号から所定の低レベルの信号を取り出すようにした。そして、切替器１４は、図３（ａ）または（ｂ）に示したテーブルを用いて、方向性結合器１３により取り出された合成信号のうち２つの合成信号を選択して切り替え、選択した２つの合成信号のうち１つの合成信号を検出対象の信号として設定するようにした。そして、フィルタ１５は、２つの合成信号に対して変調波信号を遮断し、無変調波信号のみを抽出し、検出用移相器１６は、フィルタ１５により検出対象の合成信号から抽出された無変調波信号の位相を離散的に３６０度回転させ、合成器１７は、検出用移相器１６により位相が離散的に変化する無変調波信号と、フィルタ１５により抽出された、検出対象の信号でない無変調波信号とを加算して合成し、振幅及び位相検出器１８は、合成器１７により合成された無変調波信号の電力に基づいてＲＥＶ法を適用し、その電力の正弦特性または余弦特性の近似曲線を算出し、検出対象素子の相対振幅及び相対位相を検出するようにした。そして、切替器１４において選択される２つの合成信号の組合せを変えることで、送信用のアレーアンテナを構成する全ての素子における電界ベクトルの相対的な振幅及び位相を検出するようにした。
【００６１】
すなわち、衛星中継器３−１において、送信信号を生成する途中段階で、合成器１２が、無変調波信号を変調波信号の帯域外に生成し、変調波信号に無変調波信号を合成する。そして、合成信号に対し、振幅及び位相を検出するために、フィルタ１５が、変調波信号を遮断して無変調波信号のみを通過させる。一方、アレーアンテナにより無線伝送するために、出力フィルタ１１７が、無変調波信号を遮断して変調波信号のみを通過させる。これにより、通常運用時の変調波信号を伝送しながら、振幅及び位相を検出することができるから、振幅及び位相検出時に、放送等のサービスを休止する必要がない。したがって、発明が解決しようとする課題に示した（１）を解決することができる。
【００６２】
また、従来技術では、振幅及び位相検出時に、無変調波信号の出力レベルを低減する必要があり、増幅器１１６の出力が低いレベルに制限されてしまうことから、通常運用時と比べて位相が変化してしまう。これに対し、衛星中継器３−１では、出力レベルを低減する必要がないから、増幅器１１６の出力も制限されることがなく、通常運用時の位相と同じになり、位相が変化しない。これにより、通常運用時と同じ状況の下で、増幅器１１６における非線形特性を考慮した振幅及び位相を検出することができる。したがって、発明が解決しようとする課題に示した（２）を解決することができる。
【００６３】
また、従来技術では、アレーアンテナを構成する複数の素子のうち、１つの検出対象素子の系統における無変調波信号とその他の全ての素子の系統における無変調波信号とを合成する。これに対し、衛星中継器３−１では、１つの検出対象素子の系統における無変調波信号と他の１つの素子の系統における無変調波信号とを合成する。これにより、検出対象素子の他の素子に対する相対出力のレベルが低下することがなく、測定点の変化も小さくならないから、出力電力の正弦特性または余弦特性の近似曲線を的確に特定することができ、振幅及び位相を精度高く検出することができる。したがって、発明が解決しようとする課題に示した（３）を解決することができる。
【００６４】
また、従来技術では、振幅及び位相検出時に、アレーアンテナから放射される出力電力を測定する。これに対し、衛星中継器３−１では、アレーアンテナから放射される出力電力を測定することなく、衛星中継器３−１内部で２つの無変調波信号を合成して電力を測定する。これにより、降雨等にて伝搬損失が発生している伝搬環境等の影響を受けることなく、振幅及び位相を検出することができる。したがって、発明が解決しようとする課題に示した（４）を解決することができる。
【００６５】
さらに、実施例１によれば、切替器１４が、図３（ｂ）に示したテーブルを用いて、方向性結合器１３により取り出された合成信号のうち信号レベル（電力または振幅）が最も近い２つの合成信号を選択して切り替えるようにした場合、合成器１７により合成された無変調波信号の電力は、２つの無変調波信号が同じ位相のときに最大値となり、位相が逆のときに０に近くなる。これにより、信号レベルが最も近い２つの合成信号が選択された場合の電力は、信号レベルとは関係なく２つの合成信号が選択された場合（例えば図３（ａ）に示したテーブルを用いた場合）の電力よりも、測定点の変化が大きくなるから、振幅及び位相を一層精度高く検出することができる。
【００６６】
〔実施例２〕
次に、実施例２について説明する。実施例２は、前述のとおり、検出用移相器を用いることなく、通常運用時に使用する複数の移相器のうちの１つの移相器を用いて、合成信号の位相を離散的に３６０度回転させ、位相を回転させた合成信号を含む２つの合成信号を選択し、２つの合成信号から無変調波信号をそれぞれ抽出し、２つの無変調波信号を合成し、ＲＥＶ法を適用することで、アレーアンテナを構成する各素子に形成される電界ベクトルの振幅及び位相を検出する。
【００６７】
図４は、実施例２による振幅及び位相検出機能を有する放送／通信衛星システムの概略構成を示す図である。この放送／通信衛星システム１−２は、アップリンク局２、放送衛星（または通信衛星）に設置された衛星中継器（伝送装置）３−２、及びダウンリンク局４を備えて構成される。
【００６８】
図１に示した実施例１の放送／通信衛星システム１−１と図４に示す実施例２の放送／通信衛星システム１−２とを比較すると、両放送／通信衛星システム１−１，１−２共に、無変調波信号を送信しないで変調波信号のみを送信するアップリンク局２を備え、無変調波信号を受信しないで変調波信号のみを受信するダウンリンク局４を備えている点で同一である。一方、実施例２の放送／通信衛星システム１−２は、実施例１の放送／通信衛星システム１−１における衛星中継器３−１とは異なる衛星中継器３−２を備えている点で相違する。アップリンク局２及びダウンリンク局４については実施例１にて説明済みであるから、説明を省略する。
【００６９】
衛星中継器３−２は、受信用のアンテナ１１１、周波数変換器１１２、無変調波信号生成器１１、合成器１２、分配器１１３、所定数の減衰器１１４、所定数の移相器１９、所定数の増幅器１１６、所定数の方向性結合器１３、所定数の出力フィルタ１１７、所定数の放射素子１１８、反射鏡１１９、切替器１４、フィルタ１５、合成器１７及び振幅及び位相検出器１８を備えている。実施例２による振幅及び位相検出装置は、衛星中継器３−２の構成部のうち、送信用のアレーアンテナを構成する全ての素子における電界ベクトルの振幅及び位相を検出する機能を有する構成部からなり、具体的には、無変調波信号生成器１１、合成器１２、移相器１９、方向性結合器１３、切替器１４、フィルタ１５、合成器１７及び振幅及び位相検出器１８に相当する。減衰器１１４、移相器１９、増幅器１１６、方向性結合器１３、出力フィルタ１１７及び放射素子１１８における所定数は、送信用のアレーアンテナにおける構成部の系統数である。図４に示す実施例２の衛星中継器３−２の構成において、図１に示した実施例１の衛星中継器３−１の構成と共通する部分には図１と同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。
【００７０】
実施例１の衛星中継器３−１と実施例２の衛星中継器３−２とを比較すると、両衛星中継器３−１，３−２共に、アンテナ１１１、周波数変換器１１２、分配器１１３、減衰器１１４、増幅器１１６、出力フィルタ１１７、放射素子１１８、反射鏡１１９、無変調波信号生成器１１、合成器１２、方向性結合器１３、切替器１４、フィルタ１５、合成器１７及び振幅及び位相検出器１８を備えている点で同一である。一方、衛星中継器３−１は、通常運用時並びに振幅及び位相決定時において振幅及び位相を調整する所定数の移相器１１５、及び検出対象素子の系統における無変調波信号の位相を離散的に３６０度回転させる検出用移相器１６を備えているのに対し、衛星中継器３−２は、通常運用時において振幅及び位相を調整する所定数の移相器１９を備え、振幅及び位相検出時において所定数の移相器１９のうちの１つの移相器が、合成信号の位相を離散的に３６０度回転させる点で相違する。
【００７１】
実施例１の衛星中継器３−１では、通常運用時に使用する移相器１１５とは別に、振幅及び位相検出時に使用する検出用移相器１６を備えることにより、検出対象素子の系統における無変調波信号の位相を離散的に３６０度回転させ、検出対象素子の電界ベクトルの振幅及び位相を検出するのに対し、実施例２の衛星中継器３−２では、通常運用時に使用する移相器１９を振幅及び位相検出時にも使用することにより、検出対象素子の系統における合成信号の位相を離散的に３６０度回転させ、検出対象素子の電界ベクトルの振幅及び位相を検出する。実施例２の衛星中継器３−２では、例えば、数百から数千の素子を使用するアレーアンテナ等において、１つの素子がアンテナ指向性の形成に寄与する割合が小さい場合に適用があり、実施例１の衛星中継器３−１に備えた検出用移相器１６を省略することができる。
【００７２】
以下、振幅及び位相検出時の処理について説明する。図５は、実施例２の振幅及び位相検出処理を示すフローチャートである。実施例１と同様に、無変調波信号生成器１１は、例えばアップリンク局２から送信されるコマンド信号に従って、無変調波信号を生成して合成器１２に出力し、合成器１２は、周波数変換器１１２から周波数が変換された変調波信号を入力すると共に、無変調波信号生成器１１から無変調波信号を入力し、変調波信号に無変調波信号を合成し、合成信号を生成する（ステップＳ５０１）。これは、図２に示した実施例１の振幅及び位相検出処理のフローチャートにおけるステップＳ２０１と同様である。
【００７３】
尚、実施例１と同様に、通常運用時には、無変調波信号生成器１１から無変調波信号が出力されず、合成器１２は、周波数変換器１１２から入力した変調波信号をそのまま分配器１１３に出力する。
【００７４】
切替器１４は、例えば図３（ａ）または（ｂ）に示したテーブルから検出対象番号を読み出し、所定数の移相器１９のうちの検出対象番号が示す移相器を、検出対象の合成信号を処理する移相器として特定する（ステップＳ５０２）。そして、切替器１４は、特定した移相器に対して位相回転指令を出力し、特定された移相器は、切替器１４から位相回転指令を入力し、減衰器１１４から入力した合成信号の位相を離散的に３６０度回転させながら、位相が変化する合成信号を同じ系統の増幅器１１６に出力する（ステップＳ５０３）。その他の移相器１９では、通常運用時において所望のアンテナ指向性が得られる設計値に合わせるように、入力した合成信号の振幅及び位相が調整される。また、合成信号は、増幅器１１６により高出力化される。
【００７５】
尚、切替器１４、フィルタ１５、合成器１７及び振幅及び位相検出器１８は、通常運用時には動作せず、振幅及び位相検出時には、例えばアップリンク局２から送信されるコマンド信号に従って振幅及び位相を検出するために動作する。
【００７６】
方向性結合器１３は、図２のステップＳ２０２と同様に、増幅器１１６により増幅された合成信号を入力し、合成信号から所定の低レベルの信号を取り出し、低レベルの合成信号を切替器１４に出力する（ステップＳ５０４）。これにより、送信用のアレーアンテナを構成する全ての素子に対応する低レベルの合成信号が取り出され、切替器１４に出力される。また、方向性結合器１３は、増幅器１１６から入力した合成信号をほとんど減衰させることなく、出力フィルタ１１７に出力する。
【００７７】
切替器１４は、図２のステップＳ２０３と同様に、方向性結合器１３から、全素子数分の合成信号を入力し、例えば図３（ａ）または（ｂ）のテーブルから選択番号を読み出し、全ての合成信号のうちの選択番号が示す２つの合成信号を選択して切り替え、選択した２つの信号をフィルタ１５に出力する（ステップＳ５０５）。また、切替器１４は、図２のステップＳ２０４と同様に、テーブルから検出対象番号を読み出し、選択した２つの合成信号のうちの検出対象番号が示す１つの合成信号を検出対象の信号として設定する（ステップＳ５０６）。
【００７８】
フィルタ１５は、図２のステップＳ２０５と同様に、切替器１４から２つの合成信号を入力し、変調波信号を遮断するフィルタ処理をそれぞれ施して無変調波信号のみを抽出し、２つの無変調波信号（検出対象素子の系統における位相が離散的に変化する無変調波信号、及び検出対象素子以外の素子の系統における振幅及び位相が固定の無変調波信号）を合成器１７に出力する（ステップＳ５０７）。
【００７９】
合成器１７は、図２のステップＳ２０７と同様に、フィルタ１５から２つの無変調波信号を入力し、２つの無変調波信号を加算して合成し、振幅及び位相検出器１８に出力する（ステップＳ５０８）。
【００８０】
振幅及び位相検出器１８は、図２のステップＳ２０８と同様に、合成器１７により合成された無変調波信号の電力に基づいて、ＲＥＶ法を適用して電力の正弦特性または余弦特性の近似曲線を算出し、検出対象素子の相対振幅及び相対位相を検出する（ステップＳ５０９）。
【００８１】
このようにして、図２のステップＳ２０９と同様に、切替器１４において選択される合成信号の組合せを変えることで（ステップＳ５１０）、送信用のアレーアンテナを構成する全ての素子における電界ベクトルの相対的な振幅及び位相が検出される。そして、実施例１と同様に、ダウンリンク局４が、コマンド信号の応答として、全ての素子における電界ベクトルの相対的な振幅及び位相を受信し、受信した振幅及び位相に基づいて、各素子の誤差を特定する。この誤差を吸収するように、アップリンク局２が、衛星中継器３−２へコマンド信号を送信して減衰器１１４及び移相器１９を制御する。これにより、アンテナ指向性を、所望の指向性に一層近づくよう改善することが可能となる。尚、振幅及び位相検出器１８が、検出した振幅及び位相に基づいて、各素子の誤差を特定し、この誤差を吸収するように、減衰器１１４及び移相器１９を直接制御するようにしてもよい。
【００８２】
以上のように、実施例２によれば、衛星中継器３−２の合成器１２は、変調波信号に無変調波信号を合成して合成信号を生成し、分配器１１３は、送信用のアレーアンテナを構成する素子の数に応じた系統毎に合成信号を分配し、所定数の移相器１９のうち、図３（ａ）または（ｂ）に示したテーブルを用いて特定された、検出対象素子の系統における１つの移相器は、合成信号の位相を離散的に３６０度回転させ、方向性結合器１３は、減衰器１１４、移相器１９及び増幅器１１６による処理後の合成信号から所定の低レベルの信号を取り出すようにした。そして、切替器１４は、図３（ａ）または（ｂ）に示したテーブルを用いて、方向性結合器１３により取り出された合成信号のうち２つの合成信号を選択して切り替え、選択した２つの合成信号のうち１つの合成信号を検出対象の信号として設定するようにした。そして、フィルタ１５は、２つの合成信号に対して変調波信号を遮断し、無変調波信号のみを抽出し、合成器１７は、２つの無変調波信号を加算して合成し、振幅及び位相検出器１８は、合成器１７により合成された無変調波信号の電力に基づいてＲＥＶ法を適用し、その電力の正弦特性または余弦特性の近似曲線を算出し、検出対象素子の相対振幅及び相対位相を検出するようにした。そして、切替器１４において選択される２つの合成信号の組合せを変えることで、送信用のアレーアンテナを構成する全ての素子における電界ベクトルの相対的な振幅及び位相を検出するようにした。これにより、実施例１と同様の効果を奏する。また、振幅及び位相を検出するための検出用移相器を、通常運用時に使用する移相器１９とは別に設ける必要がないから、実施例１に比べて簡易な構成を実現することができる。
【００８３】
近年、電力の有効利用、周波数資源の有効活用等の観点から、アレーアンテナを活用するシステムが研究開発されている。例えば、２００６年に打ち上げられた技術試験衛星「ＥＴＳ−ＶＩＩＩ（きく８号）」及び２００８年に打ち上げられた超高速インターネット衛星「ＷＩＮＤＳ（きずな）」では、アレーアンテナを搭載し、実証実験が行われている。また、本出願人である日本放送協会にて検討している２１ＧＨｚ帯を使用する放送衛星では、降雨による電波減衰に応じて適応的にアンテナ指向特性を変化させるためのアレーアンテナを搭載する研究開発を行っている。
【００８４】
今後、アレーアンテナを搭載した放送衛星または通信衛星等において、情報伝送を行うサービスを展開する場合、信頼度の高い振幅及び位相の検出を基にしたアンテナ指向性の改善、振幅及び位相の検出に伴うサービス休止期間の回避は重要な課題となる。前述の実施例１，２によって、このような課題を解決することができる。
【００８５】
以上、実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、移相器１１５，１９は、所望のアンテナ指向性を得ることが可能な所定の設計値に合わせるために、入力した信号の振幅及び位相を調整するようにしたが、入力した信号の振幅及び位相を制御することにより、振幅及び位相を調整する場合に限らず、振幅のみを制御することにより、または、位相のみを制御することにより、振幅及び位相を調整する場合にも適用がある。また、前記実施例１，２では、衛星中継器３−１，３−２の例を挙げて説明したが、本発明は、伝送装置の対象として、放送衛星に設置された衛星中継器３−１，３−２に限定されるものではなく、アレーアンテナを備えた伝送装置であればよい。例えば、地上に設置された伝送装置にも適用がある。
【符号の説明】
【００８６】
１−１，１−２ １０１ 放送／通信衛星システム
２，１０２ アップリンク局
３−１，３−２，１０３ 衛星中継器
４，１０４ ダウンリンク局
１１ 無変調波信号生成器
１２ 合成器
１３ 方向性結合器
１４ 切替器
１５ フィルタ
１６ 検出用移相器
１７ 合成器
１８ 振幅及び位相検出器
１９，１１５ 移相器
１１１ アンテナ
１１２ 周波数変換器
１１３ 分配器
１１４ 減衰器
１１６ 増幅器
１１７ 出力フィルタ
１１８ 放射素子
１１９ 反射鏡
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放送または通信の情報が重畳した変調波信号の振幅及び位相を減衰器及び移相器にて調整し、前記減衰器及び移相器により調整された変調波信号を増幅器にて増幅することにより、所望のアンテナ指向性を形成したアレーアンテナから変調波信号を伝送する伝送装置に対し、前記アレーアンテナを構成する複数の素子のそれぞれにより形成される電界ベクトルの振幅及び位相を検出する振幅及び位相検出装置において、
無変調波信号を生成する無変調波信号生成器と、
前記無変調波信号生成器により生成された無変調波信号を前記変調波信号に合成し、合成信号を生成する合成器と、
前記合成器により生成された合成信号が、前記アレーアンテナを構成する複数の素子の数に相当する複数の系統に分配され、前記減衰器及び移相器による調整処理及び前記増幅器による増幅処理を含む系統毎の処理にて生成された系統毎の合成信号を入力し、前記系統毎の合成信号のうち所定の２つの合成信号を選択して切り替えると共に、前記選択した２つの合成信号のうち１つの合成信号を検出対象の信号に設定する切替器と、
前記切替器により選択された２つの合成信号のそれぞれから、前記変調波信号を遮断して無変調波信号を抽出するフィルタと、
前記フィルタにより抽出された２つの無変調波信号のうち前記切替器により設定された検出対象の信号に対応する無変調波信号に対し、その位相を離散的に３６０度回転させる検出用移相器と、
前記フィルタにより抽出された２つの無変調波信号のうち前記検出対象でない信号に対応する無変調波信号と、前記検出用移相器により位相が回転した無変調波信号とを加算して合成する合成器と、
前記合成器により合成された無変調波信号の電力に基づいて、前記検出対象の信号に対応する素子の前記振幅及び位相を検出する振幅及び位相検出器と、
を備えたことを特徴とする振幅及び位相検出装置。
【請求項２】
放送または通信の情報が重畳した変調波信号の振幅及び位相を減衰器及び移相器にて調整し、前記減衰器及び移相器により調整された変調波信号を増幅器にて増幅することにより、所望のアンテナ指向性を形成したアレーアンテナから変調波信号を伝送する伝送装置に対し、前記アレーアンテナを構成する複数の素子のそれぞれにより形成される電界ベクトルの振幅及び位相を検出する振幅及び位相検出装置において、
無変調波信号を生成する無変調波信号生成器と、
前記無変調波信号生成器により生成された無変調波信号を前記変調波信号に合成し、合成信号を生成する合成器と、
前記合成器により生成された合成信号が、前記アレーアンテナを構成する複数の素子の数に相当する複数の系統に分配された際に、前記全ての系統の合成信号のうち検出対象の合成信号に対し、その振幅を調整しその位相を離散的に３６０度回転させると共に、前記検出対象でない合成信号に対し、その振幅及び位相を調整する減衰器及び位相器と、
前記減衰器及び位相器による回転及び調整処理並びに前記増幅器による増幅処理を含む系統毎の処理にて生成された系統毎の合成信号を入力し、前記系統毎の合成信号のうち所定の２つの合成信号を選択して切り替えると共に、前記選択した２つの合成信号のうち１つの合成信号を前記検出対象の信号に設定する切替器と、
前記切替器により選択された２つの合成信号のそれぞれから、前記変調波信号を遮断して無変調波信号を抽出するフィルタと、
前記フィルタにより抽出された２つの無変調波信号を加算して合成する合成器と、
前記合成器により合成された無変調波信号の電力に基づいて、前記検出対象の信号に対応する素子の前記振幅及び位相を検出する振幅及び位相検出器と、
を備えたことを特徴とする振幅及び位相検出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の振幅及び位相検出装置において、
前記切替器は、前記入力した系統毎の合成信号のうち所定の１つの合成信号を基準信号とし、前記基準信号を含む２つの合成信号を選択すると共に、前記選択した２つの合成信号のうち、基準信号でない他の合成信号を検出対象の信号に設定する、ことを特徴とする振幅及び位相検出装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の振幅及び位相検出装置において、
前記切替器は、前記入力した系統毎の合成信号のうち、前記合成信号の信号レベルが最も近い２つの合成信号を選択すると共に、前記選択した２つの合成信号のうち１つの合成信号を検出対象の信号に設定する、ことを特徴とする振幅及び位相検出装置。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一項に記載の振幅及び位相検出装置において、
前記減衰器及び移相器は、振幅、位相、または振幅及び位相を制御することにより、前記振幅及び位相を調整する、ことを特徴とする振幅及び位相検出装置。
【請求項１】
放送または通信の情報が重畳した変調波信号の振幅及び位相を減衰器及び移相器にて調整し、前記減衰器及び移相器により調整された変調波信号を増幅器にて増幅することにより、所望のアンテナ指向性を形成したアレーアンテナから変調波信号を伝送する伝送装置に対し、前記アレーアンテナを構成する複数の素子のそれぞれにより形成される電界ベクトルの振幅及び位相を検出する振幅及び位相検出装置において、
無変調波信号を生成する無変調波信号生成器と、
前記無変調波信号生成器により生成された無変調波信号を前記変調波信号に合成し、合成信号を生成する合成器と、
前記合成器により生成された合成信号が、前記アレーアンテナを構成する複数の素子の数に相当する複数の系統に分配され、前記減衰器及び移相器による調整処理及び前記増幅器による増幅処理を含む系統毎の処理にて生成された系統毎の合成信号を入力し、前記系統毎の合成信号のうち所定の２つの合成信号を選択して切り替えると共に、前記選択した２つの合成信号のうち１つの合成信号を検出対象の信号に設定する切替器と、
前記切替器により選択された２つの合成信号のそれぞれから、前記変調波信号を遮断して無変調波信号を抽出するフィルタと、
前記フィルタにより抽出された２つの無変調波信号のうち前記切替器により設定された検出対象の信号に対応する無変調波信号に対し、その位相を離散的に３６０度回転させる検出用移相器と、
前記フィルタにより抽出された２つの無変調波信号のうち前記検出対象でない信号に対応する無変調波信号と、前記検出用移相器により位相が回転した無変調波信号とを加算して合成する合成器と、
前記合成器により合成された無変調波信号の電力に基づいて、前記検出対象の信号に対応する素子の前記振幅及び位相を検出する振幅及び位相検出器と、
を備えたことを特徴とする振幅及び位相検出装置。
【請求項２】
放送または通信の情報が重畳した変調波信号の振幅及び位相を減衰器及び移相器にて調整し、前記減衰器及び移相器により調整された変調波信号を増幅器にて増幅することにより、所望のアンテナ指向性を形成したアレーアンテナから変調波信号を伝送する伝送装置に対し、前記アレーアンテナを構成する複数の素子のそれぞれにより形成される電界ベクトルの振幅及び位相を検出する振幅及び位相検出装置において、
無変調波信号を生成する無変調波信号生成器と、
前記無変調波信号生成器により生成された無変調波信号を前記変調波信号に合成し、合成信号を生成する合成器と、
前記合成器により生成された合成信号が、前記アレーアンテナを構成する複数の素子の数に相当する複数の系統に分配された際に、前記全ての系統の合成信号のうち検出対象の合成信号に対し、その振幅を調整しその位相を離散的に３６０度回転させると共に、前記検出対象でない合成信号に対し、その振幅及び位相を調整する減衰器及び位相器と、
前記減衰器及び位相器による回転及び調整処理並びに前記増幅器による増幅処理を含む系統毎の処理にて生成された系統毎の合成信号を入力し、前記系統毎の合成信号のうち所定の２つの合成信号を選択して切り替えると共に、前記選択した２つの合成信号のうち１つの合成信号を前記検出対象の信号に設定する切替器と、
前記切替器により選択された２つの合成信号のそれぞれから、前記変調波信号を遮断して無変調波信号を抽出するフィルタと、
前記フィルタにより抽出された２つの無変調波信号を加算して合成する合成器と、
前記合成器により合成された無変調波信号の電力に基づいて、前記検出対象の信号に対応する素子の前記振幅及び位相を検出する振幅及び位相検出器と、
を備えたことを特徴とする振幅及び位相検出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の振幅及び位相検出装置において、
前記切替器は、前記入力した系統毎の合成信号のうち所定の１つの合成信号を基準信号とし、前記基準信号を含む２つの合成信号を選択すると共に、前記選択した２つの合成信号のうち、基準信号でない他の合成信号を検出対象の信号に設定する、ことを特徴とする振幅及び位相検出装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の振幅及び位相検出装置において、
前記切替器は、前記入力した系統毎の合成信号のうち、前記合成信号の信号レベルが最も近い２つの合成信号を選択すると共に、前記選択した２つの合成信号のうち１つの合成信号を検出対象の信号に設定する、ことを特徴とする振幅及び位相検出装置。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一項に記載の振幅及び位相検出装置において、
前記減衰器及び移相器は、振幅、位相、または振幅及び位相を制御することにより、前記振幅及び位相を調整する、ことを特徴とする振幅及び位相検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−１０６１１８（Ｐ２０１３−１０６１１８Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４７０８８（Ｐ２０１１−２４７０８８）
【出願日】平成２３年１１月１１日（２０１１．１１．１１）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１１日（２０１１．１１．１１）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【Ｆターム（参考）】
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