JP2009141961A

JP2009141961A - ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナを有するデータ処理装置

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Publication number: JP2009141961A
Application number: JP2008308767A
Authority: JP
Inventors: Makoto Saito; 真斎藤
Original assignee: Sony Deutschland GmbH
Current assignee: Sony Deutschland GmbH
Priority date: 2007-12-03
Filing date: 2008-12-03
Publication date: 2009-06-25
Also published as: EP2068394A1; CN101459285A; US8126417B2; CN101471711B; EP2068400A1; CN101471711A; US20090140943A1; US20090143038A1; EP2068394B1; TW200941826A

Abstract

【課題】ワイヤレスリンクを介して送信／受信される信号を処理するデータ処理装置を提供し、送信／受信に関する装置それぞれの位置にかかわらずに信号受信又は送信を可能とすること。
【解決手段】
ワイヤレスリンクを介して送信／受信される信号を処理するデータ処理装置であって、上記データ処理装置は、データ処理装置に設置され、ワイヤレスリンクを介してデータを送信／受信する第１のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナと、第１のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナと角度をなしてデータ処理装置に設置され、ワイヤレスリンクを介してデータを送信／受信する第２のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナと、第１のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナと第２のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナとが送信／受信する信号を処理する処理手段とを備えるデータ処理装置を提供すること。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワイヤレスリンクを介して受信及び／又は送信される信号を処理するデータ処理装置に関する。

装置間のワイヤレスデータ送信が、プライベート関連及びオフィス関連の屋内及び屋外利用において、ますます必要とされている。例えば、ソース装置（データ送信装置）とシンク装置（データ受信装置）との間の、オーディオ及び／又はビデオデータのようないかなる種類の送信も、以前使用された有線接続に取って代った無線技術を用いて、ますます実施されている。特に、オフィス環境又はプライベート環境におけるワイヤレスデータ送信は美的価値が高いのみではなく、ケーブルやワイヤなどによって制約されることなく、ワイヤレス装置を自由に設置及び配置できる点で、柔軟性が高いという利点もある。

このように現代のデータソース装置及びデータシンク装置は、ワイヤレスリンクを介してデータの送信及び／又は受信を可能にするアンテナ及び他の必要な構成を含む場合があるものである。例えば、ＨＤＭＩインターフェース又はＵＳＢインターフェースを有する現代のテレビ、モニタ、プロジェクタ、ドングルなど（ただしこれらはデータシンク装置の非限定的例示である）は、いかなる種類のデータソース装置からのデータのワイヤレス受信も可能にするために必要な構成を与えられてもよい。他方で、ＨＤＭＩインターフェース又はＵＳＢインターフェースを有するテレビ受信機、ＤＶＤプレーヤ、コンピュータ、ドングルなどのデータソース装置は、データシンク装置へのデータのワイヤレス送信を可能にするために必要な構成を与えられてもよい。

ワイヤレスリンクを介して受信される信号を処理するデータ処理装置と、ワイヤレスリンクを介して送信される信号を処理するデータ処理装置とを提供し、それぞれの装置の位置にかかわらずに信号受信又は送信を可能とする、ということが本発明の課題である。

上記課題は、本発明による以下のデータ処理装置によって達成される。本発明によれば、ワイヤレスリンクを介して受信される信号を処理するデータ処理装置（１、１’）が、データ処理装置（１、１’）に設置され、ワイヤレスリンクを介してデータを受信する第１のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ（５）と、第１のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ（５）と角度をなすようにデータ処理装置（１、１’）に設置され、ワイヤレスリンクを介してデータを受信する第２のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ（６）と、第１のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ（５）と第２のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ（６）とが受信する信号を処理する処理手段（１０）とを備える。本発明によれば、ワイヤレスリンクを介して送信される信号を処理するデータ処理装置（１、１’）が、データ処理装置（１、１’）に設置され、ワイヤレスリンクを介してデータを送信する第１のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ（５）と、第１のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ（５）と角度をなすようにデータ処理装置（１、１’）に設置され、ワイヤレスリンクを介してデータを送信する第２のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ（６）と、第１のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ（５）と第２のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ（６）とが送信する信号を処理する処理手段（１０）とを備える。

ゆえに、本発明は、互いに角度をなすように、すなわち０ではない角度をなすように設置される２の（又は３以上の）ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ（指向性アンテナとも呼ばれる）を使用することを提案するものであり、それにより異なる方向へ信号を送信すること、又は異なる方向から信号を受信することが可能となる。大抵は、ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナは主放射方向がある。主放射方向とは、放射パターンが操縦されない場合に指す方向である。このように、ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナは、主放射方向が互いに異なるように設置されるのではあるが、アンテナの設置及び所望のビーム方向に応じて、同一又は同様の方向へ操縦することも可能であるのは言うまでもない。このように、それぞれ信号を送信又は受信する他の装置に対してデータ処理装置が配置される環境が屋内か屋外かにかかわらず、ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナの制御及び操縦を対応して行うことで、非常に柔軟で単純な方法でワイヤレスリンクを確立可能である。ここで、例えば、ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナは全部、ワイヤレスリンクの確立を可能とする方向へと操縦される場合がある。すなわちビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナのビームと得られる放射パターンとを組み合わせる場合、又はいくつかのワイヤレスリンクを確立可能とするために各ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナを別々のビーム方向へ操縦する場合、又は所望の方向を指す唯一のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナを選択して使用する場合があるということである。本願書類において用いるビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナという言葉は、全方向放射特性も含んだ指向性及び／又はフォーミング放射特性を有する全ての種類のアンテナを含むものとして意図するところであって、それによって放射パターンの方向及び／又は形状（又は形態）は制御又は変更可能である。例えば、狭ビーム又は広ビームの（すなわち放射パターン）アンテナも使用可能である。

本発明によるデータ処理装置において、処理手段（１０）が、第１（５）及び第２（６）のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナの隣に位置すると、効果的である。ＧＨｚの範囲（例えば３０〜３００ＧＨｚであるが、限定ではない）というミリ波の周波数を使用するシステムのような高周波ワイヤレスシステムで、本発明のデータ処理装置が信号を受信／送信する場合には、処理手段は、モデム部のようなデジタル処理部、及び／又は高周波処理部（又は高周波回路）を備える。高周波処理部としては、例えば、ワイヤレスリンクの高周波から中間帯域周波数まで及び／又は基底帯域周波数まで、受信信号を低周波へと変換する低周波変換部や、基底帯域周波数から及び／又は中間帯域周波数から信号送信を行う高周波へと信号を変換する高周波変換部などがある。あるいは、高周波回路は、ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナに備えられる場合もある。他のワイヤレスシステムにおいては、必要に応じてそれぞれ異なる種類の処理手段が与えられる。しかしながら、第１及び第２のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナのうちの両方に単一の処理手段を用いることにより、かかる処理手段が第１及び第２のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナの各々に与えられる場合に比べ、製造コストが削減される場合がある。さらに、処理手段を第１及び第２のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナの隣に可能な限り近接させることにより、不必要に長い信号線によって引き起こされる挿入損失を避けることが可能である。あるいは、処理手段は、第１のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナのみの隣にも配置可能であり、それにより、導波管のような適当な信号線によって第２のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナに接続される。例えば、基板集積導波管を使用することで、信号は、他の信号線に比べて伝播損失が削減可能であり、コストも削減可能である。特に、柔軟な基板材料を基板集積導波管に使用することで、硬い導波管又は硬いケーブルと比べて、伝播損失も削減しつつもより柔軟な集積が可能となる。

一般的に、第１及び第２のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナは、データ処理装置それぞれのケーシングの内部に、下部に、又は上部に、実施可能である。多くのデータシンク装置及びデータソース装置には、少なくとも部分的に矩形である側壁を有したケーシングがある。第１及び第２のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ、すなわち主放射方向は、したがって互いに垂直であると、効果的である。このような垂直の配置により、ほとんど全ての必要な方向、有り得る方向をカバーすることも可能となり、別の装置とのワイヤレスリンクを確立して、信号を受信又は送信することが可能となる。しかしながら、データ処理装置の特定の形状に応じて、ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ間の角度が０以外のいかなる値ともなり得ることは、言うまでもないことである。

本発明によるデータ処理装置は、第３のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ（７）を備えると、さらに効果的である。ここで、上述の処理手段は、第１及び第２のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナの隣に位置することが可能であって、一方で第３のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナは、上述の導波管のような信号線によって処理手段に接続されている。第３のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナは、例えば第１又は第２のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナと同一の面（又はデータ処理装置のケーシングの側壁）に設置しても、又は第１及び第２のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナに対してある（０ではない）角度をなすように設置してもよい。ここで、データ処理装置のケーシングの形状によっては、第１、第２及び第３のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナは、例えば互いに垂直に、すなわちケーシングにおいてそれぞれ互いに垂直な３つの側壁に設置する場合がある。このような設置方法によって、さらに多くの空間的に異なる方向がカバーされ、その中から方向を選択して、別の装置とのワイヤレスリンクを確立することが可能となる。

第１、第２及び第３のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ（５、６、７）は、同一の面に設置される２又は３以上のアンテナ部（８）をそれぞれ備える位相配列アンテナであると、効果的である。一般的には、位相配列アンテナとは、配列の効果的な放射パターンが所望の方向では強化され、所望しない方向は弱化されるように、アンテナをフィードするそれぞれの信号の相対位相が変動するアンテナ部の組である。位相配列アンテナにおいて、位相配列アンテナの各アンテナ部が同一の信号を送信するように、アンテナ部をフィードする信号それぞれは、共通の発信源又はロードから生じるが、位相はそれぞれ異なるものとなる。位相配列アンテナのアンテナ部は、大抵は共通の面、例えば基板に設置され、そのため本発明によると、第１及び／又は第２及び／又は第３のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナの面は互いに（０とは異なる）角度をなすように設置される。上述の説明に沿えば、ここで位相配列アンテナの面は互いに垂直であってもよいものである。さらに、本発明によるデータ処理装置（１、１’）は、ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ（５、６、７）のビームを操縦するビームステアリング制御手段（１５）を備えてもよい。あるいは、本発明によるデータ処理装置（１、１’）は、ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ（５、６、７）のビームを形成するビームステアリング制御手段（１５）を備えてもよい。

あるいは、本発明によるビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナは、二重偏波アンテナ又はアンテナアレー又は位相配列アンテナであってもよい。ここで、本発明による処理装置（１、１’）は、二重偏波アンテナの偏波を制御して、それぞれのビームを操縦する偏波制御手段をさらに備える。

本発明によるデータ処理装置は、データシンク装置やデータソース装置、その組み合わせなど、ワイヤレスリンクを介して信号を受信又は送信可能な全種類の装置を含むように意図したものである。ここで、ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ又は他の有線／無線インターフェースを介した、別の装置への受信信号又は他の信号の送信を、装置ができるようにする機能及び構成を、ワイヤレスリンクを介して受信される信号を処理するという本発明によるデータ処理装置は、さらに備えても、あるいは備えなくともよい。同様に、ワイヤレスリンクを介して送信される信号を処理するという本発明によるデータ処理装置は、ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ又は他の有線／無線インターフェースを介して他の装置から送信信号又は他の信号を受信する機能及び構成を備えてもよい。また、ワイヤレスリンクを介して受信又は送信された信号を処理するという本発明によるデータ処理装置の機能を、単一の装置に組み合わせることも可能である。ワイヤレスリンクを介して受信される信号を処理するという、本発明によるデータ処理装置の非限定的な例としては、テレビ、モニタ、プロジェクタ（ビーマ）などがあるが、この場合、データ処理装置の処理手段は、受信信号における受信データを取得し、データに対応する表示が可能となるフォーマットへ変換するように、受信信号を処理するものである。ワイヤレスリンクを介して送信される信号を処理するという、本発明によるデータ処理装置の非限定的な例としては、ケーブル、地上波テレビ又は無線受信機、ＤＶＤプレーヤ、ＣＤプレーヤ、ＭＰ３プレーヤ、パーソナルコンピュータ、ノートパソコン、サーバ、ゲーム機、動画カメラ、静止画カメラ、又は他のビデオ／オーディオデータソース装置がある。さらに、本発明によるデータ処理装置は、信号を送信及び／又は受信するアンテナ機能及び信号処理機能のみを備えた（他の機能なし）装置であって、上述のデータソース装置又はデータシンク装置に接続可能である装置であってもよい。

ワイヤレスリンクにおいて受信及び／又は送信されるデータは、いかなる種類の変調、符号化、暗号化、フォーマット化などが施されたいかなる種類のデータであってもよく、いかなる周知又は未知の種類のオーディオ及び／又はビデオデータ、又は信号データや制御データなどいかなる種類のデータからなるとしてもよいものである。ワイヤレスリンクに使用されるワイヤレスシステムは、電磁信号や赤外線信号など、いかなる種類のデータを伝搬するワイヤレス信号の送信及び／又は受信を可能とするいかなる種類のシステムであってもよい。電磁信号の場合には、本発明によるデータ処理装置は、必要ないかなる周知又は未知の周波数範囲における信号を受信及び／又は送信するものであり、例えばミリ波の周波数範囲、すなわち３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚの範囲の周波数が挙げられるが、これに限定されるものではない。短距離及び／又は中距離限定システム、例えば屋内システムについては、６０ＧＨｚあたりの周波数が効果的である場合があるが、適切であるなら他の周波数も使用可能である。

以下の発明を実施するための最良の形態において、添付図面と関連させながら、本発明をさらに詳細に説明する。

図１は、ワイヤレスリンクを介して受信及び／又は送信される信号を処理するデータ処理装置１の第１の例を示す。データ処理装置１は、少なくとも３つの相互に垂直な側壁２、３、４を有するケーシングを備え、側壁２はｘ‐ｚ平面に広がり、側壁３はｘ‐ｙ平面に広がり、側壁４はｙ‐ｚ平面に広がるものである。第１のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ５が位相配列アンテナの形態で側壁４に設置され、第２のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ６が位相配列アンテナの形態で側壁３に設置され、第３のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ７が位相配列アンテナの形態で側壁２に設置される。

第１のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ５、第２のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ６、及び第３のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ７は、データ処理装置１のケーシングの一角において互いに近接して配置される。すなわち、側壁２、３及び４それぞれの、互いに隣接する角に配置される。一般的に（他の実施形態についても）、アンテナが互いに近接しながらも、作動周波数の１／４（作動周波数帯域幅の中央）よりも長いものである最短距離だけは互いに離れていることが、効果的である場合がある。したがって、ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ５、６、７は、データ処理装置１のケーシングの外部に設置される場合、又はデータ処理装置１のケーシングの側壁２、３、４に集められる場合があり、それにより、ワイヤレス通信リンクを介した受信及び／又は送信が可能なように、アンテナ部が外部に対して自由に開放的に露出される。あるいは、ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ５、６、７は、側壁２、３、４それぞれの窓に配置されてもよく、ワイヤレス通信リンクを介した受信及び／又は送信が可能なように、当該窓を通して、アンテナ部が外部に対して自由に開放的に露出される。したがって、ワイヤレスリンクの信号が全く又はほとんど減衰せずに透過可能である透明、準透明又は不透明な材料又は格子で、窓を覆う場合がある。あるいは、データ処理装置１のケーシングを、ワイヤレスリンクの信号が全く又はほとんど減衰せずに透過可能である材料で作ってもよい。この場合、ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ５、６、７は、側壁２、３、４の直下に設置可能である。

図１に示すデータ処理装置１の例のビームステアリンク及び／又はフォーミングアンテナ５、６及び７は、２又は３以上の（図示の例では４）のアンテナ部８をそれぞれ備え、アンテナ部８はそれぞれ同一の面に設置されている。言い換えると、ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ５、６、７それぞれの全部のアンテナ部８は、同一の面に設置されるということである。図１は、各ビームステアリンク及び／又はフォーミングアンテナ５、６、７のアンテナ部８を視覚化したものであり、図示する例において当該アンテナ部８は、導電層の平坦な矩形面により形成されており、例えば金属製であって、スリット又はノッチの形の放射部９を有している。各ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ５、６、７の各アンテナ部８が同一の面に設置されるように、各ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ５、６、７の各アンテナ部８の各導電層は、例えば共通基板に設置されるものであってもよい。上述のように、ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ５、６、７はそれぞれ互いに垂直である。ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ５、６、７は、例えばミリ波信号などの電磁信号を放射及び／又は受信するためのものである。ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ５、６、７は、所望の及び所定の作動周波数帯域幅内での指向性放射パターンを有し、例えば、ワイヤレス高周波送信機、受信機又は送受信機のアナログフロントエンド回路に接続される。このワイヤレス高周波送信機、受信機又は送受信機は、例えば、図示する処理手段１０に備わっているものであり、図２に関連させて以下でさらに説明する。図１の例に示すアンテナ部８は、ＧＨｚの範囲の周波数で効果的に作動するよう設計されるものであり、より具体的には２０〜１２０ＧＨｚの範囲で、さらに具体的には５０〜７０ＧＨｚの範囲で、最も具体的には５９〜６５ＧＨｚの範囲で作動するように設計されるものである。しかしながら、アンテナ部８は単なる例であり、ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ５、６、７の作動は上記周波数の範囲に限定されるものではなく、異なる種類のアンテナ部を用いれば異なる周波数でも作動可能である、ということを理解されたい。例えば、ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ５、６、７は、二重偏波アンテナ又は二重偏波アンテナアレーの形態で実施される場合もあり、二重偏波アンテナ又は二重偏波アンテナアレーにおいては、放射パターンを操縦するために水平及び垂直偏波が変更可能である。さらに、ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ５、６、７は互いに同一であってもよいが、必ずしもそうである必要はない。言い換えると、ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ５、６、７は、異なる種類の、位相配列アンテナ又は同一の位相配列アンテナをそれぞれ備える場合もあるということである。

図１に示す例において、３つの（少なくともほとんどの）直交又は垂直のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ５、６、７は、ｘｙｚ座標系の（６つのうち）有り得る３つの方向をカバーするものであり、それにより各ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ５、６、７は、例えば指向性放射パターンによって半球空間をカバーすることで、データ処理装置１の有り得る取付／配置の全ての可能性について、データ処理装置１と別の装置との間にワイヤレスリンクを確立可能となるであろう。ある用途においては、十分なカバーエリアを得るためには、第１のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ５と第２のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ６とのみを提供することで十分である場合がある。例えば、第１のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ５が位置する側壁４がデータ処理装置１の前面の側壁であり、側壁３が上向きの側壁である場合、例えば屋内用としては、ほとんどの取付／配置において、第１のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ５は直接（照準線）リンクと部屋の床又は側壁を介した反射リンク（非照準線）とに使用可能であり、第２のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ６は部屋の天井を介した反射リンクに使用可能であるため、別の装置とのワイヤレスリンクを確立することが可能である。しかしながら、より多くのビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナを提供することさえ可能である場合があり、例えば、ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナを側壁４に対向する側壁に追加し、さらに側壁２に対向する側壁にも追加することも可能であり、さらには側壁３に対向する側壁にも追加することさえ可能である。

図２は、別の例のデータ処理装置１’のブロック図を示しており、図３に示すものの概略図となっている。データ処理装置１’は、図１に示して説明したデータ処理装置１に非常によく似ており、ゆえにデータ処理装置１に関して説明した機能や特徴などは、同様にデータ処理装置１’にも関するものである。唯一の違いは、データ処理装置１’の第３のステアリング及び／又はフォーミングアンテナ７’が、データ処理装置１’のケーシングの同一の側壁に設置され、したがって第１のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ５と同一の面に設置されるということである。しかしながら、図３に示すように、第３のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ７’は、側壁において、第１のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ５から、データ処理装置１’の幅に相当する距離だけ離れた反対の角に設置される。ここで、第１のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ５と第３のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ７’とが設置される側壁４’がデータ処理装置１’の前側である場合には、ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナのかかる設置により、空間カバーエリアをいっそう良いものとし、別の装置への信頼性の高いワイヤレスリンクを確立することができる。追加のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナを、側壁４’に対向する側壁に追加することも可能であり、又はデータ処理装置１’の他の側壁に追加することも可能である。また、さらに別のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナを、側壁２に対向する側壁に、アンテナ５、６の付近に設置して、図１のデータ処理装置と同様なものにアンテナ７’を追加したものとなるようにアンテナを設置することも可能である。図１に示す例の第３のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ７に関する他の説明全ては、図３に示す例の第３のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ７’にも当てはまるものである。

本発明によるデータ処理装置は、ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナにより送信又は受信される信号を処理する処理手段又は処理部をさらに備える。図２及び３に示す例においては、処理手段１０を概略的に示しているが、処理手段１０は、図１に示して説明した例のデータ処理装置１に与えられる、ということを理解されたい。ワイヤレスリンクを介して受信される信号をデータ処理装置１’が処理するという場合には、処理手段１０は、ワイヤレスリンクに使用される送信又は通信システムに応じて、第１のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ５、第２のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ６、及び／又は第３のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ７’により受信される信号を処理する。電磁信号がワイヤレスリンクに使用される場合、例えば信号の周波数がＧＨｚの周波数範囲（又はミリメートルの範囲）のうちで高いという場合には、処理手段１０は高周波数処理部であっても、又は高周波数処理部を備えるものであってもよく、この場合の高周波数処理部は、中間周波数帯域信号まで、又は基底帯域信号まで、高周波数信号を低い周波数に変換するものである。最終的に、処理手段１０は、復調部や基底帯域処理部のような機能や、他の必要な機能をさらに追加して備えることもできる。ワイヤレスリンクを介して送信される信号をデータ処理装置１’が処理するものである場合、第１のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ５、第２のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ６、及び／又は第３のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ７’により送信される信号を処理するために必要な機能を、処理手段１０は備えるものとなる。ワイヤレスリンクが高周波数範囲の電磁信号の送信に基づく場合、処理手段１０は、高周波数処理部であっても、又は高周波数処理部を備えるものであってもよく、この場合の高周波数処理部は、基底帯域信号又は中間周波数帯域信号を高周波数に変換する。あるいは、高周波数処理回路をアンテナ５、６、７、７’の一部として有してもよく、処理手段１０は必要な機能をさらに備えてもよい。

処理手段１０は、変調機能や基底帯域処理機能などのような追加機能又は代替機能をさらに備えてもよい。図２及び３に概略的に示すように、データ処理装置１’は、第１のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ５と、第２のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ６と、第３のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ７’とに接続される単一の信号処理手段１０を備えるのみであると効果的である。ここで、処理手段１０とビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナとが互いにできる限り近くに位置していると、すなわち損失をできる限り削減するように配置されていると、さらに効果的となる。図２及び３に概略的に示すとおり、処理手段１０と第１及び第２のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ５、６との間の信号線により引き起こされる全種類の損失を避けられるように、又は少なくとも削減できるように、第１のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ５と第２のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ６とは、処理手段１０の隣に、又は処理手段１０に隣接して配置される。しかしながら、第１及び第２のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ５及び６までの距離だけ、ゆえに処理手段１０までの距離だけ離して設置される第３のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ７’について、ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ７’により受信される信号を処理手段１０に提供する、又は逆方向の提供を行う適切な構成を用いることが、当を得ている。図２及び３において、この提供部１６を概略的に示してある。当該提供部１６は例えば導波管又は基板集積導波管であってよく、基板集積導波管は、より柔軟な集積の可能性を与えると同時に伝播損失を削減するために、例えば柔軟な基板材料を備えるものであってよい。しかしながら、同軸ケーブルなどのような他種の提供部１６を与えて実施することも可能である。

本発明によるデータ処理装置１、１’は、ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ５、６、７、７’のビーム方向を操縦するビームステアリング制御手段さらに備える。ここで、ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナの実施形態に応じて、各ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ５、６、７、７’は、個々に割り当てられたビームステアリング制御手段に制御される場合、又はそれぞれのデータ処理装置１、１’における全部のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナが１つの共通のビームステアリング制御手段に制御される場合がある。図４は、４つのアンテナ部８を有する位相配列アンテナの機能ブロック図であり、これは図１に関して説明したものと同様のものに、ビームステアリング部１５と、位相配列アンテナの実際の実施に必要な他の構成とを追加したものである。各アンテナ部８は、例えば位相シフト部バンクのようにした位相シフト部１５がそれぞれに割り当てられている。位相シフト部１５は、アンテナ部８それぞれの位相を変化させて、位相配列アンテナの全体の放射パターンを変化させることが可能である。ここで、各アンテナ部８の移送入力を変化させ、次に各アンテナ部８の個々の放射パターンを操縦して、放射パターンの主ローブ方向まわりの特定の角度範囲内で位相配列アンテナの全体の放射パターンを操縦することが可能である。上記放射パターンの主ローブ方向とは、アンテナ平面それぞれから平面アンテナ部８の平面に対して垂直な（法線）方向である（例えば図１では矢印で示す）。それで図４は、ビームステアリングの可能性を実現するために、特定の実施形態としての回路に対する提案を示す。各位相シフト部１５は、ＲＦスイッチ１１を介してそれぞれのアンテナ部に接続される。さらに、各位相シフト部１５は、別のＲＦスイッチ１２によってそれぞれのパワー分割部１３に接続される。２つのパワー分割部１３は、主パワー分割部１４に接続される。パワー分割部１３及び１４を用いて、４つのアンテナ部８に対して同値の信号強度を分割したり（アンテナ部８を用いて信号を送信する場合）、又はアナログ高周波フロントエンドに対して同値の信号強度を合計したり（アンテナ部８を用いて信号を受信する場合）する。また、マイクロストリップ線のようなフィード構造（図示せず）を、各アンテナ部８に対するフィード線として使用してもよい。位相シフト部９を用いて、各アンテナ部８における信号位相をシフトし、所望のビームステアリングパターン方向を得る。このように、位相シフト部１５は、アンテナ部８を備える位相配列アンテナ用のビームステアリング制御手段を形成する。代替実施形態においては、位相シフト部は、デジタル信号処理技術用いてデジタル領域で作動するデジタル処理部として実施される場合もある。他のビームステアリング制御手段も使用可能であるが、ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ５、６、７、７’として使用するアンテナの種類による。例えば、二重偏波アンテナ又は二重偏波アンテナアレーをビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナとして用いる場合には、（デジタル）偏波制御手段又は（デジタル）偏波制御部をビームステアリング制御手段として用いて、二重偏波アンテナ又は二重偏波アンテナアレーの水平及び垂直偏波を変化させてもよい。

一般的に、ビームステアリング制御手段は、例えば処理手段が受信する外部制御情報に又は内部制御情報に基づいて、処理手段１０によって制御される場合がある。例えば、処理手段１０は、リンク条件を測定したり、又は対応情報を受信したりすることで、ビームステアリング手段を制御可能である。

さらに処理部１０は、例えば、信号受信及び／又は送信のために、本発明による２つのビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナのうちただ１つを選択可能であり、それにより、選択された単一のアンテナのビームが所望の方向に操縦される。あるいは、使用可能なビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナを全部用いて同一のデータを受信又は送信することも可能であり、そのビームは組み合わされて単一のワイヤレスリンクを確立する場合と、又はそのビームは個別にいくつかのワイヤレスリンクを確立するようにされる場合とがある。さらに、個別に操縦されるビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナをいくつか介して、異なるデータを受信又は送信することも可能である。あるいは、ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナの全部又はいくつかを用いて、同一のデータを受信又は送信することも可能である。

図５は、本発明によるビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナ５、６、７、７’として使用可能な位相配列アンテナ１７の非限定的な例の斜視図を示す。図５のアンテナアレー１７は、共通基板１８に二次構造をとる４つのアンテナ部８の実施形態を示す。言い換えると、共通基板１８は、例えば単一層基板であるとして、上面にプリント形成される４つの平面導電層を有し、各平面導電層はノッチの形態の放射部９を備えている。アンテナ１７のフィード構造１９を以下で説明することにする。アンテナ１９は反射面２０を備えてもよく、例えば反射面２０は、基板１８から所定の距離だけ離して配置された金属層である。しかしながら、反射面２０は用途によっては備えずともよいものである。アンテナ１７に与えるアンテナ部８は４つではなく、４より多くても少なくてもよい。ここで、アンテナ１７は同一の縦ｒｌ３、横ｒｌ４（例えば５ｍｍ以上）の二重構造を有してもよい。しかしながら、アンテナ１７は、異なる縦と横とを有するものであってもよい。

図６は、ミリ波信号放射及び／又は受信用アンテナ１7のアンテナ部８の斜視図を示す。アンテナ１７は、所定の作動周波数帯域幅の範囲内で、ゲイン指向性放射パターンが高く、例えばワイヤレスＲＦ送受信機のアナログ（又はデジタル）フロントエンド回路に接続可能である。アンテナ１７は、ＧＨｚの範囲の周波数において効果的に作動するように設計されるものであり、より具体的には２０〜１２０ＧＨｚの範囲で、さらに具体的には５０〜７０ＧＨｚの範囲で、最も具体的には５９〜６５ＧＨｚの範囲で作動するように設計されるものである。しかしながら、このようなアンテナの作動は上記周波数の範囲に限定されるものではなく、異なる周波数でも、それに応じてアンテナの寸法や比を大きくしたり小さくしたりすることで作動可能となるものである。

上述のように、アンテナ１７が備える基板１８は、誘電体材料など、適切であればいかなる材料から形成してもよく、単一層として形成してもよい。各アンテナ部８において、平面導電層２１が基板１８に形成されており、この平面導電層２１は、例えばプリント技術によって、基板１８の上側に例えば銅の層として形成されるものである。平面導電層２１において、放射部９が形成されており、この放射部９はスロットの形をしている。このスロットは、例えばエッチング技術によって形成されるものである。

基板１８における導電層２１の反対側には、フィード構造１９があり、電磁信号を放射部９に提供して送信させたり、又は放射部９によって受信される電磁信号を、フィード構造に接続された処理回路に、例えば処理手段１０に提供したりする。さらに、基板１８におけるフィード構造１９の側から所定の距離だけ離れたところに、反射面２０があり、導電面、例えば金属面として形成されている。反射面は、放射部９により送信及び／又は受信される電磁波を反射する電磁波スクリーンとして機能し、基板１８の裏面の放射を消去又は抑えて、アンテナの主方向におけるアンテナゲインを増加させる。ここでアンテナの主方向とは、基板１８から離れる方へ向かう、導電層２１の平面に対して垂直な方向である。しかしながら、本発明によるアンテナが上述の反射面２０なしで実施可能である用途も有り得る。

フィード構造１９は、適切であればいかなるフィード構造であってもよいが、プリント技術によって基板１８の裏面に形成したマイクロストリップフィード線として実施されると効果的である。ここで、マイクロストリップフィード線のインピーダンスは、５０Ωが効果的である。

アンテナ部８の作動原理は以下のとおりである。励起電磁波が、フィード構造１９を通り、放射部９へと導かれる。放射部９、すなわちスロットにおいて、励起電磁波の磁界成分が、スロット内の電界を励起させる。ここで、作動周波数において大きな周波数帯域幅、例えば作動周波数の１０％の周波数帯域幅を得るために、放射部９は、中央部９ａと、当該中央部９ａに接続されて当該中央部９ａから広がる２つの外側部９ｂとを備えて、スロットアンテナを形成する。図６の平面導電層２１及びフィード構造１９の斜視図と、図７のアンテナ部８の平面図とで、放射部９の特定の形状を示す。

図示するアンテナ部８の実施形態において、放射部９のスロットは一般的にはＵ字型であり、Ｕ字の２つのアームは上述の外側部９ｂで形成され、Ｕ字の底部は中央部９ａで形成されていて、２つの外側部９ｂに接続している。２つの外側部９ｂは、一般的には互いに平行に、中央部９ａに対して垂直に広がる。図示したＵ字型のスロットは、作動周波数の約１０％の周波数帯域幅をもたらし、例えば６０ＧＨｚ程度の作動周波数では６ＧＨｚの周波数帯域幅となる。図示した実施形態において、中央部９ａと２つの外側部あるいはアーム９ｂとの間の変わり目は丸まっている。しかしながら、異なる用途では、中央部９ａと２つの外側部９ｂとの間の変わり目は角をもって矩形となっている場合もある。

図７に示すように、平面導電層２１の形状は、一般的に、長さの等しい辺ｒｌ１及びｒｌ２が二次形状を示す矩形である。しかしながら、ｒｌ１がｒｌ２よりも短くなったり長くなったりして、異なる形状をとることも有り得る。

図７は、アンテナ部８の平面図であり、基板の裏面のフィード構造１９を示し、放射部９に関するフィード構造１９の配置を示すものでもある。特に、フィード構造１９は、図示する実施形態ではプリント形成したマイクロストリップ線であり、放射部９の中央部９ａから信号をフィード又はリードする。ここで、フィード構造は、平面導電層２１及びスロット９の反対の、基板１８における裏面に設置されているものであり、それによりフィード構造と放射部とは分離され、放射特性の側ローブを抑える。ここで、フィード構造１９は、放射部９の２つの外側部９ｂが広がる方向の反対方向から放射部９の中央部９ａへ信号をフィードする。図７に視覚化した二次元投影図において、フィード構造１９は放射部９の中央部９ａと重なり、基板１８をこえて、確実に結合しているということが分かる。

平面導電層２１は、銅伝送２１を縦方向と横方向とを半分に分割する２つの対称軸Ａ及びＢを有する。ここで、フィード構造１９は対称軸Ａに沿って対称に広がり、放射部９のスロットは対称軸Ａに対して鏡像対称となるように設置される。言い換えると、放射部９の２つの外側部９ｂは、一般的に対称軸Ａに対して平行に広がり、鏡像対称である。放射部９の中央部９ａの基底線は、対称軸Ｂに設置される。言い換えると、中央部９ａの基底線間の距離は、その方向における平面導電層２１の縦の半分である。

一般的に、２つの外側部９ｂがテーパとなる、すなわち２つの外側部９ｂの横幅が中央部９ａから離れるにしたがって増大すると効果的である。ここで、放射部の複素数インピーダンスの虚部が低減可能であり、そのためアンテナ１の全体のインピーダンスが低減され、例えば５０Ωのフィード構造のインピーダンスと一致可能となる。

さらに、２つの外側部９ｂがテーパとなる場合、２つの外側部の横幅ｗ１はその端が中央部９ａの横幅ｗ２よりも大きい。２つの外側部９ｂの端の横幅ｗ１が中央部９ａの横幅ｗ２の２倍よりも大きいと効果的である。さらに、中央部９ａの縦幅ｌ３は、２つの外側部９ｂの端の横幅ｗ１より大きい。言い換えると、２つの外側部９ｂ間の距離は、それぞれの横幅ｗ１より大きい。さらに、放射部９の全体の横幅ｗ３はその縦幅ｌ２よりも大きく、２つの外側部９ｂの各々の縦幅はｌ２であり、その横幅ｗ１よりも長い。図示した平面導電層２１及び放射部９の形状と次元とは、５０〜７０ＧＨｚの範囲の周波数で信号を放射及び受信するには特に適当である。

第１、第２及び第３のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナを有する、本発明によるデータ処理装置を概略的に示す。本発明によるデータ処理装置のブロック図を概略的に示す。第１、第２及び第３のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナを有する、本発明によるデータ処理装置の別の実施形態を概略的に示す。ビームステアリング制御手段を有する位相配列アンテナの機能ブロック図を概略的に示す。位相配列アンテナの一例の斜視図を示す。図５の位相配列アンテナのアンテナ部の斜視図を示す。図６のアンテナ部の平面図を示す。

Claims

ワイヤレスリンクを介して受信される信号を処理するデータ処理装置であって、
前記データ処理装置に設置され、前記ワイヤレスリンクを介してデータを受信する第１のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナと、
前記第１のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナと角度をなすように前記データ処理装置に設置され、前記ワイヤレスリンクを介してデータを受信する第２のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナと、
前記第１のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナと前記第２のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナとが受信する信号を処理する処理手段と
を備えるデータ処理装置。
ワイヤレスリンクを介して送信される信号を処理するデータ処理装置であって、
前記データ処理装置に設置され、前記ワイヤレスリンクを介してデータを送信する第１のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナと、
前記第１のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナと角度をなすように前記データ処理装置に設置され、前記ワイヤレスリンクを介してデータを送信する第２のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナと、
前記第１のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナと前記第２のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナとが送信する信号を処理する処理手段と
を備えるデータ処理装置。
前記第１のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナと前記第２のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナとは、互いに垂直に設置される、請求項１又は２に記載のデータ処理装置。
前記処理手段は、前記第１のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナと前記第２のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナとの隣に位置する、請求項１又は２又は３に記載のデータ処理装置。
前記処理手段は、前記第１のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナの隣に位置し、前記第２のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナは、導波管によって前記処理手段に接続される、請求項１又は２又は３に記載のデータ処理装置。
第３のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナを備え、
前記処理手段は、前記第１のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナと前記第２のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナとの隣に位置し、前記第３のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナは、導波管によって前記処理手段に接続される、
請求項１又は２又は３に記載のデータ処理装置。
前記導波管は基板集積導波管である、請求項５又は６に記載のデータ処理装置。
前記ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナは、同一の面に設置される２又は３以上のアンテナ部をそれぞれ備える位相配列アンテナであり、少なくとも前記第１のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナの面と前記第２のビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナの面とは、互いに角度をなすように設置される、
請求項１〜７のいずれか１項に記載のデータ処理装置。
前記ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナのビームを操縦するビームステアリング制御手段を備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載のデータ処理装置。
前記ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナのビームを形成するビームステアリング制御手段を備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載のデータ処理装置。
前記ビームステアリング及び／又はフォーミングアンテナは二重偏波アンテナである、請求項１〜７のいずれか１項に記載のデータ処理装置。
前記二重偏波アンテナの偏波を制御する偏波制御手段を備える、請求項１１に記載のデータ処理装置。