アダプティブアレーアンテナ装置の制御方法
【課題】干渉波の影響を抑制し、所望波に対して高いＳＩＮＲを実現する。
【解決手段】アダプティブアレーアンテナ装置１００は、指向性制御可能なｍ0個の指向性可変アンテナ素子ＡＮ−ｍ（ｍはｍ0以下の自然数、以下同じ）と、無線受信機Ｒ−ｍと、適応制御コントローラＣ１と、重み付け装置（乗算器）Ｗ−ｍと、信号合成装置（加算器）ｐ１とを備えている。無線受信機Ｒ−ｍは低歪増幅器（ＬＮＡ）、ダウンコンバータ（Ｄ／Ｃ、Ｉ相／Ｑ相の２信号を出力するもの）、アナログディジタル変換器（Ａ／Ｄ）により構成されている。図１のアダプティブアレーアンテナ装置１００は、適応制御コントローラＣ１によって、各アンテナ素子の指向性および乗算器で乗ずる重み係数を制御することで、所望波に対して高いＳＩＮＲを実現する。
【解決手段】アダプティブアレーアンテナ装置１００は、指向性制御可能なｍ0個の指向性可変アンテナ素子ＡＮ−ｍ（ｍはｍ0以下の自然数、以下同じ）と、無線受信機Ｒ−ｍと、適応制御コントローラＣ１と、重み付け装置（乗算器）Ｗ−ｍと、信号合成装置（加算器）ｐ１とを備えている。無線受信機Ｒ−ｍは低歪増幅器（ＬＮＡ）、ダウンコンバータ（Ｄ／Ｃ、Ｉ相／Ｑ相の２信号を出力するもの）、アナログディジタル変換器（Ａ／Ｄ）により構成されている。図１のアダプティブアレーアンテナ装置１００は、適応制御コントローラＣ１によって、各アンテナ素子の指向性および乗算器で乗ずる重み係数を制御することで、所望波に対して高いＳＩＮＲを実現する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指向性を制御できる複数のアンテナ素子からなるアダプティブアレーアンテナ装置の制御方法に関し、所望波と干渉波の間の空間相関係数を適応的に低減するための制御アルゴリズムに関する。
【背景技術】
【０００２】
所望波と干渉波が到来する状況で、干渉波を抑圧しながら所望波のみを受信するには一般にアダプティブアレーアンテナが用いられる。装置および制御方法はすでに各種提案されており、その一例を図９に示す。
【０００３】
図９のアダプティブアレーアンテナ装置９００の構成は以下の通りである。各アンテナ素子ＡＮｎ−１及至ＡＮｎ−ｍは指向性が不変のアンテナ素子であり、それぞれの空間相関が小さくなるように配置されている。各アンテナに接続した無線受信機Ｒ―１及至Ｒ−ｍによって受信信号が得られる。このｍ個の受信信号から、ＳＩＮＲ（Signal to Interference plus Noise Ratio）が最大となるように、適応制御コントローラＣ１により各受信信号の重み係数が算出されて、重み付け装置（乗算器）Ｗ−１及至Ｗ−ｍにおいて各受信信号に重み係数が乗ぜられて、信号合成装置（加算器）ｐ１により合成信号が得られる。尚、無線受信機Ｒ―１及至Ｒ−ｍは低歪増幅器（ＬＮＡ）、ダウンコンバータ（Ｄ／Ｃ、Ｉ相／Ｑ相の２信号を出力するもの）、アナログディジタル変換器（Ａ／Ｄ）により構成されている。
【０００４】
アダプティブアレーアンテナによって干渉波が抑圧可能であることの判断基準として、空間相関係数がある（非特許文献１）。空間相関係数が小さいほど干渉波の抑圧が容易であり、また、最適ウェイト計算の収束も早い。
【０００５】
非特許文献１では、アダプティブアレー装置の各アンテナ素子が指向性を持つ場合の空間相関係数の静特性についても述べられており、適切に各アンテナ素子の指向性を変化させることにより、無指向性の場合と比べて所望の方向に対して空間相関係数を低減できることが示されている。
【０００６】
また、アナログ的に指向性を制御できるアンテナ素子として、給電素子と無給電素子から構成され、無給電素子に装荷された可変リアクタンス値を変化させることによって指向性を制御することができる簡易構造指向性制御アンテナの開発が行われている。このアンテナ装置は無給電素子を給電素子に対して、導波器または反射器として有効に動作させることできわめて容易に指向性の制御を行うことができる。
【０００７】
前記簡易型指向性制御アンテナの従来例のひとつであるエスパアンテナ(ESPAR antenna; Electronically Steerable Passive Array Radiator antenna)は特許文献１等で報告されている。エスパアンテナ構成の一例を図１０に示す。また、その単一ユニットにおける指向性制御方法も特許文献１等で報告されている。
【０００８】
簡単に図１０のエスパアンテナ１０の構成を説明する。図１０．Ａは、給電素子Ａ０と、各々に可変リアクタンス素子が接続された６本の無給電素子Ａ１〜Ａ６とを有するエスパアンテナ１０の構成を示す斜視図である。これら給電素子Ａ０と無給電素子Ａ１〜Ａ６は、鉛直方向に設けられた線状導体であって、水平に配設された接地導体１１の７箇所の孔部１１０〜１１６を通して、接地導体１１に触れることなく上方向に設けられている。７箇所の孔部１１０〜１１６の配置は、中央部に孔部１１０を設け、孔部１１０を中心として正六角形の頂点の位置に孔部１１１〜１１６を設ける。このように給電素子Ａ０と無給電素子Ａ１〜Ａ６は、接地導体１１の７箇所の孔部１１０〜１１６を通して例えば同一の長さで設けられている。
【０００９】
図１０．Ｂは、給電素子Ａ０と無給電素子Ａ１及びＡ４が一平面上に形成されることから、当該面による断面図を示すものである。接地導体１１の孔部１１０の下では、給電素子Ａ０は同軸ケーブル５の芯線に接続され、受信機に接続される。接地導体１１の孔部１１１及び１１４の下では、無給電素子Ａ１及びＡ４は他端が接地された可変リアクタンス素子１２−１及び１２−４に接続されている。全く同様にして、６個の無給電素子Ａ１〜Ａ６は、接地導体１１の孔部１１１〜１１６の下で、他端が接地された可変リアクタンス素子１２−１乃至１２−６（全ては示していない）に接続されている。
【００１０】
図１０．Ｃは、可変リアクタンス素子とその制御方法の一例を示す回路図である。図１０．Ｃのように、線状導体である無給電素子Ａ１〜Ａ６には、各々バラクタダイオード１２−１〜１２−６の負極が接続されている。また、バラクタダイオード１２−１〜１２−６の正極は接地されている。適応制御コントローラＣから、抵抗１４−１〜１４−６を介してバラクタダイオード１２−１〜１２−６の負極に印加する電位を調整することで、バラクタダイオード１２−１〜１２−６を可変リアクタンス素子として作用させることができる。尚、適応制御コントローラＣと抵抗１４−１〜１４−６との接続点は他端が接地されたコンデンサ１５−１〜１５−６が接続されている。バラクタダイオード１２−１〜１２−６の負極に、適応制御コントローラＣから、抵抗１４−１〜１４−６を介して印加する電位をを変化させることで、バラクタダイオード１２−１〜１２−６を可変リアクタンス素子として作用させることができる。
【００１１】
このような簡易型指向性制御アンテナ素子を複数用いて構成されたアダプティブアレーアンテナについて、特許文献２で報告されている。
【特許文献１】特開２００４ １３４８７３
【特許文献２】特開２００４ ０６４７４３
【非特許文献１】Heng-Cheng Lin,“Spatial Correlations in Adaptive Arrays,”IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. AP-30, pp. 212-223, March 1982.
【非特許文献２】R. J. Dinger,“Reactively steered adaptive array using microstrip patch at 4GHz,”IEEE Trans. Antennas & Propag., vol. AP 32, no. 8, pp. 848 856, Aug. 1984.
【非特許文献３】T. Ohira et al.,“Electronically steerable passive array radiator antennas for low-cost analog adaptive beamforming,”2000 IEEE International Conference on Phased Array System & Technology pp. 101-104, Dana point, California, May 21-25, 2000.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
アダプティブアレーアンテナにグレーティングローブあるいはグレーティングヌルが存在する場合には、所望波方向以外にも空間相関係数の絶対値が１に近い方向が存在し、その付近では干渉波の抑圧が困難となる。通常、アダプティブアレーでは設計段階でグレーティングローブを避けるために、アンテナ素子の間隔を半波長としている。
【００１３】
しかしながら、同一チャネル干渉とフェージングが同時に存在する状況では、干渉波抑圧に加えてフェージング対策も行う必要があり、前述のように素子間隔が狭いと各アンテナ素子の相関が高いため、フェージングに対して十分なダイバーシチ効果を得ることができない。一方で、素子間隔を広げると、各素子の相関が低減してダイバーシチ効果が高くなるが、空間相関係数が１に近い方向が所望波方向以外にも出現し、その付近では干渉波の抑圧が困難となる。その他にも、アンテナ素子間の相互結合の低減や、ビーム幅を鋭くするといった目的により、素子間隔を一定値以上保ちたい場合がある。このときにも、上述の空間相関係数の問題から干渉波抑圧困難な方向が存在する。
【００１４】
この問題に対し、アダプティブアレーの各アンテナ素子の指向性を電波伝搬環境に合わせて適切に変化させることにより、所望波・干渉波間における空間相関係数の低減が期待できる。しかしながら、空間相関係数は所望波と干渉波の到来角度を変数に含むため、空間相関係数を直接低減するためには到来方向をあらかじめ知っておかなければならず、現実的ではない。そこで、ブラインド制御により空間相関係数を適応的に低減することが重要となるが、これまでにそれを実現する具体的なアンテナ構成および制御方法についての報告がない。
【００１５】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、複数の指向性可変アンテナ素子によって構成されるアダプティブアレーアンテナにおいて、到来方向に関する予備知識なしに、所望波と干渉波の間の空間相関係数に対して、適応的に低減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
すなわち、本発明の第１の手段は、各々の指向性を独立に制御可能な複数の指向性アンテナ素子と、前記複数の指向性アンテナ素子毎に、その受信信号に対してそれぞれ決定された重み係数を乗ずる複数の乗算器と、前記複数の乗算器の出力を加算する加算器とを有するアダプティブアレーアンテナ装置の制御方法であって、前記複数の指向性アンテナ素子の各指向性を変化させて受信を行い、前記複数の指向性アンテナ素子による受信信号によって構成される相関行列における、固有値または固有ベクトルを変数とする目的関数が最大または最小となる前記複数の指向性アンテナ素子の各指向性を決定する手順と、当該決定された前記複数の指向性アンテナ素子の各指向性における前記複数の受信信号に対する重み係数を、干渉波の影響を抑制するように決定する手順とを含むことを特徴とするアダプティブアレーアンテナ装置の制御方法である。
【００１７】
第２の手段は、上記の第１の手段において、前記複数の指向性可変アンテナ素子のそれぞれが、１つの給電素子と、前記給電素子から所定の間隔だけ離れて設けられた複数の無給電素子と、前記無給電素子に装荷された複数の可変リアクタンス素子から構成され、前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値を変化させることにより指向性可変アンテナ素子の指向性を制御可能であることを特徴とする。
【００１８】
第３の手段は、上記の第１の手段において、前記複数の指向性アンテナ素子のそれぞれが、２点１組の給電点から成る給電部を備えて１つの基準平面上に配置された１つの主のループ配線と、前記主のループ配線と平行または同一平面上に配置された、給電点を備えない少なくとも１つの従のループ配線とを有するアンテナ素子であって、各前記ループ配線は、それぞれ互いに交点及び接点を持たず、前記従のループ配線に囲まれた平面領域の中心点は、前記主のループ配線に囲まれた平面領域の中心点を通る、前記基準平面に垂直な１つの垂直断面上に位置しており、任意の１つの前記ループ配線によって囲まれる平面領域は、前記基準平面の法線方向から見たときに、隣り合う他の前記ループ配線によって囲まれる他の平面領域と部分的に重なって見え、前記従のループ配線は、前記垂直断面上の２箇所にそれぞれ可変リアクタンス素子を有し、前記主のループ配線は、前記垂直断面上の１箇所に可変リアクタンス素子を有し、前記垂直断面上の他の１箇所に前記給電部を有するものであり、前記給電点を前記給電素子、前記金属ループ配線に備えられた複数の可変リアクタンス素子を前記複数の無給電素子とみなし、前記金属ループ配線に備えられた複数の可変リアクタンス素子のリアクタンス値を変化させることにより指向性を変化させることを特徴とする。
【００１９】
第４の手段は、上記の第１の手段において、前記複数のアンテナ素子のそれぞれが、複数の指向性微小アンテナ素子を切り替えることにより指向性制御を実現することを特徴とする。
【００２０】
第５の手段は、上記の第２または３の手段において、前記複数の指向性可変アンテナ素子の各指向性を決定する手順は、前記可変リアクタンス素子の各リアクタンス値における前記目的関数値に基づいて、反復的な非線形計画法を用いて前記目的関数値を最大または最小にする各指向性を決定する手順であることを特徴とする。
【００２１】
第６の手段は、上記の第２または３の手段において、前記複数のアンテナ素子それぞれに設けられた複数の可変リアクタンス素子のリアクタンスセット値を所定の数だけ用意し、前記リアクタンスセット値をアンテナ素子ごとに順次切替えて、各リアクタンス値に対して前記目的関数を計算する手順と、前記目的関数値を最大または最小にするための前記リアクタンス値を設定する手順とを有することを特徴とする。
【００２２】
第７の手段は、上記の第１乃至第６の何れか１つの手段において、前記目的関数が前記固有値の中で、雑音電力よりも大きい最小固有値であることを特徴とする。
【００２３】
第８の手段は、上記の第1乃至第６の何れか1つの手段において、前記目的関数が前記固有値の中で、雑音電力よりも大きいすべての固有値同士の積であることを特徴とする。
【００２４】
第９の手段は、上記の第1乃至第６の何れか1つの手段において、
前記目的関数が前記固有値の中で、雑音電力よりも大きいすべての固有値同士の積を和で割ったものであることを特徴とする。
【００２５】
第１０の手段は、上記の第１乃至第９の何れか１つの手段において、前記アダプティブアレーアンテナ装置は移動体における通信に用いられるものであって、前記移動体の移動速度又は位置情報に応じて、指向性及び重み付けの更新頻度を変化させることを特徴とする。
【００２６】
第１１の手段は、上記の第５の手段において、前記アダプティブアレーアンテナ装置は移動体における通信に用いられるものであって、前記移動体の移動速度又は位置情報に応じて、非線型計画法におけるリアクタンス値の変化幅の大きさを変化させることを特徴とする。
【００２７】
第１２の手段は、上記の第１乃至第１１の何れか１つの手段において、水平面内の任意の方向に対し、当該方向にビームを向けることが可能である指向性アンテナ素子が複数の指向性アンテナ素子全体のうちに１個以上存在することを特徴とする。
【００２８】
第１３の手段は、上記の第１乃至第１２の何れか１つの手段において、前記指向性を制御可能な複数の指向性可変アンテナ素子が、それぞれ通信に用いられる波長λ以上離れて設置されていることを特徴とする。
【００２９】
また、第１４の手段は、上記の第１乃至第１３の何れか１つの手段において、前記指向性を制御可能な複数の指向性アンテナ素子を、前記指向性を制御可能な１個以上の指向性アンテナ素子と、指向性が固定された１個以上のアンテナ素子とを含む複数のアンテナ素子に置き換えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
第１の手段によれば、アダプティブアレーアンテナの各素子に指向性制御可能なアンテナ素子を用いることによって、刻々と変化する電波到来環境において、所望波と干渉波の間の空間相関係数を低く保ち、干渉波抑圧能力を維持することができる。また、受信信号の相関行列による固有値・固有ベクトルを目的関数とする規範を用いることで、各アンテナブランチの指向性を、統合的な制御によって最適な状態にすることができる。このため、各アンテナ素子で個別に制御を行うよりも装置が小規模で済み、また、自己矛盾のない制御が可能である。このとき、所望波および干渉波の電力や到来角、参照信号などの予備知識を必要とせず、ブラインド処理が可能である。
【００３１】
また、各指向性可変アンテナ素子の位置関係を必要としないため、アダプティブアレーアンテナ搭載の自由度が高い。
【００３２】
以上の制御により、グレーティングローブに起因する空間相関係数の問題を解決することが可能であり、高いダイバーシチ効果と干渉波抑圧能力をもつアダプティブアレーアンテナが実現できる。
【００３３】
第２の手段によれば、指向性を独立に制御可能な指向性可変アンテナ素子が簡易な構造で実現できる。
【００３４】
第３の手段によれば、ループ配線によって囲まれた面積を貫く磁束を共有することによって、平板構造でありながら、給電点を備えた主のループ配線の半分と、その他の給電点を備えないループ配線の半分との間に高い相互結合を達成する事ができ、パタン形成能力や制御能力の高い指向性可変アンテナ素子を実現できる。 したがって、搭載位置に制限のある場合や、各指向性可変アンテナ素子が鋭いビームを絞ることが求められる場合に有効である。
【００３５】
第４の手段によれば、微小指向性アンテナ素子の切り替え装置のみで各指向性アンテナ素子の指向性を変化させることができるため、単純な構成で実現可能である。
【００３６】
第５の手段によれば、前記目的関数に対して最急勾配法などの非線形計画法を用いることで、速やかに所望の状態に収束させることができる。すべてのリアクタンス値に対して、同一の目的関数を用いて制御を行うため、統合的な制御が可能となる。また、連続的に各アンテナの指向性を変化させるため、精度の高い制御が可能となる。
【００３７】
第６の手段によれば、各指向性可変アンテナ素子にあらかじめ用意しておいたリアクタンス値に対応する指向性の組み合わせの中で、もっとも目的関数が所望の値に近いものを解とするため、速やかに解を求めることができる。電波伝搬環境の変化が非常に速い場合においても、解を速やかに追従させるのに有効である。
【００３８】
第７の手段によれば、第７の手段によれば、固有値が示すすべての到来波に対し受信電力の和を大きくし、かつ、各到来波の入力電力の差と空間相関係数を小さくするように指向性を制御できる。このため、空間相関係数低減後の最適制御によって、高いＳＩＮＲを達成できる。
【００３９】
第８の手段によれば、各到来波の電力に関係なくすべての波に対して同等に指向性を向けようとし、かつ、空間相関係数を小さくするように各アンテナの指向性を制御する。このため、干渉波電力が大きい場合には、所望波に比べて高い電力のまま受信をして、空間相関係数低減後の最適制御においてより高いＳＩＮＲを実現できる。
【００４０】
第９の手段によれば、各到来波における入力電力の逆数の和を小さくしようとし、かつ、空間相関係数を小さくするように各アンテナの指向性を制御する。このため、強い電力の到来波に比べて、弱い電力の到来波に対して優先的にビームを向けようとする。
【００４１】
第１０及び第１１の手段によれば、移動体の移動速度に応じた適切な制御、及び移動体の周囲の電波遮蔽物を考慮した適切な制御を行うことができる。移動通信では速度に応じて電波環境の変化するスピードが変化するため、そのスピードに応じて制御を行うことで、通信品質の向上と計算リソースの節約が可能である。
【００４２】
また、移動通信では、伝搬路の遮蔽に伴うマルチパスによるフェージングが伝搬劣化の要因となる。そのマルチパスの度合いは、例えば市街地のビルに囲まれたような環境では強くあらわれ、一方で郊外地のような基地局から見通しがよい環境では弱くなる。このため、伝搬環境に応じて前記目的関数の更新頻度を適切に設定することで、通信品質の向上と計算リソースの節約が可能である。
【００４３】
第１２の手段によれば、水平面で全方位（３６０ｄｅｇ）のいずれの方向から到来する電波に対して適切な制御を行うことができる。アンテナは車両搭載時に車体の影響を受け、指向性が大きく歪む。このため、指向性可変アンテナ素子においては、ビームを走査できない範囲が生じることが考えられる。このことを考慮して、指向性可変アンテナ素子を複数用いて構成するシステムにおいては、水平面内３６０ｄｅｇの任意の点で少なくとも１素子はビームを向けることができるようにアンテナ素子を配置することで、制御範囲を確保することができる。
【００４４】
第１３の手段によれば、各アンテナ素子が波長よりも十分離れていないと電磁的に結合し、所望の指向性制御が達成できないことがあるため、各アンテナ素子を一波長以上離して設置することで所望の性能を確保できる。特に、各アンテナ素子に相互結合を利用する可変リアクタンス素子装荷の指向性制御アンテナを用いる場合には重要である。
また、空間相関がない程度にアンテナ素子を離して設置することで、高いダイバーシチ効果を得ることができる。
【００４５】
以上はアダプティブアレーアンテナを構成する全てのアンテナ素子が指向性可変アンテナ素子であることを前提としているが、そこに指向性不変のアンテナ素子を加えても、効果が減ずることは無いことは明らかである。更には、指向性可変アンテナ素子を１個以上、指向性不変のアンテナ素子を１個以上としても、同様の効果を有するアダプティブアレーが期待できる（請求項１４）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。尚、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００４７】
〔アダプティブアレーアンテナ装置１００の構成〕
図１は本発明に係る第１の実施例であるアダプティブアレーアンテナ装置１００の構成を示す構成図である。アダプティブアレーアンテナ装置１００は、図１に示すように、指向性制御可能なｍ0個の指向性可変アンテナ素子ＡＮ−ｍ（ｍはｍ0以下の自然数、以下同じ）と、無線受信機Ｒ−ｍと、適応制御コントローラＣ１と、重み付け装置（乗算器）Ｗ−ｍと、信号合成装置（加算器）ｐ１とを備えている。尚、無線受信機Ｒ−ｍは低歪増幅器（ＬＮＡ）、ダウンコンバータ（Ｄ／Ｃ、Ｉ相／Ｑ相の２信号を出力するもの）、アナログディジタル変換器（Ａ／Ｄ）により構成されている。図１のアダプティブアレーアンテナ装置１００は、適応制御コントローラＣ１によって、各アンテナ素子の指向性および乗算器で乗ずる重み係数を制御することで、所望波に対して高いＳＩＮＲを実現するものである。
【００４８】
前述のように、各アンテナ素子の指向性を制御することで、グレーティングローブが存在するアダプティブアレーアンテナに対して、所望波と干渉波の間の空間相関係数を低減する。制御アルゴリズムは、各アンテナ素子の受信波の相関行列から固有値を求め、当該固有値の関数である目的関数Ｊの極値を求める。この制御アルゴリズムに応じて各アンテナの指向性を制御することで、所望波と干渉波の間の空間相関係数を低減できることを、数値シミュレーションを用いて以下に示す。
【００４９】
図２のように２つの指向性アンテナ素子ｋ１、ｋ２を用いて、それらの間隔ｄを、所望波の波長λに等しく置く。図のように２つの指向性アンテナ素子ｋ１、ｋ２を結ぶ線分の垂直二等分線方向にｘ軸（方向０ｄｅｇ）をとる。また、指向性アンテナ素子ｋ１、ｋ２として、図１０のエスパアンテナ１０を用いるとする。
【００５０】
各エスパアンテナ１０（アンテナ素子ｋ１、ｋ２）の複素指向性をＤ1，Ｄ2と置くと、それらはそれぞれ６個のリアクタンス値と角度θの関数である。図３の手順に従って、リアクタンス値ｘm,k（ｍ＝１，２；ｋ＝１〜６）の各成分それぞれ微小値Δｘだけ摂動させて、目的関数の勾配値∇Ｊを求め、目的関数の最大または最小を求めるために最急勾配法を適用するものである。
【００５１】
〔図３の概要〕
適応制御コントローラＣ１から複数の可変リアクタンス素子のリアクタンス値を与えることにより、各アンテナの指向性を連続的に制御することができる。
【００５２】
各指向性可変アンテナ素子ＡＮ−ｍは各々ｋ個（ｋはｋ0以下の自然数）の可変リアクタンス素子を備えている。本実施例では反復的な非線形アルゴリズム、例えば最急降下法を用いて、適切なリアクタンス値、固有値、および固有ベクトルを求め、ひとつまたは複数の所望波に対して高いＳＩＮＲを達成するように指向性を制御できることを示す。
【００５３】
図３の手順に従って、リアクタンス値ｘm,kの各成分を順次所定の微小値Δｘm,kだけ摂動させて受信信号を得て、受信信号の相関行列から目的関数Ｊの変化分（偏微分値）を得て勾配値∇Ｊを求め、目的関数の最大または最小を求めるために最急勾配法を適用する。繰り返し数Ｌ0だけ手順を繰り返したのち、目的関数Ｊが最大または最小となったとして、例えば最適化アルゴリズムを適用するなどして求めたウェイトベクトルのｍ番目の要素を受信信号ｙm（ｔ）に対応する重み係数として乗算器Ｗ−ｍに出力すれば、図１のアダプティブアレーアンテナ装置１００において、所望波に対して高いＳＩＮＲを実現できる。
【００５４】
〔図３の詳細〕
図３のフローチャートを、例えば目的関数Ｊとしてｍ0個の受信信号ｙm（ｔ）によるｍ0行ｍ0列の相関行列の所定番目に大きい固有値であって、当該固有値を最大とする場合のｍ0ｋ0個のリアクタンス値ｘm,kの組｛ｘm,k｝を求める場合として説明する。尚、ｍ0ｋ0個のリアクタンス値ｘm,kを、１番からｍ0ｋ0（＝ｎ0）番まで番号を振って、単にｘn（ｎはｎ0以下の自然数）と示す。同様にΔｘm,kを、単にΔｘnと示す。尚、全てのΔｘnを同一の微小値Δｘと設定しても良い。また、リアクタンス値ｘm,kの組｛ｘm,k｝、即ちリアクタンス値ｘnの組｛ｘn｝のＬ回目の更新を単にｘ（Ｌ）と示す。ｘ（Ｌ）はｍ0ｋ0個のリアクタンス値から成るｍ0ｋ0次のベクトルである。また、リアクタンス値ｘnの組｛ｘn｝の初期値は、リアクタンス値ｘm,kの全要素が、例えば０であるとする。また、比較のため、各リアクタンス値ｘm,kの取りうる最大値、最小値を別途記憶しておく。
【００５５】
図３のようにステップ１００（図３ではＳ１００と記載、以下同じ）で、まず、自然数カウンタＬの初期値を１とし、ステップ１０２に進む。ステップ１０２では自然数カウンタｎの初期値を１とし、ステップ１０４に進む。
【００５６】
ステップ１０４では第Ｌ回の更新のための受信信号として、ｍ0ｋ0（＝ｎ0）個のリアクタンス値ｘnの組｛ｘn｝即ちベクトルｘ（Ｌ）によりｍ0個の指向性可変アンテナ素子ＡＮ−ｍの指向性を設定して、所定時間、受信信号ｙm（ｔ）を得てステップ１０６に進む。
【００５７】
ステップ１０６では、ｍ0個の受信信号ｙm（ｔ）によるｍ0行ｍ0列の相関行列から、固有値演算を行い、目的関数Ｊの値を計算する。本実施例では相関行列の所定番目に大きい固有値である。このＪの値を比較対象値ＪSとして記憶し、ステップ１０８に進む。
【００５８】
ステップ１０８では、ｎ番目のリアクタンス値ｘnのみについて、微小値Δｘnだけ増加させる。上述の通り、全ての微小値Δｘnを同一の値Δｘとしても良い。次にステップ１１０に進む。
【００５９】
ステップ１１０では、ｎ番目のリアクタンス値ｘnのみ更新されたｍ0ｋ0（＝ｎ0）個のリアクタンス値ｘnの組｛ｘn｝、即ちベクトルｘ（Ｌ）によりｍ0個の指向性可変アンテナ素子ＡＮ−ｍの指向性を設定して、所定時間、受信信号ｙm（ｔ）を得てステップ１１２に進む。
【００６０】
ステップ１１２では、ｍ0個の受信信号ｙm（ｔ）によるｍ0行ｍ0列の相関行列から、固有値演算を行い、目的関数Ｊの値を計算する。本実施例では相関行列の所定番目に大きい固有値である。次にステップ１１４に進む。
【００６１】
ステップ１１４では、このＪの値の比較対象値ＪSに対する増加分を、ｎ番目のリアクタンス値ｘnに対する目的関数Ｊの偏微分値として記憶し、ステップ１１６に進む。
【００６２】
ステップ１１６では、ｎ番目のリアクタンス値ｘnのみについて、微小値Δｘnだけ減少させる。これにより、ｎ番目のリアクタンス値ｘnは、ステップ１０８で更新する前の値に戻る。次にステップ１１８に進む。
【００６３】
ステップ１１８では、ｎが最大値であるｎ0（＝ｍ0ｋ0）以上であるかどうかを判定し、ｎが最大値であるｎ0（＝ｍ0ｋ0）以上でなければステップ１２０に、ｎが最大値であるｎ0（＝ｍ0ｋ0）以上であればステップ１２２にそれぞれ進む。ステップ１２０では、ｎをｎ＋１に更新して、ステップ１０８に進む。
【００６４】
ステップ１２２では、今回Ｌ回目の更新でのＪの勾配である、ｎ0（＝ｍ0ｋ0）個の値を有するベクトル∇Ｊ（Ｌ）（ｎ番目の要素がｎ番目のリアクタンス値ｘnに対する目的関数Ｊの偏微分値）をμ倍して、ベクトルｘ（Ｌ）に加えて、ベクトルｘ（Ｌ＋１）を求めて記憶する。このμは、最急降下法におけるステップ量である。この際、ベクトルｘ（Ｌ）は消去して良いが、ベクトルｘ（Ｌ＋１）のｎ0（＝ｍ0ｋ0）個の要素、即ちｘm,kのうち、１個でもその取りうる最大値を超える場合はｘ（Ｌ＋１）＝ｘ（Ｌ）とするものとする。次にステップ１２４に進む。
【００６５】
ステップ１２４では、Ｌが最大値であるＬ0以上であるかどうかを判定し、Ｌが最大値であるＬ0以上でなければステップ１２６に、Ｌが最大値であるＬ0以上であればアルゴリズムを終了する。ステップ１２６では、ＬをＬ＋１に更新して、ステップ１０２に進む。
【００６６】
こうして、ｎ0（＝ｍ0ｋ0）次のベクトルｘ（Ｌ0＋１）のｍ0ｋ0個のリアクタンス値ｘm,kによりｍ0個の指向性可変アンテナ素子ＡＮ−ｍの指向性を設定することができる。目的関数として例えば雑音でない最小の固有値を用い、それを最大とするように実施し、例えば最適化アルゴリズムなどによって求めた適切な重み係数で重み付けを行うことにより、図１のアダプティブアレーアンテナ装置１００において、干渉波の影響を抑制し、所望波に対して高いＳＩＮＲを実現できる。
【００６７】
〔本発明の前半についてのシミュレーション〕
可変リアクタンス素子を装荷した指向性可変アンテナ素子ＡＮ−１及至ＡＮ−ｍ0に、図１０に示す７素子エスパアンテナ１０を２ユニット用い、ｍ0＝２、ｋ0＝６としてシミュレーションを行った。各アンテナの配置は実施例１の場合と同様とし、それぞれのアンテナ素子を図２におけるｋ１，ｋ２の配置とした。また、簡単のため、リアクタンス値ｘm,kの初期値（最小値）は０とした。
【００６８】
水平面内で所望波が０ｄｅｇ、干渉波がφｄｅｇ（φ＝３０，６０，９０，１２０，１５０，１８０）から到来しているとして、シミュレーションを行った。ＳＩＲは−１０ｄＢ、０ｄＢ、１０ｄＢとした。そのとき結果である、空間相関係数｜ρ｜の分布を図４．Ａ〜４．Ｆに示す。また、比較のために各アンテナが無指向性であるときの空間相関係数の分布を図５に示す。ここで、空間相関係数｜ρ｜は、所望波到来角をθ1、干渉波到来角をθ2、アンテナが無指向性のときのアレー応答ベクトルをｖ(θ)として以下の式で計算できるものとする。
【数１】
【００６９】
以上の結果より、提案する制御方法では干渉波の到来角に合わせて適応的に空間相関係数が低減していることが確認できる。それに比べて、各アンテナが無指向性のときには、９０ｄｅｇと１８０ｄｅｇ付近では空間相関係数の絶対値が１に近く、干渉波の抑圧能力が低いことがわかる。
【００７０】
〔本発明の後半についてのシミュレーション〕
前段の制御は、各アンテナ素子の指向性の制御により、所望波・干渉波共にできるだけ大きい電力で受信し、尚且つそれらが分離可能な状態で受信しようとするものである。しかしながら、この段階では受信信号に所望波及び干渉波が混在している。このため、次段として、最適化アルゴリズムなどで適切な重み係数を求め、所望波のみを効果的に受信することが重要であり、これによって初めて前段の制御を生かすことができる。
一方で、各素子が無指向性の従来のアダプティブアレーでは、本発明適用時と比べて、所望波が分離不可能な状態にある場合が有り、そのような状態ではいかなる最適化アルゴリズムを適用しても、所望波のみを受信するような適切な重み係数が存在しない。
従って、本発明において前段の制御と後段の制御を両方行うことにより、初めて高いＳＩＮＲを実現することができる。
その一例として再帰的最小２乗法（Recursive Least-Squares : RLS）による最適制御の合成パタンの結果を図６．Ａ〜６．Ｆに、０ｄｅｇに対する一様励振の合成パタンの結果を図７．Ａ〜７．Ｆにそれぞれ示す。RLS、一様励振ともに、どの方向にも干渉波を効果的に抑圧しており、本制御の有効性が確認できた。
【００７１】
上記の一様励振では、所望方向に対して同相になるような重み付けを行うため、到来方向が既知であればウェイトベクトルの計算をすることなしに高いＳＩＮＲの受信が可能となる。また、所望方向が未知の場合にも、相関ベクトルをウェイトベクトルとして用いることで一様励振が実現可能である。このため、RLS等の最適制御を行うときに比べて相関行列を求める必要がなく、少ない計算でウェイトベクトルを求めることが出来る。
【００７２】
〔空間相関係数と固有値の関係と目的関数の例〕
到来波２波の場合には、空間相関係数と固有値の間には以下の関係が成り立つ。
【数２】
ただし、
【数３】
とした。
【００７３】
このため、第２固有値を大きくする規範では、第一項、第二項より入力電力の和を大きくし、かつ、平方根の中身より入力電力の差と空間相関係数の絶対値を小さくしようと働くことがわかる。この性質はアンテナ数や到来波数が増えても一般的に適用できる。例えば、上記の第２固有値を大きくする規範の代わりに、雑音電力より大きい固有値の中の最小固有値を大きくする規範を用いればよい。
【００７４】
また、他の実施例として目的関数として雑音電力より大きい固有値同士の積を用いてもよい。到来波２波の場合には前述と同様にして以下の式で表せる。
【数４】
【００７５】
このため、この規範では、各到来波の電力にかかわらず、到来波に対してビームを向けようとし、かつ、空間相関係数を小さくしようとする。
【００７６】
このほか、目的関数として雑音電力より大きい固有値同士の積を和で割ったものを用いてもよい。到来波２波の場合は以下の式で表せる。
【数５】
【００７７】
この規範では、各入力電力を大きくしようとし、空間相関係数を小さくしようと働く。ただし、各入力電力の逆数の和を小さくしようとしているため、どちらかの波の入力電力に差があるときに、小さいほうの波を優先的に受信しようとする。
【００７８】
到来波が２波より多い場合には、例えば、以下に示す雑音電力より大きい固有値同士の逆数の和の逆数を大きくする規範を用いてよい。
【数６】
【００７９】
その他にも、以下に示す雑音電力より大きい固有値同士の積を和で割ったものを大きくする規範を用いてもよい。
【数７】
【００８０】
〔変形例〕
実施例２では各アンテナ素子に図１０のアンテナを用いたが、他の構造のアンテナ素子を用いてもよく、例えば、図８に示す平面構造可変リアクタンス装荷指向性制御アンテナ２０を用いてもよい。これは本願の請求項３に言う主のループ配線と従のループ配線とから成るアンテナ素子に対応する。図８の平面構造可変リアクタンス装荷指向性制御アンテナ２０は本願出願人らによる特願２００５−１５９０１４で述べている。以下、簡単に説明する。
【００８１】
図８のアンテナ２０が備える給電素子Ａ１１、無給電素子Ｐ１１ａおよび無給電素子Ｐ１１ｂの各ループ配線の平面形状はそれぞれ円形になっている。この給電素子Ａ１１が主のループ配線に相当している。また、無給電素子Ｐ１１ａおよび無給電素子Ｐ１１ｂが、従のループ配線に相当する。給電素子Ａ１１は、図８のｙｚ平面に平行な基準平面Σ0上に配置されている。また、無給電素子Ｐ１１ａ及び無給電素子Ｐ１１ｂは、この基準平面Σ0に平行な平面Σ2上にそれぞれ配置されている。ここで符号ｄ２は、これらの基準平面Σ0と平面Σ2との距離を示している。
【００８２】
また、図８の平面Σ1は、給電素子Ａ１１の中心点Ｃ0を通る、平面Σ0に垂直な平面（以下、垂直断面Σ1と言う）である。垂直断面Σ1は、ｘｙ平面に平行な面であり、主のループ配線が囲む平面領域に対して垂直に交わり、従のループ配線（無給電素子Ｐ１１ａおよび無給電素子Ｐ１１ｂ）の中心点Ｃa，Ｃbは何れもこの垂直断面Σ1上に配置されている。
図８の符号ｄ１ａは、無給電素子Ｐ１１ａの中心点Ｃaから主のループ配線の中心点Ｃ0までの距離を示している。また同様に、符号ｄ１ｂは、無給電素子Ｐ１１ｂの中心点Ｃbの中心点Ｃ0までの距離を示している。より詳しく言えば、給電素子Ａ１１に対して、それぞれの従のループ配線（無給電素子Ｐ１１ａおよび無給電素子Ｐ１１ｂ）は、所定の基準となる１波長λに対して、ｙ軸方向においてはｄ１ａ＝ｄ１ｂ＝λ／４となる様に配置されており、かつ、ｚ軸方向においてはｄ２＝0.0064λとなる様に基準平面Σ0から離して設置されている。
【００８３】
また、給電素子Ａ１１上には、垂直断面Σ1上に給電部Ｆ０が配置されており、このループ配線の反対側には可変リアクタンス素子Ｘ１が配設されている。その他の各可変リアクタンス素子Ｘ２〜Ｘ５についても、各ループ配線上の垂直断面Σ1上にそれぞれ１つずつ配設されている。
これらの構成により、各ループ配線における各リアクタンスの作用をも加味した各ループの実効長は、各リアクタンス素子Ｘ１〜Ｘ５の各リアクタンス値の可変制御に基づいて、何れも本アンテナ１００が取り扱う目的の電磁波の１波長に一致する様に可変制御することができる。
【００８４】
なお、可変リアクタンス素子Ｘ１〜Ｘ５はバリキャップダイオード、チップコンデンサ、チップインダクタ、チップ抵抗などのチップ部品から構成されており、バリキャップダイオードに直流電圧を加えることでリアクタンス値を変化させる。また、本実施例１では、可変リアクタンス素子Ｘ１〜Ｘ５の可変範囲をそれぞれ、−１００Ωから＋１００Ωとした。
また、以上の実施形態においては給電素子Ａ１１、無給電素子Ｐ１１ａ、Ｐ１１ｂを多層構造としたが、それぞれの素子が交点を持たなければよく、同一平面で構成し、例えばブリッジをつかって交点を持たないように構成してもよい。
【００８５】
以下、アンテナ２０の制御理論と動作特性について説明する。
線路長が１波長λであるループアンテナＡ１１は、近似的に給電部Ｆ０および可変リアクタンス素子Ｘ１を設置している位置に微小ダイポールアンテナが存在するとみなすことができる。同様に、無給電素子Ｐ１１ａおよびＰ１１ｂにおいても、可変リアクタンス素子Ｘ２及至Ｘ５を設置している位置を微小ダイポールアンテナが存在するとみなすことができる。このためアンテナ１００は６素子微小ダイポールアレイとして、従来のエスパアンテナの理論を適用することができる。
【００８６】
隣り合う各ループ配線の中心間のｙ軸方向における距離ｄ１ａ，ｄ１ｂを適切に設定することで、ダイポールを平面状に並べたときに比べて強い結合を維持したまま更に制御素子を増設可能なことが判明している。
また、各リアクタンス素子のリアクタンス値を適切に設定することによりアンテナの指向性（放射パターン）を自在に制御可能なことが判明している。
【００８７】
また、前述した様に給電部Ｆ０、可変リアクタンス素子Ｘ１〜Ｘ５を近似的に微小ダイポールとみなすことによって、指向性をアレーファクタと等価ウェイトベクトルの積で表現し、定式化することができる。そして、例えばこの様な定式化により、従来のエスパアンテナにおけるリアクタンスドメインアルゴリズムを容易に応用することができるので、本発明のアンテナ装置を用いれば、到来波の方位や位相などを精度よく推定する高度な適応制御を実行することができる。
【００８８】
可変リアクタンス素子の数が制御の自由度となり、自由度分の到来波を推定できることが判明している。
【００８９】
〔その他〕
また、本実施例２ではリアクタンスの初期値をすべて０とし、最急勾配法のみを用いて制御を行ったが、あらかじめ代表的なパタンを与えるリアクタンス値をいくつか用意しておき、実施例１のようにまずそれらの組み合わせの中で目的関数が最大または最小となるものを調べ、そのときのリアクタンス値を初期値として反復的な非線形計画法を行ってもよい。
その他に、各アンテナ素子において到来波推定を行い、その情報に基づいて到来波に対して指向性を向けるようなリアクタンス値を計算し、初期値として上記反復的な非線形計画法を行ってもよい。
【００９０】
また、本実施例１および２では、各指向性可変アンテナ素子を同一の特性を持つと仮定したが、異なる特性を持つアンテナ素子で構成してもよい。例えば、指向性が不変のアンテナ素子をアンテナ素子の一部に用いてアダプティブアレーアンテナ装置を構成してもよい。そのほか、可変リアクタンス素子の数や、アンテナ形状の異なるアンテナ素子を用いて、アダプティブアレーアンテナ装置を構成してもよい。
【００９１】
本実施例では、非線形計画法の実施例として最急降下法を用いたが、例えば、マルカート法やハミルトン法など他の非線形計画法を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】実施例１のアダプティブアレーアンテナ装置の説明図。
【図２】実施例１において用いた各アンテナ素子の配置説明図。
【図３】実施例１のアダプティブアレーアンテナ装置の最急降下法よる適応制御処理アルゴリズム。
【図４】提案方式実施後の空間相関係数の分布、干渉波到来角が30deg（４．Ａ）、60deg（４．Ｂ）、90deg（４．Ｃ）、120deg（４．Ｄ）、150deg（４．Ｅ）、180deg（４．Ｆ）。
【図５】オムニパタンのアンテナを用いたときの空間相関係数の分布（従来例）
【図６】空間相関低減後のＲＬＳ適用によるパタン、干渉波到来角が30deg（６．Ａ）、60deg（６．Ｂ）、90deg（６．Ｃ）、120deg（６．Ｄ）、150deg（６．Ｅ）、180deg（６．Ｆ）。
【図７】空間相関低減後の一様励振によるパタン、干渉波到来角が30deg（７．Ａ）、60deg（７．Ｂ）、90deg（７．Ｃ）、120deg（７．Ｄ）、150deg（７．Ｅ）、180deg（７．Ｆ）。
【図８】実施例２のアンテナ素子の変形例。
【図９】従来のダイバーシチアンテナ装置の説明図。
【図１０】従来の可変リアクタンス素子装荷指向性制御アンテナの説明図。
【符号の説明】
【００９３】
ＡＮ−ｍ：指向性可変アンテナ素子（ｍはｍ0以下の自然数、以下同じ）
Ｒ−ｍ：無線受信機
Ｗ−ｍ：重み付け装置
Ｃ１：適応制御コントローラ
ｐ１：信号合成装置
ｋ１，ｋ２：指向性可変アンテナ素子
ＡＮ−ｍ：可変リアクタンス素子を装荷した指向性可変アンテナ素子
Ａ１１：給電点を含む金属ループ配線
Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂ：給電点を含まない金属ループ配線
Ａ０：給電点
ＡＮｎ−ｍ：指向性不変アンテナ素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指向性を制御できる複数のアンテナ素子からなるアダプティブアレーアンテナ装置の制御方法に関し、所望波と干渉波の間の空間相関係数を適応的に低減するための制御アルゴリズムに関する。
【背景技術】
【０００２】
所望波と干渉波が到来する状況で、干渉波を抑圧しながら所望波のみを受信するには一般にアダプティブアレーアンテナが用いられる。装置および制御方法はすでに各種提案されており、その一例を図９に示す。
【０００３】
図９のアダプティブアレーアンテナ装置９００の構成は以下の通りである。各アンテナ素子ＡＮｎ−１及至ＡＮｎ−ｍは指向性が不変のアンテナ素子であり、それぞれの空間相関が小さくなるように配置されている。各アンテナに接続した無線受信機Ｒ―１及至Ｒ−ｍによって受信信号が得られる。このｍ個の受信信号から、ＳＩＮＲ（Signal to Interference plus Noise Ratio）が最大となるように、適応制御コントローラＣ１により各受信信号の重み係数が算出されて、重み付け装置（乗算器）Ｗ−１及至Ｗ−ｍにおいて各受信信号に重み係数が乗ぜられて、信号合成装置（加算器）ｐ１により合成信号が得られる。尚、無線受信機Ｒ―１及至Ｒ−ｍは低歪増幅器（ＬＮＡ）、ダウンコンバータ（Ｄ／Ｃ、Ｉ相／Ｑ相の２信号を出力するもの）、アナログディジタル変換器（Ａ／Ｄ）により構成されている。
【０００４】
アダプティブアレーアンテナによって干渉波が抑圧可能であることの判断基準として、空間相関係数がある（非特許文献１）。空間相関係数が小さいほど干渉波の抑圧が容易であり、また、最適ウェイト計算の収束も早い。
【０００５】
非特許文献１では、アダプティブアレー装置の各アンテナ素子が指向性を持つ場合の空間相関係数の静特性についても述べられており、適切に各アンテナ素子の指向性を変化させることにより、無指向性の場合と比べて所望の方向に対して空間相関係数を低減できることが示されている。
【０００６】
また、アナログ的に指向性を制御できるアンテナ素子として、給電素子と無給電素子から構成され、無給電素子に装荷された可変リアクタンス値を変化させることによって指向性を制御することができる簡易構造指向性制御アンテナの開発が行われている。このアンテナ装置は無給電素子を給電素子に対して、導波器または反射器として有効に動作させることできわめて容易に指向性の制御を行うことができる。
【０００７】
前記簡易型指向性制御アンテナの従来例のひとつであるエスパアンテナ(ESPAR antenna; Electronically Steerable Passive Array Radiator antenna)は特許文献１等で報告されている。エスパアンテナ構成の一例を図１０に示す。また、その単一ユニットにおける指向性制御方法も特許文献１等で報告されている。
【０００８】
簡単に図１０のエスパアンテナ１０の構成を説明する。図１０．Ａは、給電素子Ａ０と、各々に可変リアクタンス素子が接続された６本の無給電素子Ａ１〜Ａ６とを有するエスパアンテナ１０の構成を示す斜視図である。これら給電素子Ａ０と無給電素子Ａ１〜Ａ６は、鉛直方向に設けられた線状導体であって、水平に配設された接地導体１１の７箇所の孔部１１０〜１１６を通して、接地導体１１に触れることなく上方向に設けられている。７箇所の孔部１１０〜１１６の配置は、中央部に孔部１１０を設け、孔部１１０を中心として正六角形の頂点の位置に孔部１１１〜１１６を設ける。このように給電素子Ａ０と無給電素子Ａ１〜Ａ６は、接地導体１１の７箇所の孔部１１０〜１１６を通して例えば同一の長さで設けられている。
【０００９】
図１０．Ｂは、給電素子Ａ０と無給電素子Ａ１及びＡ４が一平面上に形成されることから、当該面による断面図を示すものである。接地導体１１の孔部１１０の下では、給電素子Ａ０は同軸ケーブル５の芯線に接続され、受信機に接続される。接地導体１１の孔部１１１及び１１４の下では、無給電素子Ａ１及びＡ４は他端が接地された可変リアクタンス素子１２−１及び１２−４に接続されている。全く同様にして、６個の無給電素子Ａ１〜Ａ６は、接地導体１１の孔部１１１〜１１６の下で、他端が接地された可変リアクタンス素子１２−１乃至１２−６（全ては示していない）に接続されている。
【００１０】
図１０．Ｃは、可変リアクタンス素子とその制御方法の一例を示す回路図である。図１０．Ｃのように、線状導体である無給電素子Ａ１〜Ａ６には、各々バラクタダイオード１２−１〜１２−６の負極が接続されている。また、バラクタダイオード１２−１〜１２−６の正極は接地されている。適応制御コントローラＣから、抵抗１４−１〜１４−６を介してバラクタダイオード１２−１〜１２−６の負極に印加する電位を調整することで、バラクタダイオード１２−１〜１２−６を可変リアクタンス素子として作用させることができる。尚、適応制御コントローラＣと抵抗１４−１〜１４−６との接続点は他端が接地されたコンデンサ１５−１〜１５−６が接続されている。バラクタダイオード１２−１〜１２−６の負極に、適応制御コントローラＣから、抵抗１４−１〜１４−６を介して印加する電位をを変化させることで、バラクタダイオード１２−１〜１２−６を可変リアクタンス素子として作用させることができる。
【００１１】
このような簡易型指向性制御アンテナ素子を複数用いて構成されたアダプティブアレーアンテナについて、特許文献２で報告されている。
【特許文献１】特開２００４ １３４８７３
【特許文献２】特開２００４ ０６４７４３
【非特許文献１】Heng-Cheng Lin,“Spatial Correlations in Adaptive Arrays,”IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. AP-30, pp. 212-223, March 1982.
【非特許文献２】R. J. Dinger,“Reactively steered adaptive array using microstrip patch at 4GHz,”IEEE Trans. Antennas & Propag., vol. AP 32, no. 8, pp. 848 856, Aug. 1984.
【非特許文献３】T. Ohira et al.,“Electronically steerable passive array radiator antennas for low-cost analog adaptive beamforming,”2000 IEEE International Conference on Phased Array System & Technology pp. 101-104, Dana point, California, May 21-25, 2000.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
アダプティブアレーアンテナにグレーティングローブあるいはグレーティングヌルが存在する場合には、所望波方向以外にも空間相関係数の絶対値が１に近い方向が存在し、その付近では干渉波の抑圧が困難となる。通常、アダプティブアレーでは設計段階でグレーティングローブを避けるために、アンテナ素子の間隔を半波長としている。
【００１３】
しかしながら、同一チャネル干渉とフェージングが同時に存在する状況では、干渉波抑圧に加えてフェージング対策も行う必要があり、前述のように素子間隔が狭いと各アンテナ素子の相関が高いため、フェージングに対して十分なダイバーシチ効果を得ることができない。一方で、素子間隔を広げると、各素子の相関が低減してダイバーシチ効果が高くなるが、空間相関係数が１に近い方向が所望波方向以外にも出現し、その付近では干渉波の抑圧が困難となる。その他にも、アンテナ素子間の相互結合の低減や、ビーム幅を鋭くするといった目的により、素子間隔を一定値以上保ちたい場合がある。このときにも、上述の空間相関係数の問題から干渉波抑圧困難な方向が存在する。
【００１４】
この問題に対し、アダプティブアレーの各アンテナ素子の指向性を電波伝搬環境に合わせて適切に変化させることにより、所望波・干渉波間における空間相関係数の低減が期待できる。しかしながら、空間相関係数は所望波と干渉波の到来角度を変数に含むため、空間相関係数を直接低減するためには到来方向をあらかじめ知っておかなければならず、現実的ではない。そこで、ブラインド制御により空間相関係数を適応的に低減することが重要となるが、これまでにそれを実現する具体的なアンテナ構成および制御方法についての報告がない。
【００１５】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、複数の指向性可変アンテナ素子によって構成されるアダプティブアレーアンテナにおいて、到来方向に関する予備知識なしに、所望波と干渉波の間の空間相関係数に対して、適応的に低減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
すなわち、本発明の第１の手段は、各々の指向性を独立に制御可能な複数の指向性アンテナ素子と、前記複数の指向性アンテナ素子毎に、その受信信号に対してそれぞれ決定された重み係数を乗ずる複数の乗算器と、前記複数の乗算器の出力を加算する加算器とを有するアダプティブアレーアンテナ装置の制御方法であって、前記複数の指向性アンテナ素子の各指向性を変化させて受信を行い、前記複数の指向性アンテナ素子による受信信号によって構成される相関行列における、固有値または固有ベクトルを変数とする目的関数が最大または最小となる前記複数の指向性アンテナ素子の各指向性を決定する手順と、当該決定された前記複数の指向性アンテナ素子の各指向性における前記複数の受信信号に対する重み係数を、干渉波の影響を抑制するように決定する手順とを含むことを特徴とするアダプティブアレーアンテナ装置の制御方法である。
【００１７】
第２の手段は、上記の第１の手段において、前記複数の指向性可変アンテナ素子のそれぞれが、１つの給電素子と、前記給電素子から所定の間隔だけ離れて設けられた複数の無給電素子と、前記無給電素子に装荷された複数の可変リアクタンス素子から構成され、前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値を変化させることにより指向性可変アンテナ素子の指向性を制御可能であることを特徴とする。
【００１８】
第３の手段は、上記の第１の手段において、前記複数の指向性アンテナ素子のそれぞれが、２点１組の給電点から成る給電部を備えて１つの基準平面上に配置された１つの主のループ配線と、前記主のループ配線と平行または同一平面上に配置された、給電点を備えない少なくとも１つの従のループ配線とを有するアンテナ素子であって、各前記ループ配線は、それぞれ互いに交点及び接点を持たず、前記従のループ配線に囲まれた平面領域の中心点は、前記主のループ配線に囲まれた平面領域の中心点を通る、前記基準平面に垂直な１つの垂直断面上に位置しており、任意の１つの前記ループ配線によって囲まれる平面領域は、前記基準平面の法線方向から見たときに、隣り合う他の前記ループ配線によって囲まれる他の平面領域と部分的に重なって見え、前記従のループ配線は、前記垂直断面上の２箇所にそれぞれ可変リアクタンス素子を有し、前記主のループ配線は、前記垂直断面上の１箇所に可変リアクタンス素子を有し、前記垂直断面上の他の１箇所に前記給電部を有するものであり、前記給電点を前記給電素子、前記金属ループ配線に備えられた複数の可変リアクタンス素子を前記複数の無給電素子とみなし、前記金属ループ配線に備えられた複数の可変リアクタンス素子のリアクタンス値を変化させることにより指向性を変化させることを特徴とする。
【００１９】
第４の手段は、上記の第１の手段において、前記複数のアンテナ素子のそれぞれが、複数の指向性微小アンテナ素子を切り替えることにより指向性制御を実現することを特徴とする。
【００２０】
第５の手段は、上記の第２または３の手段において、前記複数の指向性可変アンテナ素子の各指向性を決定する手順は、前記可変リアクタンス素子の各リアクタンス値における前記目的関数値に基づいて、反復的な非線形計画法を用いて前記目的関数値を最大または最小にする各指向性を決定する手順であることを特徴とする。
【００２１】
第６の手段は、上記の第２または３の手段において、前記複数のアンテナ素子それぞれに設けられた複数の可変リアクタンス素子のリアクタンスセット値を所定の数だけ用意し、前記リアクタンスセット値をアンテナ素子ごとに順次切替えて、各リアクタンス値に対して前記目的関数を計算する手順と、前記目的関数値を最大または最小にするための前記リアクタンス値を設定する手順とを有することを特徴とする。
【００２２】
第７の手段は、上記の第１乃至第６の何れか１つの手段において、前記目的関数が前記固有値の中で、雑音電力よりも大きい最小固有値であることを特徴とする。
【００２３】
第８の手段は、上記の第1乃至第６の何れか1つの手段において、前記目的関数が前記固有値の中で、雑音電力よりも大きいすべての固有値同士の積であることを特徴とする。
【００２４】
第９の手段は、上記の第1乃至第６の何れか1つの手段において、
前記目的関数が前記固有値の中で、雑音電力よりも大きいすべての固有値同士の積を和で割ったものであることを特徴とする。
【００２５】
第１０の手段は、上記の第１乃至第９の何れか１つの手段において、前記アダプティブアレーアンテナ装置は移動体における通信に用いられるものであって、前記移動体の移動速度又は位置情報に応じて、指向性及び重み付けの更新頻度を変化させることを特徴とする。
【００２６】
第１１の手段は、上記の第５の手段において、前記アダプティブアレーアンテナ装置は移動体における通信に用いられるものであって、前記移動体の移動速度又は位置情報に応じて、非線型計画法におけるリアクタンス値の変化幅の大きさを変化させることを特徴とする。
【００２７】
第１２の手段は、上記の第１乃至第１１の何れか１つの手段において、水平面内の任意の方向に対し、当該方向にビームを向けることが可能である指向性アンテナ素子が複数の指向性アンテナ素子全体のうちに１個以上存在することを特徴とする。
【００２８】
第１３の手段は、上記の第１乃至第１２の何れか１つの手段において、前記指向性を制御可能な複数の指向性可変アンテナ素子が、それぞれ通信に用いられる波長λ以上離れて設置されていることを特徴とする。
【００２９】
また、第１４の手段は、上記の第１乃至第１３の何れか１つの手段において、前記指向性を制御可能な複数の指向性アンテナ素子を、前記指向性を制御可能な１個以上の指向性アンテナ素子と、指向性が固定された１個以上のアンテナ素子とを含む複数のアンテナ素子に置き換えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
第１の手段によれば、アダプティブアレーアンテナの各素子に指向性制御可能なアンテナ素子を用いることによって、刻々と変化する電波到来環境において、所望波と干渉波の間の空間相関係数を低く保ち、干渉波抑圧能力を維持することができる。また、受信信号の相関行列による固有値・固有ベクトルを目的関数とする規範を用いることで、各アンテナブランチの指向性を、統合的な制御によって最適な状態にすることができる。このため、各アンテナ素子で個別に制御を行うよりも装置が小規模で済み、また、自己矛盾のない制御が可能である。このとき、所望波および干渉波の電力や到来角、参照信号などの予備知識を必要とせず、ブラインド処理が可能である。
【００３１】
また、各指向性可変アンテナ素子の位置関係を必要としないため、アダプティブアレーアンテナ搭載の自由度が高い。
【００３２】
以上の制御により、グレーティングローブに起因する空間相関係数の問題を解決することが可能であり、高いダイバーシチ効果と干渉波抑圧能力をもつアダプティブアレーアンテナが実現できる。
【００３３】
第２の手段によれば、指向性を独立に制御可能な指向性可変アンテナ素子が簡易な構造で実現できる。
【００３４】
第３の手段によれば、ループ配線によって囲まれた面積を貫く磁束を共有することによって、平板構造でありながら、給電点を備えた主のループ配線の半分と、その他の給電点を備えないループ配線の半分との間に高い相互結合を達成する事ができ、パタン形成能力や制御能力の高い指向性可変アンテナ素子を実現できる。 したがって、搭載位置に制限のある場合や、各指向性可変アンテナ素子が鋭いビームを絞ることが求められる場合に有効である。
【００３５】
第４の手段によれば、微小指向性アンテナ素子の切り替え装置のみで各指向性アンテナ素子の指向性を変化させることができるため、単純な構成で実現可能である。
【００３６】
第５の手段によれば、前記目的関数に対して最急勾配法などの非線形計画法を用いることで、速やかに所望の状態に収束させることができる。すべてのリアクタンス値に対して、同一の目的関数を用いて制御を行うため、統合的な制御が可能となる。また、連続的に各アンテナの指向性を変化させるため、精度の高い制御が可能となる。
【００３７】
第６の手段によれば、各指向性可変アンテナ素子にあらかじめ用意しておいたリアクタンス値に対応する指向性の組み合わせの中で、もっとも目的関数が所望の値に近いものを解とするため、速やかに解を求めることができる。電波伝搬環境の変化が非常に速い場合においても、解を速やかに追従させるのに有効である。
【００３８】
第７の手段によれば、第７の手段によれば、固有値が示すすべての到来波に対し受信電力の和を大きくし、かつ、各到来波の入力電力の差と空間相関係数を小さくするように指向性を制御できる。このため、空間相関係数低減後の最適制御によって、高いＳＩＮＲを達成できる。
【００３９】
第８の手段によれば、各到来波の電力に関係なくすべての波に対して同等に指向性を向けようとし、かつ、空間相関係数を小さくするように各アンテナの指向性を制御する。このため、干渉波電力が大きい場合には、所望波に比べて高い電力のまま受信をして、空間相関係数低減後の最適制御においてより高いＳＩＮＲを実現できる。
【００４０】
第９の手段によれば、各到来波における入力電力の逆数の和を小さくしようとし、かつ、空間相関係数を小さくするように各アンテナの指向性を制御する。このため、強い電力の到来波に比べて、弱い電力の到来波に対して優先的にビームを向けようとする。
【００４１】
第１０及び第１１の手段によれば、移動体の移動速度に応じた適切な制御、及び移動体の周囲の電波遮蔽物を考慮した適切な制御を行うことができる。移動通信では速度に応じて電波環境の変化するスピードが変化するため、そのスピードに応じて制御を行うことで、通信品質の向上と計算リソースの節約が可能である。
【００４２】
また、移動通信では、伝搬路の遮蔽に伴うマルチパスによるフェージングが伝搬劣化の要因となる。そのマルチパスの度合いは、例えば市街地のビルに囲まれたような環境では強くあらわれ、一方で郊外地のような基地局から見通しがよい環境では弱くなる。このため、伝搬環境に応じて前記目的関数の更新頻度を適切に設定することで、通信品質の向上と計算リソースの節約が可能である。
【００４３】
第１２の手段によれば、水平面で全方位（３６０ｄｅｇ）のいずれの方向から到来する電波に対して適切な制御を行うことができる。アンテナは車両搭載時に車体の影響を受け、指向性が大きく歪む。このため、指向性可変アンテナ素子においては、ビームを走査できない範囲が生じることが考えられる。このことを考慮して、指向性可変アンテナ素子を複数用いて構成するシステムにおいては、水平面内３６０ｄｅｇの任意の点で少なくとも１素子はビームを向けることができるようにアンテナ素子を配置することで、制御範囲を確保することができる。
【００４４】
第１３の手段によれば、各アンテナ素子が波長よりも十分離れていないと電磁的に結合し、所望の指向性制御が達成できないことがあるため、各アンテナ素子を一波長以上離して設置することで所望の性能を確保できる。特に、各アンテナ素子に相互結合を利用する可変リアクタンス素子装荷の指向性制御アンテナを用いる場合には重要である。
また、空間相関がない程度にアンテナ素子を離して設置することで、高いダイバーシチ効果を得ることができる。
【００４５】
以上はアダプティブアレーアンテナを構成する全てのアンテナ素子が指向性可変アンテナ素子であることを前提としているが、そこに指向性不変のアンテナ素子を加えても、効果が減ずることは無いことは明らかである。更には、指向性可変アンテナ素子を１個以上、指向性不変のアンテナ素子を１個以上としても、同様の効果を有するアダプティブアレーが期待できる（請求項１４）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。尚、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００４７】
〔アダプティブアレーアンテナ装置１００の構成〕
図１は本発明に係る第１の実施例であるアダプティブアレーアンテナ装置１００の構成を示す構成図である。アダプティブアレーアンテナ装置１００は、図１に示すように、指向性制御可能なｍ0個の指向性可変アンテナ素子ＡＮ−ｍ（ｍはｍ0以下の自然数、以下同じ）と、無線受信機Ｒ−ｍと、適応制御コントローラＣ１と、重み付け装置（乗算器）Ｗ−ｍと、信号合成装置（加算器）ｐ１とを備えている。尚、無線受信機Ｒ−ｍは低歪増幅器（ＬＮＡ）、ダウンコンバータ（Ｄ／Ｃ、Ｉ相／Ｑ相の２信号を出力するもの）、アナログディジタル変換器（Ａ／Ｄ）により構成されている。図１のアダプティブアレーアンテナ装置１００は、適応制御コントローラＣ１によって、各アンテナ素子の指向性および乗算器で乗ずる重み係数を制御することで、所望波に対して高いＳＩＮＲを実現するものである。
【００４８】
前述のように、各アンテナ素子の指向性を制御することで、グレーティングローブが存在するアダプティブアレーアンテナに対して、所望波と干渉波の間の空間相関係数を低減する。制御アルゴリズムは、各アンテナ素子の受信波の相関行列から固有値を求め、当該固有値の関数である目的関数Ｊの極値を求める。この制御アルゴリズムに応じて各アンテナの指向性を制御することで、所望波と干渉波の間の空間相関係数を低減できることを、数値シミュレーションを用いて以下に示す。
【００４９】
図２のように２つの指向性アンテナ素子ｋ１、ｋ２を用いて、それらの間隔ｄを、所望波の波長λに等しく置く。図のように２つの指向性アンテナ素子ｋ１、ｋ２を結ぶ線分の垂直二等分線方向にｘ軸（方向０ｄｅｇ）をとる。また、指向性アンテナ素子ｋ１、ｋ２として、図１０のエスパアンテナ１０を用いるとする。
【００５０】
各エスパアンテナ１０（アンテナ素子ｋ１、ｋ２）の複素指向性をＤ1，Ｄ2と置くと、それらはそれぞれ６個のリアクタンス値と角度θの関数である。図３の手順に従って、リアクタンス値ｘm,k（ｍ＝１，２；ｋ＝１〜６）の各成分それぞれ微小値Δｘだけ摂動させて、目的関数の勾配値∇Ｊを求め、目的関数の最大または最小を求めるために最急勾配法を適用するものである。
【００５１】
〔図３の概要〕
適応制御コントローラＣ１から複数の可変リアクタンス素子のリアクタンス値を与えることにより、各アンテナの指向性を連続的に制御することができる。
【００５２】
各指向性可変アンテナ素子ＡＮ−ｍは各々ｋ個（ｋはｋ0以下の自然数）の可変リアクタンス素子を備えている。本実施例では反復的な非線形アルゴリズム、例えば最急降下法を用いて、適切なリアクタンス値、固有値、および固有ベクトルを求め、ひとつまたは複数の所望波に対して高いＳＩＮＲを達成するように指向性を制御できることを示す。
【００５３】
図３の手順に従って、リアクタンス値ｘm,kの各成分を順次所定の微小値Δｘm,kだけ摂動させて受信信号を得て、受信信号の相関行列から目的関数Ｊの変化分（偏微分値）を得て勾配値∇Ｊを求め、目的関数の最大または最小を求めるために最急勾配法を適用する。繰り返し数Ｌ0だけ手順を繰り返したのち、目的関数Ｊが最大または最小となったとして、例えば最適化アルゴリズムを適用するなどして求めたウェイトベクトルのｍ番目の要素を受信信号ｙm（ｔ）に対応する重み係数として乗算器Ｗ−ｍに出力すれば、図１のアダプティブアレーアンテナ装置１００において、所望波に対して高いＳＩＮＲを実現できる。
【００５４】
〔図３の詳細〕
図３のフローチャートを、例えば目的関数Ｊとしてｍ0個の受信信号ｙm（ｔ）によるｍ0行ｍ0列の相関行列の所定番目に大きい固有値であって、当該固有値を最大とする場合のｍ0ｋ0個のリアクタンス値ｘm,kの組｛ｘm,k｝を求める場合として説明する。尚、ｍ0ｋ0個のリアクタンス値ｘm,kを、１番からｍ0ｋ0（＝ｎ0）番まで番号を振って、単にｘn（ｎはｎ0以下の自然数）と示す。同様にΔｘm,kを、単にΔｘnと示す。尚、全てのΔｘnを同一の微小値Δｘと設定しても良い。また、リアクタンス値ｘm,kの組｛ｘm,k｝、即ちリアクタンス値ｘnの組｛ｘn｝のＬ回目の更新を単にｘ（Ｌ）と示す。ｘ（Ｌ）はｍ0ｋ0個のリアクタンス値から成るｍ0ｋ0次のベクトルである。また、リアクタンス値ｘnの組｛ｘn｝の初期値は、リアクタンス値ｘm,kの全要素が、例えば０であるとする。また、比較のため、各リアクタンス値ｘm,kの取りうる最大値、最小値を別途記憶しておく。
【００５５】
図３のようにステップ１００（図３ではＳ１００と記載、以下同じ）で、まず、自然数カウンタＬの初期値を１とし、ステップ１０２に進む。ステップ１０２では自然数カウンタｎの初期値を１とし、ステップ１０４に進む。
【００５６】
ステップ１０４では第Ｌ回の更新のための受信信号として、ｍ0ｋ0（＝ｎ0）個のリアクタンス値ｘnの組｛ｘn｝即ちベクトルｘ（Ｌ）によりｍ0個の指向性可変アンテナ素子ＡＮ−ｍの指向性を設定して、所定時間、受信信号ｙm（ｔ）を得てステップ１０６に進む。
【００５７】
ステップ１０６では、ｍ0個の受信信号ｙm（ｔ）によるｍ0行ｍ0列の相関行列から、固有値演算を行い、目的関数Ｊの値を計算する。本実施例では相関行列の所定番目に大きい固有値である。このＪの値を比較対象値ＪSとして記憶し、ステップ１０８に進む。
【００５８】
ステップ１０８では、ｎ番目のリアクタンス値ｘnのみについて、微小値Δｘnだけ増加させる。上述の通り、全ての微小値Δｘnを同一の値Δｘとしても良い。次にステップ１１０に進む。
【００５９】
ステップ１１０では、ｎ番目のリアクタンス値ｘnのみ更新されたｍ0ｋ0（＝ｎ0）個のリアクタンス値ｘnの組｛ｘn｝、即ちベクトルｘ（Ｌ）によりｍ0個の指向性可変アンテナ素子ＡＮ−ｍの指向性を設定して、所定時間、受信信号ｙm（ｔ）を得てステップ１１２に進む。
【００６０】
ステップ１１２では、ｍ0個の受信信号ｙm（ｔ）によるｍ0行ｍ0列の相関行列から、固有値演算を行い、目的関数Ｊの値を計算する。本実施例では相関行列の所定番目に大きい固有値である。次にステップ１１４に進む。
【００６１】
ステップ１１４では、このＪの値の比較対象値ＪSに対する増加分を、ｎ番目のリアクタンス値ｘnに対する目的関数Ｊの偏微分値として記憶し、ステップ１１６に進む。
【００６２】
ステップ１１６では、ｎ番目のリアクタンス値ｘnのみについて、微小値Δｘnだけ減少させる。これにより、ｎ番目のリアクタンス値ｘnは、ステップ１０８で更新する前の値に戻る。次にステップ１１８に進む。
【００６３】
ステップ１１８では、ｎが最大値であるｎ0（＝ｍ0ｋ0）以上であるかどうかを判定し、ｎが最大値であるｎ0（＝ｍ0ｋ0）以上でなければステップ１２０に、ｎが最大値であるｎ0（＝ｍ0ｋ0）以上であればステップ１２２にそれぞれ進む。ステップ１２０では、ｎをｎ＋１に更新して、ステップ１０８に進む。
【００６４】
ステップ１２２では、今回Ｌ回目の更新でのＪの勾配である、ｎ0（＝ｍ0ｋ0）個の値を有するベクトル∇Ｊ（Ｌ）（ｎ番目の要素がｎ番目のリアクタンス値ｘnに対する目的関数Ｊの偏微分値）をμ倍して、ベクトルｘ（Ｌ）に加えて、ベクトルｘ（Ｌ＋１）を求めて記憶する。このμは、最急降下法におけるステップ量である。この際、ベクトルｘ（Ｌ）は消去して良いが、ベクトルｘ（Ｌ＋１）のｎ0（＝ｍ0ｋ0）個の要素、即ちｘm,kのうち、１個でもその取りうる最大値を超える場合はｘ（Ｌ＋１）＝ｘ（Ｌ）とするものとする。次にステップ１２４に進む。
【００６５】
ステップ１２４では、Ｌが最大値であるＬ0以上であるかどうかを判定し、Ｌが最大値であるＬ0以上でなければステップ１２６に、Ｌが最大値であるＬ0以上であればアルゴリズムを終了する。ステップ１２６では、ＬをＬ＋１に更新して、ステップ１０２に進む。
【００６６】
こうして、ｎ0（＝ｍ0ｋ0）次のベクトルｘ（Ｌ0＋１）のｍ0ｋ0個のリアクタンス値ｘm,kによりｍ0個の指向性可変アンテナ素子ＡＮ−ｍの指向性を設定することができる。目的関数として例えば雑音でない最小の固有値を用い、それを最大とするように実施し、例えば最適化アルゴリズムなどによって求めた適切な重み係数で重み付けを行うことにより、図１のアダプティブアレーアンテナ装置１００において、干渉波の影響を抑制し、所望波に対して高いＳＩＮＲを実現できる。
【００６７】
〔本発明の前半についてのシミュレーション〕
可変リアクタンス素子を装荷した指向性可変アンテナ素子ＡＮ−１及至ＡＮ−ｍ0に、図１０に示す７素子エスパアンテナ１０を２ユニット用い、ｍ0＝２、ｋ0＝６としてシミュレーションを行った。各アンテナの配置は実施例１の場合と同様とし、それぞれのアンテナ素子を図２におけるｋ１，ｋ２の配置とした。また、簡単のため、リアクタンス値ｘm,kの初期値（最小値）は０とした。
【００６８】
水平面内で所望波が０ｄｅｇ、干渉波がφｄｅｇ（φ＝３０，６０，９０，１２０，１５０，１８０）から到来しているとして、シミュレーションを行った。ＳＩＲは−１０ｄＢ、０ｄＢ、１０ｄＢとした。そのとき結果である、空間相関係数｜ρ｜の分布を図４．Ａ〜４．Ｆに示す。また、比較のために各アンテナが無指向性であるときの空間相関係数の分布を図５に示す。ここで、空間相関係数｜ρ｜は、所望波到来角をθ1、干渉波到来角をθ2、アンテナが無指向性のときのアレー応答ベクトルをｖ(θ)として以下の式で計算できるものとする。
【数１】
【００６９】
以上の結果より、提案する制御方法では干渉波の到来角に合わせて適応的に空間相関係数が低減していることが確認できる。それに比べて、各アンテナが無指向性のときには、９０ｄｅｇと１８０ｄｅｇ付近では空間相関係数の絶対値が１に近く、干渉波の抑圧能力が低いことがわかる。
【００７０】
〔本発明の後半についてのシミュレーション〕
前段の制御は、各アンテナ素子の指向性の制御により、所望波・干渉波共にできるだけ大きい電力で受信し、尚且つそれらが分離可能な状態で受信しようとするものである。しかしながら、この段階では受信信号に所望波及び干渉波が混在している。このため、次段として、最適化アルゴリズムなどで適切な重み係数を求め、所望波のみを効果的に受信することが重要であり、これによって初めて前段の制御を生かすことができる。
一方で、各素子が無指向性の従来のアダプティブアレーでは、本発明適用時と比べて、所望波が分離不可能な状態にある場合が有り、そのような状態ではいかなる最適化アルゴリズムを適用しても、所望波のみを受信するような適切な重み係数が存在しない。
従って、本発明において前段の制御と後段の制御を両方行うことにより、初めて高いＳＩＮＲを実現することができる。
その一例として再帰的最小２乗法（Recursive Least-Squares : RLS）による最適制御の合成パタンの結果を図６．Ａ〜６．Ｆに、０ｄｅｇに対する一様励振の合成パタンの結果を図７．Ａ〜７．Ｆにそれぞれ示す。RLS、一様励振ともに、どの方向にも干渉波を効果的に抑圧しており、本制御の有効性が確認できた。
【００７１】
上記の一様励振では、所望方向に対して同相になるような重み付けを行うため、到来方向が既知であればウェイトベクトルの計算をすることなしに高いＳＩＮＲの受信が可能となる。また、所望方向が未知の場合にも、相関ベクトルをウェイトベクトルとして用いることで一様励振が実現可能である。このため、RLS等の最適制御を行うときに比べて相関行列を求める必要がなく、少ない計算でウェイトベクトルを求めることが出来る。
【００７２】
〔空間相関係数と固有値の関係と目的関数の例〕
到来波２波の場合には、空間相関係数と固有値の間には以下の関係が成り立つ。
【数２】
ただし、
【数３】
とした。
【００７３】
このため、第２固有値を大きくする規範では、第一項、第二項より入力電力の和を大きくし、かつ、平方根の中身より入力電力の差と空間相関係数の絶対値を小さくしようと働くことがわかる。この性質はアンテナ数や到来波数が増えても一般的に適用できる。例えば、上記の第２固有値を大きくする規範の代わりに、雑音電力より大きい固有値の中の最小固有値を大きくする規範を用いればよい。
【００７４】
また、他の実施例として目的関数として雑音電力より大きい固有値同士の積を用いてもよい。到来波２波の場合には前述と同様にして以下の式で表せる。
【数４】
【００７５】
このため、この規範では、各到来波の電力にかかわらず、到来波に対してビームを向けようとし、かつ、空間相関係数を小さくしようとする。
【００７６】
このほか、目的関数として雑音電力より大きい固有値同士の積を和で割ったものを用いてもよい。到来波２波の場合は以下の式で表せる。
【数５】
【００７７】
この規範では、各入力電力を大きくしようとし、空間相関係数を小さくしようと働く。ただし、各入力電力の逆数の和を小さくしようとしているため、どちらかの波の入力電力に差があるときに、小さいほうの波を優先的に受信しようとする。
【００７８】
到来波が２波より多い場合には、例えば、以下に示す雑音電力より大きい固有値同士の逆数の和の逆数を大きくする規範を用いてよい。
【数６】
【００７９】
その他にも、以下に示す雑音電力より大きい固有値同士の積を和で割ったものを大きくする規範を用いてもよい。
【数７】
【００８０】
〔変形例〕
実施例２では各アンテナ素子に図１０のアンテナを用いたが、他の構造のアンテナ素子を用いてもよく、例えば、図８に示す平面構造可変リアクタンス装荷指向性制御アンテナ２０を用いてもよい。これは本願の請求項３に言う主のループ配線と従のループ配線とから成るアンテナ素子に対応する。図８の平面構造可変リアクタンス装荷指向性制御アンテナ２０は本願出願人らによる特願２００５−１５９０１４で述べている。以下、簡単に説明する。
【００８１】
図８のアンテナ２０が備える給電素子Ａ１１、無給電素子Ｐ１１ａおよび無給電素子Ｐ１１ｂの各ループ配線の平面形状はそれぞれ円形になっている。この給電素子Ａ１１が主のループ配線に相当している。また、無給電素子Ｐ１１ａおよび無給電素子Ｐ１１ｂが、従のループ配線に相当する。給電素子Ａ１１は、図８のｙｚ平面に平行な基準平面Σ0上に配置されている。また、無給電素子Ｐ１１ａ及び無給電素子Ｐ１１ｂは、この基準平面Σ0に平行な平面Σ2上にそれぞれ配置されている。ここで符号ｄ２は、これらの基準平面Σ0と平面Σ2との距離を示している。
【００８２】
また、図８の平面Σ1は、給電素子Ａ１１の中心点Ｃ0を通る、平面Σ0に垂直な平面（以下、垂直断面Σ1と言う）である。垂直断面Σ1は、ｘｙ平面に平行な面であり、主のループ配線が囲む平面領域に対して垂直に交わり、従のループ配線（無給電素子Ｐ１１ａおよび無給電素子Ｐ１１ｂ）の中心点Ｃa，Ｃbは何れもこの垂直断面Σ1上に配置されている。
図８の符号ｄ１ａは、無給電素子Ｐ１１ａの中心点Ｃaから主のループ配線の中心点Ｃ0までの距離を示している。また同様に、符号ｄ１ｂは、無給電素子Ｐ１１ｂの中心点Ｃbの中心点Ｃ0までの距離を示している。より詳しく言えば、給電素子Ａ１１に対して、それぞれの従のループ配線（無給電素子Ｐ１１ａおよび無給電素子Ｐ１１ｂ）は、所定の基準となる１波長λに対して、ｙ軸方向においてはｄ１ａ＝ｄ１ｂ＝λ／４となる様に配置されており、かつ、ｚ軸方向においてはｄ２＝0.0064λとなる様に基準平面Σ0から離して設置されている。
【００８３】
また、給電素子Ａ１１上には、垂直断面Σ1上に給電部Ｆ０が配置されており、このループ配線の反対側には可変リアクタンス素子Ｘ１が配設されている。その他の各可変リアクタンス素子Ｘ２〜Ｘ５についても、各ループ配線上の垂直断面Σ1上にそれぞれ１つずつ配設されている。
これらの構成により、各ループ配線における各リアクタンスの作用をも加味した各ループの実効長は、各リアクタンス素子Ｘ１〜Ｘ５の各リアクタンス値の可変制御に基づいて、何れも本アンテナ１００が取り扱う目的の電磁波の１波長に一致する様に可変制御することができる。
【００８４】
なお、可変リアクタンス素子Ｘ１〜Ｘ５はバリキャップダイオード、チップコンデンサ、チップインダクタ、チップ抵抗などのチップ部品から構成されており、バリキャップダイオードに直流電圧を加えることでリアクタンス値を変化させる。また、本実施例１では、可変リアクタンス素子Ｘ１〜Ｘ５の可変範囲をそれぞれ、−１００Ωから＋１００Ωとした。
また、以上の実施形態においては給電素子Ａ１１、無給電素子Ｐ１１ａ、Ｐ１１ｂを多層構造としたが、それぞれの素子が交点を持たなければよく、同一平面で構成し、例えばブリッジをつかって交点を持たないように構成してもよい。
【００８５】
以下、アンテナ２０の制御理論と動作特性について説明する。
線路長が１波長λであるループアンテナＡ１１は、近似的に給電部Ｆ０および可変リアクタンス素子Ｘ１を設置している位置に微小ダイポールアンテナが存在するとみなすことができる。同様に、無給電素子Ｐ１１ａおよびＰ１１ｂにおいても、可変リアクタンス素子Ｘ２及至Ｘ５を設置している位置を微小ダイポールアンテナが存在するとみなすことができる。このためアンテナ１００は６素子微小ダイポールアレイとして、従来のエスパアンテナの理論を適用することができる。
【００８６】
隣り合う各ループ配線の中心間のｙ軸方向における距離ｄ１ａ，ｄ１ｂを適切に設定することで、ダイポールを平面状に並べたときに比べて強い結合を維持したまま更に制御素子を増設可能なことが判明している。
また、各リアクタンス素子のリアクタンス値を適切に設定することによりアンテナの指向性（放射パターン）を自在に制御可能なことが判明している。
【００８７】
また、前述した様に給電部Ｆ０、可変リアクタンス素子Ｘ１〜Ｘ５を近似的に微小ダイポールとみなすことによって、指向性をアレーファクタと等価ウェイトベクトルの積で表現し、定式化することができる。そして、例えばこの様な定式化により、従来のエスパアンテナにおけるリアクタンスドメインアルゴリズムを容易に応用することができるので、本発明のアンテナ装置を用いれば、到来波の方位や位相などを精度よく推定する高度な適応制御を実行することができる。
【００８８】
可変リアクタンス素子の数が制御の自由度となり、自由度分の到来波を推定できることが判明している。
【００８９】
〔その他〕
また、本実施例２ではリアクタンスの初期値をすべて０とし、最急勾配法のみを用いて制御を行ったが、あらかじめ代表的なパタンを与えるリアクタンス値をいくつか用意しておき、実施例１のようにまずそれらの組み合わせの中で目的関数が最大または最小となるものを調べ、そのときのリアクタンス値を初期値として反復的な非線形計画法を行ってもよい。
その他に、各アンテナ素子において到来波推定を行い、その情報に基づいて到来波に対して指向性を向けるようなリアクタンス値を計算し、初期値として上記反復的な非線形計画法を行ってもよい。
【００９０】
また、本実施例１および２では、各指向性可変アンテナ素子を同一の特性を持つと仮定したが、異なる特性を持つアンテナ素子で構成してもよい。例えば、指向性が不変のアンテナ素子をアンテナ素子の一部に用いてアダプティブアレーアンテナ装置を構成してもよい。そのほか、可変リアクタンス素子の数や、アンテナ形状の異なるアンテナ素子を用いて、アダプティブアレーアンテナ装置を構成してもよい。
【００９１】
本実施例では、非線形計画法の実施例として最急降下法を用いたが、例えば、マルカート法やハミルトン法など他の非線形計画法を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】実施例１のアダプティブアレーアンテナ装置の説明図。
【図２】実施例１において用いた各アンテナ素子の配置説明図。
【図３】実施例１のアダプティブアレーアンテナ装置の最急降下法よる適応制御処理アルゴリズム。
【図４】提案方式実施後の空間相関係数の分布、干渉波到来角が30deg（４．Ａ）、60deg（４．Ｂ）、90deg（４．Ｃ）、120deg（４．Ｄ）、150deg（４．Ｅ）、180deg（４．Ｆ）。
【図５】オムニパタンのアンテナを用いたときの空間相関係数の分布（従来例）
【図６】空間相関低減後のＲＬＳ適用によるパタン、干渉波到来角が30deg（６．Ａ）、60deg（６．Ｂ）、90deg（６．Ｃ）、120deg（６．Ｄ）、150deg（６．Ｅ）、180deg（６．Ｆ）。
【図７】空間相関低減後の一様励振によるパタン、干渉波到来角が30deg（７．Ａ）、60deg（７．Ｂ）、90deg（７．Ｃ）、120deg（７．Ｄ）、150deg（７．Ｅ）、180deg（７．Ｆ）。
【図８】実施例２のアンテナ素子の変形例。
【図９】従来のダイバーシチアンテナ装置の説明図。
【図１０】従来の可変リアクタンス素子装荷指向性制御アンテナの説明図。
【符号の説明】
【００９３】
ＡＮ−ｍ：指向性可変アンテナ素子（ｍはｍ0以下の自然数、以下同じ）
Ｒ−ｍ：無線受信機
Ｗ−ｍ：重み付け装置
Ｃ１：適応制御コントローラ
ｐ１：信号合成装置
ｋ１，ｋ２：指向性可変アンテナ素子
ＡＮ−ｍ：可変リアクタンス素子を装荷した指向性可変アンテナ素子
Ａ１１：給電点を含む金属ループ配線
Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂ：給電点を含まない金属ループ配線
Ａ０：給電点
ＡＮｎ−ｍ：指向性不変アンテナ素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々の指向性を独立に制御可能な複数の指向性アンテナ素子と、
前記複数の指向性アンテナ素子毎に、その受信信号に対してそれぞれ決定された重み係数を乗ずる複数の乗算器と、
前記複数の乗算器の出力を加算する加算器とを有するアダプティブアレーアンテナ装置の制御方法であって、
前記複数の指向性アンテナ素子の各指向性を変化させて受信を行い、前記複数の指向性アンテナ素子による受信信号によって構成される相関行列における、固有値または固有ベクトルを変数とする目的関数が最大または最小となる前記複数の指向性アンテナ素子の各指向性を決定する手順と、
当該決定された前記複数の指向性アンテナ素子の各指向性における前記複数の受信信号に対する重み係数を、干渉波の影響を抑制するように決定する手順とを含むことを特徴とするアダプティブアレーアンテナ装置の制御方法。
【請求項２】
前記複数の指向性アンテナ素子のそれぞれが、
１つの給電素子と、前記給電素子から所定の間隔だけ離れて設けられた複数の無給電素子と、前記無給電素子に装荷された複数の可変リアクタンス素子から構成され、
前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値を変化させることにより指向性アンテナ素子の指向性を制御可能であることを特徴とする請求項１に記載のアダプティブアレーアンテナ装置の制御方法。
【請求項３】
前記複数の指向性アンテナ素子のそれぞれが、
２点１組の給電点から成る給電部を備えて１つの基準平面上に配置された１つの主のループ配線と、前記主のループ配線と平行または同一平面上に配置された、給電点を備えない少なくとも１つの従のループ配線とを有するアンテナ素子であって、
各前記ループ配線は、それぞれ互いに交点及び接点を持たず、
前記従のループ配線に囲まれた平面領域の中心点は、前記主のループ配線に囲まれた平面領域の中心点を通る、前記基準平面に垂直な１つの垂直断面上に位置しており、
任意の１つの前記ループ配線によって囲まれる平面領域は、前記基準平面の法線方向から見たときに、隣り合う他の前記ループ配線によって囲まれる他の平面領域と部分的に重なって見え、
前記従のループ配線は、前記垂直断面上の２箇所にそれぞれ可変リアクタンス素子を有し、
前記主のループ配線は、前記垂直断面上の１箇所に可変リアクタンス素子を有し、前記垂直断面上の他の１箇所に前記給電部を有するものであり、
前記給電点を中心とする主のループ配線の半分を前記給電素子、前記可変リアクタンス素子を中心とする主のループ配線及び従のループ配線を前記複数の無給電素子とみなし、
前記複数の可変リアクタンス素子のリアクタンス値を変化させることにより指向性を変化させることを特徴とする請求項２に記載のアダプティブアレーアンテナ装置の制御方法。
【請求項４】
前記複数の指向性アンテナ素子のそれぞれが、更に複数の指向性微小アンテナ素子を切り替えることにより指向性制御を実現することを特徴とする請求項１に記載のアダプティブアレーアンテナ装置の制御方法。
【請求項５】
前記複数の指向性アンテナ素子の各指向性を決定する手順は、
前記可変リアクタンス素子の各リアクタンス値における前記目的関数値に基づいて、反復的な非線形計画法を用いて前記目的関数値を最大または最小にする各指向性を決定する手順であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のアダプティブアレーアンテナ装置の制御方法。
【請求項６】
前記複数のアンテナ素子それぞれに設けられた複数の可変リアクタンス素子のリアクタンスセット値を所定の数だけ用意し、前記リアクタンスセット値をアンテナ素子ごとに順次切替えて、各リアクタンス値に対して前記目的関数を計算する手順と、
前記目的関数値を最大または最小にするための前記リアクタンス値を設定する手順とを有することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のアダプティブアレーアンテナ装置の制御方法。
【請求項７】
前記目的関数が、前記固有値の中の雑音電力よりも大きい最小固有値であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のアダプティブアレーアンテナ装置の制御方法。
【請求項８】
前記目的関数が、前記固有値の中の雑音電力よりも大きいすべての固有値の積であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のアダプティブアレーアンテナ装置の制御方法。
【請求項９】
前記目的関数が、前記固有値の中の雑音電力よりも大きいすべての固有値の積と和の商でであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のアダプティブアダプティブアレーアンテナ装置の制御方法。
【請求項１０】
前記アダプティブアレーアンテナ装置は移動体における通信に用いられるものであって、
前記移動体の移動速度又は位置情報に応じて、指向性及び重み付けの更新頻度を変化させることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のアダプティブアレーアンテナ装置の制御方法。
【請求項１１】
前記アダプティブアレーアンテナ装置は移動体における通信に用いられるものであって、
前記移動体の移動速度又は位置情報に応じて、非線型計画法におけるリアクタンス値の変化幅の大きさを変化させることを特徴とする請求項５に記載のアダプティブアレーアンテナ装置の制御方法。
【請求項１２】
水平面内の任意の方向に対し、当該方向にビームを向けることが可能である指向性アンテナ素子が複数の指向性アンテナ素子全体のうちに１個以上存在することを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載のアダプティブアレーアンテナ装置の制御方法。
【請求項１３】
前記指向性を制御可能な複数の指向性アンテナ素子が、それぞれ通信に用いられる波長λ以上離れて設置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載のアダプティブアレーアンテナ装置の制御方法。
【請求項１４】
前記指向性を制御可能な複数の指向性アンテナ素子を、
前記指向性を制御可能な１個以上の指向性アンテナ素子と、指向性が固定された１個以上のアンテナ素子とを含む複数のアンテナ素子に置き換えたことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のアダプティブアレーアンテナ装置の制御方法。
【請求項１】
各々の指向性を独立に制御可能な複数の指向性アンテナ素子と、
前記複数の指向性アンテナ素子毎に、その受信信号に対してそれぞれ決定された重み係数を乗ずる複数の乗算器と、
前記複数の乗算器の出力を加算する加算器とを有するアダプティブアレーアンテナ装置の制御方法であって、
前記複数の指向性アンテナ素子の各指向性を変化させて受信を行い、前記複数の指向性アンテナ素子による受信信号によって構成される相関行列における、固有値または固有ベクトルを変数とする目的関数が最大または最小となる前記複数の指向性アンテナ素子の各指向性を決定する手順と、
当該決定された前記複数の指向性アンテナ素子の各指向性における前記複数の受信信号に対する重み係数を、干渉波の影響を抑制するように決定する手順とを含むことを特徴とするアダプティブアレーアンテナ装置の制御方法。
【請求項２】
前記複数の指向性アンテナ素子のそれぞれが、
１つの給電素子と、前記給電素子から所定の間隔だけ離れて設けられた複数の無給電素子と、前記無給電素子に装荷された複数の可変リアクタンス素子から構成され、
前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値を変化させることにより指向性アンテナ素子の指向性を制御可能であることを特徴とする請求項１に記載のアダプティブアレーアンテナ装置の制御方法。
【請求項３】
前記複数の指向性アンテナ素子のそれぞれが、
２点１組の給電点から成る給電部を備えて１つの基準平面上に配置された１つの主のループ配線と、前記主のループ配線と平行または同一平面上に配置された、給電点を備えない少なくとも１つの従のループ配線とを有するアンテナ素子であって、
各前記ループ配線は、それぞれ互いに交点及び接点を持たず、
前記従のループ配線に囲まれた平面領域の中心点は、前記主のループ配線に囲まれた平面領域の中心点を通る、前記基準平面に垂直な１つの垂直断面上に位置しており、
任意の１つの前記ループ配線によって囲まれる平面領域は、前記基準平面の法線方向から見たときに、隣り合う他の前記ループ配線によって囲まれる他の平面領域と部分的に重なって見え、
前記従のループ配線は、前記垂直断面上の２箇所にそれぞれ可変リアクタンス素子を有し、
前記主のループ配線は、前記垂直断面上の１箇所に可変リアクタンス素子を有し、前記垂直断面上の他の１箇所に前記給電部を有するものであり、
前記給電点を中心とする主のループ配線の半分を前記給電素子、前記可変リアクタンス素子を中心とする主のループ配線及び従のループ配線を前記複数の無給電素子とみなし、
前記複数の可変リアクタンス素子のリアクタンス値を変化させることにより指向性を変化させることを特徴とする請求項２に記載のアダプティブアレーアンテナ装置の制御方法。
【請求項４】
前記複数の指向性アンテナ素子のそれぞれが、更に複数の指向性微小アンテナ素子を切り替えることにより指向性制御を実現することを特徴とする請求項１に記載のアダプティブアレーアンテナ装置の制御方法。
【請求項５】
前記複数の指向性アンテナ素子の各指向性を決定する手順は、
前記可変リアクタンス素子の各リアクタンス値における前記目的関数値に基づいて、反復的な非線形計画法を用いて前記目的関数値を最大または最小にする各指向性を決定する手順であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のアダプティブアレーアンテナ装置の制御方法。
【請求項６】
前記複数のアンテナ素子それぞれに設けられた複数の可変リアクタンス素子のリアクタンスセット値を所定の数だけ用意し、前記リアクタンスセット値をアンテナ素子ごとに順次切替えて、各リアクタンス値に対して前記目的関数を計算する手順と、
前記目的関数値を最大または最小にするための前記リアクタンス値を設定する手順とを有することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のアダプティブアレーアンテナ装置の制御方法。
【請求項７】
前記目的関数が、前記固有値の中の雑音電力よりも大きい最小固有値であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のアダプティブアレーアンテナ装置の制御方法。
【請求項８】
前記目的関数が、前記固有値の中の雑音電力よりも大きいすべての固有値の積であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のアダプティブアレーアンテナ装置の制御方法。
【請求項９】
前記目的関数が、前記固有値の中の雑音電力よりも大きいすべての固有値の積と和の商でであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のアダプティブアダプティブアレーアンテナ装置の制御方法。
【請求項１０】
前記アダプティブアレーアンテナ装置は移動体における通信に用いられるものであって、
前記移動体の移動速度又は位置情報に応じて、指向性及び重み付けの更新頻度を変化させることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のアダプティブアレーアンテナ装置の制御方法。
【請求項１１】
前記アダプティブアレーアンテナ装置は移動体における通信に用いられるものであって、
前記移動体の移動速度又は位置情報に応じて、非線型計画法におけるリアクタンス値の変化幅の大きさを変化させることを特徴とする請求項５に記載のアダプティブアレーアンテナ装置の制御方法。
【請求項１２】
水平面内の任意の方向に対し、当該方向にビームを向けることが可能である指向性アンテナ素子が複数の指向性アンテナ素子全体のうちに１個以上存在することを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載のアダプティブアレーアンテナ装置の制御方法。
【請求項１３】
前記指向性を制御可能な複数の指向性アンテナ素子が、それぞれ通信に用いられる波長λ以上離れて設置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載のアダプティブアレーアンテナ装置の制御方法。
【請求項１４】
前記指向性を制御可能な複数の指向性アンテナ素子を、
前記指向性を制御可能な１個以上の指向性アンテナ素子と、指向性が固定された１個以上のアンテナ素子とを含む複数のアンテナ素子に置き換えたことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のアダプティブアレーアンテナ装置の制御方法。
【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２００７−１１０３６５（Ｐ２００７−１１０３６５Ａ）
【公開日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２９８４２８（Ｐ２００５−２９８４２８）
【出願日】平成１７年１０月１３日（２００５．１０．１３）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（３０４０２１２７７）国立大学法人 名古屋工業大学 (784)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月１３日（２００５．１０．１３）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（３０４０２１２７７）国立大学法人 名古屋工業大学 (784)
【Ｆターム（参考）】
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