アンテナ装置及びアンテナ励振方法
【課題】広い範囲の振幅を満足する可変減衰器を実装することなく、振幅の制御を実施できるようにして、高効率化や低消費電力化を図ることができるようにする。
【解決手段】利得評価値Ｆ０及び干渉評価値Ｆｓからなる評価関数Ｆを用いて、振幅制御範囲内に収まる関数の独立変数ｘｉ及び複数の素子アンテナ６の励振位相φｉを算出する独立変数・励振位相算出装置１１と、その独立変数ｘｉから複数の素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを算出する振幅算出装置１２とを設け、複数の素子アンテナ６の励振位相及び励振振幅が、その励振位相φｉ及び励振振幅Ａｉと一致するように移相器３及び可変減衰器４を制御する。
【解決手段】利得評価値Ｆ０及び干渉評価値Ｆｓからなる評価関数Ｆを用いて、振幅制御範囲内に収まる関数の独立変数ｘｉ及び複数の素子アンテナ６の励振位相φｉを算出する独立変数・励振位相算出装置１１と、その独立変数ｘｉから複数の素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを算出する振幅算出装置１２とを設け、複数の素子アンテナ６の励振位相及び励振振幅が、その励振位相φｉ及び励振振幅Ａｉと一致するように移相器３及び可変減衰器４を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の素子アンテナの励振振幅及び励振位相を制御して、不要波を抑圧することが可能なアンテナ装置及びアンテナ励振方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図７は以下の特許文献１に開示されているアンテナ装置を示す構成図である。
図７のアンテナ装置は、素子アンテナの励振位相を制御することで、不要波を抑圧するものであり、送信機１０１、分配器１０２、移相器１０３、高出力増幅器１０４、素子アンテナ１０５、不要波抑圧方向設定装置１０６、位相演算装置１０７及び位相制御装置１０８から構成されている。
以下、図７のアンテナ装置の処理内容を説明する。
【０００３】
まず、送信機１０１は、送信対象の信号（以下、「送信信号」と称する）を生成して、その送信信号を分配器１０２に出力する。
分配器１０２は、素子アンテナ１０５の本数がＮ本であれば、送信機１０１から送信信号を受けると、その送信信号をＮ個の移相器１０３に分配する。
【０００４】
一方、不要波抑圧方向設定装置１０６は、不要波を抑える方向の設定を受け付けて、その不要波方向を示す情報を位相演算装置１０７に出力する。
位相演算装置１０７は、不要波抑圧方向設定装置１０６から不要波方向を示す情報を受けると、不要波の抑圧が可能な位相（各素子アンテナ１０５の励振位相φｉ）を算出する。
ここで、不要波の抑圧が可能な位相は、例えば、下記の式（１）に示す評価関数Ｆが最小になるように最適化することで求められる。
即ち、評価関数Ｆが最小となる位相（各素子アンテナ１０５の励振位相φｉ）は、例えば、最急降下法や共役勾配法によって算出することができる。
【０００５】
【０００６】
位相制御装置１０８は、位相演算装置１０７が、不要波の抑圧が可能な位相として、各素子アンテナ１０５の励振位相φｉを算出すると、その励振位相φｉを移相器１０３に設定する。
移相器１０３は、分配器１０２により分配された送信信号の位相が、位相制御装置１０８により設定された素子アンテナ１０５の励振位相φｉと一致するように、その送信信号の位相を調整する。
【０００７】
高出力増幅器１０４は、移相器１０３により位相が調整された送信信号を増幅し、増幅後の送信信号を素子アンテナ１０５に出力する。これにより、素子アンテナ１０５から送信信号が空間に放射される。
図７のアンテナ装置では、送信信号の位相が制御されることで、不要波が抑圧されるが、送信信号の位相を制御するだけでは、不要波を抑圧することができない場合がある（不要波の抑圧範囲に制約を生じることがある）。
例えば、メインビームに対して、対称な位置にある不要波については抑圧することが困難である。
【０００８】
そこで、以下の特許文献２に開示されているアンテナ装置では、送信信号の位相を制御するだけでなく、送信信号の振幅も制御することで、不要波を抑圧する範囲の制約を無くしている。
図８は以下の特許文献２に開示されているアンテナ装置を示す構成図であり、図において、図７と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
図８のアンテナ装置では、図７のアンテナ装置の構成の他に、可変減衰器１１０、振幅位相演算装置１１１及び振幅制御装置１１２を実装している。
【０００９】
不要波抑圧方向設定装置１０６は、不要波を抑える方向の設定を受け付けて、その不要波方向を示す情報を振幅位相演算装置１１１に出力する。
振幅位相演算装置１１１は、不要波抑圧方向設定装置１０６から不要波方向を示す情報を受けると、不要波の抑圧が可能な振幅（各素子アンテナ１０５の励振振幅Ａｉ）と不要波の抑圧が可能な位相（各素子アンテナ１０５の励振位相φｉ）を算出する。
ここで、不要波の抑圧が可能な振幅と位相は、上記の式（１）に示す評価関数Ｆが最小になるように最適化することで求められる。
即ち、評価関数Ｆが最小となる振幅と位相は、例えば、最急降下法や共役勾配法によって算出することができる。
【００１０】
位相制御装置１０８は、振幅位相演算装置１１１が、不要波の抑圧が可能な位相として、各素子アンテナ１０５の励振位相φｉを算出すると、その励振位相φｉを移相器１０３に設定する。
振幅制御装置１１２は、振幅位相演算装置１１１が、不要波の抑圧が可能な振幅として、各素子アンテナ１０５の励振振幅Ａｉを算出すると、その励振振幅Ａｉを可変減衰器１１０に設定する。
【００１１】
移相器１０３は、分配器１０２により分配された送信信号の位相が、位相制御装置１０８により設定された素子アンテナ１０５の励振位相φｉと一致するように、その送信信号の位相を調整する。
可変減衰器１１０は、移相器１０３により位相が調整された送信信号の振幅が、振幅制御装置１１２により設定された素子アンテナ１０５の励振振幅Ａｉと一致するように、その送信信号の振幅を調整する。
【００１２】
高出力増幅器１０４は、可変減衰器１１０により振幅が調整された送信信号を増幅し、増幅後の送信信号を素子アンテナ１０５に出力する。これにより、素子アンテナ１０５から送信信号が空間に放射される。
図８のアンテナ装置では、送信信号の位相と振幅が制御されることで、不要波が抑圧される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開昭６３−２０８３０６号公報（第６頁から第７頁、図１）
【特許文献２】特開平２−２７６３０２号公報（第４頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従来のアンテナ装置は以上のように構成されているので、送信信号の位相を制御するだけでなく、送信信号の振幅も制御すれば、不要波を抑圧する範囲の制約を無くすことができる。しかし、単に、送信信号の振幅を制御するプロセスを加えるだけでは、不要波を抑圧する範囲によっては、可変減衰器１１０が、広い範囲の振幅を満足する必要があり、設計及び製造コストが高くなってしまう。また、高出力増幅器１０４が、可変減衰器１１０の振幅範囲に対応するダイナミックレンジを持つ必要があるため、電源効率が低下して消費電力が多くなってしまう課題があった。
【００１５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、広い範囲の振幅を満足する可変減衰器を実装することなく、振幅の制御を実施できるようにして、高効率化や低消費電力化を図ることができるアンテナ装置及びアンテナ励振方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この発明に係るアンテナ装置は、所望の振幅制御範囲の設定を受け付ける振幅制御範囲設定受付手段と、定義域に対する値域が振幅制御範囲設定受付手段により設定が受け付けられた振幅制御範囲内に収まる関数及び複数の素子アンテナの励振位相を用いて、所望方向の目標利得に対するアンテナ利得の到達具合を示す利得評価値及び不要波方向の目標利得に対するアンテナ利得の到達具合を示す干渉評価値を設定する評価値設定手段と、評価値設定手段により設定された利得評価値及び干渉評価値からなる評価関数を定義し、その評価関数を用いて、その振幅制御範囲内に収まる関数の独立変数及び複数の素子アンテナの励振位相を算出する独立変数・励振位相算出手段と、独立変数・励振位相算出手段により算出された関数の独立変数から複数の素子アンテナの励振振幅を算出する振幅算出手段とを設け、制御手段が、複数の素子アンテナの励振位相が独立変数・励振位相算出手段により算出された励振位相と一致するように位相振幅調整手段を制御するとともに、複数の素子アンテナの励振振幅が振幅算出手段により算出された励振振幅と一致するように位相振幅調整手段を制御するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、所望の振幅制御範囲の設定を受け付ける振幅制御範囲設定受付手段と、定義域に対する値域が振幅制御範囲設定受付手段により設定が受け付けられた振幅制御範囲内に収まる関数及び複数の素子アンテナの励振位相を用いて、所望方向の目標利得に対するアンテナ利得の到達具合を示す利得評価値及び不要波方向の目標利得に対するアンテナ利得の到達具合を示す干渉評価値を設定する評価値設定手段と、評価値設定手段により設定された利得評価値及び干渉評価値からなる評価関数を定義し、その評価関数を用いて、その振幅制御範囲内に収まる関数の独立変数及び複数の素子アンテナの励振位相を算出する独立変数・励振位相算出手段と、独立変数・励振位相算出手段により算出された関数の独立変数から複数の素子アンテナの励振振幅を算出する振幅算出手段とを設け、制御手段が、複数の素子アンテナの励振位相が独立変数・励振位相算出手段により算出された励振位相と一致するように位相振幅調整手段を制御するとともに、複数の素子アンテナの励振振幅が振幅算出手段により算出された励振振幅と一致するように位相振幅調整手段を制御するように構成したので、広い範囲の振幅を満足する可変減衰器を実装することなく、振幅の制御を実施できるようになり、その結果、高効率化や低消費電力化を図ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるアンテナ装置の処理内容（アンテナ励振方法）を示すフローチャートである。
【図３】不要波を抑圧する各素子アンテナの振幅分布を示す説明図である。
【図４】アンテナ装置から放射される電波の放射パターンを示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態３によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図６】この発明の実施の形態３によるアンテナ装置の処理内容（アンテナ励振方法）を示すフローチャートである。
【図７】特許文献１に開示されているアンテナ装置を示す構成図である。
【図８】特許文献２に開示されているアンテナ装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す構成図である。
図１において、送信機１は送信対象の信号（以下、「送信信号」と称する）を生成して、その送信信号を分配器２に出力する処理を実施する。
分配器２は素子アンテナ６の本数がＮ本であれば、送信機１から出力された送信信号をＮ個の移相器３に分配する処理を実施する。なお、分配器２は信号分配手段を構成している。
【００２０】
移相器３は分配器２により分配された送信信号の位相が、位相制御装置１３により設定された素子アンテナ６の励振位相φｉと一致するように、その送信信号の位相を調整する処理を実施する。
可変減衰器４は移相器３により位相が調整された送信信号の振幅が、振幅制御装置１４により設定された素子アンテナ６の励振振幅Ａｉと一致するように、その送信信号の振幅を調整する処理を実施する。
図１では、移相器３が可変減衰器４の前段に配置されている例を示しているが、移相器３が可変減衰器４の後段に配置されていてもよい。
なお、移相器３及び可変減衰器４から位相振幅調整手段が構成されている。
【００２１】
高出力増幅器５は可変減衰器４により振幅が調整された送信信号を増幅し、増幅後の送信信号を素子アンテナ６に出力する処理を実施する。
素子アンテナ６は高出力増幅器５による増幅後の送信信号を空間に放射する。
【００２２】
不要波抑圧方向設定装置７は例えばキーボードやマウスなどのマンマシンインタフェース、あるいは、外部からデータや情報を受信する通信インタフェースを備えており、不要波を抑圧する方向を示す情報を入力して、不要波抑圧方向の設定を受け付ける処理を実施する。
振幅範囲規定装置８は例えばキーボードやマウスなどのマンマシンインタフェース、あるいは、外部からデータや情報を受信する通信インタフェースを備えており、所望の振幅制御範囲を示す情報を入力して、所望の振幅制御範囲の設定を受け付ける処理を実施する。なお、振幅範囲規定装置８は振幅制御範囲設定受付手段を構成している。
【００２３】
振幅定義装置９は定義域に対する値域が振幅範囲規定装置８により設定が受け付けられた振幅制御範囲内に収まる関数で、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを定義する処理を実施する。
評価値設定装置１０は振幅定義装置９により定義された各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉや励振位相φｉ、不要波抑圧方向設定装置７により設定が受け付けられた不要波抑圧方向などを用いて、所望方向の目標利得に対するアンテナ利得の到達具合を示す利得評価値Ｆ０及び不要波方向の目標利得に対するアンテナ利得の到達具合を示す干渉評価値Ｆｓを設定する処理を実施する。
なお、振幅定義装置９及び評価値設定装置１０から評価値設定手段が構成されている。
【００２４】
独立変数・励振位相算出装置１１は評価値設定装置１０により設定された利得評価値Ｆ０及び干渉評価値Ｆｓからなる評価関数Ｆを定義し、その評価関数Ｆが最小になるように最適化することで、その振幅制御範囲内に収まる関数の独立変数ｘｉ及び各素子アンテナ６の励振位相φｉを算出する処理を実施する。なお、独立変数・励振位相算出装置１１は独立変数・励振位相算出手段を構成している。
図１では、評価値設定装置１０と独立変数・励振位相算出装置１１が別個の装置として構成されている例を示しているが、評価値設定装置１０と独立変数・励振位相算出装置１１が１つの装置で構成されていてもよい。
【００２５】
振幅算出装置１２は独立変数・励振位相算出装置１１により算出された関数の独立変数ｘｉから各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを算出する処理を実施する。なお、振幅算出装置１２は振幅算出手段を構成している。
位相制御装置１３は各素子アンテナ６の励振位相が独立変数・励振位相算出装置１１により算出された励振位相φｉと一致するように、移相器３の移相量を制御する処理を実施する。
振幅制御装置１４は各素子アンテナ６の励振振幅が振幅算出装置１２により算出された励振振幅Ａｉと一致するように、可変減衰器４の減衰量を制御する処理を実施する。
なお、位相制御装置１３及び振幅制御装置１４から制御手段が構成されている。
【００２６】
図１では、アンテナ装置の構成要素の一部である振幅範囲規定装置８、関数定義装置９、評価値設定装置１０、独立変数・励振位相算出装置１１、振幅算出装置１２、位相制御装置１３及び振幅制御装置１４のそれぞれが専用のハードウェア（例えば、ＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなど）で構成されているものを想定しているが、アンテナ装置の一部がコンピュータで構成される場合には、振幅範囲規定装置８、振幅定義装置９、評価値設定装置１０、独立変数・励振位相算出装置１１、振幅算出装置１２、位相制御装置１３及び振幅制御装置１４の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにしてもよい。
図２はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置の処理内容（アンテナ励振方法）を示すフローチャートである。
【００２７】
次に動作について説明する。
まず、送信機１は、送信対象の送信信号を生成して、その送信信号を分配器２に出力する。
分配器２は、素子アンテナ６の本数がＮ本であれば、送信機１から送信信号を受けると、その送信信号をＮ個の移相器３に分配する。
【００２８】
一方、不要波抑圧方向設定装置７は、不要波を抑圧する方向を示す情報を入力して、不要波抑圧方向の設定を受け付ける処理を実施する（図２のステップＳＴ１）。
次に、振幅範囲規定装置８は、所望の振幅制御範囲を示す情報を入力して、所望の振幅制御範囲の設定を受け付ける処理を実施する（ステップＳＴ２）。
なお、不要波抑圧方向設定装置７及び振幅範囲規定装置８での設定の受け付けは、例えば、ユーザが不要波抑圧方向設定装置７及び振幅範囲規定装置８のマンマシンインタフェースを操作することで行ってもよいし、図示せぬ外部装置から、不要波を抑圧する方向を示す情報や所望の振幅制御範囲を示す情報を不要波抑圧方向設定装置７及び振幅範囲規定装置８に送信することで行ってもよい。
【００２９】
振幅定義装置９は、振幅範囲規定装置８が所望の振幅制御範囲の設定を受け付けると、定義域に対する値域が振幅範囲規定装置８により設定が受け付けられた振幅制御範囲内に収まる関数で、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを定義する（ステップＳＴ３）。
ただし、振幅制御範囲内に収まる関数は、以下の特徴を有しているものとする。
（１）関数の独立変数は１つである
（２）関数の定義域に制約がない
（３）全ての定義域において連続である
（４）全ての定義域において微分可能である
（５）全ての定義域において、その関数の値域が振幅制御範囲を満足している
【００３０】
具体的には、振幅定義装置９は、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを以下の関数で定義する。
式（２）において、ｘｉは関数の独立変数、ａは振幅制御範囲によって決まる定数、ｂは任意の定数である。
式（２）の関数は、独立変数ｘｉに関して、全ての定義域で連続であって、微分可能であり、関数の値域は振幅制御範囲を満足している。
また、式（２）の関数は、独立変数ｘｉの値が大きくなるにしたがって関数値が振幅制御範囲の最大値に漸近する一方、独立変数ｘｉの値が小さくなるにしたがって関数値が振幅制御範囲の最小値に漸近し、独立変数ｘｉの値に対して関数値が単調に増加する特徴を有している。
【００３１】
評価値設定装置１０は、振幅定義装置９が振幅制御範囲内に収まる関数で、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを定義すると、下記の式（３）に示すように、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉなどを用いて、所望方向の目標利得に対するアンテナ利得の到達具合を示す利得評価値Ｆ０（所望方向へのアンテナ利得を評価する利得評価値）を設定する（ステップＳＴ４）。
なお、式（３）が示す利得評価値Ｆ０は、一例に過ぎず、他の式で利得評価値Ｆ０を設定するようにしてもよい。
【００３２】
また、評価値設定装置１０は、下記の式（４）に示すように、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉや不要波抑圧方向設定装置７により設定が受け付けられた不要波抑圧方向などを用いて、不要波方向の目標利得に対するアンテナ利得の到達具合を示す干渉評価値Ｆｓ（不要波方向へのアンテナ利得を評価する干渉評価値）を設定する（ステップＳＴ５）。
不要波が複数ある場合には、下記の式（５）で干渉評価値Ｆｓを設定する。
ただし、Ｍは不要波の数である。
【００３３】
独立変数・励振位相算出装置１１は、評価値設定装置１０が利得評価値Ｆ０及び干渉評価値Ｆｓを設定すると、下記の式（６）に示すように、その利得評価値Ｆ０及び干渉評価値Ｆｓからなる評価関数Ｆを定義する。
独立変数・励振位相算出装置１１は、評価関数Ｆを定義すると、その評価関数Ｆが最小になるように最適化することで、その振幅制御範囲内に収まる関数の独立変数ｘｉ及び各素子アンテナ６の励振位相φｉを算出する（ステップＳＴ６）。
なお、関数の独立変数ｘｉ及び各素子アンテナ６の励振位相φｉの算出方法としては、例えば、最急降下法や共役勾配法があり、この実施の形態１では、共役勾配法を用いるものとする。
【００３４】
振幅算出装置１２は、独立変数・励振位相算出装置１１が関数の独立変数ｘｉを算出すると、その関数の独立変数ｘｉから各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを算出する（ステップＳＴ７）。
即ち、振幅算出装置１２は、独立変数・励振位相算出装置１１により算出された関数の独立変数ｘｉを上記の式（２）に代入することで、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを算出する。
【００３５】
ここで、図３は不要波を抑圧する各素子アンテナの振幅分布を示す説明図である。
図３において、３１は振幅制御範囲が設定されていない従来のアンテナ装置による不要波を抑圧する振幅分布を示しており、３２は振幅制御範囲が設定されている実施の形態１のアンテナ装置による不要波を抑圧する振幅分布を示している。
この実施の形態１では、最大振幅と最小振幅の比を２ｄＢに設定しており、図３より振幅制御範囲が２ｄＢを満足していることがわかる。
【００３６】
位相制御装置１３は、独立変数・励振位相算出装置１１が各素子アンテナ６の励振位相φｉを算出すると、その励振位相φｉを移相器３に設定する（ステップＳＴ８）。
即ち、位相制御装置１３は、各素子アンテナ６の励振位相φｉに対応する移相量を移相器３に指示する。
振幅制御装置１４は、振幅算出装置１２が各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを算出すると、その励振振幅Ａｉを可変減衰器４に設定する（ステップＳＴ９）。
即ち、振幅制御装置１４は、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉに対応する減衰量を可変減衰器４に指示する。
【００３７】
移相器３は、分配器２により分配された送信信号の位相が、位相制御装置１３により設定された素子アンテナ６の励振位相φｉと一致するように、その送信信号の位相を調整する（ステップＳＴ１０）。
即ち、移相器３は、位相制御装置１３により指示された移相量だけ、分配器２により分配された送信信号の位相を移相する。
可変減衰器４は、移相器３により位相が調整された送信信号の振幅が、振幅制御装置１４により設定された素子アンテナ６の励振振幅Ａｉと一致するように、その送信信号の振幅を調整する（ステップＳＴ１１）。
即ち、可変減衰器４は、振幅制御装置１４により指示された減衰量だけ、移相器３により位相が調整された送信信号を減衰する。
【００３８】
高出力増幅器５は、可変減衰器４により振幅が調整された送信信号を増幅し、増幅後の送信信号を素子アンテナ６に出力する。これにより、素子アンテナ６から送信信号が空間に放射される（ステップＳＴ１２）。
図１のアンテナ装置では、送信信号の位相と振幅が制御されることで、不要波が抑圧される。
【００３９】
ここで、図４はアンテナ装置から放射される電波の放射パターンを示す説明図である。
図４において、４１は全ての素子アンテナの振幅分布が同じである場合の放射パターン、４２は従来のアンテナ装置による不要波抑圧の放射パターン、４３は実施の形態１のアンテナ装置による不要波抑圧の放射パターンである。
ここでは、所望方向は正面方向（０度）の位置とし、不要波抑圧方向は正面方向から＋６．８度の位置としている。
実施の形態１のアンテナ装置における放射パターンの不要波方向のアンテナ利得と、従来のアンテナ装置における放射パターンの不要波方向のアンテナ利得とがほぼ同じであることから、振幅制御範囲を規定している実施の形態１のアンテナ装置の不要波抑圧と、従来のアンテナ装置の不要波抑圧とはほぼ同等である。
【００４０】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、所望の振幅制御範囲の設定を受け付ける振幅範囲規定装置８と、定義域に対する値域が振幅範囲規定装置８により設定が受け付けられた振幅制御範囲内に収まる関数を用いて、所望方向の目標利得に対するアンテナ利得の到達具合を示す利得評価値Ｆ０及び不要波方向の目標利得に対するアンテナ利得の到達具合を示す干渉評価値Ｆｓを設定する評価値設定装置１０と、評価値設定装置１０により設定された利得評価値Ｆ０及び干渉評価値Ｆｓからなる評価関数Ｆを定義し、その評価関数Ｆを用いて、その振幅制御範囲内に収まる関数の独立変数ｘｉ及び複数の素子アンテナ６の励振位相φｉを算出する独立変数・励振位相算出装置１１と、独立変数・励振位相算出装置１１により算出された関数の独立変数ｘｉから複数の素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを算出する振幅算出装置１２とを設け、移相制御装置１３が、複数の素子アンテナ６の励振位相が独立変数・励振位相算出装置１１により算出された励振位相φｉと一致するように移相器３の移相量を制御するとともに、振幅制御装置１４が、複数の素子アンテナ６の励振振幅が振幅算出装置１２により算出された励振振幅Ａｉと一致するように可変減衰器４の減衰量を制御するように構成したので、広い範囲の振幅を満足する可変減衰器を実装することなく、振幅の制御を実施できるようになり、その結果、高効率化や低消費電力化を図ることができる効果を奏する。
【００４１】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、振幅定義装置９が、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを式（２）で表される関数で定義するものを示したが、式（２）以外の関数で各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを定義するようにしてもよい。
ただし、振幅制御範囲内に収まる関数は、上記実施の形態１と同様に、以下の特徴を有している必要がある。
（１）関数の独立変数は１つである
（２）関数の定義域に制約がない
（３）全ての定義域において連続である
（４）全ての定義域において微分可能である
（５）全ての定義域において、その関数の値域が振幅制御範囲を満足している
【００４２】
具体的には、振幅定義装置９が、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを下記の式（７）、式（８）又は式（９）で表される関数で定義するようにしてもよい。
【００４３】
式（７）及び式（８）の関数は、独立変数ｘｉの値が或る値になるときに関数値が振幅制御範囲の最大値と一致し、それ以外の値では、独立変数ｘｉの絶対値が大きくなるにしたがって関数値が振幅制御範囲の最小値に漸近する特徴を有している。
また、式（９）の関数は、関数値が振幅制御範囲の最大値と一致する独立変数ｘｉの値と、関数値が振幅制御範囲の最小値と一致する独立変数ｘｉの値とがあり、独立変数ｘｉの値に対して関数値が振動する特徴を有している。
【００４４】
なお、上記実施の形態１では、評価値設定装置１０が利得評価値Ｆ０を式（３）で設定し、干渉評価値Ｆｓを式（４）で設定しているものを示しているが、振幅定義装置９が、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを式（７）、式（８）又は式（９）で表される関数で定義する場合、式（３）及び式（４）における（ａｔａｎ−１ｘｉ＋ｂ）の部分を、式（７）、式（８）又は式（９）で表される関数に置き換えるようにすればよい。
【００４５】
また、上記実施の形態１では、独立変数・励振位相算出装置１１が、式（６）に示すように、その利得評価値Ｆ０及び干渉評価値Ｆｓからなる評価関数Ｆを定義するものを示したが、例えば、下記の式（１０）に示すように、利得評価値Ｆ０又は干渉評価値Ｆｓに対する重み付けを行うようにしてもよい。
式（１０）において、αは任意の重み係数である。
【００４６】
実施の形態３．
上記実施の形態１，２では、可変減衰器４が、移相器３により位相が調整された送信信号の振幅が、振幅制御装置１４により設定された素子アンテナ６の励振振幅Ａｉと一致するように、その送信信号の振幅を調整するものを示したが、可変減衰器４の代わりに、信号の入力が一定で、出力を可変することが可能な可変出力増幅器を実装するようにしてもよい。
【００４７】
図５はこの発明の実施の形態３によるアンテナ装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
可変出力増幅器２１は移相器３により位相が調整された送信信号を一定に入力し、振幅制御装置２２の制御の下で、出力が可変される増幅器である。
図５では、移相器３が可変出力増幅器２１の前段に配置されている例を示しているが、移相器３が可変出力増幅器２１の後段に配置されていてもよい。
なお、移相器３及び可変出力増幅器２１から位相振幅調整手段が構成されている。
【００４８】
振幅制御装置２２は各素子アンテナ６の励振振幅が振幅算出装置１２により算出された励振振幅Ａｉと一致するように、可変出力増幅器２１のバイアス電圧を制御する処理を実施する。
なお、位相制御装置１３及び振幅制御装置２２から制御手段が構成されている。
【００４９】
図５では、アンテナ装置の構成要素の一部である振幅範囲規定装置８、振幅定義装置９、評価値設定装置１０、独立変数・励振位相算出装置１１、振幅算出装置１２、位相制御装置１３及び振幅制御装置２２のそれぞれが専用のハードウェア（例えば、ＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなど）で構成されているものを想定しているが、アンテナ装置の一部がコンピュータで構成される場合には、振幅範囲規定装置８、振幅定義装置９、評価値設定装置１０、独立変数・励振位相算出装置１１、振幅算出装置１２、位相制御装置１３及び振幅制御装置２２の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにしてもよい。
図６はこの発明の実施の形態３によるアンテナ装置の処理内容（アンテナ励振方法）を示すフローチャートである。
【００５０】
次に動作について説明する。
まず、送信機１は、上記実施の形態１と同様に、送信信号を生成して、その送信信号を分配器２に出力する。
分配器２は、送信機１から送信信号を受けると、上記実施の形態１と同様に、その送信信号をＮ個の移相器３に分配する。
【００５１】
一方、不要波抑圧方向設定装置７は、上記実施の形態１と同様に、不要波を抑圧する方向を示す情報を入力して、不要波抑圧方向の設定を受け付ける処理を実施する（図６のステップＳＴ１）。
次に、振幅範囲規定装置８は、上記実施の形態１と同様に、所望の振幅制御範囲を示す情報を入力して、所望の振幅制御範囲の設定を受け付ける処理を実施する（ステップＳＴ２）。
【００５２】
振幅定義装置９は、振幅範囲規定装置８が所望の振幅制御範囲の設定を受け付けると、上記実施の形態１と同様に、定義域に対する値域が振幅範囲規定装置８により設定が受け付けられた振幅制御範囲内に収まる関数で、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを定義する（ステップＳＴ３）。
具体的には、上記実施の形態１と同様に、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを式（２）で表される関数で定義する。
上記実施の形態２で言及したように、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを式（７）、式（８）又は式（９）表される関数で定義するようにしてもよい。
【００５３】
評価値設定装置１０は、振幅定義装置９が振幅制御範囲内に収まる関数で、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを定義すると、上記実施の形態１と同様に、式（３）に示すように、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉなどを用いて、所望方向の目標利得に対するアンテナ利得の到達具合を示す利得評価値Ｆ０を設定する（ステップＳＴ４）。
また、評価値設定装置１０は、式（４）に示すように、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉや不要波抑圧方向設定装置７により設定が受け付けられた不要波抑圧方向などを用いて、不要波方向の目標利得に対するアンテナ利得の到達具合を示す干渉評価値Ｆｓを設定する（ステップＳＴ５）。
ただし、不要波が複数ある場合には、式（５）で干渉評価値Ｆｓを設定する。
【００５４】
独立変数・励振位相算出装置１１は、評価値設定装置１０が利得評価値Ｆ０及び干渉評価値Ｆｓを設定すると、上記実施の形態１と同様に、式（６）に示すように、その利得評価値Ｆ０及び干渉評価値Ｆｓからなる評価関数Ｆを定義する。
独立変数・励振位相算出装置１１は、評価関数Ｆを定義すると、その評価関数Ｆが最小になるように最適化することで、その振幅制御範囲内に収まる関数の独立変数ｘｉ及び各素子アンテナ６の励振位相φｉを算出する（ステップＳＴ６）。
【００５５】
振幅算出装置１２は、独立変数・励振位相算出装置１１が関数の独立変数ｘｉを算出すると、上記実施の形態１と同様に、その関数の独立変数ｘｉから各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを算出する（ステップＳＴ７）。
即ち、振幅算出装置１２は、独立変数・励振位相算出装置１１により算出された関数の独立変数ｘｉを上記の式（２）に代入することで、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを算出する。
【００５６】
位相制御装置１３は、独立変数・励振位相算出装置１１が各素子アンテナ６の励振位相φｉを算出すると、上記実施の形態１と同様に、その励振位相φｉを移相器３に設定する（ステップＳＴ８）。
即ち、位相制御装置１３は、各素子アンテナ６の励振位相φｉに対応する移相量を移相器３に指示する。
振幅制御装置２２は、振幅算出装置１２が各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを算出すると、その励振振幅Ａｉを可変出力増幅器２１に設定する（ステップＳＴ２１）。
即ち、振幅制御装置２２は、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉに対応するバイアス電圧を可変出力増幅器２１に出力する。
【００５７】
移相器３は、分配器２により分配された送信信号の位相が、位相制御装置１３により設定された素子アンテナ６の励振位相φｉと一致するように、その送信信号の位相を調整する（ステップＳＴ１０）。
即ち、移相器３は、位相制御装置１３により指示された移相量だけ、分配器２により分配された送信信号の位相を移相する。
可変出力増幅器２１は、移相器３により位相が調整された送信信号の振幅が、振幅制御装置２２により設定された素子アンテナ６の励振振幅Ａｉと一致するように、その送信信号の振幅を調整する（ステップＳＴ１１）。
即ち、可変出力増幅器２１は、振幅制御装置２２から出力されたバイアス電圧に対応する増幅率で、出力信号のレベルを可変し、増幅後の信号を素子アンテナ６に出力する。これにより、素子アンテナ６から送信信号が空間に放射される（ステップＳＴ１２）。
図５のアンテナ装置では、送信信号の位相と振幅が制御されることで、不要波が抑圧される。
【００５８】
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、上記実施の形態１，２と同様の効果を奏することができるが、可変減衰器４の代わりに、信号の入力が一定で、出力を可変することが可能な可変出力増幅器２１を実装し、振幅制御装置２２が可変出力増幅器２１のバイアス電圧を制御するだけで各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを制御することができるので、上記実施の形態１，２よりも効率低下を低減することができるようになり、更なる低消費電力化を図ることができる。
【００５９】
なお、この実施の形態３では、振幅制御装置２２が可変出力増幅器２１のバイアス電圧を制御する例を示しているが、これは一例に過ぎず、可変出力増幅器２１のバイアス電圧以外を制御して、可変出力増幅器２１の出力信号のレベルを可変するようにしてもよい。
【００６０】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１ 送信機、２ 分配器（信号分配手段）、３ 移相器（位相振幅調整手段）、４ 可変減衰器（位相振幅調整手段）、５ 高出力増幅器、６ 素子アンテナ、７ 不要波抑圧方向設定装置、８ 振幅範囲規定装置（振幅制御範囲設定受付手段）、９ 振幅定義装置（評価値設定手段）、１０ 評価値設定装置（評価値設定手段）、１１ 独立変数・励振位相算出装置（独立変数・励振位相算出手段）、１２ 振幅算出装置（振幅算出手段）、１３ 位相制御装置（制御手段）、１４，２２ 振幅制御装置（制御手段）、２１ 可変出力増幅器（位相振幅調整手段）、３１ 従来のアンテナ装置による不要波を抑圧する振幅分布、３２ 実施の形態１のアンテナ装置による不要波を抑圧する振幅分布、４１ 全ての素子アンテナの振幅分布が同じである場合の放射パターン、４２ 従来のアンテナ装置による不要波抑圧の放射パターン、４３ 実施の形態１のアンテナ装置による不要波抑圧の放射パターン、１０１ 送信機、１０２ 分配器、１０３ 移相器、１０４ 高出力増幅器、１０５ 素子アンテナ、１０６ 不要波抑圧方向設定装置、１０７ 位相演算装置、１０８ 位相制御装置、１１０ 可変減衰器、１１１ 振幅位相演算装置、１１２ 振幅制御装置。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の素子アンテナの励振振幅及び励振位相を制御して、不要波を抑圧することが可能なアンテナ装置及びアンテナ励振方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図７は以下の特許文献１に開示されているアンテナ装置を示す構成図である。
図７のアンテナ装置は、素子アンテナの励振位相を制御することで、不要波を抑圧するものであり、送信機１０１、分配器１０２、移相器１０３、高出力増幅器１０４、素子アンテナ１０５、不要波抑圧方向設定装置１０６、位相演算装置１０７及び位相制御装置１０８から構成されている。
以下、図７のアンテナ装置の処理内容を説明する。
【０００３】
まず、送信機１０１は、送信対象の信号（以下、「送信信号」と称する）を生成して、その送信信号を分配器１０２に出力する。
分配器１０２は、素子アンテナ１０５の本数がＮ本であれば、送信機１０１から送信信号を受けると、その送信信号をＮ個の移相器１０３に分配する。
【０００４】
一方、不要波抑圧方向設定装置１０６は、不要波を抑える方向の設定を受け付けて、その不要波方向を示す情報を位相演算装置１０７に出力する。
位相演算装置１０７は、不要波抑圧方向設定装置１０６から不要波方向を示す情報を受けると、不要波の抑圧が可能な位相（各素子アンテナ１０５の励振位相φｉ）を算出する。
ここで、不要波の抑圧が可能な位相は、例えば、下記の式（１）に示す評価関数Ｆが最小になるように最適化することで求められる。
即ち、評価関数Ｆが最小となる位相（各素子アンテナ１０５の励振位相φｉ）は、例えば、最急降下法や共役勾配法によって算出することができる。
【０００５】
【０００６】
位相制御装置１０８は、位相演算装置１０７が、不要波の抑圧が可能な位相として、各素子アンテナ１０５の励振位相φｉを算出すると、その励振位相φｉを移相器１０３に設定する。
移相器１０３は、分配器１０２により分配された送信信号の位相が、位相制御装置１０８により設定された素子アンテナ１０５の励振位相φｉと一致するように、その送信信号の位相を調整する。
【０００７】
高出力増幅器１０４は、移相器１０３により位相が調整された送信信号を増幅し、増幅後の送信信号を素子アンテナ１０５に出力する。これにより、素子アンテナ１０５から送信信号が空間に放射される。
図７のアンテナ装置では、送信信号の位相が制御されることで、不要波が抑圧されるが、送信信号の位相を制御するだけでは、不要波を抑圧することができない場合がある（不要波の抑圧範囲に制約を生じることがある）。
例えば、メインビームに対して、対称な位置にある不要波については抑圧することが困難である。
【０００８】
そこで、以下の特許文献２に開示されているアンテナ装置では、送信信号の位相を制御するだけでなく、送信信号の振幅も制御することで、不要波を抑圧する範囲の制約を無くしている。
図８は以下の特許文献２に開示されているアンテナ装置を示す構成図であり、図において、図７と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
図８のアンテナ装置では、図７のアンテナ装置の構成の他に、可変減衰器１１０、振幅位相演算装置１１１及び振幅制御装置１１２を実装している。
【０００９】
不要波抑圧方向設定装置１０６は、不要波を抑える方向の設定を受け付けて、その不要波方向を示す情報を振幅位相演算装置１１１に出力する。
振幅位相演算装置１１１は、不要波抑圧方向設定装置１０６から不要波方向を示す情報を受けると、不要波の抑圧が可能な振幅（各素子アンテナ１０５の励振振幅Ａｉ）と不要波の抑圧が可能な位相（各素子アンテナ１０５の励振位相φｉ）を算出する。
ここで、不要波の抑圧が可能な振幅と位相は、上記の式（１）に示す評価関数Ｆが最小になるように最適化することで求められる。
即ち、評価関数Ｆが最小となる振幅と位相は、例えば、最急降下法や共役勾配法によって算出することができる。
【００１０】
位相制御装置１０８は、振幅位相演算装置１１１が、不要波の抑圧が可能な位相として、各素子アンテナ１０５の励振位相φｉを算出すると、その励振位相φｉを移相器１０３に設定する。
振幅制御装置１１２は、振幅位相演算装置１１１が、不要波の抑圧が可能な振幅として、各素子アンテナ１０５の励振振幅Ａｉを算出すると、その励振振幅Ａｉを可変減衰器１１０に設定する。
【００１１】
移相器１０３は、分配器１０２により分配された送信信号の位相が、位相制御装置１０８により設定された素子アンテナ１０５の励振位相φｉと一致するように、その送信信号の位相を調整する。
可変減衰器１１０は、移相器１０３により位相が調整された送信信号の振幅が、振幅制御装置１１２により設定された素子アンテナ１０５の励振振幅Ａｉと一致するように、その送信信号の振幅を調整する。
【００１２】
高出力増幅器１０４は、可変減衰器１１０により振幅が調整された送信信号を増幅し、増幅後の送信信号を素子アンテナ１０５に出力する。これにより、素子アンテナ１０５から送信信号が空間に放射される。
図８のアンテナ装置では、送信信号の位相と振幅が制御されることで、不要波が抑圧される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開昭６３−２０８３０６号公報（第６頁から第７頁、図１）
【特許文献２】特開平２−２７６３０２号公報（第４頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従来のアンテナ装置は以上のように構成されているので、送信信号の位相を制御するだけでなく、送信信号の振幅も制御すれば、不要波を抑圧する範囲の制約を無くすことができる。しかし、単に、送信信号の振幅を制御するプロセスを加えるだけでは、不要波を抑圧する範囲によっては、可変減衰器１１０が、広い範囲の振幅を満足する必要があり、設計及び製造コストが高くなってしまう。また、高出力増幅器１０４が、可変減衰器１１０の振幅範囲に対応するダイナミックレンジを持つ必要があるため、電源効率が低下して消費電力が多くなってしまう課題があった。
【００１５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、広い範囲の振幅を満足する可変減衰器を実装することなく、振幅の制御を実施できるようにして、高効率化や低消費電力化を図ることができるアンテナ装置及びアンテナ励振方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この発明に係るアンテナ装置は、所望の振幅制御範囲の設定を受け付ける振幅制御範囲設定受付手段と、定義域に対する値域が振幅制御範囲設定受付手段により設定が受け付けられた振幅制御範囲内に収まる関数及び複数の素子アンテナの励振位相を用いて、所望方向の目標利得に対するアンテナ利得の到達具合を示す利得評価値及び不要波方向の目標利得に対するアンテナ利得の到達具合を示す干渉評価値を設定する評価値設定手段と、評価値設定手段により設定された利得評価値及び干渉評価値からなる評価関数を定義し、その評価関数を用いて、その振幅制御範囲内に収まる関数の独立変数及び複数の素子アンテナの励振位相を算出する独立変数・励振位相算出手段と、独立変数・励振位相算出手段により算出された関数の独立変数から複数の素子アンテナの励振振幅を算出する振幅算出手段とを設け、制御手段が、複数の素子アンテナの励振位相が独立変数・励振位相算出手段により算出された励振位相と一致するように位相振幅調整手段を制御するとともに、複数の素子アンテナの励振振幅が振幅算出手段により算出された励振振幅と一致するように位相振幅調整手段を制御するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、所望の振幅制御範囲の設定を受け付ける振幅制御範囲設定受付手段と、定義域に対する値域が振幅制御範囲設定受付手段により設定が受け付けられた振幅制御範囲内に収まる関数及び複数の素子アンテナの励振位相を用いて、所望方向の目標利得に対するアンテナ利得の到達具合を示す利得評価値及び不要波方向の目標利得に対するアンテナ利得の到達具合を示す干渉評価値を設定する評価値設定手段と、評価値設定手段により設定された利得評価値及び干渉評価値からなる評価関数を定義し、その評価関数を用いて、その振幅制御範囲内に収まる関数の独立変数及び複数の素子アンテナの励振位相を算出する独立変数・励振位相算出手段と、独立変数・励振位相算出手段により算出された関数の独立変数から複数の素子アンテナの励振振幅を算出する振幅算出手段とを設け、制御手段が、複数の素子アンテナの励振位相が独立変数・励振位相算出手段により算出された励振位相と一致するように位相振幅調整手段を制御するとともに、複数の素子アンテナの励振振幅が振幅算出手段により算出された励振振幅と一致するように位相振幅調整手段を制御するように構成したので、広い範囲の振幅を満足する可変減衰器を実装することなく、振幅の制御を実施できるようになり、その結果、高効率化や低消費電力化を図ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるアンテナ装置の処理内容（アンテナ励振方法）を示すフローチャートである。
【図３】不要波を抑圧する各素子アンテナの振幅分布を示す説明図である。
【図４】アンテナ装置から放射される電波の放射パターンを示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態３によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図６】この発明の実施の形態３によるアンテナ装置の処理内容（アンテナ励振方法）を示すフローチャートである。
【図７】特許文献１に開示されているアンテナ装置を示す構成図である。
【図８】特許文献２に開示されているアンテナ装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す構成図である。
図１において、送信機１は送信対象の信号（以下、「送信信号」と称する）を生成して、その送信信号を分配器２に出力する処理を実施する。
分配器２は素子アンテナ６の本数がＮ本であれば、送信機１から出力された送信信号をＮ個の移相器３に分配する処理を実施する。なお、分配器２は信号分配手段を構成している。
【００２０】
移相器３は分配器２により分配された送信信号の位相が、位相制御装置１３により設定された素子アンテナ６の励振位相φｉと一致するように、その送信信号の位相を調整する処理を実施する。
可変減衰器４は移相器３により位相が調整された送信信号の振幅が、振幅制御装置１４により設定された素子アンテナ６の励振振幅Ａｉと一致するように、その送信信号の振幅を調整する処理を実施する。
図１では、移相器３が可変減衰器４の前段に配置されている例を示しているが、移相器３が可変減衰器４の後段に配置されていてもよい。
なお、移相器３及び可変減衰器４から位相振幅調整手段が構成されている。
【００２１】
高出力増幅器５は可変減衰器４により振幅が調整された送信信号を増幅し、増幅後の送信信号を素子アンテナ６に出力する処理を実施する。
素子アンテナ６は高出力増幅器５による増幅後の送信信号を空間に放射する。
【００２２】
不要波抑圧方向設定装置７は例えばキーボードやマウスなどのマンマシンインタフェース、あるいは、外部からデータや情報を受信する通信インタフェースを備えており、不要波を抑圧する方向を示す情報を入力して、不要波抑圧方向の設定を受け付ける処理を実施する。
振幅範囲規定装置８は例えばキーボードやマウスなどのマンマシンインタフェース、あるいは、外部からデータや情報を受信する通信インタフェースを備えており、所望の振幅制御範囲を示す情報を入力して、所望の振幅制御範囲の設定を受け付ける処理を実施する。なお、振幅範囲規定装置８は振幅制御範囲設定受付手段を構成している。
【００２３】
振幅定義装置９は定義域に対する値域が振幅範囲規定装置８により設定が受け付けられた振幅制御範囲内に収まる関数で、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを定義する処理を実施する。
評価値設定装置１０は振幅定義装置９により定義された各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉや励振位相φｉ、不要波抑圧方向設定装置７により設定が受け付けられた不要波抑圧方向などを用いて、所望方向の目標利得に対するアンテナ利得の到達具合を示す利得評価値Ｆ０及び不要波方向の目標利得に対するアンテナ利得の到達具合を示す干渉評価値Ｆｓを設定する処理を実施する。
なお、振幅定義装置９及び評価値設定装置１０から評価値設定手段が構成されている。
【００２４】
独立変数・励振位相算出装置１１は評価値設定装置１０により設定された利得評価値Ｆ０及び干渉評価値Ｆｓからなる評価関数Ｆを定義し、その評価関数Ｆが最小になるように最適化することで、その振幅制御範囲内に収まる関数の独立変数ｘｉ及び各素子アンテナ６の励振位相φｉを算出する処理を実施する。なお、独立変数・励振位相算出装置１１は独立変数・励振位相算出手段を構成している。
図１では、評価値設定装置１０と独立変数・励振位相算出装置１１が別個の装置として構成されている例を示しているが、評価値設定装置１０と独立変数・励振位相算出装置１１が１つの装置で構成されていてもよい。
【００２５】
振幅算出装置１２は独立変数・励振位相算出装置１１により算出された関数の独立変数ｘｉから各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを算出する処理を実施する。なお、振幅算出装置１２は振幅算出手段を構成している。
位相制御装置１３は各素子アンテナ６の励振位相が独立変数・励振位相算出装置１１により算出された励振位相φｉと一致するように、移相器３の移相量を制御する処理を実施する。
振幅制御装置１４は各素子アンテナ６の励振振幅が振幅算出装置１２により算出された励振振幅Ａｉと一致するように、可変減衰器４の減衰量を制御する処理を実施する。
なお、位相制御装置１３及び振幅制御装置１４から制御手段が構成されている。
【００２６】
図１では、アンテナ装置の構成要素の一部である振幅範囲規定装置８、関数定義装置９、評価値設定装置１０、独立変数・励振位相算出装置１１、振幅算出装置１２、位相制御装置１３及び振幅制御装置１４のそれぞれが専用のハードウェア（例えば、ＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなど）で構成されているものを想定しているが、アンテナ装置の一部がコンピュータで構成される場合には、振幅範囲規定装置８、振幅定義装置９、評価値設定装置１０、独立変数・励振位相算出装置１１、振幅算出装置１２、位相制御装置１３及び振幅制御装置１４の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにしてもよい。
図２はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置の処理内容（アンテナ励振方法）を示すフローチャートである。
【００２７】
次に動作について説明する。
まず、送信機１は、送信対象の送信信号を生成して、その送信信号を分配器２に出力する。
分配器２は、素子アンテナ６の本数がＮ本であれば、送信機１から送信信号を受けると、その送信信号をＮ個の移相器３に分配する。
【００２８】
一方、不要波抑圧方向設定装置７は、不要波を抑圧する方向を示す情報を入力して、不要波抑圧方向の設定を受け付ける処理を実施する（図２のステップＳＴ１）。
次に、振幅範囲規定装置８は、所望の振幅制御範囲を示す情報を入力して、所望の振幅制御範囲の設定を受け付ける処理を実施する（ステップＳＴ２）。
なお、不要波抑圧方向設定装置７及び振幅範囲規定装置８での設定の受け付けは、例えば、ユーザが不要波抑圧方向設定装置７及び振幅範囲規定装置８のマンマシンインタフェースを操作することで行ってもよいし、図示せぬ外部装置から、不要波を抑圧する方向を示す情報や所望の振幅制御範囲を示す情報を不要波抑圧方向設定装置７及び振幅範囲規定装置８に送信することで行ってもよい。
【００２９】
振幅定義装置９は、振幅範囲規定装置８が所望の振幅制御範囲の設定を受け付けると、定義域に対する値域が振幅範囲規定装置８により設定が受け付けられた振幅制御範囲内に収まる関数で、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを定義する（ステップＳＴ３）。
ただし、振幅制御範囲内に収まる関数は、以下の特徴を有しているものとする。
（１）関数の独立変数は１つである
（２）関数の定義域に制約がない
（３）全ての定義域において連続である
（４）全ての定義域において微分可能である
（５）全ての定義域において、その関数の値域が振幅制御範囲を満足している
【００３０】
具体的には、振幅定義装置９は、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを以下の関数で定義する。
式（２）において、ｘｉは関数の独立変数、ａは振幅制御範囲によって決まる定数、ｂは任意の定数である。
式（２）の関数は、独立変数ｘｉに関して、全ての定義域で連続であって、微分可能であり、関数の値域は振幅制御範囲を満足している。
また、式（２）の関数は、独立変数ｘｉの値が大きくなるにしたがって関数値が振幅制御範囲の最大値に漸近する一方、独立変数ｘｉの値が小さくなるにしたがって関数値が振幅制御範囲の最小値に漸近し、独立変数ｘｉの値に対して関数値が単調に増加する特徴を有している。
【００３１】
評価値設定装置１０は、振幅定義装置９が振幅制御範囲内に収まる関数で、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを定義すると、下記の式（３）に示すように、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉなどを用いて、所望方向の目標利得に対するアンテナ利得の到達具合を示す利得評価値Ｆ０（所望方向へのアンテナ利得を評価する利得評価値）を設定する（ステップＳＴ４）。
なお、式（３）が示す利得評価値Ｆ０は、一例に過ぎず、他の式で利得評価値Ｆ０を設定するようにしてもよい。
【００３２】
また、評価値設定装置１０は、下記の式（４）に示すように、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉや不要波抑圧方向設定装置７により設定が受け付けられた不要波抑圧方向などを用いて、不要波方向の目標利得に対するアンテナ利得の到達具合を示す干渉評価値Ｆｓ（不要波方向へのアンテナ利得を評価する干渉評価値）を設定する（ステップＳＴ５）。
不要波が複数ある場合には、下記の式（５）で干渉評価値Ｆｓを設定する。
ただし、Ｍは不要波の数である。
【００３３】
独立変数・励振位相算出装置１１は、評価値設定装置１０が利得評価値Ｆ０及び干渉評価値Ｆｓを設定すると、下記の式（６）に示すように、その利得評価値Ｆ０及び干渉評価値Ｆｓからなる評価関数Ｆを定義する。
独立変数・励振位相算出装置１１は、評価関数Ｆを定義すると、その評価関数Ｆが最小になるように最適化することで、その振幅制御範囲内に収まる関数の独立変数ｘｉ及び各素子アンテナ６の励振位相φｉを算出する（ステップＳＴ６）。
なお、関数の独立変数ｘｉ及び各素子アンテナ６の励振位相φｉの算出方法としては、例えば、最急降下法や共役勾配法があり、この実施の形態１では、共役勾配法を用いるものとする。
【００３４】
振幅算出装置１２は、独立変数・励振位相算出装置１１が関数の独立変数ｘｉを算出すると、その関数の独立変数ｘｉから各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを算出する（ステップＳＴ７）。
即ち、振幅算出装置１２は、独立変数・励振位相算出装置１１により算出された関数の独立変数ｘｉを上記の式（２）に代入することで、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを算出する。
【００３５】
ここで、図３は不要波を抑圧する各素子アンテナの振幅分布を示す説明図である。
図３において、３１は振幅制御範囲が設定されていない従来のアンテナ装置による不要波を抑圧する振幅分布を示しており、３２は振幅制御範囲が設定されている実施の形態１のアンテナ装置による不要波を抑圧する振幅分布を示している。
この実施の形態１では、最大振幅と最小振幅の比を２ｄＢに設定しており、図３より振幅制御範囲が２ｄＢを満足していることがわかる。
【００３６】
位相制御装置１３は、独立変数・励振位相算出装置１１が各素子アンテナ６の励振位相φｉを算出すると、その励振位相φｉを移相器３に設定する（ステップＳＴ８）。
即ち、位相制御装置１３は、各素子アンテナ６の励振位相φｉに対応する移相量を移相器３に指示する。
振幅制御装置１４は、振幅算出装置１２が各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを算出すると、その励振振幅Ａｉを可変減衰器４に設定する（ステップＳＴ９）。
即ち、振幅制御装置１４は、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉに対応する減衰量を可変減衰器４に指示する。
【００３７】
移相器３は、分配器２により分配された送信信号の位相が、位相制御装置１３により設定された素子アンテナ６の励振位相φｉと一致するように、その送信信号の位相を調整する（ステップＳＴ１０）。
即ち、移相器３は、位相制御装置１３により指示された移相量だけ、分配器２により分配された送信信号の位相を移相する。
可変減衰器４は、移相器３により位相が調整された送信信号の振幅が、振幅制御装置１４により設定された素子アンテナ６の励振振幅Ａｉと一致するように、その送信信号の振幅を調整する（ステップＳＴ１１）。
即ち、可変減衰器４は、振幅制御装置１４により指示された減衰量だけ、移相器３により位相が調整された送信信号を減衰する。
【００３８】
高出力増幅器５は、可変減衰器４により振幅が調整された送信信号を増幅し、増幅後の送信信号を素子アンテナ６に出力する。これにより、素子アンテナ６から送信信号が空間に放射される（ステップＳＴ１２）。
図１のアンテナ装置では、送信信号の位相と振幅が制御されることで、不要波が抑圧される。
【００３９】
ここで、図４はアンテナ装置から放射される電波の放射パターンを示す説明図である。
図４において、４１は全ての素子アンテナの振幅分布が同じである場合の放射パターン、４２は従来のアンテナ装置による不要波抑圧の放射パターン、４３は実施の形態１のアンテナ装置による不要波抑圧の放射パターンである。
ここでは、所望方向は正面方向（０度）の位置とし、不要波抑圧方向は正面方向から＋６．８度の位置としている。
実施の形態１のアンテナ装置における放射パターンの不要波方向のアンテナ利得と、従来のアンテナ装置における放射パターンの不要波方向のアンテナ利得とがほぼ同じであることから、振幅制御範囲を規定している実施の形態１のアンテナ装置の不要波抑圧と、従来のアンテナ装置の不要波抑圧とはほぼ同等である。
【００４０】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、所望の振幅制御範囲の設定を受け付ける振幅範囲規定装置８と、定義域に対する値域が振幅範囲規定装置８により設定が受け付けられた振幅制御範囲内に収まる関数を用いて、所望方向の目標利得に対するアンテナ利得の到達具合を示す利得評価値Ｆ０及び不要波方向の目標利得に対するアンテナ利得の到達具合を示す干渉評価値Ｆｓを設定する評価値設定装置１０と、評価値設定装置１０により設定された利得評価値Ｆ０及び干渉評価値Ｆｓからなる評価関数Ｆを定義し、その評価関数Ｆを用いて、その振幅制御範囲内に収まる関数の独立変数ｘｉ及び複数の素子アンテナ６の励振位相φｉを算出する独立変数・励振位相算出装置１１と、独立変数・励振位相算出装置１１により算出された関数の独立変数ｘｉから複数の素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを算出する振幅算出装置１２とを設け、移相制御装置１３が、複数の素子アンテナ６の励振位相が独立変数・励振位相算出装置１１により算出された励振位相φｉと一致するように移相器３の移相量を制御するとともに、振幅制御装置１４が、複数の素子アンテナ６の励振振幅が振幅算出装置１２により算出された励振振幅Ａｉと一致するように可変減衰器４の減衰量を制御するように構成したので、広い範囲の振幅を満足する可変減衰器を実装することなく、振幅の制御を実施できるようになり、その結果、高効率化や低消費電力化を図ることができる効果を奏する。
【００４１】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、振幅定義装置９が、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを式（２）で表される関数で定義するものを示したが、式（２）以外の関数で各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを定義するようにしてもよい。
ただし、振幅制御範囲内に収まる関数は、上記実施の形態１と同様に、以下の特徴を有している必要がある。
（１）関数の独立変数は１つである
（２）関数の定義域に制約がない
（３）全ての定義域において連続である
（４）全ての定義域において微分可能である
（５）全ての定義域において、その関数の値域が振幅制御範囲を満足している
【００４２】
具体的には、振幅定義装置９が、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを下記の式（７）、式（８）又は式（９）で表される関数で定義するようにしてもよい。
【００４３】
式（７）及び式（８）の関数は、独立変数ｘｉの値が或る値になるときに関数値が振幅制御範囲の最大値と一致し、それ以外の値では、独立変数ｘｉの絶対値が大きくなるにしたがって関数値が振幅制御範囲の最小値に漸近する特徴を有している。
また、式（９）の関数は、関数値が振幅制御範囲の最大値と一致する独立変数ｘｉの値と、関数値が振幅制御範囲の最小値と一致する独立変数ｘｉの値とがあり、独立変数ｘｉの値に対して関数値が振動する特徴を有している。
【００４４】
なお、上記実施の形態１では、評価値設定装置１０が利得評価値Ｆ０を式（３）で設定し、干渉評価値Ｆｓを式（４）で設定しているものを示しているが、振幅定義装置９が、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを式（７）、式（８）又は式（９）で表される関数で定義する場合、式（３）及び式（４）における（ａｔａｎ−１ｘｉ＋ｂ）の部分を、式（７）、式（８）又は式（９）で表される関数に置き換えるようにすればよい。
【００４５】
また、上記実施の形態１では、独立変数・励振位相算出装置１１が、式（６）に示すように、その利得評価値Ｆ０及び干渉評価値Ｆｓからなる評価関数Ｆを定義するものを示したが、例えば、下記の式（１０）に示すように、利得評価値Ｆ０又は干渉評価値Ｆｓに対する重み付けを行うようにしてもよい。
式（１０）において、αは任意の重み係数である。
【００４６】
実施の形態３．
上記実施の形態１，２では、可変減衰器４が、移相器３により位相が調整された送信信号の振幅が、振幅制御装置１４により設定された素子アンテナ６の励振振幅Ａｉと一致するように、その送信信号の振幅を調整するものを示したが、可変減衰器４の代わりに、信号の入力が一定で、出力を可変することが可能な可変出力増幅器を実装するようにしてもよい。
【００４７】
図５はこの発明の実施の形態３によるアンテナ装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
可変出力増幅器２１は移相器３により位相が調整された送信信号を一定に入力し、振幅制御装置２２の制御の下で、出力が可変される増幅器である。
図５では、移相器３が可変出力増幅器２１の前段に配置されている例を示しているが、移相器３が可変出力増幅器２１の後段に配置されていてもよい。
なお、移相器３及び可変出力増幅器２１から位相振幅調整手段が構成されている。
【００４８】
振幅制御装置２２は各素子アンテナ６の励振振幅が振幅算出装置１２により算出された励振振幅Ａｉと一致するように、可変出力増幅器２１のバイアス電圧を制御する処理を実施する。
なお、位相制御装置１３及び振幅制御装置２２から制御手段が構成されている。
【００４９】
図５では、アンテナ装置の構成要素の一部である振幅範囲規定装置８、振幅定義装置９、評価値設定装置１０、独立変数・励振位相算出装置１１、振幅算出装置１２、位相制御装置１３及び振幅制御装置２２のそれぞれが専用のハードウェア（例えば、ＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなど）で構成されているものを想定しているが、アンテナ装置の一部がコンピュータで構成される場合には、振幅範囲規定装置８、振幅定義装置９、評価値設定装置１０、独立変数・励振位相算出装置１１、振幅算出装置１２、位相制御装置１３及び振幅制御装置２２の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにしてもよい。
図６はこの発明の実施の形態３によるアンテナ装置の処理内容（アンテナ励振方法）を示すフローチャートである。
【００５０】
次に動作について説明する。
まず、送信機１は、上記実施の形態１と同様に、送信信号を生成して、その送信信号を分配器２に出力する。
分配器２は、送信機１から送信信号を受けると、上記実施の形態１と同様に、その送信信号をＮ個の移相器３に分配する。
【００５１】
一方、不要波抑圧方向設定装置７は、上記実施の形態１と同様に、不要波を抑圧する方向を示す情報を入力して、不要波抑圧方向の設定を受け付ける処理を実施する（図６のステップＳＴ１）。
次に、振幅範囲規定装置８は、上記実施の形態１と同様に、所望の振幅制御範囲を示す情報を入力して、所望の振幅制御範囲の設定を受け付ける処理を実施する（ステップＳＴ２）。
【００５２】
振幅定義装置９は、振幅範囲規定装置８が所望の振幅制御範囲の設定を受け付けると、上記実施の形態１と同様に、定義域に対する値域が振幅範囲規定装置８により設定が受け付けられた振幅制御範囲内に収まる関数で、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを定義する（ステップＳＴ３）。
具体的には、上記実施の形態１と同様に、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを式（２）で表される関数で定義する。
上記実施の形態２で言及したように、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを式（７）、式（８）又は式（９）表される関数で定義するようにしてもよい。
【００５３】
評価値設定装置１０は、振幅定義装置９が振幅制御範囲内に収まる関数で、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを定義すると、上記実施の形態１と同様に、式（３）に示すように、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉなどを用いて、所望方向の目標利得に対するアンテナ利得の到達具合を示す利得評価値Ｆ０を設定する（ステップＳＴ４）。
また、評価値設定装置１０は、式（４）に示すように、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉや不要波抑圧方向設定装置７により設定が受け付けられた不要波抑圧方向などを用いて、不要波方向の目標利得に対するアンテナ利得の到達具合を示す干渉評価値Ｆｓを設定する（ステップＳＴ５）。
ただし、不要波が複数ある場合には、式（５）で干渉評価値Ｆｓを設定する。
【００５４】
独立変数・励振位相算出装置１１は、評価値設定装置１０が利得評価値Ｆ０及び干渉評価値Ｆｓを設定すると、上記実施の形態１と同様に、式（６）に示すように、その利得評価値Ｆ０及び干渉評価値Ｆｓからなる評価関数Ｆを定義する。
独立変数・励振位相算出装置１１は、評価関数Ｆを定義すると、その評価関数Ｆが最小になるように最適化することで、その振幅制御範囲内に収まる関数の独立変数ｘｉ及び各素子アンテナ６の励振位相φｉを算出する（ステップＳＴ６）。
【００５５】
振幅算出装置１２は、独立変数・励振位相算出装置１１が関数の独立変数ｘｉを算出すると、上記実施の形態１と同様に、その関数の独立変数ｘｉから各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを算出する（ステップＳＴ７）。
即ち、振幅算出装置１２は、独立変数・励振位相算出装置１１により算出された関数の独立変数ｘｉを上記の式（２）に代入することで、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを算出する。
【００５６】
位相制御装置１３は、独立変数・励振位相算出装置１１が各素子アンテナ６の励振位相φｉを算出すると、上記実施の形態１と同様に、その励振位相φｉを移相器３に設定する（ステップＳＴ８）。
即ち、位相制御装置１３は、各素子アンテナ６の励振位相φｉに対応する移相量を移相器３に指示する。
振幅制御装置２２は、振幅算出装置１２が各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを算出すると、その励振振幅Ａｉを可変出力増幅器２１に設定する（ステップＳＴ２１）。
即ち、振幅制御装置２２は、各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉに対応するバイアス電圧を可変出力増幅器２１に出力する。
【００５７】
移相器３は、分配器２により分配された送信信号の位相が、位相制御装置１３により設定された素子アンテナ６の励振位相φｉと一致するように、その送信信号の位相を調整する（ステップＳＴ１０）。
即ち、移相器３は、位相制御装置１３により指示された移相量だけ、分配器２により分配された送信信号の位相を移相する。
可変出力増幅器２１は、移相器３により位相が調整された送信信号の振幅が、振幅制御装置２２により設定された素子アンテナ６の励振振幅Ａｉと一致するように、その送信信号の振幅を調整する（ステップＳＴ１１）。
即ち、可変出力増幅器２１は、振幅制御装置２２から出力されたバイアス電圧に対応する増幅率で、出力信号のレベルを可変し、増幅後の信号を素子アンテナ６に出力する。これにより、素子アンテナ６から送信信号が空間に放射される（ステップＳＴ１２）。
図５のアンテナ装置では、送信信号の位相と振幅が制御されることで、不要波が抑圧される。
【００５８】
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、上記実施の形態１，２と同様の効果を奏することができるが、可変減衰器４の代わりに、信号の入力が一定で、出力を可変することが可能な可変出力増幅器２１を実装し、振幅制御装置２２が可変出力増幅器２１のバイアス電圧を制御するだけで各素子アンテナ６の励振振幅Ａｉを制御することができるので、上記実施の形態１，２よりも効率低下を低減することができるようになり、更なる低消費電力化を図ることができる。
【００５９】
なお、この実施の形態３では、振幅制御装置２２が可変出力増幅器２１のバイアス電圧を制御する例を示しているが、これは一例に過ぎず、可変出力増幅器２１のバイアス電圧以外を制御して、可変出力増幅器２１の出力信号のレベルを可変するようにしてもよい。
【００６０】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１ 送信機、２ 分配器（信号分配手段）、３ 移相器（位相振幅調整手段）、４ 可変減衰器（位相振幅調整手段）、５ 高出力増幅器、６ 素子アンテナ、７ 不要波抑圧方向設定装置、８ 振幅範囲規定装置（振幅制御範囲設定受付手段）、９ 振幅定義装置（評価値設定手段）、１０ 評価値設定装置（評価値設定手段）、１１ 独立変数・励振位相算出装置（独立変数・励振位相算出手段）、１２ 振幅算出装置（振幅算出手段）、１３ 位相制御装置（制御手段）、１４，２２ 振幅制御装置（制御手段）、２１ 可変出力増幅器（位相振幅調整手段）、３１ 従来のアンテナ装置による不要波を抑圧する振幅分布、３２ 実施の形態１のアンテナ装置による不要波を抑圧する振幅分布、４１ 全ての素子アンテナの振幅分布が同じである場合の放射パターン、４２ 従来のアンテナ装置による不要波抑圧の放射パターン、４３ 実施の形態１のアンテナ装置による不要波抑圧の放射パターン、１０１ 送信機、１０２ 分配器、１０３ 移相器、１０４ 高出力増幅器、１０５ 素子アンテナ、１０６ 不要波抑圧方向設定装置、１０７ 位相演算装置、１０８ 位相制御装置、１１０ 可変減衰器、１１１ 振幅位相演算装置、１１２ 振幅制御装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信機により生成された信号を分配する信号分配手段と、上記信号分配手段により分配された各々の信号の位相及び振幅を調整する位相振幅調整手段と、上記位相振幅調整手段により位相及び振幅が調整された信号を放射する複数の素子アンテナとを備えたアンテナ装置において、
所望の振幅制御範囲の設定を受け付ける振幅制御範囲設定受付手段と、
定義域に対する値域が上記振幅制御範囲設定受付手段により設定が受け付けられた振幅制御範囲内に収まる関数及び上記複数の素子アンテナの励振位相を用いて、所望方向の目標利得に対するアンテナ利得の到達具合を示す利得評価値及び不要波方向の目標利得に対するアンテナ利得の到達具合を示す干渉評価値を設定する評価値設定手段と、
上記評価値設定手段により設定された利得評価値及び干渉評価値からなる評価関数を定義し、上記評価関数を用いて、上記振幅制御範囲内に収まる関数の独立変数及び上記複数の素子アンテナの励振位相を算出する独立変数・励振位相算出手段と、
上記独立変数・励振位相算出手段により算出された関数の独立変数から上記複数の素子アンテナの励振振幅を算出する振幅算出手段と、
上記複数の素子アンテナの励振位相が上記独立変数・励振位相算出手段により算出された励振位相と一致するように上記位相振幅調整手段を制御するとともに、上記複数の素子アンテナの励振振幅が上記振幅算出手段により算出された励振振幅と一致するように上記位相振幅調整手段を制御する制御手段と
を備えていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
振幅制御範囲設定受付手段により設定が受け付けられた振幅制御範囲内に収まる関数の独立変数は１つであって、上記関数の定義域には制約がなく、全ての定義域で上記関数が連続かつ微分可能であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
位相振幅調整手段は、
信号分配手段により分配された各々の信号の位相を移相する複数の移相器と、
上記信号分配手段により分配された各々の信号の振幅を減衰する複数の可変減衰器と
から構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のアンテナ装置。
【請求項４】
位相振幅調整手段は、
信号分配手段により分配された各々の信号の位相を移相する複数の移相器と、
上記信号分配手段により分配された各々の信号の入力が一定で、出力を可変することが可能な複数の可変出力増幅器と
から構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のアンテナ装置。
【請求項５】
振幅制御範囲設定受付手段により設定が受け付けられた振幅制御範囲内に収まる関数は、独立変数の値が大きくなるにしたがって関数値が上記振幅制御範囲の最大値に漸近する一方、上記独立変数の値が小さくなるにしたがって関数値が上記振幅制御範囲の最小値に漸近し、上記独立変数の値に対して関数値が単調に増加することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。
【請求項６】
振幅制御範囲設定受付手段により設定が受け付けられた振幅制御範囲内に収まる関数は、独立変数の値が或る値になるときに関数値が上記振幅制御範囲の最大値と一致し、それ以外の値では、上記独立変数の絶対値が大きくなるにしたがって関数値が上記振幅制御範囲の最小値に漸近することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。
【請求項７】
振幅制御範囲設定受付手段により設定が受け付けられた振幅制御範囲内に収まる関数は、関数値が上記振幅制御範囲の最大値と一致する独立変数の値と、関数値が上記振幅制御範囲の最小値と一致する独立変数の値とがあり、上記独立変数の値に対して関数値が振動することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。
【請求項８】
送信機により生成された信号を分配する信号分配手段と、上記信号分配手段により分配された各々の信号の位相及び振幅を調整する位相振幅調整手段と、上記位相振幅調整手段により位相及び振幅が調整された信号を放射する複数の素子アンテナとを備えたアンテナ装置に適用されるアンテナ励振方法において、
振幅制御範囲設定受付手段が、所望の振幅制御範囲の設定を受け付ける振幅制御範囲設定受付処理ステップと、
評価値設定手段が、定義域に対する値域が上記振幅制御範囲設定受付処理ステップで設定が受け付けられた振幅制御範囲内に収まる関数及び上記複数の素子アンテナの励振位相を用いて、所望方向の目標利得に対するアンテナ利得の到達具合を示す利得評価値及び不要波方向の目標利得に対するアンテナ利得の到達具合を示す干渉評価値を設定する評価値設定処理ステップと、
独立変数・励振位相算出手段が、上記評価値設定処理ステップで設定された利得評価値及び干渉評価値からなる評価関数を定義し、上記評価関数を用いて、上記振幅制御範囲内に収まる関数の独立変数及び上記複数の素子アンテナの励振位相を算出する独立変数・励振位相算出処理ステップと、
振幅算出手段が、上記独立変数・励振位相算出処理ステップで算出された関数の独立変数から上記複数の素子アンテナの励振振幅を算出する振幅算出処理ステップと、
制御手段が、上記複数の素子アンテナの励振位相が上記独立変数・励振位相算出処理ステップで算出された励振位相と一致するように上記位相振幅調整手段を制御するとともに、上記複数の素子アンテナの励振振幅が上記振幅算出処理ステップで算出された励振振幅と一致するように上記位相振幅調整手段を制御する制御処理ステップと
を備えていることを特徴とするアンテナ励振方法。
【請求項１】
送信機により生成された信号を分配する信号分配手段と、上記信号分配手段により分配された各々の信号の位相及び振幅を調整する位相振幅調整手段と、上記位相振幅調整手段により位相及び振幅が調整された信号を放射する複数の素子アンテナとを備えたアンテナ装置において、
所望の振幅制御範囲の設定を受け付ける振幅制御範囲設定受付手段と、
定義域に対する値域が上記振幅制御範囲設定受付手段により設定が受け付けられた振幅制御範囲内に収まる関数及び上記複数の素子アンテナの励振位相を用いて、所望方向の目標利得に対するアンテナ利得の到達具合を示す利得評価値及び不要波方向の目標利得に対するアンテナ利得の到達具合を示す干渉評価値を設定する評価値設定手段と、
上記評価値設定手段により設定された利得評価値及び干渉評価値からなる評価関数を定義し、上記評価関数を用いて、上記振幅制御範囲内に収まる関数の独立変数及び上記複数の素子アンテナの励振位相を算出する独立変数・励振位相算出手段と、
上記独立変数・励振位相算出手段により算出された関数の独立変数から上記複数の素子アンテナの励振振幅を算出する振幅算出手段と、
上記複数の素子アンテナの励振位相が上記独立変数・励振位相算出手段により算出された励振位相と一致するように上記位相振幅調整手段を制御するとともに、上記複数の素子アンテナの励振振幅が上記振幅算出手段により算出された励振振幅と一致するように上記位相振幅調整手段を制御する制御手段と
を備えていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
振幅制御範囲設定受付手段により設定が受け付けられた振幅制御範囲内に収まる関数の独立変数は１つであって、上記関数の定義域には制約がなく、全ての定義域で上記関数が連続かつ微分可能であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
位相振幅調整手段は、
信号分配手段により分配された各々の信号の位相を移相する複数の移相器と、
上記信号分配手段により分配された各々の信号の振幅を減衰する複数の可変減衰器と
から構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のアンテナ装置。
【請求項４】
位相振幅調整手段は、
信号分配手段により分配された各々の信号の位相を移相する複数の移相器と、
上記信号分配手段により分配された各々の信号の入力が一定で、出力を可変することが可能な複数の可変出力増幅器と
から構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のアンテナ装置。
【請求項５】
振幅制御範囲設定受付手段により設定が受け付けられた振幅制御範囲内に収まる関数は、独立変数の値が大きくなるにしたがって関数値が上記振幅制御範囲の最大値に漸近する一方、上記独立変数の値が小さくなるにしたがって関数値が上記振幅制御範囲の最小値に漸近し、上記独立変数の値に対して関数値が単調に増加することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。
【請求項６】
振幅制御範囲設定受付手段により設定が受け付けられた振幅制御範囲内に収まる関数は、独立変数の値が或る値になるときに関数値が上記振幅制御範囲の最大値と一致し、それ以外の値では、上記独立変数の絶対値が大きくなるにしたがって関数値が上記振幅制御範囲の最小値に漸近することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。
【請求項７】
振幅制御範囲設定受付手段により設定が受け付けられた振幅制御範囲内に収まる関数は、関数値が上記振幅制御範囲の最大値と一致する独立変数の値と、関数値が上記振幅制御範囲の最小値と一致する独立変数の値とがあり、上記独立変数の値に対して関数値が振動することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。
【請求項８】
送信機により生成された信号を分配する信号分配手段と、上記信号分配手段により分配された各々の信号の位相及び振幅を調整する位相振幅調整手段と、上記位相振幅調整手段により位相及び振幅が調整された信号を放射する複数の素子アンテナとを備えたアンテナ装置に適用されるアンテナ励振方法において、
振幅制御範囲設定受付手段が、所望の振幅制御範囲の設定を受け付ける振幅制御範囲設定受付処理ステップと、
評価値設定手段が、定義域に対する値域が上記振幅制御範囲設定受付処理ステップで設定が受け付けられた振幅制御範囲内に収まる関数及び上記複数の素子アンテナの励振位相を用いて、所望方向の目標利得に対するアンテナ利得の到達具合を示す利得評価値及び不要波方向の目標利得に対するアンテナ利得の到達具合を示す干渉評価値を設定する評価値設定処理ステップと、
独立変数・励振位相算出手段が、上記評価値設定処理ステップで設定された利得評価値及び干渉評価値からなる評価関数を定義し、上記評価関数を用いて、上記振幅制御範囲内に収まる関数の独立変数及び上記複数の素子アンテナの励振位相を算出する独立変数・励振位相算出処理ステップと、
振幅算出手段が、上記独立変数・励振位相算出処理ステップで算出された関数の独立変数から上記複数の素子アンテナの励振振幅を算出する振幅算出処理ステップと、
制御手段が、上記複数の素子アンテナの励振位相が上記独立変数・励振位相算出処理ステップで算出された励振位相と一致するように上記位相振幅調整手段を制御するとともに、上記複数の素子アンテナの励振振幅が上記振幅算出処理ステップで算出された励振振幅と一致するように上記位相振幅調整手段を制御する制御処理ステップと
を備えていることを特徴とするアンテナ励振方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−９３６６５（Ｐ２０１３−９３６６５Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３３０５４（Ｐ２０１１−２３３０５４）
【出願日】平成２３年１０月２４日（２０１１．１０．２４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２４日（２０１１．１０．２４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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