アンテナ装置及びビーム指向特性改善方法
【課題】効率的なアンテナモジュール交換を可能にしつつ、ビーム指向特性の劣化を回避する。
【解決手段】複数のアンテナ素子と、それぞれが前記アンテナ素子の何れかと接続され前記アンテナ素子をアンテナとして実現させるための複数のアンテナモジュールとを含んだアレイアンテナが、前記アンテナモジュールをモニターすることにより、各アンテナモジュールの故障を検出する。検出された検出結果からアンテナパターンを計算する。当該アレイアンテナのビーム指向特性が予め定めている運用限界に達した場合に、当該アレイアンテナのビーム指向特性を改善するための素子分布を計算する。算出した素子分布となるように前記アンテナモジュールを制御、または再配置する。
【解決手段】複数のアンテナ素子と、それぞれが前記アンテナ素子の何れかと接続され前記アンテナ素子をアンテナとして実現させるための複数のアンテナモジュールとを含んだアレイアンテナが、前記アンテナモジュールをモニターすることにより、各アンテナモジュールの故障を検出する。検出された検出結果からアンテナパターンを計算する。当該アレイアンテナのビーム指向特性が予め定めている運用限界に達した場合に、当該アレイアンテナのビーム指向特性を改善するための素子分布を計算する。算出した素子分布となるように前記アンテナモジュールを制御、または再配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アレイアンテナ装置の冗長系に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、移相器などが実装されたアンテナモジュールを多数並べたアレイアンテナは、その冗長性から、アンテナモジュールの一部が故障してもアレイアンテナ全体としての性能に大きな劣化を生じないという特性を有している。
【０００３】
一般的な技術として、このようなアレイアンテナの冗長性を生かすためにアンテナモジュールの動作状況をモニターして、アンテナパターンシミュレーションから求めた許容される故障数に達した時点でアレイアンテナが故障というアラームを出力する技術がある。
【０００４】
このような一般的技術の構成例を表すものが図８である。図８を参照するとアレイアンテナ装置５０は、アンテナ素子５１−１〜５１−Ｎ、アンテナモジュール５２−１〜５２−Ｎ、分配合成器５３、送受信機５４、アンテナモニター回路５５及びアラーム表示機５６を含む。アンテナモニター回路５５は、アンテナモジュールの動作状況をモニターし、許容される故障数に達した時点でアラーム表示機５６からアラームが出力される。
【０００５】
また、例えば、特許文献１には、アンテナモジュールの動作不良を検出するアンテナモニターからの検出結果を用いてアンテナパターンを計算して、その計算結果に基づいてアンテナの特性を判定してアレイアンテナのアラームを出力するという技術が記載されている。
【０００６】
このような技術を利用することにより、アレイアンテナに故障が生じたことを知ることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平０７−０７０９０９号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Y. Tsunoda, N. Goto, “Sidelobe Suppression of Planar Array Antenna by the Multistage Decision Method”, IEEE Trans. Antennas Propagation, vol. AP-35, No.9, Sep. 1987.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述したような技術は、あくまでビーム指向特性（特にサイドローブレベル）から運用限界に達したか達していないかを判定するいわゆるモニター機能を実現するに過ぎない。そのため、運用限界に達した場合には、故障したモジュールそのものを交換する必要がある。また、故障部位によっては急激にビーム指向特性が悪化することがあり、このような場合には頻繁にアンテナモジュールを交換する必要があるという問題が生じる。
【００１０】
すなわち、上述したような技術を含む一般的な技術には下記のような２つの問題点が存在していた。
【００１１】
第一の問題点は、上記アラームが出力されるごとにアンテナモジュールを交換しなければならない点である。
【００１２】
第二の問題点は、アラームが出力されていなくても、故障箇所によっては急激にビーム指向特性が悪化する可能性があるため、アレイアンテナ本来の性能を発揮できない点である。
【００１３】
そこで、本発明は、効率的なアンテナモジュール交換を可能にしつつ、ビーム指向特性の劣化を回避することが可能な、アンテナ装置及びビーム指向特性改善方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の観点によれば、複数のアンテナ素子と、それぞれが前記アンテナ素子の何れかと接続され前記アンテナ素子をアンテナとして実現させるための複数のアンテナモジュールとを含んだアレイアンテナにおいて、前記アンテナモジュールをモニターすることにより、各アンテナモジュールの故障を検出するアンテナモニター手段と、前記アンテナモニター手段により検出された検出結果からアンテナパターンを計算するパターン計算手段と、前記パターン計算手段の結果から当該アレイアンテナのビーム指向特性が予め定めている運用限界に達した場合に、当該アレイアンテナのビーム指向特性を改善するための素子分布を計算する素子分布計算手段と、を備え、前記複数のアンテナ素子の素子分布が、前記素子分布計算手段が算出した素子分布となるように前記アンテナモジュールを制御することを特徴とするアレイアンテナが提供される。
【００１５】
本発明の第２の観点によれば、複数のアンテナ素子と、それぞれが前記アンテナ素子の何れかと接続され前記アンテナ素子をアンテナとして実現させるための複数のアンテナモジュールとを含んだアレイアンテナにおいて、前記アンテナモジュールをモニターすることにより、各アンテナモジュールの故障を検出するアンテナモニター手段と、前記アンテナモニター手段により検出された検出結果からアンテナパターンを計算し、計算した結果当該アレイアンテナのビーム指向特性が予め定めている運用限界に達した場合に、当該アレイアンテナのビーム指向特性を改善するための素子分布を計算する素子分布計算手段と、を備え、前記複数のアンテナ素子の素子分布が、前記素子分布計算手段が算出した素子分布となるように前記アンテナモジュールを制御することを特徴とするアレイアンテナが提供される。
【００１６】
本発明の第３の観点によれば、複数のアンテナ素子と、それぞれが前記アンテナ素子の何れかと接続され前記アンテナ素子をアンテナとして実現させるための複数のアンテナモジュールとを含んだアレイアンテナのビーム指向特性改善方法において、前記アンテナモジュールをモニターすることにより、各アンテナモジュールの故障を検出するアンテナモニターステップと、前記アンテナモニターステップにより検出された検出結果からアンテナパターンを計算するパターン計算ステップと、前記パターン計算ステップの結果から当該アレイアンテナのビーム指向特性が予め定めている運用限界に達した場合に、当該アレイアンテナのビーム指向特性を改善するための素子分布を計算する素子分布計算ステップと、を備え、前記複数のアンテナ素子の素子分布が、前記素子分布計算ステップが算出した素子分布となるように前記アンテナモジュールを制御することを特徴とするビーム指向特性改善方法が提供される。
【００１７】
本発明の第４の観点によれば、複数のアンテナ素子と、それぞれが前記アンテナ素子の何れかと接続され前記アンテナ素子をアンテナとして実現させるための複数のアンテナモジュールとを含んだアレイアンテナのビーム指向特性改善方法において、前記アンテナモジュールをモニターすることにより、各アンテナモジュールの故障を検出するアンテナモニターステップと、前記アンテナモニターステップにより検出された検出結果からアンテナパターンを計算し、計算した結果当該アレイアンテナのビーム指向特性が予め定めている運用限界に達した場合に、当該アレイアンテナのビーム指向特性を改善するための素子分布を計算する素子分布計算ステップと、を備え、前記複数のアンテナ素子の素子分布が、前記素子分布計算ステップが算出した素子分布となるように前記アンテナモジュールを制御することを特徴とするビーム指向特性改善方法が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、アンテナモジュールが故障して指向特性が悪化した場合であっても、故障アンテナモジュールを新しいアンテナモジュールに交換することなく、アレイアンテナのビーム指向特性を改善するための素子分布を算出し、算出した素子分布となるように前記アンテナモジュールを制御又は再配置することから、効率的なアンテナモジュール交換を可能にしつつ、ビーム指向特性の劣化を回避することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態の基本的構成を表すアンテナ系統図である。
【図２】本発明の実施形態の基本的構成の変形例を表すアンテナ系統図である。
【図３】本発明の実施形態の基本的動作を表すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態を適用した素子分布の一例を表す図である。
【図５】故障前のアンテナパターンシミュレーション結果例を表す図である。
【図６】故障後のアンテナパターンシミュレーション結果例を表す図である。
【図７】本発明を適用したときのアンテナパターンシミュレーション結果例を表す図である。
【図８】一般的な技術を用いた場合のアンテナ系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
まず、本発明の実施形態の概略を説明する。本発明の実施形態は、概略、多数のアンテナ素子を配置するアレイアンテナにおいて、アンテナモジュールの故障などによるビーム指向特性の劣化を、故障箇所を考慮してアンテナモジュールを間引くことで、ビーム指向特性の劣化を改善するとともに、アンテナモジュールの交換周期を劇的に削減できるというものである。具体的には、故障箇所を考慮した素子開口分布を計算して、アンテナ制御によりアンテナモジュールの稼動をＯＮ／ＯＦＦすることで、又は、アンテナモジュールを再配置することで、アンテナの開口分布を変更でき、ビーム指向特性を改善する。これにより、アンテナモジュールの故障によりビーム指向特性が劣化する場合、故障したアンテナモジュールを交換する必要があるという課題が解決できる。
【００２１】
以上が本願発明の実施形態の概略である。
【００２２】
［実施形態１］
次に、本発明の実施形態１について図面１を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図１は本発明の一実施形態であるアレイアンテナ装置１０を示す系統図である。図１を参照するとアレイアンテナ装置１０は、アンテナ素子１−１〜１−Ｎ、アンテナモジュール２−１〜２−Ｎ、分配合成器３、送受信機４、アンテナ制御器５、アンテナモニター回路６、パターン計算機７、アラーム表示機８及び素子分布計算機９を含む。
【００２４】
なお、図１では、アンテナ素子及びこれに対応するアンテナモジュールを３つずつ図示しているがこれはあくまで一例である。アンテナ素子及びこれに対応するアンテナモジュールは、実装する環境や準拠する通信方式に応じて任意の数とすることが可能である。
【００２５】
また、図１に示したのは、本実施形態において特に重要な部分のみであり、電源等の図示しない部分や回路等については図示を省略している。
【００２６】
アンテナ素子１−１〜１−Ｎには、それぞれアンテナモジュール２−１〜２−Ｎが配列されており、これによりアレイアンテナが実現されている。アンテナ素子１−１〜１−Ｎとしては任意のアンテナ素子を採用することが可能であり、その形状や材質に特に制限は無い。また、アンテナモジュール２−１〜２−Ｎは、移相器や増幅器等を含むモジュールである。
【００２７】
そして、分配合成器３により送受信機４とアンテナモジュール２−１〜２−Ｎとの間でＲＦ信号（Radio Frequency）を分配及び合成している。
【００２８】
アンテナ制御器５はアンテナモジュール２−１〜２−Ｎ内に含まれている移相器を所望の移相量に設定するものである。
【００２９】
アンテナモニター回路６は、アンテナ素子１−１〜１−Ｎからアンテナモジュール２−１〜２−Ｎそれぞれの故障検出を行う回路であり、アンテナモニター回路６は故障有無を把握する。また、アンテナモニター回路６は故障箇所のアドレス情報を保持しており、このアドレス情報をパターン計算機７に渡す。
【００３０】
パターン計算機７はアンテナモニター回路６から受け取った故障箇所のアドレス位置の素子を間引いたアレイアンテナモデルで、現状のアンテナパターン計算を行う。そして、アンテナパターン計算を行った後、パターン計算機７はビーム幅、サイドローブレベルなどのビーム指向特性データをアラーム表示機８に伝送する。
【００３１】
アラーム表示機８は受取ったビーム指向特性データから良否判定し、その判定結果を表示する。なお、この判定基準は実装する環境等に応じて任意に設定することが可能である。
【００３２】
アラーム表示機８においてアラームが表示された場合は、アンテナモニター回路６から故障箇所のアドレスデータが素子分布計算機９に渡される。
【００３３】
素子分布計算機９は故障箇所のアドレスを考慮して、現状での最良なアンテナパターンとなるように素子分布を計算する。素子分布計算機９は素子分布計算結果に基づき励振するアンテナモジュール２−１〜２−Ｎのアドレス情報をアンテナ制御器５に渡す。
【００３４】
アンテナ制御器５は素子分布計算機９の結果からアンテナモジュール２−１〜２−Ｎのうち所望のアンテナモジュールのみが励振するようにアンテナ制御を行う事で、多くの故障が発生しても低サイドローブのアンテナパターンを維持することが可能となる。
【００３５】
次に本発明の実施形態の動作について図面を参照して説明する。
【００３６】
図１は本発明の系統図を示しているが、この系統図を処理フローチャートに置き換えたものを図３に示す。また、素子分布計算機９の計算条件を模式的に示した図を図４に示す。
【００３７】
図１、図３、及び図４を用いて本発明の動作を説明する。
【００３８】
まずアレイアンテナ装置１０のアンテナモニター回路６が、常時故障状態をモニタリングする（ステップＳ１０１）。そして、このモニタリングにより得られるモニター情報はパターン計算機７に対して出力される。
【００３９】
このモニター情報には故障箇所のアドレス情報が含まれており、この故障箇所のアドレス情報からパターン計算機７がパターン計算を行い、そのパターン計算結果からその良・否判定を行う（ステップＳ１０２）。
【００４０】
アンテナパターン計算結果で『良』判定の場合は（ステップＳ１０３において『良』）、運用に支障が無い場合なので本処理は終了となる。
【００４１】
一方、アンテナパターン計算結果が『否』判定の場合は（ステップＳ１０３において『否』）、素子分布計算機９が、故障箇所のアドレス情報に基づいて、現時点での最良な素子分布となるように励振するアンテナモジュール（２−１〜２−Ｎの何れか或いはその組合せ）を決定し、励振するアンテナモジュール（２−１〜２−Ｎの何れか或いはその組合せ）のアドレス情報をアンテナ制御器５に渡す（ステップＳ１０４）。
【００４２】
そして、アンテナ制御器５は受け取ったアドレス情報を利用してアンテナモジュール（２−１〜２−Ｎの何れか或いはその組合せ）の制御を実施する。
【００４３】
本発明の実施形態は、上述のステップＳ１０１〜ステップＳ１０５の処理を繰り返すことで常に最良なビーム指向特性の状態で運用できる。
【００４４】
［実施形態２］
続いて、上述した実施形態１を一部変形した実施形態である実施形態２について説明をする。
【００４５】
図１に表される実施形態１のアレイアンテナ装置１０では、アンテナパターン計算機７が構成に含まれている。もっとも、素子分布計算機９はその計算過程において指向性計算を行う必要があり、アンテナパターン計算機７の機能を元々有している。そのため、素子分布計算機９はアンテナパターン計算機７の機能を肩代わりすることができる。よって、アンテナパターン計算機７を省略できる。
【００４６】
すなわち、実施形態２は実施形態１からアンテナパターン計算機７を省略し、その代わりに素子分布計算機９によってアンテナパターン計算機７の機能を実現させるという実施形態である。
【００４７】
図２は本発明の一実施形態であるアレイアンテナ装置２０を示す系統図である。図１を参照するとアレイアンテナ装置１０は、アンテナ素子１−１〜１−Ｎ、アンテナモジュール２−１〜２−Ｎ、分配合成器３、送受信機４、アンテナ制御器５、アンテナモニター回路６、アラーム表示機８及び素子分布計算機９を含む。
【００４８】
アンテナパターン計算機７の機能を素子分布計算機９が担う以外は、各部とも図１に表されるアレイアンテナ装置１０の各部の役割と同じである。よって、再度の詳細な説明は省略する。
【００４９】
次に、図３を参照して本実施形態の動作について説明する。
【００５０】
まずアレイアンテナ装置１０のアンテナモニター回路６が、常時故障状態をモニタリングする（ステップＳ１０１）。そして、このモニタリングにより得られるモニター情報は素子分布計算機９に対して出力される。
【００５１】
このモニター情報には故障箇所のアドレス情報が含まれており、この故障箇所のアドレス情報から素子分布計算機９がパターン計算を行い、そのパターン計算結果からその良・否判定を行う（ステップＳ１０２）。
【００５２】
アンテナパターン計算結果で『良』判定の場合は（ステップＳ１０３において『良』）、運用に支障が無い場合なので本処理は終了となる。
【００５３】
一方、アンテナパターン計算結果が『否』判定の場合は（ステップＳ１０３において『否』）、素子分布計算機９が、故障箇所のアドレス情報に基づいて、現時点での最良な素子分布となるように励振するアンテナモジュール（２−１〜２−Ｎの何れか或いはその組合せ）を決定し、励振するアンテナモジュール（２−１〜２−Ｎの何れか或いはその組合せ）のアドレス情報をアンテナ制御器５に渡す（ステップＳ１０４）。
【００５４】
そして、アンテナ制御器５は受け取ったアドレス情報を利用してアンテナモジュール（２−１〜２−Ｎの何れか或いはその組合せ）の制御を実施する。
【００５５】
本実施形態も実施形態１と同様に、上述のステップＳ１０１〜ステップＳ１０５の処理を繰り返すことで常に最良なビーム指向特性の状態で運用できる。
【００５６】
［計算条件］
次に、ステップＳ１０４における、素子分布計算機９の計算条件について説明する。なお、この計算条件は上述の実施形態１及び実施形態２の何れの場合にあっても同様である。すなわち、以下の説明は実施形態１及び実施形態２に共通する内容であるとする。
【００５７】
素子分布計算機９には拘束条件を与えることができ、拘束条件から下記２つの計算手法がある。
【００５８】
１つはアンテナモジュール位置拘束手法、もう１つはアンテナモジュール個数拘束手法である。
【００５９】
一般的にビーム指向特性を制御するためには振幅ウェイトを与える必要がある。振幅ウェイトを与える方法として、アンテナ素子個々の振幅を可変アッテネータなどを利用してテイラー分布特性とする方法が知られている。また、他の方法として、アンテナ素子に給電するアンテナモジュール出力のＯＮ／ＯＦＦにより制御する素子間引き法が良く知られている。
【００６０】
この素子間引き法は、例えば非特許文献１に示されている。本発明の実施形態では、素子間引き法を用いて、アンテナモニターにより得られた故障部位のアドレス情報から、その故障を考慮した素子分布を計算する。そして、計算結果を反映してアンテナモジュール出力をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、アンテナモジュールを交換することなく自動でビーム指向特性を最適化できるアレイアンテナを実現する。今回の説明ではこの素子間引き法を利用した拘束手法を便宜上「アンテナモジュール位置拘束手法」と呼ぶ。
【００６１】
また、上記アンテナモジュール位置拘束手法は故障部位を拘束して最良なアンテナパターンとなる素子分布を求めて、アンテナモジュール出力をＯＮ／ＯＦＦすることでビーム指向特性を最良化する方法であるが、上記の別の形態として故障したアンテナモジュール数を拘束して素子分布を計算し、前記アンテナモジュール出力をＯＮ／ＯＦＦ制御する代わりに故障したアンテナモジュールと稼動しているアンテナモジュールを再配置することでビーム指向特性を最良化できる。今回の説明ではこの素子間引き法を利用した拘束手法を便宜上「アンテナモジュール個数拘束手法」と呼ぶ。
【００６２】
図４を参照して上記２手法について説明する。
【００６３】
図４にはアンテナモジュール故障時の素子分布例３１、アンテナモジュール位置拘束手法を適用した場合の素子分布例３２、アンテナモジュール個数拘束手法を適用した場合の素子分布例３３を示している。
【００６４】
ここで、図中での「○」は現時点で稼動しているアンテナモジュール、図中での「×」は現時点で故障したアンテナモジュール、図中での「丸付きの×」は現時点でアンテナ制御器９によりＯＦＦ制御されているアンテナモジュールを示している。
【００６５】
第１の手法であるアンテナモジュール位置拘束手法は、故障時の素子分布例３１において×で示した故障したアンテナモジュール位置を拘束した状態で素子分布計算機９で素子分布を計算させる。そして、アンテナモジュール（２−１〜２−Ｎの何れか或いはその組合せ）によって、アンテナモジュール位置拘束手法を適用した場合の素子分布例３２に示すように周囲の稼動しているアンテナモジュールをＯＦＦ制御（図中では丸付きの×で示す）することで最良なビーム指向特性となる素子分布を実現できる。
【００６６】
一方、第２の手法であるアンテナモジュール個数拘束手法は、故障時の素子分布例３１において×で示す故障したアンテナモジュールの個数を拘束した状態で素子分布計算機９で素子分布を計算する。
【００６７】
アンテナモジュール個数拘束手法を適用した場合の素子分布例３３に示すように故障したアンテナモジュール×を素子分布計算結果となるように故障していないアンテナモジュールと交換することで再配置する。
【００６８】
このように稼動するアンテナモジュール数を故障数以上に減らすことがないため、利得低下を抑えた最良なビーム指向特性となる素子分布を実現できる。
【００６９】
次に実際に本発明の実施形態を実施した場合のビーム指向特性について例を用いて説明する。
【００７０】
全く故障箇所が無い場合の指向特性を図５に示す。
【００７１】
図５に示されるビーム指向特性４１は設計通りのビーム指向性を表している。
【００７２】
次に、アンテナモジュールが故障した場合のビーム指向特性であるビーム指向特性４２について図６を参照して説明する。
【００７３】
設計通りのビーム指向性を表すビーム指向特性４１と比べた場合、アンテナモジュールが故障状態ではサイドローブレベルが全体的に悪化しており、誤探知の原因となる。
【００７４】
そこで、本発明の実施形態を適用すると、ビーム指向特性は図７のビーム指向特性４３のようなビーム指向特性となり、サイドローブレベルはかなり改善できる。
【００７５】
上記のように本発明の実施形態では運用を止めることが出来ないような場合や、アンテナモジュールを効率的に使用する場合には非常に有効である。
【００７６】
［発明の他の実施の形態］
本発明では素子分布計算機９によりアンテナモニター回路６からの情報をリアルタイムに取り入れて素子分布を再構築する方法を取っている。この点を変形し、あらかじめ計算しておいた複数の素子分布をテーブルとして保存しておく方法を取るようにしてもよい。そして、アンテナモニター回路６からの情報に基づいて故障状態を判断し、現状の故障状態で最も適した素子分布をこのテーブルから呼出す。この方法であっても上述した効果と同様の効果を奏することができる。
【００７７】
以上説明した本発明の実施形態は、以下に示すような多くの効果を奏する。
【００７８】
第１の効果はアンテナモジュールが故障して指向特性が悪化しても、故障アンテナモジュールの位置を拘束し、一部のアンテナモジュールをＯＦＦ制御することで、運用をとめることなく指向特性を改善できることである。
【００７９】
その理由は、運用をとめることなく素子分布を再構築するからである。
【００８０】
第２の効果は非励振アンテナモジュールの個数を拘束することで、利得低下を最小限に抑えてビーム指向特性を改善できることである。
【００８１】
その理由は、アンテナモジュール個数拘束により素子分布を再構築するからである。
【００８２】
第３の効果は効率的にアンテナモジュールを交換できることである。
【００８３】
その理由は、故障の都度アンテナモジュールを交換する必要がないからである。
【００８４】
なお、本発明の実施形態であるアレイアンテナ装置は、ハードウェアにより実現することもできるが、コンピュータをそのアレイアンテナ装置として機能させるためのプログラムをコンピュータがコンピュータ読み取り可能な記録媒体から読み込んで実行することによっても実現することができる。
【００８５】
また、本発明の実施形態によるビーム指向特性改善方法は、ハードウェアにより実現することもできるが、コンピュータにその方法を実行させるためのプログラムをコンピュータがコンピュータ読み取り可能な記録媒体から読み込んで実行することによっても実現することができる。
【００８６】
また、上述した実施形態は、本発明の好適な実施形態ではあるが、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。
【００８７】
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
【００８８】
（付記１） 複数のアンテナ素子と、それぞれが前記アンテナ素子の何れかと接続され前記アンテナ素子をアンテナとして実現させるための複数のアンテナモジュールとを含んだアレイアンテナにおいて、
前記アンテナモジュールをモニターすることにより、各アンテナモジュールの故障を検出するアンテナモニター手段と、
前記アンテナモニター手段により検出された検出結果からアンテナパターンを計算するパターン計算手段と、
前記パターン計算手段の結果から当該アレイアンテナのビーム指向特性が予め定めている運用限界に達した場合に、当該アレイアンテナのビーム指向特性を改善するための素子分布を計算する素子分布計算手段と、
を備え、
前記複数のアンテナ素子の素子分布が、前記素子分布計算手段が算出した素子分布となるように前記アンテナモジュールを制御することを特徴とするアレイアンテナ。
【００８９】
（付記２） 複数のアンテナ素子と、それぞれが前記アンテナ素子の何れかと接続され前記アンテナ素子をアンテナとして実現させるための複数のアンテナモジュールとを含んだアレイアンテナにおいて、
前記アンテナモジュールをモニターすることにより、各アンテナモジュールの故障を検出するアンテナモニター手段と、
前記アンテナモニター手段により検出された検出結果からアンテナパターンを計算し、計算した結果当該アレイアンテナのビーム指向特性が予め定めている運用限界に達した場合に、当該アレイアンテナのビーム指向特性を改善するための素子分布を計算する素子分布計算手段と、
を備え、
前記複数のアンテナ素子の素子分布が、前記素子分布計算手段が算出した素子分布となるように前記アンテナモジュールを制御することを特徴とするアレイアンテナ。
【００９０】
（付記３） 付記１又は２に記載のアレイアンテナにおいて、
前記素子分布計算手段は、故障した前記アンテナモジュールを含んだ状態で最良のアンテナパターンになるように素子分布を計算し、
前記素子分布計算の計算結果に基づいてアンテナモジュールの稼動ＯＮ／ＯＦＦの制御を行うことを特徴とするアレイアンテナ。
【００９１】
（付記４） 付記１又は２に記載のアレイアンテナにおいて、
前記素子分布計算手段は、故障したアンテナモジュール数を拘束条件として素子分布を計算し、計算結果の素子分布となるように稼動している前記アンテナモジュールと故障している前記アンテナモジュールを再配置することを特徴とするアレイアンテナ。
【００９２】
（付記５） 付記１乃至４の何れか１に記載のアレイアンテナにおいて、
前記素子分布計算手段に変えて、あらかじめ計算しておいた複数の素子分布をテーブルとして備えており、
前記アンテナモニター手段により検出された検出結果から前記テーブル内の素子分布の何れかを呼び出し、前記複数のアンテナ素子の素子分布が、当該呼び出した素子分布となるように前記アンテナモジュールを制御することを特徴とするアレイアンテナ。
【００９３】
（付記６） 付記１乃至５の何れか１に記載のアレイアンテナにおいて、
アレイアンテナのビーム指向特性が予め定めている運用限界に達したと判断した場合にアラームを出力するアラーム表示手段を更に備え、
前記素子分布計算手段は前記アラームの出力を契機として動作することを特徴とするアレイアンテナ。
【００９４】
（付記７） 複数のアンテナ素子と、それぞれが前記アンテナ素子の何れかと接続され前記アンテナ素子をアンテナとして実現させるための複数のアンテナモジュールとを含んだアレイアンテナのビーム指向特性改善方法において、
前記アンテナモジュールをモニターすることにより、各アンテナモジュールの故障を検出するアンテナモニターステップと、
前記アンテナモニターステップにより検出された検出結果からアンテナパターンを計算するパターン計算ステップと、
前記パターン計算ステップの結果から当該アレイアンテナのビーム指向特性が予め定めている運用限界に達した場合に、当該アレイアンテナのビーム指向特性を改善するための素子分布を計算する素子分布計算ステップと、
を備え、
前記複数のアンテナ素子の素子分布が、前記素子分布計算ステップが算出した素子分布となるように前記アンテナモジュールを制御することを特徴とするビーム指向特性改善方法。
【００９５】
（付記８） 複数のアンテナ素子と、それぞれが前記アンテナ素子の何れかと接続され前記アンテナ素子をアンテナとして実現させるための複数のアンテナモジュールとを含んだアレイアンテナのビーム指向特性改善方法において、
前記アンテナモジュールをモニターすることにより、各アンテナモジュールの故障を検出するアンテナモニターステップと、
前記アンテナモニターステップにより検出された検出結果からアンテナパターンを計算し、計算した結果当該アレイアンテナのビーム指向特性が予め定めている運用限界に達した場合に、当該アレイアンテナのビーム指向特性を改善するための素子分布を計算する素子分布計算ステップと、
を備え、
前記複数のアンテナ素子の素子分布が、前記素子分布計算ステップが算出した素子分布となるように前記アンテナモジュールを制御することを特徴とするビーム指向特性改善方法。
【符号の説明】
【００９６】
１−１〜１−Ｎ、５１−１〜５１−Ｎ アンテナ素子
２−１〜２−Ｎ、５２−１〜５２−Ｎ アンテナモジュール
３、５３ 分配合成器
４、５４ 送受信機
５ アンテナ制御器
６、５５ アンテナモニター回路
７ パターン計算機
８、５６ アラーム表示機
９ 素子分布計算機
１０、２０、５０ アレイアンテナ装置
３１ 故障時の素子分布例
３２ アンテナモジュール位置拘束手法を適用した場合の素子分布例
３３ アンテナモジュール個数拘束手法を適用した場合の素子分布例
４１ 故障前のアンテナパターン指向特性例
４２ 故障後のアンテナパターン指向特性例
４３ 本発明の実施形態を適用した場合のアンテナパターン指向特性例
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アレイアンテナ装置の冗長系に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、移相器などが実装されたアンテナモジュールを多数並べたアレイアンテナは、その冗長性から、アンテナモジュールの一部が故障してもアレイアンテナ全体としての性能に大きな劣化を生じないという特性を有している。
【０００３】
一般的な技術として、このようなアレイアンテナの冗長性を生かすためにアンテナモジュールの動作状況をモニターして、アンテナパターンシミュレーションから求めた許容される故障数に達した時点でアレイアンテナが故障というアラームを出力する技術がある。
【０００４】
このような一般的技術の構成例を表すものが図８である。図８を参照するとアレイアンテナ装置５０は、アンテナ素子５１−１〜５１−Ｎ、アンテナモジュール５２−１〜５２−Ｎ、分配合成器５３、送受信機５４、アンテナモニター回路５５及びアラーム表示機５６を含む。アンテナモニター回路５５は、アンテナモジュールの動作状況をモニターし、許容される故障数に達した時点でアラーム表示機５６からアラームが出力される。
【０００５】
また、例えば、特許文献１には、アンテナモジュールの動作不良を検出するアンテナモニターからの検出結果を用いてアンテナパターンを計算して、その計算結果に基づいてアンテナの特性を判定してアレイアンテナのアラームを出力するという技術が記載されている。
【０００６】
このような技術を利用することにより、アレイアンテナに故障が生じたことを知ることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平０７−０７０９０９号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Y. Tsunoda, N. Goto, “Sidelobe Suppression of Planar Array Antenna by the Multistage Decision Method”, IEEE Trans. Antennas Propagation, vol. AP-35, No.9, Sep. 1987.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述したような技術は、あくまでビーム指向特性（特にサイドローブレベル）から運用限界に達したか達していないかを判定するいわゆるモニター機能を実現するに過ぎない。そのため、運用限界に達した場合には、故障したモジュールそのものを交換する必要がある。また、故障部位によっては急激にビーム指向特性が悪化することがあり、このような場合には頻繁にアンテナモジュールを交換する必要があるという問題が生じる。
【００１０】
すなわち、上述したような技術を含む一般的な技術には下記のような２つの問題点が存在していた。
【００１１】
第一の問題点は、上記アラームが出力されるごとにアンテナモジュールを交換しなければならない点である。
【００１２】
第二の問題点は、アラームが出力されていなくても、故障箇所によっては急激にビーム指向特性が悪化する可能性があるため、アレイアンテナ本来の性能を発揮できない点である。
【００１３】
そこで、本発明は、効率的なアンテナモジュール交換を可能にしつつ、ビーム指向特性の劣化を回避することが可能な、アンテナ装置及びビーム指向特性改善方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の観点によれば、複数のアンテナ素子と、それぞれが前記アンテナ素子の何れかと接続され前記アンテナ素子をアンテナとして実現させるための複数のアンテナモジュールとを含んだアレイアンテナにおいて、前記アンテナモジュールをモニターすることにより、各アンテナモジュールの故障を検出するアンテナモニター手段と、前記アンテナモニター手段により検出された検出結果からアンテナパターンを計算するパターン計算手段と、前記パターン計算手段の結果から当該アレイアンテナのビーム指向特性が予め定めている運用限界に達した場合に、当該アレイアンテナのビーム指向特性を改善するための素子分布を計算する素子分布計算手段と、を備え、前記複数のアンテナ素子の素子分布が、前記素子分布計算手段が算出した素子分布となるように前記アンテナモジュールを制御することを特徴とするアレイアンテナが提供される。
【００１５】
本発明の第２の観点によれば、複数のアンテナ素子と、それぞれが前記アンテナ素子の何れかと接続され前記アンテナ素子をアンテナとして実現させるための複数のアンテナモジュールとを含んだアレイアンテナにおいて、前記アンテナモジュールをモニターすることにより、各アンテナモジュールの故障を検出するアンテナモニター手段と、前記アンテナモニター手段により検出された検出結果からアンテナパターンを計算し、計算した結果当該アレイアンテナのビーム指向特性が予め定めている運用限界に達した場合に、当該アレイアンテナのビーム指向特性を改善するための素子分布を計算する素子分布計算手段と、を備え、前記複数のアンテナ素子の素子分布が、前記素子分布計算手段が算出した素子分布となるように前記アンテナモジュールを制御することを特徴とするアレイアンテナが提供される。
【００１６】
本発明の第３の観点によれば、複数のアンテナ素子と、それぞれが前記アンテナ素子の何れかと接続され前記アンテナ素子をアンテナとして実現させるための複数のアンテナモジュールとを含んだアレイアンテナのビーム指向特性改善方法において、前記アンテナモジュールをモニターすることにより、各アンテナモジュールの故障を検出するアンテナモニターステップと、前記アンテナモニターステップにより検出された検出結果からアンテナパターンを計算するパターン計算ステップと、前記パターン計算ステップの結果から当該アレイアンテナのビーム指向特性が予め定めている運用限界に達した場合に、当該アレイアンテナのビーム指向特性を改善するための素子分布を計算する素子分布計算ステップと、を備え、前記複数のアンテナ素子の素子分布が、前記素子分布計算ステップが算出した素子分布となるように前記アンテナモジュールを制御することを特徴とするビーム指向特性改善方法が提供される。
【００１７】
本発明の第４の観点によれば、複数のアンテナ素子と、それぞれが前記アンテナ素子の何れかと接続され前記アンテナ素子をアンテナとして実現させるための複数のアンテナモジュールとを含んだアレイアンテナのビーム指向特性改善方法において、前記アンテナモジュールをモニターすることにより、各アンテナモジュールの故障を検出するアンテナモニターステップと、前記アンテナモニターステップにより検出された検出結果からアンテナパターンを計算し、計算した結果当該アレイアンテナのビーム指向特性が予め定めている運用限界に達した場合に、当該アレイアンテナのビーム指向特性を改善するための素子分布を計算する素子分布計算ステップと、を備え、前記複数のアンテナ素子の素子分布が、前記素子分布計算ステップが算出した素子分布となるように前記アンテナモジュールを制御することを特徴とするビーム指向特性改善方法が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、アンテナモジュールが故障して指向特性が悪化した場合であっても、故障アンテナモジュールを新しいアンテナモジュールに交換することなく、アレイアンテナのビーム指向特性を改善するための素子分布を算出し、算出した素子分布となるように前記アンテナモジュールを制御又は再配置することから、効率的なアンテナモジュール交換を可能にしつつ、ビーム指向特性の劣化を回避することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態の基本的構成を表すアンテナ系統図である。
【図２】本発明の実施形態の基本的構成の変形例を表すアンテナ系統図である。
【図３】本発明の実施形態の基本的動作を表すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態を適用した素子分布の一例を表す図である。
【図５】故障前のアンテナパターンシミュレーション結果例を表す図である。
【図６】故障後のアンテナパターンシミュレーション結果例を表す図である。
【図７】本発明を適用したときのアンテナパターンシミュレーション結果例を表す図である。
【図８】一般的な技術を用いた場合のアンテナ系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
まず、本発明の実施形態の概略を説明する。本発明の実施形態は、概略、多数のアンテナ素子を配置するアレイアンテナにおいて、アンテナモジュールの故障などによるビーム指向特性の劣化を、故障箇所を考慮してアンテナモジュールを間引くことで、ビーム指向特性の劣化を改善するとともに、アンテナモジュールの交換周期を劇的に削減できるというものである。具体的には、故障箇所を考慮した素子開口分布を計算して、アンテナ制御によりアンテナモジュールの稼動をＯＮ／ＯＦＦすることで、又は、アンテナモジュールを再配置することで、アンテナの開口分布を変更でき、ビーム指向特性を改善する。これにより、アンテナモジュールの故障によりビーム指向特性が劣化する場合、故障したアンテナモジュールを交換する必要があるという課題が解決できる。
【００２１】
以上が本願発明の実施形態の概略である。
【００２２】
［実施形態１］
次に、本発明の実施形態１について図面１を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図１は本発明の一実施形態であるアレイアンテナ装置１０を示す系統図である。図１を参照するとアレイアンテナ装置１０は、アンテナ素子１−１〜１−Ｎ、アンテナモジュール２−１〜２−Ｎ、分配合成器３、送受信機４、アンテナ制御器５、アンテナモニター回路６、パターン計算機７、アラーム表示機８及び素子分布計算機９を含む。
【００２４】
なお、図１では、アンテナ素子及びこれに対応するアンテナモジュールを３つずつ図示しているがこれはあくまで一例である。アンテナ素子及びこれに対応するアンテナモジュールは、実装する環境や準拠する通信方式に応じて任意の数とすることが可能である。
【００２５】
また、図１に示したのは、本実施形態において特に重要な部分のみであり、電源等の図示しない部分や回路等については図示を省略している。
【００２６】
アンテナ素子１−１〜１−Ｎには、それぞれアンテナモジュール２−１〜２−Ｎが配列されており、これによりアレイアンテナが実現されている。アンテナ素子１−１〜１−Ｎとしては任意のアンテナ素子を採用することが可能であり、その形状や材質に特に制限は無い。また、アンテナモジュール２−１〜２−Ｎは、移相器や増幅器等を含むモジュールである。
【００２７】
そして、分配合成器３により送受信機４とアンテナモジュール２−１〜２−Ｎとの間でＲＦ信号（Radio Frequency）を分配及び合成している。
【００２８】
アンテナ制御器５はアンテナモジュール２−１〜２−Ｎ内に含まれている移相器を所望の移相量に設定するものである。
【００２９】
アンテナモニター回路６は、アンテナ素子１−１〜１−Ｎからアンテナモジュール２−１〜２−Ｎそれぞれの故障検出を行う回路であり、アンテナモニター回路６は故障有無を把握する。また、アンテナモニター回路６は故障箇所のアドレス情報を保持しており、このアドレス情報をパターン計算機７に渡す。
【００３０】
パターン計算機７はアンテナモニター回路６から受け取った故障箇所のアドレス位置の素子を間引いたアレイアンテナモデルで、現状のアンテナパターン計算を行う。そして、アンテナパターン計算を行った後、パターン計算機７はビーム幅、サイドローブレベルなどのビーム指向特性データをアラーム表示機８に伝送する。
【００３１】
アラーム表示機８は受取ったビーム指向特性データから良否判定し、その判定結果を表示する。なお、この判定基準は実装する環境等に応じて任意に設定することが可能である。
【００３２】
アラーム表示機８においてアラームが表示された場合は、アンテナモニター回路６から故障箇所のアドレスデータが素子分布計算機９に渡される。
【００３３】
素子分布計算機９は故障箇所のアドレスを考慮して、現状での最良なアンテナパターンとなるように素子分布を計算する。素子分布計算機９は素子分布計算結果に基づき励振するアンテナモジュール２−１〜２−Ｎのアドレス情報をアンテナ制御器５に渡す。
【００３４】
アンテナ制御器５は素子分布計算機９の結果からアンテナモジュール２−１〜２−Ｎのうち所望のアンテナモジュールのみが励振するようにアンテナ制御を行う事で、多くの故障が発生しても低サイドローブのアンテナパターンを維持することが可能となる。
【００３５】
次に本発明の実施形態の動作について図面を参照して説明する。
【００３６】
図１は本発明の系統図を示しているが、この系統図を処理フローチャートに置き換えたものを図３に示す。また、素子分布計算機９の計算条件を模式的に示した図を図４に示す。
【００３７】
図１、図３、及び図４を用いて本発明の動作を説明する。
【００３８】
まずアレイアンテナ装置１０のアンテナモニター回路６が、常時故障状態をモニタリングする（ステップＳ１０１）。そして、このモニタリングにより得られるモニター情報はパターン計算機７に対して出力される。
【００３９】
このモニター情報には故障箇所のアドレス情報が含まれており、この故障箇所のアドレス情報からパターン計算機７がパターン計算を行い、そのパターン計算結果からその良・否判定を行う（ステップＳ１０２）。
【００４０】
アンテナパターン計算結果で『良』判定の場合は（ステップＳ１０３において『良』）、運用に支障が無い場合なので本処理は終了となる。
【００４１】
一方、アンテナパターン計算結果が『否』判定の場合は（ステップＳ１０３において『否』）、素子分布計算機９が、故障箇所のアドレス情報に基づいて、現時点での最良な素子分布となるように励振するアンテナモジュール（２−１〜２−Ｎの何れか或いはその組合せ）を決定し、励振するアンテナモジュール（２−１〜２−Ｎの何れか或いはその組合せ）のアドレス情報をアンテナ制御器５に渡す（ステップＳ１０４）。
【００４２】
そして、アンテナ制御器５は受け取ったアドレス情報を利用してアンテナモジュール（２−１〜２−Ｎの何れか或いはその組合せ）の制御を実施する。
【００４３】
本発明の実施形態は、上述のステップＳ１０１〜ステップＳ１０５の処理を繰り返すことで常に最良なビーム指向特性の状態で運用できる。
【００４４】
［実施形態２］
続いて、上述した実施形態１を一部変形した実施形態である実施形態２について説明をする。
【００４５】
図１に表される実施形態１のアレイアンテナ装置１０では、アンテナパターン計算機７が構成に含まれている。もっとも、素子分布計算機９はその計算過程において指向性計算を行う必要があり、アンテナパターン計算機７の機能を元々有している。そのため、素子分布計算機９はアンテナパターン計算機７の機能を肩代わりすることができる。よって、アンテナパターン計算機７を省略できる。
【００４６】
すなわち、実施形態２は実施形態１からアンテナパターン計算機７を省略し、その代わりに素子分布計算機９によってアンテナパターン計算機７の機能を実現させるという実施形態である。
【００４７】
図２は本発明の一実施形態であるアレイアンテナ装置２０を示す系統図である。図１を参照するとアレイアンテナ装置１０は、アンテナ素子１−１〜１−Ｎ、アンテナモジュール２−１〜２−Ｎ、分配合成器３、送受信機４、アンテナ制御器５、アンテナモニター回路６、アラーム表示機８及び素子分布計算機９を含む。
【００４８】
アンテナパターン計算機７の機能を素子分布計算機９が担う以外は、各部とも図１に表されるアレイアンテナ装置１０の各部の役割と同じである。よって、再度の詳細な説明は省略する。
【００４９】
次に、図３を参照して本実施形態の動作について説明する。
【００５０】
まずアレイアンテナ装置１０のアンテナモニター回路６が、常時故障状態をモニタリングする（ステップＳ１０１）。そして、このモニタリングにより得られるモニター情報は素子分布計算機９に対して出力される。
【００５１】
このモニター情報には故障箇所のアドレス情報が含まれており、この故障箇所のアドレス情報から素子分布計算機９がパターン計算を行い、そのパターン計算結果からその良・否判定を行う（ステップＳ１０２）。
【００５２】
アンテナパターン計算結果で『良』判定の場合は（ステップＳ１０３において『良』）、運用に支障が無い場合なので本処理は終了となる。
【００５３】
一方、アンテナパターン計算結果が『否』判定の場合は（ステップＳ１０３において『否』）、素子分布計算機９が、故障箇所のアドレス情報に基づいて、現時点での最良な素子分布となるように励振するアンテナモジュール（２−１〜２−Ｎの何れか或いはその組合せ）を決定し、励振するアンテナモジュール（２−１〜２−Ｎの何れか或いはその組合せ）のアドレス情報をアンテナ制御器５に渡す（ステップＳ１０４）。
【００５４】
そして、アンテナ制御器５は受け取ったアドレス情報を利用してアンテナモジュール（２−１〜２−Ｎの何れか或いはその組合せ）の制御を実施する。
【００５５】
本実施形態も実施形態１と同様に、上述のステップＳ１０１〜ステップＳ１０５の処理を繰り返すことで常に最良なビーム指向特性の状態で運用できる。
【００５６】
［計算条件］
次に、ステップＳ１０４における、素子分布計算機９の計算条件について説明する。なお、この計算条件は上述の実施形態１及び実施形態２の何れの場合にあっても同様である。すなわち、以下の説明は実施形態１及び実施形態２に共通する内容であるとする。
【００５７】
素子分布計算機９には拘束条件を与えることができ、拘束条件から下記２つの計算手法がある。
【００５８】
１つはアンテナモジュール位置拘束手法、もう１つはアンテナモジュール個数拘束手法である。
【００５９】
一般的にビーム指向特性を制御するためには振幅ウェイトを与える必要がある。振幅ウェイトを与える方法として、アンテナ素子個々の振幅を可変アッテネータなどを利用してテイラー分布特性とする方法が知られている。また、他の方法として、アンテナ素子に給電するアンテナモジュール出力のＯＮ／ＯＦＦにより制御する素子間引き法が良く知られている。
【００６０】
この素子間引き法は、例えば非特許文献１に示されている。本発明の実施形態では、素子間引き法を用いて、アンテナモニターにより得られた故障部位のアドレス情報から、その故障を考慮した素子分布を計算する。そして、計算結果を反映してアンテナモジュール出力をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、アンテナモジュールを交換することなく自動でビーム指向特性を最適化できるアレイアンテナを実現する。今回の説明ではこの素子間引き法を利用した拘束手法を便宜上「アンテナモジュール位置拘束手法」と呼ぶ。
【００６１】
また、上記アンテナモジュール位置拘束手法は故障部位を拘束して最良なアンテナパターンとなる素子分布を求めて、アンテナモジュール出力をＯＮ／ＯＦＦすることでビーム指向特性を最良化する方法であるが、上記の別の形態として故障したアンテナモジュール数を拘束して素子分布を計算し、前記アンテナモジュール出力をＯＮ／ＯＦＦ制御する代わりに故障したアンテナモジュールと稼動しているアンテナモジュールを再配置することでビーム指向特性を最良化できる。今回の説明ではこの素子間引き法を利用した拘束手法を便宜上「アンテナモジュール個数拘束手法」と呼ぶ。
【００６２】
図４を参照して上記２手法について説明する。
【００６３】
図４にはアンテナモジュール故障時の素子分布例３１、アンテナモジュール位置拘束手法を適用した場合の素子分布例３２、アンテナモジュール個数拘束手法を適用した場合の素子分布例３３を示している。
【００６４】
ここで、図中での「○」は現時点で稼動しているアンテナモジュール、図中での「×」は現時点で故障したアンテナモジュール、図中での「丸付きの×」は現時点でアンテナ制御器９によりＯＦＦ制御されているアンテナモジュールを示している。
【００６５】
第１の手法であるアンテナモジュール位置拘束手法は、故障時の素子分布例３１において×で示した故障したアンテナモジュール位置を拘束した状態で素子分布計算機９で素子分布を計算させる。そして、アンテナモジュール（２−１〜２−Ｎの何れか或いはその組合せ）によって、アンテナモジュール位置拘束手法を適用した場合の素子分布例３２に示すように周囲の稼動しているアンテナモジュールをＯＦＦ制御（図中では丸付きの×で示す）することで最良なビーム指向特性となる素子分布を実現できる。
【００６６】
一方、第２の手法であるアンテナモジュール個数拘束手法は、故障時の素子分布例３１において×で示す故障したアンテナモジュールの個数を拘束した状態で素子分布計算機９で素子分布を計算する。
【００６７】
アンテナモジュール個数拘束手法を適用した場合の素子分布例３３に示すように故障したアンテナモジュール×を素子分布計算結果となるように故障していないアンテナモジュールと交換することで再配置する。
【００６８】
このように稼動するアンテナモジュール数を故障数以上に減らすことがないため、利得低下を抑えた最良なビーム指向特性となる素子分布を実現できる。
【００６９】
次に実際に本発明の実施形態を実施した場合のビーム指向特性について例を用いて説明する。
【００７０】
全く故障箇所が無い場合の指向特性を図５に示す。
【００７１】
図５に示されるビーム指向特性４１は設計通りのビーム指向性を表している。
【００７２】
次に、アンテナモジュールが故障した場合のビーム指向特性であるビーム指向特性４２について図６を参照して説明する。
【００７３】
設計通りのビーム指向性を表すビーム指向特性４１と比べた場合、アンテナモジュールが故障状態ではサイドローブレベルが全体的に悪化しており、誤探知の原因となる。
【００７４】
そこで、本発明の実施形態を適用すると、ビーム指向特性は図７のビーム指向特性４３のようなビーム指向特性となり、サイドローブレベルはかなり改善できる。
【００７５】
上記のように本発明の実施形態では運用を止めることが出来ないような場合や、アンテナモジュールを効率的に使用する場合には非常に有効である。
【００７６】
［発明の他の実施の形態］
本発明では素子分布計算機９によりアンテナモニター回路６からの情報をリアルタイムに取り入れて素子分布を再構築する方法を取っている。この点を変形し、あらかじめ計算しておいた複数の素子分布をテーブルとして保存しておく方法を取るようにしてもよい。そして、アンテナモニター回路６からの情報に基づいて故障状態を判断し、現状の故障状態で最も適した素子分布をこのテーブルから呼出す。この方法であっても上述した効果と同様の効果を奏することができる。
【００７７】
以上説明した本発明の実施形態は、以下に示すような多くの効果を奏する。
【００７８】
第１の効果はアンテナモジュールが故障して指向特性が悪化しても、故障アンテナモジュールの位置を拘束し、一部のアンテナモジュールをＯＦＦ制御することで、運用をとめることなく指向特性を改善できることである。
【００７９】
その理由は、運用をとめることなく素子分布を再構築するからである。
【００８０】
第２の効果は非励振アンテナモジュールの個数を拘束することで、利得低下を最小限に抑えてビーム指向特性を改善できることである。
【００８１】
その理由は、アンテナモジュール個数拘束により素子分布を再構築するからである。
【００８２】
第３の効果は効率的にアンテナモジュールを交換できることである。
【００８３】
その理由は、故障の都度アンテナモジュールを交換する必要がないからである。
【００８４】
なお、本発明の実施形態であるアレイアンテナ装置は、ハードウェアにより実現することもできるが、コンピュータをそのアレイアンテナ装置として機能させるためのプログラムをコンピュータがコンピュータ読み取り可能な記録媒体から読み込んで実行することによっても実現することができる。
【００８５】
また、本発明の実施形態によるビーム指向特性改善方法は、ハードウェアにより実現することもできるが、コンピュータにその方法を実行させるためのプログラムをコンピュータがコンピュータ読み取り可能な記録媒体から読み込んで実行することによっても実現することができる。
【００８６】
また、上述した実施形態は、本発明の好適な実施形態ではあるが、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。
【００８７】
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
【００８８】
（付記１） 複数のアンテナ素子と、それぞれが前記アンテナ素子の何れかと接続され前記アンテナ素子をアンテナとして実現させるための複数のアンテナモジュールとを含んだアレイアンテナにおいて、
前記アンテナモジュールをモニターすることにより、各アンテナモジュールの故障を検出するアンテナモニター手段と、
前記アンテナモニター手段により検出された検出結果からアンテナパターンを計算するパターン計算手段と、
前記パターン計算手段の結果から当該アレイアンテナのビーム指向特性が予め定めている運用限界に達した場合に、当該アレイアンテナのビーム指向特性を改善するための素子分布を計算する素子分布計算手段と、
を備え、
前記複数のアンテナ素子の素子分布が、前記素子分布計算手段が算出した素子分布となるように前記アンテナモジュールを制御することを特徴とするアレイアンテナ。
【００８９】
（付記２） 複数のアンテナ素子と、それぞれが前記アンテナ素子の何れかと接続され前記アンテナ素子をアンテナとして実現させるための複数のアンテナモジュールとを含んだアレイアンテナにおいて、
前記アンテナモジュールをモニターすることにより、各アンテナモジュールの故障を検出するアンテナモニター手段と、
前記アンテナモニター手段により検出された検出結果からアンテナパターンを計算し、計算した結果当該アレイアンテナのビーム指向特性が予め定めている運用限界に達した場合に、当該アレイアンテナのビーム指向特性を改善するための素子分布を計算する素子分布計算手段と、
を備え、
前記複数のアンテナ素子の素子分布が、前記素子分布計算手段が算出した素子分布となるように前記アンテナモジュールを制御することを特徴とするアレイアンテナ。
【００９０】
（付記３） 付記１又は２に記載のアレイアンテナにおいて、
前記素子分布計算手段は、故障した前記アンテナモジュールを含んだ状態で最良のアンテナパターンになるように素子分布を計算し、
前記素子分布計算の計算結果に基づいてアンテナモジュールの稼動ＯＮ／ＯＦＦの制御を行うことを特徴とするアレイアンテナ。
【００９１】
（付記４） 付記１又は２に記載のアレイアンテナにおいて、
前記素子分布計算手段は、故障したアンテナモジュール数を拘束条件として素子分布を計算し、計算結果の素子分布となるように稼動している前記アンテナモジュールと故障している前記アンテナモジュールを再配置することを特徴とするアレイアンテナ。
【００９２】
（付記５） 付記１乃至４の何れか１に記載のアレイアンテナにおいて、
前記素子分布計算手段に変えて、あらかじめ計算しておいた複数の素子分布をテーブルとして備えており、
前記アンテナモニター手段により検出された検出結果から前記テーブル内の素子分布の何れかを呼び出し、前記複数のアンテナ素子の素子分布が、当該呼び出した素子分布となるように前記アンテナモジュールを制御することを特徴とするアレイアンテナ。
【００９３】
（付記６） 付記１乃至５の何れか１に記載のアレイアンテナにおいて、
アレイアンテナのビーム指向特性が予め定めている運用限界に達したと判断した場合にアラームを出力するアラーム表示手段を更に備え、
前記素子分布計算手段は前記アラームの出力を契機として動作することを特徴とするアレイアンテナ。
【００９４】
（付記７） 複数のアンテナ素子と、それぞれが前記アンテナ素子の何れかと接続され前記アンテナ素子をアンテナとして実現させるための複数のアンテナモジュールとを含んだアレイアンテナのビーム指向特性改善方法において、
前記アンテナモジュールをモニターすることにより、各アンテナモジュールの故障を検出するアンテナモニターステップと、
前記アンテナモニターステップにより検出された検出結果からアンテナパターンを計算するパターン計算ステップと、
前記パターン計算ステップの結果から当該アレイアンテナのビーム指向特性が予め定めている運用限界に達した場合に、当該アレイアンテナのビーム指向特性を改善するための素子分布を計算する素子分布計算ステップと、
を備え、
前記複数のアンテナ素子の素子分布が、前記素子分布計算ステップが算出した素子分布となるように前記アンテナモジュールを制御することを特徴とするビーム指向特性改善方法。
【００９５】
（付記８） 複数のアンテナ素子と、それぞれが前記アンテナ素子の何れかと接続され前記アンテナ素子をアンテナとして実現させるための複数のアンテナモジュールとを含んだアレイアンテナのビーム指向特性改善方法において、
前記アンテナモジュールをモニターすることにより、各アンテナモジュールの故障を検出するアンテナモニターステップと、
前記アンテナモニターステップにより検出された検出結果からアンテナパターンを計算し、計算した結果当該アレイアンテナのビーム指向特性が予め定めている運用限界に達した場合に、当該アレイアンテナのビーム指向特性を改善するための素子分布を計算する素子分布計算ステップと、
を備え、
前記複数のアンテナ素子の素子分布が、前記素子分布計算ステップが算出した素子分布となるように前記アンテナモジュールを制御することを特徴とするビーム指向特性改善方法。
【符号の説明】
【００９６】
１−１〜１−Ｎ、５１−１〜５１−Ｎ アンテナ素子
２−１〜２−Ｎ、５２−１〜５２−Ｎ アンテナモジュール
３、５３ 分配合成器
４、５４ 送受信機
５ アンテナ制御器
６、５５ アンテナモニター回路
７ パターン計算機
８、５６ アラーム表示機
９ 素子分布計算機
１０、２０、５０ アレイアンテナ装置
３１ 故障時の素子分布例
３２ アンテナモジュール位置拘束手法を適用した場合の素子分布例
３３ アンテナモジュール個数拘束手法を適用した場合の素子分布例
４１ 故障前のアンテナパターン指向特性例
４２ 故障後のアンテナパターン指向特性例
４３ 本発明の実施形態を適用した場合のアンテナパターン指向特性例
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子と、それぞれが前記アンテナ素子の何れかと接続され前記アンテナ素子をアンテナとして実現させるための複数のアンテナモジュールとを含んだアレイアンテナにおいて、
前記アンテナモジュールをモニターすることにより、各アンテナモジュールの故障を検出するアンテナモニター手段と、
前記アンテナモニター手段により検出された検出結果からアンテナパターンを計算するパターン計算手段と、
前記パターン計算手段の結果から当該アレイアンテナのビーム指向特性が予め定めている運用限界に達した場合に、当該アレイアンテナのビーム指向特性を改善するための素子分布を計算する素子分布計算手段と、
を備え、
前記複数のアンテナ素子の素子分布が、前記素子分布計算手段が算出した素子分布となるように前記アンテナモジュールを制御することを特徴とするアレイアンテナ。
【請求項２】
複数のアンテナ素子と、それぞれが前記アンテナ素子の何れかと接続され前記アンテナ素子をアンテナとして実現させるための複数のアンテナモジュールとを含んだアレイアンテナにおいて、
前記アンテナモジュールをモニターすることにより、各アンテナモジュールの故障を検出するアンテナモニター手段と、
前記アンテナモニター手段により検出された検出結果からアンテナパターンを計算し、計算した結果当該アレイアンテナのビーム指向特性が予め定めている運用限界に達した場合に、当該アレイアンテナのビーム指向特性を改善するための素子分布を計算する素子分布計算手段と、
を備え、
前記複数のアンテナ素子の素子分布が、前記素子分布計算手段が算出した素子分布となるように前記アンテナモジュールを制御することを特徴とするアレイアンテナ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のアレイアンテナにおいて、
前記素子分布計算手段は、故障した前記アンテナモジュールを含んだ状態で最良のアンテナパターンになるように素子分布を計算し、
前記素子分布計算の計算結果に基づいてアンテナモジュールの稼動ＯＮ／ＯＦＦの制御を行うことを特徴とするアレイアンテナ。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のアレイアンテナにおいて、
前記素子分布計算手段は、故障したアンテナモジュール数を拘束条件として素子分布を計算し、計算結果の素子分布となるように稼動している前記アンテナモジュールと故障している前記アンテナモジュールを再配置することを特徴とするアレイアンテナ。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載のアレイアンテナにおいて、
前記素子分布計算手段に変えて、あらかじめ計算しておいた複数の素子分布をテーブルとして備えており、
前記アンテナモニター手段により検出された検出結果から前記テーブル内の素子分布の何れかを呼び出し、前記複数のアンテナ素子の素子分布が、当該呼び出した素子分布となるように前記アンテナモジュールを制御することを特徴とするアレイアンテナ。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載のアレイアンテナにおいて、
アレイアンテナのビーム指向特性が予め定めている運用限界に達したと判断した場合にアラームを出力するアラーム表示手段を更に備え、
前記素子分布計算手段は前記アラームの出力を契機として動作することを特徴とするアレイアンテナ。
【請求項７】
複数のアンテナ素子と、それぞれが前記アンテナ素子の何れかと接続され前記アンテナ素子をアンテナとして実現させるための複数のアンテナモジュールとを含んだアレイアンテナのビーム指向特性改善方法において、
前記アンテナモジュールをモニターすることにより、各アンテナモジュールの故障を検出するアンテナモニターステップと、
前記アンテナモニターステップにより検出された検出結果からアンテナパターンを計算するパターン計算ステップと、
前記パターン計算ステップの結果から当該アレイアンテナのビーム指向特性が予め定めている運用限界に達した場合に、当該アレイアンテナのビーム指向特性を改善するための素子分布を計算する素子分布計算ステップと、
を備え、
前記複数のアンテナ素子の素子分布が、前記素子分布計算ステップが算出した素子分布となるように前記アンテナモジュールを制御することを特徴とするビーム指向特性改善方法。
【請求項８】
複数のアンテナ素子と、それぞれが前記アンテナ素子の何れかと接続され前記アンテナ素子をアンテナとして実現させるための複数のアンテナモジュールとを含んだアレイアンテナのビーム指向特性改善方法において、
前記アンテナモジュールをモニターすることにより、各アンテナモジュールの故障を検出するアンテナモニターステップと、
前記アンテナモニターステップにより検出された検出結果からアンテナパターンを計算し、計算した結果当該アレイアンテナのビーム指向特性が予め定めている運用限界に達した場合に、当該アレイアンテナのビーム指向特性を改善するための素子分布を計算する素子分布計算ステップと、
を備え、
前記複数のアンテナ素子の素子分布が、前記素子分布計算ステップが算出した素子分布となるように前記アンテナモジュールを制御することを特徴とするビーム指向特性改善方法。
【請求項１】
複数のアンテナ素子と、それぞれが前記アンテナ素子の何れかと接続され前記アンテナ素子をアンテナとして実現させるための複数のアンテナモジュールとを含んだアレイアンテナにおいて、
前記アンテナモジュールをモニターすることにより、各アンテナモジュールの故障を検出するアンテナモニター手段と、
前記アンテナモニター手段により検出された検出結果からアンテナパターンを計算するパターン計算手段と、
前記パターン計算手段の結果から当該アレイアンテナのビーム指向特性が予め定めている運用限界に達した場合に、当該アレイアンテナのビーム指向特性を改善するための素子分布を計算する素子分布計算手段と、
を備え、
前記複数のアンテナ素子の素子分布が、前記素子分布計算手段が算出した素子分布となるように前記アンテナモジュールを制御することを特徴とするアレイアンテナ。
【請求項２】
複数のアンテナ素子と、それぞれが前記アンテナ素子の何れかと接続され前記アンテナ素子をアンテナとして実現させるための複数のアンテナモジュールとを含んだアレイアンテナにおいて、
前記アンテナモジュールをモニターすることにより、各アンテナモジュールの故障を検出するアンテナモニター手段と、
前記アンテナモニター手段により検出された検出結果からアンテナパターンを計算し、計算した結果当該アレイアンテナのビーム指向特性が予め定めている運用限界に達した場合に、当該アレイアンテナのビーム指向特性を改善するための素子分布を計算する素子分布計算手段と、
を備え、
前記複数のアンテナ素子の素子分布が、前記素子分布計算手段が算出した素子分布となるように前記アンテナモジュールを制御することを特徴とするアレイアンテナ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のアレイアンテナにおいて、
前記素子分布計算手段は、故障した前記アンテナモジュールを含んだ状態で最良のアンテナパターンになるように素子分布を計算し、
前記素子分布計算の計算結果に基づいてアンテナモジュールの稼動ＯＮ／ＯＦＦの制御を行うことを特徴とするアレイアンテナ。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のアレイアンテナにおいて、
前記素子分布計算手段は、故障したアンテナモジュール数を拘束条件として素子分布を計算し、計算結果の素子分布となるように稼動している前記アンテナモジュールと故障している前記アンテナモジュールを再配置することを特徴とするアレイアンテナ。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載のアレイアンテナにおいて、
前記素子分布計算手段に変えて、あらかじめ計算しておいた複数の素子分布をテーブルとして備えており、
前記アンテナモニター手段により検出された検出結果から前記テーブル内の素子分布の何れかを呼び出し、前記複数のアンテナ素子の素子分布が、当該呼び出した素子分布となるように前記アンテナモジュールを制御することを特徴とするアレイアンテナ。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載のアレイアンテナにおいて、
アレイアンテナのビーム指向特性が予め定めている運用限界に達したと判断した場合にアラームを出力するアラーム表示手段を更に備え、
前記素子分布計算手段は前記アラームの出力を契機として動作することを特徴とするアレイアンテナ。
【請求項７】
複数のアンテナ素子と、それぞれが前記アンテナ素子の何れかと接続され前記アンテナ素子をアンテナとして実現させるための複数のアンテナモジュールとを含んだアレイアンテナのビーム指向特性改善方法において、
前記アンテナモジュールをモニターすることにより、各アンテナモジュールの故障を検出するアンテナモニターステップと、
前記アンテナモニターステップにより検出された検出結果からアンテナパターンを計算するパターン計算ステップと、
前記パターン計算ステップの結果から当該アレイアンテナのビーム指向特性が予め定めている運用限界に達した場合に、当該アレイアンテナのビーム指向特性を改善するための素子分布を計算する素子分布計算ステップと、
を備え、
前記複数のアンテナ素子の素子分布が、前記素子分布計算ステップが算出した素子分布となるように前記アンテナモジュールを制御することを特徴とするビーム指向特性改善方法。
【請求項８】
複数のアンテナ素子と、それぞれが前記アンテナ素子の何れかと接続され前記アンテナ素子をアンテナとして実現させるための複数のアンテナモジュールとを含んだアレイアンテナのビーム指向特性改善方法において、
前記アンテナモジュールをモニターすることにより、各アンテナモジュールの故障を検出するアンテナモニターステップと、
前記アンテナモニターステップにより検出された検出結果からアンテナパターンを計算し、計算した結果当該アレイアンテナのビーム指向特性が予め定めている運用限界に達した場合に、当該アレイアンテナのビーム指向特性を改善するための素子分布を計算する素子分布計算ステップと、
を備え、
前記複数のアンテナ素子の素子分布が、前記素子分布計算ステップが算出した素子分布となるように前記アンテナモジュールを制御することを特徴とするビーム指向特性改善方法。
【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２０１３−４６２２４（Ｐ２０１３−４６２２４Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８２６３６（Ｐ２０１１−１８２６３６）
【出願日】平成２３年８月２４日（２０１１．８．２４）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２４日（２０１１．８．２４）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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