アンテナ装置
【課題】サブアレー配列間隔を周期的にした場合においても、グレーティングローブを抑圧する。
【解決手段】素子アンテナ１と、素子アンテナ１の各々に互いに異なる励振振幅値を与える減衰器２と、素子アンテナ１の励振位相を変化させる第１移相器３と、素子アンテナ１の複数個で構成されるサブアレー５の励振位相を変化させる第２移相器６と、素子アンテナ１に与える励振振幅値、および、素子アンテナ１の位置座標に基づいて、サブアレー５毎に振幅分布の重心座標を演算する位相中心演算回路１１と、サブアレー５毎に、重心座標に基づいて、指定された方向にビーム走査するための励振位相を算出し、算出された励振位相をサブアレー単位で与えるように第２移相器６を制御する第２移相器制御手段１５とを備えている。
【解決手段】素子アンテナ１と、素子アンテナ１の各々に互いに異なる励振振幅値を与える減衰器２と、素子アンテナ１の励振位相を変化させる第１移相器３と、素子アンテナ１の複数個で構成されるサブアレー５の励振位相を変化させる第２移相器６と、素子アンテナ１に与える励振振幅値、および、素子アンテナ１の位置座標に基づいて、サブアレー５毎に振幅分布の重心座標を演算する位相中心演算回路１１と、サブアレー５毎に、重心座標に基づいて、指定された方向にビーム走査するための励振位相を算出し、算出された励振位相をサブアレー単位で与えるように第２移相器６を制御する第２移相器制御手段１５とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はアンテナ装置に関し、特に、複数個の素子アンテナを有し、サブアレー単位でビーム走査するアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明に関連する従来のアンテナ装置としては、例えば特許文献１あるいは特許文献２記載のアンテナ装置がある。これら従来のアンテナ装置は、複数個の素子アンテナから構成されるサブアレーに対して各々位相制御手段を有し、サブアレー単位でビーム走査する構成となっている。いずれの文献においても、このサブアレー単位でのビーム走査の際に発生するグレーティングローブ抑圧方法に関する技術が開示されている。
【０００３】
特許文献１記載のアンテナ装置では、サブアレー開口の向きを変化させて配列することによりサブアレー配列間隔を非周期とし、これによりグレーティングローブを抑圧している。
【０００４】
特許文献２記載のアンテナ装置では、サブアレー配列間隔を順次拡大することによりサブアレー配列間隔を非周期とし、これによりグレーティングローブを抑圧している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表平５−５０１１８７号公報
【特許文献２】特開２００６−１７４１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１記載の従来のアンテナ装置においては、サブアレーの配列間隔を非周期にするためにサブアレー開口の向きを変化させている。このため、例えば同一直線偏波のアンテナを構成するためには、サブアレー開口の向きによりサブアレー内の素子アンテナの配置方向あるいは給電方向を変える必要がある。したがって、複数種類のサブアレーを準備する必要があり、設計／製造コストが大きくなってしまうという問題点があった。
【０００７】
特許文献２記載の従来のアンテナ装置においては、サブアレーの配列間隔を順次拡大させている。このため、アレーアンテナ全体での開口寸法が大きくなってしまうという問題点があった。
【０００８】
この発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、サブアレー単位でビーム走査するアレーアンテナにおいて、サブアレー配列間隔を周期的にした場合においてもグレーティングローブを抑圧することが可能なアンテナ装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、複数個の素子アンテナと、上記素子アンテナに接続され、上記素子アンテナの各々に互いに異なる励振振幅値を与える振幅制御手段と、上記素子アンテナに接続され、上記素子アンテナの励振位相を変化させる第１位相制御手段と、上記素子アンテナ複数個で構成されるサブアレーに接続され、上記サブアレーの励振位相を変化させる第２位相制御手段と、上記振幅制御手段により各上記素子アンテナに与える励振振幅値、および、各上記素子アンテナ１の位置座標に基づいて、上記サブアレー毎に振幅分布の重心座標を演算する位相中心演算手段と、上記サブアレー毎に、上記重心座標に基づいて、指定された方向にビーム走査するための励振位相を算出し、算出された上記励振位相を上記サブアレー単位で与えるように上記第２位相制御手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするアンテナ装置である。
【発明の効果】
【００１０】
この発明は、複数個の素子アンテナと、上記素子アンテナに接続され、上記素子アンテナの各々に互いに異なる励振振幅値を与える振幅制御手段と、上記素子アンテナに接続され、上記素子アンテナの励振位相を変化させる第１位相制御手段と、上記素子アンテナ複数個で構成されるサブアレーに接続され、上記サブアレーの励振位相を変化させる第２位相制御手段と、上記振幅制御手段により各上記素子アンテナに与える励振振幅値、および、各上記素子アンテナ１の位置座標に基づいて、上記サブアレー毎に振幅分布の重心座標を演算する位相中心演算手段と、上記サブアレー毎に、上記重心座標に基づいて、指定された方向にビーム走査するための励振位相を算出し、算出された上記励振位相を上記サブアレー単位で与えるように上記第２位相制御手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするアンテナ装置であるので、サブアレー配列間隔を周期的にした場合においても、グレーティングローブを抑圧することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の構成を示したブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置における素子アンテナ配列図と各素子アンテナの励振振幅値の一例を示した説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置におけるアンテナパターンを示した説明図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係るアンテナ装置における各サブアレーの振幅重心座標の一例を示した説明図である。
【図５】この発明の実施の形態４に係るアンテナ装置の構成を示したブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態５に係るアンテナ装置の構成を示したブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態５に係るアンテナ装置における素子アンテナ配列図の一例を示した説明図である。
【図８】この発明の実施の形態６に係るアンテナ装置の構成を示したブロック図である。
【図９】この発明の実施の形態７に係るアンテナ装置の構成を示したブロック図である。
【図１０】この発明の実施の形態９に係るアンテナ装置の構成を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の構成を示した機能ブロック図であり、ここでは例えば送信アンテナ装置の場合について説明する。図において、１は複数個設けられた素子アンテナ、２は素子アンテナ１の各々に接続され、かつ、素子アンテナ１毎に異なる固定の励振振幅を与える減衰器である。３は素子アンテナ１に各々接続され、かつ、素子アンテナ１の励振位相を変化させる第１位相制御手段であり、ここでは例えば移相器とする（以下、第１移相器３とする。）。４は、素子アンテナ１へ各々送信信号を分配するための第１電力分配器である。５は、複数個の素子アンテナ１、減衰器２、第１位相制御手段３及び第１電力分配器４から構成されるサブアレーである。
【００１３】
本実施の形態１に係るアンテナ装置は、このように、所定の個数ずつ、素子アンテナ１をグルーピングして、当該グループでサブアレー５を構成し、サブアレー単位でビーム走査を行うものである。素子アンテナ１の個数およびサブアレー５の個数は任意である。
【００１４】
また、図１において、６は、各サブアレー５に対して設けられ、サブアレー５の励振位相を変化させる第２位相制御手段であり、ここでは例えば移相器とする（以下、第２移相器６とする。）。７はサブアレー５に各々送信信号を分配するための第２電力分配器である。８は本アンテナ装置に信号を送信する送信機である。
【００１５】
９は減衰器２により各素子アンテナ１に与えられる励振振幅の値を保存しておくための励振振幅データメモリ、１０は各素子アンテナ１の位置（座標）の値を保存しておくための素子座標データメモリである。１１は励振振幅データメモリ９及び素子座標データメモリ１０に保存されている値を元に下記の式（１）により各サブアレー５の振幅分布の重心座標を演算する位相中心演算回路である。
【００１６】
【数１】
【００１７】
ここで、Ｒはサブアレーの振幅分布の重心位置ベクトル（重心座標）、ｎはサブアレー内の素子アンテナの番号、Ｎはサブアレー内の素子アンテナ数、Ａｎはサブアレー内のｎ番目の素子アンテナの励振振幅値（電界値）、ｒｎはサブアレー内のｎ番目の素子アンテナの位置ベクトル（座標）である。
【００１８】
１２は、主放射方向となるビーム走査方向を指示するための第１ビーム方向指令回路である。１３は、第１ビーム方向指令回路１２から指示されたビーム方向及び素子座標データメモリ１０に保存されている素子アンテナ１の座標を元に当該方向にビーム走査するための励振位相を演算し、これを第１移相器３に与える第１移相器制御回路である。１４は、第１ビーム方向指令回路１２が指示する方向とは異なるビーム走査方向を指示する第２ビーム方向指令回路である。１５は第２ビーム方向指令回路１４から指示されたビーム方向及び位相中心演算回路１１が演算した各サブアレー５の振幅分布の重心座標を元に当該所望のビーム走査方向にビーム走査するための励振位相を演算し、これを第２移相器６に与える第２移相器制御回路である。
【００１９】
図２は、本実施の形態１における、素子アンテナ１の配列図と各素子アンテナ１の励振振幅値の一例を表す図である。図２において、１６はサブアレー５の開口を表している。図２に示すように、本実施の形態においては、素子アンテナ１の配列間隔は一定（同間隔）であり、周期的に配列されている。また、サブアレー５の配列の間隔および配置も一定で、周期的となっている。サブアレー５の開口１６の向きも、すべてのサブアレー５において同じである。但し、各素子アンテナ１の励振振幅の分布は、図２に示すように、素子アンテナ１ごとに異なり、非周期的となっている。図２において、・は−１２ｄＢ以下、△は−１２ｄＢより大きく−９ｄＢ以下、◆は−９ｄＢより大きく−６ｄＢ以下、●は−６ｄＢより大きく−３ｄＢ以下、■は−３ｄＢより大きく０ｄＢ以下となっている。各素子アンテナ１の励振振幅の分布は、例えば、乱数などを用いて設定し、励振振幅データメモリ９に予め記憶させておく。
【００２０】
次に、本実施の形態１に係るアンテナ装置の動作について説明する。送信機８から送信された信号は、第２電力分配器７により、各サブアレー５に給電するために、サブアレー５の個数に合せて分配される。第２電力分配器７により分配された信号は、第２移相器６において位相を変化させられた後、各サブアレー５へと給電される。各サブアレー５へと給電された信号は、第１電力分配器４により、素子アレー１の個数に合せて分配された後、第１移相器３により位相を変化させられ、また、減衰器２により振幅を変化させられた後、素子アンテナ１に給電され、そこから空間へと放射される。
【００２１】
ここで、第１移相器３の位相変化量は、第１移相器制御回路１３により与えられ、ｎ番目の素子アンテナ１に対しては、下記の式（２）で示される位相変化量が与えられる。
【００２２】
【数２】
【００２３】
ここで、ｋ０は当該送信信号の周波数における波数であり、あらかじめ第１移相器制御回路１３内部に保存されているものとする。ｒｎはサブアレー５内のｎ番目の素子位置ベクトルであり、素子座標データメモリ１０により与えられる。また、θ１は第１ビーム方向指令回路１２により指示された方向の方向余弦ベクトルである。すなわち、式（２）の位相変化量は、第１ビーム方向指令回路１２により指示された方向へビーム走査するための位相変化量である。
【００２４】
また、第２移相器６の位相変化量は、第２移相器制御回路１５により与えられ、ｍ番目のサブアレー５に対しては、下記の式（３）で示される位相変化量が与えられる。
【００２５】
【数３】
【００２６】
ここで、Ｒｍはｍ番目のサブアレー５内の振幅分布の重心座標を表す位置ベクトルであり、励振振幅データメモリ９に保存されている各素子アンテナ１の励振振幅値、および、素子座標データメモリ１０に保存されている各素子アンテナ１の座標を入力データとし、位相中心演算回路１１において式（１）に基づき求められる。また、θ２は第２ビーム方向指令回路１４により指示された方向の方向余弦ベクトルである。すなわち、式（３）の位相変化量は、第２ビーム方向指令回路１４により指示された方向へビーム走査するために、サブアレー単位で与えられる位相変化量である。なお、各素子アンテナ１の励振振幅値は、例えば図２のように非周期に設定されており、この場合、式（１）により得られる各サブアレー５の振幅分布の重心座標Ｒｍは全てのサブアレー５に対して異なる。
【００２７】
以上のように構成されたアンテナ装置のアンテナパターンは、例えば図３のようになる。図において、１７の実線は、本発明のアンテナ装置によるアンテナパターンであり、１８の破線は、各素子アンテナの振幅分布を等振幅とした従来のアンテナ装置によるアンテナパターンである。また、１９はサブアレー単位でビーム走査、すなわち第２移相器６によりビーム走査したときに発生するグレーティングローブの方向である。
【００２８】
本実施の形態１では、各素子アンテナ１の振幅分布を、図２に示すように、素子アンテナ１ごとに異なるようにしたことにより、式（１）で計算されるサブアレー５の振幅分布の重心座標が全てのサブアレー５に対して異なる。これにより、本実施の形態１は、図３に示すように、従来のアンテナ装置と比較して、グレーティングローブを抑圧できる効果がある。
【００２９】
以上のように、本実施の形態１においては、複数個の素子アンテナ１と、各素子アンテナ１に接続され、各素子アンテナ１に対して互いに異なる固定の励振振幅を与える減衰器２と、各素子アンテナ１に接続され、素子アンテナ１の励振位相を変化させる第１移相器３と、から構成されるサブアレー５と、各サブアレー５に対して（サブアレー単位で）設けられ、サブアレー５の励振位相を変化させる第２移相器６とを備え、減衰器２により各素子アンテナ１に与えた励振振幅から式（１）により算出されたサブアレー５の振幅分布の重心座標を全てのサブアレー５毎に互いに異なるように変化させ、かつ、所望の方向にビーム走査するための励振位相を当該重心座標を用いて算出し、これを第２移相器制御回路１５によりサブアレー単位で第２移相器６に与えるようにしたので、サブアレー５の振幅分布の重心座標が全てのサブアレー５で互いに異なり、これにより、サブアレー配列間隔を周期的にした場合においても、グレーティングローブを抑圧することができるという効果が得られる。
【００３０】
また、本実施の形態１においては、サブアレー５の配列間隔を周期的にし、サブアレー５の開口１６の向きも同じとしたので、特許文献１とは異なり、サブアレー開口の向きによりサブアレー内の素子アンテナの配置方向あるいは給電方向を変える必要もなく、複数種類のサブアレーを準備する必要もないので、設計／製造コストを抑えることができるという効果が得られる。
【００３１】
さらに、本実施の形態１においては、サブアレー配列間隔を周期的として同一にしたので、特許文献２のようにアレーアンテナ全体での開口寸法が大きくなってしまうことはなく、装置の小型化を図ることができるという効果が得られる。
【００３２】
なお、上記の説明においては、減衰器２により与えられる各素子アンテナ１の励振振幅の値を固定値として説明したが、その場合に限らず、減衰器２により与えられる各素子アンテナ１の励振振幅の値を可変としてもよい。
【００３３】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２に係る各サブアレー５の振幅分布の重心座標を表す図であり、例えば図２記載のサブアレー５の振幅分布の重心座標をＸ軸に投影したときの位置（座標）を表している。図４において、２０は各サブアレー５の振幅分布の重心座標を表している。
【００３４】
なお、本実施の形態２に係るアンテナ装置の全体の構成は、基本的に上記の実施の形態１と同様であるため、ここでは、その説明および図示を省略し、図１を参照することとする。
【００３５】
図４から分かるように、本実施の形態２においては、位相中心演算回路１１により演算される重心座標を、アンテナ装置の正面方向と所望のビーム走査方向とを含む面に投影した場合に、この投影した座標が全てのサブアレー５に対して異なるように構成する。
【００３６】
すなわち、本実施の形態２では、Ｘ軸上に投影したサブアレー５の振幅分布の重心座標が全て異なるように、各素子アンテナ１の振幅分布を設定する。これにより、各サブアレー５は不等間隔アレーと等価となるため、サブアレー単位でＸ軸方向にビーム走査、すなわち第２移相器６によりＸ軸方向にビーム走査したときに発生するグレーティングローブを抑圧することができる。
【００３７】
以上のように、本実施の形態２においては、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、Ｘ軸上に投影したサブアレー５の振幅分布の重心座標が全て異なるように、各素子アンテナ１の振幅分布を設定するようにしたので、各サブアレー５は不等間隔アレーと等価となり、サブアレー単位で第２移相器６によりＸ軸方向にビーム走査したときに発生するグレーティングローブをより抑圧できるという効果が得られる。
【００３８】
実施の形態３．
本実施の形態３では、上記の実施の形態１のアンテナ装置において、第１ビーム方向指令回路１２により指示される方向を主放射方向とし、第２ビーム方向指令回路１４により指示される方向を、ビーム方向を微調整する方向とする。これにより、当該アンテナ装置のビーム走査方向が所望の方向からずれた場合においても、第２ビーム方向指令回路１４の指示により微調整することが可能である。さらに、サブアレー５の振幅分布の重心座標が全てのサブアレー５に対して異なっているので、グレーティングローブを抑圧できる効果がある。
【００３９】
なお、本実施の形態３に係るアンテナ装置の構成は、基本的に上記の実施の形態１と同様であるため、ここでは、その説明および図示を省略し、図１を参照することとする。
【００４０】
以上のように、本実施の形態３においては、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、第１ビーム方向指令回路１２により指示される方向を主放射方向とし、第２ビーム方向指令回路１４により指示される方向をビーム方向を微調整する方向とし、アンテナ装置のビーム走査方向が所望の方向からずれた場合においても、第２ビーム方向指令回路１４の指示により微調整することを可能にし、かつ、サブアレー５の振幅分布の重心座標を全てのサブアレー５に対して異なるようにしたので、グレーティングローブをより抑圧できるという効果が得られる。
【００４１】
実施の形態４．
図５は、この発明の実施の形態４のアンテナ装置の構成を示した機能ブロック図である。図５において、２１は各素子アンテナ１に接続され、かつ、各素子アンテナ１の励振振幅分布を変化させる可変減衰器である。２２は、可変減衰器２１に設定する減衰量を制御する振幅制御回路である。
【００４２】
本実施の形態と上記の実施の形態１との違いは、本実施の形態においては、図１で示した減衰器２の代わりに可変減衰器２１が設けられ、また、図１で示した励振振幅データメモリ９の代わりに振幅制御回路２２が設けられている点である。また、サブアレー５が、素子アンテナ１、可変減衰器２１、第１位相制御手段３及び第１電力分配器４から構成されている点も異なる。実施の形態１においては、素子アンテナ１の励振振幅を励振振幅データメモリ９に予め入れておいた固定値としたが、本実施の形態においては、素子アンテナ１の励振振幅の値は、振幅制御回路２２によって制御される可変の値となる。他の構成については、実施の形態１と同じであるので、同一符号を付して示し、ここでは説明を省略する。
【００４３】
本実施の形態のアンテナ装置の各サブアレーの振幅分布の重心座標は、振幅制御回路２２が設定した各素子アンテナ１の振幅分布、および、素子座標データメモリ１０に保存されている各素子アンテナ１の座標を入力データとし、位相中心演算回路１１において式（１）に基づき求められる。したがって、例えば図２記載の振幅分布等の任意の振幅分布を振幅制御回路２２により各可変減衰器２１に設定することにより、サブアレー単位でビーム走査、すなわち第２移相器６によりビーム走査したときに発生するグレーティングローブを抑圧できる効果がある。加えて、可変減衰器２１により各素子アンテナ１の振幅分布を自由に設定することが可能になるので、ビーム走査角に応じた振幅分布の設定が可能になり、高精度なビーム形成が実現できる。振幅制御回路２２により各可変減衰器２１に設定する励振振幅の値は、特に限定されるものではなく、素子アンテナ１毎に互いに異なる値となるような振幅分布であれば、任意の振幅分布を用いることが可能である。
【００４４】
以上のように、本実施の形態においては、上記の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、各素子アンテナ１の励振振幅分布を変化させるための振幅制御手段として、可変減衰器２１を用いるようにしたので、各素子アンテナ１の振幅分布を自由に設定することが可能となり、ビーム走査角に応じた振幅分布の設定が可能となるので、高精度なビーム形成が実現できるという効果が得られる。
【００４５】
実施の形態５．
図６は、この発明の実施の形態５のアンテナ装置の構成を示した機能ブロック図である。図６において、２３は各素子アンテナ１への給電線路を遮断あるいは接続する可変スイッチであり、２４は可変スイッチ２３のＯＮ／ＯＦＦを制御するスイッチ制御回路である。また、図７は、本実施の形態のアンテナ装置において、可変スイッチ２３により給電線路が接続された素子アンテナ１、すなわち信号を放射する素子アンテナ１の配置を示す図である。図７において、２５の■は、可変スイッチ２３により給電線路が接続された素子アンテナ１、すなわち信号を放射する素子アンテナ１、２６の−は、可変スイッチ２３により給電線路が遮断された素子アンテナ１、すなわち信号を放射しない素子アンテナ１を表す。
【００４６】
本実施の形態と上記の実施の形態１との違いは、本実施の形態においては、図１で示した減衰器２の代わりに可変スイッチ２３が設けられ、また、図１で示した励振振幅データメモリ９の代わりにスイッチ制御回路２４が設けられている点である。また、サブアレー５が、素子アンテナ１、可変スイッチ２３、第１位相制御手段３及び第１電力分配器４から構成されている点も異なる。他の構成については、実施の形態１と同じであるので、同一符号を付して示し、ここでは説明を省略する。
【００４７】
本実施の形態のアンテナ装置の各サブアレーの振幅分布の重心座標は、スイッチ制御回路２４が設定した信号を放射／非放射する素子アンテナ１の振幅分布および素子座標データメモリ１０に保存されている各素子アンテナ１の座標を入力データとし、位相中心演算回路１１において式（１）に基づき求められる。本実施の形態のアンテナ装置において、信号を放射する素子アンテナ１の配置は図７記載の通り非周期で各サブアレー５毎に異なるので、式（１）により計算された各サブアレー５の振幅分布の重心座標は、全てのサブアレー５において互いに異なっている。したがって、サブアレー単位でビーム走査、すなわち第２移相器６によりビーム走査したときに発生するグレーティングローブを抑圧できる効果がある。加えて、可変スイッチ２３により各素子アンテナ１の振幅分布を自由に設定することが可能になるので、ビーム走査角に応じた振幅分布の設定が可能になり、高精度なビーム形成が実現できる。
【００４８】
以上のように、本実施の形態においては、上記の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、各素子アンテナ１の励振振幅分布を変化させるための振幅制御手段として、可変スイッチ２３を用いて、素子アンテナ１のＯＮ／ＯＦＦを制御するようにしたので、スイッチ制御回路２４により各素子アンテナ１の振幅分布を自由に設定することが可能となるので、ビーム走査角に応じた振幅分布の設定が可能となり、高精度なビーム形成が実現できるという効果が得られる。
【００４９】
実施の形態６．
図８はこの発明の実施の形態６のアンテナ装置の構成を示した機能ブロック図である。図において、２７は各素子アンテナ１に接続されている増幅器、２８は増幅器２７のバイアス電圧を制御するバイアス制御回路である。
【００５０】
本実施の形態と上記の実施の形態１との違いは、本実施の形態においては、図１で示した減衰器２の代わりに増幅器２７が設けられ、また、図１で示した励振振幅データメモリ９の代わりにバイアス制御回路２８が設けられている点である。また、サブアレー５が、素子アンテナ１、増幅器２８、第１位相制御手段３及び第１電力分配器４から構成されている点も異なる。他の構成については、実施の形態１と同じであるので、同一符号を付して示し、ここでは説明を省略する。
【００５１】
本実施の形態のアンテナ装置においては、バイアス制御回路２８により、各増幅器２７へのバイアス電圧を制御することにより、増幅器２７の利得を可変とする。これにより各素子アンテナ１の励振振幅値を可変とする。これにより設定された各素子アンテナ１の励振振幅値は、例えば図２記載の振幅分布とする。また、本アンテナ装置の各サブアレー５の振幅分布の重心座標は、バイアス制御回路２８が設定した各素子アンテナ１の振幅分布および素子座標データメモリ１０に保存されている各素子アンテナ１の座標を入力データとし、位相中心演算回路１１において式（１）に基づき求められる。このため、式（１）により計算された各サブアレーの振幅分布の重心座標は、全てのサブアレー５に対して異なっている。したがって、サブアレー単位でビーム走査、すなわち第２移相器６によりビーム走査したときに発生するグレーティングローブを抑圧できる効果がある。加えて、バイアス制御回路２８により各素子アンテナ１の振幅分布を自由に設定することが可能になるので、ビーム走査角に応じた振幅分布の設定が可能になり、高精度なビーム形成が実現できる。
【００５２】
以上のように、本実施の形態によれば、上記の実施の形態１と同様の効果が得られるちとともに、さらに、各素子アンテナ１に増幅器２７を接続し、各素子アンテナ１の励振振幅分布を変化させるための振幅制御手段として、増幅器２７のバイアス電圧を可変するバイアス制御回路２８を用いるようにしたので、バイアス制御回路２８により各素子アンテナ１の振幅分布を自由に設定することが可能となり、ビーム走査角に応じた振幅分布の設定が可能となるので、高精度なビーム形成が実現できるという効果が得られる。
【００５３】
実施の形態７．
図９はこの発明の実施の形態７のアンテナ装置の構成を示した機能ブロック図である。図９において、２９はサブアレー５の励振位相を変える第２の位相制御手段であり、ここでは実時間遅延器（ＴＴＤ）とする。３０は、第１ビーム方向指令回路１４から指示されたビーム方向及び位相中心演算回路１１が演算した各サブアレー５の振幅重心座標を元に当該方向にビーム走査するための励振位相を演算し、これを実時間遅延器２９に与える実時間遅延器制御回路である。
【００５４】
本実施の形態と上記の実施の形態１との違いは、本実施の形態においては、図１で示した減衰器２の代わりに可変減衰器２１が設けられ、また、図１で示した励振振幅データメモリ９の代わりに振幅制御回路２２が設けられ、さらに、図１で示した第２ビーム方向指令回路１４及び第２移相器制御回路１５の代わりに実時間遅延器制御回路３０が設けられ、また、図１で示した第２移相器６の代わりに実時間遅延器２９が設けられている点である。また、サブアレー５が、素子アンテナ１、可変減衰器２１、第１位相制御手段３及び第１電力分配器４から構成されている点も異なる。他の構成および動作については、実施の形態１または実施の形態４と同じであるので、同一符号を付して示し、ここでは説明を省略する。
【００５５】
なお、上記実時間遅延器制御回路３０により実時間遅延器２９に与えられる位相変化量は、ｍ番目のサブアレー５に対しては次のようになる。
【００５６】
【数４】
【００５７】
ここで、int()は引数を整数化する関数を表す。したがって、式（４）で表される実時間遅延器２９に与えられる位相変化量は、第１のビーム方向指令回路１２から指示された方向にビーム走査するためにサブアレー単位で与えられる励振位相のうち、２π（ラジアン）の整数倍となる位相である。従って、実時間遅延器２９は、０度から３６０度までの位相変化が可能な移相器であると言える。
【００５８】
また、本実施の形態のアンテナ装置における各素子アンテナ１の励振振幅分布は、例えば図２のように設定される。このため、式（１）により計算された各サブアレー５の振幅分布の重心座標は、全てのサブアレー５に対して異なっている。したがって、サブアレー単位でビーム走査、すなわち実時間遅延器２９によりビーム走査したときに発生するグレーティングローブを抑圧できる効果がある。加えて、サブアレー単位でのビーム走査に実時間遅延器２９を用いているので、広い周波数帯域にわたりメインビームと一定の方向に保持することができる。
【００５９】
以上のように、本実施の形態によれば、上記の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、サブアレー５の励振位相を変化させる第２位相制御手段として、サブアレー単位でのビーム走査に実時間遅延器２９を用いるようにしたので、広い周波数帯域にわたり、メインビームを一定の方向に保持することができるという効果が得られる。
【００６０】
実施の形態８．
以上の実施の形態１〜７では、送信アンテナ装置として説明をしてきたが、受信アンテナ装置の場合も同様の効果がある。
【００６１】
実施の形態９．
図１０は、この発明の実施の形態９のアンテナ装置の構成を示した機能ブロック図である。この場合、受信アンテナ装置として説明する。図１０において、３１は各サブアレー５が受信した信号をディジタル信号に変換するＡＤコンバータである。３２は、ＡＤコンバータ３１によりディジタル信号に変換された各サブアレー５の受信信号を元にディジタル信号処理によりビーム形成を行うディジタルビームフォーマーである。
【００６２】
本実施の形態と上記の実施の形態１との違いは、本実施の形態においては、図１で示した減衰器２の代わりに可変減衰器２１が設けられ、また、図１で示した励振振幅データメモリ９の代わりに振幅制御回路２２が設けられ、また、図１で示した第２ビーム方向指令回路１４及び第２移相器制御回路１５が削除され、さらに、図１で示した第２移相器６の代わりにＡＤコンバータ３１が設けられ、また、図１で示した電力分配器７の代わりにディジタルビームフォーマー３２が設けられている点である。また、サブアレー５が、素子アンテナ１、可変減衰器２１、第１位相制御手段３及び第１電力分配器４から構成されている点も異なる。他の構成については、実施の形態１または実施の形態４と同じであるので、同一符号を付して示し、ここでは説明を省略する。
【００６３】
上記の実施の形態４と同様に、本実施の形態のアンテナ装置における各素子アンテナ１の励振振幅分布は、例えば図２のように設定される。このため、式（１）により計算された各サブアレー５の振幅分布の重心座標は、全てのサブアレー５に対して異なっている。したがって、ディジタルビームフォーマー３２により、サブアレー単位でビーム形成したときに発生するグレーティングローブを抑圧できる。
【００６４】
以上のように、本実施の形態によれば、上記の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、サブアレー５の励振位相を変化させる第２位相制御手段として、ディジタルビームフォーマー３２を用いるようにしたので、それにより、サブアレー単位でビーム形成したときに発生するグレーティングローブを抑圧できるという効果が得られる。
【００６５】
実施の形態１０．
図１０に記載のアンテナ装置において、ディジタルビームフォーマー３２によりマルチビームを形成した場合においても、サブアレー単位で発生するグレーティングローブを抑圧できる効果がある。
【符号の説明】
【００６６】
１ 素子アンテナ、２ 減衰器、３ 第１移相器（第１位相制御手段）、４ 第１電力分配器、５ サブアレー、６ 第２移相器（第２位相制御手段）、７ 第２電力分配器、８ 送信機、９ 励振振幅データメモリ、１０ 素子座標データメモリ、１１ 位相中心演算回路、１２ 第１ビーム方向指令回路、１３ 第１移相器制御回路、１４ 第２ビーム走査方向指示回路、１５ 第２移相器制御回路、１６ 開口、１７，１８ アンテナパターン、１９ グレーティングローブの方向、２０ 振幅分布の重心座標、２１ 可変減衰器、２２ 振幅制御回路、２３ 可変スイッチ、２４ スイッチ制御回路、２５，２６ 素子アンテナ、２７ 増幅器、２８ バイアス制御回路、２９ 実時間遅延器（第２位相制御手段）、３０ 実時間遅延器制御回路、３１ ＡＤコンバータ、３２ ディジタルビームフォーマー。
【技術分野】
【０００１】
この発明はアンテナ装置に関し、特に、複数個の素子アンテナを有し、サブアレー単位でビーム走査するアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明に関連する従来のアンテナ装置としては、例えば特許文献１あるいは特許文献２記載のアンテナ装置がある。これら従来のアンテナ装置は、複数個の素子アンテナから構成されるサブアレーに対して各々位相制御手段を有し、サブアレー単位でビーム走査する構成となっている。いずれの文献においても、このサブアレー単位でのビーム走査の際に発生するグレーティングローブ抑圧方法に関する技術が開示されている。
【０００３】
特許文献１記載のアンテナ装置では、サブアレー開口の向きを変化させて配列することによりサブアレー配列間隔を非周期とし、これによりグレーティングローブを抑圧している。
【０００４】
特許文献２記載のアンテナ装置では、サブアレー配列間隔を順次拡大することによりサブアレー配列間隔を非周期とし、これによりグレーティングローブを抑圧している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表平５−５０１１８７号公報
【特許文献２】特開２００６−１７４１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１記載の従来のアンテナ装置においては、サブアレーの配列間隔を非周期にするためにサブアレー開口の向きを変化させている。このため、例えば同一直線偏波のアンテナを構成するためには、サブアレー開口の向きによりサブアレー内の素子アンテナの配置方向あるいは給電方向を変える必要がある。したがって、複数種類のサブアレーを準備する必要があり、設計／製造コストが大きくなってしまうという問題点があった。
【０００７】
特許文献２記載の従来のアンテナ装置においては、サブアレーの配列間隔を順次拡大させている。このため、アレーアンテナ全体での開口寸法が大きくなってしまうという問題点があった。
【０００８】
この発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、サブアレー単位でビーム走査するアレーアンテナにおいて、サブアレー配列間隔を周期的にした場合においてもグレーティングローブを抑圧することが可能なアンテナ装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、複数個の素子アンテナと、上記素子アンテナに接続され、上記素子アンテナの各々に互いに異なる励振振幅値を与える振幅制御手段と、上記素子アンテナに接続され、上記素子アンテナの励振位相を変化させる第１位相制御手段と、上記素子アンテナ複数個で構成されるサブアレーに接続され、上記サブアレーの励振位相を変化させる第２位相制御手段と、上記振幅制御手段により各上記素子アンテナに与える励振振幅値、および、各上記素子アンテナ１の位置座標に基づいて、上記サブアレー毎に振幅分布の重心座標を演算する位相中心演算手段と、上記サブアレー毎に、上記重心座標に基づいて、指定された方向にビーム走査するための励振位相を算出し、算出された上記励振位相を上記サブアレー単位で与えるように上記第２位相制御手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするアンテナ装置である。
【発明の効果】
【００１０】
この発明は、複数個の素子アンテナと、上記素子アンテナに接続され、上記素子アンテナの各々に互いに異なる励振振幅値を与える振幅制御手段と、上記素子アンテナに接続され、上記素子アンテナの励振位相を変化させる第１位相制御手段と、上記素子アンテナ複数個で構成されるサブアレーに接続され、上記サブアレーの励振位相を変化させる第２位相制御手段と、上記振幅制御手段により各上記素子アンテナに与える励振振幅値、および、各上記素子アンテナ１の位置座標に基づいて、上記サブアレー毎に振幅分布の重心座標を演算する位相中心演算手段と、上記サブアレー毎に、上記重心座標に基づいて、指定された方向にビーム走査するための励振位相を算出し、算出された上記励振位相を上記サブアレー単位で与えるように上記第２位相制御手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするアンテナ装置であるので、サブアレー配列間隔を周期的にした場合においても、グレーティングローブを抑圧することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の構成を示したブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置における素子アンテナ配列図と各素子アンテナの励振振幅値の一例を示した説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置におけるアンテナパターンを示した説明図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係るアンテナ装置における各サブアレーの振幅重心座標の一例を示した説明図である。
【図５】この発明の実施の形態４に係るアンテナ装置の構成を示したブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態５に係るアンテナ装置の構成を示したブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態５に係るアンテナ装置における素子アンテナ配列図の一例を示した説明図である。
【図８】この発明の実施の形態６に係るアンテナ装置の構成を示したブロック図である。
【図９】この発明の実施の形態７に係るアンテナ装置の構成を示したブロック図である。
【図１０】この発明の実施の形態９に係るアンテナ装置の構成を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の構成を示した機能ブロック図であり、ここでは例えば送信アンテナ装置の場合について説明する。図において、１は複数個設けられた素子アンテナ、２は素子アンテナ１の各々に接続され、かつ、素子アンテナ１毎に異なる固定の励振振幅を与える減衰器である。３は素子アンテナ１に各々接続され、かつ、素子アンテナ１の励振位相を変化させる第１位相制御手段であり、ここでは例えば移相器とする（以下、第１移相器３とする。）。４は、素子アンテナ１へ各々送信信号を分配するための第１電力分配器である。５は、複数個の素子アンテナ１、減衰器２、第１位相制御手段３及び第１電力分配器４から構成されるサブアレーである。
【００１３】
本実施の形態１に係るアンテナ装置は、このように、所定の個数ずつ、素子アンテナ１をグルーピングして、当該グループでサブアレー５を構成し、サブアレー単位でビーム走査を行うものである。素子アンテナ１の個数およびサブアレー５の個数は任意である。
【００１４】
また、図１において、６は、各サブアレー５に対して設けられ、サブアレー５の励振位相を変化させる第２位相制御手段であり、ここでは例えば移相器とする（以下、第２移相器６とする。）。７はサブアレー５に各々送信信号を分配するための第２電力分配器である。８は本アンテナ装置に信号を送信する送信機である。
【００１５】
９は減衰器２により各素子アンテナ１に与えられる励振振幅の値を保存しておくための励振振幅データメモリ、１０は各素子アンテナ１の位置（座標）の値を保存しておくための素子座標データメモリである。１１は励振振幅データメモリ９及び素子座標データメモリ１０に保存されている値を元に下記の式（１）により各サブアレー５の振幅分布の重心座標を演算する位相中心演算回路である。
【００１６】
【数１】
【００１７】
ここで、Ｒはサブアレーの振幅分布の重心位置ベクトル（重心座標）、ｎはサブアレー内の素子アンテナの番号、Ｎはサブアレー内の素子アンテナ数、Ａｎはサブアレー内のｎ番目の素子アンテナの励振振幅値（電界値）、ｒｎはサブアレー内のｎ番目の素子アンテナの位置ベクトル（座標）である。
【００１８】
１２は、主放射方向となるビーム走査方向を指示するための第１ビーム方向指令回路である。１３は、第１ビーム方向指令回路１２から指示されたビーム方向及び素子座標データメモリ１０に保存されている素子アンテナ１の座標を元に当該方向にビーム走査するための励振位相を演算し、これを第１移相器３に与える第１移相器制御回路である。１４は、第１ビーム方向指令回路１２が指示する方向とは異なるビーム走査方向を指示する第２ビーム方向指令回路である。１５は第２ビーム方向指令回路１４から指示されたビーム方向及び位相中心演算回路１１が演算した各サブアレー５の振幅分布の重心座標を元に当該所望のビーム走査方向にビーム走査するための励振位相を演算し、これを第２移相器６に与える第２移相器制御回路である。
【００１９】
図２は、本実施の形態１における、素子アンテナ１の配列図と各素子アンテナ１の励振振幅値の一例を表す図である。図２において、１６はサブアレー５の開口を表している。図２に示すように、本実施の形態においては、素子アンテナ１の配列間隔は一定（同間隔）であり、周期的に配列されている。また、サブアレー５の配列の間隔および配置も一定で、周期的となっている。サブアレー５の開口１６の向きも、すべてのサブアレー５において同じである。但し、各素子アンテナ１の励振振幅の分布は、図２に示すように、素子アンテナ１ごとに異なり、非周期的となっている。図２において、・は−１２ｄＢ以下、△は−１２ｄＢより大きく−９ｄＢ以下、◆は−９ｄＢより大きく−６ｄＢ以下、●は−６ｄＢより大きく−３ｄＢ以下、■は−３ｄＢより大きく０ｄＢ以下となっている。各素子アンテナ１の励振振幅の分布は、例えば、乱数などを用いて設定し、励振振幅データメモリ９に予め記憶させておく。
【００２０】
次に、本実施の形態１に係るアンテナ装置の動作について説明する。送信機８から送信された信号は、第２電力分配器７により、各サブアレー５に給電するために、サブアレー５の個数に合せて分配される。第２電力分配器７により分配された信号は、第２移相器６において位相を変化させられた後、各サブアレー５へと給電される。各サブアレー５へと給電された信号は、第１電力分配器４により、素子アレー１の個数に合せて分配された後、第１移相器３により位相を変化させられ、また、減衰器２により振幅を変化させられた後、素子アンテナ１に給電され、そこから空間へと放射される。
【００２１】
ここで、第１移相器３の位相変化量は、第１移相器制御回路１３により与えられ、ｎ番目の素子アンテナ１に対しては、下記の式（２）で示される位相変化量が与えられる。
【００２２】
【数２】
【００２３】
ここで、ｋ０は当該送信信号の周波数における波数であり、あらかじめ第１移相器制御回路１３内部に保存されているものとする。ｒｎはサブアレー５内のｎ番目の素子位置ベクトルであり、素子座標データメモリ１０により与えられる。また、θ１は第１ビーム方向指令回路１２により指示された方向の方向余弦ベクトルである。すなわち、式（２）の位相変化量は、第１ビーム方向指令回路１２により指示された方向へビーム走査するための位相変化量である。
【００２４】
また、第２移相器６の位相変化量は、第２移相器制御回路１５により与えられ、ｍ番目のサブアレー５に対しては、下記の式（３）で示される位相変化量が与えられる。
【００２５】
【数３】
【００２６】
ここで、Ｒｍはｍ番目のサブアレー５内の振幅分布の重心座標を表す位置ベクトルであり、励振振幅データメモリ９に保存されている各素子アンテナ１の励振振幅値、および、素子座標データメモリ１０に保存されている各素子アンテナ１の座標を入力データとし、位相中心演算回路１１において式（１）に基づき求められる。また、θ２は第２ビーム方向指令回路１４により指示された方向の方向余弦ベクトルである。すなわち、式（３）の位相変化量は、第２ビーム方向指令回路１４により指示された方向へビーム走査するために、サブアレー単位で与えられる位相変化量である。なお、各素子アンテナ１の励振振幅値は、例えば図２のように非周期に設定されており、この場合、式（１）により得られる各サブアレー５の振幅分布の重心座標Ｒｍは全てのサブアレー５に対して異なる。
【００２７】
以上のように構成されたアンテナ装置のアンテナパターンは、例えば図３のようになる。図において、１７の実線は、本発明のアンテナ装置によるアンテナパターンであり、１８の破線は、各素子アンテナの振幅分布を等振幅とした従来のアンテナ装置によるアンテナパターンである。また、１９はサブアレー単位でビーム走査、すなわち第２移相器６によりビーム走査したときに発生するグレーティングローブの方向である。
【００２８】
本実施の形態１では、各素子アンテナ１の振幅分布を、図２に示すように、素子アンテナ１ごとに異なるようにしたことにより、式（１）で計算されるサブアレー５の振幅分布の重心座標が全てのサブアレー５に対して異なる。これにより、本実施の形態１は、図３に示すように、従来のアンテナ装置と比較して、グレーティングローブを抑圧できる効果がある。
【００２９】
以上のように、本実施の形態１においては、複数個の素子アンテナ１と、各素子アンテナ１に接続され、各素子アンテナ１に対して互いに異なる固定の励振振幅を与える減衰器２と、各素子アンテナ１に接続され、素子アンテナ１の励振位相を変化させる第１移相器３と、から構成されるサブアレー５と、各サブアレー５に対して（サブアレー単位で）設けられ、サブアレー５の励振位相を変化させる第２移相器６とを備え、減衰器２により各素子アンテナ１に与えた励振振幅から式（１）により算出されたサブアレー５の振幅分布の重心座標を全てのサブアレー５毎に互いに異なるように変化させ、かつ、所望の方向にビーム走査するための励振位相を当該重心座標を用いて算出し、これを第２移相器制御回路１５によりサブアレー単位で第２移相器６に与えるようにしたので、サブアレー５の振幅分布の重心座標が全てのサブアレー５で互いに異なり、これにより、サブアレー配列間隔を周期的にした場合においても、グレーティングローブを抑圧することができるという効果が得られる。
【００３０】
また、本実施の形態１においては、サブアレー５の配列間隔を周期的にし、サブアレー５の開口１６の向きも同じとしたので、特許文献１とは異なり、サブアレー開口の向きによりサブアレー内の素子アンテナの配置方向あるいは給電方向を変える必要もなく、複数種類のサブアレーを準備する必要もないので、設計／製造コストを抑えることができるという効果が得られる。
【００３１】
さらに、本実施の形態１においては、サブアレー配列間隔を周期的として同一にしたので、特許文献２のようにアレーアンテナ全体での開口寸法が大きくなってしまうことはなく、装置の小型化を図ることができるという効果が得られる。
【００３２】
なお、上記の説明においては、減衰器２により与えられる各素子アンテナ１の励振振幅の値を固定値として説明したが、その場合に限らず、減衰器２により与えられる各素子アンテナ１の励振振幅の値を可変としてもよい。
【００３３】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２に係る各サブアレー５の振幅分布の重心座標を表す図であり、例えば図２記載のサブアレー５の振幅分布の重心座標をＸ軸に投影したときの位置（座標）を表している。図４において、２０は各サブアレー５の振幅分布の重心座標を表している。
【００３４】
なお、本実施の形態２に係るアンテナ装置の全体の構成は、基本的に上記の実施の形態１と同様であるため、ここでは、その説明および図示を省略し、図１を参照することとする。
【００３５】
図４から分かるように、本実施の形態２においては、位相中心演算回路１１により演算される重心座標を、アンテナ装置の正面方向と所望のビーム走査方向とを含む面に投影した場合に、この投影した座標が全てのサブアレー５に対して異なるように構成する。
【００３６】
すなわち、本実施の形態２では、Ｘ軸上に投影したサブアレー５の振幅分布の重心座標が全て異なるように、各素子アンテナ１の振幅分布を設定する。これにより、各サブアレー５は不等間隔アレーと等価となるため、サブアレー単位でＸ軸方向にビーム走査、すなわち第２移相器６によりＸ軸方向にビーム走査したときに発生するグレーティングローブを抑圧することができる。
【００３７】
以上のように、本実施の形態２においては、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、Ｘ軸上に投影したサブアレー５の振幅分布の重心座標が全て異なるように、各素子アンテナ１の振幅分布を設定するようにしたので、各サブアレー５は不等間隔アレーと等価となり、サブアレー単位で第２移相器６によりＸ軸方向にビーム走査したときに発生するグレーティングローブをより抑圧できるという効果が得られる。
【００３８】
実施の形態３．
本実施の形態３では、上記の実施の形態１のアンテナ装置において、第１ビーム方向指令回路１２により指示される方向を主放射方向とし、第２ビーム方向指令回路１４により指示される方向を、ビーム方向を微調整する方向とする。これにより、当該アンテナ装置のビーム走査方向が所望の方向からずれた場合においても、第２ビーム方向指令回路１４の指示により微調整することが可能である。さらに、サブアレー５の振幅分布の重心座標が全てのサブアレー５に対して異なっているので、グレーティングローブを抑圧できる効果がある。
【００３９】
なお、本実施の形態３に係るアンテナ装置の構成は、基本的に上記の実施の形態１と同様であるため、ここでは、その説明および図示を省略し、図１を参照することとする。
【００４０】
以上のように、本実施の形態３においては、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、第１ビーム方向指令回路１２により指示される方向を主放射方向とし、第２ビーム方向指令回路１４により指示される方向をビーム方向を微調整する方向とし、アンテナ装置のビーム走査方向が所望の方向からずれた場合においても、第２ビーム方向指令回路１４の指示により微調整することを可能にし、かつ、サブアレー５の振幅分布の重心座標を全てのサブアレー５に対して異なるようにしたので、グレーティングローブをより抑圧できるという効果が得られる。
【００４１】
実施の形態４．
図５は、この発明の実施の形態４のアンテナ装置の構成を示した機能ブロック図である。図５において、２１は各素子アンテナ１に接続され、かつ、各素子アンテナ１の励振振幅分布を変化させる可変減衰器である。２２は、可変減衰器２１に設定する減衰量を制御する振幅制御回路である。
【００４２】
本実施の形態と上記の実施の形態１との違いは、本実施の形態においては、図１で示した減衰器２の代わりに可変減衰器２１が設けられ、また、図１で示した励振振幅データメモリ９の代わりに振幅制御回路２２が設けられている点である。また、サブアレー５が、素子アンテナ１、可変減衰器２１、第１位相制御手段３及び第１電力分配器４から構成されている点も異なる。実施の形態１においては、素子アンテナ１の励振振幅を励振振幅データメモリ９に予め入れておいた固定値としたが、本実施の形態においては、素子アンテナ１の励振振幅の値は、振幅制御回路２２によって制御される可変の値となる。他の構成については、実施の形態１と同じであるので、同一符号を付して示し、ここでは説明を省略する。
【００４３】
本実施の形態のアンテナ装置の各サブアレーの振幅分布の重心座標は、振幅制御回路２２が設定した各素子アンテナ１の振幅分布、および、素子座標データメモリ１０に保存されている各素子アンテナ１の座標を入力データとし、位相中心演算回路１１において式（１）に基づき求められる。したがって、例えば図２記載の振幅分布等の任意の振幅分布を振幅制御回路２２により各可変減衰器２１に設定することにより、サブアレー単位でビーム走査、すなわち第２移相器６によりビーム走査したときに発生するグレーティングローブを抑圧できる効果がある。加えて、可変減衰器２１により各素子アンテナ１の振幅分布を自由に設定することが可能になるので、ビーム走査角に応じた振幅分布の設定が可能になり、高精度なビーム形成が実現できる。振幅制御回路２２により各可変減衰器２１に設定する励振振幅の値は、特に限定されるものではなく、素子アンテナ１毎に互いに異なる値となるような振幅分布であれば、任意の振幅分布を用いることが可能である。
【００４４】
以上のように、本実施の形態においては、上記の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、各素子アンテナ１の励振振幅分布を変化させるための振幅制御手段として、可変減衰器２１を用いるようにしたので、各素子アンテナ１の振幅分布を自由に設定することが可能となり、ビーム走査角に応じた振幅分布の設定が可能となるので、高精度なビーム形成が実現できるという効果が得られる。
【００４５】
実施の形態５．
図６は、この発明の実施の形態５のアンテナ装置の構成を示した機能ブロック図である。図６において、２３は各素子アンテナ１への給電線路を遮断あるいは接続する可変スイッチであり、２４は可変スイッチ２３のＯＮ／ＯＦＦを制御するスイッチ制御回路である。また、図７は、本実施の形態のアンテナ装置において、可変スイッチ２３により給電線路が接続された素子アンテナ１、すなわち信号を放射する素子アンテナ１の配置を示す図である。図７において、２５の■は、可変スイッチ２３により給電線路が接続された素子アンテナ１、すなわち信号を放射する素子アンテナ１、２６の−は、可変スイッチ２３により給電線路が遮断された素子アンテナ１、すなわち信号を放射しない素子アンテナ１を表す。
【００４６】
本実施の形態と上記の実施の形態１との違いは、本実施の形態においては、図１で示した減衰器２の代わりに可変スイッチ２３が設けられ、また、図１で示した励振振幅データメモリ９の代わりにスイッチ制御回路２４が設けられている点である。また、サブアレー５が、素子アンテナ１、可変スイッチ２３、第１位相制御手段３及び第１電力分配器４から構成されている点も異なる。他の構成については、実施の形態１と同じであるので、同一符号を付して示し、ここでは説明を省略する。
【００４７】
本実施の形態のアンテナ装置の各サブアレーの振幅分布の重心座標は、スイッチ制御回路２４が設定した信号を放射／非放射する素子アンテナ１の振幅分布および素子座標データメモリ１０に保存されている各素子アンテナ１の座標を入力データとし、位相中心演算回路１１において式（１）に基づき求められる。本実施の形態のアンテナ装置において、信号を放射する素子アンテナ１の配置は図７記載の通り非周期で各サブアレー５毎に異なるので、式（１）により計算された各サブアレー５の振幅分布の重心座標は、全てのサブアレー５において互いに異なっている。したがって、サブアレー単位でビーム走査、すなわち第２移相器６によりビーム走査したときに発生するグレーティングローブを抑圧できる効果がある。加えて、可変スイッチ２３により各素子アンテナ１の振幅分布を自由に設定することが可能になるので、ビーム走査角に応じた振幅分布の設定が可能になり、高精度なビーム形成が実現できる。
【００４８】
以上のように、本実施の形態においては、上記の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、各素子アンテナ１の励振振幅分布を変化させるための振幅制御手段として、可変スイッチ２３を用いて、素子アンテナ１のＯＮ／ＯＦＦを制御するようにしたので、スイッチ制御回路２４により各素子アンテナ１の振幅分布を自由に設定することが可能となるので、ビーム走査角に応じた振幅分布の設定が可能となり、高精度なビーム形成が実現できるという効果が得られる。
【００４９】
実施の形態６．
図８はこの発明の実施の形態６のアンテナ装置の構成を示した機能ブロック図である。図において、２７は各素子アンテナ１に接続されている増幅器、２８は増幅器２７のバイアス電圧を制御するバイアス制御回路である。
【００５０】
本実施の形態と上記の実施の形態１との違いは、本実施の形態においては、図１で示した減衰器２の代わりに増幅器２７が設けられ、また、図１で示した励振振幅データメモリ９の代わりにバイアス制御回路２８が設けられている点である。また、サブアレー５が、素子アンテナ１、増幅器２８、第１位相制御手段３及び第１電力分配器４から構成されている点も異なる。他の構成については、実施の形態１と同じであるので、同一符号を付して示し、ここでは説明を省略する。
【００５１】
本実施の形態のアンテナ装置においては、バイアス制御回路２８により、各増幅器２７へのバイアス電圧を制御することにより、増幅器２７の利得を可変とする。これにより各素子アンテナ１の励振振幅値を可変とする。これにより設定された各素子アンテナ１の励振振幅値は、例えば図２記載の振幅分布とする。また、本アンテナ装置の各サブアレー５の振幅分布の重心座標は、バイアス制御回路２８が設定した各素子アンテナ１の振幅分布および素子座標データメモリ１０に保存されている各素子アンテナ１の座標を入力データとし、位相中心演算回路１１において式（１）に基づき求められる。このため、式（１）により計算された各サブアレーの振幅分布の重心座標は、全てのサブアレー５に対して異なっている。したがって、サブアレー単位でビーム走査、すなわち第２移相器６によりビーム走査したときに発生するグレーティングローブを抑圧できる効果がある。加えて、バイアス制御回路２８により各素子アンテナ１の振幅分布を自由に設定することが可能になるので、ビーム走査角に応じた振幅分布の設定が可能になり、高精度なビーム形成が実現できる。
【００５２】
以上のように、本実施の形態によれば、上記の実施の形態１と同様の効果が得られるちとともに、さらに、各素子アンテナ１に増幅器２７を接続し、各素子アンテナ１の励振振幅分布を変化させるための振幅制御手段として、増幅器２７のバイアス電圧を可変するバイアス制御回路２８を用いるようにしたので、バイアス制御回路２８により各素子アンテナ１の振幅分布を自由に設定することが可能となり、ビーム走査角に応じた振幅分布の設定が可能となるので、高精度なビーム形成が実現できるという効果が得られる。
【００５３】
実施の形態７．
図９はこの発明の実施の形態７のアンテナ装置の構成を示した機能ブロック図である。図９において、２９はサブアレー５の励振位相を変える第２の位相制御手段であり、ここでは実時間遅延器（ＴＴＤ）とする。３０は、第１ビーム方向指令回路１４から指示されたビーム方向及び位相中心演算回路１１が演算した各サブアレー５の振幅重心座標を元に当該方向にビーム走査するための励振位相を演算し、これを実時間遅延器２９に与える実時間遅延器制御回路である。
【００５４】
本実施の形態と上記の実施の形態１との違いは、本実施の形態においては、図１で示した減衰器２の代わりに可変減衰器２１が設けられ、また、図１で示した励振振幅データメモリ９の代わりに振幅制御回路２２が設けられ、さらに、図１で示した第２ビーム方向指令回路１４及び第２移相器制御回路１５の代わりに実時間遅延器制御回路３０が設けられ、また、図１で示した第２移相器６の代わりに実時間遅延器２９が設けられている点である。また、サブアレー５が、素子アンテナ１、可変減衰器２１、第１位相制御手段３及び第１電力分配器４から構成されている点も異なる。他の構成および動作については、実施の形態１または実施の形態４と同じであるので、同一符号を付して示し、ここでは説明を省略する。
【００５５】
なお、上記実時間遅延器制御回路３０により実時間遅延器２９に与えられる位相変化量は、ｍ番目のサブアレー５に対しては次のようになる。
【００５６】
【数４】
【００５７】
ここで、int()は引数を整数化する関数を表す。したがって、式（４）で表される実時間遅延器２９に与えられる位相変化量は、第１のビーム方向指令回路１２から指示された方向にビーム走査するためにサブアレー単位で与えられる励振位相のうち、２π（ラジアン）の整数倍となる位相である。従って、実時間遅延器２９は、０度から３６０度までの位相変化が可能な移相器であると言える。
【００５８】
また、本実施の形態のアンテナ装置における各素子アンテナ１の励振振幅分布は、例えば図２のように設定される。このため、式（１）により計算された各サブアレー５の振幅分布の重心座標は、全てのサブアレー５に対して異なっている。したがって、サブアレー単位でビーム走査、すなわち実時間遅延器２９によりビーム走査したときに発生するグレーティングローブを抑圧できる効果がある。加えて、サブアレー単位でのビーム走査に実時間遅延器２９を用いているので、広い周波数帯域にわたりメインビームと一定の方向に保持することができる。
【００５９】
以上のように、本実施の形態によれば、上記の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、サブアレー５の励振位相を変化させる第２位相制御手段として、サブアレー単位でのビーム走査に実時間遅延器２９を用いるようにしたので、広い周波数帯域にわたり、メインビームを一定の方向に保持することができるという効果が得られる。
【００６０】
実施の形態８．
以上の実施の形態１〜７では、送信アンテナ装置として説明をしてきたが、受信アンテナ装置の場合も同様の効果がある。
【００６１】
実施の形態９．
図１０は、この発明の実施の形態９のアンテナ装置の構成を示した機能ブロック図である。この場合、受信アンテナ装置として説明する。図１０において、３１は各サブアレー５が受信した信号をディジタル信号に変換するＡＤコンバータである。３２は、ＡＤコンバータ３１によりディジタル信号に変換された各サブアレー５の受信信号を元にディジタル信号処理によりビーム形成を行うディジタルビームフォーマーである。
【００６２】
本実施の形態と上記の実施の形態１との違いは、本実施の形態においては、図１で示した減衰器２の代わりに可変減衰器２１が設けられ、また、図１で示した励振振幅データメモリ９の代わりに振幅制御回路２２が設けられ、また、図１で示した第２ビーム方向指令回路１４及び第２移相器制御回路１５が削除され、さらに、図１で示した第２移相器６の代わりにＡＤコンバータ３１が設けられ、また、図１で示した電力分配器７の代わりにディジタルビームフォーマー３２が設けられている点である。また、サブアレー５が、素子アンテナ１、可変減衰器２１、第１位相制御手段３及び第１電力分配器４から構成されている点も異なる。他の構成については、実施の形態１または実施の形態４と同じであるので、同一符号を付して示し、ここでは説明を省略する。
【００６３】
上記の実施の形態４と同様に、本実施の形態のアンテナ装置における各素子アンテナ１の励振振幅分布は、例えば図２のように設定される。このため、式（１）により計算された各サブアレー５の振幅分布の重心座標は、全てのサブアレー５に対して異なっている。したがって、ディジタルビームフォーマー３２により、サブアレー単位でビーム形成したときに発生するグレーティングローブを抑圧できる。
【００６４】
以上のように、本実施の形態によれば、上記の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、サブアレー５の励振位相を変化させる第２位相制御手段として、ディジタルビームフォーマー３２を用いるようにしたので、それにより、サブアレー単位でビーム形成したときに発生するグレーティングローブを抑圧できるという効果が得られる。
【００６５】
実施の形態１０．
図１０に記載のアンテナ装置において、ディジタルビームフォーマー３２によりマルチビームを形成した場合においても、サブアレー単位で発生するグレーティングローブを抑圧できる効果がある。
【符号の説明】
【００６６】
１ 素子アンテナ、２ 減衰器、３ 第１移相器（第１位相制御手段）、４ 第１電力分配器、５ サブアレー、６ 第２移相器（第２位相制御手段）、７ 第２電力分配器、８ 送信機、９ 励振振幅データメモリ、１０ 素子座標データメモリ、１１ 位相中心演算回路、１２ 第１ビーム方向指令回路、１３ 第１移相器制御回路、１４ 第２ビーム走査方向指示回路、１５ 第２移相器制御回路、１６ 開口、１７，１８ アンテナパターン、１９ グレーティングローブの方向、２０ 振幅分布の重心座標、２１ 可変減衰器、２２ 振幅制御回路、２３ 可変スイッチ、２４ スイッチ制御回路、２５，２６ 素子アンテナ、２７ 増幅器、２８ バイアス制御回路、２９ 実時間遅延器（第２位相制御手段）、３０ 実時間遅延器制御回路、３１ ＡＤコンバータ、３２ ディジタルビームフォーマー。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の素子アンテナと、
上記素子アンテナに接続され、上記素子アンテナの各々に互いに異なる励振振幅値を与える振幅制御手段と、
上記素子アンテナに接続され、上記素子アンテナの励振位相を変化させる第１位相制御手段と、
上記素子アンテナ複数個で構成されるサブアレーに接続され、上記サブアレーの励振位相を変化させる第２位相制御手段と、
上記振幅制御手段により各上記素子アンテナに与える励振振幅値、および、各上記素子アンテナ１の位置座標に基づいて、上記サブアレー毎に振幅分布の重心座標を演算する位相中心演算手段と、
上記サブアレー毎に、上記重心座標に基づいて、指定された方向にビーム走査するための励振位相を算出し、算出された上記励振位相を上記サブアレー単位で与えるように上記第２位相制御手段を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
上記第１位相制御手段により、主放射方向にビーム走査するための励振位相を与え、
上記第２位相制御手段により、上記主放射方向からビーム走査方向を微調整するための励振位相を与える
ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
上記位相中心演算手段により演算される上記重心座標を、アンテナ装置の正面方向と所望のビーム走査方向とを含む面に投影した場合に、この投影された座標が全ての上記サブアレーに対して異なることを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
上記振幅制御手段により与えられる各上記素子アンテナの励振振幅値を可変としたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
上記振幅制御手段として、可変減衰器を用いたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
上記振幅制御手段として、スイッチを用い、上記スイッチにより上記素子アンテナのＯＮ／ＯＦＦを制御することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
各上記素子アンテナに増幅器を接続し、
上記振幅制御手段として、上記増幅器のバイアス電圧を可変するバイアス制御回路を用いたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
上記第２位相制御手段として、０度から３６０度までの位相変化が可能な移相器を用いたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
上記第２位相制御手段として、信号を実時間で遅延させる実時間遅延器を用いたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
上記第２位相制御手段として、ディジタルビームフォーマーを用いたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項１】
複数個の素子アンテナと、
上記素子アンテナに接続され、上記素子アンテナの各々に互いに異なる励振振幅値を与える振幅制御手段と、
上記素子アンテナに接続され、上記素子アンテナの励振位相を変化させる第１位相制御手段と、
上記素子アンテナ複数個で構成されるサブアレーに接続され、上記サブアレーの励振位相を変化させる第２位相制御手段と、
上記振幅制御手段により各上記素子アンテナに与える励振振幅値、および、各上記素子アンテナ１の位置座標に基づいて、上記サブアレー毎に振幅分布の重心座標を演算する位相中心演算手段と、
上記サブアレー毎に、上記重心座標に基づいて、指定された方向にビーム走査するための励振位相を算出し、算出された上記励振位相を上記サブアレー単位で与えるように上記第２位相制御手段を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
上記第１位相制御手段により、主放射方向にビーム走査するための励振位相を与え、
上記第２位相制御手段により、上記主放射方向からビーム走査方向を微調整するための励振位相を与える
ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
上記位相中心演算手段により演算される上記重心座標を、アンテナ装置の正面方向と所望のビーム走査方向とを含む面に投影した場合に、この投影された座標が全ての上記サブアレーに対して異なることを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
上記振幅制御手段により与えられる各上記素子アンテナの励振振幅値を可変としたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
上記振幅制御手段として、可変減衰器を用いたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
上記振幅制御手段として、スイッチを用い、上記スイッチにより上記素子アンテナのＯＮ／ＯＦＦを制御することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
各上記素子アンテナに増幅器を接続し、
上記振幅制御手段として、上記増幅器のバイアス電圧を可変するバイアス制御回路を用いたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
上記第２位相制御手段として、０度から３６０度までの位相変化が可能な移相器を用いたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
上記第２位相制御手段として、信号を実時間で遅延させる実時間遅延器を用いたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
上記第２位相制御手段として、ディジタルビームフォーマーを用いたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１０９１８１（Ｐ２０１１−１０９１８１Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５９０７５（Ｐ２００９−２５９０７５）
【出願日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【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２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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