アンテナ装置
【課題】アンテナ装置運用時の性能劣化を低減すること。
【解決手段】本実施形態に係るアンテナ装置は、平面上に配列した複数のアンテナ素子１０１と、上記平面と平行な線上に実装した複数の傾斜センサ１０２と、傾斜センサ１０２の検出情報をもとに上記平面の湾曲状態を示すデータを計算する湾曲状態計算部１３と、アンテナ素子１０１による受信信号を上記湾曲状態に基づいて補正する信号処理部１２とを備える。
【解決手段】本実施形態に係るアンテナ装置は、平面上に配列した複数のアンテナ素子１０１と、上記平面と平行な線上に実装した複数の傾斜センサ１０２と、傾斜センサ１０２の検出情報をもとに上記平面の湾曲状態を示すデータを計算する湾曲状態計算部１３と、アンテナ素子１０１による受信信号を上記湾曲状態に基づいて補正する信号処理部１２とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、複数のアンテナ素子を配列したアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、アンテナ装置が湾曲・変形した場合には、アンテナ装置としての性能が劣化する。特にフェーズドアレイアンテナにおいては、各アンテナ素子から送受信されるＲＦ信号の位相が不適切となり、形成される電波指向性パターンの特性が劣化する。この劣化を低減するためには、アンテナ装置の湾曲・変形の状態を検出し、適切な位相設定量を算出する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３０８１９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、従来では、アンテナ装置運用時に湾曲・変形の状態が連続的に変化した際の検出を行うことができず、上記状態での性能劣化を回避することができなかった。
【０００５】
本実施形態の目的は、アンテナ装置運用時の性能劣化を低減することができるアンテナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態に係るアンテナ装置は、平面上に配列した複数のアンテナ素子と、前記平面と平行な線上に実装した複数の傾斜センサと、前記傾斜センサの検出情報をもとに前記平面の湾曲状態を示すデータを計算する計算手段と、前記アンテナ素子による受信信号を前記湾曲状態に基づいて補正する補正手段とを具備する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施形態に係るアンテナ装置の構成を示すブロック図。
【図２】アンテナ部の構成例を示す図。
【図３】図２のアンテナ部が湾曲した状態を示す図。
【図４】位相設定量の計算手順を示すフローチャート。
【図５】角度関係を示す図。
【図６】本実施形態に係るアンテナ装置の電波指向性を示す図。
【図７】アンテナ部の変形例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら本実施形態に係るアンテナ装置を説明する。
【０００９】
図１は、本実施形態に係るアンテナ装置の構成を示すブロック図である。このアンテナ装置は、複数のアンテナ素子１０１及び複数の傾斜センサ１０２を実装するアンテナ部１０、各アンテナ素子１０１に接続される複数の送受信機１１、信号処理部１２、並びに湾曲状態計算部１３を備える。各送受信機１１は、アンテナ素子１０１による受信信号の位相を制御する移相器を備える。信号処理部１２は、受信信号に対して信号処理を施すことにより電波指向性の制御などを行う。
【００１０】
図２は、アンテナ部１０の実施例１を示したものである。図２のように直方体ａ１ａ２ａ３ａ４ｃ１ｃ２ｃ３ｃ４で表される線分ａ１ｃ１方向に対し薄いフェーズドアレイアンテナを想定する。面ａ１ａ２ａ３ａ４側の表面に複数のアンテナ素子１０１が実装されており、当面から電波の送信もしくは受信を行う。
【００１１】
例えば、当フェーズドアレイアンテナは図３のように湾曲するものとする。湾曲する方向が面ａ１ａ２ｃ２ｃ１と曲面ｂ１ｂ２ｂ３ｂ４とが常に直角をなすように当フェーズドアレイアンテナの構造がなっている。なお、湾曲した際に曲面ｂ１ｂ２ｂ３ｂ４は当曲面上の全ての線において曲面上の長さは変化しない、つまり湾曲はしても伸び縮みしない構造となっている、もしくはそのような平面を想定する。また、湾曲していない状態での直方体ａ１ａ２ａ３ａ４ｃ１ｃ２ｃ３ｃ４内における面ｂ１ｂ２ｂ３ｂ４に直角な全ての線分は、湾曲後も面ｂ１ｂ２ｂ３ｂ４に対し直角となる構造となっている。
【００１２】
また、曲面ｂ１ｂ２ｂ３ｂ４上、なおかつ図２の状態における面ａ１ａ２ｃ２ｃ１と平行な線ｓ０ｓ７上に等間隔に傾斜センサ１０２がｓ０〜ｓ６に７個取付けられている。傾斜センサ１０２は、垂直方向を基準とした取付けられた面の法線方向を検出できるセンサである。例えば、傾斜センサ１０２は面ａ１ａ２ａ３ａ４側を正とする法線を単位ベクトル（以降法線ベクトル）として出力する。
【００１３】
次に、このように構成されたアンテナ装置の動作について説明する。
【００１４】
フェーズドアレイアンテナが上記構成条件のもと図３のように湾曲した場合、フェーズドアレイアンテナの湾曲状態は、曲線ｓ０ｓ７の形状により一意的に特定できる。また、曲線ｓ０ｓ７は、隣り合う傾斜センサ間の曲線ｓ０ｓ１,ｓ２ｓ３,ｓ２ｓ３,ｓ３ｓ４,ｓ４ｓ５,ｓ５ｓ６それぞれの曲線の形状により特定できる。更に曲線ｓ０ｓ１,ｓ１ｓ２,ｓ２ｓ３,ｓ３ｓ４,ｓ４ｓ５,ｓ５ｓ６の形状は、それぞれの曲線の長さが、その曲線内の全ての点における曲率半径に対し十分に小さいとき、曲率半径のみで一意的に近似として特定することができる。
【００１５】
図４は、位相設定量の計算手順を示すフローチャートである。図５は、この計算を説明するための角度関係を示す図である。図５に示すように、曲線ｓ０ｓ１の曲率半径ｒ０１は、傾斜センサｓ０と傾斜センサｓ１により検出された２つの法線ベクトルがなす角度θ０１[ｒａｄ]を用いて計算することができる。
【００１６】
図４において、傾斜センサｓ０と傾斜センサｓ１との差分を計算し（ステップ４０１）、に曲線ｓ０ｓ１の長さをＬ０１とすると、曲率半径ｒ０１は次式のように計算できる（ステップ４０２）。
ｒ０１＝Ｌ０１／θ０１
曲線ｓ１ｓ２,ｓ２ｓ３,ｓ３ｓ４,ｓ４ｓ５,ｓ５ｓ６における曲率半径も同様にして算出できることから、上記方法により、フェーズドアレイアンテナの湾曲状態を近似的に特定することができる。
【００１７】
次に、上記特定された湾曲状態に基づいてアンテナ素子１０１それぞれの基準座標を計算する（ステップ４０３）。各アンテナ素子１０１の基準座標をもとに各送信機１１の移相器に対する位相設定量を計算する（ステップ４０４）。
【００１８】
フェーズドアレイアンテナは、内蔵する移相器に対し適切な位相設定量を設定し、所望の電波指向性パターン形状を形成しようとする機能を有している。上記適切な位相設定量の計算には、複数有するアンテナ素子それぞれの基準座標の情報が必要となる。上記方法により、たとえフェーズドアレイアンテナが湾曲している状態でも、フェーズドアレイアンテナの湾曲状態は特定できることから、アンテナ素子それぞれの基準座標も特定できることができ、一般的なフェーズドアレイアンテナの特性の範囲において所望の電波指向性パターン形状を形成することが可能となる。
【００１９】
図６は、本実施形態に係るアンテナ装置の電波指向性を示したもので、横軸に角度［°］、縦軸に振幅［ｄＢ］を示す。図６（ａ）には補正なしの場合、図６（ｂ）には補正ありの場合を示す。図６（ａ）、図６（ｂ）ともに０°方向にメインローブを形成しているが、図６（ａ）で発生していたメインローブの肩の形状が図６（ｂ）では無くなり、電波指向性が改善されていることがわかる。
【００２０】
なお、湾曲状態が特定できる状態では、７個の傾斜センサのうちどれか１つの傾斜情報を用いれば、フェーズドアレイアンテナ全体の絶対的な傾斜状態も特定できる。これにより、たとえフェーズドアレイアンテナが回転した場合においても、フェーズドアレイアンテナ外部からの情報を必要とすることなく、一般的なフェーズドアレイアンテナの特性の範囲において所望な方向へ電波指向性パターンを形成することが可能となる。
【００２１】
上記効果は、傾斜センサでの法線ベクトルの検出と、検出された情報から移相器への位相設定量の設定を行うまでの処理を繰り返し行うことにより、フェーズドアレイアンテナの湾曲形状が連続的に変化しても、当変化を追従する形で随時一般的なフェーズドアレイアンテナの特性の範囲において所望な電波指向性パターンを形状および方向ともに形成することが可能となる。
【００２２】
（変形例）
さらに、本実施形態について、次のような変形例が考えられる。図７にアンテナ部１０の変形例を示す。図７では、曲面ｂ１ｂ２ｂ３ｂ４上、なおかつ図２の状態における面ａ１ａ２ｃ２ｃ１と平行な４本の線ｓ００〜ｓ０５、ｓ１０〜ｓ１４、ｓ２０〜ｓ２５、ｓ３０〜ｓ３４上に等間隔に傾斜センサ１０２を取り付ける。このように取り付けられた傾斜センサ１０２の検出情報をもとに、上記実施形態と同様の動作を行う。
【００２３】
図７のように構成することで、上記実施形態では、図１に示したように湾曲する方向を１方向に限定していたが、変形例によればこの条件を緩和し、湾曲する方向を任意のものとすることができる。すなわち、上記のように構成を緩和した状態で、実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００２４】
なお、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００２５】
１０…アンテナ部、１０１…アンテナ素子、１０２…傾斜センサ、１１…送受信機、１２…信号処理部、１３…湾曲状態計算部。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、複数のアンテナ素子を配列したアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、アンテナ装置が湾曲・変形した場合には、アンテナ装置としての性能が劣化する。特にフェーズドアレイアンテナにおいては、各アンテナ素子から送受信されるＲＦ信号の位相が不適切となり、形成される電波指向性パターンの特性が劣化する。この劣化を低減するためには、アンテナ装置の湾曲・変形の状態を検出し、適切な位相設定量を算出する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３０８１９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、従来では、アンテナ装置運用時に湾曲・変形の状態が連続的に変化した際の検出を行うことができず、上記状態での性能劣化を回避することができなかった。
【０００５】
本実施形態の目的は、アンテナ装置運用時の性能劣化を低減することができるアンテナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態に係るアンテナ装置は、平面上に配列した複数のアンテナ素子と、前記平面と平行な線上に実装した複数の傾斜センサと、前記傾斜センサの検出情報をもとに前記平面の湾曲状態を示すデータを計算する計算手段と、前記アンテナ素子による受信信号を前記湾曲状態に基づいて補正する補正手段とを具備する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施形態に係るアンテナ装置の構成を示すブロック図。
【図２】アンテナ部の構成例を示す図。
【図３】図２のアンテナ部が湾曲した状態を示す図。
【図４】位相設定量の計算手順を示すフローチャート。
【図５】角度関係を示す図。
【図６】本実施形態に係るアンテナ装置の電波指向性を示す図。
【図７】アンテナ部の変形例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら本実施形態に係るアンテナ装置を説明する。
【０００９】
図１は、本実施形態に係るアンテナ装置の構成を示すブロック図である。このアンテナ装置は、複数のアンテナ素子１０１及び複数の傾斜センサ１０２を実装するアンテナ部１０、各アンテナ素子１０１に接続される複数の送受信機１１、信号処理部１２、並びに湾曲状態計算部１３を備える。各送受信機１１は、アンテナ素子１０１による受信信号の位相を制御する移相器を備える。信号処理部１２は、受信信号に対して信号処理を施すことにより電波指向性の制御などを行う。
【００１０】
図２は、アンテナ部１０の実施例１を示したものである。図２のように直方体ａ１ａ２ａ３ａ４ｃ１ｃ２ｃ３ｃ４で表される線分ａ１ｃ１方向に対し薄いフェーズドアレイアンテナを想定する。面ａ１ａ２ａ３ａ４側の表面に複数のアンテナ素子１０１が実装されており、当面から電波の送信もしくは受信を行う。
【００１１】
例えば、当フェーズドアレイアンテナは図３のように湾曲するものとする。湾曲する方向が面ａ１ａ２ｃ２ｃ１と曲面ｂ１ｂ２ｂ３ｂ４とが常に直角をなすように当フェーズドアレイアンテナの構造がなっている。なお、湾曲した際に曲面ｂ１ｂ２ｂ３ｂ４は当曲面上の全ての線において曲面上の長さは変化しない、つまり湾曲はしても伸び縮みしない構造となっている、もしくはそのような平面を想定する。また、湾曲していない状態での直方体ａ１ａ２ａ３ａ４ｃ１ｃ２ｃ３ｃ４内における面ｂ１ｂ２ｂ３ｂ４に直角な全ての線分は、湾曲後も面ｂ１ｂ２ｂ３ｂ４に対し直角となる構造となっている。
【００１２】
また、曲面ｂ１ｂ２ｂ３ｂ４上、なおかつ図２の状態における面ａ１ａ２ｃ２ｃ１と平行な線ｓ０ｓ７上に等間隔に傾斜センサ１０２がｓ０〜ｓ６に７個取付けられている。傾斜センサ１０２は、垂直方向を基準とした取付けられた面の法線方向を検出できるセンサである。例えば、傾斜センサ１０２は面ａ１ａ２ａ３ａ４側を正とする法線を単位ベクトル（以降法線ベクトル）として出力する。
【００１３】
次に、このように構成されたアンテナ装置の動作について説明する。
【００１４】
フェーズドアレイアンテナが上記構成条件のもと図３のように湾曲した場合、フェーズドアレイアンテナの湾曲状態は、曲線ｓ０ｓ７の形状により一意的に特定できる。また、曲線ｓ０ｓ７は、隣り合う傾斜センサ間の曲線ｓ０ｓ１,ｓ２ｓ３,ｓ２ｓ３,ｓ３ｓ４,ｓ４ｓ５,ｓ５ｓ６それぞれの曲線の形状により特定できる。更に曲線ｓ０ｓ１,ｓ１ｓ２,ｓ２ｓ３,ｓ３ｓ４,ｓ４ｓ５,ｓ５ｓ６の形状は、それぞれの曲線の長さが、その曲線内の全ての点における曲率半径に対し十分に小さいとき、曲率半径のみで一意的に近似として特定することができる。
【００１５】
図４は、位相設定量の計算手順を示すフローチャートである。図５は、この計算を説明するための角度関係を示す図である。図５に示すように、曲線ｓ０ｓ１の曲率半径ｒ０１は、傾斜センサｓ０と傾斜センサｓ１により検出された２つの法線ベクトルがなす角度θ０１[ｒａｄ]を用いて計算することができる。
【００１６】
図４において、傾斜センサｓ０と傾斜センサｓ１との差分を計算し（ステップ４０１）、に曲線ｓ０ｓ１の長さをＬ０１とすると、曲率半径ｒ０１は次式のように計算できる（ステップ４０２）。
ｒ０１＝Ｌ０１／θ０１
曲線ｓ１ｓ２,ｓ２ｓ３,ｓ３ｓ４,ｓ４ｓ５,ｓ５ｓ６における曲率半径も同様にして算出できることから、上記方法により、フェーズドアレイアンテナの湾曲状態を近似的に特定することができる。
【００１７】
次に、上記特定された湾曲状態に基づいてアンテナ素子１０１それぞれの基準座標を計算する（ステップ４０３）。各アンテナ素子１０１の基準座標をもとに各送信機１１の移相器に対する位相設定量を計算する（ステップ４０４）。
【００１８】
フェーズドアレイアンテナは、内蔵する移相器に対し適切な位相設定量を設定し、所望の電波指向性パターン形状を形成しようとする機能を有している。上記適切な位相設定量の計算には、複数有するアンテナ素子それぞれの基準座標の情報が必要となる。上記方法により、たとえフェーズドアレイアンテナが湾曲している状態でも、フェーズドアレイアンテナの湾曲状態は特定できることから、アンテナ素子それぞれの基準座標も特定できることができ、一般的なフェーズドアレイアンテナの特性の範囲において所望の電波指向性パターン形状を形成することが可能となる。
【００１９】
図６は、本実施形態に係るアンテナ装置の電波指向性を示したもので、横軸に角度［°］、縦軸に振幅［ｄＢ］を示す。図６（ａ）には補正なしの場合、図６（ｂ）には補正ありの場合を示す。図６（ａ）、図６（ｂ）ともに０°方向にメインローブを形成しているが、図６（ａ）で発生していたメインローブの肩の形状が図６（ｂ）では無くなり、電波指向性が改善されていることがわかる。
【００２０】
なお、湾曲状態が特定できる状態では、７個の傾斜センサのうちどれか１つの傾斜情報を用いれば、フェーズドアレイアンテナ全体の絶対的な傾斜状態も特定できる。これにより、たとえフェーズドアレイアンテナが回転した場合においても、フェーズドアレイアンテナ外部からの情報を必要とすることなく、一般的なフェーズドアレイアンテナの特性の範囲において所望な方向へ電波指向性パターンを形成することが可能となる。
【００２１】
上記効果は、傾斜センサでの法線ベクトルの検出と、検出された情報から移相器への位相設定量の設定を行うまでの処理を繰り返し行うことにより、フェーズドアレイアンテナの湾曲形状が連続的に変化しても、当変化を追従する形で随時一般的なフェーズドアレイアンテナの特性の範囲において所望な電波指向性パターンを形状および方向ともに形成することが可能となる。
【００２２】
（変形例）
さらに、本実施形態について、次のような変形例が考えられる。図７にアンテナ部１０の変形例を示す。図７では、曲面ｂ１ｂ２ｂ３ｂ４上、なおかつ図２の状態における面ａ１ａ２ｃ２ｃ１と平行な４本の線ｓ００〜ｓ０５、ｓ１０〜ｓ１４、ｓ２０〜ｓ２５、ｓ３０〜ｓ３４上に等間隔に傾斜センサ１０２を取り付ける。このように取り付けられた傾斜センサ１０２の検出情報をもとに、上記実施形態と同様の動作を行う。
【００２３】
図７のように構成することで、上記実施形態では、図１に示したように湾曲する方向を１方向に限定していたが、変形例によればこの条件を緩和し、湾曲する方向を任意のものとすることができる。すなわち、上記のように構成を緩和した状態で、実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００２４】
なお、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００２５】
１０…アンテナ部、１０１…アンテナ素子、１０２…傾斜センサ、１１…送受信機、１２…信号処理部、１３…湾曲状態計算部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面上に配列した複数のアンテナ素子と、
前記平面と平行な線上に実装した複数の傾斜センサと、
前記傾斜センサの検出情報をもとに前記平面の湾曲状態を示すデータを計算する計算手段と、
前記アンテナ素子による受信信号を前記湾曲状態に基づいて補正する補正手段と
を具備することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記補正手段は、前記傾斜センサの検出情報から特定される前記平面全体の傾斜状態に基づいて前記アンテナ素子により形成される電波指向性パターンのビーム方向を補正することをさらに特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記アンテナ素子による受信信号の位相を制御する複数の移相器をさらに具備し、
前記補正手段は、前記湾曲状態に基づいて前記移相器の移相設定量を補正することを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記計算手段及び前記補正手段を繰り返し行うことにより前記平面の湾曲状態の変化を追従することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項１】
平面上に配列した複数のアンテナ素子と、
前記平面と平行な線上に実装した複数の傾斜センサと、
前記傾斜センサの検出情報をもとに前記平面の湾曲状態を示すデータを計算する計算手段と、
前記アンテナ素子による受信信号を前記湾曲状態に基づいて補正する補正手段と
を具備することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記補正手段は、前記傾斜センサの検出情報から特定される前記平面全体の傾斜状態に基づいて前記アンテナ素子により形成される電波指向性パターンのビーム方向を補正することをさらに特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記アンテナ素子による受信信号の位相を制御する複数の移相器をさらに具備し、
前記補正手段は、前記湾曲状態に基づいて前記移相器の移相設定量を補正することを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記計算手段及び前記補正手段を繰り返し行うことにより前記平面の湾曲状態の変化を追従することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２２７７５３（Ｐ２０１２−２２７７５３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９３８９７（Ｐ２０１１−９３８９７）
【出願日】平成２３年４月２０日（２０１１．４．２０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２０日（２０１１．４．２０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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