移相値算出装置、移相器制御装置及びプログラム
【課題】アンテナ利得劣化量を確実にかつ効果的に低減させるための移相値を算出する。
【解決手段】移相値算出部２０の利得劣化量算出手段２２は、移相器２の量子化移相誤差、移相器２の移相損及びアンテナ素子１に対する振幅重み付けを反映した式（１）によって、移相オフセット値Ｐｏを変化させアンテナ利得劣化量Ｄを算出し、アンテナ利得劣化量Ｄと移相オフセット値Ｐｏとを対応付けて利得劣化量メモリ２３に記憶する。最適移相値設定手段２４は、利得劣化量メモリ２３から、アンテナ利得劣化量Ｄが最小となる移相オフセット値Ｐｏを抽出し、これを最適移相オフセット値Ｐooptとして最適量子化移相値φＱopt_kを算出し、これを移相設定値として出力する。これにより、移相器２は、アンテナ利得劣化量Ｄが最小となる移相設定値に基づいて制御され、アンテナ素子１には、アンテナ利得劣化量Ｄを最小に抑えたビームが、所定のビーム指向方向に形成される。
【解決手段】移相値算出部２０の利得劣化量算出手段２２は、移相器２の量子化移相誤差、移相器２の移相損及びアンテナ素子１に対する振幅重み付けを反映した式（１）によって、移相オフセット値Ｐｏを変化させアンテナ利得劣化量Ｄを算出し、アンテナ利得劣化量Ｄと移相オフセット値Ｐｏとを対応付けて利得劣化量メモリ２３に記憶する。最適移相値設定手段２４は、利得劣化量メモリ２３から、アンテナ利得劣化量Ｄが最小となる移相オフセット値Ｐｏを抽出し、これを最適移相オフセット値Ｐooptとして最適量子化移相値φＱopt_kを算出し、これを移相設定値として出力する。これにより、移相器２は、アンテナ利得劣化量Ｄが最小となる移相設定値に基づいて制御され、アンテナ素子１には、アンテナ利得劣化量Ｄを最小に抑えたビームが、所定のビーム指向方向に形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のアンテナ素子、複数の移相器、及び移相器制御装置により構成されるフェーズドアレイアンテナシステムにおいて、各移相器の最適な移相値を算出する移相値算出装置、最適な移相値に基づいて移相器を制御する移相器制御装置、及びプログラムに関わるものである。
【背景技術】
【０００２】
フェーズドアレイアンテナシステムは、複数のアンテナ素子、及びアンテナ素子毎に設けられた移相器により構成されるリフレクトアレイアンテナ等のフェーズドアレイアンテナと、移相器を制御する制御装置（移相器制御装置）とを備えて構成される。移相器制御装置は、各移相器の移相値を制御することにより、所望の方向にアンテナのビームを指向することができる。移相器としてディジタル移相器を用いた場合には、所要の理想移相値（アナログ値）を量子化するため、量子化後の量子化移相値（ディジタル値）と理想移相値（アナログ値）との間の差、すなわち量子化移相誤差によってアンテナ利得の劣化が生じる。
【０００３】
アンテナ利得の劣化が生じると、ビーム指向方向の電波の送信電力及び受信電力が低下し、これにより、伝送する情報の品質が劣化してしまう。このような場合には、伝送する情報の品質劣化を避けるために、送信電力の増力を行う必要がある。したがって、フェーズドアレイアンテナシステムでは、アンテナ利得の劣化をできる限り抑えることが望ましい。
【０００４】
このような量子化移相誤差によって生じるアンテナ利得劣化量を低減させるために、最適な移相値を算出する移相値算出装置が知られている（特許文献１を参照）。この移相値算出装置は、量子化する前の理想移相値に対する最適移相オフセット値Ｐoopを求め、理想移相値に最適移相オフセット値Ｐoopを加えた最適オフセット理想移相値を求め、最適オフセット理想移相値を量子化して最適量子化移相値を求める。この最適量子化移相値に基づいて移相器を制御することにより、アンテナ利得劣化量を低減させることができる。
【０００５】
図６は、最適な移相値を算出する従来技術を説明するブロック図であり、フェーズドアレイアンテナシステムのブロック構成、及び移相設定値を求める処理フローを示している。このフェーズドアレイアンテナシステムは、移相値算出装置１００、アンテナ特性解析手段１０１、入力装置１０２、移相設定器１０３及びフェーズドアレイアンテナ１０４を備えている。フェーズドアレイアンテナ１０４は、複数のアンテナ素子、及びアンテナ素子毎に設けられた移相器により構成される。
【０００６】
アンテナ特性解析手段１０１は、電磁気学的な理論に基づいてアンテナ特性を解析し、フェーズドアレイアンテナ１０４に対するアナログの理想移相値を移相器毎に求める。移相値算出装置１００は、アンテナ特性解析手段１０１により求めたアナログの理想移相値に基づいて、量子化による利得劣化が最小になる最適理想オフセット値を求め、量子化した最適な移相値（移相設定値）を移相器毎に求める。入力装置１０２は、各アンテナ素子及び移相器に対応する量子化された移相設定値を移相設定器１０３に入力する。移相設定器１０３は、入力装置１０２により入力された移相設定値をフェーズドアレイアンテナ１０４の各移相器に設定する。
【０００７】
移相値算出装置１００は、理想移相値保持手段１１０、移相値量子化手段１１１、移相値算出手段１１２及び移相設定値保持手段１１３を備えている。理想移相値保持手段１１０は、アンテナ特性解析手段１０１により求めたアナログの理想移相値を保持する。
【０００８】
移相値算出手段１１２は、理想移相値保持手段１１０から移相器毎の理想移相値を入力し（ステップＳ１００）、移相器毎の理想移相値に対して所定の移相オフセット値Ｐｏを設定し（ステップＳ１０１）、理想移相値に移相オフセット値Ｐｏを加えてオフセットし、オフセット理想移相値を求める（ステップＳ１０２）。
【０００９】
そして、移相値算出手段１１２は、移相値量子化手段１１１によってオフセット理想移相値を量子化し、オフセット量子化移相値を求め、オフセット理想移相値（アナログ値）とオフセット量子化移相値（ディジタル値）との間の量子化移相誤差について二乗平均平方根（ＲＭＳ：Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）を求める。また、移相値算出手段１１２は、移相オフセット値を変化させながら、量子化移相誤差のＲＭＳが最小となる最適移相オフセット値Ｐoopを求める（ステップＳ１０３）。移相値算出手段１１２は、移相器毎の理想移相値を最適移相オフセット値Ｐoopによりオフセットした最適オフセット理想移相値を求め、これを移相値量子化手段１１１によって量子化し、最適量子化移相値を移相設定値とする（ステップＳ１０４）。
【００１０】
移相設定値保持手段１１３は、移相値算出手段１１２により算出された移相器毎の移相設定値を保持する。このようにして、移相値算出装置１００の移相設定値保持手段１１３に保持された移相器毎の移相設定値は、入力装置１０２及び移相設定器１０３を介して、フェーズドアレイアンテナ１０４の各移相器に設定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第４１７７２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述の特許文献１では、フェーズドアレイアンテナ１０４のアンテナ利得劣化量を低減させるために、量子化移相誤差のＲＭＳが最小になるように移相値を求めている。しかしながら、一般に、フェーズドアレイアンテナ１０４の移相器には挿入損があり、挿入損は、設定される移相値によって変化し、アンテナ利得を劣化させてしまう。したがって、アンテナ利得劣化量は、量子化移相誤差と移相器の挿入損との複合的な影響によって決まると考えられるから、量子化移相誤差のＲＭＳが最小のときに、必ずしもアンテナ利得劣化量が最小になるとは限らない。すなわち、アンテナ利得劣化量をより効果的に低減させるためには、量子化移相誤差の影響と、移相値によって変化する移相器の挿入損の影響とを同時に考慮した移相値を求めることが必要である。
【００１３】
また、フェーズドアレイアンテナ１０４の各アンテナ素子に対して振幅重み付けがされている場合には、その重みに応じて、量子化移相誤差及び挿入損の影響度が変化する。しかしながら、特許文献１では、振幅重み付けを考慮した具体的なアンテナ利得劣化量を求める手法は示されていない。アンテナ素子に対する振幅重み付けは、フェーズドアレイアンテナ１０４の各アンテナ素子におけるビーム（電波）の振幅を相対的に変化させるための重みである。アンテナ素子毎に設けられた移相器は、設定された振幅重み付けに応じて、電波の振幅を変化させる。
【００１４】
さらに、特許文献１では、アンテナ利得劣化量を低減させるために、量子化移相誤差のＲＭＳが最小となるように移相値を算出しており、これは、アンテナ利得劣化量が、量子化移相誤差のＲＭＳに対する単調増加関数であることを示す計算結果に基づいている。その計算結果は、ある特定のフェーズドアレイアンテナ１０４において導き出されたものであり、多くのフェーズドアレイアンテナ１０４において同様の傾向を示すと考えられる。
【００１５】
しかしながら、アンテナ利得劣化量が単調増加関数であることを示す計算結果は、必ずしも全てのフェーズドアレイアンテナ１０４に当てはまるとは限らない。特に、量子化ビット数が少ない移相器の場合には、アンテナ利得劣化量は、必ずしも、量子化移相誤差のＲＭＳに対する単調増加関数になるとは限らない。
【００１６】
図７は、図６に示した従来技術のフェーズドアレイアンテナシステムにおいて、量子化ビット数が１の移相器を備えたフェーズドアレイアンテナ１０４についての量子化移相誤差のＲＭＳとアンテナ利得劣化量の関係を示すシミュレーション結果である。このシミュレーション結果は、以下に示す条件にて計算されたものである。
（１）アンテナタイプ：リフレクトアレイアンテナ
（２）アンテナ素子の配列：格子状、縦横４０×４０素子
（３）アンテナ素子の間隔：縦横０．７λ（λは電波の波長）
（４）一次放射器（点波源）の位置：アンテナ素子アレイの正面４６λの距離
（５）ビーム指向方向：アジマス０度、エレベーション０度
【００１７】
図７から、アンテナ利得劣化量は、量子化移相誤差のＲＭＳ値が大きくなるに従って単調増加しているが、量子化移相誤差のＲＭＳが０．８８９ｒａｄ及び０．９２２ｒａｄ付近に、単調増加していない部分があることがわかる。これは、移相器の挿入損の影響を無視できる場合においても、従来のように量子化移相誤差のＲＭＳが最小になるように移相値を設定したときに、アンテナ利得劣化量を最小にすることができない場合があることを示している。
【００１８】
したがって、量子化移相誤差のＲＭＳに基づいてアンテナ利得劣化量を最小にする手法ではなく、量子化移相誤差、移相器の挿入損及び振幅重み付けから、アンテナ利得劣化量を直接求める手法を用いることが望ましい。
【００１９】
一方、量子化ビット数が大きい場合には、量子化移相誤差が小さくなり、量子化移相誤差の影響によるアンテナ利得劣化量も小さくなる。この場合、量子化移相誤差よりも移相器の挿入損の方が、アンテナ利得劣化量に与える影響が大きくなる。つまり、量子化移相誤差のみに着目した特許文献１の手法では、量子化ビット数が大きい場合に、必ずしも、アンテナ利得劣化量を低減させるための適切な移相値を求めることができるとは限らない。
【００２０】
そこで、本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、アンテナ利得劣化量を確実にかつ効果的に低減させるための移相値を算出する移相値算出装置、移相設定装置により求めた移相値を用いて移相器を制御する移相器制御装置、及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、移相器の量子化移相誤差の影響に加え、移相器の挿入損の影響、及びアンテナ素子に対する振幅重み付けの影響を考慮したアンテナ利得劣化量Ｄが、以下の式で表されることを見出した。
【数１】
ここで、Ｎは移相器の数、ｋは移相器の番号を表す。ａｋ，φｋは、移相器番号ｋのアンテナ素子に対する理想振幅値（振幅重み付け）及び理想移相値をそれぞれ表す。φＱｋは、移相器番号ｋの移相器における量子化移相値である。すなわち、φＱｋ−φｋは量子化移相誤差を表す。αφＱｋは、量子化移相値がφＱｋのときの移相器の挿入損を表す係数、すなわち、移相器の入力信号の振幅に対する出力信号の振幅の比であり、０から１までの範囲の値をとる。
【００２２】
前記式（１）において、対数の真数部分の分母は、移相器の量子化移相誤差及び移相器の挿入損の影響がない場合の理想的なフェーズドアレイアンテナのアンテナ利得を表す。分子は、移相器の量子化移相誤差、移相器の挿入損及びアンテナ素子に対する振幅重み付けの影響を考慮した場合のアンテナ利得を表す。移相器の量子化移相誤差が大きい場合、アンテナ利得劣化量Ｄは大きくなり、移相器の量子化移相誤差が小さい場合、アンテナ利得劣化量Ｄは小さくなる。また、移相器の挿入損が大きい場合、アンテナ利得劣化量Ｄは大きくなり、移相器の挿入損が小さい場合、アンテナ利得劣化量Ｄは小さくなる。
【００２３】
前記式（１）において、対数の真数部分の分母は、次の処理により導出される。フェーズドアレイアンテナの電界放射パターンは、球座標系を表す角度（θ，φ）の関数として、各アンテナ素子の励振電流の合成により、以下の式で表される。
【数２】
【００２４】
ここで、ａｋは、ｋ番目のアンテナ素子における振幅、ｅｘｐの項は位相を表す。また、ｕ及びｕ０は、以下の式で表される。
【数３】
【数４】
（ｘｋ，ｙｋ，ｚｋ）は、ｋ番目のアンテナ素子の座標を表し、（θ０，φ０）は、アンテナのビームを指向させる方向を表す。
【００２５】
前記式（２）より、ビーム指向方向の電界は、以下の式で表される。
【数５】
【００２６】
このため、ビーム指向方向の利得は、以下の式で表される。
【数６】
この式（６）が、前記式（１）における対数の真数部分の分母となっている。
【００２７】
一方、前記式（１）において、対数の真数部分の分子も、分母の場合と同様に導出される。分子の場合は、振幅には移相器の挿入損の係数αφＱｋが掛かり、移相には量子化移相誤差φＱｋ−φｋが加わるから、フェーズドアレイアンテナの電界放射パターンは、以下の式で表される。
【数７】
【００２８】
これにより、ビーム指向方向の電界は、以下の式で表される。
【数８】
【００２９】
このため、ビーム指向方向の利得は、以下の式で表される。
【数９】
この式（９）が、前記式（１）における対数の真数部分の分子になっている。尚、前記式（７）及び（８）における電界の絶対的な値及び真の利得は、実際には固定係数を乗算することによって求められるが、ここでは相対的な値がわかればよいので省略してある。
【００３０】
前記式（１）を用いることにより、移相器の量子化移相誤差の影響、移相器の挿入損の影響、及びアンテナ素子に対する振幅重み付けの影響を総合的に考慮したアンテナ利得劣化量を直接求めることができる。そして、このアンテナ利得劣化量を最小にする移相器毎の移相値を求め、この移相値に基づいて移相器を制御することにより、アンテナ利得劣化量を確実にかつ効果的に低減させることができる。尚、移相器の量子化移相誤差の影響に加え、移相器の挿入損の影響を考慮してアンテナ利得劣化量を直接求め、移相器毎の移相値を求めるようにしてもよいし、移相器の量子化移相誤差の影響に加え、アンテナ素子に対する振幅重み付けの影響を考慮したアンテナ利得劣化量を直接求め、移相器毎の移相値を求めるようにしてもよい。また、移相器の挿入損のみの影響を考慮して、移相器毎の移相値を求めるようにしてもよいし、移相器の挿入損の影響に加え、アンテナ素子に対する振幅重み付けの影響を考慮して、移相器毎の移相値を求めるようにしてもよい。
【００３１】
すなわち、本発明による移相値算出装置は、フェーズドアレイアンテナの移相器を制御するための量子化した移相設定値を算出する移相値算出装置において、アナログの理想移相値に所定の移相オフセット値を加えて量子化し、前記量子化して得た量子化移相値と前記アナログの理想移相値との間の量子化移相誤差、及び前記量子化移相値のときの移相器の挿入損に基づいて、アンテナ利得劣化量を算出する利得劣化量算出手段と、前記移相オフセット値と前記アンテナ利得劣化量とを記憶するメモリと、前記移相器を制御するための移相設定値を算出する移相値設定手段と、を備え、前記利得劣化量算出手段が、前記移相オフセット値を変化させてそれぞれのアンテナ利得劣化量を算出し、前記移相オフセット値と前記移相オフセット値に対応するアンテナ利得劣化量とを前記メモリにそれぞれ記憶し、前記移相値設定手段が、前記メモリに記憶された複数のアンテナ利得劣化量のうちの最小のアンテナ利得劣化量を特定し、前記最小のアンテナ利得劣化量に対応する移相オフセット値を前記メモリから読み出し、前記アナログの理想移相値に前記移相オフセット値を加えて量子化し、前記量子化して得た量子化移相値を前記移相設定値とする、ことを特徴とする。
【００３２】
また、本発明による移相値算出装置は、前記利得劣化量算出手段が、前記量子化移相誤差及び移相器の挿入損に基づいてアンテナ利得劣化量を算出する代わりに、前記量子化移相誤差、及び前記フェーズドアレイアンテナのアンテナ素子に対する振幅重み付けに基づいて、アンテナ利得劣化量を算出する、ことを特徴とする。
【００３３】
また、本発明による移相値算出装置は、前記利得劣化量算出手段が、前記量子化移相誤差、前記量子化移相値のときの移相器の挿入損、及び前記フェーズドアレイアンテナのアンテナ素子に対する振幅重み付けに基づいて、アンテナ利得劣化量を算出する、ことを特徴とする。
【００３４】
また、本発明による移相値算出装置は、前記利得劣化量算出手段が、前記量子化移相値のときの移相器の挿入損に基づいて、または、前記移相器の挿入損、及び前記フェーズドアレイアンテナのアンテナ素子に対する振幅重み付けに基づいて、アンテナ利得劣化量を算出する、ことを特徴とする。
【００３５】
また、本発明による移相値算出装置は、前記利得劣化量算出手段の代わりに利得算出手段を備え、前記利得算出手段が、アナログの理想移相値をφｋ、量子化移相値をφＱｋ、前記量子化移相値φＱｋのときの移相器の挿入損をαφＱｋ、フェーズドアレイアンテナのアンテナ素子に対する振幅重み付けをａｋ、移相器の番号をｋ、及び移相器の数をＮとした場合、
［数式］
により、移相器毎の個別利得を合計して利得を算出する際に、前記移相オフセット値を変化させてそれぞれの利得を算出し、前記移相オフセット値と前記移相オフセット値に対応する利得とを前記メモリにそれぞれ記憶し、前記移相値設定手段が、前記メモリに記憶された複数の利得のうちの最大の利得を特定し、前記最大の利得に対応する移相オフセット値を前記メモリから読み出し、前記アナログの理想移相値に前記移相オフセット値を加えて量子化し、前記量子化して得た量子化移相値を前記移相設定値とする、ことを特徴とする。
【００３６】
さらに、本発明による移相器制御装置は、フェーズドアレイアンテナの移相器を制御し、所定のビーム指向方向にビームを形成する移相器制御装置において、前記移相値算出装置により複数のビーム指向方向についてそれぞれ算出された移相設定値を、前記ビーム指向方向に対応して記憶するメモリと、ユーザにより指定されたビーム指向方向に対応する移相設定値を、前記メモリから読み出すメモリ読み出し手段と、前記メモリ読み出し手段により読み出された移相設定値に基づいて、前記移相器を制御する移相器インタフェースと、を備えたことを特徴とする。
【００３７】
さらに、本発明による移相値算出プログラムは、コンピュータを、前記移相値算出装置として機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３８】
以上のように、本発明によれば、アンテナ利得劣化量を確実にかつ効果的に低減させることができる。つまり、従来よりも伝送する情報の品質を向上させ、送信電力を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施例１を説明するブロック図である。
【図２】移相値算出部の処理を示すフローチャートである。
【図３】移相オフセット値Ｐｏとアンテナ利得劣化量Ｄの関係を示すシミュレーション結果である。
【図４】移相オフセット値Ｐｏと量子化移相誤差のＲＭＳの関係を示すシミュレーション結果である。
【図５】実施例２を説明するブロック図である。
【図６】従来技術を説明するブロック図である。
【図７】量子化移相誤差のＲＭＳとアンテナ利得劣化量の関係を示すシミュレーション結果である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて詳細に説明する。
〔実施例１〕
まず、実施例１について説明する。実施例１は、ユーザにより任意に指定されたビーム指向方向を入力し、入力したビーム指向方向において、アンテナ利得劣化量を最小にするための移相器毎の移相値を算出し、この移相値に基づいて移相器を制御することにより、ユーザにより指定されたビーム指向方向にビーム形成を行う。
【００４１】
図１は、実施例１を説明するブロック図である。このフェーズドアレイアンテナシステムは、複数のアンテナ素子１、アンテナ素子毎に設けられた移相器２、伝送する情報を送信または受信する送受信機３、ユーザにより指定されたビーム指向方向にてアンテナ利得劣化量を最小にするための移相器毎の移相値を算出し、この移相値に基づいて移相器２を制御する移相器制御装置４−１を備えている。アンテナ素子１及び移相器２によりフェーズドアレイアンテナが構成される。移相器制御装置４−１は、アンテナ素子１、移相器２及び送受信機３と共に、送信装置に実装される。
【００４２】
移相器制御装置４−１は、ビーム指向方向入力インタフェース１０、移相値算出部２０（移相値算出装置）及び移相器インタフェース３０を備えている。ビーム指向方向入力インタフェース１０は、ユーザにより任意に指定されたビーム指向方向θを外部から入力し、入力したビーム指向方向θを移相値算出部２０に出力する。
【００４３】
移相値算出部２０は、ビーム指向方向入力インタフェース１０からビーム指向方向θを入力し、このビーム指向方向θにおける理想移相値φｋに対し所定の移相オフセット値Ｐｏを加えて量子化し、前記式（１）に示した、移相器２の量子化移相誤差、移相器２の挿入損及びアンテナ素子１に対する振幅重み付けの影響を総合的に考慮したアンテナ利得劣化量Ｄを求める。そして、移相値算出部２０は、アンテナ利得劣化量Ｄが最小になる移相オフセット値Ｐｏを求め、理想移相値φｋにこの移相オフセット値Ｐｏを加えて量子化した最適量子化移相値φＱopt_kを求め、これを移相設定値として移相器インタフェース３０に出力する。移相値算出部２０の詳細については後述する。
【００４４】
移相器インタフェース３０は、移相値算出部２０から、ビーム指向方向θにおける最適量子化移相値φＱopt_kである移相設定値を入力し、移相設定値を移相器２の制御信号に変換し、制御信号φＱopt_kを移相器２へ出力する。
【００４５】
このように、移相器制御装置４−１は、移相器インタフェース３０から、最適量子化移相値φＱopt_kである移相設定値が反映された制御信号φＱopt_kを移相器２へ出力することにより、移相器２を制御する。これにより、アンテナ素子１及び移相器２により構成されるフェーズドアレイアンテナにおいて、アンテナ利得劣化量Ｄを最小に抑えたビームが、ユーザにより指定されたビーム指向方向θに形成される。
【００４６】
（移相値算出部）
次に、図１に示した移相値算出部２０について詳細に説明する。図１に示すように、この移相値算出部２０は、理想移相値算出手段２１、利得劣化量算出手段２２、利得劣化量メモリ２３及び最適移相値設定手段（移相値設定手段）２４を備えている。図２は、移相値算出部２０の処理を示すフローチャートである。
【００４７】
移相値算出部２０の理想移相値算出手段２１は、ビーム指向方向入力インタフェース１０からビーム指向方向θを入力し（ステップＳ１）、ビーム指向方向θに基づいて、所定の数式により移相器２毎の理想移相値φｋ（ｋ＝１，２，・・・，Ｎ：Ｎは移相器２の数）を求める（ステップＳ２）。この理想移相値φｋを求める手法は既知であるから説明を省略する。理想移相値算出手段２１により求めた理想移相値φｋは、利得劣化量算出手段２２に出力される。
【００４８】
利得劣化量算出手段２２は、理想移相値算出手段２１から理想移相値φｋを入力し、理想移相値φｋに移相オフセット値Ｐｏ（初期値０）を加え、オフセット理想移相値φｋ＋Ｐｏを算出する（ステップＳ３）。ここで、同じ値の移相オフセット値Ｐｏが移相器２毎の理想移相値φｋに加えられる。そして、利得劣化量算出手段２２は、オフセット理想移相値φｋ＋Ｐｏを量子化し、量子化移相値φＱｋを算出する（ステップＳ４）。利得劣化量算出手段２２は、処理がステップＳ２から移行した場合、移相オフセット値Ｐｏ＝０として、入力した理想移相値φｋであるオフセット理想移相値φｋを量子化し、量子化移相値φＱｋを算出する。このように、利得劣化量算出手段２２は、理想移相値φｋを、移相器２の離散移相値に合わせて量子化し、量子化移相値φＱｋを求める。
【００４９】
利得劣化量算出手段２２は、ｋ番目の移相器２に対するアンテナ素子の理想振幅値（振幅重み付け）ａｋ、ｋ番目の移相器２における理想移相値φｋ、ｋ番目の移相器２における量子化移相値φＱｋ、及びこの量子化移相値φＱｋのときの移相器２の挿入損αφＱｋから前記式（１）によって、アンテナ利得劣化量Ｄを算出する（ステップＳ５）。尚、アンテナ素子の理想振幅値（振幅重み付け）ａｋは、アンテナ素子１及び移相器２毎に予め設定された既知の値であり、移相器２の挿入損αφＱｋは、量子化移相値φＱｋに応じて定められる既知の値である。
【００５０】
利得劣化量算出手段２２は、ステップＳ３にて用いた移相オフセット値Ｐｏ（最初はＰｏ＝０ｒａｄ）と、ステップＳ５にて算出したアンテナ利得劣化量Ｄとを対応付けて、利得劣化量メモリ２３に記憶する（ステップＳ６）。
【００５１】
利得劣化量算出手段２２は、移相オフセット値Ｐｏを微小量δＰｏ増加させ（ステップＳ７）、すなわち、Ｐｏ＝Ｐｏ＋δＰｏの計算を行い、新たな移相オフセット値Ｐｏを求め、新たな移相オフセット値Ｐｏが２π以上であるか否かを判定する（ステップＳ８）。
【００５２】
利得劣化量算出手段２２は、ステップＳ８において、新たな移相オフセット値Ｐｏが２π以上でないと判定した場合（ステップＳ８：Ｎ）、ステップＳ３へ移行する。利得劣化量算出手段２２は、ステップＳ３及びステップＳ４において、δＰｏ増加させた新たな移相オフセット値Ｐｏを用いて、オフセット理想移相値φｋ＋Ｐｏを算出し、このオフセット理想移相値φｋ＋Ｐｏを、再び移相器２の離散移相値に合わせて量子化し、量子化移相値φＱｋを求める。そして、前述の手順と同様に、ステップＳ５において、前記式（１）によってアンテナ利得劣化量Ｄを算出し、ステップＳ６において、移相オフセット値Ｐｏとアンテナ利得劣化量Ｄとを対応付けて、利得劣化量メモリ２３に記憶する。
【００５３】
このように、利得劣化量算出手段２２は、移相オフセット値Ｐｏの値を微小量δＰｏずつ増加させながら、移相オフセット値Ｐｏが２πまたは２π以上となるまで、ステップＳ３〜ステップＳ７の手順を繰り返し、移相オフセット値Ｐｏとアンテナ利得劣化量Ｄとを対応付けて利得劣化量メモリ２３に記憶する。
【００５４】
尚、ステップＳ７において、移相オフセット値Ｐｏの値を増加させる微小量δＰｏは、２πよりも十分小さい値、例えば、２π／２０ｒａｄである。微小量δＰｏが小さいほど、後述するステップＳ９において、アンテナ利得劣化量Ｄの最小値を精度よく決定することができる。
【００５５】
一方、利得劣化量算出手段２２は、ステップＳ８において、新たな移相オフセット値Ｐｏが２π以上であると判定した場合（ステップＳ８：Ｙ）、ステップＳ９へ移行する。この場合、利得劣化量メモリ２３には、移相オフセット値Ｐｏ及びアンテナ利得劣化量Ｄが、Ｐｏ＝０から２πまでの間の微小量δＰｏ刻みで記憶されている。
【００５６】
最適移相値設定手段２４は、ステップＳ８から移行して、利得劣化量メモリ２３に記憶された複数のアンテナ利得劣化量Ｄのうち、最小となるアンテナ利得劣化量Ｄを特定し、そのアンテナ利得劣化量Ｄに対応する移相オフセット値Ｐｏを利得劣化量メモリ２３から読み出して抽出する（ステップＳ９）。そして、抽出した移相オフセット値Ｐｏを最適移相オフセット値Ｐooptとする。最適移相値設定手段２４は、移相器２毎の理想移相値φｋに最適移相オフセット値Ｐooptを加え、移相器２毎の最適オフセット理想移相値φｋ＋Ｐooptを算出し（ステップＳ１０）、移相器２毎の最適オフセット理想移相値φｋ＋Ｐooptを移相器２の離散移相値に合わせて量子化し、移相器２毎の最適量子化移相値φＱopt_kを算出する（ステップＳ１１）。最適移相値設定手段２４は、移相器２毎の最適量子化移相値φＱopt_kを移相器２毎の移相設定値として移相器インタフェース３０に出力する（ステップＳ１２）。
【００５７】
尚、利得劣化量算出手段２２は、前記式（１）によってアンテナ利得劣化量Ｄを算出し、移相オフセット値Ｐｏと共に利得劣化量メモリ２３に記憶するようにしたが、利得劣化量算出手段２２の代わりとなる利得算出手段が、前記式（１）の代わりに前記式（９）におけるΣの演算部分の絶対値のみによって利得を算出し、この利得を移相オフセット値Ｐｏと共に、利得劣化量メモリ２３の代わりとなる利得メモリに記憶するようにしてもよい。すなわち、利得算出手段は、移相器２毎に、アンテナ素子に対する理想振幅値（振幅重み付け）ａｋに、量子化移相値φＱｋのときの移相器２の挿入損αφＱｋを乗算し、その乗算結果に、量子化移相誤差φＱｋ−φｋの指数関数値（ｅｘｐ｛ｊ（φＱｋ−φｋ）｝）を乗算して個別利得を算出し、全ての移相器２の個別利得を合計し、その合計の絶対値を全体の利得とする。そして、利得算出手段は、アンテナ利得劣化量Ｄの場合と同様に、ステップＳ９において、利得メモリから利得が最大の移相オフセット値Ｐｏ（最適移相オフセット値Ｐoopt）を抽出する。これにより、アンテナ利得劣化量Ｄの場合と同様の最適移相オフセット値Ｐooptが抽出されるから、前記式（１）によりアンテナ利得劣化量Ｄを算出する場合に比べ、利得を算出する際に計算量を削減することができる。
【００５８】
（移相オフセット値とアンテナ利得劣化量の関係）
次に、移相オフセット値Ｐｏとアンテナ利得劣化量Ｄとの間の関係について説明する。図３は、移相オフセット値Ｐｏとアンテナ利得劣化量Ｄとの間の関係を示すシミュレーション結果であり、前述の実施例１において、図３に示す関係を有する移相オフセット値Ｐｏ及びアンテナ利得劣化量Ｄが、図１に示した利得劣化量メモリ２３に記憶される。
【００５９】
このシミュレーション結果は、以下に示す条件にて計算されたものである。
（１）アンテナタイプ：リフレクトアレイアンテナ
（２）アンテナ素子の配列：格子状、縦横４０×４０素子
（３）アンテナ素子の間隔：縦横０．７λ
（４）一次放射器（点波源）位置: アンテナ素子アレイの正面４６λの距離
（５）一次放射器の利得：２０ｄＢｉ
（６）ビーム指向方向：アジマス０度、エレベーション０度
（７）移相器２へ設定可能な移相値：π／２，−π／２の２つの離散値
（８）移相器２の挿入損：移相値がπ／２のとき２．７ｄＢ、−π／２のとき５．３ｄＢ
【００６０】
図３から、移相オフセット値Ｐｏを３．７７ｒａｄとしたときに、アンテナ利得劣化量Ｄが最小の７．２５ｄＢとなることがわかる。移相値算出部２０の最適移相値設定手段２４は、最適移相オフセット値Ｐooptを３．７７ｒａｄとし、各移相器２の移相設定値を求める。
【００６１】
（移相オフセット値と量子化移相誤差のＲＭＳの関係）
次に、移相オフセット値Ｐｏと量子化移相誤差のＲＭＳとの間の関係について説明する。図４は、移相オフセット値Ｐｏと量子化移相誤差のＲＭＳとの間の関係を示すシミュレーション結果であり、移相器２の挿入損等を考慮することなく、量子化移相誤差のＲＭＳから最適移相オフセット値Ｐooptを求める従来技術に対応したものである。
【００６２】
図４から、移相オフセット値Ｐｏと量子化移相誤差のＲＭＳとの間には、移相の離散値間隔を周期として、同じ形のカーブになる関係があることがわかる。移相オフセット値Ｐｏを変化させる範囲は離散値間隔の範囲であり、このシミュレーションの場合はπである。したがって、０からπの範囲で最適移相オフセット値Ｐooptを求めると、量子化移相誤差のＲＭＳが最小となるときの０．９４ｒａｄとなる。これは、実際の移相器２の挿入損等を考慮した実施例１のシミュレーション結果（図３）における最適移相オフセット値Ｐoopt＝３．７７ｒａｄとは異なる結果である。図３において、移相オフセット値Ｐｏ＝０．９４ｒａｄのときアンテナ利得劣化量Ｄ＝７．７３であり、アンテナ利得劣化量Ｄは最小ではない。
【００６３】
このように、量子化移相誤差のＲＭＳから最適移相オフセット値Ｐooptを求める従来技術では、実施例１とは異なり、必ずしもアンテナ利得劣化量Ｄを最小にするとは限らない最適移相オフセット値Ｐooptが求められる。したがって、従来技術の最適移相オフセット値Ｐooptから求めた移相設定値を用いた場合には、アンテナ利得劣化量Ｄを最小にすることができない場合がある。これに対し、実施例１では、移相器２の挿入損等の影響も考慮しているから、実際のアンテナ利得劣化量Ｄが最小になる最適移相オフセット値Ｐooptが求められる。つまり、実施例１の最適移相オフセット値Ｐooptから求めた移相設定値を用いることにより、アンテナ利得劣化量Ｄを確実に最小にすることができる。
【００６４】
以上のように、図１に示した実施例１によれば、移相器２の量子化移相誤差、移相器２の移相損及びアンテナ素子１に対する振幅重み付けを反映した前記式（１）によって、移相オフセット値Ｐｏを変化させてアンテナ利得劣化量Ｄをそれぞれ算出し、アンテナ利得劣化量Ｄと移相オフセット値Ｐｏとを対応付けて記憶した利得劣化量メモリ２３から、アンテナ利得劣化量Ｄが最小となる移相オフセット値Ｐｏを抽出し、これを最適移相オフセット値Ｐooptとして最適量子化移相値φＱopt_kを算出し、これを移相設定値として出力するようにした。これにより、移相器２は、アンテナ利得劣化量Ｄが最小となる移相設定値に基づいて制御され、アンテナ素子１には、アンテナ利得劣化量Ｄを最小に抑えたビームが、所定のビーム指向方向に形成される。
【００６５】
したがって、移相器２の量子化移相誤差の影響に加え、移相器２の挿入損の影響、及びアンテナ素子１に対する振幅重み付けの影響も考慮に入れて、最適な移相設定値を求めることができるから、アンテナ利得劣化量Ｄを確実にかつ効果的に低減させることができる。
【００６６】
〔実施例２〕
次に、実施例２について説明する。実施例２は、指定するビーム指向方向数が限られており、予め指向方向がわかっている場合に用いられるフェーズドアレイアンテナシステムである。具体的には、運用前に、予め設定された複数のビーム指向方向において、アンテナ利得劣化量を最小にするための移相値をそれぞれ算出し、ビーム指向方向と移相値とを対応付けてメモリに記憶する。そして、運用時に、ユーザにより指定されたビーム指向方向に対応する移相値をメモリから読み出し、この移相値に基づいて移相器を制御することにより、ビーム形成を行う。
【００６７】
図５は、実施例２を説明するブロック図である。このフェーズドアレイアンテナシステムは、複数のアンテナ素子１、アンテナ素子毎に設けられた移相器２、伝送する情報を送信または受信する送受信機３、ユーザにより指定されたビーム指向方向においてアンテナ利得劣化量を最小にするための移相値をメモリから読み出し、この移相値に基づいて移相器２を制御する移相器制御装置４−２、及び、複数のビーム指向方向においてアンテナ利得劣化量を最小にするための移相値をそれぞれ算出し、メモリに記憶する移相値算出装置５を備えている。アンテナ素子１及び移相器２によりフェーズドアレイアンテナが構成される。移相器制御装置４−２は、アンテナ素子１、移相器２及び送受信機３と共に、送信装置に実装される。また、移相値算出装置５は、例えば、送信装置に対して離れた場所に設置されたパーソナルコンピュータである。
【００６８】
図５に示すフェーズドアレイアンテナシステムにより、移相器制御装置４−２が移相器２を制御してビームを形成する運用にあたり、まず、その運用前に、移相値算出装置５は、本フェーズドアレイアンテナシステムにて用いる全てのビーム指向方向θｉ（ｉ＝１，２，・・・，Ｍ：Ｍはビーム指向方向の数）に対して、最適量子化移相値φＱopt_kiである移相設定値をそれぞれ算出し、後述する最適移相値メモリ４０に記憶する。
【００６９】
移相値算出装置５は、ビーム指向方向入力インタフェース１０、ビーム指向方向メモリ１１、移相値算出部２０及び最適移相値メモリ４０を備えている。ビーム指向方向入力インタフェース１０は、予め設定された複数のビーム指向方向θｉを外部から入力し、入力した複数のビーム指向方向θｉをビーム指向方向メモリ１１に記憶する。これにより、ビーム指向方向メモリ１１には、本フェーズドアレイアンテナシステムにて用いる全てのビーム指向方向θｉが記憶される。
【００７０】
移相値算出部２０は、ビーム指向方向メモリ１１からビーム指向方向θｉを一つずつ読み出し、ビーム指向方向θｉ毎に、ビーム指向方向θｉに対応した最適量子化移相値φＱopt_kiを逐次算出する。尚、移相値算出部２０の処理は、図１及び図２に示した移相値算出部２０の処理と同様であるから、ここでは説明を省略する。
【００７１】
そして、移相値算出部２０は、各ビーム指向方向θｉ及びこれに対応した最適量子化移相値φＱopt_kiである移相設定値を最適移相値メモリ４０に記憶する。これにより、最適移相値メモリ４０には、ビーム指向方向θｉと最適量子化移相値φＱopt_kiである移相設定値（ｉ＝１，２，・・・，Ｍ）とが対応付いて記憶されることになる。ここで、最適移相値メモリ４０は、持ち運び可能なメモリカード等の記録媒体である。
【００７２】
次に、図５に示すフェーズドアレイアンテナシステムの運用にあたり、ユーザは、移相値算出装置５から最適移相値メモリ４０を取り外し、移相器制御装置４−２へ装着する。そして、移相器制御装置４−２は、ユーザにより指定されたビーム指向方向θに対応する最適量子化移相値φＱopt_kである移相設定値を最適移相値メモリ４０から読み出し、この移相設定値に基づいて移相器２を制御する。
【００７３】
移相器制御装置４−２は、移相器インタフェース３０、最適移相値メモリ４０、メモリ読み出し部４１及びビーム指向方向入力インタフェース４２を備えている。最適移相値メモリ４０には、ビーム指向方向θｉと移相設定値とが対応付いて記憶されている。ビーム指向方向入力インタフェース４２は、ユーザにより指定されたビーム指向方向θを入力し、メモリ読み出し部４１に出力する。尚、ユーザにより指定されるビーム指向方向θは、複数のビーム指向方向θｉのうちのいずれかのビーム指向方向である。
【００７４】
メモリ読み出し部４１は、ビーム指向方向入力インタフェース４２からビーム指向方向θを入力し、ビーム指向方向θに対応した移相設定値を最適移相値メモリ４０から読み出し、移相設定値を移相器インタフェース３０に出力する。
【００７５】
移相器インタフェース３０は、メモリ読み出し部４１から、ビーム指向方向θにおける最適量子化移相値φＱopt_kである移相設定値を入力し、移相設定値を移相器２の制御信号に変換し、制御信号φＱopt_kを移相器２へ出力する。
【００７６】
このように、移相器制御装置４−２は、移相器インタフェース３０から、最適量子化移相値φＱopt_kである移相設定値が反映された制御信号φＱopt_kを移相器２へ出力することにより、移相器２を制御する。これにより、アンテナ素子１及び移相器２により構成されるフェーズドアレイアンテナにおいて、アンテナ利得劣化量Ｄを最小に抑えたビームが、ユーザにより指定されたビーム指向方向θに形成される。
【００７７】
尚、前記実施例２では、最適移相値メモリ４０は、持ち運び可能なメモリカード等の記録媒体であり、ユーザにより、最適移相値メモリ４０が移相値算出装置５から取り外され移相器制御装置４−２へ装着されるようにしたが、移相値算出装置５が、最適移相値メモリ４０に記憶されたビーム指向方向θｉと最適量子化移相値φＱopt_kiである移相設定値とを、無線または有線のネットワークを介して移相器制御装置４−２へ送信するようにしてもよい。この場合、移相器制御装置４−２は、移相値算出装置５からネットワークを介して、ビーム指向方向θｉと最適量子化移相値φＱopt_kiである移相設定値とを受信し、移相器制御装置４−２に備えた最適移相値メモリ４０に記憶する。
【００７８】
以上のように、図２に示した実施例２によれば、移相値算出装置５が、複数のビーム指向方向θｉについて、実施例１と同様に、移相器２の量子化移相誤差、移相器２の移相損及びアンテナ素子１に対する振幅重み付けを反映した前記式（１）によって、移相オフセット値Ｐｏを変化させてアンテナ利得劣化量Ｄをそれぞれ算出し、アンテナ利得劣化量Ｄが最小となる移相オフセット値Ｐｏを求め、これを最適移相オフセット値Ｐooptとして最適量子化移相値φＱopt_kを算出するようにした。そして、移相値算出装置５により算出された複数のビーム指向方向θｉとこれに対応した最適量子化移相値φＱopt_kiである移相設定値とが最適移相値メモリ４０に記憶され、その最適移相値メモリ４０が移相器制御装置４−２へ装着される。そして、移相器制御装置４−２が、ユーザにより指定されたビーム指向方向θに対応する移相設定値を最適移相値メモリ４０から読み出し、この移相設定値に基づいて移相器２を制御するようにした。これにより、移相器２は、アンテナ利得劣化量Ｄが最小となる移相設定値に基づいて制御され、アンテナ素子１には、アンテナ利得劣化量Ｄを最小に抑えたビームが、ユーザにより指定されたビーム指向方向θに形成される。
【００７９】
したがって、指定するビーム指向方向数が限られており、予め指向方向がわかっている場合に用いられるフェーズドアレイアンテナシステムにおいても、移相器２の量子化移相誤差の影響に加え、移相器２の挿入損の影響、及びアンテナ素子１に対する振幅重み付けの影響も考慮に入れて、最適な移相設定値を求めることができる。これにより、アンテナ利得劣化量Ｄを確実にかつ効果的に低減させることができる。
【００８０】
また、図２に示した実施例２によれば、移相器制御装置４−２は、複数のビーム指向方向θｉとこれに対応した最適量子化移相値φＱopt_kiである移相設定値とがそれぞれ記憶された最適移相値メモリ４０を備え、最適移相値メモリ４０を用いて移相設定値を求めるようにした。これにより、フェーズドアレイアンテナシステムの運用にあたり、ユーザにより指定されたビーム指向方向θに対応する移相設定値を、ユーザがビーム指向方向θを指定する毎に算出する必要がないから、処理負荷を低減させることができ、短時間で移相設定値を求めることができる。
【００８１】
以上、実施例１，２を挙げて本発明を説明したが、本発明は前記実施例１，２に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。前記実施例１，２では、移相器２の量子化移相誤差の影響に加え、移相器２の挿入損の影響、及びアンテナ素子１に対する振幅重み付けの影響を考慮して、前記式（１）によってアンテナ利得劣化量Ｄを算出し、最適な移相設定値を求めるようにしたが、移相器２の量子化移相誤差の影響及び移相器２の挿入損の影響を考慮した式によってアンテナ利得劣化量Ｄを算出するようにしてもよいし、移相器２の量子化移相誤差の影響及びアンテナ素子１に対する振幅重み付けの影響を考慮した式によって、アンテナ利得劣化量Ｄを算出するようにしてもよい。前者の場合は、前記式（１）において、移相器２の挿入損を示す係数αφＱｋを取り除いた式を用いる。後者の場合は、前記式（１）において、分母及び、分子の中のアンテナ素子１に対する振幅重み付けを示すａｋを取り除いた式を用いる。前記式（１）の代わりに前記式（９）によって最適な移相設定値を求める場合は、前記式（９）において、移相器２の挿入損を示す係数αφＱｋを取り除いた式、及び、アンテナ素子１に対する振幅重み付けを示すａｋを取り除いた式をそれぞれ用いる。
【００８２】
また、移相器２の挿入損のみの影響を考慮した式によってアンテナ利得劣化量Ｄを算出するようにしてもよいし、移相器２の挿入損の影響及びアンテナ素子１に対する振幅重み付けの影響を考慮した式によって、アンテナ利得劣化量Ｄを算出するようにしてもよい。前者の場合は、前記式（１）において、分母、分子の中のアンテナ素子１に対する振幅重み付けを示すａｋ、及び移相器２の量子化移相誤差を示すｅｘｐの項を取り除いた式を用いる。後者の場合は、前記式（１）において、移相器２の量子化移相誤差を示すｅｘｐの項を取り除いた式を用いる。一般に、量子化ビット数が大きい場合は、量子化移相誤差が小さくなるから、量子化移相誤差よりも移相器の挿入損または振幅重み付けの方が、アンテナ利得劣化量に与える影響が大きくなる。したがって、量子化ビット数が大きく、実質的に量子化移相誤差の影響を無視できる場合には、前述の移相器２の挿入損のみの影響を考慮する手法、または移相器２の挿入損の影響及びアンテナ素子１に対する振幅重み付けの影響を考慮する手法を用いることにより、アンテナ利得劣化量を確実にかつ効果的に低減させることができる。
【００８３】
尚、本発明の実施例による移相器制御装置４−１，４−２及び移相値算出装置５のハード構成としては、通常のコンピュータを使用することができる。移相器制御装置４−１，４−２及び移相値算出装置５は、ＣＰＵ、ＲＡＭ等の揮発性の記憶媒体、ＲＯＭ等の不揮発性の記憶媒体、及びインタフェース等を備えたコンピュータによって構成される。移相器制御装置４−１に備えたビーム指向方向入力インタフェース１０、移相値算出部２０及び移相器インタフェース３０の各機能は、これらの機能を記述したプログラムをＣＰＵに実行させることによりそれぞれ実現される。また、移相器制御装置４−２に備えた移相器インタフェース３０、最適移相値メモリ４０、メモリ読み出し部４１及びビーム指向方向入力インタフェース４２は、これらの機能を記述したプログラムをＣＰＵに実行させることによりそれぞれ実現される。また、移相値算出装置５に備えたビーム指向方向入力インタフェース１０、ビーム指向方向メモリ１１、移相値算出部２０及び最適移相値メモリ４０は、これらの機能を記述したプログラムをＣＰＵに実行させることによりそれぞれ実現される。これらのプログラムは、磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク等）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等）、半導体メモリ等の記憶媒体に格納して頒布することもできる。
【符号の説明】
【００８４】
１ アンテナ素子
２ 移相器
３ 送受信機
４ 移相器制御装置
５，１００ 移相値算出装置
１０，４２ ビーム指向方向入力インタフェース
１１ ビーム指向方向メモリ
２０ 移相値算出部
２１ 理想移相値算出手段
２２ 利得劣化量算出手段
２３ 利得劣化量メモリ
２４ 最適移相値設定手段
３０ 移相器インタフェース
４０ 最適移相値メモリ
４１ メモリ読み出し部
１０１ アンテナ特性解析手段
１０２ 入力装置
１０３ 移相設定器
１０４ フェーズドアレイアンテナ
１１０ 理想移相値保持手段
１１１ 移相値量子化手段
１１２ 移相値算出手段
１１３ 移相設定値保持手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のアンテナ素子、複数の移相器、及び移相器制御装置により構成されるフェーズドアレイアンテナシステムにおいて、各移相器の最適な移相値を算出する移相値算出装置、最適な移相値に基づいて移相器を制御する移相器制御装置、及びプログラムに関わるものである。
【背景技術】
【０００２】
フェーズドアレイアンテナシステムは、複数のアンテナ素子、及びアンテナ素子毎に設けられた移相器により構成されるリフレクトアレイアンテナ等のフェーズドアレイアンテナと、移相器を制御する制御装置（移相器制御装置）とを備えて構成される。移相器制御装置は、各移相器の移相値を制御することにより、所望の方向にアンテナのビームを指向することができる。移相器としてディジタル移相器を用いた場合には、所要の理想移相値（アナログ値）を量子化するため、量子化後の量子化移相値（ディジタル値）と理想移相値（アナログ値）との間の差、すなわち量子化移相誤差によってアンテナ利得の劣化が生じる。
【０００３】
アンテナ利得の劣化が生じると、ビーム指向方向の電波の送信電力及び受信電力が低下し、これにより、伝送する情報の品質が劣化してしまう。このような場合には、伝送する情報の品質劣化を避けるために、送信電力の増力を行う必要がある。したがって、フェーズドアレイアンテナシステムでは、アンテナ利得の劣化をできる限り抑えることが望ましい。
【０００４】
このような量子化移相誤差によって生じるアンテナ利得劣化量を低減させるために、最適な移相値を算出する移相値算出装置が知られている（特許文献１を参照）。この移相値算出装置は、量子化する前の理想移相値に対する最適移相オフセット値Ｐoopを求め、理想移相値に最適移相オフセット値Ｐoopを加えた最適オフセット理想移相値を求め、最適オフセット理想移相値を量子化して最適量子化移相値を求める。この最適量子化移相値に基づいて移相器を制御することにより、アンテナ利得劣化量を低減させることができる。
【０００５】
図６は、最適な移相値を算出する従来技術を説明するブロック図であり、フェーズドアレイアンテナシステムのブロック構成、及び移相設定値を求める処理フローを示している。このフェーズドアレイアンテナシステムは、移相値算出装置１００、アンテナ特性解析手段１０１、入力装置１０２、移相設定器１０３及びフェーズドアレイアンテナ１０４を備えている。フェーズドアレイアンテナ１０４は、複数のアンテナ素子、及びアンテナ素子毎に設けられた移相器により構成される。
【０００６】
アンテナ特性解析手段１０１は、電磁気学的な理論に基づいてアンテナ特性を解析し、フェーズドアレイアンテナ１０４に対するアナログの理想移相値を移相器毎に求める。移相値算出装置１００は、アンテナ特性解析手段１０１により求めたアナログの理想移相値に基づいて、量子化による利得劣化が最小になる最適理想オフセット値を求め、量子化した最適な移相値（移相設定値）を移相器毎に求める。入力装置１０２は、各アンテナ素子及び移相器に対応する量子化された移相設定値を移相設定器１０３に入力する。移相設定器１０３は、入力装置１０２により入力された移相設定値をフェーズドアレイアンテナ１０４の各移相器に設定する。
【０００７】
移相値算出装置１００は、理想移相値保持手段１１０、移相値量子化手段１１１、移相値算出手段１１２及び移相設定値保持手段１１３を備えている。理想移相値保持手段１１０は、アンテナ特性解析手段１０１により求めたアナログの理想移相値を保持する。
【０００８】
移相値算出手段１１２は、理想移相値保持手段１１０から移相器毎の理想移相値を入力し（ステップＳ１００）、移相器毎の理想移相値に対して所定の移相オフセット値Ｐｏを設定し（ステップＳ１０１）、理想移相値に移相オフセット値Ｐｏを加えてオフセットし、オフセット理想移相値を求める（ステップＳ１０２）。
【０００９】
そして、移相値算出手段１１２は、移相値量子化手段１１１によってオフセット理想移相値を量子化し、オフセット量子化移相値を求め、オフセット理想移相値（アナログ値）とオフセット量子化移相値（ディジタル値）との間の量子化移相誤差について二乗平均平方根（ＲＭＳ：Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）を求める。また、移相値算出手段１１２は、移相オフセット値を変化させながら、量子化移相誤差のＲＭＳが最小となる最適移相オフセット値Ｐoopを求める（ステップＳ１０３）。移相値算出手段１１２は、移相器毎の理想移相値を最適移相オフセット値Ｐoopによりオフセットした最適オフセット理想移相値を求め、これを移相値量子化手段１１１によって量子化し、最適量子化移相値を移相設定値とする（ステップＳ１０４）。
【００１０】
移相設定値保持手段１１３は、移相値算出手段１１２により算出された移相器毎の移相設定値を保持する。このようにして、移相値算出装置１００の移相設定値保持手段１１３に保持された移相器毎の移相設定値は、入力装置１０２及び移相設定器１０３を介して、フェーズドアレイアンテナ１０４の各移相器に設定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第４１７７２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述の特許文献１では、フェーズドアレイアンテナ１０４のアンテナ利得劣化量を低減させるために、量子化移相誤差のＲＭＳが最小になるように移相値を求めている。しかしながら、一般に、フェーズドアレイアンテナ１０４の移相器には挿入損があり、挿入損は、設定される移相値によって変化し、アンテナ利得を劣化させてしまう。したがって、アンテナ利得劣化量は、量子化移相誤差と移相器の挿入損との複合的な影響によって決まると考えられるから、量子化移相誤差のＲＭＳが最小のときに、必ずしもアンテナ利得劣化量が最小になるとは限らない。すなわち、アンテナ利得劣化量をより効果的に低減させるためには、量子化移相誤差の影響と、移相値によって変化する移相器の挿入損の影響とを同時に考慮した移相値を求めることが必要である。
【００１３】
また、フェーズドアレイアンテナ１０４の各アンテナ素子に対して振幅重み付けがされている場合には、その重みに応じて、量子化移相誤差及び挿入損の影響度が変化する。しかしながら、特許文献１では、振幅重み付けを考慮した具体的なアンテナ利得劣化量を求める手法は示されていない。アンテナ素子に対する振幅重み付けは、フェーズドアレイアンテナ１０４の各アンテナ素子におけるビーム（電波）の振幅を相対的に変化させるための重みである。アンテナ素子毎に設けられた移相器は、設定された振幅重み付けに応じて、電波の振幅を変化させる。
【００１４】
さらに、特許文献１では、アンテナ利得劣化量を低減させるために、量子化移相誤差のＲＭＳが最小となるように移相値を算出しており、これは、アンテナ利得劣化量が、量子化移相誤差のＲＭＳに対する単調増加関数であることを示す計算結果に基づいている。その計算結果は、ある特定のフェーズドアレイアンテナ１０４において導き出されたものであり、多くのフェーズドアレイアンテナ１０４において同様の傾向を示すと考えられる。
【００１５】
しかしながら、アンテナ利得劣化量が単調増加関数であることを示す計算結果は、必ずしも全てのフェーズドアレイアンテナ１０４に当てはまるとは限らない。特に、量子化ビット数が少ない移相器の場合には、アンテナ利得劣化量は、必ずしも、量子化移相誤差のＲＭＳに対する単調増加関数になるとは限らない。
【００１６】
図７は、図６に示した従来技術のフェーズドアレイアンテナシステムにおいて、量子化ビット数が１の移相器を備えたフェーズドアレイアンテナ１０４についての量子化移相誤差のＲＭＳとアンテナ利得劣化量の関係を示すシミュレーション結果である。このシミュレーション結果は、以下に示す条件にて計算されたものである。
（１）アンテナタイプ：リフレクトアレイアンテナ
（２）アンテナ素子の配列：格子状、縦横４０×４０素子
（３）アンテナ素子の間隔：縦横０．７λ（λは電波の波長）
（４）一次放射器（点波源）の位置：アンテナ素子アレイの正面４６λの距離
（５）ビーム指向方向：アジマス０度、エレベーション０度
【００１７】
図７から、アンテナ利得劣化量は、量子化移相誤差のＲＭＳ値が大きくなるに従って単調増加しているが、量子化移相誤差のＲＭＳが０．８８９ｒａｄ及び０．９２２ｒａｄ付近に、単調増加していない部分があることがわかる。これは、移相器の挿入損の影響を無視できる場合においても、従来のように量子化移相誤差のＲＭＳが最小になるように移相値を設定したときに、アンテナ利得劣化量を最小にすることができない場合があることを示している。
【００１８】
したがって、量子化移相誤差のＲＭＳに基づいてアンテナ利得劣化量を最小にする手法ではなく、量子化移相誤差、移相器の挿入損及び振幅重み付けから、アンテナ利得劣化量を直接求める手法を用いることが望ましい。
【００１９】
一方、量子化ビット数が大きい場合には、量子化移相誤差が小さくなり、量子化移相誤差の影響によるアンテナ利得劣化量も小さくなる。この場合、量子化移相誤差よりも移相器の挿入損の方が、アンテナ利得劣化量に与える影響が大きくなる。つまり、量子化移相誤差のみに着目した特許文献１の手法では、量子化ビット数が大きい場合に、必ずしも、アンテナ利得劣化量を低減させるための適切な移相値を求めることができるとは限らない。
【００２０】
そこで、本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、アンテナ利得劣化量を確実にかつ効果的に低減させるための移相値を算出する移相値算出装置、移相設定装置により求めた移相値を用いて移相器を制御する移相器制御装置、及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、移相器の量子化移相誤差の影響に加え、移相器の挿入損の影響、及びアンテナ素子に対する振幅重み付けの影響を考慮したアンテナ利得劣化量Ｄが、以下の式で表されることを見出した。
【数１】
ここで、Ｎは移相器の数、ｋは移相器の番号を表す。ａｋ，φｋは、移相器番号ｋのアンテナ素子に対する理想振幅値（振幅重み付け）及び理想移相値をそれぞれ表す。φＱｋは、移相器番号ｋの移相器における量子化移相値である。すなわち、φＱｋ−φｋは量子化移相誤差を表す。αφＱｋは、量子化移相値がφＱｋのときの移相器の挿入損を表す係数、すなわち、移相器の入力信号の振幅に対する出力信号の振幅の比であり、０から１までの範囲の値をとる。
【００２２】
前記式（１）において、対数の真数部分の分母は、移相器の量子化移相誤差及び移相器の挿入損の影響がない場合の理想的なフェーズドアレイアンテナのアンテナ利得を表す。分子は、移相器の量子化移相誤差、移相器の挿入損及びアンテナ素子に対する振幅重み付けの影響を考慮した場合のアンテナ利得を表す。移相器の量子化移相誤差が大きい場合、アンテナ利得劣化量Ｄは大きくなり、移相器の量子化移相誤差が小さい場合、アンテナ利得劣化量Ｄは小さくなる。また、移相器の挿入損が大きい場合、アンテナ利得劣化量Ｄは大きくなり、移相器の挿入損が小さい場合、アンテナ利得劣化量Ｄは小さくなる。
【００２３】
前記式（１）において、対数の真数部分の分母は、次の処理により導出される。フェーズドアレイアンテナの電界放射パターンは、球座標系を表す角度（θ，φ）の関数として、各アンテナ素子の励振電流の合成により、以下の式で表される。
【数２】
【００２４】
ここで、ａｋは、ｋ番目のアンテナ素子における振幅、ｅｘｐの項は位相を表す。また、ｕ及びｕ０は、以下の式で表される。
【数３】
【数４】
（ｘｋ，ｙｋ，ｚｋ）は、ｋ番目のアンテナ素子の座標を表し、（θ０，φ０）は、アンテナのビームを指向させる方向を表す。
【００２５】
前記式（２）より、ビーム指向方向の電界は、以下の式で表される。
【数５】
【００２６】
このため、ビーム指向方向の利得は、以下の式で表される。
【数６】
この式（６）が、前記式（１）における対数の真数部分の分母となっている。
【００２７】
一方、前記式（１）において、対数の真数部分の分子も、分母の場合と同様に導出される。分子の場合は、振幅には移相器の挿入損の係数αφＱｋが掛かり、移相には量子化移相誤差φＱｋ−φｋが加わるから、フェーズドアレイアンテナの電界放射パターンは、以下の式で表される。
【数７】
【００２８】
これにより、ビーム指向方向の電界は、以下の式で表される。
【数８】
【００２９】
このため、ビーム指向方向の利得は、以下の式で表される。
【数９】
この式（９）が、前記式（１）における対数の真数部分の分子になっている。尚、前記式（７）及び（８）における電界の絶対的な値及び真の利得は、実際には固定係数を乗算することによって求められるが、ここでは相対的な値がわかればよいので省略してある。
【００３０】
前記式（１）を用いることにより、移相器の量子化移相誤差の影響、移相器の挿入損の影響、及びアンテナ素子に対する振幅重み付けの影響を総合的に考慮したアンテナ利得劣化量を直接求めることができる。そして、このアンテナ利得劣化量を最小にする移相器毎の移相値を求め、この移相値に基づいて移相器を制御することにより、アンテナ利得劣化量を確実にかつ効果的に低減させることができる。尚、移相器の量子化移相誤差の影響に加え、移相器の挿入損の影響を考慮してアンテナ利得劣化量を直接求め、移相器毎の移相値を求めるようにしてもよいし、移相器の量子化移相誤差の影響に加え、アンテナ素子に対する振幅重み付けの影響を考慮したアンテナ利得劣化量を直接求め、移相器毎の移相値を求めるようにしてもよい。また、移相器の挿入損のみの影響を考慮して、移相器毎の移相値を求めるようにしてもよいし、移相器の挿入損の影響に加え、アンテナ素子に対する振幅重み付けの影響を考慮して、移相器毎の移相値を求めるようにしてもよい。
【００３１】
すなわち、本発明による移相値算出装置は、フェーズドアレイアンテナの移相器を制御するための量子化した移相設定値を算出する移相値算出装置において、アナログの理想移相値に所定の移相オフセット値を加えて量子化し、前記量子化して得た量子化移相値と前記アナログの理想移相値との間の量子化移相誤差、及び前記量子化移相値のときの移相器の挿入損に基づいて、アンテナ利得劣化量を算出する利得劣化量算出手段と、前記移相オフセット値と前記アンテナ利得劣化量とを記憶するメモリと、前記移相器を制御するための移相設定値を算出する移相値設定手段と、を備え、前記利得劣化量算出手段が、前記移相オフセット値を変化させてそれぞれのアンテナ利得劣化量を算出し、前記移相オフセット値と前記移相オフセット値に対応するアンテナ利得劣化量とを前記メモリにそれぞれ記憶し、前記移相値設定手段が、前記メモリに記憶された複数のアンテナ利得劣化量のうちの最小のアンテナ利得劣化量を特定し、前記最小のアンテナ利得劣化量に対応する移相オフセット値を前記メモリから読み出し、前記アナログの理想移相値に前記移相オフセット値を加えて量子化し、前記量子化して得た量子化移相値を前記移相設定値とする、ことを特徴とする。
【００３２】
また、本発明による移相値算出装置は、前記利得劣化量算出手段が、前記量子化移相誤差及び移相器の挿入損に基づいてアンテナ利得劣化量を算出する代わりに、前記量子化移相誤差、及び前記フェーズドアレイアンテナのアンテナ素子に対する振幅重み付けに基づいて、アンテナ利得劣化量を算出する、ことを特徴とする。
【００３３】
また、本発明による移相値算出装置は、前記利得劣化量算出手段が、前記量子化移相誤差、前記量子化移相値のときの移相器の挿入損、及び前記フェーズドアレイアンテナのアンテナ素子に対する振幅重み付けに基づいて、アンテナ利得劣化量を算出する、ことを特徴とする。
【００３４】
また、本発明による移相値算出装置は、前記利得劣化量算出手段が、前記量子化移相値のときの移相器の挿入損に基づいて、または、前記移相器の挿入損、及び前記フェーズドアレイアンテナのアンテナ素子に対する振幅重み付けに基づいて、アンテナ利得劣化量を算出する、ことを特徴とする。
【００３５】
また、本発明による移相値算出装置は、前記利得劣化量算出手段の代わりに利得算出手段を備え、前記利得算出手段が、アナログの理想移相値をφｋ、量子化移相値をφＱｋ、前記量子化移相値φＱｋのときの移相器の挿入損をαφＱｋ、フェーズドアレイアンテナのアンテナ素子に対する振幅重み付けをａｋ、移相器の番号をｋ、及び移相器の数をＮとした場合、
［数式］
により、移相器毎の個別利得を合計して利得を算出する際に、前記移相オフセット値を変化させてそれぞれの利得を算出し、前記移相オフセット値と前記移相オフセット値に対応する利得とを前記メモリにそれぞれ記憶し、前記移相値設定手段が、前記メモリに記憶された複数の利得のうちの最大の利得を特定し、前記最大の利得に対応する移相オフセット値を前記メモリから読み出し、前記アナログの理想移相値に前記移相オフセット値を加えて量子化し、前記量子化して得た量子化移相値を前記移相設定値とする、ことを特徴とする。
【００３６】
さらに、本発明による移相器制御装置は、フェーズドアレイアンテナの移相器を制御し、所定のビーム指向方向にビームを形成する移相器制御装置において、前記移相値算出装置により複数のビーム指向方向についてそれぞれ算出された移相設定値を、前記ビーム指向方向に対応して記憶するメモリと、ユーザにより指定されたビーム指向方向に対応する移相設定値を、前記メモリから読み出すメモリ読み出し手段と、前記メモリ読み出し手段により読み出された移相設定値に基づいて、前記移相器を制御する移相器インタフェースと、を備えたことを特徴とする。
【００３７】
さらに、本発明による移相値算出プログラムは、コンピュータを、前記移相値算出装置として機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３８】
以上のように、本発明によれば、アンテナ利得劣化量を確実にかつ効果的に低減させることができる。つまり、従来よりも伝送する情報の品質を向上させ、送信電力を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施例１を説明するブロック図である。
【図２】移相値算出部の処理を示すフローチャートである。
【図３】移相オフセット値Ｐｏとアンテナ利得劣化量Ｄの関係を示すシミュレーション結果である。
【図４】移相オフセット値Ｐｏと量子化移相誤差のＲＭＳの関係を示すシミュレーション結果である。
【図５】実施例２を説明するブロック図である。
【図６】従来技術を説明するブロック図である。
【図７】量子化移相誤差のＲＭＳとアンテナ利得劣化量の関係を示すシミュレーション結果である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて詳細に説明する。
〔実施例１〕
まず、実施例１について説明する。実施例１は、ユーザにより任意に指定されたビーム指向方向を入力し、入力したビーム指向方向において、アンテナ利得劣化量を最小にするための移相器毎の移相値を算出し、この移相値に基づいて移相器を制御することにより、ユーザにより指定されたビーム指向方向にビーム形成を行う。
【００４１】
図１は、実施例１を説明するブロック図である。このフェーズドアレイアンテナシステムは、複数のアンテナ素子１、アンテナ素子毎に設けられた移相器２、伝送する情報を送信または受信する送受信機３、ユーザにより指定されたビーム指向方向にてアンテナ利得劣化量を最小にするための移相器毎の移相値を算出し、この移相値に基づいて移相器２を制御する移相器制御装置４−１を備えている。アンテナ素子１及び移相器２によりフェーズドアレイアンテナが構成される。移相器制御装置４−１は、アンテナ素子１、移相器２及び送受信機３と共に、送信装置に実装される。
【００４２】
移相器制御装置４−１は、ビーム指向方向入力インタフェース１０、移相値算出部２０（移相値算出装置）及び移相器インタフェース３０を備えている。ビーム指向方向入力インタフェース１０は、ユーザにより任意に指定されたビーム指向方向θを外部から入力し、入力したビーム指向方向θを移相値算出部２０に出力する。
【００４３】
移相値算出部２０は、ビーム指向方向入力インタフェース１０からビーム指向方向θを入力し、このビーム指向方向θにおける理想移相値φｋに対し所定の移相オフセット値Ｐｏを加えて量子化し、前記式（１）に示した、移相器２の量子化移相誤差、移相器２の挿入損及びアンテナ素子１に対する振幅重み付けの影響を総合的に考慮したアンテナ利得劣化量Ｄを求める。そして、移相値算出部２０は、アンテナ利得劣化量Ｄが最小になる移相オフセット値Ｐｏを求め、理想移相値φｋにこの移相オフセット値Ｐｏを加えて量子化した最適量子化移相値φＱopt_kを求め、これを移相設定値として移相器インタフェース３０に出力する。移相値算出部２０の詳細については後述する。
【００４４】
移相器インタフェース３０は、移相値算出部２０から、ビーム指向方向θにおける最適量子化移相値φＱopt_kである移相設定値を入力し、移相設定値を移相器２の制御信号に変換し、制御信号φＱopt_kを移相器２へ出力する。
【００４５】
このように、移相器制御装置４−１は、移相器インタフェース３０から、最適量子化移相値φＱopt_kである移相設定値が反映された制御信号φＱopt_kを移相器２へ出力することにより、移相器２を制御する。これにより、アンテナ素子１及び移相器２により構成されるフェーズドアレイアンテナにおいて、アンテナ利得劣化量Ｄを最小に抑えたビームが、ユーザにより指定されたビーム指向方向θに形成される。
【００４６】
（移相値算出部）
次に、図１に示した移相値算出部２０について詳細に説明する。図１に示すように、この移相値算出部２０は、理想移相値算出手段２１、利得劣化量算出手段２２、利得劣化量メモリ２３及び最適移相値設定手段（移相値設定手段）２４を備えている。図２は、移相値算出部２０の処理を示すフローチャートである。
【００４７】
移相値算出部２０の理想移相値算出手段２１は、ビーム指向方向入力インタフェース１０からビーム指向方向θを入力し（ステップＳ１）、ビーム指向方向θに基づいて、所定の数式により移相器２毎の理想移相値φｋ（ｋ＝１，２，・・・，Ｎ：Ｎは移相器２の数）を求める（ステップＳ２）。この理想移相値φｋを求める手法は既知であるから説明を省略する。理想移相値算出手段２１により求めた理想移相値φｋは、利得劣化量算出手段２２に出力される。
【００４８】
利得劣化量算出手段２２は、理想移相値算出手段２１から理想移相値φｋを入力し、理想移相値φｋに移相オフセット値Ｐｏ（初期値０）を加え、オフセット理想移相値φｋ＋Ｐｏを算出する（ステップＳ３）。ここで、同じ値の移相オフセット値Ｐｏが移相器２毎の理想移相値φｋに加えられる。そして、利得劣化量算出手段２２は、オフセット理想移相値φｋ＋Ｐｏを量子化し、量子化移相値φＱｋを算出する（ステップＳ４）。利得劣化量算出手段２２は、処理がステップＳ２から移行した場合、移相オフセット値Ｐｏ＝０として、入力した理想移相値φｋであるオフセット理想移相値φｋを量子化し、量子化移相値φＱｋを算出する。このように、利得劣化量算出手段２２は、理想移相値φｋを、移相器２の離散移相値に合わせて量子化し、量子化移相値φＱｋを求める。
【００４９】
利得劣化量算出手段２２は、ｋ番目の移相器２に対するアンテナ素子の理想振幅値（振幅重み付け）ａｋ、ｋ番目の移相器２における理想移相値φｋ、ｋ番目の移相器２における量子化移相値φＱｋ、及びこの量子化移相値φＱｋのときの移相器２の挿入損αφＱｋから前記式（１）によって、アンテナ利得劣化量Ｄを算出する（ステップＳ５）。尚、アンテナ素子の理想振幅値（振幅重み付け）ａｋは、アンテナ素子１及び移相器２毎に予め設定された既知の値であり、移相器２の挿入損αφＱｋは、量子化移相値φＱｋに応じて定められる既知の値である。
【００５０】
利得劣化量算出手段２２は、ステップＳ３にて用いた移相オフセット値Ｐｏ（最初はＰｏ＝０ｒａｄ）と、ステップＳ５にて算出したアンテナ利得劣化量Ｄとを対応付けて、利得劣化量メモリ２３に記憶する（ステップＳ６）。
【００５１】
利得劣化量算出手段２２は、移相オフセット値Ｐｏを微小量δＰｏ増加させ（ステップＳ７）、すなわち、Ｐｏ＝Ｐｏ＋δＰｏの計算を行い、新たな移相オフセット値Ｐｏを求め、新たな移相オフセット値Ｐｏが２π以上であるか否かを判定する（ステップＳ８）。
【００５２】
利得劣化量算出手段２２は、ステップＳ８において、新たな移相オフセット値Ｐｏが２π以上でないと判定した場合（ステップＳ８：Ｎ）、ステップＳ３へ移行する。利得劣化量算出手段２２は、ステップＳ３及びステップＳ４において、δＰｏ増加させた新たな移相オフセット値Ｐｏを用いて、オフセット理想移相値φｋ＋Ｐｏを算出し、このオフセット理想移相値φｋ＋Ｐｏを、再び移相器２の離散移相値に合わせて量子化し、量子化移相値φＱｋを求める。そして、前述の手順と同様に、ステップＳ５において、前記式（１）によってアンテナ利得劣化量Ｄを算出し、ステップＳ６において、移相オフセット値Ｐｏとアンテナ利得劣化量Ｄとを対応付けて、利得劣化量メモリ２３に記憶する。
【００５３】
このように、利得劣化量算出手段２２は、移相オフセット値Ｐｏの値を微小量δＰｏずつ増加させながら、移相オフセット値Ｐｏが２πまたは２π以上となるまで、ステップＳ３〜ステップＳ７の手順を繰り返し、移相オフセット値Ｐｏとアンテナ利得劣化量Ｄとを対応付けて利得劣化量メモリ２３に記憶する。
【００５４】
尚、ステップＳ７において、移相オフセット値Ｐｏの値を増加させる微小量δＰｏは、２πよりも十分小さい値、例えば、２π／２０ｒａｄである。微小量δＰｏが小さいほど、後述するステップＳ９において、アンテナ利得劣化量Ｄの最小値を精度よく決定することができる。
【００５５】
一方、利得劣化量算出手段２２は、ステップＳ８において、新たな移相オフセット値Ｐｏが２π以上であると判定した場合（ステップＳ８：Ｙ）、ステップＳ９へ移行する。この場合、利得劣化量メモリ２３には、移相オフセット値Ｐｏ及びアンテナ利得劣化量Ｄが、Ｐｏ＝０から２πまでの間の微小量δＰｏ刻みで記憶されている。
【００５６】
最適移相値設定手段２４は、ステップＳ８から移行して、利得劣化量メモリ２３に記憶された複数のアンテナ利得劣化量Ｄのうち、最小となるアンテナ利得劣化量Ｄを特定し、そのアンテナ利得劣化量Ｄに対応する移相オフセット値Ｐｏを利得劣化量メモリ２３から読み出して抽出する（ステップＳ９）。そして、抽出した移相オフセット値Ｐｏを最適移相オフセット値Ｐooptとする。最適移相値設定手段２４は、移相器２毎の理想移相値φｋに最適移相オフセット値Ｐooptを加え、移相器２毎の最適オフセット理想移相値φｋ＋Ｐooptを算出し（ステップＳ１０）、移相器２毎の最適オフセット理想移相値φｋ＋Ｐooptを移相器２の離散移相値に合わせて量子化し、移相器２毎の最適量子化移相値φＱopt_kを算出する（ステップＳ１１）。最適移相値設定手段２４は、移相器２毎の最適量子化移相値φＱopt_kを移相器２毎の移相設定値として移相器インタフェース３０に出力する（ステップＳ１２）。
【００５７】
尚、利得劣化量算出手段２２は、前記式（１）によってアンテナ利得劣化量Ｄを算出し、移相オフセット値Ｐｏと共に利得劣化量メモリ２３に記憶するようにしたが、利得劣化量算出手段２２の代わりとなる利得算出手段が、前記式（１）の代わりに前記式（９）におけるΣの演算部分の絶対値のみによって利得を算出し、この利得を移相オフセット値Ｐｏと共に、利得劣化量メモリ２３の代わりとなる利得メモリに記憶するようにしてもよい。すなわち、利得算出手段は、移相器２毎に、アンテナ素子に対する理想振幅値（振幅重み付け）ａｋに、量子化移相値φＱｋのときの移相器２の挿入損αφＱｋを乗算し、その乗算結果に、量子化移相誤差φＱｋ−φｋの指数関数値（ｅｘｐ｛ｊ（φＱｋ−φｋ）｝）を乗算して個別利得を算出し、全ての移相器２の個別利得を合計し、その合計の絶対値を全体の利得とする。そして、利得算出手段は、アンテナ利得劣化量Ｄの場合と同様に、ステップＳ９において、利得メモリから利得が最大の移相オフセット値Ｐｏ（最適移相オフセット値Ｐoopt）を抽出する。これにより、アンテナ利得劣化量Ｄの場合と同様の最適移相オフセット値Ｐooptが抽出されるから、前記式（１）によりアンテナ利得劣化量Ｄを算出する場合に比べ、利得を算出する際に計算量を削減することができる。
【００５８】
（移相オフセット値とアンテナ利得劣化量の関係）
次に、移相オフセット値Ｐｏとアンテナ利得劣化量Ｄとの間の関係について説明する。図３は、移相オフセット値Ｐｏとアンテナ利得劣化量Ｄとの間の関係を示すシミュレーション結果であり、前述の実施例１において、図３に示す関係を有する移相オフセット値Ｐｏ及びアンテナ利得劣化量Ｄが、図１に示した利得劣化量メモリ２３に記憶される。
【００５９】
このシミュレーション結果は、以下に示す条件にて計算されたものである。
（１）アンテナタイプ：リフレクトアレイアンテナ
（２）アンテナ素子の配列：格子状、縦横４０×４０素子
（３）アンテナ素子の間隔：縦横０．７λ
（４）一次放射器（点波源）位置: アンテナ素子アレイの正面４６λの距離
（５）一次放射器の利得：２０ｄＢｉ
（６）ビーム指向方向：アジマス０度、エレベーション０度
（７）移相器２へ設定可能な移相値：π／２，−π／２の２つの離散値
（８）移相器２の挿入損：移相値がπ／２のとき２．７ｄＢ、−π／２のとき５．３ｄＢ
【００６０】
図３から、移相オフセット値Ｐｏを３．７７ｒａｄとしたときに、アンテナ利得劣化量Ｄが最小の７．２５ｄＢとなることがわかる。移相値算出部２０の最適移相値設定手段２４は、最適移相オフセット値Ｐooptを３．７７ｒａｄとし、各移相器２の移相設定値を求める。
【００６１】
（移相オフセット値と量子化移相誤差のＲＭＳの関係）
次に、移相オフセット値Ｐｏと量子化移相誤差のＲＭＳとの間の関係について説明する。図４は、移相オフセット値Ｐｏと量子化移相誤差のＲＭＳとの間の関係を示すシミュレーション結果であり、移相器２の挿入損等を考慮することなく、量子化移相誤差のＲＭＳから最適移相オフセット値Ｐooptを求める従来技術に対応したものである。
【００６２】
図４から、移相オフセット値Ｐｏと量子化移相誤差のＲＭＳとの間には、移相の離散値間隔を周期として、同じ形のカーブになる関係があることがわかる。移相オフセット値Ｐｏを変化させる範囲は離散値間隔の範囲であり、このシミュレーションの場合はπである。したがって、０からπの範囲で最適移相オフセット値Ｐooptを求めると、量子化移相誤差のＲＭＳが最小となるときの０．９４ｒａｄとなる。これは、実際の移相器２の挿入損等を考慮した実施例１のシミュレーション結果（図３）における最適移相オフセット値Ｐoopt＝３．７７ｒａｄとは異なる結果である。図３において、移相オフセット値Ｐｏ＝０．９４ｒａｄのときアンテナ利得劣化量Ｄ＝７．７３であり、アンテナ利得劣化量Ｄは最小ではない。
【００６３】
このように、量子化移相誤差のＲＭＳから最適移相オフセット値Ｐooptを求める従来技術では、実施例１とは異なり、必ずしもアンテナ利得劣化量Ｄを最小にするとは限らない最適移相オフセット値Ｐooptが求められる。したがって、従来技術の最適移相オフセット値Ｐooptから求めた移相設定値を用いた場合には、アンテナ利得劣化量Ｄを最小にすることができない場合がある。これに対し、実施例１では、移相器２の挿入損等の影響も考慮しているから、実際のアンテナ利得劣化量Ｄが最小になる最適移相オフセット値Ｐooptが求められる。つまり、実施例１の最適移相オフセット値Ｐooptから求めた移相設定値を用いることにより、アンテナ利得劣化量Ｄを確実に最小にすることができる。
【００６４】
以上のように、図１に示した実施例１によれば、移相器２の量子化移相誤差、移相器２の移相損及びアンテナ素子１に対する振幅重み付けを反映した前記式（１）によって、移相オフセット値Ｐｏを変化させてアンテナ利得劣化量Ｄをそれぞれ算出し、アンテナ利得劣化量Ｄと移相オフセット値Ｐｏとを対応付けて記憶した利得劣化量メモリ２３から、アンテナ利得劣化量Ｄが最小となる移相オフセット値Ｐｏを抽出し、これを最適移相オフセット値Ｐooptとして最適量子化移相値φＱopt_kを算出し、これを移相設定値として出力するようにした。これにより、移相器２は、アンテナ利得劣化量Ｄが最小となる移相設定値に基づいて制御され、アンテナ素子１には、アンテナ利得劣化量Ｄを最小に抑えたビームが、所定のビーム指向方向に形成される。
【００６５】
したがって、移相器２の量子化移相誤差の影響に加え、移相器２の挿入損の影響、及びアンテナ素子１に対する振幅重み付けの影響も考慮に入れて、最適な移相設定値を求めることができるから、アンテナ利得劣化量Ｄを確実にかつ効果的に低減させることができる。
【００６６】
〔実施例２〕
次に、実施例２について説明する。実施例２は、指定するビーム指向方向数が限られており、予め指向方向がわかっている場合に用いられるフェーズドアレイアンテナシステムである。具体的には、運用前に、予め設定された複数のビーム指向方向において、アンテナ利得劣化量を最小にするための移相値をそれぞれ算出し、ビーム指向方向と移相値とを対応付けてメモリに記憶する。そして、運用時に、ユーザにより指定されたビーム指向方向に対応する移相値をメモリから読み出し、この移相値に基づいて移相器を制御することにより、ビーム形成を行う。
【００６７】
図５は、実施例２を説明するブロック図である。このフェーズドアレイアンテナシステムは、複数のアンテナ素子１、アンテナ素子毎に設けられた移相器２、伝送する情報を送信または受信する送受信機３、ユーザにより指定されたビーム指向方向においてアンテナ利得劣化量を最小にするための移相値をメモリから読み出し、この移相値に基づいて移相器２を制御する移相器制御装置４−２、及び、複数のビーム指向方向においてアンテナ利得劣化量を最小にするための移相値をそれぞれ算出し、メモリに記憶する移相値算出装置５を備えている。アンテナ素子１及び移相器２によりフェーズドアレイアンテナが構成される。移相器制御装置４−２は、アンテナ素子１、移相器２及び送受信機３と共に、送信装置に実装される。また、移相値算出装置５は、例えば、送信装置に対して離れた場所に設置されたパーソナルコンピュータである。
【００６８】
図５に示すフェーズドアレイアンテナシステムにより、移相器制御装置４−２が移相器２を制御してビームを形成する運用にあたり、まず、その運用前に、移相値算出装置５は、本フェーズドアレイアンテナシステムにて用いる全てのビーム指向方向θｉ（ｉ＝１，２，・・・，Ｍ：Ｍはビーム指向方向の数）に対して、最適量子化移相値φＱopt_kiである移相設定値をそれぞれ算出し、後述する最適移相値メモリ４０に記憶する。
【００６９】
移相値算出装置５は、ビーム指向方向入力インタフェース１０、ビーム指向方向メモリ１１、移相値算出部２０及び最適移相値メモリ４０を備えている。ビーム指向方向入力インタフェース１０は、予め設定された複数のビーム指向方向θｉを外部から入力し、入力した複数のビーム指向方向θｉをビーム指向方向メモリ１１に記憶する。これにより、ビーム指向方向メモリ１１には、本フェーズドアレイアンテナシステムにて用いる全てのビーム指向方向θｉが記憶される。
【００７０】
移相値算出部２０は、ビーム指向方向メモリ１１からビーム指向方向θｉを一つずつ読み出し、ビーム指向方向θｉ毎に、ビーム指向方向θｉに対応した最適量子化移相値φＱopt_kiを逐次算出する。尚、移相値算出部２０の処理は、図１及び図２に示した移相値算出部２０の処理と同様であるから、ここでは説明を省略する。
【００７１】
そして、移相値算出部２０は、各ビーム指向方向θｉ及びこれに対応した最適量子化移相値φＱopt_kiである移相設定値を最適移相値メモリ４０に記憶する。これにより、最適移相値メモリ４０には、ビーム指向方向θｉと最適量子化移相値φＱopt_kiである移相設定値（ｉ＝１，２，・・・，Ｍ）とが対応付いて記憶されることになる。ここで、最適移相値メモリ４０は、持ち運び可能なメモリカード等の記録媒体である。
【００７２】
次に、図５に示すフェーズドアレイアンテナシステムの運用にあたり、ユーザは、移相値算出装置５から最適移相値メモリ４０を取り外し、移相器制御装置４−２へ装着する。そして、移相器制御装置４−２は、ユーザにより指定されたビーム指向方向θに対応する最適量子化移相値φＱopt_kである移相設定値を最適移相値メモリ４０から読み出し、この移相設定値に基づいて移相器２を制御する。
【００７３】
移相器制御装置４−２は、移相器インタフェース３０、最適移相値メモリ４０、メモリ読み出し部４１及びビーム指向方向入力インタフェース４２を備えている。最適移相値メモリ４０には、ビーム指向方向θｉと移相設定値とが対応付いて記憶されている。ビーム指向方向入力インタフェース４２は、ユーザにより指定されたビーム指向方向θを入力し、メモリ読み出し部４１に出力する。尚、ユーザにより指定されるビーム指向方向θは、複数のビーム指向方向θｉのうちのいずれかのビーム指向方向である。
【００７４】
メモリ読み出し部４１は、ビーム指向方向入力インタフェース４２からビーム指向方向θを入力し、ビーム指向方向θに対応した移相設定値を最適移相値メモリ４０から読み出し、移相設定値を移相器インタフェース３０に出力する。
【００７５】
移相器インタフェース３０は、メモリ読み出し部４１から、ビーム指向方向θにおける最適量子化移相値φＱopt_kである移相設定値を入力し、移相設定値を移相器２の制御信号に変換し、制御信号φＱopt_kを移相器２へ出力する。
【００７６】
このように、移相器制御装置４−２は、移相器インタフェース３０から、最適量子化移相値φＱopt_kである移相設定値が反映された制御信号φＱopt_kを移相器２へ出力することにより、移相器２を制御する。これにより、アンテナ素子１及び移相器２により構成されるフェーズドアレイアンテナにおいて、アンテナ利得劣化量Ｄを最小に抑えたビームが、ユーザにより指定されたビーム指向方向θに形成される。
【００７７】
尚、前記実施例２では、最適移相値メモリ４０は、持ち運び可能なメモリカード等の記録媒体であり、ユーザにより、最適移相値メモリ４０が移相値算出装置５から取り外され移相器制御装置４−２へ装着されるようにしたが、移相値算出装置５が、最適移相値メモリ４０に記憶されたビーム指向方向θｉと最適量子化移相値φＱopt_kiである移相設定値とを、無線または有線のネットワークを介して移相器制御装置４−２へ送信するようにしてもよい。この場合、移相器制御装置４−２は、移相値算出装置５からネットワークを介して、ビーム指向方向θｉと最適量子化移相値φＱopt_kiである移相設定値とを受信し、移相器制御装置４−２に備えた最適移相値メモリ４０に記憶する。
【００７８】
以上のように、図２に示した実施例２によれば、移相値算出装置５が、複数のビーム指向方向θｉについて、実施例１と同様に、移相器２の量子化移相誤差、移相器２の移相損及びアンテナ素子１に対する振幅重み付けを反映した前記式（１）によって、移相オフセット値Ｐｏを変化させてアンテナ利得劣化量Ｄをそれぞれ算出し、アンテナ利得劣化量Ｄが最小となる移相オフセット値Ｐｏを求め、これを最適移相オフセット値Ｐooptとして最適量子化移相値φＱopt_kを算出するようにした。そして、移相値算出装置５により算出された複数のビーム指向方向θｉとこれに対応した最適量子化移相値φＱopt_kiである移相設定値とが最適移相値メモリ４０に記憶され、その最適移相値メモリ４０が移相器制御装置４−２へ装着される。そして、移相器制御装置４−２が、ユーザにより指定されたビーム指向方向θに対応する移相設定値を最適移相値メモリ４０から読み出し、この移相設定値に基づいて移相器２を制御するようにした。これにより、移相器２は、アンテナ利得劣化量Ｄが最小となる移相設定値に基づいて制御され、アンテナ素子１には、アンテナ利得劣化量Ｄを最小に抑えたビームが、ユーザにより指定されたビーム指向方向θに形成される。
【００７９】
したがって、指定するビーム指向方向数が限られており、予め指向方向がわかっている場合に用いられるフェーズドアレイアンテナシステムにおいても、移相器２の量子化移相誤差の影響に加え、移相器２の挿入損の影響、及びアンテナ素子１に対する振幅重み付けの影響も考慮に入れて、最適な移相設定値を求めることができる。これにより、アンテナ利得劣化量Ｄを確実にかつ効果的に低減させることができる。
【００８０】
また、図２に示した実施例２によれば、移相器制御装置４−２は、複数のビーム指向方向θｉとこれに対応した最適量子化移相値φＱopt_kiである移相設定値とがそれぞれ記憶された最適移相値メモリ４０を備え、最適移相値メモリ４０を用いて移相設定値を求めるようにした。これにより、フェーズドアレイアンテナシステムの運用にあたり、ユーザにより指定されたビーム指向方向θに対応する移相設定値を、ユーザがビーム指向方向θを指定する毎に算出する必要がないから、処理負荷を低減させることができ、短時間で移相設定値を求めることができる。
【００８１】
以上、実施例１，２を挙げて本発明を説明したが、本発明は前記実施例１，２に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。前記実施例１，２では、移相器２の量子化移相誤差の影響に加え、移相器２の挿入損の影響、及びアンテナ素子１に対する振幅重み付けの影響を考慮して、前記式（１）によってアンテナ利得劣化量Ｄを算出し、最適な移相設定値を求めるようにしたが、移相器２の量子化移相誤差の影響及び移相器２の挿入損の影響を考慮した式によってアンテナ利得劣化量Ｄを算出するようにしてもよいし、移相器２の量子化移相誤差の影響及びアンテナ素子１に対する振幅重み付けの影響を考慮した式によって、アンテナ利得劣化量Ｄを算出するようにしてもよい。前者の場合は、前記式（１）において、移相器２の挿入損を示す係数αφＱｋを取り除いた式を用いる。後者の場合は、前記式（１）において、分母及び、分子の中のアンテナ素子１に対する振幅重み付けを示すａｋを取り除いた式を用いる。前記式（１）の代わりに前記式（９）によって最適な移相設定値を求める場合は、前記式（９）において、移相器２の挿入損を示す係数αφＱｋを取り除いた式、及び、アンテナ素子１に対する振幅重み付けを示すａｋを取り除いた式をそれぞれ用いる。
【００８２】
また、移相器２の挿入損のみの影響を考慮した式によってアンテナ利得劣化量Ｄを算出するようにしてもよいし、移相器２の挿入損の影響及びアンテナ素子１に対する振幅重み付けの影響を考慮した式によって、アンテナ利得劣化量Ｄを算出するようにしてもよい。前者の場合は、前記式（１）において、分母、分子の中のアンテナ素子１に対する振幅重み付けを示すａｋ、及び移相器２の量子化移相誤差を示すｅｘｐの項を取り除いた式を用いる。後者の場合は、前記式（１）において、移相器２の量子化移相誤差を示すｅｘｐの項を取り除いた式を用いる。一般に、量子化ビット数が大きい場合は、量子化移相誤差が小さくなるから、量子化移相誤差よりも移相器の挿入損または振幅重み付けの方が、アンテナ利得劣化量に与える影響が大きくなる。したがって、量子化ビット数が大きく、実質的に量子化移相誤差の影響を無視できる場合には、前述の移相器２の挿入損のみの影響を考慮する手法、または移相器２の挿入損の影響及びアンテナ素子１に対する振幅重み付けの影響を考慮する手法を用いることにより、アンテナ利得劣化量を確実にかつ効果的に低減させることができる。
【００８３】
尚、本発明の実施例による移相器制御装置４−１，４−２及び移相値算出装置５のハード構成としては、通常のコンピュータを使用することができる。移相器制御装置４−１，４−２及び移相値算出装置５は、ＣＰＵ、ＲＡＭ等の揮発性の記憶媒体、ＲＯＭ等の不揮発性の記憶媒体、及びインタフェース等を備えたコンピュータによって構成される。移相器制御装置４−１に備えたビーム指向方向入力インタフェース１０、移相値算出部２０及び移相器インタフェース３０の各機能は、これらの機能を記述したプログラムをＣＰＵに実行させることによりそれぞれ実現される。また、移相器制御装置４−２に備えた移相器インタフェース３０、最適移相値メモリ４０、メモリ読み出し部４１及びビーム指向方向入力インタフェース４２は、これらの機能を記述したプログラムをＣＰＵに実行させることによりそれぞれ実現される。また、移相値算出装置５に備えたビーム指向方向入力インタフェース１０、ビーム指向方向メモリ１１、移相値算出部２０及び最適移相値メモリ４０は、これらの機能を記述したプログラムをＣＰＵに実行させることによりそれぞれ実現される。これらのプログラムは、磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク等）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等）、半導体メモリ等の記憶媒体に格納して頒布することもできる。
【符号の説明】
【００８４】
１ アンテナ素子
２ 移相器
３ 送受信機
４ 移相器制御装置
５，１００ 移相値算出装置
１０，４２ ビーム指向方向入力インタフェース
１１ ビーム指向方向メモリ
２０ 移相値算出部
２１ 理想移相値算出手段
２２ 利得劣化量算出手段
２３ 利得劣化量メモリ
２４ 最適移相値設定手段
３０ 移相器インタフェース
４０ 最適移相値メモリ
４１ メモリ読み出し部
１０１ アンテナ特性解析手段
１０２ 入力装置
１０３ 移相設定器
１０４ フェーズドアレイアンテナ
１１０ 理想移相値保持手段
１１１ 移相値量子化手段
１１２ 移相値算出手段
１１３ 移相設定値保持手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェーズドアレイアンテナの移相器を制御するための量子化した移相設定値を算出する移相値算出装置において、
アナログの理想移相値に所定の移相オフセット値を加えて量子化し、前記量子化して得た量子化移相値と前記アナログの理想移相値との間の量子化移相誤差、及び前記量子化移相値のときの移相器の挿入損に基づいて、アンテナ利得劣化量を算出する利得劣化量算出手段と、
前記移相オフセット値と前記アンテナ利得劣化量とを記憶するメモリと、
前記移相器を制御するための移相設定値を算出する移相値設定手段と、を備え、
前記利得劣化量算出手段は、前記移相オフセット値を変化させてそれぞれのアンテナ利得劣化量を算出し、前記移相オフセット値と前記移相オフセット値に対応するアンテナ利得劣化量とを前記メモリにそれぞれ記憶し、
前記移相値設定手段は、前記メモリに記憶された複数のアンテナ利得劣化量のうちの最小のアンテナ利得劣化量を特定し、前記最小のアンテナ利得劣化量に対応する移相オフセット値を前記メモリから読み出し、前記アナログの理想移相値に前記移相オフセット値を加えて量子化し、前記量子化して得た量子化移相値を前記移相設定値とする、ことを特徴とする移相値算出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の移相値算出装置において、
前記利得劣化量算出手段は、前記量子化移相誤差及び移相器の挿入損に基づいてアンテナ利得劣化量を算出する代わりに、前記量子化移相誤差、及び前記フェーズドアレイアンテナのアンテナ素子に対する振幅重み付けに基づいて、アンテナ利得劣化量を算出する、ことを特徴とする移相値算出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の移相値算出装置において、
前記利得劣化量算出手段は、前記量子化移相誤差、前記量子化移相値のときの移相器の挿入損、及び前記フェーズドアレイアンテナのアンテナ素子に対する振幅重み付けに基づいて、アンテナ利得劣化量を算出する、ことを特徴とする移相値算出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の移相値算出装置において、
前記利得劣化量算出手段は、前記量子化移相値のときの移相器の挿入損に基づいて、または、前記移相器の挿入損、及び前記フェーズドアレイアンテナのアンテナ素子に対する振幅重み付けに基づいて、アンテナ利得劣化量を算出する、ことを特徴とする移相値算出装置。
【請求項５】
請求項１に記載の移相値算出装置において、
前記利得劣化量算出手段の代わりに利得算出手段を備え、
前記利得算出手段は、アナログの理想移相値をφｋ、量子化移相値をφＱｋ、前記量子化移相値φＱｋのときの移相器の挿入損をαφＱｋ、フェーズドアレイアンテナのアンテナ素子に対する振幅重み付けをａｋ、移相器の番号をｋ、及び移相器の数をＮとした場合、
［数式］
により、移相器毎の個別利得を合計して利得を算出する際に、前記移相オフセット値を変化させてそれぞれの利得を算出し、前記移相オフセット値と前記移相オフセット値に対応する利得とを前記メモリにそれぞれ記憶し、
前記移相値設定手段は、前記メモリに記憶された複数の利得のうちの最大の利得を特定し、前記最大の利得に対応する移相オフセット値を前記メモリから読み出し、前記アナログの理想移相値に前記移相オフセット値を加えて量子化し、前記量子化して得た量子化移相値を前記移相設定値とする、ことを特徴とする移相値算出装置。
【請求項６】
フェーズドアレイアンテナの移相器を制御し、所定のビーム指向方向にビームを形成する移相器制御装置において、
請求項１から５までのいずれか一項に記載の移相値算出装置により複数のビーム指向方向についてそれぞれ算出された移相設定値を、前記ビーム指向方向に対応して記憶するメモリと、
ユーザにより指定されたビーム指向方向に対応する移相設定値を、前記メモリから読み出すメモリ読み出し手段と、
前記メモリ読み出し手段により読み出された移相設定値に基づいて、前記移相器を制御する移相器インタフェースと、を備えたことを特徴とする移相器制御装置。
【請求項７】
コンピュータを、請求項１から５までのいずれか一項に記載の移相値算出装置として機能させるための移相値算出プログラム。
【請求項１】
フェーズドアレイアンテナの移相器を制御するための量子化した移相設定値を算出する移相値算出装置において、
アナログの理想移相値に所定の移相オフセット値を加えて量子化し、前記量子化して得た量子化移相値と前記アナログの理想移相値との間の量子化移相誤差、及び前記量子化移相値のときの移相器の挿入損に基づいて、アンテナ利得劣化量を算出する利得劣化量算出手段と、
前記移相オフセット値と前記アンテナ利得劣化量とを記憶するメモリと、
前記移相器を制御するための移相設定値を算出する移相値設定手段と、を備え、
前記利得劣化量算出手段は、前記移相オフセット値を変化させてそれぞれのアンテナ利得劣化量を算出し、前記移相オフセット値と前記移相オフセット値に対応するアンテナ利得劣化量とを前記メモリにそれぞれ記憶し、
前記移相値設定手段は、前記メモリに記憶された複数のアンテナ利得劣化量のうちの最小のアンテナ利得劣化量を特定し、前記最小のアンテナ利得劣化量に対応する移相オフセット値を前記メモリから読み出し、前記アナログの理想移相値に前記移相オフセット値を加えて量子化し、前記量子化して得た量子化移相値を前記移相設定値とする、ことを特徴とする移相値算出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の移相値算出装置において、
前記利得劣化量算出手段は、前記量子化移相誤差及び移相器の挿入損に基づいてアンテナ利得劣化量を算出する代わりに、前記量子化移相誤差、及び前記フェーズドアレイアンテナのアンテナ素子に対する振幅重み付けに基づいて、アンテナ利得劣化量を算出する、ことを特徴とする移相値算出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の移相値算出装置において、
前記利得劣化量算出手段は、前記量子化移相誤差、前記量子化移相値のときの移相器の挿入損、及び前記フェーズドアレイアンテナのアンテナ素子に対する振幅重み付けに基づいて、アンテナ利得劣化量を算出する、ことを特徴とする移相値算出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の移相値算出装置において、
前記利得劣化量算出手段は、前記量子化移相値のときの移相器の挿入損に基づいて、または、前記移相器の挿入損、及び前記フェーズドアレイアンテナのアンテナ素子に対する振幅重み付けに基づいて、アンテナ利得劣化量を算出する、ことを特徴とする移相値算出装置。
【請求項５】
請求項１に記載の移相値算出装置において、
前記利得劣化量算出手段の代わりに利得算出手段を備え、
前記利得算出手段は、アナログの理想移相値をφｋ、量子化移相値をφＱｋ、前記量子化移相値φＱｋのときの移相器の挿入損をαφＱｋ、フェーズドアレイアンテナのアンテナ素子に対する振幅重み付けをａｋ、移相器の番号をｋ、及び移相器の数をＮとした場合、
［数式］
により、移相器毎の個別利得を合計して利得を算出する際に、前記移相オフセット値を変化させてそれぞれの利得を算出し、前記移相オフセット値と前記移相オフセット値に対応する利得とを前記メモリにそれぞれ記憶し、
前記移相値設定手段は、前記メモリに記憶された複数の利得のうちの最大の利得を特定し、前記最大の利得に対応する移相オフセット値を前記メモリから読み出し、前記アナログの理想移相値に前記移相オフセット値を加えて量子化し、前記量子化して得た量子化移相値を前記移相設定値とする、ことを特徴とする移相値算出装置。
【請求項６】
フェーズドアレイアンテナの移相器を制御し、所定のビーム指向方向にビームを形成する移相器制御装置において、
請求項１から５までのいずれか一項に記載の移相値算出装置により複数のビーム指向方向についてそれぞれ算出された移相設定値を、前記ビーム指向方向に対応して記憶するメモリと、
ユーザにより指定されたビーム指向方向に対応する移相設定値を、前記メモリから読み出すメモリ読み出し手段と、
前記メモリ読み出し手段により読み出された移相設定値に基づいて、前記移相器を制御する移相器インタフェースと、を備えたことを特徴とする移相器制御装置。
【請求項７】
コンピュータを、請求項１から５までのいずれか一項に記載の移相値算出装置として機能させるための移相値算出プログラム。
【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２０１１−２１７２９９（Ｐ２０１１−２１７２９９Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８５７７７（Ｐ２０１０−８５７７７）
【出願日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【Ｆターム（参考）】
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