特許 6094990 アレーアンテナ装置およびその制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6094990

(24)【登録日】2017年2月24日

(45)【発行日】2017年3月15日

(54)【発明の名称】アレーアンテナ装置およびその制御方法

(51)【国際特許分類】

   H01Q 3/26 20060101AFI20170306BHJP

   H01Q 3/24 20060101ALI20170306BHJP

   H01Q 21/08 20060101ALI20170306BHJP

   H01Q 21/29 20060101ALI20170306BHJP

   G01S 3/04 20060101ALN20170306BHJP

   G01S 7/02 20060101ALN20170306BHJP

【ＦＩ】

   H01Q3/26 Z

   H01Q3/24

   H01Q21/08

   H01Q21/29

   !G01S3/04 C

   !G01S7/02 216

【請求項の数】5

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-241985(P2012-241985)

(22)【出願日】2012年11月1日

(65)【公開番号】特開2014-93599(P2014-93599A)

(43)【公開日】2014年5月19日

【審査請求日】2015年10月20日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２４年度、独立行政法人科学技術振興機構、戦略的創造研究推進事業チーム型研究（ＣＲＥＳＴ）研究領域「ディペンダブルＶＬＳＩシステムの基盤技術」研究課題「ディペンダブルワイヤレスシステム・デバイスの開発（オールＳｉ ＣＭＯＳ 受信器 ＲＦ ＩＣの開発）」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504157024

【氏名又は名称】国立大学法人東北大学

(74)【代理人】

【識別番号】100110423

【弁理士】

【氏名又は名称】曾我 道治

(74)【代理人】

【識別番号】100094695

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 憲七

(74)【代理人】

【識別番号】100111648

【弁理士】

【氏名又は名称】梶並 順

(74)【代理人】

【識別番号】100122437

【弁理士】

【氏名又は名称】大宅 一宏

(74)【代理人】

【識別番号】100147566

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100161171

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 潤一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100161115

【弁理士】

【氏名又は名称】飯野 智史

(72)【発明者】

【氏名】吉田 賢史

(72)【発明者】

【氏名】亀田 卓

(72)【発明者】

【氏名】末松 憲治

(72)【発明者】

【氏名】高木 直

(72)【発明者】

【氏名】坪内 和夫

(72)【発明者】

【氏名】稲垣 隆二

(72)【発明者】

【氏名】津留 正臣

(72)【発明者】

【氏名】谷口 英司

【審査官】 岩井 一央

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６１−０５４７０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−２０３４０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５９−１３２２１０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 国際公開第９１／００３８４６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｑ １／００−２５／０４

Ｇ０１Ｓ ３／０４

Ｇ０１Ｓ ７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

立体形状の基体の複数の面のうちの隣接する少なくとも２の面にそれぞれに設けられた複数のサブアレーアンテナと、
隣接する複数の面に設けられたサブアレーアンテナを指向性合成するように同時に制御する制御部と、
を備え、
前記基体が立方体であり、
前記基体の複数の側面に設けられるサブアレーアンテナがそれぞれ前記基体の上面及び下面と垂直又は平行な方向の偏波方向を有し、前記上面と下面の少なくとも一方に設けられたサブアレーアンテナが前記側面と垂直及び平行な角度を含む複数の角度に偏波方向が切り換え可能であることを特徴とするアレーアンテナ装置。

【請求項2】

立体形状の基体の複数の面又は領域のうちの隣接する少なくとも２の面又は領域にそれぞれに設けられた複数のサブアレーアンテナと、
隣接する複数の面又は領域に設けられたサブアレーアンテナを指向性合成するように同時に制御する制御部と、
を備え、
前記基体が角柱状又は円柱状であり、
角柱状の前記基体の複数の側面又は円柱状の前記基体の側面の周に亘って複数に分割された複数の領域の２以上の領域に設けられる各サブアレーアンテナがそれぞれ前記基体の上面及び下面と垂直又は平行な方向の偏波方向を有し、前記上面と下面の少なくとも一方に設けられたサブアレーアンテナが前記各側面又は各領域と垂直又は平行な角度を含む複数の角度に偏波方向が切り換え可能であることを特徴とするアレーアンテナ装置。

【請求項3】

前記基体が上面から下面の方向に複数枚の基板が積層して構成され、
前記基体の側面の各サブアレーアンテナの各アンテナ素子が基板端部に形成されたダイポールアンテナからなり、前記基体の上面と下面の少なくとも一方に設けられた各サブアレーアンテナの各アンテナ素子が上面と下面を形成する基板の表面に形成されて複数の給電点を有するパッチアンテナからなることを特徴とする請求項１または２に記載のアレーアンテナ装置。

【請求項4】

立体形状の基体の複数の面のうちの２以上の面にそれぞれに形成された複数のサブアレーアンテナの、異なる複数の面に設けられたサブアレーアンテナを同時に使用し指向性合成するアレーアンテナの制御方法であって、
前記基体を立方体とし、前記基体の複数の側面に設けられるサブアレーアンテナの偏波方向をそれぞれ前記基体の上面及び下面と垂直又は平行な方向とし、
前記上面と下面の少なくとも一方に設けられたサブアレーアンテナを前記側面と垂直及び平行な角度を含む複数の角度に偏波方向を切り換えることを特徴とするアレーアンテナの制御方法。

【請求項5】

立体形状の基体の複数の面又は領域のうちの２以上の面又は領域にそれぞれに形成された複数のサブアレーアンテナの、異なる複数の面又は領域に設けられたサブアレーアンテナを同時に使用し指向性合成するアレーアンテナの制御方法であって、
前記基体を角柱状又は円柱状とし、角柱状の前記基体の複数の側面又は円柱状の前記基体の側面の周に亘って複数に分割された複数の領域の２以上の領域に設けられる各サブアレーアンテナの偏波方向をそれぞれ前記基体の上面及び下面と垂直又は平行な方向とし、
前記上面と下面の少なくとも一方に設けられたサブアレーアンテナを前記各側面又は各領域と垂直又は平行な角度を含む複数の角度に偏波方向を切り換えることを特徴とするアレーアンテナ制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、複数組のサブアレーアンテナを設けたアレーアンテナ装置等に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電波の反射体や電波の干渉源による方探精度劣化を低減するために、あるいは特定の方位にある無線機と効率よく通信を行うためにアンテナ部を１組又は複数組のアレーアンテナで構成し、各アレーアンテナをそれぞれ、平面の上に金属平板の上に複数個のアンテナ素子を並べたアレーアンテナで構成したものがある(例えば下記特許文献１参照)。
平面上にアンテナ素子を複数配置し、特定の位相関係で各アンテナ素子に給電することにより、アンテナの指向性を高くすることができる。これにより、指向性の高いメインビーム方向に対しては、微弱な電波反射源を検出することができ、かつ、利得が低い角度範囲に対しては、電波の反射体や電波干渉源が存在しても影響を受けにくく、方位測定精度の劣化が小さい。ただし、アンテナ利得が低い角度範囲から電波が到来した場合には方向探知が困難となるので、１個のアレーアンテナが受け持つ角度範囲は、アンテナ利得が高い領域に限定する必要があるが、複数のアレーアンテナを向きを変えて設置することにより、水平面内の全角度範囲を探知している。
また、通信の場合、指向性の高いメインビーム方向に対しては、遠方の無線機と比較的低い送信電力で通信でき、かつ、利得が低い角度範囲に対しては、電波の反射体や電波干渉源が存在しても影響を受けにくく、メインビーム歩行にある無線機との通信が効率的に行える。ただし、１つの平面上に構成されたアレーアンテナのメインビームの方向は、平面の正面方向に限られるので、複数のアレーアンテナを向きを変えて設置することにより、水平面内の全角度範囲のカバーを可能としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１１−２３６８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のような、複数のアレーアンテナを向きを変えて設置したアレーアンテナ装置において、アレーアンテナを切り替えて所望のエリア内で所望の利得を得るためには、大きい出力を得るために各アレーアンテナに多くのアンテナ素子が必要であった。このため、アレーアンテナ装置が大型化し、小型端末への実装が困難となる等の課題があった。

【0005】

この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、複数のサブアレーアンテナ(アレーアンテナ)を指向性合成して同時に使用することで、多くのアンテナ素子を使用しなくても、所望のエリア内で所望の利得が得られるアレーアンテナ装置等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】

【0006】

この発明は、立体形状の基体の複数の面のうちの隣接する少なくとも２の面にそれぞれに設けられた複数のサブアレーアンテナと、隣接する複数の面に設けられたサブアレーアンテナを指向性合成するように同時に制御する制御部と、を備え、前記基体が立方体であり、前記基体の複数の側面に設けられるサブアレーアンテナがそれぞれ前記基体の上面及び下面と垂直又は平行な方向の偏波方向を有し、前記上面と下面の少なくとも一方に設けられたサブアレーアンテナが前記側面と垂直及び平行な角度を含む複数の角度に偏波方向が切り換え可能であることを特徴とするアレーアンテナ装置およびその制御方法等にある。

【発明の効果】

【0007】

この発明では、多くのアンテナ素子を使用しなくても、所望のエリア内で所望の利得が得られるアレーアンテナ装置等を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】この発明の実施の形態１によるアレーアンテナ装置の外観を概略的に示す図である。

【図2】この発明の一実施の形態によるアレーアンテナ装置における制御系の構成を示す図である。

【図3】この発明によるアレーアンテナ装置でアンテナ素子として使用されるパッチアンテナを説明するための図である。

【図4】この発明によるアレーアンテナ装置での指向性合成動作の一例を説明するための図である。

【図5】この発明によるアレーアンテナ装置の全体での三次元の放射パターンの一例を示す図である。

【図6】図５の三次元の放射パターンをメルカトル図法で示した図である。

【図7】この発明によるアレーアンテナ装置での指向性合成動作の別の一例を説明するための図である。

【図8】この発明の実施の形態２によるアレーアンテナ装置の外観を概略的に示す図である。

【図9】この発明の実施の形態３によるアレーアンテナ装置の外観を概略的に示す図である。

【図10】この発明の実施の形態４によるアレーアンテナ装置の構成の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、この発明によるアレーアンテナ装置等を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。
なお、この発明によるアレーアンテナ装置等は、主に通信に使用されるものを主眼においているが、レーダや探査等にも適用可能である。
また以下の実施の形態では、金属基板を使用したものを例に説明しているが、基板の材料はこれに限定されるものではない。

【0010】

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるアレーアンテナ装置の外観を概略的に示す図である。アレーアンテナ装置１の基体１０は例えば図示のような立方体等の立体形状を有する。図１の立方体からなる基体１０は４側面にサブアレーアンテナＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄが、上面と下面にサブアレーアンテナＥ，Ｆがそれぞれ設けられている。各サブアレーアンテナＡ〜Ｆの指向性の中心方向(最大放射方向)をＡｄ，Ｂｄ，Ｃｄ，Ｄｄ，Ｅｄ，Ｆｄで示す。なお説明の都合上、図１に示すように、側面に垂直な面の方向をｘｙ平面、下面から上面への方向をｚ軸とする。また、ｘｚ平面のｚ軸からｙ軸を中心に反時計回りに回転した角度をθ、ｘｙ平面のｘ軸からｚ軸を中心に反時計回りに回転した角度をφとする。

【0011】

なお基体１０は金属性材料で構成され、金属性のコアのものでも、６枚の金属性の基板を張り合わせた内側が空洞のものでもよい。

【0012】

各サブアレーアンテナＡ〜Ｄはそれぞれ、ｚ軸方向を偏波方向ＰＤとするアンテナ素子２ａがマトリックス状に複数配列されてなる。各サブアレーアンテナＥ，Ｆはそれぞれ、偏波方向ＰＤをｘ軸方向とｙ軸方向との間で切り換え可能(９０°切り換え可能)なアンテナ素子２ｂがマトリックス状に複数配列されてなる。

【0013】

なお、アレーアンテナ装置１は通常、通信端末に搭載されるため、実際には、側面のうちの一方向、図１ではサブアレーアンテナＤの方向は電波の送受信が行われないデッドゾーンとなる。

【0014】

図２にはこの発明の一実施の形態によるアレーアンテナ装置における制御系の構成を示す。例えばマイクロコンピュータ等により構成される制御部１００は、各サブアレーアンテナＡ〜Ｆに接続され、駆動指令信号ＤＳに従って該当する１つのサブアレーアンテナに制御信号ＣＳを送って電波を送信または受信または送受信が可能な状態にしたり、また複数のサブアレーアンテナに制御信号ＣＳを送って電波を送信または受信または送受信が可能な状態にし、指向性合成するように駆動制御する。駆動指令信号ＤＳは、アレーアンテナ装置１の送受信エリアおよび該エリア内での利得を含む。駆動指令信号ＤＳは外部から入力されてもよいし、制御部１００内部で生成されるものであってもよい。なお制御部１００は、アレーアンテナ装置１の基体１０の内部に搭載されても、また基体１０の外部に設けられてもよい。

【0015】

この発明によるアレーアンテナ装置１では、複数のサブアレーアンテナを指向性合成して同時に制御することで、所望のエリア内で所望の利得を得る。広義には、隣接する２つ又は３つ以上のサブアレーアンテナを同時に使用して指向性合成を行う。なおここで利得とは、送信時の放射強度、受信時の受信感度、の少なくとも一方に関するものとする。

【0016】

指向性合成するために、サブアレーアンテナのアンテナ素子の偏波方向を変更する必要がある場合がある。アンテナ素子２ａ，２ｂはパッチアンテナ、ダイポールアンテナ等の種々のアンテナで構成可能である。図３にはアンテナ素子として使用されるアンテナの一例としてのパッチアンテナ２を示す。例えばパッチアンテナ２では、給電点を給電点２１，２２で切り換えることで偏波方向が切り換る。そこで図２では、例えば、後述するように指向性合成の際に偏波方向の切り換えが必要となるサブアレーアンテナＥ，Ｆでは、各アンテナ素子２ｂをパッチアンテナで構成し、各アンテナ素子２ｂで複数の給電点に切り換えて給電がされるように複数本の制御線が接続されている。なお複数本の制御線の代わりにサブアレーアンテナＥ，Ｆ側に、駆動指令信号ＤＳに従って各アンテナ素子２ｂに給電点を切り換えて給電を行う破線で示す給電点切換部３を設けるようにしてもよい。

【0017】

図４には、制御部１００の制御によるアレーアンテナ装置１での指向性合成動作の一例を示す。
図４の(ａ)は、偏波方向ＰＤがｘ軸方向のサブアレーアンテナＥと偏波方向ＰＤがｚ軸方向のサブアレーアンテナＡとを指向性合成し、＋側のｚ軸と＋側のｙ軸の間の範囲のエリア内で所望の利得(最大放射方向)を得る場合の指向性合成動作を示す。
図４の(ｂ)は、偏波方向ＰＤがｙ軸方向のサブアレーアンテナＥと偏波方向ＰＤがｚ軸方向のサブアレーアンテナＢとを指向性合成し、＋側のｚ軸と＋側のｙ軸の間の範囲のエリア内で所望の利得(最大放射方向)を得る場合の指向性合成動作を示す。
また図４の(ｃ)は、３つのサブアレーアンテナを指向性合成し、偏波方向ＰＤがφ＝０°〜９０°の間の方向(例えば上面と下面が正方形でサブアレーアンテナＡ，Ｂが同じ性能であれば偏波方向はφ＝４５°)のサブアレーアンテナＥと偏波方向ＰＤがｚ軸方向のサブアレーアンテナＡと偏波方向ＰＤがｚ軸方向のサブアレーアンテナＢとを指向性合成し、＋側のｚ軸と＋側のｘ軸と＋側のｙ軸の間の範囲のエリア内で所望の利得(最大放射方向)を得る場合の指向性合成動作を示す。
また図４の(ｄ)は、偏波方向がｚ軸方向のサブアレーアンテナＡと偏波方向がｚ軸方向のサブアレーアンテナＢとを指向性合成し、＋側のｘ軸と＋側のｙ軸の間の範囲のエリア内で所望の利得(最大放射方向)を得る場合の指向性合成動作を示す。

【0018】

以上のようにして、サブアレーアンテナＡ，Ｂ，Ｃ，Ｅ，Ｆ、及びこれらのうちの例えば２つの隣接するサブアレーアンテナを組み合わせて指向性合成を行った場合の、アレーアンテナ装置１の全体での三次元の放射パターンの一例を図５に示す。なお図５はｙ軸の−側のサブアレーアンテナＤは設けていない(デッドゾーン)場合のものである。

【0019】

さらに図６には図５の三次元の放射パターンをメルカトル図法で示した。破線枠で示すエリアは各サブアレーアンテナの単独サブアレーエリア(但しＥｘ，Ｅｙ，Ｆｘ，Ｆｙの添え字は偏波方向を示す)、実線枠で示すエリアは隣接する２つのサブアレーアンテナのヘテロサブアレー合成エリアを示す。

【0020】

なお、上述の例では側面のサブアレーアンテナ(実際にはサブアレーアンテナの各アンテナ素子)の偏波方向が上面及び下面と垂直(サブアレーアンテナが搭載された面内において垂直の意味：以下同様)なｚ軸方向の場合を示したが、上面及び下面と平行(サブアレーアンテナが搭載された面内において平行の意味：以下同様)なｘ軸方向およびｙ軸方向の場合も同様にこの発明を実施することが可能である。

【0021】

図７には、制御部１００の制御によるアレーアンテナ装置１での指向性合成動作の別の例を示す。
図７の(ａ)は、偏波方向ＰＤがｙ軸方向のサブアレーアンテナＥと偏波方向ＰＤがｙ軸方向のサブアレーアンテナＡとを指向性合成し、＋側のｚ軸と＋側のｙ軸の間の範囲のエリア内で所望の利得(最大放射方向)を得る場合の指向性合成動作を示す。
図７の(ｂ)は、偏波方向ＰＤがｘ軸方向のサブアレーアンテナＥと偏波方向ＰＤがｘ軸方向のサブアレーアンテナＢとを指向性合成し、＋側のｚ軸と＋側のｙ軸の間の範囲のエリア内で所望の利得(最大放射方向)を得る場合の指向性合成動作を示す。
また図７の(ｃ)は、３つのサブアレーアンテナを指向性合成し、偏波方向ＰＤがφ＝−９０°〜０°の間の方向(例えば上面と下面が正方形でサブアレーアンテナＡ，Ｂが同じ性能であれば偏波方向はφ＝−４５°)のサブアレーアンテナＥと偏波方向ＰＤがｙ軸方向のサブアレーアンテナＡと偏波方向ＰＤがｘ軸方向のサブアレーアンテナＢとを指向性合成し、＋側のｚ軸と＋側のｘ軸と＋側のｙ軸の間の範囲のエリア内で所望の利得(最大放射方向)を得る場合の指向性合成動作を示す。
また図７の(ｄ)は、偏波方向ＰＤがｙ軸方向のサブアレーアンテナＡと偏波方向ＰＤがｘ軸方向のサブアレーアンテナＢとを指向性合成し、＋側のｘ軸と＋側のｙ軸の間の範囲のエリア内で所望の利得(最大放射方向)を得る場合の指向性合成動作を示す。

【0022】

このようにして、サブアレーアンテナＡ，Ｂ，Ｃ，Ｅ，Ｆ、及びこれらのうちの例えば２つの隣接するサブアレーアンテナを組み合わせて指向性合成を行っても、図５、図６で示したものと同様なアレーアンテナ装置１の全体での三次元の放射パターンが得られる。

【0023】

なお、アレーアンテナ装置１の基体１０が立方体である場合、側面に設けられる各サブアレーアンテナＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄはそれぞれ基体の上面及び下面と垂直又は平行(サブアレーアンテナが搭載された面内において垂直又は平行：以下同様)な方向の偏波方向を有し、上面と下面に設けられた各サブアレーアンテナＥ，Ｆは、２つのサブアレーアンテナの指向性合成を行う場合には、側面と垂直及び平行(サブアレーアンテナが搭載された面内において垂直及び平行：以下同様)な角度に偏波方向が切り換え可能なものとし、３つ以上のサブアレーアンテナの指向性合成を行う場合には、側面と垂直及び平行な角度を含む３つ以上の角度に偏波方向が切り換え可能なものとする。

【0024】

また、この発明のアレーアンテナ装置１は全ての面にサブアレーアンテナを設ける必要はなく、隣接する少なくとも２の面にサブアレーアンテナを設ければよい(以下同様)。

【0025】

実施の形態２．
図８はこの発明の実施の形態２によるアレーアンテナ装置の外観を概略的に示す図である。アレーアンテナ装置１の基体１０ａは例えば図示のような六角柱等の角柱形状を有する。図８の六角柱からなる基体１０ａは６側面にサブアレーアンテナＡ１〜Ａ６が、上面と下面にサブアレーアンテナＥ，Ｆがそれぞれ設けられている。各サブアレーアンテナＡ１〜Ａ６，Ｅ，Ｆの指向性の中心方向(最大放射方向)をＡ１ｄ〜Ａ６ｄ，Ｅｄ，Ｆｄで示す。

【0026】

なお基体１０ａは金属性材料で構成され、金属性のコアのものでも、８枚の金属性の基板を張り合わせた内側が空洞のものでもよい。また、制御部１００(図２参照)は各サブアレーアンテナＡ１〜Ａ６，Ｅ，Ｆに接続されて制御を行う。

【0027】

各サブアレーアンテナＡ１〜Ａ６はそれぞれ、ｚ軸方向を偏波方向ＰＤとするアンテナ素子２ａがマトリックス状に複数配列されてなる。各サブアレーアンテナＥ，Ｆはそれぞれ、偏波方向ＰＤを指向性合成する側面に合わせて切り換え可能なアンテナ素子２ｂがマトリックス状に複数配列されてなる。

【0028】

このような角柱形状の基体１０ａのアレーアンテナ装置１の場合、例えばサブアレーアンテナＥとサブアレーアンテナＡ１で指向性合成する場合には、サブアレーアンテナＥのアンテナ素子２ｂの偏波方向ＰＤをサブアレーアンテナＡ１が設けられた側面に垂直な方向に切り換える。これにより指向性の中心方向ＥｄとＡ１ｄ間の範囲のエリア内で所望の利得(最大放射方向)を得る指向性合成動作を行う。また、サブアレーアンテナＥとサブアレーアンテナＡ２で指向性合成する場合には、サブアレーアンテナＥのアンテナ素子２ｂの偏波方向ＰＤをサブアレーアンテナＡ２が設けられた側面に垂直な方向に切り換える。これにより指向性の中心方向ＥｄとＡ２ｄ間の範囲のエリア内で所望の利得(最大放射方向)を得る指向性合成動作を行う。

【0029】

さらにサブアレーアンテナＥとサブアレーアンテナＡ１とサブアレーアンテナＡ２で指向性合成する場合には、サブアレーアンテナＥのアンテナ素子２ｂの偏波方向ＰＤをサブアレーアンテナＡ１が設けられた側面に垂直な方向とサブアレーアンテナＡ２が設けられた側面に垂直な方向の間の方向に切り換える。これにより指向性の中心方向ＥｄとＡ１ｄとＡ２ｄ間の範囲のエリア内で所望の利得(最大放射方向)を得る指向性合成動作を行う。この指向性合成動作は他の側面に設けられたサブアレーアンテナでも同様なやり方で行われ、また下面に設けられたサブアレーアンテナＦと側面に設けられたサブアレーアンテナとの指向性合成動作でも同様にして行われる。

【0030】

以上のようにして、サブアレーアンテナＡ１〜Ａ６，Ｅ，Ｆ及びこれらのうちの例えば２つの隣接するサブアレーアンテナを組み合わせて指向性合成を行った場合の(但しサブアレーアンテナＡ１〜Ａ６の設けられた側面のうちの１つはデッドゾーンとなる)、アレーアンテナ装置１の全体での三次元の放射パターンは上記図５、図６にしたものと類似したものとなる。

【0031】

なお上記説明では、アレーアンテナ装置１の基体１０ａの側面のサブアレーアンテナＡ１〜Ａ６のアンテナ素子２ａの偏波方向ＰＤを図８に示すようにｚ軸方向、すなわちアンテナ素子２ａが搭載された側面内で上面及び下面に垂直な方向とした場合について説明したが、実施の形態１において図７で説明したように、アンテナ素子２ａが搭載された側面内で上面及び下面に平行な方向の場合についても同様にして指向性合成動作が可能である。

【0032】

アレーアンテナ装置１の基体１０ａが角柱状である場合、側面に設けられる各サブアレーアンテナＡ１〜Ａ６はそれぞれ基体の上面及び下面と垂直又は平行な方向の偏波方向を有し、上面と下面に設けられた各サブアレーアンテナＥ，Ｆは、２つのサブアレーアンテナの指向性合成を行う場合には、各側面と垂直又は平行な角度に偏波方向が切り換え可能なものとし、３つ以上のサブアレーアンテナの指向性合成を行う場合には、任意の角度に偏波方向が切り換え可能なものとする。

【0033】

実施の形態３．
図９はこの発明の実施の形態３によるアレーアンテナ装置の外観を概略的に示す図である。アレーアンテナ装置１の基体１０ｂは例えば図示のような円柱形状を有する。図９の円柱からなる基体１０ｂは側面周囲がＮ(Ｎは１以上の整数)個の領域Ｓ１〜ＳＮに分けられ、各領域にサブアレーアンテナＡＲ１〜ＡＲＮが、上面と下面にサブアレーアンテナＥ，Ｆがそれぞれ設けられている。各サブアレーアンテナＡＲ１〜ＡＲＮ，Ｅ，Ｆの指向性の中心方向(最大放射方向)をＡＲ１ｄ〜ＡＲＮｄ，Ｅｄ，Ｆｄで示す。

【0034】

なお基体１０ｂは金属性材料で構成され、金属性のコアのものでも、金属性の複数の基板(例えば上面、下面、側面)を張り合わせた内側が空洞のものでもよい。また、制御部１００(図２参照)は各サブアレーアンテナＡＲ１〜ＡＲＮ，Ｅ，Ｆに接続されて制御を行う。

【0035】

各サブアレーアンテナＡＲ１〜ＡＲＮはそれぞれ、ｚ軸方向を偏波方向ＰＤとするアンテナ素子２ａがマトリックス状に複数配列されてなる。各サブアレーアンテナＥ，Ｆはそれぞれ、偏波方向ＰＤを指向性合成する領域に合わせて切り換え可能なアンテナ素子２ｂがマトリックス状に複数配列されてなる。

【0036】

このような角柱形状の基体１０ｂのアレーアンテナ装置１の場合、例えばサブアレーアンテナＥとサブアレーアンテナＡＲ１で指向性合成する場合には、サブアレーアンテナＥのアンテナ素子２ｂの偏波方向ＰＤをサブアレーアンテナＡＲ１が設けられた領域Ｓ１に垂直な方向に切り換える。これにより指向性の中心方向ＥｄとＡＲ１ｄ間の範囲のエリア内で所望の利得(最大放射方向)を得る指向性合成動作を行う。また、サブアレーアンテナＥとサブアレーアンテナＡＲ２で指向性合成する場合には、サブアレーアンテナＥのアンテナ素子２ｂの偏波方向ＰＤをサブアレーアンテナＡＲ２が設けられた領域Ｓ２に垂直な方向に切り換える。これにより指向性の中心方向ＥｄとＡＲ２ｄ間の範囲のエリア内で所望の利得(最大放射方向)を得る指向性合成動作を行う。

【0037】

さらにサブアレーアンテナＥとサブアレーアンテナＡＲ１とサブアレーアンテナＡＲ２で指向性合成する場合には、サブアレーアンテナＥのアンテナ素子２ｂの偏波方向ＰＤをサブアレーアンテナＡＲ１が設けられた領域Ｓ１に垂直な方向とサブアレーアンテナＡＲ２が設けられた領域Ｓ２に垂直な方向の間の方向に切り換える。これにより指向性の中心方向ＥｄとＡＲ１ｄとＡＲ２ｄ間の範囲のエリア内で所望の利得(最大放射方向)を得る指向性合成動作を行う。この指向性合成動作は側面の他の領域に設けられたサブアレーアンテナでも同様なやり方で行われ、また下面に設けられたサブアレーアンテナＦと側面の各領域に設けられたサブアレーアンテナとの指向性合成動作でも同様にして行われる。

【0038】

以上のようにして、サブアレーアンテナＡＲ１〜ＡＲＮ，Ｅ，Ｆ及びこれらのうちの例えば２つの隣接するサブアレーアンテナを組み合わせて指向性合成を行った場合の(但しサブアレーアンテナＡＲ１〜ＡＲＮの設けられた領域Ｓ１〜ＳＮのうちの１つはデッドゾーンとなる)、アレーアンテナ装置１の全体での三次元の放射パターンは上記図５、図６にしたものと類似したものとなる。

【0039】

なお上記説明では、アレーアンテナ装置１の基体１０ｂの側面のサブアレーアンテナＡＲ１〜ＡＲＮのアンテナ素子２ａの偏波方向ＰＤを図９に示すようにｚ軸方向、すなわちアンテナ素子２ａが搭載された領域の側面内で上面及び下面に垂直な方向とした場合について説明したが、実施の形態１において図７で説明したように、アンテナ素子２ａが搭載された領域の側面内で上面及び下面に平行な方向の場合についても同様にして指向性合成動作が可能である。

【0040】

アレーアンテナ装置１の基体１０ｂが円柱状である場合、側面の周に亘って複数に分割された複数の領域に設けられる各サブアレーアンテナＡＲ１〜ＡＲＮはそれぞれ基体の上面及び下面と垂直又は平行な方向の偏波方向を有し、上面と下面に設けられた各サブアレーアンテナＥ，Ｆは、２つのサブアレーアンテナの指向性合成を行う場合には、側面の該領域と垂直又は平行な角度に偏波方向が切り換え可能なものとし、３つ以上のサブアレーアンテナの指向性合成を行う場合には、任意の角度に偏波方向が切り換え可能なものとする。

【0041】

実施の形態４．
図１０はこの発明の実施の形態４によるアレーアンテナ装置の構成の一例を示す図である。図１０は図１に示すアレーアンテナ装置１の他の具体的な構成例を示している。基体１０は上面から下面の方向に複数枚の基板(１１，１２，１３，１４)を積層して構成されている。上面を構成する基板１２の上面および下面を構成する基板１２の下面には、基体の上面と下面に設けられるサブアレーアンテナを構成する、基板１２の表面に形成されて複数の給電点を有するパッチアンテナ２ｂｂがそれぞれ複数、マトリックス状に配列されている。

【0042】

また上下両側の基板１２のそれぞれの内側の基板１１には、基体の側面に設けられるサブアレーアンテナを構成する、ダイポールアンテナ２ａａが基板周囲端部に沿って複数形成されている(端末側(Ｄ側)は除く)。上下２枚の基板１１のダイポールアンテナ２ａａでマトリックス状に配列されたサブアレーアンテナを形成している。なお基板１１の上面に示されているダイポールアンテナ２ａａはダイポールアンテナの一方のアンテナであり、他方のアンテナは基板１１の裏面の端部に沿って同様に形成されている。また配列されたダイポールアンテナ２ａａの基板１１の内側には(裏面も同様)、内部への電波の侵入を阻止するためのグランドパターン５が形成されている。そして基板１３，１４はスペーサ用の基板であり、中央の基板１４は端末側の基板に繋がっている。なお、基板１３，１４に制御部１００を形成するようにしてもよい。

【0043】

このように、基板表面に形成し易いパッチアンテナ２ｂｂと、基板端部に形成し易いダイポールアンテナ２ａａの組み合わせは、アレーアンテナ装置１を基板を積層して立体構造で実現する際に特に有効な組み合わせである。

【0044】

なお、上記では立方体形状の基体を有するアレーアンテナ装置の場合について説明したが、基板の形状を変えれば、角柱状又は円柱状の基体を有するアレーアンテナ装置の実現も容易に可能である。

【0045】

また、この発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、基板形状、サブアレーアンテナの数や配置、さらに各サブアレーアンテナのアンテナ素子の種類や数や配列等は、用途に応じて適宜選択すればよい。

【0046】

なお、アレーアンテナ装置の全体での三次元の放射パターンに関し、立方体のアレーアンテナ装置の場合、従来のようにそれぞれのサブアレーアンテナを切り替えて単独で駆動させる場合、所望のエリア内で利得が１０ｄＢｉ(絶対利得)以上のビームフォーム(ＢＦ)を得るためには、各サブアレーアンテナに４×４配列のアンテナ素子が必要であった。そのため、５面(１面はデッドゾーン)で合計８０素子のアンテナが必要であり、小型端末への実装が困難であった。
これに対してこの発明のように異なる面の複数のサブアレーアンテナを指向性合成するように同時に制御した場合、１０ｄＢｉ(絶対利得)以上の利得エリアを拡大する。
サブアレーアンテナのアンテナ素子を削減すると、サブアレーアンテナ単体がカバーできる１０ｄＢｉ以上の利得エリアが小さくなるが、ヘテロサブアレー指向性合成を併用し、サブアレーアンテナ単体の未カバーエリアを補償することで、所望のエリア内で利得が１０ｄＢｉ以上のＢＦを得ることができる。
これにより、全てのサブアレーアンテナのアンテナ素子を４×２配列にしても３次元ＢＦが可能であり、サブアレーアンテナ単位のみを使う４×４配列の８０素子に比べて、半分の４０素子で３次元ＢＦが可能となった。

【符号の説明】

【0047】

１ アレーアンテナ装置、２ パッチアンテナ、２ａ，２ｂ アンテナ素子、２ａａ ダイポールアンテナ、２ｂｂ パッチアンテナ、３ 給電点切換部、５ グランドパターン、１０，１０ａ，１０ｂ 基体、１１，１２，１３，１４ 基板、２１，２２ 給電点、１００ 制御部、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ サブアレーアンテナ、Ａ１〜Ａ６ サブアレーアンテナ、ＡＲ１〜ＡＲＮ サブアレーアンテナ、ＣＳ 制御信号、ＤＳ 駆動指令信号、ＰＤ 偏波方向、Ｓ１〜ＳＮ 領域。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】