特開 2024-109361 アレイアンテナ装置及びアレイアンテナ制御プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024109361

(43)【公開日】2024-08-14

(54)【発明の名称】アレイアンテナ装置及びアレイアンテナ制御プログラム

(51)【国際特許分類】

   H01Q 3/26 20060101AFI20240806BHJP

   G01S 7/02 20060101ALI20240806BHJP

【ＦＩ】

H01Q3/26 Z

G01S7/02 216

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023014112

(22)【出願日】2023-02-01

(71)【出願人】

【識別番号】000004330

【氏名又は名称】日本無線株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100119677

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 賢治

(74)【代理人】

【識別番号】100160495

【弁理士】

【氏名又は名称】畑 雅明

(74)【代理人】

【識別番号】100173716

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 真理

(74)【代理人】

【識別番号】100115794

【弁理士】

【氏名又は名称】今下 勝博

(72)【発明者】

【氏名】勝本 達也

(72)【発明者】

【氏名】工藤 俊紀

【テーマコード（参考）】

5J021

5J070

【Ｆターム（参考）】

5J021AA05

5J021AA06

5J021AA11

5J021DB02

5J021DB03

5J021EA02

5J021FA06

5J021FA12

5J021FA13

5J021GA02

5J021GA03

5J070AD08

5J070AK08

(57)【要約】      （修正有）

【課題】各々のチャネルの間の信号結合が複数のチャネルの配列方向に周期性を有するときであっても、鋭いピーク状のサイドローブを低減する複数のチャネルを配列するアレイアンテナ装置を提供する。
【解決手段】アレイアンテナ装置Ａは、各々のチャネルＣＨ１～ＣＨ（４Ｎ）の信号に対して、他のチャネルとの間の信号結合が発生する前段において、位相及び振幅の少なくともいずれかを変動させる前段信号変動部ＦＳ１～ＦＳ（４Ｎ）と、各々のチャネルＣＨ１～ＣＨ（４Ｎ）の信号に対して、他のチャネルとの間の信号結合が発生した後段において、前段信号変動部ＦＳ１～ＦＳ（４Ｎ）が変動させた位相及び振幅の少なくともいずれかと比べて同一幅だけかつ逆方向に、位相及び振幅の少なくともいずれかを変動させる後段信号変動部ＢＳ１～ＢＳ（４Ｎ）と、を備える。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のチャネルを配列するアレイアンテナ装置であって、
各々のチャネルの間の信号結合は、前記複数のチャネルの配列方向に周期性を有し、
各々のチャネルの信号に対して、他のチャネルとの間の信号結合が発生する前段において、位相及び振幅の少なくともいずれかを変動させる前段信号変動部と、
各々のチャネルの信号に対して、他のチャネルとの間の信号結合が発生した後段において、前記前段信号変動部が変動させた位相及び振幅の少なくともいずれかと比べて同一幅だけかつ逆方向に、位相及び振幅の少なくともいずれかを変動させる後段信号変動部と、
を備えることを特徴とするアレイアンテナ装置。

【請求項2】

各々のチャネルの間の信号結合が前記複数のチャネルの配列方向に周期性を有することによるサイドローブレベルは、前記前段信号変動部及び前記後段信号変動部が各々のチャネルの信号に対して位相及び振幅のいずれも変動させないときと比べて抑圧される
ことを特徴とする、請求項１に記載のアレイアンテナ装置。

【請求項3】

前記前段信号変動部及び前記後段信号変動部が各々のチャネルの信号に対して変動させる位相及び振幅の少なくともいずれかは、前記複数のチャネルの配列方向に非周期性を有するように、乱数発生により設定される又は所定規則により設定される
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のアレイアンテナ装置。

【請求項4】

前記前段信号変動部及び前記後段信号変動部が各々のチャネルの信号に対して変動させる位相及び振幅の少なくともいずれかは、前記複数のチャネルの配列方向に各々のチャネルの間の信号結合が有する周期性と異なる周期性を有するように設定される
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のアレイアンテナ装置。

【請求項5】

前記複数のチャネルは、互いに遮蔽される複数のサブアレイを用いて構成される
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のアレイアンテナ装置。

【請求項6】

前記複数のチャネルは、単一の基板に形成される単一のアレイを用いて構成される
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のアレイアンテナ装置。

【請求項7】

請求項１又は２に記載のアレイアンテナ装置が備える前記前段信号変動部及び前記後段信号変動部を、コンピュータに制御させるためのアレイアンテナ制御プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、複数のチャネルを配列するアレイアンテナ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

アレイアンテナ装置は、アンテナ素子数の増加により、全体のサイズが大型化するため、１つのユニットの構成が困難になる。そこで、アレイアンテナ装置は、複数のサブアレイの配列により、各々のサブアレイが小型であっても、全体のサイズの大型化が実現される。また、アレイアンテナ装置は、サブアレイの個数を柔軟に変更し、全体のサイズを変更することで、所望の性能を有するアンテナを構成しやすい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特公平０３－０３８５４８号公報

【特許文献2】特公平０４－０１０９９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来技術のサブアレイの構成を図１に示す。従来技術のアレイアンテナ装置の構成を図２に示す。図１、２では、受信時を想定しているが、送信時も適用することができる。

【0005】

図１では、サブアレイＳＡ１は、チャネルＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４をシールドケース内に収容する。チャネルＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４において、所望信号ｘ_１、ｘ_２、ｘ_３、ｘ_４は、隣接結合Ｌ_１２、Ｌ_２３、Ｌ_３４、１飛び越し結合Ｌ_１３、Ｌ_２４及び２飛び越し結合Ｌ_１４により、非所望信号ｘ_１’、ｘ_２’、ｘ_３’、ｘ_４’に変形される（数１を参照）。

【数1】

【0006】

サブアレイＳＡ１において、所望信号ベクトルｘ_ＳＡ１、非所望信号ベクトルｘ_ＳＡ１’及びサブアレイ内結合行列Ｍ_ＳＡ１を用いて、数１は数２の第４式のように書き換えられる。

【数2】

【0007】

図２では、アレイアンテナ装置Ａは、サブアレイＳＡ１、・・・、ＳＡＮを配列し、チャネルＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４、・・・、ＣＨ（４Ｎ－３）、ＣＨ（４Ｎ－２）、ＣＨ（４Ｎ－１）、ＣＨ（４Ｎ）を配列する。サブアレイＳＡ１、・・・、ＳＡＮは、シールドケース内に収容され、サブアレイ内結合を生じるが、サブアレイ間結合をほぼ生じない。

【0008】

アレイアンテナ装置Ａにおいて、サブアレイ内結合のみが生じることを考えて、所望信号ベクトルｘ_ＳＡ１、・・・、ｘ_ＳＡＮ、非所望信号ベクトルｘ_ＳＡ１’、・・・、ｘ_ＳＡＮ’及びサブアレイ内結合行列Ｍ_ＳＡ１、・・・、Ｍ_ＳＡＮを用いて、数２は数３のように拡張される。

【数3】

【0009】

アレイアンテナ装置Ａにおいて、所望信号ベクトルｘ_Ｆ、非所望信号ベクトルｘ_Ｆ’及び全サブアレイ結合行列Ｍ_Ｆを用いて、数３は数４の第４式のように書き換えられる。

【数4】

【0010】

ここで、サブアレイＳＡ１、・・・、ＳＡＮは、ほぼ同様なサブアレイである。よって、サブアレイ内結合行列Ｍ_ＳＡ１、・・・、Ｍ_ＳＡＮは、ほぼ類似の結合行列である。そして、チャネルＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４、・・・、ＣＨ（４Ｎ－３）、ＣＨ（４Ｎ－２）、ＣＨ（４Ｎ－１）、ＣＨ（４Ｎ）の間の信号結合は、これらのチャネルの配列方向に周期性（図１、２では、４チャネル分の周期、つまり、使用波長と比べて長い周期）を有する。

【0011】

従来技術のアレイアンテナ装置の放射パターンを図３に示す。各角度における放射パターンｙは、ビーム方向及びサイドローブレベルを制御する重み付けベクトルｗと、非所望信号ベクトルｘ_Ｆ’と、の内積を用いて、数５のように表される。数５の第２辺は、実際の放射パターンであり、数５の第４辺の第１項は、理想の放射パターンであり、数５の第４辺の第２項は、実際の及び理想の放射パターンの間の誤差成分である。

【数5】

【0012】

図３では、サブアレイ内結合行列Ｍ_ＳＡ１、・・・、Ｍ_ＳＡＮは、同一の結合行列であり、数６のように表される。理想の放射パターンでは、角度－１０ｄｅｇにおいて、メインローブが形成され、角度－１０ｄｅｇ以外の角度において、適切なレベルのサイドローブが形成される。実際の放射パターンでは、角度－４０ｄｅｇ、１５ｄｅｇ、５０ｄｅｇにおいて、鋭いピーク状のサイドローブが誤差成分として形成される。

【数6】

【0013】

これは、チャネルＣＨ１、・・・、ＣＨ（４Ｎ）の間の信号結合が、これらのチャネルの配列方向に周期性（使用波長と比べて長い周期）を有するためである。そして、サブアレイＳＡ１、・・・、ＳＡＮを配列したうえで、アレイアンテナ装置Ａを製造してしまうと、これらのチャネルの間の信号結合の配列方向の周期性を制御することは困難である。

【0014】

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、複数のチャネルを配列するアレイアンテナ装置において、各々のチャネルの間の信号結合が複数のチャネルの配列方向に周期性を有するときであっても、鋭いピーク状のサイドローブを低減することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0015】

前記課題を解決するために、各々のチャネルの信号に対して、他のチャネルとの間の信号結合が発生する前段において、位相及び振幅の少なくともいずれかを変動させることとした。そして、各々のチャネルの信号に対して、他のチャネルとの間の信号結合が発生した後段において、他のチャネルとの間の信号結合が発生する前段と比べて、同一幅だけかつ逆方向に、位相及び振幅の少なくともいずれかを変動させることとした。

【0016】

具体的には、本開示は、複数のチャネルを配列するアレイアンテナ装置であって、各々のチャネルの間の信号結合は、前記複数のチャネルの配列方向に周期性を有し、各々のチャネルの信号に対して、他のチャネルとの間の信号結合が発生する前段において、位相及び振幅の少なくともいずれかを変動させる前段信号変動部と、各々のチャネルの信号に対して、他のチャネルとの間の信号結合が発生した後段において、前記前段信号変動部が変動させた位相及び振幅の少なくともいずれかと比べて同一幅だけかつ逆方向に、位相及び振幅の少なくともいずれかを変動させる後段信号変動部と、を備えることを特徴とするアレイアンテナ装置である。

【0017】

この構成によれば、各々のチャネルの所望信号に対しては、影響を及ぼすことなく、各々のチャネルの誤差信号に対してのみ、意図的に影響を及ぼすことができる。

【0018】

また、本開示は、各々のチャネルの間の信号結合が前記複数のチャネルの配列方向に周期性を有することによるサイドローブレベルは、前記前段信号変動部及び前記後段信号変動部が各々のチャネルの信号に対して位相及び振幅のいずれも変動させないときと比べて抑圧されることを特徴とするアレイアンテナ装置である。

【0019】

この構成によれば、各々のチャネルの間の信号結合が複数のチャネルの配列方向に周期性を有するときであっても、鋭いピーク状のサイドローブを低減することができる。

【0020】

また、本開示は、前記前段信号変動部及び前記後段信号変動部が各々のチャネルの信号に対して変動させる位相及び振幅の少なくともいずれかは、前記複数のチャネルの配列方向に非周期性を有するように、乱数発生により設定される又は所定規則により設定されることを特徴とするアレイアンテナ装置である。

【0021】

この構成によれば、各々のチャネルの間の信号結合の配列方向の周期性と、各々のチャネルの位相変動及び／又は振幅変動の配列方向の非周期性とは、共通する周期性を有さないため、鋭いピーク状のサイドローブを低減することができる。

【0022】

また、本開示は、前記前段信号変動部及び前記後段信号変動部が各々のチャネルの信号に対して変動させる位相及び振幅の少なくともいずれかは、前記複数のチャネルの配列方向に各々のチャネルの間の信号結合が有する周期性と異なる周期性を有するように設定されることを特徴とするアレイアンテナ装置である。

【0023】

この構成によれば、各々のチャネルの間の信号結合の配列方向の周期性は、各々のチャネルの位相変動及び／又は振幅変動の配列方向の周期性により崩されるため、鋭いピーク状のサイドローブを低減することができる。

【0024】

また、本開示は、前記複数のチャネルは、互いに遮蔽される複数のサブアレイを用いて構成されることを特徴とするアレイアンテナ装置である。

【0025】

この構成によれば、複数のチャネルが互いに遮蔽される複数のサブアレイを用いて構成されることにより、各々のチャネルの間の信号結合が複数のチャネルの配列方向に周期性を有するときであっても、鋭いピーク状のサイドローブを低減することができる。

【0026】

また、本開示は、前記複数のチャネルは、単一の基板に形成される単一のアレイを用いて構成されることを特徴とするアレイアンテナ装置である。

【0027】

この構成によれば、複数のチャネルが単一の基板に形成される単一のアレイを用いて構成されるときであっても、各々のチャネルの間の信号結合が複数のチャネルの配列方向に周期性を有することがあるが、鋭いピーク状のサイドローブを低減することができる。

【0028】

また、本開示は、以上に記載のアレイアンテナ装置が備える前記前段信号変動部及び前記後段信号変動部を、コンピュータに制御させるためのアレイアンテナ制御プログラムである。

【0029】

この構成によれば、以上に記載の効果を有するプログラムを提供することができる。

【0030】

なお、上記各開示の発明は、可能な限り組み合わせることができる。

【発明の効果】

【0031】

このように、本開示は、複数のチャネルを配列するアレイアンテナ装置において、各々のチャネルの間の信号結合が複数のチャネルの配列方向に周期性を有するときであっても、鋭いピーク状のサイドローブを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】従来技術のサブアレイの構成を示す図である。

【図2】従来技術のアレイアンテナ装置の構成を示す図である。

【図3】従来技術のアレイアンテナ装置の放射パターンを示す図である。

【図4】本開示のサブアレイの構成を示す図である。

【図5】本開示のアレイアンテナ装置の構成を示す図である。

【図6】第１実施形態のアレイアンテナ装置の位相変動パターンを示す図である。

【図7】第１実施形態のアレイアンテナ装置の放射パターンを示す図である。

【図8】第２実施形態のアレイアンテナ装置の位相変動パターンを示す図である。

【図9】第２実施形態のアレイアンテナ装置の放射パターンを示す図である。

【図10】第３実施形態のアレイアンテナ装置の位相変動パターンを示す図である。

【図11】第３実施形態のアレイアンテナ装置の放射パターンを示す図である。

【図12】第４実施形態のアレイアンテナ装置の位相変動パターンを示す図である。

【図13】第４実施形態のアレイアンテナ装置の放射パターンを示す図である。

【図14】変形例のアレイアンテナ装置の構成を示す図である。

【図15】変形例のサブアレイの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。

【0034】

（本開示のアレイアンテナ装置の構成）
本開示のサブアレイの構成を図４に示す。本開示のアレイアンテナ装置の構成を図５に示す。図４、５では、受信時を想定しているが、送信時も適用することができる。

【0035】

図４では、サブアレイＳＡ１は、チャネルＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４をシールドケース内に収容する。そして、サブアレイＳＡ１は、各々のチャネルＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４の信号に対して、前段信号変動部ＦＳ１、ＦＳ２、ＦＳ３、ＦＳ４及び後段信号変動部ＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳ３、ＢＳ４を備える。ここで、前段信号変動部ＦＳ１、ＦＳ２、ＦＳ３、ＦＳ４は、アナログ回路の可変移相器及び／又は可変減衰器等である。一方で、後段信号変動部ＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳ３、ＢＳ４は、アナログ回路の可変移相器及び／又は可変減衰器等でもよく、デジタル回路の乗算器等でもよい。

【0036】

アレイアンテナ制御装置Ｃは、前段信号変動部ＦＳ１、ＦＳ２、ＦＳ３、ＦＳ４及び後段信号変動部ＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳ３、ＢＳ４を制御するために、アレイアンテナ制御プログラムをコンピュータにインストールすることにより実現することができる。

【0037】

前段信号変動部ＦＳ１、ＦＳ２、ＦＳ３、ＦＳ４は、各々のチャネルＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４の信号に対して、他のチャネルとの間の信号結合が発生する前段において、位相及び振幅の少なくともいずれかを変動させる。具体的には、前段信号変動部ＦＳ１、ＦＳ２、ＦＳ３、ＦＳ４は、各々のチャネルＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４の信号に対して、変動係数Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３、Ａ_４（Ａ＝振幅×ｅｘｐ（ｊ×位相））を乗算する。

【0038】

後段信号変動部ＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳ３、ＢＳ４は、各々のチャネルＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４の信号に対して、他のチャネルとの間の信号結合が発生した後段において、前段信号変動部ＦＳ１、ＦＳ２、ＦＳ３、ＦＳ４が変動させた位相及び振幅の少なくともいずれかと比べて同一幅だけかつ逆方向に、位相及び振幅の少なくともいずれかを変動させる。具体的には、後段信号変動部ＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳ３、ＢＳ４は、各々のチャネルＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４の信号に対して、変動係数Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３、Ａ_４の逆特性として、逆変動係数１／Ａ_１、１／Ａ_２、１／Ａ_３、１／Ａ_４を乗算する。

【0039】

チャネルＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４において、所望信号ｘ_１、ｘ_２、ｘ_３、ｘ_４は、変動係数Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３、Ａ_４、隣接結合Ｌ_１２、Ｌ_２３、Ｌ_３４、１飛び越し結合Ｌ_１３、Ｌ_２４、２飛び越し結合Ｌ_１４及び逆変動係数１／Ａ_１、１／Ａ_２、１／Ａ_３、１／Ａ_４により、非所望信号ｘ_１’、ｘ_２’、ｘ_３’、ｘ_４’に変形される（数７を参照）。ここで、変動係数Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３、Ａ_４及び逆変動係数１／Ａ_１、１／Ａ_２、１／Ａ_３、１／Ａ_４が乗算されるときに、通常の行列演算は適用されず、アダマール積（同一の行列成分同士の積）が適用される。

【数7】

【0040】

サブアレイＳＡ１において、所望信号ベクトルｘ_ＳＡ１、非所望信号ベクトルｘ_ＳＡ１’、サブアレイ内結合行列Ｍ_ＳＡ１、変動係数ベクトルＡ_ＳＡ１及び逆変動係数ベクトルＡ_{ＳＡ１ｉｎｖ}を用いて（数８を参照）、数７は数９の第１式のように書き換えられる。

【数8】

【数9】

【0041】

ここで、数９の第２式のサブアレイ内結合行列Ｍ_ＡＳＡ１は、数８の第３式のサブアレイ内結合行列Ｍ_ＳＡ１と異なり、変動係数ベクトルＡ_ＳＡ１及び逆変動係数ベクトルＡ_{ＳＡ１ｉｎｖ}の影響を受ける。よって、数９の第１式の第３辺のＭ_ＡＳＡ１ｘ_ＳＡ１は、変動係数ベクトルＡ_ＳＡ１及び逆変動係数ベクトルＡ_{ＳＡ１ｉｎｖ}の影響を受ける。一方で、数９の第１式の第３辺のＩｘ_ＳＡ１は、変動係数ベクトルＡ_ＳＡ１及び逆変動係数ベクトルＡ_{ＳＡ１ｉｎｖ}の影響を受けない。

【0042】

図５では、アレイアンテナ装置Ａは、サブアレイＳＡ１、・・・、ＳＡＮを配列し、チャネルＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４、・・・、ＣＨ（４Ｎ－３）、ＣＨ（４Ｎ－２）、ＣＨ（４Ｎ－１）、ＣＨ（４Ｎ）を配列する。サブアレイＳＡ１、・・・、ＳＡＮは、シールドケース内に収容され、サブアレイ内結合を生じるが、サブアレイ間結合をほぼ生じない。

【0043】

サブアレイＳＡＮは、各々のチャネルＣＨ（４Ｎ－３）、ＣＨ（４Ｎ－２）、ＣＨ（４Ｎ－１）、ＣＨ（４Ｎ）の信号に対して、前段信号変動部ＦＳ（４Ｎ－３）、ＦＳ（４Ｎ－２）、ＦＳ（４Ｎ－１）、ＦＳ（４Ｎ）及び後段信号変動部ＢＳ（４Ｎ－３）、ＢＳ（４Ｎ－２）、ＢＳ（４Ｎ－１）、ＢＳ（４Ｎ）を備える。アレイアンテナ制御装置Ｃは、前段信号変動部ＦＳ（４Ｎ－３）、ＦＳ（４Ｎ－２）、ＦＳ（４Ｎ－１）、ＦＳ（４Ｎ）及び後段信号変動部ＢＳ（４Ｎ－３）、ＢＳ（４Ｎ－２）、ＢＳ（４Ｎ－１）、ＢＳ（４Ｎ）を制御する。

【0044】

アレイアンテナ装置Ａにおいて、サブアレイ内結合のみが生じることを考えて、所望信号ベクトルｘ_ＳＡ１、・・・、ｘ_ＳＡＮ、非所望信号ベクトルｘ_ＳＡ１’、・・・、ｘ_ＳＡＮ’及びサブアレイ内結合行列Ｍ_ＡＳＡ１、・・・、Ｍ_ＡＳＡＮを用いて、数９は数１０のように拡張される。

【数10】

【0045】

アレイアンテナ装置Ａにおいて、所望信号ベクトルｘ_Ｆ、非所望信号ベクトルｘ_Ｆ’及び全サブアレイ結合行列Ｍ_ＡＦを用いて、数１０は数１１の第４式のように書き換えられる。

【数11】

【0046】

ここで、サブアレイＳＡ１、・・・、ＳＡＮは、ほぼ同様なサブアレイである。よって、サブアレイ内結合行列Ｍ_ＳＡ１、・・・、Ｍ_ＳＡＮは、ほぼ類似の結合行列である。そして、チャネルＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４、・・・、ＣＨ（４Ｎ－３）、ＣＨ（４Ｎ－２）、ＣＨ（４Ｎ－１）、ＣＨ（４Ｎ）の間の信号結合は、これらのチャネルの配列方向に周期性（図４、５では、４チャネル分の周期、つまり、使用波長と比べて長い周期）を有する。

【0047】

しかし、数１１の第３式の全サブアレイ結合行列Ｍ_ＡＦは、数４の第３式の全サブアレイ結合行列Ｍ_Ｆと異なり、変動係数ベクトルＡ_ＳＡ１、・・・、Ａ_ＳＡＮ及び逆変動係数ベクトルＡ_{ＳＡ１ｉｎｖ}、・・・、Ａ_{ＳＡＮｉｎｖ}の影響を受ける。よって、数１１の第４式のＭ_ＡＦｘ_Ｆは、変動係数ベクトルＡ_ＳＡ１、・・・、Ａ_ＳＡＮ及び逆変動係数ベクトルＡ_{ＳＡ１ｉｎｖ}、・・・、Ａ_{ＳＡＮｉｎｖ}の影響を受ける。一方で、数１１の第４式のＩｘ_Ｆは、変動係数ベクトルＡ_ＳＡ１、・・・、Ａ_ＳＡＮ及び逆変動係数ベクトルＡ_{ＳＡ１ｉｎｖ}、・・・、Ａ_{ＳＡＮｉｎｖ}の影響を受けない。

【0048】

本開示のアレイアンテナ装置の放射パターンを説明する。各角度における放射パターンｙは、ビーム方向及びサイドローブレベルを制御する重み付けベクトルｗと、非所望信号ベクトルｘ_Ｆ’と、の内積を用いて、数１２のように表される。数１２の第２辺は、実際の放射パターンであり、数１２の第４辺の第１項は、理想の放射パターンであり、数１２の第４辺の第２項は、実際の及び理想の放射パターンの間の誤差成分である。

【数12】

【0049】

しかし、数１２の第４辺の第２項の全サブアレイ結合行列Ｍ_ＡＦは、数５の第４辺の第２項の全サブアレイ結合行列Ｍ_Ｆと異なり、変動係数ベクトルＡ_ＳＡ１、・・・、Ａ_ＳＡＮ及び逆変動係数ベクトルＡ_{ＳＡ１ｉｎｖ}、・・・、Ａ_{ＳＡＮｉｎｖ}の影響を受ける。よって、数１２の第４辺の第２項のｗ^ＴＭ_ＡＦｘ_Ｆ（誤差成分）は、変動係数ベクトルＡ_ＳＡ１、・・・、Ａ_ＳＡＮ及び逆変動係数ベクトルＡ_{ＳＡ１ｉｎｖ}、・・・、Ａ_{ＳＡＮｉｎｖ}の影響を受ける。一方で、数１２の第４辺の第１項のｗ^Ｔｘ_Ｆ（理想の放射パターン）は、変動係数ベクトルＡ_ＳＡ１、・・・、Ａ_ＳＡＮ及び逆変動係数ベクトルＡ_{ＳＡ１ｉｎｖ}、・・・、Ａ_{ＳＡＮｉｎｖ}の影響を受けない。

【0050】

このように、各々のチャネルの所望信号に対しては、影響を及ぼすことなく、各々のチャネルの誤差信号に対してのみ、意図的に影響を及ぼすことができる。ただし、各々のチャネルの位相変動及び／又は振幅変動を適切に設定する方法を必要とする。

【0051】

（様々な実施形態のアレイアンテナ装置の放射パターン）
各々のチャネルＣＨ１～ＣＨ（４Ｎ）の間の信号結合がこれらのチャネルの配列方向に周期性を有することによるサイドローブレベルは、前段信号変動部ＦＳ１～ＦＳ（４Ｎ）及び後段信号変動部ＢＳ１～ＢＳ（４Ｎ）が各々のチャネルＣＨ１～ＣＨ（４Ｎ）の信号に対して位相及び振幅のいずれも変動させないときと比べて抑圧される。

【0052】

このように、各々のチャネルの間の信号結合が複数のチャネルの配列方向に周期性を有するときであっても、鋭いピーク状のサイドローブを低減することができる。以下に、各々のチャネルの位相変動及び／又は振幅変動を適切に設定する方法を説明する。

【0053】

第１実施形態のアレイアンテナ装置の位相変動パターンを図６に示す。第１実施形態のアレイアンテナ装置の放射パターンを図７に示す。第１実施形態では、前段信号変動部ＦＳ１～ＦＳ（４Ｎ）及び後段信号変動部ＢＳ１～ＢＳ（４Ｎ）が、各々のチャネルＣＨ１～ＣＨ（４Ｎ）の信号に対して変動させる位相（振幅は変動させない）は、これらのチャネルの配列方向に「非周期性」を有するように、「乱数発生」により設定される。

【0054】

図６、７では、サブアレイ内結合行列Ｍ_ＳＡ１、・・・、Ｍ_ＳＡＮは、同一の結合行列であり、数１３の第１式のように表される。そして、各々のチャネルＣＨ１～ＣＨ（４Ｎ）について、変動係数Ａ_１、・・・、Ａ_４Ｎは、数１３の第２式のように設定され、逆変動係数１／Ａ_１、・・・、１／Ａ_４Ｎは、変動係数Ａ_１、・・・、Ａ_４Ｎに応じて設定される。

【数13】

【0055】

理想の放射パターンでは、角度－１０ｄｅｇにおいて、メインローブが形成され、角度－１０ｄｅｇ以外の角度において、適切なレベルのサイドローブが形成される。従来技術の実際の放射パターンでは、角度－４０ｄｅｇ、１５ｄｅｇ、５０ｄｅｇにおいて、鋭いピーク状のサイドローブが誤差成分として形成される。第１実施形態の実際の放射パターンでは、角度－１０ｄｅｇ以外の角度において、ほぼ一様に分布するサイドローブが誤差成分として形成される。つまり、鋭いピーク状のサイドローブが、ほぼ一様に分布するサイドローブに拡散される。しかし、ノイズフロアが全体的に浮いてしまう。

【0056】

このように、各々のチャネルの間の信号結合の配列方向の周期性と、各々のチャネルの位相変動（及び／又は振幅変動）の配列方向の「非周期性」とは、共通する周期性を有さないため、鋭いピーク状のサイドローブを低減することができる。

【0057】

第２実施形態のアレイアンテナ装置の位相変動パターンを図８に示す。第２実施形態のアレイアンテナ装置の放射パターンを図９に示す。第２実施形態では、前段信号変動部ＦＳ１～ＦＳ（４Ｎ）及び後段信号変動部ＢＳ１～ＢＳ（４Ｎ）が、各々のチャネルＣＨ１～ＣＨ（４Ｎ）の信号に対して変動させる位相（振幅は変動させない）は、これらのチャネルの配列方向に「非周期性」を有するように、「所定規則」により設定される。

【0058】

図８、９では、サブアレイ内結合行列Ｍ_ＳＡ１、・・・、Ｍ_ＳＡＮは、同一の結合行列であり、数１４の第１式のように表される。そして、各々のチャネルＣＨ１～ＣＨ（４Ｎ）について、変動係数Ａ_１、・・・、Ａ_４Ｎは、数１４の第２、３式のように設定され、逆変動係数１／Ａ_１、・・・、１／Ａ_４Ｎは、変動係数Ａ_１、・・・、Ａ_４Ｎに応じて設定される。

【数14】

【0059】

理想の放射パターンでは、角度－１０ｄｅｇにおいて、メインローブが形成され、角度－１０ｄｅｇ以外の角度において、適切なレベルのサイドローブが形成される。従来技術の実際の放射パターンでは、角度－４０ｄｅｇ、１５ｄｅｇ、５０ｄｅｇにおいて、鋭いピーク状のサイドローブが誤差成分として形成される。第２実施形態の実際の放射パターンでは、角度－４０ｄｅｇ、１５ｄｅｇ、５０ｄｅｇにおいて、太くなった分だけ低くなったピーク状のサイドローブが誤差成分として形成される。つまり、サブアレイＳＡ１によるサイドローブから、サブアレイＳＡＮによるサイドローブへと、サイドローブのピーク角度が徐々にずれる。そして、ノイズフロアが全体的に浮くことはない。

【0060】

このように、各々のチャネルの間の信号結合の配列方向の周期性と、各々のチャネルの位相変動（及び／又は振幅変動）の配列方向の「非周期性」とは、共通する周期性を有さないため、鋭いピーク状のサイドローブを低減することができる。

【0061】

第３実施形態のアレイアンテナ装置の位相変動パターンを図１０に示す。第３実施形態のアレイアンテナ装置の放射パターンを図１１に示す。第３実施形態では、前段信号変動部ＦＳ１～ＦＳ（４Ｎ）及び後段信号変動部ＢＳ１～ＢＳ（４Ｎ）が、各々のチャネルＣＨ１～ＣＨ（４Ｎ）の信号に対して変動させる位相（振幅は変動させない）は、これらのチャネルの配列方向に、これらのチャネルの間の信号結合が有する周期性と「異なる周期性」を有するように設定される。ここで、図４、５では、各々のチャネルＣＨ１～ＣＨ（４Ｎ）の間の信号結合は、４チャネル分の周期性を有する。一方で、図１０、１１では、各々のチャネルＣＨ１～ＣＨ（４Ｎ）の位相変動は、３チャネル分の周期性を有する。

【0062】

図１０、１１では、サブアレイ内結合行列Ｍ_ＳＡ１、・・・、Ｍ_ＳＡＮは、同一の結合行列であり、数１５の第１式のように表される。そして、各々のチャネルＣＨ１～ＣＨ（４Ｎ）について、変動係数Ａ_１、・・・、Ａ_４Ｎは、数１５の第２式のように設定され、逆変動係数１／Ａ_１、・・・、１／Ａ_４Ｎは、変動係数Ａ_１、・・・、Ａ_４Ｎに応じて設定される。

【数15】

【0063】

理想の放射パターンでは、角度－１０ｄｅｇにおいて、メインローブが形成され、角度－１０ｄｅｇ以外の角度において、適切なレベルのサイドローブが形成される。従来技術の実際の放射パターンでは、角度－４０ｄｅｇ、１５ｄｅｇ、５０ｄｅｇにおいて、鋭いピーク状のサイドローブが誤差成分として形成される。第３実施形態の実際の放射パターンでは、角度－４０ｄｅｇのみにおいて、低くなったピーク状のサイドローブが誤差成分として形成される。そして、ノイズフロアが全体的に浮くことはない。

【0064】

このように、各々のチャネルの間の信号結合の配列方向の周期性は、各々のチャネルの位相変動（及び／又は振幅変動）の配列方向の周期性により「崩される」ため、鋭いピーク状のサイドローブを低減することができる。

【0065】

第４実施形態のアレイアンテナ装置の位相変動パターンを図１２に示す。第４実施形態のアレイアンテナ装置の放射パターンを図１３に示す。第４実施形態では、前段信号変動部ＦＳ１～ＦＳ（４Ｎ）及び後段信号変動部ＢＳ１～ＢＳ（４Ｎ）が、各々のチャネルＣＨ１～ＣＨ（４Ｎ）の信号に対して変動させる位相（振幅は変動させない）は、これらのチャネルの配列方向に、これらのチャネルの間の信号結合が有する周期性と「異なる周期性」を有するように設定される。ここで、図４、５では、各々のチャネルＣＨ１～ＣＨ（４Ｎ）の間の信号結合は、４チャネル分の周期性を有する。一方で、図１２、１３では、各々のチャネルＣＨ１～ＣＨ（４Ｎ）の位相変動は、３チャネル分の周期性を有する。

【0066】

図１２、１３では、サブアレイ内結合行列Ｍ_ＳＡ１、・・・、Ｍ_ＳＡＮは、同一の結合行列であり、数１６の第１式のように表される。そして、各々のチャネルＣＨ１～ＣＨ（４Ｎ）について、変動係数Ａ_１、・・・、Ａ_４Ｎは、数１６の第２式のように設定され、逆変動係数１／Ａ_１、・・・、１／Ａ_４Ｎは、変動係数Ａ_１、・・・、Ａ_４Ｎに応じて設定される。

【数16】

【0067】

理想の放射パターンでは、角度－１０ｄｅｇにおいて、メインローブが形成され、角度－１０ｄｅｇ以外の角度において、適切なレベルのサイドローブが形成される。従来技術の実際の放射パターンでは、角度－４０ｄｅｇ、１５ｄｅｇ、５０ｄｅｇにおいて、鋭いピーク状のサイドローブが誤差成分として形成される。第４実施形態の実際の放射パターンでは、角度－４０ｄｅｇ、１５ｄｅｇ、５０ｄｅｇにおいて、低くなったピーク状のサイドローブが誤差成分として形成される。ただし、角度－４０ｄｅｇ、１５ｄｅｇ、５０ｄｅｇ以外の角度において、新たに低く生じたピーク状のサイドローブが誤差成分として形成される。しかし、ノイズフロアが全体的に浮くことはない。

【0068】

このように、各々のチャネルの間の信号結合の配列方向の周期性は、各々のチャネルの位相変動（及び／又は振幅変動）の配列方向の周期性により「崩される」ため、鋭いピーク状のサイドローブを低減することができる。

【0069】

（変形例のアレイアンテナ装置の構成）
第１～４実施形態では、図６～１３に示したように、前段信号変動部ＦＳ１～ＦＳ（４Ｎ）及び後段信号変動部ＢＳ１～ＢＳ（４Ｎ）は、各々のチャネルＣＨ１～ＣＨ（４Ｎ）の信号に対して、「位相」を変動させている。変形例として、図４、５に示したように、前段信号変動部ＦＳ１～ＦＳ（４Ｎ）及び後段信号変動部ＢＳ１～ＢＳ（４Ｎ）は、各々のチャネルＣＨ１～ＣＨ（４Ｎ）の信号に対して、「振幅」を変動させてもよい。

【0070】

ただし、前段信号変動部ＦＳ１～ＦＳ（４Ｎ）及び後段信号変動部ＢＳ１～ＢＳ（４Ｎ）が、各々のチャネルＣＨ１～ＣＨ（４Ｎ）の信号に対して、「振幅のみ」を変動させるときに、サブアレイＳＡ１、・・・、ＳＡＮによるサイドローブは、重ね合わされたときに打ち消されにくい。一方で、前段信号変動部ＦＳ１～ＦＳ（４Ｎ）及び後段信号変動部ＢＳ１～ＢＳ（４Ｎ）が、各々のチャネルＣＨ１～ＣＨ（４Ｎ）の信号に対して、「位相のみ」を変動させるときに、サブアレイＳＡ１、・・・、ＳＡＮによるサイドローブは、重ね合わされたときに打ち消されやすい。そこで、前段信号変動部ＦＳ１～ＦＳ（４Ｎ）及び後段信号変動部ＢＳ１～ＢＳ（４Ｎ）は、各々のチャネルＣＨ１～ＣＨ（４Ｎ）の信号に対して、「位相のみ」又は「位相及び振幅の両方」を変動させることが望ましい。

【0071】

変形例のアレイアンテナ装置の構成を図１４に示す。第１～４実施形態では、複数のチャネルＣＨ１～ＣＨ（４Ｎ）は、互いに遮蔽される複数のサブアレイＳＡ１、・・・、ＳＡＮ（サブアレイ単体でアレイアンテナの機能を有する）を用いて構成されている。変形例として、複数のチャネルＣＨ１～ＣＨ（４Ｎ）は、単一の基板Ｂに形成される単一のアレイ（アレイ全体でアレイアンテナの機能を有する）を用いて構成されてもよい。

【0072】

具体的には、複数の小基板ＳＢ１、・・・、ＳＢＮが、単一の基板Ｂに形成されることにより、各々のチャネルＣＨ１～ＣＨ（４Ｎ）の間の信号結合が、これらのチャネルの配列方向に周期性を有してもよい。あるいは、複数のシールドＳＨ１～ＳＨＮが、複数の小基板ＳＢ１、・・・、ＳＢＮの間に形成されることにより、各々のチャネルＣＨ１～ＣＨ（４Ｎ）の間の信号結合が、これらのチャネルの配列方向に周期性を有してもよい。

【0073】

変形例のサブアレイの構成を図１５に示す。第１～４実施形態では、図４、５に示したように、各々のチャネルＣＨ１～ＣＨ（４Ｎ）は、単一のアンテナ素子及び単一の前段信号変動部ＦＳ１～ＦＳ（４Ｎ）を備えている。第１の変形例として、図１５の左欄に示したように、各々のチャネルＣＨ１～ＣＨ（４Ｎ）は、複数のアンテナ素子及び単一の前段信号変動部ＦＳ１～ＦＳ（４Ｎ）を備えてもよい。第２の変形例として、図１５の右欄に示したように、各々のチャネルＣＨ１～ＣＨ（４Ｎ）は、複数のアンテナ素子及び同数の前段信号変動部ＦＳ１～ＦＳ（４Ｎ）を備えてもよい。第１、２の変形例では、図１５に示したように、所望信号ｘ_１、ｘ_２、ｘ_３、ｘ_４は、ベクトルとして表される。

【産業上の利用可能性】

【0074】

本開示のアレイアンテナ装置及びアレイアンテナ制御プログラムは、複数のチャネルを配列するにあたり、各々のチャネルの間の信号結合が複数のチャネルの配列方向に周期性を有するときであっても、鋭いピーク状のサイドローブを低減することができる。

【符号の説明】

【0075】

Ａ：アレイアンテナ装置
Ｃ：アレイアンテナ制御装置
Ｂ：単一の基板
ＳＡ１、ＳＡＮ：サブアレイ
ＳＢ１、ＳＢＮ：小基板
ＳＨ１、ＳＨＮ：シールド
ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４、ＣＨ（４Ｎ－３）、ＣＨ（４Ｎ－２）、ＣＨ（４Ｎ－１）、ＣＨ（４Ｎ）：チャネル
ＦＳ１、ＦＳ２、ＦＳ３、ＦＳ４、ＦＳ（４Ｎ－３）、ＦＳ（４Ｎ－２）、ＦＳ（４Ｎ－１）、ＦＳ（４Ｎ）：前段信号変動部
ＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳ３、ＢＳ４、ＢＳ（４Ｎ－３）、ＢＳ（４Ｎ－２）、ＢＳ（４Ｎ－１）、ＢＳ（４Ｎ）：後段信号変動部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】