(57)【要約】【課題】グレーティングローブの発生を抑制できるアンテナ素子の配列を有するアンテナ装置、グレーティングローブの発生を抑制できるアンテナ素子の配列を効率よく決定できるアンテナ装置の製造方法、及びアンテナ素子配列決定プログラムを提供する。【解決手段】アンテナ装置は、アンテナ素子の間隔の長さを遺伝子とし、この遺伝子配列に基づいてアンテナ装置を評価関数によって評価値を算出する工程と、評価値に基づいてアンテナ装置を選択する選択工程と、選択したアンテナ装置の遺伝子を変異させる変異工程と、変異させた遺伝子配列に基づいてアンテナ装置を評価関数によって評価値を算出する再評価工程と、この評価値が予め定められた条件を満たすまで、選択工程から再評価工程までを繰り返すことによってアンテナ素子の間隔の配列を決定する工程と、を含む工程によって製造される。【選択図】図９
2014107688.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ素子の間隔の長さを遺伝子とし、この遺伝子配列に基づいてアンテナ装置を評価関数によって評価値を算出する工程と、
前記評価値に基づいて前記アンテナ装置を選択する選択工程と、
選択した前記アンテナ装置の遺伝子を変異させる変異工程と、
変異させた遺伝子配列に基づいて前記アンテナ装置を前記評価関数によって評価値を算出する再評価工程と、
この評価値が予め定められた条件を満たすまで、前記選択工程から前記再評価工程までを繰り返すことによって前記アンテナ素子の間隔の配列を決定する工程と、
を含む工程によって製造されるアンテナ装置。
【請求項２】
前記評価関数は、
前記アンテナ装置のメインローブの利得とサイドローブのうち最大の利得を示すグレーティングローブの利得との差、又は前記メインローブの利得と前記グレーティングローブの利得の大小に関わる値を前記評価値として算出する請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記変位工程は、
前記遺伝子を次の方法
（１）１点交差
（２）２点交差
（３）一様交差
（４）突然変異
（５）逆位
から一つ選ばれる方法によって変異させる請求項２記載のアンテナ装置。
【請求項４】
アンテナ素子の間隔の長さを遺伝子とし、この遺伝子配列に基づいてアンテナ装置を評価関数によって評価値を算出する工程と、
前記評価値に基づいて前記アンテナ装置を選択する選択工程と、
選択した前記アンテナ装置の遺伝子を変異させる変異工程と、
変異させた遺伝子配列に基づいて前記アンテナ装置を前記評価関数によって評価値を算出する再評価工程と、
この評価値が予め定められた条件を満たすまで、前記選択工程から前記再評価工程までを繰り返すことによって前記アンテナ素子の間隔の配列を決定する工程と、
を含むアンテナ装置の製造方法。
【請求項５】
コンピュータが、
アンテナ素子の間隔の長さを遺伝子とし、この遺伝子配列に基づいてアンテナ装置を評価関数によって評価値を算出するステップと、
前記評価値に基づいて前記アンテナ装置を選択する選択ステップと、
選択した前記アンテナ装置の遺伝子を変異させる変異ステップと、
変異させた遺伝子配列に基づいて前記アンテナ装置を前記評価関数によって評価値を算出する再評価ステップと、
この評価値が予め定められた条件を満たすまで、前記選択ステップから前記再評価ステップまでを繰り返すことによって前記アンテナ素子の間隔の配列を決定するステップと、
を含むアンテナ素子配列決定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、アンテナ装置、アンテナ装置の製造方法及びアンテナ素子配列決定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
アレイアンテナは広帯域化、小型化が求められている。アレイアンテナの広帯域化のためには広帯域のアンテナ素子を使用する必要がある。広帯域のアンテナ素子は直径が大きい。従って、限られた開口長内にアンテナ素子を配置するためにはアンテナ素子の大きさによる物理的な制約からアンテナ素子同士の間隔を波長以上に配列する必要がある。アンテナ素子をこのように配列するとグレーティングローブが出現しやすくなる。
【０００３】
グレーティングローブは複数の方位において素子間の位相差が同一条件になることによって生じ、アレイアンテナの利得が低下や、角度情報に不確定性を引き起こす原因となる。グレーティングローブの出現パターンはアンテナ素子の配列に依存する。
【０００４】
アンテナ素子を等間隔に並べる場合、アンテナ素子の一部の間隔を受信周波数の半波長以下にする方法が一般的であるが、上述のように物理的な制約がある。
【０００５】
アンテナ素子を不等間隔に並べる場合、アンテナ素子の可能な配列は膨大な数に及び、これらをすべて評価するのは時間と工数がかかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１３６５４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、グレーティングローブの発生を抑制できるアンテナ素子の配列を有するアンテナ装置、グレーティングローブの発生を抑制できるアンテナ素子の配列を効率よく決定できるアンテナ装置の製造方法及びアンテナ素子配列決定プログラムが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の一実施形態は、アンテナ素子の間隔の長さを遺伝子とし、この遺伝子配列に基づいてアンテナ装置を評価関数によって評価値を算出する工程と、評価値に基づいてアンテナ装置を選択する選択工程と、選択したアンテナ装置の遺伝子を変異させる変異工程と、変異させた遺伝子配列に基づいてアンテナ装置を評価関数によって評価値を算出する再評価工程と、この評価値が予め定められた条件を満たすまで、選択工程から再評価工程までを繰り返すことによってアンテナ素子の間隔の配列を決定する工程と、を含む工程によって製造されるアンテナ装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】アンテナ素子とアンテナ素子同士の間隔の関係を示す図である。
【図２】第ｎ固体の遺伝子配列を模式的に示した図である。
【図３】グレーティングローブが発生した状態を示す図である。
【図４】本実施形態における遺伝子の１点交差による変異を示す図である。
【図５】本実施形態における遺伝子の２点交差による変異を示す図である。
【図６】本実施形態における遺伝子の一様交差による変異を示す図である。
【図７】本実施形態における遺伝子の突然変異による変異を示す図である。
【図８】本実施形態における遺伝子の逆位による変異を示す図である。
【図９】本実施形態のアンテナ装置の製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、アンテナ装置の一実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１１】
本実施形態のアンテナ装置は、アンテナ素子の間隔の長さを遺伝子とし、この遺伝子配列に基づいてアンテナ装置を評価関数によって評価値を算出する工程と、評価値に基づいてアンテナ装置を選択する選択工程と、選択したアンテナ装置の遺伝子を変異させる変異工程と、変異させた遺伝子配列に基づいてアンテナ装置を評価関数によって評価値を算出する再評価工程と、この評価値が予め定められた条件を満たすまで、選択工程から再評価工程までを繰り返すことによってアンテナ素子の間隔の配列を決定する工程と、を含む工程によって製造される。
【００１２】
図１は、アンテナ素子とアンテナ素子同士の間隔の関係を示す図である。図１に示すように、アンテナ素子が第１のアンテナ素子１乃至第６のアンテナ素子６を一直線上に並べる場合に、第１のアンテナ素子１と第２のアンテナ素子２の間の位置をＡ、間隔の長さを「い」とする。また、第２のアンテナ素子２と第３のアンテナ素子３の間の位置をＢ、間隔の長さを「ろ」とする。以下同様に、第４のアンテナ素子４と第５のアンテナ素子５の間の位置をＤ、間隔の長さを「に」とする。第５のアンテナ素子５と第６のアンテナ素子６の間の位置をＥとし、間隔の長さは設定開口長から「い」乃至「に」の長さを差し引いた長さを「に」とする。
【００１３】
本実施形態においては、各アンテナ素子の間隔の位置を遺伝子の位置と、各アンテナ素子の間隔の長さを遺伝子型として、遺伝的アルゴリズムを利用して最適なアンテナ配列を求める。
【００１４】
以下、各アンテナ素子の間隔の長さを遺伝子型と、あるアンテナ素子の配列、すなわちある遺伝子配列をもつアンテナ装置を固体という。
【００１５】
図２は、第ｎ固体の遺伝子配列を模式的に示した図である。図２に示すように、ｎ番目の個体（ｎは整数。）のアンテナ素子の配列は、Ａの間隔の長さが「いｎ」、Ｂの間隔の長さが「ろｎ」、以下同様にＥの間隔の長さが「ほｎ」である。
【００１６】
図３は、等間隔に配置されたアンテナ素子の配列における、到来方位に対する指向性を示したものである。図３に示すように、メインローブ３１とは異なる方向に、レベルの高いサイドローブが発生している。本実施形態では、このレベルの最も高いサイドローブをグレーティングローブ３２という。
【００１７】
本実施形態では、メインローブ３１の利得［ｄｂ］とグレーティングローブ３２の利得、すなわち最大の利得を示すサイドローブの利得の大小に関わる値がよい値を示すほど優秀な遺伝子を有している固体であるとする。
【００１８】
このメインローブ３１の利得とグレーティングローブ３２の利得の大小に関わる値は、例えば、メインローブ３１の利得とグレーティングローブ３２の利得の差を用いることができる。この場合、メインローブ３１の利得とグレーティングローブ３２の利得の差が大きいほど、よりよい値である。
【００１９】
なお、サイドローブの利得の大小に関わる値は、メインローブ３１の利得とグレーティングローブ３２の利得の差に限られるものではない。
【００２０】
図４は、本実施形態における遺伝子の１点交差による変異を示す図である。図４に示すように、変異前の第１個体の遺伝子配列は、Ａが「い１」、Ｂが「ろ１」、以下同様にＥが「ほ１」である。また、変異前の第２個体の遺伝子配列は、Ａが「い２」、Ｂが「ろ２」、以下同様にＥが「ほ２」である。
【００２１】
１点交差による変異の場合、交叉点より下流の遺伝子が配偶子である第２個体の遺伝子と入れ替わる。
【００２２】
図４の例によれば、交叉点がＢとＣの間であるとすると、１点交差によって第１個体の遺伝子配列はＡからＥに向かって「い１」「ろ１」、「は２」、「に２」、「ほ２」となる。また、第２個体の遺伝子配列はＡからＥに向かって「い２」「ろ２」、「は１」、「に１」、「ほ１」となる。
【００２３】
図５は、本実施形態における遺伝子の２点交差による変異を示す図である。図５に示すように、変異前の第１個体の遺伝子配列は、Ａが「い１」、Ｂが「ろ１」、以下同様にＥが「ほ１」である。また、変異前の第２個体の遺伝子配列は、Ａが「い２」、Ｂが「ろ２」、以下同様にＥが「ほ２」である。
【００２４】
２点交差による変異の場合、２つの交差点の間の遺伝子が配偶子である第２個体の遺伝子と入れ替わる。
【００２５】
図５の例によれば、交叉点がＡとＢの間、及びＣとＤの間であるとすると、２点交差によって第１個体の遺伝子配列はＡからＥに向かって「い１」「ろ２」、「は２」、「に１」、「ほ１」となる。また、第２個体の遺伝子配列はＡからＥに向かって「い２」「ろ２」、「は１」、「に２」、「ほ２」となる。
【００２６】
図６は、本実施形態における遺伝子の一様交差による変異を示す図である。図６に示すように、変異前の第１個体の遺伝子配列は、Ａが「い１」、Ｂが「ろ１」、以下同様にＥが「ほ１」である。また、変異前の第２個体の遺伝子配列は、Ａが「い２」、Ｂが「ろ２」、以下同様にＥが「ほ２」である。
【００２７】
一様交差による変異の場合、一つ置きに遺伝子が配偶子である第２個体の遺伝子と入れ替わる。
【００２８】
図６の例によれば、一様交差によって第１個体の遺伝子配列はＡからＥに向かって「い１」「ろ２」、「は１」、「に２」、「ほ１」となる。また、第２個体の遺伝子配列はＡからＥに向かって「い２」「ろ１」、「は２」、「に１」、「ほ２」となる。
【００２９】
図７は、本実施形態における遺伝子の突然変異による変異を示す図である。図７に示すように、変異前の第１個体の遺伝子配列は、Ａが「い１」、Ｂが「ろ１」、以下同様にＥが「ほ１」である。
【００３０】
突然変異による変異の場合、一つ遺伝子が元の遺伝子とは異なる遺伝子に変異する。すなわち、変異前のアンテナ素子の間隔が長く、または短く変異する。
【００３１】
図７の例によれば、突然変異によって「は１」が「は１」とは異なる長さの「と１」に変位する。この場合、設定開口長は一定であるため、隣接する遺伝子の長さが変化する。
【００３２】
具体的には、第１個体の遺伝子配列はＡからＥに向かって「い１」「ろ’１」、「と１」、「に’１」、「ほ１」となる。
【００３３】
図８は、本実施形態における遺伝子の逆位による変異を示す図である。図８に示すように、変異前の第１個体の遺伝子配列は、Ａが「い１」、Ｂが「ろ１」、以下同様にＥが「ほ１」である。
【００３４】
逆位による変異の場合、２つの逆位点の間の遺伝子の順序が逆になる。
【００３５】
図８の例によれば、逆位点がＡとＢ、及びＤとＥの間にあるとすると、逆位によって第１個体の遺伝子配列はＡからＥに向かって「い１」「に１」、「は１」、「ろ１」、「ほ１」となる。
【００３６】
図９は、本実施形態のアンテナ装置の製造方法を示すフローチャートである。本実施形態のアンテナ装置の製造方法は、いわゆるコンピュータによって実現できる。以下、コンピュータによって実現するものとして説明する。
【００３７】
図９に示すように、ステップ９０１によって、コンピュータは設定開口長とアンテナ素子の数を入力し、アンテナ素子の間隔の長さをランダムに設定して遺伝子とし、ランダムな遺伝子配列を有する固体を予め定められた数、例えば１００個の個体の初期集団を形成する。
【００３８】
ステップ９０２において、コンピュータは各個体を評価関数によって評価する。具体的には、各個体のメインローブの利得とグレーティングローブの利得との差を算出し、メモリに格納する。
【００３９】
ステップ９０３において、コンピュータはメモリから評価関数の値を順次読み出し、上位の５０％の個体を選択する。なお、選択する個体の割合は任意に変更できる。
【００４０】
ステップ９０４において、コンピュータは遺伝子の変異方法をランダムに一つ選択する。遺伝子の変異方法は、上述した１点交差、２点交差、一様交差、突然変異、逆位が挙げられるが、これらに限られるものではない。
【００４１】
ステップ９０５において、コンピュータは個体の組み合わせ方法を選択する。個体の組み合わせ方法は、例えばいわゆるトーナメント法、いわゆるルーレット法のいずれかを選択できるが、これらに限られるものではない。
【００４２】
トーナメント法が選択された場合、コンピュータは個体の集団を２つのグループにランダムに分け、各グループの評価関数の値の上位の個体から一つずつ順に選び、組み合わせる。
【００４３】
ルーレット法の場合、各個体に評価関数の値に応じた確率を割り当て、この確率に応じて２つずつ個体が選択される。
【００４４】
ステップ９０６において、コンピュータは選択された組み合わせ方法によって個体を順に組み合わせる。
【００４５】
ステップ９０７において、コンピュータは選択された変位方法に従って遺伝子が変異した変異個体を生成する。
【００４６】
ステップ９０８において、コンピュータは変異した各個体を評価関数によって評価し、この評価関数の値をメモリに格納する。
【００４７】
ステップ９０９において、コンピュータは評価関数の最大値が予め設定される閾値を上回っているかを判定する。コンピュータは評価関数の最大値が予め設定される閾値を上回っていると判定した場合、最大値を与える個体を出力して処理を終了し、閾値を上回っていないと判定した場合、ステップ９０３に戻る。
【００４８】
以上述べたように、本実施形態のアンテナ装置は、アンテナ素子の間隔の長さを遺伝子とし、遺伝子配列に基づいてアンテナ装置を評価関数によって評価値を算出する工程と、この評価値に基づいてアンテナ装置を選択する選択工程と、選択したアンテナ装置の遺伝子を変異させる変異工程と、変異させた遺伝子配列に基づいてアンテナ装置を評価関数によって評価値を算出する再評価工程と、この評価値が予め定められた条件を満たすまで、選択工程から再評価工程までを繰り返すことによってアンテナ素子の間隔の配列を決定する工程と、を含む工程によって製造される。
【００４９】
従って、グレーティングローブの発生を抑制できるアンテナ素子の配列を効率よく決定できるという効果がある。
【００５０】
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同様に、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ものである。
【符号の説明】
【００５１】
１乃至６：アンテナ素子、
Ａ乃至Ｅ：アンテナ素子の間隔の位置
い乃至ほ：アンテナ素子の間隔の長さ（遺伝子）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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