(57)【要約】  通信ビームのメインローブを通信方向に向ける励振位相分布Ｓを用いて、通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）を算出する通信励振分布算出部（１１）と、通信方向にアンテナパターンの零点を形成する励振位相分布Ｄを用いて、干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）を算出する干渉励振分布算出部（１４）と、通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）と干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）とを合成する励振分布合成部（２０）とを設け、振幅位相制御部（３０）が、励振分布合成部（２０）による合成後の励振分布にしたがって素子アンテナ（３−１）〜（３−Ｋ）に与える搬送波信号の振幅及び位相を制御する。
2017149697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送波信号を放射する複数の素子アンテナからなるアレーアンテナと、
通信対象の信号である通信信号を生成する通信信号生成部と、
前記通信信号の妨害波となる干渉信号を生成する干渉信号生成部と、
前記通信信号を送信する電波である通信ビームのメインローブを通信方向に向ける励振位相分布を用いて、前記通信ビームの励振分布を算出する通信励振分布算出部と、
前記通信方向にアンテナパターンの零点を形成する励振位相分布を用いて、前記干渉信号を送信する電波である干渉ビームの励振分布を算出する干渉励振分布算出部と、
前記通信励振分布算出部により算出された通信ビームの励振分布と前記干渉励振分布算出部により算出された干渉ビームの励振分布とを合成する励振分布合成部と、
前記励振分布合成部による合成後の励振分布にしたがって前記複数の素子アンテナに与える搬送波信号の振幅及び位相を制御する振幅位相制御部と
を備えたアンテナ装置。
【請求項２】
搬送波信号を発生する搬送波信号発生部と、
前記搬送波信号発生部により発生された搬送波信号を分配する分配器とを備え、
前記振幅位相制御部は、
前記分配器により分配された搬送波信号の振幅及び位相を調整し、振幅及び位相を調整した搬送波信号を前記素子アンテナに出力する複数の振幅位相調整器と、
前記励振分布合成部による合成後の励振分布にしたがって前記複数の振幅位相調整器における振幅及び位相の調整量を制御する制御器とを含むことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
デジタル信号である搬送波信号を発生する搬送波信号発生部を備え、
前記振幅位相制御部は、
前記搬送波信号発生部により発生された搬送波信号の振幅及び位相を調整する複数のデジタル信号処理器と、
前記デジタル信号処理器により振幅及び位相が調整された搬送波信号をアナログ信号に変換して、前記アナログ信号を前記素子アンテナに出力する複数のデジタルアナログ変換器と、
前記励振分布合成部による合成後の励振分布にしたがって前記複数のデジタル信号処理器における振幅及び位相の調整量を制御する制御器とを含むことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記通信励振分布算出部により算出された通信ビームの励振分布と、前記干渉励振分布算出部により算出された干渉ビームの励振分布とに対する重みを設定する重み設定部を備え、
前記励振分布合成部は、前記重み設定部により設定された重みにしたがって前記通信ビームの励振分布と前記干渉ビームの励振分布とを合成することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記通信方向を定めるビーム走査位相分布を設定するビーム走査位相分布設定部を備え、
前記励振分布合成部は、前記通信励振分布算出部により算出された通信ビームの励振分布と前記干渉励振分布算出部により算出された干渉ビームの励振分布とを合成し、その合成した励振分布に対して、前記ビーム走査位相分布設定部により設定されたビーム走査位相分布を乗算し、前記ビーム走査位相分布を乗算した励振分布を合成後の励振分布として前記振幅位相制御部に出力することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記干渉励振分布算出部は、前記干渉ビームの利得のうち、前記通信ビームのサイドローブ方向に対応する方向の利得を高める励振振幅分布を設定して、前記励振振幅分布を前記干渉ビームの励振分布に乗算し、前記励振振幅分布を乗算した前記干渉ビームの励振分布を前記励振分布合成部に出力することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記通信励振分布算出部は、前記通信ビームのサイドローブ方向の利得を下げる励振振幅分布を設定して、前記励振振幅分布を前記通信ビームの励振分布に乗算し、前記励振振幅分布を乗算した前記通信ビームの励振分布を前記励振分布合成部に出力することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記通信励振分布算出部は、前記通信ビームのサイドローブ方向の利得を上げる励振振幅分布を設定して、前記励振振幅分布を前記通信ビームの励振分布に乗算し、前記励振振幅分布を乗算した前記通信ビームの励振分布を前記励振分布合成部に出力することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記干渉励振分布算出部は、前記干渉ビームの利得のうち、前記通信ビームのサイドローブ方向に対応する方向の利得を高める励振振幅分布を設定して、当該励振振幅分布を前記干渉ビームの励振分布に乗算し、当該励振振幅分布を乗算した前記干渉ビームの励振分布を前記励振分布合成部に出力し、
前記通信励振分布算出部は、前記通信ビームのサイドローブ方向の利得を下げる励振振幅分布を設定して、当該励振振幅分布を前記通信ビームの励振分布に乗算し、当該励振振幅分布を乗算した前記通信ビームの励振分布を前記励振分布合成部に出力することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
前記通信励振分布算出部は、前記通信ビームのメインローブを通信方向に向ける励振位相分布として、前記アレーアンテナにおける和パターンの励振位相分布を前記通信信号に乗算することで、前記通信ビームの励振分布を算出し、
前記干渉励振分布算出部は、前記通信方向にアンテナパターンの零点を形成する励振位相分布として、前記アレーアンテナにおける差パターンの励振位相分布を前記干渉信号に乗算することで、前記干渉ビームの励振分布を算出することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項１１】
前記アレーアンテナは、リニアアレーアンテナ、平面アレーアンテナ又はコンフォーマルアレーアンテナであることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項１２】
通信信号生成部が、通信対象の信号である通信信号を生成し、
干渉信号生成部が、前記通信信号の妨害波となる干渉信号を生成し、
通信励振分布算出部が、前記通信信号を送信する電波である通信ビームのメインローブを通信方向に向ける励振位相分布を用いて、前記通信ビームの励振分布を算出し、
干渉励振分布算出部が、前記通信方向にアンテナパターンの零点を形成する励振位相分布を用いて、前記干渉信号を送信する電波である干渉ビームの励振分布を算出し、
励振分布合成部が、前記通信励振分布算出部により算出された通信ビームの励振分布と前記干渉励振分布算出部により算出された干渉ビームの励振分布とを合成し、
振幅位相制御部が、前記励振分布合成部による合成後の励振分布にしたがって、アレーアンテナにおける複数の素子アンテナに与える搬送波信号の振幅及び位相を制御する
アンテナ励振方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、通信可能領域が限定されている秘匿通信を実現するアンテナ装置及びアンテナ励振方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フェーズドアレーアンテナを実装しているアンテナ装置では、そのフェーズドアレーアンテナを構成している複数の素子アンテナに与える搬送波信号の振幅及び位相を制御することで、指向性ビームを形成することができる。
指向性ビームを用いる通信では、指向性ビームのメインローブ方向だけでなく、サイドローブ方向にも通信対象の信号である通信信号が送信される。このため、通信方向と異なる方向に存在している受信局でも通信信号を受信して、その通信信号を復調することが可能になる場合がある。【０００３】
以下の非特許文献１には、通信方向の近傍のみに信号を送信するアレーアンテナ（以降、「指向性変調アレーアンテナ」と称する）を実装することで、通信可能領域を限定しているアンテナ装置が開示されている。
このアンテナ装置では、送信ビット系列に対して、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）の変調処理を施すことで、通信対象の信号であるベースバンド変調信号を生成し、そのベースバンド変調信号における各信号点の振幅位相と、通信方向における電界振幅位相とを対応させる励振分布を算出し、指向性変調アレーアンテナを構成している複数の素子アンテナに与える搬送波信号に対して、その算出した励振分布を時分割で与えるようにしている。【０００４】
以下の特許文献１には、指向性変調アレーアンテナの更なる狭覆域化を図っているアンテナ装置が開示されている。
このアンテナ装置は、指向性変調アレーアンテナの励振分布を非一様にして、通信可能領域を限定している。例えば、指向性変調アレーアンテナがリニアアレーアンテナである場合、アレーアンテナを構成している複数の素子アンテナに与える搬送波信号の中で、中央に配置されている素子アンテナに与える搬送波信号と比べて、端部に配置されている素子アンテナに与える搬送波信号の励振振幅を大きくすることで、通信可能領域を限定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−６５５６５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】M. P. Daly, “Directional Modulation Technique for Phased Arrays”, IEEE Trans. Antennas Propagat., vol.57, pp.2633-2640, 2009.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のアンテナ装置は以上のように構成されているので、時分割で与える励振分布を算出する必要がある。また、中央に配置されている素子アンテナに与える搬送波信号と比べて、端部に配置されている素子アンテナに与える搬送波信号の励振振幅が大きくなる励振分布を算出する必要がある。これらの励振分布は、各方角のビット誤り率等に基づいた評価関数を、ＧＡ（Ｇｅｎｅｔｉｃ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ：遺伝的アルゴリズム）などの最適化手法を用いて解くことで得ることができる。しかし、最適化手法を用いる場合、計算量が膨大になるため、励振分布を得るまでに長時間を要することがあるという課題があった。【０００８】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、通信可能領域が限定されている秘匿通信を実現するために用いるアレーアンテナの励振分布の計算量を低減することができるアンテナ装置及びアンテナ励振方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係るアンテナ装置は、搬送波信号を放射する複数の素子アンテナからなるアレーアンテナと、通信対象の信号である通信信号を生成する通信信号生成部と、通信信号の妨害波となる干渉信号を生成する干渉信号生成部と、通信信号を送信する電波である通信ビームのメインローブを通信方向に向ける励振位相分布を用いて、通信ビームの励振分布を算出する通信励振分布算出部と、通信方向にアンテナパターンの零点を形成する励振位相分布を用いて、干渉信号を送信する電波である干渉ビームの励振分布を算出する干渉励振分布算出部と、通信励振分布算出部により算出された通信ビームの励振分布と干渉励振分布算出部により算出された干渉ビームの励振分布とを合成する励振分布合成部とを設け、振幅位相制御部が、励振分布合成部による合成後の励振分布にしたがって複数の素子アンテナに与える搬送波信号の振幅及び位相を制御するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、通信ビームのメインローブを通信方向に向ける励振位相分布を用いて、通信ビームの励振分布を算出する通信励振分布算出部と、通信方向にアンテナパターンの零点を形成する励振位相分布を用いて、干渉ビームの励振分布を算出する干渉励振分布算出部とを設け、励振分布合成部が、通信励振分布算出部により算出された通信ビームの励振分布と干渉励振分布算出部により算出された干渉ビームの励振分布とを合成するように構成したので、通信可能領域が限定されている秘匿通信を実現するために用いるアレーアンテナの励振分布の計算量を低減することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるアンテナ装置における信号処理部１０のハードウェア構成図である。
【図３】信号処理部１０がコンピュータで構成される場合のハードウェア構成図である。
【図４】搬送波信号発生部１、分配器２、振幅位相制御部３０及びアレーアンテナ３の処理内容を示すフローチャートである。
【図５】通信信号生成部４及び通信励振分布算出部１１の処理内容を示すフローチャートである。
【図６】干渉信号生成部５及び干渉励振分布算出部１４の処理内容を示すフローチャートである。
【図７】ビーム走査位相分布設定部１８、重み設定部１９及び励振分布合成部２０の処理内容を示すフローチャートである。
【図８】通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）から算出される通信ビームの振幅特性と、干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）から算出される干渉ビームの振幅特性とを示す説明図である。
【図９】合成励振分布Ｅ（ｔ）から算出されるアンテナパターンの位相特性を示す説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態２によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態２によるアンテナ装置における信号処理部１０のハードウェア構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態３によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図１３】この発明の実施の形態４によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図１４】搬送波信号発生部６１、振幅位相制御部７０及びアレーアンテナ３の処理内容を示すフローチャートである。
【図１５】図１５Ａはリニアアレーアンテナの例を示す説明図、図１５Ｂは平面アレーアンテナの例を示す説明図、図１５Ｃはコンフォーマルアレーアンテナの例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面にしたがって説明する。
【００１３】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す構成図であり、図２はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置における信号処理部１０のハードウェア構成図である。
図１及び図２において、搬送波信号発生部１は例えば無線周波数の搬送波信号を発生する信号発振器である。
分配器２は搬送波信号発生部１により発生された搬送波信号をＫ（Ｋは２以上の整数）個に分配して、Ｋ個の搬送波信号を振幅位相制御部３０に出力する。
アレーアンテナ３はＫ個の素子アンテナ３−１〜３−Ｋからなり、素子アンテナ３−１〜３−Ｋは振幅位相制御部３０の振幅位相調整器３１−１〜３１−Ｋにより振幅及び位相が調整された搬送波信号を空間に放射する。
【００１４】
通信信号生成部４は例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）を実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、例えば、外部から与えられる送信ビット系列に対して、ＱＰＳＫなどのベースバンド変調処理を施すことで、通信対象の信号である通信信号ｄ（ｔ）を生成する処理を実施する。
ここでは、送信ビット系列に対する変調方式がＱＰＳＫである例を示しているが、変調方式はＱＰＳＫに限るものではなく、例えば、ＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）、１６ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）や６４ＱＡＭなどの変調方式を用いるようにしてもよい。
【００１５】
干渉信号生成部５は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、通信信号生成部４により生成される通信信号ｄ（ｔ）の妨害波となる干渉信号ｉ（ｔ）を生成する処理を実施する。
なお、干渉信号生成部５が干渉信号ｉ（ｔ）を生成する際に用いる変調方式は、通信信号生成部４が通信信号ｄ（ｔ）を生成する際に用いる変調方式と同じであってもよいし、異なるものであってもよい。また、干渉信号生成部５により生成される干渉信号ｉ（ｔ）は、変調方式に依存せずに、ランダムな位相となる信号でもよい。
【００１６】
信号処理部１０は通信励振分布算出部１１、干渉励振分布算出部１４、ビーム走査位相分布設定部１８、重み設定部１９、励振分布合成部２０及びアンテナパターン表示部２１を備えており、アレーアンテナ３の励振分布、即ち、搬送波信号の振幅及び位相を制御するための励振分布を算出する処理を実施する。
信号処理部１０の通信励振分布算出部１１は和パターン励振位相分布設定部１２及び通信励振分布算出処理部１３を備えている。
和パターン励振位相分布設定部１２は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されている和パターン励振位相分布設定処理回路４１によって実現されるものであり、通信信号ｄ（ｔ）を送信する電波である通信ビームのメインローブを通信方向に向ける励振位相分布として、アレーアンテナ３における和パターンの励振位相分布Ｓを設定する処理を実施する。
通信励振分布算出処理部１３は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されている通信励振分布算出処理回路４２によって実現されるものであり、和パターン励振位相分布設定部１２により設定された励振位相分布Ｓを用いて、通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）を算出する処理を実施する。
【００１７】
干渉励振分布算出部１４は差パターン励振位相分布設定部１５、差パターン励振振幅分布設定部１６及び干渉励振分布算出処理部１７を備えている。
差パターン励振位相分布設定部１５は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されている差パターン励振位相分布設定処理回路４３によって実現されるものであり、通信方向にアンテナパターンの零点を形成する励振位相分布として、アレーアンテナ３における差パターンの励振位相分布Ｄを設定する処理を実施する。
差パターン励振振幅分布設定部１６は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されている差パターン励振振幅分布設定処理回路４４によって実現されるものであり、干渉信号ｉ（ｔ）を送信する電波である干渉ビームの利得のうち、通信ビームのサイドローブ方向に対応する方向の利得を高める励振振幅分布Ａを設定する処理を実施する。
干渉励振分布算出処理部１７は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されている干渉励振分布算出処理回路４５によって実現されるものであり、差パターン励振位相分布設定部１５により設定された励振位相分布Ｄと差パターン励振振幅分布設定部１６により設定された励振振幅分布Ａを用いて、干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）を算出する処理を実施する。
【００１８】
ビーム走査位相分布設定部１８は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されているビーム走査位相分布設定処理回路４６によって実現されるものであり、通信方向を定めるビーム走査位相分布Ｐを設定する処理を実施する。
重み設定部１９は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されている重み設定処理回路４７によって実現されるものであり、通信励振分布算出部１１により算出された通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）に対する重みｍと、干渉励振分布算出部１４により算出された干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）に対する重みｎを設定する処理を実施する。
【００１９】
励振分布合成部２０は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されている励振分布合成処理回路４８によって実現されるものであり、重み設定部１９により設定された重みｍ，ｎにしたがって通信励振分布算出部１１により算出された通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）と、干渉励振分布算出部１４により算出された干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）とを合成し、合成後の励振分布に対して、ビーム走査位相分布設定部１８により設定されたビーム走査位相分布Ｐを乗算する処理を実施する。
励振分布合成部２０はビーム走査位相分布Ｐを乗算した励振分布を合成励振分布Ｅ（ｔ）として出力する。
アンテナパターン表示部２１は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されているアンテナパターン表示処理回路４９によって実現されるものであり、励振分布合成部２０より出力された合成励振分布Ｅ（ｔ）からアンテナパターンを計算し、そのアンテナパターンを表示器６に出力する処理を実施する。
表示器６は例えば液晶ディスプレイなどから構成されており、アンテナパターン表示部２１から出力されたアンテナパターンを表示する。
【００２０】
振幅位相制御部３０は振幅位相調整器３１−１〜３１−Ｋ及び制御器３２を備えており、励振分布合成部２０から出力された合成励振分布Ｅ（ｔ）にしたがって素子アンテナ３−１〜３−Ｋに与える搬送波信号の振幅及び位相を制御する。
振幅位相調整器３１−１〜３１−Ｋは位相制御装置３１ａ及び振幅制御装置３１ｂを備えている。
位相制御装置３１ａは例えば移相器によって構成されており、制御器３２から出力された制御信号が示す位相の調整量にしたがって分配器２により分配された搬送波信号の位相を調整する。
振幅制御装置３１ｂは例えば可変利得増幅器によって構成されており、制御器３２から出力された制御信号が示す振幅の調整量にしたがって位相制御装置３１ａによる位相調整後の搬送波信号の振幅を調整する。
制御器３２は励振分布合成部２０から出力された合成励振分布Ｅ（ｔ）にしたがって振幅位相調整器３１−１〜３１−Ｋにおける振幅及び位相の調整量を制御する。
【００２１】
図１の例では、信号処理部１０の構成要素である通信励振分布算出部１１、干渉励振分布算出部１４、ビーム走査位相分布設定部１８、重み設定部１９、励振分布合成部２０及びアンテナパターン表示部２１のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、信号処理部１０がコンピュータで構成されていてもよい。
図３は信号処理部１０がコンピュータで構成される場合のハードウェア構成図である。
信号処理部１０がコンピュータで構成される場合、通信励振分布算出部１１、干渉励振分布算出部１４、ビーム走査位相分布設定部１８、重み設定部１９、励振分布合成部２０及びアンテナパターン表示部２１の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリ５１に格納し、当該コンピュータのプロセッサ５２がメモリ５１に格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
【００２２】
なお、図３において、入力インタフェース機器５３は例えばＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）ポートやシリアルポートなどの信号入出力ポートを備えるインタフェース機器であり、通信信号生成部４及び干渉信号生成部５と接続されて、通信信号生成部４から出力された通信信号ｄ（ｔ）及び干渉信号生成部５から出力された干渉信号ｉ（ｔ）を入力する。
出力インタフェース機器５４は例えばＵＳＢポートやシリアルポートなどの信号入出力ポートを備えるインタフェース機器であり、振幅位相制御部３０と接続されて、励振分布合成部２０から出力された合成励振分布Ｅ（ｔ）を振幅位相制御部３０に出力する。
表示インタフェース機器５５は表示器６と接続するためのインタフェース機器であり、アンテナパターン表示部２１から出力されたアンテナパターンを表示器６に出力する。
【００２３】
図４は搬送波信号発生部１、分配器２、振幅位相制御部３０及びアレーアンテナ３の処理内容を示すフローチャートである。
図５は通信信号生成部４及び通信励振分布算出部１１の処理内容を示すフローチャートである。
図６は干渉信号生成部５及び干渉励振分布算出部１４の処理内容を示すフローチャートである。
図７はビーム走査位相分布設定部１８、重み設定部１９及び励振分布合成部２０の処理内容を示すフローチャートである。
図８は通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）から算出される通信ビームの振幅特性と、干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）から算出される干渉ビームの振幅特性とを示す説明図である。
図８において、Ｇ１は通信ビームの振幅特性を示し、Ｇ２は干渉ビームの振幅特性を示している。
図９は合成励振分布Ｅ（ｔ）から算出されるアンテナパターンの位相特性を示す説明図である。
【００２４】
次に動作について説明する。
搬送波信号発生部１は、例えば無線周波数の搬送波信号を発生し、その搬送波信号を分配器２に出力する（図４のステップＳＴ１）。
分配器２は、搬送波信号発生部１から搬送波信号を受けると、その搬送波信号をＫ個に分配して、Ｋ個の搬送波信号を振幅位相制御部３０に出力する（ステップＳＴ２）。
【００２５】
通信信号生成部４は、例えば、外部から与えられる送信ビット系列に対して、ＱＰＳＫなどのベースバンド変調処理を施すことで、通信対象の信号である通信信号ｄ（ｔ）を生成し、その通信信号ｄ（ｔ）を信号処理部１０の通信励振分布算出部１１に出力する（図５のステップＳＴ１１）。
ここで、ｔは時刻を表しており、変調方式がＱＰＳＫである場合、通信信号ｄ（ｔ）における各信号点は、ｅｘｐ（ｊπ／４）、ｅｘｐ（ｊ３π／４）、ｅｘｐ（−ｊ３π／４）、ｅｘｐ（−ｊπ／４）となる。
【００２６】
通信励振分布算出部１１の和パターン励振位相分布設定部１２は、通信ビームのメインローブを通信方向に向ける励振位相分布として、アレーアンテナ３における和パターンの励振位相分布Ｓを設定する（ステップＳＴ１２）。
和パターンの励振位相分布Ｓは、公知の励振位相分布であるため詳細な説明を省略するが、和パターンの励振位相分布ＳはＫ行１列の行列で表され、その行列の各要素は複素数である。和パターンの励振位相は０度であるため、励振位相分布Ｓはｅｘｐ（ｊ０）を要素とする行列となる。
和パターンの励振位相分布Ｓを用いて、通信ビームの励振分布を算出すれば、通信ビームの振幅特性として、図８のＧ１のような振幅特性が得られることが知られている。
図８に示している通信ビームの振幅特性Ｇ１では、通信ビームのメインローブが０度でピークを有しているため、０度の方向が通信方向となる。
通信励振分布算出処理部１３は、和パターン励振位相分布設定部１２が和パターンの励振位相分布Ｓを設定すると、下記の式（１）に示すように、その励振位相分布Ｓを通信信号生成部４から出力された通信信号ｄ（ｔ）に乗算することで、通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）を算出する（ステップＳＴ１３）。
Ｗ１（ｔ）＝ｄ（ｔ）・Ｓ            （１）
【００２７】
干渉信号生成部５は、通信信号生成部４により生成される通信信号ｄ（ｔ）の妨害波となる干渉信号ｉ（ｔ）を生成し、その干渉信号ｉ（ｔ）を信号処理部１０の干渉励振分布算出部１４に出力する（図６のステップＳＴ２１）。例えば、干渉信号ｉ（ｔ）として、位相がランダムな信号を生成する。
【００２８】
干渉励振分布算出部１４の差パターン励振位相分布設定部１５は、干渉信号ｉ（ｔ）を送信する電波である干渉ビームにおいて、通信方向にアンテナパターンの零点を形成する励振位相分布として、アレーアンテナ３における差パターンの励振位相分布Ｄを設定する（ステップＳＴ２２）。
差パターンの励振位相分布Ｄは、公知の励振位相分布であるため詳細な説明を省略するが、差パターンの励振位相分布ＤはＫ行１列の行列で表され、例えば、その行列の１行目からＫ／２行目までの要素がｅｘｐ（ｊπ）、（Ｋ／２）＋１行目からＫ行目までの要素がｅｘｐ（ｊ０）である。
差パターンの励振位相分布Ｄを用いて、干渉ビームの励振分布を算出すれば、干渉ビームの振幅特性として、図８のＧ２のような振幅特性が得られることが知られている。
図８に示している干渉ビームの振幅特性Ｇ２では、０度の方向にアンテナパターンの零点が形成されている。
【００２９】
この実施の形態１では、直交関係がない２つのビームの合成処理と比べて、直交関係がある２つのビームの励振分布の合成処理の計算量が少ないことに鑑み、直交関係にある通信ビームと干渉ビームを生成するため、和パターン励振位相分布設定部１２が和パターンの励振位相分布Ｓを設定して、差パターン励振位相分布設定部１５が差パターンの励振位相分布Ｄを設定するものを示している。
ただし、これは一例に過ぎず、和パターンと差パターン以外の励振位相分布をそれぞれ設定して、直交関係にある通信ビームと干渉ビームを生成するようにしてもよい。
また、計算量が多少増加することが想定されるが、直交関係がない通信ビームと干渉ビームが生成される励振位相分布をそれぞれ設定してもよい。直交関係がない通信ビームと干渉ビームの励振分布の合成処理を実施する場合でも、最適化手法を用いて励振分布を算出する場合よりは、計算量が大幅に低減される。
【００３０】
差パターン励振振幅分布設定部１６は、通信ビームのサイドローブ方向では通信信号ｄ（ｔ）の復調を困難にするために、干渉ビームの利得のうち、通信ビームのサイドローブ方向に対応する方向の利得を高める差パターンの励振振幅分布Ａを設定する（図６のステップＳＴ２３）。
図８に示すように、通信ビームのサイドローブ方向において、干渉ビームの利得が通信ビームのサイドローブの利得より高くなっている場合、干渉信号ｉ（ｔ）が通信信号ｄ（ｔ）より大きくなる。この場合、通信信号ｄ（ｔ）が干渉信号ｉ（ｔ）に埋もれてしまうため、通信ビームのサイドローブ方向での通信信号ｄ（ｔ）の復調が困難になる。
そこで、差パターン励振振幅分布設定部１６は、通信ビームの振幅特性と干渉ビームの振幅特性との関係を、図８の振幅特性Ｇ１，Ｇ２のような関係にするため、通信ビームのサイドローブ方向において、干渉ビームの利得を高める差パターンの励振振幅分布Ａを設定する。
差パターンの励振振幅分布ＡはＫ行１列の行列で表され、例えば、その行列の各要素は正の整数である。差パターンの励振振幅分布Ａとして、例えば、テイラー分布などから求めることができる。
テイラー分布では、メインビームから離れるほど、サイドローブレベルが小さくなる分布であるため、テイラー分布を改良して、メインビームから離れるほど、サイドローブレベルが大きくなる分布を、差パターンの励振振幅分布Ａとして用いればよい。
即ち、テイラー分布は、サイドローブレベルを低くする分布として知られているが、差パターンの励振振幅分布Ａにテイラー分布を用いると、サイドローブレベルを高くすることができ、通信ビームのサイドローブ方向において、干渉ビームの利得を高めることができる。
【００３１】
干渉励振分布算出処理部１７は、差パターン励振位相分布設定部１５が励振位相分布Ｄを設定し、差パターン励振振幅分布設定部１６が励振振幅分布Ａを設定すると、下記の式（２）に示すように、その励振位相分布Ｄと励振振幅分布Ａの対角行列を干渉信号生成部５から出力された干渉信号ｉ（ｔ）に乗算することで、干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）を算出する（図６のステップＳＴ２４）。
Ｗ２（ｔ）＝ｉ（ｔ）・ｄｉａｇ（Ａ）・Ｄ          （２）
式（２）において、ｄｉａｇ（Ａ）はＡを対角要素とする対角行列である。
【００３２】
ビーム走査位相分布設定部１８は、通信方向を定めるビーム走査位相分布Ｐを設定する（図７のステップＳＴ３１）。
例えば、和パターン励振位相分布設定部１２によって、通信ビームのメインローブを０度の方向に向ける励振位相分布Ｓが設定され、差パターン励振位相分布設定部１５によって、０度の方向にアンテナパターンの零点を形成する励振位相分布Ｄが設定されている場合でも、例えば、通信方向を３０度の方向や４５度の方向などに向ける必要がある場合には、ビーム走査位相分布設定部１８が、通信方向が３０度の方向や４５度の方向を示すビーム走査位相分布Ｐを設定すれば、通信方向が３０度の方向や４５度の方向になる。
この場合、通信ビームのメインローブが３０度の方向や４５度の方向に向けられ、干渉ビームについては３０度の方向や４５度の方向にアンテナパターンの零点を形成される。
ビーム走査位相分布ＰはＫ行１列の行列で表され、その行列の要素は複素数である。図８では、通信方向が０度の方向になるようなビーム走査位相分布Ｐが設定されている例を示している。
【００３３】
通信方向を適宜切り換える必要がある場合、ビーム走査位相分布設定部１８を実装する必要があるが、例えば、通信方向が常にアレーアンテナ３の正面方向である場合など、通信方向が固定されている場合、ビーム走査位相分布設定部１８を実装せずに、励振分布合成部２０が、事前に設定されているビーム走査位相分布Ｐを記憶しておくようにしてもよい。
【００３４】
重み設定部１９は、通信励振分布算出部１１により算出された通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）と、干渉励振分布算出部１４により算出された干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）とに対する重みｍ，ｎ（ｍ，ｎは正の整数）を設定する（ステップＳＴ３２）。
重みｍ，ｎは、通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）と干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）との合成比率を定めるものであり、例えば、ｍ＜ｎとすれば、励振分布Ｗ１（ｔ）と励振分布Ｗ２（ｔ）の合成励振分布Ｅ（ｔ）において、干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）の寄与度を大きくすることができる。即ち、干渉ビームで送信される干渉信号ｉ（ｔ）を大きくして、通信可能領域を狭めることができる。
一方、ｍ＞ｎとすれば、励振分布Ｗ１（ｔ）と励振分布Ｗ２（ｔ）の合成励振分布Ｅ（ｔ）において、干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）の寄与度を小さくすることができる。即ち、干渉ビームで送信される干渉信号ｉ（ｔ）を小さくして、通信可能領域を広げることができる。
【００３５】
なお、通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）と干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）との合成比率を変えずに、常に同じ比率で合成する場合、例えば、常にｍ＝ｎ＝１で通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）と干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）とを合成する場合、重み設定部１９を実装せずに、励振分布合成部２０が、事前に設定されている重みｍ，ｎを記憶しておくようにしてもよい。
【００３６】
励振分布合成部２０は、ビーム走査位相分布設定部１８がビーム走査位相分布Ｐを設定し、重み設定部１９が重みｍ，ｎを設定すると、下記の式（３）に示すように、重みｍ，ｎにしたがって通信励振分布算出部１１により算出された通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）と、干渉励振分布算出部１４により算出された干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）とを合成し、その合成した励振分布に対して、そのビーム走査位相分布Ｐの対角行列を乗算することで、合成励振分布Ｅ（ｔ）を算出する（ステップＳＴ３３）。
Ｅ（ｔ）＝ｄｉａｇ（Ｐ）・｛ｍ・Ｗ１（ｔ）＋ｎ・Ｗ２（ｔ）｝    （３）
合成励振分布Ｅ（ｔ）は、直交関係にある通信ビームと干渉ビームを合成することで得られるものであるが、式（３）からも分かるように、直交関係にある通信ビームと干渉ビームの合成処理では単純な計算を行うだけである。即ち、行列の足し算と掛け算を行うだけで、通信ビームと干渉ビームを合成することができる。このため、最適化手法を用いて、合成励振分布Ｅ（ｔ）を算出する場合と比べて、計算量が数十分の１〜数百分の１程度となる。
励振分布合成部２０は、合成励振分布Ｅ（ｔ）を算出すると、アレーアンテナ３の励振分布として、その合成励振分布Ｅ（ｔ）を振幅位相制御部３０に出力する。
【００３７】
振幅位相制御部３０の制御器３２は、励振分布合成部２０から合成励振分布Ｅ（ｔ）を受けると、その合成励振分布Ｅ（ｔ）にしたがって振幅位相調整器３１−１〜３１−Ｋにおける振幅及び位相の調整量を示す制御信号を振幅位相調整器３１−１〜３１−Ｋに出力する。
合成励振分布Ｅ（ｔ）から振幅及び位相の調整量を特定して、その振幅及び位相の調整量を示す制御信号を出力する処理自体は公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
【００３８】
振幅位相調整器３１−１〜３１−Ｋの位相制御装置３１ａは、制御器３２から制御信号を受けると、その制御信号が示す位相の調整量にしたがって分配器２により分配された搬送波信号の位相を調整し、位相調整後の搬送波信号を振幅制御装置３１ｂに出力する（図４のステップＳＴ３）。
振幅位相調整器３１−１〜３１−Ｋの振幅制御装置３１ｂは、制御器３２から制御信号を受けると、その制御信号が示す振幅の調整量にしたがって位相制御装置３１ａから出力された搬送波信号の振幅を調整し、振幅調整後の搬送波信号を素子アンテナ３−１〜３−Ｋの出力する（ステップＳＴ４）。
これにより、素子アンテナ３−１〜３−Ｋから振幅及び位相が調整された搬送波信号が空間に放射される（ステップＳＴ５）。
【００３９】
素子アンテナ３−１〜３−Ｋから放射される搬送波信号によって形成される通信ビームと干渉ビームは、例えば、図８のようになる。図８の例では、通信ビームの振幅特性はＧ１であるため、メインローブが０度でピークを有している。また、干渉ビームの振幅特性はＧ２であるため、０度の方向にアンテナパターンの零点が形成されている。このため、０度の方向に存在している受信局は、通信ビームで送信された通信信号ｄ（ｔ）を受信することができるが、干渉信号ｉ（ｔ）については送信されて来ない。したがって、干渉信号ｉ（ｔ）の影響を受けずに、通信信号ｄ（ｔ）を復調することができる。
また、この実施の形態１では、通信信号ｄ（ｔ）がＱＰＳＫで変調処理が施されており、位相がπ／４（＝４５度）のところに信号点が存在している。図９に示すように、０度の方向において、アンテナパターンの位相がπ／４（＝４５度）であるため、０度の方向に存在している受信局は、位相がπ／４（＝４５度）のところの信号点を復調することができる。
【００４０】
通信ビームのサイドローブ方向では、通信ビームの利得より干渉ビームの利得が大きくなっている。
このため、通信ビームのサイドローブ方向に存在している受信局は、干渉ビームで送信されてくる干渉信号ｉ（ｔ）の影響を大きく受けるため、通信ビームで送信された通信信号ｄ（ｔ）を受信することができても、通信信号ｄ（ｔ）を復調することが困難となっている。
よって、通信方向が０度付近の角度だけで、通信信号ｄ（ｔ）の復調が可能であるため、通信可能領域が限定されている。
【００４１】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、通信ビームのメインローブを通信方向に向ける励振位相分布Ｓを用いて、通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）を算出する通信励振分布算出部１１と、通信方向にアンテナパターンの零点を形成する励振位相分布Ｄを用いて、干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）を算出する干渉励振分布算出部１４とを設け、励振分布合成部２０が、通信励振分布算出部１１により算出された通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）と干渉励振分布算出部１４により算出された干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）とを合成するように構成したので、通信可能領域が限定されている秘匿通信を実現するために用いるアレーアンテナ３の励振分布の計算量を低減することができる効果を奏する。
【００４２】
また、この実施の形態１によれば、通信励振分布算出部１１により算出された通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）と、干渉励振分布算出部１４により算出された干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）とに対する重みｍ，ｎを設定する重み設定部１９を備え、励振分布合成部２０が、重み設定部１９により設定された重みｍ，ｎにしたがって通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）と干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）とを合成するように構成したので、通信可能領域の範囲を適宜変更することができる効果を奏する。
【００４３】
この実施の形態１によれば、通信方向を定めるビーム走査位相分布Ｐを設定するビーム走査位相分布設定部１８を備え、励振分布合成部２０が、通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）と干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）とを合成し、その合成した励振分布に対して、ビーム走査位相分布設定部１８により設定されたビーム走査位相分布Ｐの対角行列を乗算することで、合成励振分布Ｅ（ｔ）を算出するように構成したので、通信方向を適宜変更することができる効果を奏する。
【００４４】
また、この実施の形態１によれば、干渉励振分布算出部１４が、干渉ビームの利得のうち、通信ビームのサイドローブ方向に対応する方向の利得を高める励振振幅分布Ａを設定し、その励振振幅分布Ａの対角行列を干渉信号ｉ（ｔ）に乗算するように構成したので、干渉ビームの利得と比べて、通信ビームのサイドローブの利得を相対的に低減することができるようになる。そのため、通信ビームのサイドローブ方向に存在している受信局での通信信号ｄ（ｔ）の復調を困難にして、秘匿性を高めることができる効果を奏する。
【００４５】
この実施の形態１では、通信信号ｄ（ｔ）と干渉信号ｉ（ｔ）を生成しながら、アレーアンテナ３の励振分布として、合成励振分布Ｅ（ｔ）を算出するものを示したが、励振分布合成部２０が、通信信号ｄ（ｔ）及び干渉信号ｉ（ｔ）に対応する合成励振分布Ｅ（ｔ）を事前に算出して、その合成励振分布Ｅ（ｔ）をメモリ５１などの記憶装置に格納しておき、通信信号ｄ（ｔ）と干渉信号ｉ（ｔ）を受けると、メモリ５１から当該通信信号ｄ（ｔ）及び干渉信号ｉ（ｔ）に対応する合成励振分布Ｅ（ｔ）を読み出して、その合成励振分布Ｅ（ｔ）を振幅位相制御部３０に出力するようにしてもよい。
【００４６】
この実施の形態１では、ビーム走査位相分布Ｐを設定するビーム走査位相分布設定部１８を備え、励振分布合成部２０が、通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）と干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）とを合成した励振分布に対してビーム走査位相分布Ｐの対角行列を乗算するものを示したが、ビーム走査位相分布設定部１８を２つ実装し、一方のビーム走査位相分布設定部１８により設定されたビーム走査位相分布Ｐ１の対角行列を通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）に乗算するとともに、他方のビーム走査位相分布設定部１８により設定されたビーム走査位相分布Ｐ２の対角行列を干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）に乗算し、励振分布合成部２０が、ビーム走査位相分布Ｐ１の対角行列が乗算された通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）と、ビーム走査位相分布Ｐ２の対角行列が乗算された干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）とを合成するようにしてもよい。
【００４７】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、干渉ビームの利得と比べて、通信ビームのサイドローブの利得を相対的に低減するために、干渉励振分布算出処理部１７が、差パターン励振振幅分布設定部１６により設定された励振振幅分布Ａの対角行列を干渉信号ｉ（ｔ）に乗算するものを示したが、通信励振分布算出処理部１３が、通信ビームのサイドローブ方向の利得を下げる励振振幅分布の対角行列を通信信号ｄ（ｔ）に乗算するようにしてもよい。
【００４８】
図１０はこの発明の実施の形態２によるアンテナ装置を示す構成図であり、図１１はこの発明の実施の形態２によるアンテナ装置における信号処理部１０のハードウェア構成図である。
図１０及び図１１において、図１及び図２と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
和パターン励振振幅分布設定部２２は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されている和パターン励振振幅分布設定処理回路５０によって実現されるものであり、通信ビームのサイドローブ方向の利得を下げる励振振幅分布Ｂを設定する処理を実施する。
通信励振分布算出処理部２３は通信励振分布算出処理回路４２によって実現されるものであり、和パターン励振位相分布設定部１２により設定された励振位相分布Ｓと和パターン励振振幅分布設定部２２により設定された励振振幅分布Ｂを用いて、通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）を算出する処理を実施する。
【００４９】
次に動作について説明する。
通信励振分布算出部１１及び干渉励振分布算出部１４以外の処理内容は、上記実施の形態１と同様であるため、ここでは通信励振分布算出部１１及び干渉励振分布算出部１４の処理内容だけを説明する。
【００５０】
通信励振分布算出部１１の和パターン励振振幅分布設定部２２は、通信ビームのサイドローブ方向では通信信号ｄ（ｔ）の復調を困難にするために、通信ビームのサイドローブ方向の利得を下げる和パターンの励振振幅分布Ｂを設定する。
和パターンの励振振幅分布ＢはＫ行１列の行列で表され、例えば、その行列の各要素は正の整数である。和パターンの励振振幅分布Ｂとして、例えば、テイラー分布などを用いることができる。
【００５１】
通信励振分布算出部１１の通信励振分布算出処理部２３は、和パターン励振位相分布設定部１２が上記実施の形態１と同様に和パターンの励振位相分布Ｓを設定し、和パターン励振振幅分布設定部２２が和パターンの励振振幅分布Ｂを設定すると、下記の式（４）に示すように、その励振位相分布Ｓと励振振幅分布Ｂの対角行列を通信信号生成部４から出力された通信信号ｄ（ｔ）に乗算することで、通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）を算出する。
Ｗ１（ｔ）＝ｄ（ｔ）・ｄｉａｇ（Ｂ）・Ｓ        （４）
式（４）において、ｄｉａｇ（Ｂ）はＢを対角要素とする対角行列である。
【００５２】
干渉励振分布算出処理部１７は、差パターン励振位相分布設定部１５が上記実施の形態１と同様に励振位相分布Ｄを設定すると、下記の式（５）に示すように、その励振位相分布Ｄを干渉信号生成部５から出力された干渉信号ｉ（ｔ）に乗算することで、干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）を算出する。
Ｗ２（ｔ）＝ｉ（ｔ）・Ｄ                        （５）
【００５３】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、通信励振分布算出部１１が、通信ビームのサイドローブ方向の利得を下げる和パターンの励振振幅分布Ｂを設定し、その励振振幅分布Ｂの対角行列を通信信号ｄ（ｔ）に乗算するように構成したので、干渉ビームの利得と比べて、通信ビームのサイドローブの利得を相対的に低減することができるようになる。そのため、通信ビームのサイドローブ方向に存在している受信局での通信信号ｄ（ｔ）の復調を困難にして、秘匿性を高めることができる効果を奏する。
【００５４】
実施の形態３．
上記実施の形態１では、干渉ビームの利得と比べて、通信ビームのサイドローブの利得を相対的に低減するために、干渉励振分布算出処理部１７が、差パターン励振振幅分布設定部１６により設定された励振振幅分布Ａの対角行列を干渉信号ｉ（ｔ）に乗算するものを示したが、さらに、通信励振分布算出処理部１３が、通信ビームのサイドローブ方向の利得を下げる励振振幅分布Ｂの対角行列を通信信号ｄ（ｔ）に乗算するようにしてもよい。
【００５５】
図１２はこの発明の実施の形態３によるアンテナ装置を示す構成図であり、図１２において、図１及び図１０と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
この実施の形態３では、和パターン励振振幅分布設定部２２が通信励振分布算出部１１に実装され、差パターン励振振幅分布設定部１６が干渉励振分布算出部１４に実装されている。
【００５６】
このため、通信励振分布算出部１１の通信励振分布算出処理部２３は、和パターン励振位相分布設定部１２が和パターンの励振位相分布Ｓを設定し、和パターン励振振幅分布設定部２２が和パターンの励振振幅分布Ｂを設定すると、上記実施の形態２と同様に、その励振位相分布Ｓと励振振幅分布Ｂの対角行列を通信信号生成部４から出力された通信信号ｄ（ｔ）に乗算することで、通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）を算出する。
また、干渉励振分布算出部１４の干渉励振分布算出処理部１７は、差パターン励振位相分布設定部１５が励振位相分布Ｄを設定し、差パターン励振振幅分布設定部１６が励振振幅分布Ａを設定すると、上記実施の形態１と同様に、その励振位相分布Ｄと励振振幅分布Ａの対角行列を干渉信号生成部５から出力された干渉信号ｉ（ｔ）に乗算することで、干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）を算出する。
【００５７】
これにより、上記実施の形態１，２と同様に、干渉ビームの利得と比べて、通信ビームのサイドローブの利得を相対的に低減することができるようになる。そのため、通信ビームのサイドローブ方向に存在している受信局での通信信号ｄ（ｔ）の復調を困難にして、秘匿性を高めることができる効果を奏する。
【００５８】
この実施の形態３では、干渉ビームの利得と比べて、通信ビームのサイドローブの利得を相対的に低減するために、干渉励振分布算出処理部１７が、差パターン励振振幅分布設定部１６により設定された励振振幅分布Ａの対角行列を干渉信号ｉ（ｔ）に乗算するものを示したが、通信励振分布算出処理部１３が、通信ビームのサイドローブ方向の利得を干渉ビームの利得を超えない範囲内で、通信ビームのサイドローブ方向の利得を上げる励振振幅分布Ｃの対角行列を通信信号ｄ（ｔ）に乗算するようにしてもよい。
これにより、通信ビームのサイドローブ方向の利得が干渉ビームの利得を超えない範囲内で高くなるため、サイドローブ方向では、通信信号ｄ（ｔ）が大きくなるが、この場合でも、干渉信号ｉ（ｔ）が通信信号ｄ（ｔ）より大きいため、通信ビームのサイドローブ方向での通信信号ｄ（ｔ）の復調は困難である。
なお、和パターンの励振振幅分布ＣはＫ行１列の行列で表され、例えば、その行列の各要素は正の整数である。和パターンの励振振幅分布Ｃとして、例えば、アレーアンテナ３を構成している素子アンテナ３−１〜３−Ｋの中で、中央に配置されている素子アンテナでの振幅分布と比べて、端部に配置されている素子アンテナでの振幅分布が高くなるような逆テーパ状の振幅分布を用いることができる。このような逆テーパ状の振幅分布Ｃを用いると、通信ビームのビーム幅が狭くなることから、通信領域の狭覆域化も期待することができる。
【００５９】
実施の形態４．
上記実施の形態１〜３では、振幅位相調整器３１−１〜３１−Ｋの位相制御装置３１ａが、制御器３２から出力された制御信号が示す位相の調整量にしたがって分配器２により分配された搬送波信号の位相を調整し、振幅位相調整器３１−１〜３１−Ｋの振幅制御装置３１ｂが、制御器３２から出力された制御信号が示す振幅の調整量にしたがって位相制御装置３１ａから出力された搬送波信号の振幅を調整するものを示したが、デジタル信号処理で搬送波信号の振幅及び位相を調整するようにしてもよい。
【００６０】
図１３はこの発明の実施の形態４によるアンテナ装置を示す構成図であり、図１３において、図１、図１０及び図１２と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
搬送波信号発生部６１はデジタル信号である搬送波信号を発生する信号発振器である。
振幅位相制御部７０は振幅位相調整器７１−１〜７１−Ｋ及び制御器７２を備えており、励振分布合成部２０から出力された合成励振分布Ｅ（ｔ）にしたがって素子アンテナ３−１〜３−Ｋに与える搬送波信号の振幅及び位相を制御する。
振幅位相調整器７１−１〜７１−Ｋはデジタル信号処理器７１ａ、デジタルアナログ変換器（以下、「Ｄ／Ａ変換器」と称する）７１ｂ及び増幅器７１ｃを備えており、制御器７２から出力された制御信号が示す位相の調整量にしたがってデジタル信号処理で搬送波信号の位相を調整するとともに、制御器７２から出力された制御信号が示す振幅の調整量にしたがってデジタル信号処理で搬送波信号の振幅を調整する。
制御器７２は励振分布合成部２０から出力された合成励振分布Ｅ（ｔ）にしたがって振幅位相調整器７１−１〜７１−Ｋにおける振幅及び位相の調整量を制御する。
【００６１】
振幅位相調整器７１−１〜７１−Ｋのデジタル信号処理器７１ａは例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、デジタル信号処理で搬送波信号の振幅及び位相を調整する。
振幅位相調整器７１−１〜７１−ＫのＤ／Ａ変換器７１ｂはデジタル信号処理器７１ａにより振幅及び位相が調整された搬送波信号をアナログ信号に変換する。
振幅位相調整器７１−１〜７１−Ｋの増幅器７１ｃはＤ／Ａ変換器７１ｂによりアナログ信号に変換された搬送波信号を増幅し、増幅後の搬送波信号を素子アンテナ３−１〜３−Ｋに出力する。
図１４は搬送波信号発生部６１、振幅位相制御部７０及びアレーアンテナ３の処理内容を示すフローチャートである。
【００６２】
次に動作について説明する。
この実施の形態４では、信号処理部１０の処理内容は、上記実施の形態３と同様であるため、信号処理部１０以外の処理内容を説明する。なお、信号処理部１０の処理内容は、上記実施の形態１，２と同様であってもよい。
搬送波信号発生部６１は、デジタル信号である搬送波信号を発生し、その搬送波信号を振幅位相制御部７０の振幅位相調整器７１−１〜７１−Ｋに出力する（図１４のステップＳＴ４１）。
【００６３】
振幅位相制御部７０の制御器７２は、信号処理部１０の励振分布合成部２０が、上記実施の形態３と同様に、合成励振分布Ｅ（ｔ）を算出すると、その合成励振分布Ｅ（ｔ）にしたがって振幅位相調整器７１−１〜７１−Ｋにおける振幅及び位相の調整量を示す制御信号を振幅位相調整器７１−１〜７１−Ｋに出力する。
合成励振分布Ｅ（ｔ）から振幅及び位相の調整量を特定して、その振幅及び位相の調整量を示す制御信号を出力する処理自体は公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
【００６４】
振幅位相調整器７１−１〜７１−Ｋのデジタル信号処理器７１ａは、制御器７２から制御信号を受けると、その制御信号が示す位相の調整量にしたがって、デジタル信号処理で搬送波信号発生部６１から出力された搬送波信号の位相を調整するとともに、その制御信号が示す振幅の調整量にしたがって、デジタル信号処理で当該搬送波信号の振幅を調整する（ステップＳＴ４２）。
振幅位相調整器７１−１〜７１−ＫのＤ／Ａ変換器７１ｂは、デジタル信号処理器７１ａから振幅及び位相が調整された搬送波信号を受けると、その搬送波信号をアナログ信号に変換し、アナログの搬送波信号を増幅器７１ｃに出力する（ステップＳＴ４３）。
振幅位相調整器７１−１〜７１−Ｋの増幅器７１ｃは、Ｄ／Ａ変換器７１ｂからアナログの搬送波信号を受けると、その搬送波信号を増幅し、増幅後の搬送波信号を素子アンテナ３−１〜３−Ｋに出力する（ステップＳＴ４４）。
これにより、素子アンテナ３−１〜３−Ｋから振幅及び位相が調整された搬送波信号が空間に放射される（ステップＳＴ４５）。
【００６５】
素子アンテナ３−１〜３−Ｋから放射される搬送波信号によって形成される通信ビームと干渉ビームは、例えば、図８のようになる。図８の例では、通信ビームの振幅特性はＧ１であるため、メインローブが０度でピークを有している。また、干渉ビームの振幅特性はＧ２であるため、０度の方向にアンテナパターンの零点が形成されている。このため、０度の方向に存在している受信局は、通信ビームで送信された通信信号ｄ（ｔ）を受信することができるが、干渉信号ｉ（ｔ）については送信されて来ない。したがって、干渉信号ｉ（ｔ）の影響を受けずに、通信信号ｄ（ｔ）を復調することができる。
また、この実施の形態４では、通信信号ｄ（ｔ）がＱＰＳＫで変調処理が施されており、位相がπ／４（＝４５度）のところに信号点が存在している。図９に示すように、０度の方向において、アンテナパターンの位相がπ／４（＝４５度）であるため、０度の方向に存在している受信局は、位相がπ／４（＝４５度）のところの信号点を復調することができる。
【００６６】
通信ビームのサイドローブ方向では、通信ビームの利得より干渉ビームの利得が大きくなっている。
このため、通信ビームのサイドローブ方向に存在している受信局は、干渉ビームで送信されてくる干渉信号ｉ（ｔ）の影響を大きく受けるため、通信ビームで送信された通信信号ｄ（ｔ）を受信することができても、通信信号ｄ（ｔ）を復調することが困難となっている。
よって、通信方向が０度付近の角度だけで、通信信号ｄ（ｔ）の復調が可能であるため、通信可能領域が限定されている。
【００６７】
以上で明らかなように、この実施の形態４によれば、通信ビームのメインローブを通信方向に向ける励振位相分布Ｓを用いて、通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）を算出する通信励振分布算出部１１と、通信方向にアンテナパターンの零点を形成する励振位相分布Ｄを用いて、干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）を算出する干渉励振分布算出部１４とを設け、励振分布合成部２０が、通信励振分布算出部１１により算出された通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）と干渉励振分布算出部１４により算出された干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）とを合成するように構成したので、通信可能領域が限定されている秘匿通信を実現するために用いるアレーアンテナの励振分布の計算量を低減することができる効果を奏する。
【００６８】
また、この実施の形態４によれば、振幅位相調整器７１−１〜７１−Ｋが、制御器７２から出力された制御信号が示す位相の調整量にしたがってデジタル信号処理で搬送波信号の位相を調整するとともに、制御器７２から出力された制御信号が示す振幅の調整量にしたがってデジタル信号処理で搬送波信号の振幅を調整するように構成したので、上記実施の形態１〜３と比べて、アンテナパターンの形成精度を高めることができる効果を奏する。
【００６９】
上記実施の形態１〜４における図１、図１０、図１２及び図１３のアンテナ装置では、アレーアンテナ３の素子アンテナ３−１〜３−Ｋが直線的に並んでいるリニアアレーアンテナを想定しているが、アレーアンテナ３がリニアアレーアンテナに限るものではなく、例えば、アレーアンテナ３の素子アンテナ３−１〜３−Ｋが同一平面上に２次元配置されている平面アレーアンテナや、アレーアンテナ３の素子アンテナ３−１〜３−Ｋが曲面に沿って配置されているコンフォーマルアレーアンテナなどであってもよい。
図１５はアレーアンテナ３の一例を示す説明図である。
図１５Ａはリニアアレーアンテナの例を示し、図１５Ｂは平面アレーアンテナの例を示し、図１５Ｃはコンフォーマルアレーアンテナの例を示している。
【００７０】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
この発明に係るアンテナ装置及びアンテナ励振方法は、少ない計算量で、通信可能領域が限定されている秘匿通信を実現するものに適している。
【符号の説明】
【００７２】
１  搬送波信号発生部、２  分配器、３  アレーアンテナ、３−１〜３−Ｋ  素子アンテナ、４  通信信号生成部、５  干渉信号生成部、６  表示器、１０  信号処理部、１１  通信励振分布算出部、１２  和パターン励振位相分布設定部、１３，２３  通信励振分布算出処理部、１４  干渉励振分布算出部、１５  差パターン励振位相分布設定部、１６  差パターン励振振幅分布設定部、１７  干渉励振分布算出処理部、１８  ビーム走査位相分布設定部、１９  重み設定部、２０  励振分布合成部、２１  アンテナパターン表示部、２２  和パターン励振振幅分布設定部、３０  振幅位相制御部、３１−１〜３１−Ｋ  振幅位相調整器、３１ａ  位相制御装置、３１ｂ  振幅制御装置、３２  制御器、４１  和パターン励振位相分布設定処理回路、４２  通信励振分布算出処理回路、４３  差パターン励振位相分布設定処理回路、４４  差パターン励振振幅分布設定処理回路、４５  干渉励振分布算出処理回路、４６  ビーム走査位相分布設定処理回路、４７  重み設定処理回路、４８  励振分布合成処理回路、４９  アンテナパターン表示処理回路、５０  和パターン励振振幅分布設定処理回路、５１  メモリ、５２  プロセッサ、５３  入力インタフェース機器、５４  出力インタフェース機器、５５  表示インタフェース機器、６１  搬送波信号発生部、７０  振幅位相制御部、７１−１〜７１−Ｋ  振幅位相調整器、７１ａ  デジタル信号処理器、７１ｂ  Ｄ／Ａ変換器、７１ｃ  増幅器、７２  制御器。
【図１】
2017149697.tif 000003
【図２】
2017149697.tif 000004
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年8月23日(2016.8.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
この発明に係るアンテナ装置は、通信対象の信号である通信信号を生成する通信信号生成部と、通信信号の妨害波となる干渉信号を生成する干渉信号生成部と、通信信号を通信方向に送信する電波である通信ビームの励振分布を算出する通信励振分布算出部と、通信方向にアンテナパターンの零点が形成されるように、干渉信号を送信する電波である干渉ビームの励振分布を算出する干渉励振分布算出部と、通信励振分布算出部により算出された通信ビームの励振分布と干渉励振分布算出部により算出された干渉ビームの励振分布とを合成する励振分布合成部と、励振分布合成部による合成後の励振分布にしたがって搬送波信号の振幅及び位相を制御する振幅位相制御部と、振幅位相制御部で振幅位相を制御された複数の搬送波信号を放射する複数の素子アンテナからなるアレーアンテナとを備えるようにしたものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
この発明によれば、通信信号を通信方向に送信する電波である通信ビームの励振分布を算出する通信励振分布算出部と、通信方向にアンテナパターンの零点が形成されるように、干渉信号を送信する電波である干渉ビームの励振分布を算出する干渉励振分布算出部とを設け、励振分布合成部が、通信励振分布算出部により算出された通信ビームの励振分布と干渉励振分布算出部により算出された干渉ビームの励振分布とを合成するように構成したので、通信可能領域が限定されている秘匿通信を実現するために用いるアレーアンテナの励振分布の計算量を低減することができる効果がある。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信対象の信号である通信信号を生成する通信信号生成部と、
前記通信信号の妨害波となる干渉信号を生成する干渉信号生成部と、
前記通信信号を通信方向に送信する電波である通信ビームの励振分布を算出する通信励振分布算出部と、
前記通信方向にアンテナパターンの零点が形成されるように、前記干渉信号を送信する電波である干渉ビームの励振分布を算出する干渉励振分布算出部と、
前記通信励振分布算出部により算出された前記通信ビームの励振分布と前記干渉励振分布算出部により算出された前記干渉ビームの励振分布とを合成する励振分布合成部と、
前記励振分布合成部による合成後の励振分布にしたがって搬送波信号の振幅及び位相を制御する振幅位相制御部と、
前記振幅位相制御部で振幅位相を制御された複数の搬送波信号を放射する複数の素子アンテナからなるアレーアンテナと
を備えたアンテナ装置。
【請求項２】
搬送波信号を発生する搬送波信号発生部と、
前記搬送波信号発生部により発生された搬送波信号を分配する分配器とを備え、
前記振幅位相制御部は、
前記分配器により分配された搬送波信号の振幅及び位相を調整し、振幅及び位相を調整した搬送波信号を前記素子アンテナに出力する複数の振幅位相調整器と、
前記励振分布合成部による合成後の励振分布にしたがって前記複数の振幅位相調整器における振幅及び位相の調整量を制御する制御器とを含むことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
デジタル信号である搬送波信号を発生する搬送波信号発生部を備え、
前記振幅位相制御部は、
前記搬送波信号発生部により発生された搬送波信号の振幅及び位相を調整する複数のデジタル信号処理器と、
前記デジタル信号処理器により振幅及び位相が調整された搬送波信号をアナログ信号に変換して、前記アナログ信号を前記素子アンテナに出力する複数のデジタルアナログ変換器と、
前記励振分布合成部による合成後の励振分布にしたがって前記複数のデジタル信号処理器における振幅及び位相の調整量を制御する制御器とを含むことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記通信励振分布算出部により算出された通信ビームの励振分布と、前記干渉励振分布算出部により算出された干渉ビームの励振分布とに対する重みを設定する重み設定部を備え、
前記励振分布合成部は、前記重み設定部により設定された重みにしたがって前記通信ビームの励振分布と前記干渉ビームの励振分布とを合成することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記通信方向を定めるビーム走査位相分布を設定するビーム走査位相分布設定部を備え、
前記励振分布合成部は、前記通信励振分布算出部により算出された通信ビームの励振分布と前記干渉励振分布算出部により算出された干渉ビームの励振分布とを合成し、その合成した励振分布に対して、前記ビーム走査位相分布設定部により設定されたビーム走査位相分布を乗算し、前記ビーム走査位相分布を乗算した励振分布を合成後の励振分布として前記振幅位相制御部に出力することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記干渉励振分布算出部は、前記干渉ビームの利得のうち、前記通信ビームのサイドローブ方向に対応する方向の利得を高める励振振幅分布を設定して、前記励振振幅分布を前記干渉ビームの励振分布に乗算し、前記励振振幅分布を乗算した前記干渉ビームの励振分布を前記励振分布合成部に出力することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記通信励振分布算出部は、前記通信ビームのサイドローブ方向の利得を下げる励振振幅分布を設定して、前記励振振幅分布を前記通信ビームの励振分布に乗算し、前記励振振幅分布を乗算した前記通信ビームの励振分布を前記励振分布合成部に出力することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記通信励振分布算出部は、前記通信ビームのサイドローブ方向の利得を上げる励振振幅分布を設定して、前記励振振幅分布を前記通信ビームの励振分布に乗算し、前記励振振幅分布を乗算した前記通信ビームの励振分布を前記励振分布合成部に出力することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記通信励振分布算出部は、前記通信ビームのメインローブを通信方向に向ける励振位相分布を用いて励振分布を算出することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
前記干渉励振分布算出部は、前記干渉ビームの利得のうち、前記通信ビームのサイドローブ方向に対応する方向の利得を高める励振振幅分布を設定して、当該励振振幅分布を前記干渉ビームの励振分布に乗算し、当該励振振幅分布を乗算した前記干渉ビームの励振分布を前記励振分布合成部に出力し、
前記通信励振分布算出部は、前記通信ビームのサイドローブ方向の利得を下げる励振振幅分布を設定して、当該励振振幅分布を前記通信ビームの励振分布に乗算し、当該励振振幅分布を乗算した前記通信ビームの励振分布を前記励振分布合成部に出力することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項１１】
前記通信励振分布算出部は、前記通信ビームのメインローブを通信方向に向ける励振位相分布として、前記アレーアンテナにおける和パターンの励振位相分布を前記通信信号に乗算することで、前記通信ビームの励振分布を算出し、
前記干渉励振分布算出部は、前記通信方向にアンテナパターンの零点を形成する励振位相分布として、前記アレーアンテナにおける差パターンの励振位相分布を前記干渉信号に乗算することで、前記干渉ビームの励振分布を算出することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項１２】
前記アレーアンテナは、リニアアレーアンテナ、平面アレーアンテナ又はコンフォーマルアレーアンテナであることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項１３】
通信信号生成部が、通信対象の信号である通信信号を生成し、
干渉信号生成部が、前記通信信号の妨害波となる干渉信号を生成し、
通信励振分布算出部が、前記通信信号を通信方向に送信する電波である通信ビームの励振分布を算出し、
干渉励振分布算出部が、前記通信方向にアンテナパターンの零点が形成されるように、前記干渉信号を送信する電波である干渉ビームの励振分布を算出し、
励振分布合成部が、前記通信励振分布算出部により算出された前記通信ビームの励振分布と前記干渉励振分布算出部により算出された前記干渉ビームの励振分布とを合成し、
振幅位相制御部が、前記励振分布合成部による合成後の励振分布にしたがって、アレーアンテナにおける複数の素子アンテナに与える搬送波信号の振幅及び位相を制御する
アンテナ励振方法。
【国際調査報告】
2017149697.tif 000018
2017149697.tif 000019
2017149697.tif 000020
2017149697.tif 000021