(57)【要約】【課題】  小型化、低コスト化が可能であり、信頼性および耐久性に優れるとともに、熟練技術による調整等が不要な到来方向推定装置を提供する。【解決手段】  結合切換手段２０は、アンテナ素子７と素子結合するアンテナ素子１〜６がアンテナ素子７の周囲を回転するように制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶ６によってバラクタダイオード１１〜１６のリアクタンスセットを制御し、アレーアンテナ１０は、アンテナ素子７と素子結合するアンテナ素子１〜６がアンテナ素子７の周囲を回転したときの受信信号を受信する。そして、周波数偏移検出手段４０は、アンテナ素子７から増幅器３０を介して受けた受信信号に基づいて到来波の周波数偏移スペクトルを検出し、方向推定手段５０は、周波数偏移スペクトルがゼロクロスする角度を到来波の到来方向と推定する。【選択図】        図１
2006186540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電素子と、前記給電素子の周囲に配置されたｎ（ｎは複数）個の無給電素子とを含むアレーアンテナと、
前記ｎ個の無給電素子に装荷されたｎ個のインピーダンス素子の少なくとも１つのインピーダンスを変えて前記給電素子と素子結合する無給電素子を切換える結合切換手段と、
前記給電素子と素子結合する無給電素子が前記給電素子の周囲を回転するように所定の速度で順次切換えられたときに前記アレーアンテナが受信する到来波の受信信号を前記給電素子から受け、その受けた受信信号に基づいて前記到来波の周波数偏移スペクトルを検出する周波数偏移検出手段と、
前記周波数偏移検出手段により検出された前記周波数偏移スペクトルが、周波数偏移がゼロであることを示す基準線と交差する角度を検出し、その検出した角度を前記到来波の到来方向と推定する方向推定手段とを備える到来方向推定装置。
【請求項２】
前記方向推定手段は、前記周波数偏移が正の値から負の値に切換わるときに前記周波数偏移スペクトルが前記基準線と交差する角度を検出し、その検出した角度を前記到来波の到来方向と推定する、請求項１に記載の到来方向推定装置。
【請求項３】
前記方向推定手段は、前記周波数偏移が負の値から正の値に切換わるときに前記周波数偏移スペクトルが前記基準線と交差する角度を検出し、その検出した角度を前記到来波の到来方向と推定する、請求項１に記載の到来方向推定装置。
【請求項４】
前記結合切換手段は、前記ｎ個の無給電素子の全てが前記給電素子と素子結合し、かつ、前記給電素子と主に素子結合する無給電素子が前記給電素子の周囲を前記所定の速度で回転するように前記給電素子と前記ｎ個の無給電素子との素子結合を切換える、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の到来方向推定装置。
【請求項５】
前記結合切換手段は、前記ｎ個の無給電素子のうち一部の無給電素子が前記給電素子と素子結合し、かつ、前記給電素子と素子結合する無給電素子が前記給電素子の周囲を前記所定の速度で回転するように前記給電素子と前記ｎ個の無給電素子との素子結合を切換える、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の到来方向推定装置。
【請求項６】
前記受信信号から前記到来波の中心周波数成分を抑圧し、前記到来波の中心周波数成分が抑圧された受信信号を前記周波数偏移検出手段へ出力する帯域阻止フィルタを更に備え、
前記給電素子と前記無給電素子との間隔は、前記到来波の中心周波数成分を抑圧する間隔に設定され、
前記周波数偏移検出手段は、前記帯域阻止フィルタから出力された受信信号に基づいて、前記周波数偏移スペクトルを検出する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の到来方向推定装置。
【請求項７】
前記ｎ個の無給電素子は、前記給電素子の周囲に略円形に配置される、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の到来方向推定装置。
【請求項８】
前記インピーダンス素子は、可変容量素子である、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の到来方向推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、到来波の到来方向を推定する到来方向推定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ドップラー効果を用いた方向探知装置として、水平面の円周上に等間隔に複数のアンテナ素子を配置し、複数のアンテナ素子のうち、受信部に接続するアンテナ素子をアンテナ切換器を用いて切換えるものが知られている（非特許文献１）。
【０００３】
このような従来技術では、アンテナ切換器は、受信部に接続するアンテナ素子を円周に沿って等位相間隔で順次切換えることによって、受信位置が円周上を等速度（等速円運動）で移動する。
【０００４】
一方、送信機は、一定周波数で振動するＣＷ波を送信する。このとき、隣り合うアンテナ素子の間隔がＣＷ波の波長に対して十分に密（例えば半波長以下）であれば、受信部に入力される到来波は、実質的にドップラー効果によってその周波数が周期的に変化し（ドップラー周波数偏移が生じ）、アンテナ素子の切換速度に応じた周波数変調波（ＦＭ波）を形成する。このＦＭ波を復調した信号の位相は、ＣＷ波の到来方向に依存するので、ＦＭ波復調信号の位相に基づいて到来波の到来方向を推定することができる。
【非特許文献１】電子情報通信学会，「アンテナ工学ハンドブック」，オーム社，１９８０年１０月，ｐ．３６４−３６５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来技術によるドップラー効果を用いた方向探知装置では、各アンテナ素子を受信部に切換接続するアンテナ切換器が必要であるのに加え、各アンテナ素子とアンテナ切換器との間を接続する伝送路がアンテナ素子の数と同じ数だけ必要であった。このため、構造が複雑で装置が大型化する傾向があり、製造コストが高く、消費電力も大きいという問題があった。
【０００６】
また、アンテナ切換器は、各アンテナ素子と受信部とを切換接続するので、機械的な接点の磨耗等によってアンテナ切換器に故障が生じ易く、信頼性、耐久性が劣る傾向があった。
【０００７】
更に、アンテナ切換えに伴うドップラー周波数偏移の時間変化が正弦波に従うようにするために、各アンテナ素子とアンテナ切換器との間の伝送路は、互いの位相を精密に合わせる必要があった。このため、伝送路をなすケーブルの長さ寸法をケーブル毎に微調整する必要があり、ケーブルの調整作業に長時間を要するとともに、熟練した技術が必要になるという問題があった。
【０００８】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、小型化、低コスト化が可能であり、信頼性および耐久性に優れるとともに、熟練技術による調整等が不要な到来方向推定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明によれば、到来方向推定装置は、アレーアンテナと、結合切換手段と、周波数偏移検出手段と、方向推定手段とを備える。アレーアンテナは、給電素子と、給電素子の周囲に配置されたｎ（ｎは複数）個の無給電素子とを含む。結合切換手段は、ｎ個の無給電素子に装荷されたｎ個のインピーダンス素子の少なくとも１つのインピーダンスを変えて給電素子と素子結合する無給電素子を切換える。周波数偏移検出手段は、給電素子と素子結合する無給電素子が給電素子の周囲を回転するように所定の速度で順次切換えられたときにアレーアンテナが受信する到来波の受信信号を給電素子から受け、その受けた受信信号に基づいて到来波の周波数偏移スペクトルを検出する。方向推定手段は、周波数偏移検出手段により検出された周波数偏移スペクトルが、周波数偏移がゼロであることを示す基準線と交差する角度を検出し、その検出した角度を到来波の到来方向と推定する。
【００１０】
好ましくは、方向推定手段は、周波数偏移が正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移スペクトルが基準線と交差する角度を検出し、その検出した角度を到来波の到来方向と推定する。
【００１１】
好ましくは、方向推定手段は、周波数偏移が負の値から正の値に切換わるときに周波数偏移スペクトルが基準線と交差する角度を検出し、その検出した角度を到来波の到来方向と推定する。
【００１２】
好ましくは、結合切換手段は、ｎ個の無給電素子の全てが給電素子と素子結合し、かつ、給電素子と主に素子結合する無給電素子が給電素子の周囲を所定の速度で回転するように給電素子とｎ個の無給電素子との素子結合を切換える。
【００１３】
好ましくは、結合切換手段は、ｎ個の無給電素子のうち一部の無給電素子が給電素子と素子結合し、かつ、給電素子と素子結合する無給電素子が給電素子の周囲を所定の速度で回転するように給電素子とｎ個の無給電素子との素子結合を切換える。
【００１４】
好ましくは、到来方向推定装置は、帯域阻止フィルタを更に備える。帯域阻止フィルタは、受信信号から到来波の中心周波数成分を抑圧し、該到来波の中心周波数成分が抑圧された受信信号を周波数偏移検出手段へ出力する。そして、給電素子と前記無給電素子との間隔は、到来波の中心周波数成分を抑圧する間隔に設定される。また、周波数偏移検出手段は、帯域阻止フィルタから出力された受信信号に基づいて、周波数偏移スペクトルを検出する
好ましくは、ｎ個の無給電素子は、給電素子の周囲に略円形に配置される。
【００１５】
好ましくは、インピーダンス素子は、可変容量素子である。
【発明の効果】
【００１６】
この発明による到来方向推定装置においては、給電素子と結合する無給電素子が給電素子の周囲を回転するように順次切換えられたときにアレーアンテナが受信した受信信号に基づいて、到来波の周波数偏移スペクトルが検出され、その検出された周波数偏移スペクトルがゼロクロスする角度が到来波の到来方向と推定される。そして、給電素子と結合する無給電素子の切換は、無給電素子に装荷されたインピーダンス素子のインピーダンスを変えることによって行なわれる。
【００１７】
従って、この発明によれば、給電素子と結合する無給電素子の切換を電気的に行なうことができ、機械的な無給電素子の切換による故障を防止できる。その結果、信頼性および耐久性を向上できる。
【００１８】
また、給電素子と結合する無給電素子が給電素子の周囲を回転するように順次切換えられる場合にも受信信号は、中心素子である給電素子からのみ検出されるため、受信機までの伝送路を無給電素子ごとに設け、調整する必要がない。
【００１９】
更に、インピーダンス切換のための配線をインピーダンス素子に接続すれば、インピーダンス素子のインピーダンスを変えることができるので、熟練技術による調整を不要にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２１】
図１は、この発明の実施の形態による到来方向推定装置の構成を示す概略図である。図１を参照して、到来方向推定装置１００は、アレーアンテナ１０と、結合切換手段２０と、増幅器３０と、周波数偏移検出手段４０と、方向推定手段５０とを備える。
【００２２】
アレーアンテナ１０は、アンテナ素子１〜７と、接地板８と、バラクタダイオード１１〜１６とを含む。接地板８は、円形の導電性金属材料からなり、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸からなるｘｙｚ直交座標のｘ−ｙ平面に略平行に配置される。アンテナ素子１〜７は、ｘｙｚ直交座標におけるｚ軸に沿って接地板８に略垂直に配置される。この場合、アンテナ素子７は、ｘ−ｙ座標の原点Ｏに配置される。
【００２３】
図２は、図１に示すｘ−ｙ平面におけるアンテナ素子１〜７の平面配置図である。図２を参照して、アンテナ素子１〜６は、アンテナ素子７を中心にして半径ｒの円周ＣＲＣ上に円形に配置される。即ち、アンテナ素子１〜６は、アンテナ素子７の周囲に円形に配置される。この場合、アンテナ素子１〜６は、等間隔に配置される。また、アレーアンテナ１０が送受信する電波の波長をλとしたとき、半径ｒは、０．２５λまたは０．３８３λに設定される。
【００２４】
再び、図１を参照して、アンテナ素子１〜６は、無給電素子であり、アンテナ素子７は、給電素子である。バラクタダイオード１１〜１６は、それぞれ、アンテナ素子１〜６と接地ノードとの間に接続される。これによって、無給電素子であるアンテナ素子１〜６には、可変容量素子であるバラクタダイオード１１〜１６がそれぞれ装荷される。
【００２５】
このように、アレーアンテナ１０は、６本の無給電素子（アンテナ素子１〜６）と、１本の給電素子（アンテナ素子７）とからなる７本のアンテナ素子が給電素子を中心にして円形に配列された構造からなる。
【００２６】
結合切換手段２０は、制御電圧セットＣＶＬ１〜ＣＶＬ６をバラクタダイオード１１〜１６に供給し、無給電素子であるアンテナ素子１〜６と、給電素子であるアンテナ素子７との結合を切換える。バラクタダイオード１１〜１６は、それぞれ、制御電圧ＣＶＬ１〜ＣＶＬ６によって容量（リアクタンス値）が変化する。結合切換手段２０は、各バラクタダイオード１１〜１６におけるリアクタンス値が“ｈｉ”（最大値）または“ｌｏ”（最小値）になるように各制御電圧ＣＶＬ１〜ＣＶＬ６の電圧値を決定し、制御電圧セットＣＶＬ１〜ＣＶＬ６をバラクタダイオード１１〜１６へ供給する。例えば、結合切換手段２０は、２０Ｖからなる制御電圧ＣＬＶ１〜ＣＬＶ６をそれぞれバラクタダイオード１１〜１６へ供給してバラクタダイオード１１〜１６におけるリアクタンス値を”ｈｉ”に設定し、０Ｖからなる制御電圧ＣＬＶ１〜ＣＬＶ６をそれぞれバラクタダイオード１１〜１６へ供給してバラクタダイオード１１〜１６におけるリアクタンス値を”ｌｏ”に設定する。
【００２７】
この場合、結合切換手段２０は、バラクタダイオード１１〜１６におけるリアクタンス値ｘｍ１〜ｘｍ６のリアクタンスセットｘｍが表１に示すように変化するように制御電圧セットＣＶＬ１〜ＣＶＬ６をバラクタダイオード１１〜１６へ供給する。
【００２８】
【表１】
2006186540.tif 000003
【００２９】
リアクタンス値ｘｍ１が“ｌｏ”であり、リアクタンス値ｘｍ２〜ｘｍ６が“ｈｉ”であるとき（ｍ＝１）、アレーアンテナ１０は、０度の方向に指向性があるビームパターンＢＰＭ１を有する。この場合、アンテナ素子１は、アンテナ素子７と強く結合し、アンテナ素子２〜６は、アンテナ素子７と弱く結合している。なお、アンテナ素子７（給電素子）からアンテナ素子１（無給電素子）への方向を０度の方向とする（図２参照）。
【００３０】
また、リアクタンス値ｘｍ２が“ｌｏ”であり、リアクタンス値ｘｍ１，ｘｍ３〜ｘｍ６が“ｈｉ”であるとき（ｍ＝２）、アレーアンテナ１０は、６０度の方向に指向性があるビームパターンＢＰＭ２を有する。この場合、アンテナ素子２は、アンテナ素子７と強く結合し、アンテナ素子１，３〜６は、アンテナ素子７と弱く結合している。
【００３１】
以下、同様にして、各リアクタンス値ｘｍ３〜ｘｍ６が“ｌｏ”であり、それ以外のリアクタンス値が“ｈｉ”であるとき（ｍ＝３〜６）、アレーアンテナ１０は、それぞれ、１２０度、１８０度、２４０度および３００度の方向に指向性があるビームパターンＢＰＭ３〜ＢＰＭ６を有する（図２参照）。この場合、アンテナ素子３〜６の各々は、アンテナ素子７と強く結合し、他のアンテナ素子（アンテナ素子１〜６のうち、それぞれ、アンテナ素子３〜６を除くアンテナ素子）は、アンテナ素子７と弱く結合している。
【００３２】
このように、結合切換手段２０は、無給電素子であるアンテナ素子１〜６に装荷されたバラクタダイオード１１〜１６のリアクタンス値ｘｍ１〜ｘｍ６を変えることによってアンテナ素子７（給電素子）と放射結合するアンテナ素子１〜６（無給電素子）を切換え、アレーアンテナ１０の指向性を切換える。
【００３３】
到来波の到来方向を推定する場合、結合切換手段２０は、給電素子であるアンテナ素子７と結合する無給電素子（アンテナ素子１〜６の少なくとも１本のアンテナ素子）がアンテナ素子７の回りを所定の速度で回転するように制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶ６をバラクタダイオード１１〜１６へ供給する。
【００３４】
結合切換手段２０は、パルス発生器２１と、リアクタンス値テーブル２２と、可変リアクタンス制御装置２３とを含む。パルス発生器２１は、一定周期のパルス信号ＰＬＳを発生し、その発生したパルス信号ＰＬＳを可変リアクタンス制御装置２３へ出力する。この場合、パルス信号ＰＬＳは、例えば、角周波数ω０（ω０＝２π×１ｋＨｚ）に無給電素子（アンテナ素子１〜６）の数ｎ（ｎ＝６）を乗算した値の角周波数ωｒ（ωｒ＝２π×６ｋＨｚ）を有する。
【００３５】
リアクタンス値テーブル２２は、表２〜表４に示すリアクタンステーブルＸＴＢ１〜ＸＴＢ３を格納する。
【００３６】
【表２】
2006186540.tif 000004
【００３７】
【表３】
2006186540.tif 000005
【００３８】
【表４】
2006186540.tif 000006
【００３９】
可変リアクタンス制御装置２３は、表２〜表４に示すリアクタンステーブルＸＴＢ１〜ＸＴＢ３のいずれかに従って制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶ６を生成し、その生成した制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶ６をパルス発生器２１から受けたパルス信号ＰＬＳに同期してバラクタダイオード１１〜１６へ供給する。
【００４０】
例えば、可変リアクタンス制御装置２３は、表２に示すリアクタンステーブルＸＴＢ１に従って制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶ６を生成するとき、まず、リアクタンステーブルＸＴＢ１のリアクタンスセットＸＳ１１に従って、バラクタダイオード１１のリアクタンス値ｘｍ１が０Ωになり、かつ、バラクタダイオード１２〜１６のリアクタンス値ｘｍ２〜ｘｍ６が４５７．５Ωになるように制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶ６を生成し、その生成した制御電圧ＣＬＶ１〜ＣＬＶ６をバラクタダイオード１１〜１６へ供給する。
【００４１】
次に、可変リアクタンス制御装置２３は、リアクタンステーブルＸＴＢ１のリアクタンスセットＸＳ１２に従って、バラクタダイオード１２のリアクタンス値ｘｍ２が０Ωになり、かつ、バラクタダイオード１１，１３〜１６のリアクタンス値ｘｍ１，ｍ３〜ｘｍ６が４５７．５Ωになるように制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶ６を生成し、その生成した制御電圧ＣＬＶ１〜ＣＬＶ６をバラクタダイオード１１〜１６へ供給する。
【００４２】
以下、同様にして、可変リアクタンス制御装置２３は、リアクタンステーブルＸＴＢ１のリアクタンスセットＸＳ１３〜ＸＳ１６に従って制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶ６を生成し、その生成した制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶ６をバラクタダイオード１１〜１６へ供給する。
【００４３】
この場合、可変リアクタンス制御装置２３は、リアクタンスセットＸＳ１１〜ＸＳ１６に従って生成した制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶ６をパルス信号ＰＬＳに同期してバラクタダイオード１１〜１６へ順次供給する。即ち、可変リアクタンス制御装置２３は、バラクタダイオード１１〜１６のリアクタンス値ｘｍ１〜ｘｍ６がリアクタンステーブルＸＴＢ１のリアクタンスセットＸＳ１１〜ＸＳ１６に従ってパルス信号ＰＬＳの角周波数ωｒの速度で順次切換わるように制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶ６をバラクタダイオード１１〜１６へ供給する。
【００４４】
増幅器３０は、アレーアンテナ１０のアンテナ素子７（給電素子）から出力される受信信号（高周波電流からなる）を増幅し、その増幅した受信信号を周波数偏移検出手段４０へ出力する。周波数偏移検出手段４０は、増幅器３０からの受信信号を受け、その受けた受信信号に基づいて、後述する方法によって、到来波の周波数偏移スペクトルを検出し、その検出した周波数偏移スペクトルを方向推定手段５０へ出力する。
【００４５】
方向推定手段５０は、周波数偏移検出手段４０からの周波数偏移スペクトルが、周波数偏移がゼロであることを示す基準線と交差する角度を検出し、その検出した角度を到来波の到来方向と推定する。
【００４６】
この発明において、到来方向を推定する原理について説明する。給電素子であるアンテナ素子７は、送信機Ｐ（図示せず）から送信された搬送波（例えば２００ＭＨｚの周波数を有する波）Ｓａ１を受信する。この場合、無給電素子であるアンテナ素子１〜６にそれぞれ装荷されたバラクタダイオード１１〜１６は、結合切換手段２０によってそれぞれリアクタンス値ｘｍ１〜ｘｍ６に設定されているので、複数のアンテナ素子１〜６のうち、少なくとも１本のアンテナ素子がアンテナ素子７と放射結合し、これによって、少なくとも１本のアンテナ素子に高周波電流が誘起される。
【００４７】
また、バラクタダイオード１１〜１６のリアクタンス値ｘｍ１〜ｘｍ６は、循環的に変更されるので、アンテナ素子７と放射結合が生じるアンテナ素子は、循環的に円周ＣＲＣ上を移動する。
【００４８】
一般に、角周波数ωの電磁波を放射する送信機Ｐが静止しており、受信機Ｑが速度ｖ（ベクトル）で移動するとき、受信機Ｑでの受信波の角周波数は、ドップラー効果による周波数偏移を受ける。このときの周波数偏移の大きさをΔωとすると、周波数偏移Δωは、次式によって表される。
【００４９】
Δω＝−（＜ｖ＞・＜ｅＰＱ＞）ω／ｃ・・・（１）
式（１）において、表記＜Ａ＞は、ベクトルＡを表す。また、ベクトル＜ｅＰＱ＞は、送信機Ｐから受信機Ｑに向かう単位ベクトルであり、ｃは、光速である。更に、ａ・ｂは、ベクトルａとベクトルｂとのスカラー積を表す。
【００５０】
図３は、図１に示すアレーアンテナ１０と送信機Ｐとを示す平面図である。図３を参照して、６本のアンテナ素子１〜６が半径ｒの円周ＣＲＣ上に十分に密な状態で配置されていると考えると、アレーアンテナ１０は、給電素子（アンテナ素子７）と放射結合する無給電素子が円周ＣＲＣ上に配置された６本のアンテナ素子１〜６の順で順次切換わって送信機Ｐからの到来波を受信する。従って、アレーアンテナ１０（受信機Ｑ）は、あたかも、半径ｒの円周ＣＲＣ上を滑らかに移動しながら送信機Ｐからの到来波を受信するものと考えることができる。この場合、給電素子であるアンテナ素子７と放射結合する無給電素子（アンテナ素子１〜６の少なくとも１本のアンテナ素子）は、結合切換手段２０によって円周ＣＲＣ上を角周波数ωｒで移動させられる。
【００５１】
一方、送信機Ｐは、アンテナ素子１〜６が配置される円周ＣＲＣの直径２ｒに対して十分に離れているものとする。また、図３に示すように、上述した直交座標（ｘ，ｙ）に加え、アンテナ素子７の配置位置を原点Ｏとする極座標（Ｒ，θ）を設定する。そして、時刻ｔ＝０において、給電素子（アンテナ素子７）と放射結合する無給電素子（アンテナ素子１〜６のうち、アンテナ素子７と最も強く放射結合する１本のアンテナ素子）がθ＝πの方向に配置され、送信機Ｐがθ＝αの方向に配置されているものとする。
【００５２】
そうすると、給電素子（アンテナ素子７）と放射結合する１本の無給電素子の速度＜ｖ＞は、直交座標系においては、次式によって表される。
【００５３】
＜ｖ＞＝（ｒωｒｓｉｎωｒｔ，−ｒωｒｃｏｓωｒｔ）ｘｙ・・・（２）
なお、式（２）の添字ｘｙは、直交座標系における表現であることを示す。また、送信機Ｐから受信機Ｑへ向かう単位ベクトル＜ｅＰＱ＞は、図３より次式により表される。
【００５４】
＜ｅＰＱ＞＝（−ｃｏｓα，−ｓｉｎα）ｘｙ・・・（３）
そして、式（２）および式（３）を式（１）に代入すると、受信機Ｑにおける受信波の角周波数偏移Δωの大きさは、次式によって表される。
【００５５】
Δω＝ｒωｒωｓｉｎ（ωｒｔ−α）／ｃ・・・（４）
式（４）より、給電素子（アンテナ素子７）と放射結合する無給電素子による受信周波数の周波数偏移Δωは、送信機Ｐの方向αに依存する。
【００５６】
図４は、図１に示すアレーアンテナ１０に到来する到来波を示す模式図である。到来波（搬送波Ｓａ１）は、アンテナ素子１の方向から到来するものとする。給電素子（アンテナ素子７）と最も強く放射結合する無給電素子（アンテナ素子１〜６のいずれか）は、円周ＣＲＣ上を速度＜ｖ＞で反時計回りに回転している。
【００５７】
そうすると、給電素子（アンテナ素子７）と最も強く放射結合する無給電素子（アンテナ素子１〜６のいずれか）がアンテナ素子１→アンテナ素子２→アンテナ素子３→アンテナ素子４へ順次切換わる期間、アレーアンテナ１０は、到来波Ｓａ１から速度＜ｖ＞で遠ざかりながら到来波Ｓａ１を受信する。その結果、アレーアンテナ１０は、ドップラー効果により到来波Ｓａ１の角周波数ωよりも低い角周波数ωＬを有するＦＭ波Ｓａ２１と、到来波Ｓａ１とが混在した受信信号Ｓａを受信する。この場合、ＦＭ波Ｓａ２１は、到来波Ｓａ１よりも低い角周波数ωＬを有するので、その周期は、到来波Ｓａ１よりも長くなる。
【００５８】
一方、給電素子（アンテナ素子７）と最も強く放射結合する無給電素子（アンテナ素子１〜６のいずれか）がアンテナ素子４→アンテナ素子５→アンテナ素子６→アンテナ素子１へ順次切換わる期間、アレーアンテナ１０は、到来波Ｓａ１に速度＜ｖ＞で近づきながら到来波Ｓａ１を受信する。その結果、アレーアンテナ１０は、ドップラー効果により到来波Ｓａ１の角周波数ωよりも高い角周波数ωＨを有するＦＭ波Ｓａ２２と、到来波Ｓａ１とが混在した受信信号Ｓａを受信する。この場合、ＦＭ波Ｓａ２２は、到来波Ｓａ１よりも高い角周波数ωＨを有するので、その周期は、到来波Ｓａ１よりも短くなる。
【００５９】
周波数偏移Δωは、ＦＭ波Ｓａ２１，Ｓａ２２の角周波数ωＬ，ωＨから到来波Ｓａ１の角周波数ωを減算したものである。従って、周波数偏移Δωは、給電素子（アンテナ素子７）と最も強く放射結合する無給電素子（アンテナ素子１〜６のいずれか）がアンテナ素子１→アンテナ素子２→アンテナ素子３→アンテナ素子４へ順次切換わる期間、負の値になり、給電素子（アンテナ素子７）と最も強く放射結合する無給電素子（アンテナ素子１〜６のいずれか）がアンテナ素子４→アンテナ素子５→アンテナ素子６→アンテナ素子１へ順次切換わる期間、正の値となる。そして、給電素子（アンテナ素子７）と最も強く放射結合する無給電素子（アンテナ素子１〜６のいずれか）がアンテナ素子１またはアンテナ素子４である瞬間、速度＜ｖ＞は、到来波Ｓａ１の到来方向と平行な方向の成分がゼロであるので、周波数偏移Δωはゼロになる。
【００６０】
そうすると、周波数偏移Δωが正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移Δωがゼロになる角度ωｒｔ、または周波数偏移Δωが負の値から正の値に切換わるときに周波数偏移Δωがゼロになる角度ωｒｔが到来波Ｓａ１の到来方向になる。このことは、式（４）において、Δω＝０であるとき、ωｒｔ＝αとなることからも明らかである。
【００６１】
なお、周波数偏移Δωが正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移Δωがゼロになる角度ωｒｔを到来波Ｓａ１の到来方向とするか、周波数偏移Δωが負の値から正の値に切換わるときに周波数偏移Δωがゼロになる角度ωｒｔを到来波Ｓａ１の到来方向とするかは、制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶ６をバラクタダイオード１１〜１６に供給したときにアレーアンテナ１０が放射するビームの位相特性に依存して決定される。
【００６２】
即ち、リアクタンステーブル（リアクタンステーブルＸＴＢ１〜ＸＴＢ３のいずれか）に従ってバラクタダイオード１１〜１６のリアクタンスを順次切換えたときに、アレーアンテナ１０が放射するビームの位相が正から負へ変化する場合、周波数偏移Δωが正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移Δωがゼロになる角度ωｒｔが到来波Ｓａ１の到来方向であると決定される。また、リアクタンステーブル（リアクタンステーブルＸＴＢ１〜ＸＴＢ３のいずれか）に従ってバラクタダイオード１１〜１６のリアクタンスを順次切換えたときに、アレーアンテナ１０が放射するビームの位相が負から正へ変化する場合、周波数偏移Δωが負の値から正の値に切換わるときに周波数偏移Δωがゼロになる角度ωｒｔが到来波Ｓａ１の到来方向であると決定される。
【００６３】
従って、この発明においては、リアクタンステーブル（リアクタンステーブルＸＴＢ１〜ＸＴＢ３のいずれか）に従ってバラクタダイオード１１〜１６のリアクタンスセットを順次切換えたときに、アレーアンテナ１０が放射するビームの位相が正から負へ変化するか、負から正へ変化するかを予め検出しておく。そして、給電素子（アンテナ素子７）と最も強く放射結合する無給電素子（アンテナ素子１〜６のいずれか）が速度＜ｖ＞で順次切換えられたときにアレーアンテナ１０が受信する受信信号ＳａからＦＭ波Ｓａ２（ＦＭ波Ｓａ２１およびＳａ２２からなる）を抽出し、その抽出したＦＭ波Ｓａ２に基づいて、式（４）によって表される周波数偏移Δωを検出して角度ωｒｔに対してプロットした周波数偏移スペクトルを求め、更に、周波数偏移スペクトルが、周波数偏移Δωがゼロになる基準線と交差する角度ωｒｔを検出する。この場合、アレーアンテナ１０が放射するビームが正から負へ変わる位相特性を有するとき、周波数偏移Δωが正の値から負の値へ切換わるときに周波数偏移Δωがゼロになる角度ωｒｔが検出され、アレーアンテナ１０が放射するビームが負から正へ変わる位相特性を有するとき、周波数偏移Δωが負の値から正の値へ切換わるときに周波数偏移Δωがゼロになる角度ωｒｔが検出される。
【００６４】
図５は、図１に示す周波数偏移検出手段４０における周波数偏移の検出方法を説明するための図である。また、図６は、位相差と方位角との関係を示す図である。図５において、縦軸は、電圧を表し、横軸は、瞬時角周波数を表す。また、図６において、縦軸は、位相差を表し、横軸は、方位角を表す。周波数は、位相の時間微分であるため、周波数偏移を位相差で表す（以下、同じ）。なお、方位角は、図３に示す角度θとして定義される。
【００６５】
図５を参照して、電圧と瞬時周波数との関係は、直線ｋ１によって表される。瞬時周波数が到来波Ｓａ１の角周波数ωｃであるとき、電圧が０Ｖに変換されるように、電圧と瞬時周波数との関係が決められている。周波数偏移検出手段４０は、増幅器３０から受信信号Ｓａを受け、その受けた受信信号Ｓａの瞬時周波数を直線ｋ１に従って電圧に変換し、その変換した電圧を方位角に対してプロットして周波数偏移スペクトルを求める。
【００６６】
上述したように、アレーアンテナ１０は、到来波Ｓａ１と、ＦＭ波Ｓａ２（ＦＭ波Ｓａ２１，Ｓａ２２）とが混在した受信信号Ｓａを受信し、到来波Ｓａ１は、角周波数ωｃを有するので、周波数偏移検出手段４０は、受信信号Ｓａのうち、到来波Ｓａ１の瞬時周波数を０Ｖの電圧に変換し、ＦＭ波Ｓａ２の瞬時周波数を直線ｋ１に従って所定の電圧に変換する。
【００６７】
そして、周波数偏移検出手段４０は、その変換した電圧を角度ωｒｔに対して順次プロットする。その結果、図６に示すように、周波数偏移は、方位角（＝ωｒｔ）に対してプロットされる。この場合、図６に示すピークＰ１〜Ｐ１４を結ぶ曲線が周波数偏移スペクトルＦＨＳとなる。
【００６８】
周波数偏移検出手段４０は、周波数偏移スペクトルＦＨＳを検出すると、その検出した周波数偏移スペクトルＦＨＳを方向推定手段５０へ出力する。方向推定手段５０は、周波数偏移スペクトルＦＨＳを受けると、その受けた周波数偏移スペクトルＦＨＳがゼロクロスする方位角を到来波の到来方向と推定する。
【００６９】
図７は、到来波の到来方向を推定する動作を説明するためのフローチャートである。一連の動作が開始されると、バラクタダイオード１１〜１６のリアクタンスを所定の速度で順次切換えたときにアレーアンテナ１０が放射するビームの位相特性が検出される（ステップＳ１）。
【００７０】
そして、ステップＳ１で検出された位相特性が方位角を０度から３６０度の範囲で変化させたとき、正から負へ変化するか否かが判定される（ステップＳ２）。ステップＳ１で検出された位相特性が正から負へ変化する場合（ステップＳ２において”ＹＥＳ”の場合）、周波数偏移Δωが正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移Δωがゼロになる角度ωｒｔを検出することが設定される（ステップＳ３）。
【００７１】
一方、ステップＳ１で検出された位相特性が負から正へ変化する場合（ステップＳ２において”ＮＯ”の場合）、周波数偏移Δωが負の値から正の値に切換わるときに周波周偏移Δωがゼロになる角度ωｒｔを検出することが設定される（ステップＳ４）。
【００７２】
ステップＳ３またはステップＳ４の後、バラクタダイオード１１〜１６のリアクタンスを所定の速度で順次切換えたときに、アレーアンテナ１０は、受信信号Ｓａを受信し（ステップＳ５）、その受信した受信信号Ｓａをアンテナ素子７（給電素子）から増幅器３０へ出力する。
【００７３】
増幅器３０は、受信信号Ｓａをアレーアンテナ１０から受け、その受けた受信信号Ｓａを増幅して周波数偏移検出手段４０へ出力する。周波数偏移検出手段４０は、受信信号Ｓａに基づいて、上述した方法によって周波数偏移Δωを検出し、その検出した周波数偏移Δωを角度ωｒｔに対してプロットし、周波数偏移スペクトルＦＨＳを作成する（ステップＳ６）。そして、周波数偏移検出手段４０は、その作成した周波数偏移スペクトルＦＨＳを方向推定手段５０へ出力する。
【００７４】
方向推定手段５０は、周波数偏移スペクトルＦＨＳを受け、その受けた周波数偏移スペクトルＦＨＳがゼロクロスする角度ωｒｔを検出する。ステップＳ３の後に、ステップＳ５〜Ｓ７が実行される場合、方向推定手段５０は、周波数偏移Δωが正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移Δωがゼロになる角度ωｒｔを検出し、その検出した角度ωｒｔを到来波Ｓａ１の到来方向と推定する。また、ステップＳ４の後に、ステップＳ５〜Ｓ７が実行される場合、方向推定手段５０は、周波数偏移Δωが負の値から正の値に切換わるときに周波数偏移Δωがゼロになる角度ωｒｔを検出し、その検出した角度ωｒｔを到来波Ｓａ１の到来方向と推定する（ステップＳ７）。
【００７５】
これにより、一連の動作が終了する。
【００７６】
上述したように、到来方向推定装置１００においては、バラクタダイオード１１〜１６のリアクタンスを電気的に切換えることによって給電素子（アンテナ素子７）と放射結合する無給電素子（アンテナ素子１〜６の少なくとも１本のアンテナ素子）を順次切換え、その時にアレーアンテナ１０が受信する受信信号Ｓａ（到来波Ｓａ１およびＦＭ波Ｓａ２からなる）に基づいて、到来波Ｓａ１の周波数偏移スペクトルＦＨＳが検出され、その検出された周波数偏移スペクトルＦＨＳがゼロクロスする角度が到来波Ｓａ１の到来方向と推定される。
【００７７】
従って、この発明によれば、給電素子（アンテナ素子７）と結合する無給電素子（アンテナ素子１〜６）の切換を電気的に行なうことができ、機械的な無給電素子の切換による故障を防止できる。その結果、信頼性および耐久性を向上できる。
【００７８】
また、給電素子と結合する無給電素子が給電素子の周囲を回転するように順次切換えられる場合にも受信信号は、中心素子である給電素子からのみ検出されるため、受信機までの伝送路を無給電素子ごとに設け、調整する必要がない。
【００７９】
更に、リアクタンスを切換えるための配線をバラクタダイオード１１〜１６に接続すれば、バラクタダイオード１１〜１６のリアクタンスを変えることができるので、熟練技術による調整を不要にできる。
【００８０】
なお、図７に示すフローチャートにおいては、位相特性が正から負へ変化したか否かによって、周波数偏移Δωが正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移Δωがゼロになる角度ωｒｔを到来波Ｓａ１の到来方向と推定するか否かを決定したが（ステップＳ２〜Ｓ４を参照）、この発明は、これに限らず、位相の変化割合が正から負へ変化したとき、周波数偏移Δωが正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移Δωがゼロになる角度ωｒｔを到来波Ｓａ１の到来方向と推定し、位相の変化割合が負から正へ変化したとき、周波数偏移Δωが負の値から正の値に切換わるときに周波数偏移Δωがゼロになる角度ωｒｔを到来波Ｓａ１の到来方向と推定するようにしてもよい。
【００８１】
上述した到来方向推定方法を用いたシミュレーションの結果について説明する。
【００８２】
［シミュレーション１］
図８は、図１に示すアレーアンテナ１０の２つのアンテナ素子を結合させた場合のビームの位相特性図である。図８において、縦軸は、位相を表し、横軸は、方位角を表す。２つのアンテナ素子の結合とは、アンテナ素子１〜６のいずれかの１本のアンテナ素子と、アンテナ素子７との結合を言う。
【００８３】
この場合、結合切換手段２０は、表２に示すリアクタンステーブルＸＴＢ１のリアクタンスセットＸＳ１１〜ＸＳ１６に従ってバラクタダイオード１１〜１６のリアクタンスｘｍ１〜ｘｍ６を順次切換える。
【００８４】
即ち、結合切換手段２０は、まず、リアクタンスセットＸＳ１１に従って、バラクタダイオード１１のリアクタンスｘｍ１を０Ωに設定し、かつ、バラクタダイオード１２〜１６のリアクタンスｘｍ２〜ｘｍ６の全てを４５７．５Ωに設定する。これにより、アンテナ素子１とアンテナ素子７とが放射結合し、アレーアンテナ１０は、ビームＢＭ１をアンテナ素子７からアンテナ素子４の方向へ放射する。
【００８５】
次に、結合切換手段２０は、リアクタンスセットＸＳ１２に従って、バラクタダイオード１２のリアクタンスｘｍ２を０Ωに設定し、かつ、バラクタダイオード１１，１３〜１６のリアクタンスｘｍ１，ｘｍ３〜ｘｍ６の全てを４５７．５Ωに設定する。これにより、アンテナ素子２とアンテナ素子７とが放射結合し、アレーアンテナ１０は、ビームＢＭ１をアンテナ素子７からアンテナ素子５の方向へ放射する。
【００８６】
以下、同様にして、結合切換手段２０は、リアクタンスセットＸＳ１３〜ＸＳ１６に従って、バラクタダイオード１３〜１６のリアクタンスｘｍ３〜ｘｍ６を０Ωに順次設定し、その他のバラクタダイオードｘｍ１，ｘｍ２，ｘｍ４〜ｘｍ６；ｘｍ１〜ｘｍ３，ｘｍ５，ｘｍ６；ｘｍ１〜ｘｍ４，ｘｍ６；ｘｍ１〜ｘｍ５のリアクタンスの全てを４５７．５Ωに順次設定する。これにより、アンテナ素子７は、アンテナ素子３〜６と順次放射結合し、アレーアンテナ１０は、ビームＢＭ１をアンテナ素子７からアンテナ素子６の方向、アンテナ素子７からアンテナ素子１の方向、アンテナ素子７からアンテナ素子２の方向、およびアンテナ素子７からアンテナ素子３の方向へ順次放射する。
【００８７】
このように、結合切換手段２０がリアクタンスセットＸＳ１１〜ＸＳ１６に従ってバラクタダイオード１１〜１６のリアクタンスを表２に示すリアクタンスに順次切換えることによって、給電素子（アンテナ素子７）と放射結合する無給電素子がアンテナ素子１〜６へ順次切換わり、アレーアンテナ１０は、反時計回りに回転するビームＢＭ１を放射する。
【００８８】
そして、アレーアンテナ１０が放射するビームＢＭ１を反時計回りに回転させたときの位相を方位角に対して示したのが曲線ｋ２の位相特性である。このシミュレーションは、アンテナ素子１〜６とアンテナ素子７との間隔が０．２５λであり、到来波Ｓａ１の周波数（即ち、中心周波数）が２００ＭＨｚであり、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）が無限大（∞）であり、到来波Ｓａ１の真の到来方向が０度の方向（アンテナ素子７からアンテナ素子１への方向）である条件において行なわれた。なお、到来波Ｓａ１を「中心周波数成分」と言う。
【００８９】
位相特性は、０〜３６０度の範囲の方位角に対して、約４０〜８０度の範囲で変化し、２つの極大点および２つの極小点を有する。そして、方位角が０度から６０度へ変化することにより、位相は、約４０度から約７０度へ変化し、位相の変化割合は、正になる。また、方位角が６０度から１２０度へ変化することにより、位相は、約８０度から約７０度へ変化し、位相の変化割合は、負になる。
【００９０】
図９は、図１に示すアレーアンテナ１０の２つのアンテナ素子を結合させた場合の受信電力スペクトルの周波数依存性を示す図である。図９において、縦軸は、受信電力スペクトルを表し、横軸は、周波数を表す。受信電力スペクトルは、到来波Ｓａ１の周波数（＝２００ＭＨｚ）に対応する成分ＳＳ１と、周波数偏移（ＦＭ波Ｓａ２）に対応する成分ＳＳ２〜ＳＳ６とを有する。
【００９１】
図１０は、図１に示すアレーアンテナ１０の２つのアンテナ素子を結合させた場合の周波数偏移スペクトルを示す図である。図１０において、縦軸は、位相差（＝周波数偏移）を表し、横軸は、方位角を表す。また、図１０は、ビームＢＭ１を反時計回りに２回転させたときの周波数偏移を示す。
【００９２】
上述したように、位相の変化割合は、０度〜６０度の範囲において正であり、６０〜１２０度の範囲において負であるので、周波数偏移が正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移がゼロになる方位角を到来波Ｓａ１の到来方向と推定すべきであるが、アレーアンテナ１０において、２つのアンテナ素子を放射結合させた場合、アレーアンテナ１０が放射するビームＢＭ１は、図８に示すように到来波Ｓａ１の到来方向（矢印で示す方法）と反対方向である。従って、周波数偏移が負の値から正の値に切換わるときに周波数偏移がゼロになる方位角を到来波Ｓａ１の到来方向と推定する。
【００９３】
その結果、図１０に示す結果から０度および１８０度の方向が到来方向と推定された。このように、２つの到来方向が存在するのは、図８に示すように、ビームＢＭ１の位相特性が２つの極大点および２つの極小点を有するからである。
【００９４】
このように、給電素子（アンテナ素子７）と無給電素子（アンテナ素子１〜６）とからなるアレーアンテナ１０において、２本のアンテナ素子（給電素子と１本の無給電素子）を放射結合させた場合、周波数偏移がゼロになる方位角を到来波の到来方向と推定できる。
【００９５】
図１１は、２つのアンテナ素子からなる２素子アレーアンテナにおけるビームの位相特性図である。アレーアンテナ６０は、アンテナ素子６１〜６７と、接地板６８とを含む。接地板６８は、円形の導電性金属材料からなる。そして、アンテナ素子６１〜６７は、接地板６８に略垂直（紙面に垂直な方向）に配置され、それぞれ、アレーアンテナ１０のアンテナ素子１〜７の位置に対応する位置に配置される。そして、アンテナ素子６１〜６６とアンテナ素子６７との間隔ｒは、０．２５λである。
【００９６】
アンテナ素子６７をアンテナ素子６１に連結し、その連結したアンテナ素子６１，６７に給電することにより、２素子アレーアンテナが形成される。従って、アンテナ素子６１〜６６とアンテナ素子６７との間に６個のスイッチ（図示せず）を設け、その設けた６個のスイッチを順次切換えることにより、アンテナ素子６７と連結する１本のアンテナ素子（アンテナ素子６１〜６６のいずれか１本のアンテナ素子）を切換えることができる。即ち、２素子アレーアンテナをアンテナ素子６７を中心にして反時計回りに回転させることができる。そして、アンテナ素子６１とアンテナ素子６７とを連結した場合、２素子アレーアンテナは、ビームＢＭ２を放射する。
【００９７】
２素子アレーアンテナが放射するビームＢＭ２を反時計回りに回転させたときの位相を方位角に対して示したのが曲線ｋ３の位相特性である。このシミュレーションにおける条件は、図８〜図１０に示すシミュレーション結果が得られたときのシミュレーション条件と同じである。
【００９８】
位相特性は、０度〜３６０度の範囲の方位角に対して、約２０度〜８０度の範囲で変化し、２つの極大点および２つの極小点を有する。また、位相の変化割合は、０〜６０度の範囲において正であり、６０〜１２０度の範囲において負である。この結果は、図８に示す結果と同じである。
【００９９】
図１２は、２つのアンテナ素子からなる２素子アレーアンテナにおける受信電力スペクトルの周波数依存性を示す図である。図１２において、縦軸は、受信電力スペクトルを表し、横軸は、周波数を表す。受信電力スペクトルは、到来波Ｓａ１の周波数（＝２００ＭＨｚ）に対応する成分ＳＳ７と、周波数偏移（ＦＭ波Ｓａ２）に対応する成分ＳＳ８〜ＳＳ１２とを有する。この結果は、図９に示す結果と同じである。
【０１００】
図１３は、２つのアンテナ素子からなる２素子アレーアンテナにおける周波数偏移スペクトルを示す図である。図１３において、縦軸は、位相差（＝周波数偏移）を表し、横軸は、方位角を表す。また、図１３は、ビームＢＭ１を反時計回りに２回転させたときの周波数偏移を示す。
【０１０１】
２素子アレーアンテナが放射するビームＢＭ２を反時計回りに回転させたとき、アレーアンテナ６０が放射するビームＢＭ２は、図１１に示すように到来波Ｓａ１の到来方向（矢印で示す方法）と反対方向である。従って、周波数偏移が負の値から正の値に切換わるときに周波数偏移がゼロになる方位角を到来波Ｓａ１の到来方向と推定する。
【０１０２】
その結果、図１３に示す結果から０度および１８０度の方向が到来波Ｓａ１の到来方向と推定された。この結果は、図１０に示す結果と同じである。
【０１０３】
上述したように、アレーアンテナ１０において、給電素子（アンテナ素子７）と放射結合する１本の無給電素子（アンテナ素子１〜６のいずれか）を反時計回りに回転させて到来波Ｓａ１の到来方向を推定した結果は、２素子アレーアンテナを反時計回りに回転させて到来波Ｓａ１の到来方向を推定した結果と同じである。
【０１０４】
従って、アレーアンテナ１０において、給電素子（アンテナ素子７）と放射結合する１本の無給電素子（アンテナ素子１〜６のいずれか）を反時計回りに回転させたときの受信信号Ｓａの周波数偏移を検出することにより、到来波Ｓａ１の到来方向を推定できることが解った。
【０１０５】
［シミュレーション２］
図１４は、図１に示すアレーアンテナ１０における給電素子と無給電素子との間隔をシミュレーション１の場合よりも広くした場合のビームの位相特性図である。また、図１５は、図１に示すアレーアンテナ１０における給電素子と無給電素子との間隔をシミュレーション１の場合よりも広くした場合の受信電力スペクトルの周波数依存性を示す図である。更に、図１６は、図１に示すアレーアンテナ１０における給電素子と無給電素子との間隔をシミュレーション１の場合よりも広くした場合の周波数偏移スペクトルを示す図である。
【０１０６】
シミュレーション２における給電素子（アンテナ素子７）と無給電素子（アンテナ素子１〜６）との間隔は、０．３８３λである。また、シミュレーション２におけるシミュレーション条件は、シミュレーション１におけるシミュレーション条件と同じである。
【０１０７】
図１４において、縦軸は、位相を表し、横軸は、方位角を表す。給電素子（アンテナ素子７）と放射結合する無給電素子（アンテナ素子１〜６のいずれか）をリアクタンスセットＸＳ１１〜ＸＳ１６に従って順次切換えたときの位相特性は、曲線ｋ４によって示される。そして、ビームＢＭ１の位相は、０〜３６０度の範囲の方位角に対して約４０度〜９０度の範囲で変化し、２つの極大点および２つの極小点を有する。また、位相の変化割合は、０〜６０度の範囲において正であり、６０〜１２０度の範囲において負である。この結果は、図８に示す結果とほぼ同じである。
【０１０８】
図１５において、縦軸は、受信電力スペクトルを表し、横軸は、方位角を表す。受信電力スペクトルは、到来波Ｓａ１の周波数（＝２００ＭＨｚ）に対応する成分ＳＳ１３と、周波数偏移（ＦＭ波Ｓａ２）に対応する成分ＳＳ１４〜ＳＳ１８とを有する。この結果は、図９に示す結果とほぼ同じである。
【０１０９】
図１６において、縦軸は、位相差（＝周波数偏移）を表し、横軸は、方位角を表す。また、図１６は、ビームＢＭ１を反時計回りに２回転させたときの周波数偏移を示す。上述したように、位相の変化割合は、正から負に変わるので、周波数偏移が正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移がゼロになる方位角を到来波Ｓａ１の到来方向と推定すべきであるが、ビームＢＭ１は、到来波Ｓａ１の到来方向と反対方向を向いているので（図８参照）、周波数偏移が負の値から正の値に切換わるときに周波数偏移がゼロになる方位角を到来波Ｓａ１の到来方向と推定する。その結果、０度の方向が到来波Ｓａ１の到来方向と推定された。
【０１１０】
図１７は、到来波Ｓａ１の周波数成分を除去した場合の受信電力スペクトルの周波数依存性を示す図である。図１７において、縦軸は、受信電力スペクトルを表し、横軸は、周波数を表す。受信電力スペクトルは、到来波Ｓａ１に対応する周波数成分を有さず、周波数偏移（ＦＭ波Ｓａ２）に対応する成分ＳＳ１９〜ＳＳ２３を有する。
【０１１１】
図１８は、到来波Ｓａ１の周波数成分を除去した場合の周波数偏移スペクトルを示す図である。図１８において、縦軸は、位相差（＝周波数偏移）を表し、横軸は、方位角を表す。図１８に示す結果から、周波数偏移が正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移がゼロになる０度の方位角が到来波Ｓａ１の到来方向と推定された。
【０１１２】
このように、アレーアンテナ１０のうち、２つのアンテナ素子を放射結合させた場合、到来波Ｓａ１の周波数成分（＝中心周波数成分）を抑圧することにより、周波数偏移が正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移がゼロになる方位角を到来波Ｓａ１の到来方向と推定できる。
【０１１３】
従って、到来方向推定装置１００は、アレーアンテナ１０のうち、２つのアンテナ素子を放射結合させて到来波Ｓａ１の到来方向を推定するとき、到来波Ｓａ１の周波数成分（＝中心周波数成分）を抑圧する帯域阻止フィルタを増幅器３０と周波数偏移検出手段４０との間に含む。
【０１１４】
図１９は、素子間結合がないアンテナを用いた場合の受信電力スペクトルの周波数依存性を示す図である。アンテナ７０は、アンテナ素子７１〜７７と、接地板７８とを含む。接地板７８は、円形の導電性金属材料からなる。アンテナ素子７１〜７７は、接地板７８に略垂直（紙面に垂直な方向）に配置され、それぞれ、アレーアンテナ１０のアンテナ素子１〜７の位置に対応する位置に配置される。そして、アンテナ素子７１〜７６とアンテナ素子７７との間隔ｒは、０．２５λである。
【０１１５】
アンテナ７０は、アンテナ素子７７の周囲に配置されたアンテナ素子７１〜７６の各々が独立して受信信号Ｓａを受信できるとともに、中心に配置されたアンテナ素子７７も独立して受信信号Ｓａを受信できるアンテナである。つまり、アンテナ７０は、アンテナ素子７１〜７７の各々が独立して受信信号Ｓａを受信し、アンテナ素子７１〜７７の各々から受信信号Ｓａを出力するアンテナである。
【０１１６】
一方、図１に示すアレーアンテナ１０は、アンテナ素子１〜６の少なくとも１つのアンテナ素子とアンテナ素子７とが放射結合して受信信号Ｓａを受信し、アンテナ素子７から受信信号Ｓａを出力するアンテナである。
【０１１７】
アンテナ素子７１〜７６とアンテナ素子７７とを放射結合させずに、アンテナ素子７１〜７６のうちで受信信号を受信するアンテナを順次切換えながらアンテナ素子７１〜７６のいずれかで受信信号を受信したときの受信電力スペクトルの周波数依存性を示したのが図１９に示す結果である。
【０１１８】
受信電力スペクトルは、到来波Ｓａ１の周波数に対応する成分ＳＳ２４と、周波数偏移（ＦＭ波Ｓａ２）に対応する成分ＳＳ２５〜ＳＳ２９とを有する。
【０１１９】
図２０は、素子間結合がないアンテナを用いた場合の周波数偏移スペクトルを示す図である。図２０において、縦軸は、位相差（＝周波数偏移）を表し、横軸は、方位角を表す。図２０に示す結果から、周波数偏移が正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移がゼロになる０度の方位角が到来波Ｓａ１の到来方向と推定された。
【０１２０】
このように、アレーアンテナ１０のアンテナ素子１〜７の配置と同じ配置を有し、素子間結合がないアンテナ７０を用いて周波数偏移を検出し、その検出した周波数偏移が正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移がゼロになる方位角を検出することにより、到来波Ｓａ１の到来方向を推定できる。
【０１２１】
図２１は、素子間結合がないアンテナにおいてアンテナ素子の間隔を広くした場合の受信電力スペクトルの周波数依存性を示す図である。図２１において、縦軸は、受信電力スペクトルを表し、横軸は、周波数を表す。また、図２１においては、アンテナ７０のアンテナ素子７１〜７６とアンテナ素子７７との間隔ｒは、０．３８３λに設定された。
【０１２２】
受信電力スペクトルは、到来波Ｓａ１の周波数（＝２００ＭＨｚ）に対応する成分を有さず、周波数偏移（ＦＭ波Ｓａ２）に対応する成分ＳＳ３０〜ＳＳ３４を有する。このように、アンテナ素子７１〜７６とアンテナ素子７７との間隔ｒを０．３８３λに設定することにより、到来波Ｓａ１の周波数（＝２００ＭＨｚ）に対応した成分を除去して周波数偏移（ＦＭ波Ｓａ２）に対応する成分ＳＳ３０〜ＳＳ３４のみを検出することができる。
【０１２３】
そして、周波数偏移に対応する成分ＳＳ３０〜ＳＳ３４のうち、成分ＳＳ３２〜ＳＳ３４は、アンテナ素子７１〜７６とアンテナ素子７７との間隔ｒが０．２５λである場合（図１９参照）よりも大きくなる。
【０１２４】
図２２は、素子間結合がないアンテナにおいてアンテナ素子の間隔を広くした場合の周波数偏移スペクトルを示す図である。図２２において、縦軸は、位相差（＝周波数偏移）を表し、横軸は、方位角を表す。図２２に示す周波数偏移は、図２０に示す周波数偏移よりも大きい。このように、到来波Ｓａ１の周波数（＝２００ＭＨｚ）に対応する成分を除去することにより、より大きな周波数偏移を検出できる。
【０１２５】
図２２に示す結果から、周波数偏移が正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移がゼロになる０度の方位角が到来波Ｓａ１の到来方向と推定された。
【０１２６】
このように、アンテナ素子７１〜７６とアンテナ素子７７との間隔ｒを０．３８３λに設定することにより、到来波Ｓａ１の周波数（＝２００ＭＨｚ）に対応する成分を除去でき、より大きな周波数偏移を検出できるので、到来波Ｓａ１の到来方向を正確に推定できる。
【０１２７】
アレーアンテナ１０は、到来波Ｓａ１とＦＭ波Ｓａ２（ＦＭ波Ｓａ２１，Ｓａ２２からなる）とが混在した受信信号Ｓａを１本の給電素子（アンテナ素子７）によって受信するので、アンテナ素子１〜６とアンテナ素子７との間隔ｒを０．３８３λに設定しても、図１５に示すように、アレーアンテナ１０は、到来波Ｓａ１の周波数（＝２００ＭＨｚ）に対応する成分ＳＳ１３と、周波数偏移（ＦＭ波Ｓａ２）に対応する成分ＳＳ１４〜ＳＳ１８とを検出する。
【０１２８】
そこで、アレーアンテナ１０によって受信された受信信号Ｓａ（到来波Ｓａ１とＦＭ波Ｓａ２とからなる）を帯域阻止フィルタに通して到来波Ｓａ１の周波数（＝２００ＭＨｚ）に対応する成分ＳＳ１３を除去することにより、周波数偏移（ＦＭ波Ｓａ２）に対応する成分ＳＳ１９〜ＳＳ２３が大きくなる（図１７参照）。その結果、図１８に示すように、より大きな周波数偏移を検出でき、到来波Ｓａ１の到来方向を正確に推定できる。そして、図１８に示す周波数偏移は、図２２に示す周波数偏移とほぼ同じ大きさを有する。
【０１２９】
従って、アレーアンテナ１０のうち、２つのアンテナ素子を放射結合させて到来波Ｓａ１の到来方向を推定する場合、到来波Ｓａ１の周波数（＝２００ＭＨｚ）を除去する帯域阻止フィルタを設けることによって、アンテナ素子７１〜７６とアンテナ素子７７との間隔ｒを０．３８３λに設定して到来波Ｓａ１の周波数（＝２００ＭＨｚ）に対応する成分を検出しないアンテナ７０と同様の精度で到来波Ｓａ１の到来方向を推定できる。
【０１３０】
この場合、到来方向推定装置１００は、アンテナ素子１〜６とアンテナ素子７との間隔が素子間結合のないアンテナ７０において周波数偏移が略ゼロである到来波Ｓａ１の成分を抑制する間隔に設定され、増幅器３０と周波数偏移検出手段４０との間に帯域阻止フィルタを含む構成を有する。
【０１３１】
［シミュレーション３］
図２３は、図１に示すアレーアンテナ１０の全てのアンテナ素子を結合させた場合のビームの位相特性図である。図２３において、縦軸は、位相を表し、横軸は、方位角を表す。全てのアンテナ素子の結合とは、アンテナ素子１〜６と、アンテナ素子７とが結合していることを言う。但し、アンテナ素子１〜６の全てが同じ割合でアンテナ素子７と結合しているわけではなく、アンテナ素子１〜６のいずれか１本のアンテナ素子がアンテナ素子７と強く結合しており、その他のアンテナ素子がアンテナ素子７と弱く結合している。
【０１３２】
なお、アンテナ素子１〜６とアンテナ素子７との間隔ｒは、０．２５λであり、シミュレーション条件は、上述したシミュレーション１のシミュレーション条件と同じである。
【０１３３】
この場合、結合切換手段２０は、表３に示すリアクタンステーブルＸＴＢ２のリアクタンスセットＸＳ２１〜ＸＳ２６に従ってバラクタダイオード１１〜１６のリアクタンスｘｍ１〜ｘｍ６を順次切換える。
【０１３４】
即ち、結合切換手段２０は、まず、リアクタンスセットＸＳ２１に従って、バラクタダイオード１１のリアクタンスｘｍ１を−９０Ωに設定し、かつ、バラクタダイオード１２〜１６のリアクタンスｘｍ２〜ｘｍ６の全てを３０Ωに設定する。これにより、アンテナ素子１とアンテナ素子７とが強く放射結合するとともにアンテナ素子２〜６とアンテナ素子７とが弱く放射結合する。
【０１３５】
次に、結合切換手段２０は、リアクタンスセットＸＳ２２に従って、バラクタダイオード１２のリアクタンスｘｍ２を−９０Ωに設定し、かつ、バラクタダイオード１１，１３〜１６のリアクタンスｘｍ１，ｘｍ３〜ｘｍ６の全てを３０Ωに設定する。これにより、アンテナ素子２とアンテナ素子７とが強く放射結合するとともにアンテナ素子１，３〜６とアンテナ素子７とが弱く放射結合する。
【０１３６】
以下、同様にして、結合切換手段２０は、リアクタンスセットＸＳ２３〜ＸＳ２６に従って、バラクタダイオード１３〜１６のリアクタンスｘｍ３〜ｘｍ６を−９０Ωに順次設定し、その他のバラクタダイオードｘｍ１，ｘｍ２，ｘｍ４〜ｘｍ６；ｘｍ１〜ｘｍ３，ｘｍ５，ｘｍ６；ｘｍ１〜ｘｍ４，ｘｍ６；ｘｍ１〜ｘｍ５のリアクタンスの全てを３０Ωに順次設定する。これにより、アンテナ素子７は、アンテナ素子３〜６と、順次、強く放射結合するとともにアンテナ素子１，２，４〜６；１〜３，５，６；１〜４，６；１〜５と、順次、弱く放射結合する。
【０１３７】
このように、結合切換手段２０がリアクタンスセットＸＳ２１〜ＸＳ２６に従ってバラクタダイオード１１〜１６のリアクタンスを表３に示すリアクタンスに順次切換えることによって、給電素子（アンテナ素子７）と強く放射結合する無給電素子がアンテナ素子１〜６へ順次切換わり、アレーアンテナ１０は、反時計回りに回転するビームを放射する。
【０１３８】
そして、アレーアンテナ１０が放射するビームを反時計回りに回転させたときの位相を方位角に対して示したのが曲線ｋ５の位相特性である。
【０１３９】
位相特性は、０〜３６０度の範囲の方位角に対して、約１５度〜約−２２０度の範囲で変化し、１つの極大点および１つの極小点を有する。そして、方位角が０度から６０度へ変化することにより、位相は、正から負に変化する。なお、図２３においては、方位角が約１００度〜約２６０度の範囲において、位相は、約１４０度〜約１８０度の範囲で変化するように示されているが、これは、表示上の問題であり、実際には、位相は、方位角が約１００度〜約２６０度の範囲において、約−１８０度〜約−２２０度の範囲で変化する。
【０１４０】
図２４は、図１に示すアレーアンテナ１０の全てのアンテナ素子を結合させた場合の受信電力スペクトルの周波数依存性を示す図である。図２４において、縦軸は、受信電力スペクトルを表し、横軸は、周波数を表す。受信電力スペクトルは、到来波Ｓａ１の周波数（＝２００ＭＨｚ）に対応する成分ＳＳ３５と、周波数偏移（ＦＭ波Ｓａ２）に対応する成分ＳＳ３６〜ＳＳ４０とを有する。そして、到来波Ｓａ１の周波数（＝２００ＭＨｚ）に対応する成分ＳＳ３５は、周波数偏移（ＦＭ波Ｓａ２）に対応する成分ＳＳ３６〜ＳＳ４０よりも小さい。
【０１４１】
このように、アレーアンテナ１０のアンテナ素子１〜７の全てを放射結合させることによって、到来波Ｓａ１の周波数（＝２００ＭＨｚ）に対応する成分ＳＳ３５を抑制し、周波数偏移（ＦＭ波Ｓａ２）に対応する成分ＳＳ３６〜ＳＳ４０を大きくできる場合がある。また、アンテナ素子１〜７の全てを放射結合させることによってビームの指向性利得を向上させることができる。
【０１４２】
図２５は、図１に示すアレーアンテナ１０の全てのアンテナ素子を結合させた場合の周波数偏移スペクトルを示す図である。図２５において、縦軸は、位相差（＝周波数偏移）を表し、横軸は、方位角を表す。また、図２５は、ビームを反時計回りに２回転させたときの周波数偏移を示す。図２５に示す周波数偏移は、図２２に示す周波数偏移とほぼ同じである。
【０１４３】
上述したように、位相は、０〜３６０度の方位角において正から負に変化するので、周波数偏移が正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移がゼロになる方位角を到来波Ｓａ１の到来方向と推定する。
【０１４４】
その結果、図２５に示す結果から０度の方向が到来波Ｓａ１の到来方向と推定された。
【０１４５】
このように、給電素子（アンテナ素子７）と無給電素子（アンテナ素子１〜６）とからなるアレーアンテナ１０において、アンテナ素子１〜７の全てを放射結合させることによって、到来波Ｓａ１とＦＭ波Ｓａ２とが混在した受信信号Ｓａを１本の給電素子（アンテナ素子７）によって検出しても、到来波Ｓａ１の周波数（＝２００ＭＨｚ）に対応する成分ＳＳ３４を抑制し、周波数偏移（ＦＭ波Ｓａ２）に対応する成分ＳＳ３６〜ＳＳ４０を大きくできる場合があり、到来波Ｓａ１の到来方向を正確に推定できる。
【０１４６】
なお、アレーアンテナ１０のアンテナ素子１〜７の全てを放射結合させて到来波Ｓａ１の到来方向を推定する場合、次の２つの条件が必要である。
【０１４７】
（Ａ）方位角が０度から３６０度へ変化したとき、位相の極大点および極小点は１個である。
【０１４８】
（Ｂ）方位角が６０度変化したときに、位相は、１８０度よりも小さい範囲で変化する。
【０１４９】
従って、上記の２つの条件（Ａ），（Ｂ）を満たせば、バラクタダイオード１１〜１６のリアクタンスセットは、表３に示すリアクタンスセットＸＳ２１〜ＸＳ２６に限られず、アンテナ素子１〜７の全てを放射結合させる他のリアクタンスセットであってもよい。
【０１５０】
［シミュレーション４］
図２６は、図１に示すアレーアンテナ１０が放射するビームの各方位角における方向ゲインを示す図である。図２６において、縦軸は、方向ゲインを表し、横軸は、方位角を表す。また、曲線ｋ６は、バラクタダイオード１１〜１６のリアクタンスセットを表４に示すリアクタンスセットＸＳ３１に設定したときにアレーアンテナ１０が放射するビームの各方位角における方向ゲインを示す。
【０１５１】
図２６に示す結果から、バラクタダイオード１１〜１６のリアクタンスセットをリアクタンスセットＸＳ３１に設定した場合、アレーアンテナ１０は、２つの方向に指向性を有するビームを放射する。
【０１５２】
図２７は、図１に示すアレーアンテナ１０が放射するビームの位相特性図である。図２７において、縦軸は、位相を表し、横軸は、方位角を表す。また、曲線ｋ７は、バラクタダイオード１１〜１６のリアクタンスセットを表４に示すリアクタンスセットＸＳ３１に設定したときにアレーアンテナ１０が放射するビームの位相特性を示す。
【０１５３】
図２７に示す結果から、バラクタダイオード１１〜１６のリアクタンスセットをリアクタンスセットＸＳ３１に設定した場合、位相は、２つの極大点および２つの極小点を有する。
【０１５４】
図２８は、表４に示すリアクタンスセットＸＳ３１〜ＸＳ３６に従ってバラクタダイオード１１〜１６のリアクタンスセットを順次切換えたときの周波数偏移スペクトルを示す図である。
【０１５５】
図２８において、縦軸は、位相差（＝周波数偏移）を表し、横軸は、２つのビーム間の中央の方向、即ち、方位角＝１８０度の方向を表す。また、到来波Ｓａ１の真の到来方向は、０度の方向（図２８において矢印で示す方向）であり、アレーアンテナ１０が受信する受信信号Ｓａの信号対ノイズ比（ＳＮＲ）は無限大（∞）である。
【０１５６】
図２８に示す結果から、周波数偏移が正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移がゼロになる０度の方向が到来波Ｓａ１の到来方向と推定された。
【０１５７】
図２９は、表４に示すリアクタンスセットＸＳ３１〜ＸＳ３６に従ってバラクタダイオード１１〜１６のリアクタンスセットを順次切換えたときの他の周波数偏移スペクトルを示す図である。
【０１５８】
図２９において、縦軸は、位相差（＝周波数偏移）を表し、横軸は、２つのビーム間の中央の方向を表す。また、到来波Ｓａ１の真の到来方向は、０度の方向（図２９において矢印で示す方向）であり、アレーアンテナ１０が受信する受信信号Ｓａの信号対ノイズ比（ＳＮＲ）は、２０ｄＢである。
【０１５９】
図２９に示す結果から、周波数偏移が正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移がゼロになる０．２７９２度の方向および−０．９０３９度の方向が到来波Ｓａ１の到来方向と推定された。
【０１６０】
このように、ノイズが大きくなると、推定された到来方向は、真の到来方向から若干ずれるが、数回の試行を平均化することによって到来波Ｓａ１の到来方向を精度よく推定できる。
【０１６１】
図３０は、表４に示すリアクタンスセットＸＳ３１〜ＸＳ３６に従ってバラクタダイオード１１〜１６のリアクタンスセットを順次切換えたときの更に他の周波数偏移スペクトルを示す図である。
【０１６２】
図３０において、縦軸は、位相差（＝周波数偏移）を表し、横軸は、２つのビーム間の中央の方向を表す。また、到来波Ｓａ１の真の到来方向は、１５度の方向（図３０において矢印で示す方向）であり、アレーアンテナ１０が受信する受信信号Ｓａの信号対ノイズ比（ＳＮＲ）は無限大（∞）である。
【０１６３】
図３０に示す結果から、周波数偏移が正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移がゼロになる１４．９６２８度の方向が到来波Ｓａ１の到来方向と推定された。
【０１６４】
このように、表４に示すリアクタンステーブルＸＴＢ３に従ってバラクタダイオード１１〜１６のリアクタンスセットを順次切換えることにより、周波数偏移が正の値から負の値に切換わるときに周波数偏移がゼロになる角度を到来波Ｓａ１の到来方向と推定することができる。
【０１６５】
上述したように、２つのピークを有するビームを用いても到来波Ｓａ１の到来方向を正確に推定できる。
【０１６６】
なお、上記においては、アンテナ素子１〜６のうち、１本のアンテナ素子がアンテナ素子７と放射結合する場合、およびアンテナ素子１〜６の全てがアンテナ素子７と放射結合する場合について説明したが、この発明は、これに限らず、アンテナ素子１〜６のうち、２本のアンテナ素子、３本のアンテナ素子、４本のアンテナ素子および５本のアンテナ素子がアンテナ素子７と放射結合してもよい。つまり、６本の無給電素子（アンテナ素子１〜６）の一部の無給電素子が給電素子（アンテナ素子７）と放射結合するようにしてもよい。
【０１６７】
そして、給電素子（アンテナ素子７）と放射結合する無給電素子（アンテナ素子１〜６）の本数の制御は、バラクタダイオード１１〜１６のリアクタンスセットを制御することにより行なわれる。例えば、給電素子（アンテナ素子７）と放射結合する無給電素子の本数を２本とする場合、給電素子と放射結合する無給電素子（アンテナ素子１〜６のうちの２本のアンテナ素子）に装荷されたバラクタダイオードのリアクタンスは、相対的に小さく設定され、給電素子と放射結合しない無給電素子に装荷されたバラクタダイオードのリアクタンスは、相対的に大きく設定される。給電素子と放射結合する無給電素子の本数が２本以外の場合も同様である。
【０１６８】
給電素子と放射結合する無給電素子の本数が増加した場合、給電素子と強く放射結合する無給電素子と、給電素子と弱く放射結合する無給電素子とが存在する。そして、到来波Ｓａ１の到来方向を推定するときは、給電素子と強く放射結合する無給電素子が給電素子の周囲を所定の速度＜ｖ＞で回転するように給電素子と無給電素子との放射結合が切換えられる。
【０１６９】
また、上記においては、無給電素子であるアンテナ素子１〜６には、可変容量素子であるバラクタダイオード１１〜１６が装荷され、バラクタダイオード１１〜１６のリアクタンスを変えることにより、アンテナ素子７（給電素子）と放射結合する無給電素子（アンテナ素子１〜６の少なくとも１つのアンテナ素子）を順次切換えると説明したが、この発明においては、これに限らず、バラクタダイオード１１〜１６に代えて抵抗をアンテナ素子１〜６と接地ノードとの間に接続し、アンテナ素子１〜６の抵抗を変えてアンテナ素子７（給電素子）と結合する無給電素子を順次切換えるようにしてもよい。
【０１７０】
即ち、この発明においては、一般に、アンテナ素子１〜６と接地ノードとの間にインピーダンス素子を接続し、アンテナ素子１〜６のインピーダンスを変えてアンテナ素子７（給電素子）と結合する無給電素子を順次切換えるようにしてもよい。
【０１７１】
更に、上記においては、無給電素子（アンテナ素子１〜６）の数は、６本であると説明したが、この発明においては、これに限らず、無給電素子の数は、２本以上であればよい。無給電素子が２本あれば、給電素子を中心にして２本の無給電素子を対称に配置し、無給電素子に装荷された２個のバラクタダイオードの容量を変えることにより、給電素子に放射結合する無給電素子を給電素子を中心にして一定の方向に回転できるので、ドップラー効果による周波数偏移を検出し、上述した方法によって到来波の到来方向を推定できるからである。
【０１７２】
更に、上記においては、アンテナ素子１〜６の少なくとも１つのアンテナ素子とアンテナ素子７とを放射結合させて信号を受信する場合について説明したが、この発明においては、アレーアンテナ１０は、アンテナ素子１〜６の少なくとも１つのアンテナ素子とアンテナ素子７とを放射結合させて信号を送信することもできる。そして、アレーアンテナ１０が信号を送信する場合、アレーアンテナ１０が信号を受信する場合に設定されたバラクタダイオード１１〜１６のリアクタンスセットがそのまま用いられる。つまり、アレーアンテナ１０は、バラクタダイオード１１〜１６のリアクタンスセットを同じリアクタンスセットに設定して信号を送受信できる。
【０１７３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１７４】
この発明は、小型化、低コスト化が可能であり、信頼性および耐久性に優れるとともに、熟練技術による調整等が不要な到来方向推定装置に適用される。
【図面の簡単な説明】
【０１７５】
【図１】この発明の実施の形態による到来方向推定装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１に示すｘ−ｙ平面におけるアンテナ素子の平面配置図である。
【図３】図１に示すアレーアンテナと送信機とを示す平面図である。
【図４】図１に示すアレーアンテナに到来する到来波を示す模式図である。
【図５】図１に示す周波数偏移検出手段における周波数偏移の検出方法を説明するための図である。
【図６】位相差と方位角との関係を示す図である。
【図７】到来波の到来方向を推定する動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】図１に示すアレーアンテナの２つのアンテナ素子を結合させた場合のビームの位相特性図である。
【図９】図１に示すアレーアンテナの２つのアンテナ素子を結合させた場合の受信電力スペクトルの周波数依存性を示す図である。
【図１０】図１に示すアレーアンテナの２つのアンテナ素子を結合させた場合の周波数偏移スペクトルを示す図である。
【図１１】２つのアンテナ素子からなる２素子アレーアンテナにおけるビームの位相特性図である。
【図１２】２つのアンテナ素子からなる２素子アレーアンテナにおける受信電力スペクトルの周波数依存性を示す図である。
【図１３】２つのアンテナ素子からなる２素子アレーアンテナにおける周波数偏移スペクトルを示す図である。
【図１４】図１に示すアレーアンテナにおける給電素子と無給電素子との間隔をシミュレーション１の場合よりも広くした場合のビームの位相特性図である。
【図１５】図１に示すアレーアンテナにおける給電素子と無給電素子との間隔をシミュレーション１の場合よりも広くした場合の受信電力スペクトルの周波数依存性を示す図である。
【図１６】図１に示すアレーアンテナにおける給電素子と無給電素子との間隔をシミュレーション１の場合よりも広くした場合の周波数偏移スペクトルを示す図である。
【図１７】到来波の周波数成分を除去した場合の受信電力スペクトルの周波数依存性を示す図である。
【図１８】到来波の周波数成分を除去した場合の周波数偏移スペクトルを示す図である。
【図１９】素子間結合がないアンテナを用いた場合の受信電力スペクトルの周波数依存性を示す図である。
【図２０】素子間結合がないアンテナを用いた場合の周波数偏移スペクトルを示す図である。
【図２１】素子間結合がないアンテナにおいてアンテナ素子の間隔を広くした場合の受信電力スペクトルの周波数依存性を示す図である。
【図２２】素子間結合がないアンテナにおいてアンテナ素子の間隔を広くした場合の周波数偏移スペクトルを示す図である。
【図２３】図１に示すアレーアンテナの全てのアンテナ素子を結合させた場合のビームの位相特性図である。
【図２４】図１に示すアレーアンテナの全てのアンテナ素子を結合させた場合の受信電力スペクトルの周波数依存性を示す図である。
【図２５】図１に示すアレーアンテナの全てのアンテナ素子を結合させた場合の周波数偏移スペクトルを示す図である。
【図２６】図１に示すアレーアンテナが放射するビームの各方位角における方向ゲインを示す図である。
【図２７】図１に示すアレーアンテナが放射するビームの位相特性図である。
【図２８】表４に示すリアクタンスセットに従ってバラクタダイオードのリアクタンスセットを順次切換えたときの周波数偏移スペクトルを示す図である。
【図２９】表４に示すリアクタンスセットに従ってバラクタダイオードのリアクタンスセットを順次切換えたときの他の周波数偏移スペクトルを示す図である。
【図３０】表４に示すリアクタンスセットに従ってバラクタダイオードのリアクタンスセットを順次切換えたときの更に他の周波数偏移スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
【０１７６】
１〜７，６１〜６７、７１〜７７  アンテナ素子、８，６８，７８  接地板、１０，６０  アレーアンテナ、２０  結合切換手段、２１  パルス発生器、２２  リアクタンス値テーブル、２３  可変リアクタンス制御装置、３０  増幅器、４０  周波数偏移検出手段、５０  方向推定手段、７０  アンテナ、１００  到来方向推定装置。
【図１】
2006186540.tif 000007
【図２】
2006186540.tif 000008
【図３】
2006186540.tif 000009
【図４】
2006186540.tif 000010
【図５】
2006186540.tif 000011
【図６】
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【図７】
2006186540.tif 000013
【図８】
2006186540.tif 000014
【図９】
2006186540.tif 000015
【図１０】
2006186540.tif 000016
【図１１】
2006186540.tif 000017
【図１２】
2006186540.tif 000018
【図１３】
2006186540.tif 000019
【図１４】
2006186540.tif 000020
【図１５】
2006186540.tif 000021
【図１６】
2006186540.tif 000022
【図１７】
2006186540.tif 000023
【図１８】
2006186540.tif 000024
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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