(57)【要約】【課題】電源装置など素子アンテナ間で共有可能な部品を共有して製造コストを低く抑えることができ、所望の指向性を得るアレーアンテナ装置を得る。【解決手段】所望の指向性を得るために、素子アンテナを励振したり、励振しなかったりすることで、前記素子アンテナの間引きを行うアレーアンテナ装置であって、複数の前記素子アンテナをユニット化することで励振するサブアレー２と励振しないサブアレー３を構成し、前記励振するサブアレー２の素子アンテナが分布する平面上の互いに直交するｘ軸およびｙ軸に投影して得られる素子密度分布が、所望の素子密度分布が得られるようにサブアレー単位での間引きを行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の指向性を得るために、素子アンテナを励振したり、励振しなかったりすることで、前記素子アンテナの間引きを行うアレーアンテナ装置であって、
複数の前記素子アンテナをユニット化することで励振するサブアレーと励振しないサブアレーを構成し、前記励振するサブアレーの素子アンテナが分布する平面上の互いに直交するｘ軸およびｙ軸に投影して得られる素子密度分布が、所望の素子密度分布が得られるようにサブアレー単位での間引きを行う
ことを特徴とするアレーアンテナ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアレーアンテナ装置において、
前記励振するサブアレーは、前記ｘ軸もしくはｙ軸から回転した所望の軸を含む面内において所望の指向性が得られるような素子分布に沿うように配置されている
ことを特徴とするアレーアンテナ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のアレーアンテナ装置において、
前記励振しないサブアレーを取り除いた
ことを特徴とするアレーアンテナ装置。
【請求項４】
請求項３に記載のアレーアンテナ装置において、
前記励振するサブアレーの位置を、前記サブアレーを取り除いたことによって生じたスペースを活用して調整する
ことを特徴とするアレーアンテナ装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置において、
前記励振するサブアレーの励振振幅レベルを複数設定する
ことを特徴とするアレーアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の素子アンテナから成るアレーアンテナ装置に関し、特に、所定数の素子アンテナをユニット化してサブアレーを構成し、サブアレー単位毎に間引きを行ったアレーアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アレーアンテナ装置において、低サイドローブ化を図るなど所望の指向性を実現する方法の一つとして、素子アンテナを励振したり、励振しなかったりすることで、素子密度分布を調整する素子間引きが行われる。
【０００３】
従来の素子間引き方法の一例として、配列密度関数の最大値を１に規格化した値を配列位置の順番に従って累積加算し、これを整数値化して評価することにより、０または１の値を持つ間引き関数を一義的に決め、この間引き関数に基づいて、与えられた素子アンテナ配列位置での素子アンテナの励振あるいは非励振を定める方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−１６３５０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のアレーアンテナ装置は、素子アンテナ１素子毎に励振、非励振を決定するため、励振する素子アンテナ毎にアンテナを励振するための給電回路を用意する必要があり、アレーアンテナの製造コストが高いという問題があった。
【０００６】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、電源装置など素子アンテナ間で共有可能な部品を共有して製造コストを低く抑えることができ、所望の指向性を得るアレーアンテナ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るアレーアンテナ装置は、所望の指向性を得るために、素子アンテナを励振したり、励振しなかったりすることで、前記素子アンテナの間引きを行うアレーアンテナ装置であって、複数の前記素子アンテナをユニット化することで励振するサブアレーと励振しないサブアレーを構成し、前記励振するサブアレーの素子アンテナが分布する平面上の互いに直交するｘ軸およびｙ軸に投影して得られる素子密度分布が、所望の素子密度分布が得られるようにサブアレー単位での間引きを行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、複数の素子アンテナをユニット化してサブアレーを構成することで、電源装置など素子アンテナ間で共有可能な部品をサブアレー内で共有して製造コストを低く抑えることができ、サブアレー単位で間引くことで所望の指向性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るアレーアンテナ装置の開口を示す模式図である。図１に示すアレーアンテナ装置１においては、横軸をｘ、これに対し直交する縦軸をｙとし、ｘｙ平面内に素子アンテナが分布し、複数（図１では２個）の素子アンテナをｙ方向に伸張するようにユニット化してサブアレーを構成しており、所望の指向性を得られるような素子分布に沿うように、素子アンテナを励振するサブアレー２と、素子アンテナを励振しないサブアレー３とを配列し、サブアレー毎の間引きを行ったアレーアンテナの素子分布を示している。
【００１０】
図１に示すアレーアンテナ装置１において、所望の面で所望の指向性を得るためには、その面とアレーアンテナ開口面の交線上（ｘ軸やｙ軸）に投影した素子アンテナの素子密度分布が、テーラー分布などの理想的な素子密度分布に沿うように、励振するサブアレー２を配列すればよい。以下、サブアレー配列の最適化手順について説明する。
【００１１】
サブアレー配列生成時の初期値としては、従来の１素子毎の素子間引きにより生成された素子配列分布や、素子アンテナを確率的に配列したものなど、適宜選択すればよい。このとき、励振する素子アンテナを１、励振しない素子アンテナを０とする２値の整数を与え、ｘ軸、ｙ軸に投影した励振する素子アンテナ数をカウントし、それぞれＱｘｉ、Ｑｙｊとする。ただし、ｉはｘ軸上の素子位置番号を、ｊはｙ軸上の素子位置番号を表し、ｉ＝１〜Ｍ（Ｍはｘ軸上の列数）、ｊ＝１〜Ｎ（Ｎはｙ軸上の行数）の範囲の整数を取る。図１の場合、ｉとｊは共に１〜１６となる。
【００１２】
次に、所望の指向性を得るための理想的な素子密度分布を、ｘ軸、ｙ軸に関してそれぞれＰｘｉ、Ｐｙｊとすると、現状の素子数と理想値との誤差Ｄｘｉ、Ｄｙｊは、
Ｄｘｉ＝Ｐｘｉ−Ｑｘｉ              （１）
Ｄｙｊ＝Ｐｙｊ−Ｑｙｊ              （２）
で与えられる。評価関数Ｆとして、両者の２乗誤差の和を足し合わせた、
【００１３】
【数１】
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【００１４】
を与えれば、評価関数Ｆが最小となるときに、得られた配列が理想分布に最も近づくことになる。
【００１５】
所望の軸の内の一方、例えばｘ軸に沿って素子のサブアレー化操作を行う場合、あるｉにおけるサブアレーの組合せ数は２Ｎ’組ある。ここで、Ｎ’はｙ軸方向のサブアレー数で、図１の場合Ｎ’＝８である。これら組合せの内で、前記評価関数Ｆが最小となるものを選択するようにし、この操作をｉ＝１からＭまで順に繰り返して行う。これにより、理想値からの誤差が最小となるサブアレー毎の間引きを行った配列を生成することができる。
【００１６】
なお、前記手順においては、サブアレーの組合せを変えるたびに式（３）を計算するだけでよく、配列を生成する途中でその都度アレーアンテナの放射パターンを計算し、特性評価を行う必要はない。したがって、アレーアンテナの放射パターンを計算する際に必要となる数値積分などの複雑な計算を必要としないので、高速に解を得ることができる。
【００１７】
前記手順に沿ってサブアレー毎の間引きを行ったアレーアンテナの素子分布を図１に、ｘ軸に投影して得られる素子密度分布を図２に、ｙ軸に投影して得られる素子密度分布を図３にそれぞれ示す。図２及び図３において、実線が各々の軸における理想分布の一例を表し、前記手順によって、ｘ軸、ｙ軸の両方に関して最も理想分布に近い素子密度分布が得られる。
【００１８】
なお、図１では、２個の素子アンテナをｙ方向に伸張するようにユニット化してサブアレーを構成しているが、ｘ方向に伸張するようにユニット化してもよい。また、配列格子の形状も正方形に限らず、長方形や３角形などでもよい。さらに、アンテナ開口形状も方形開口アレーに限らず、円形、楕円形など任意の開口形状に適用しても同様の効果を得ることができる。
【００１９】
この発明の実施の形態１を用いて、サブアレー毎の間引きを行ったアレーアンテナの放射パターンの特性例を図４に示す。図４は、一辺１５波長の方形開口アレーアンテナで、配列格子形状を一辺０．６波長の正３角形格子とした場合の計算値である。理想的な配列密度関数として、サイドローブが−２５ｄＢとなるテーラー分布を与え、素子アンテナ４素子をユニット化してサブアレー毎の間引きを行っている。図４より、サイドローブレベルが−２５ｄＢをほぼ達成しており、十分に低いサイドローブ特性が実現できている。目標値−２５ｄＢよりも悪化している分は、得られた配列の理想分布からの誤差の影響である。
【００２０】
以上より、この発明の実施の形態１によれば、複数の素子アンテナをユニット化してサブアレーを構成することで、製造コストを低く抑えたアレーアンテナで、前記サブアレー単位で間引くことで所望の指向性を得るアレーアンテナ装置が得られるという効果がある。
【００２１】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、ｘ軸とｙ軸に投影して得られる素子分布が、所望の指向性を得られるような素子分布に沿うように励振するサブアレー２を配列したが、ｘ軸もしくはｙ軸から回転した所望の軸（例えば斜め４５度など）を含む面内においても所望の指向性が得られるように励振するサブアレー２の配置を行ってもよい。
【００２２】
このとき、実施の形態１で述べた評価関数Ｆに、追加する前記所望の軸に関する２乗誤差の和の項を追加すればよい。したがって、評価する面が増えた場合でも、配列を生成するために要する計算時間が大幅に増大することはない。
【００２３】
以上より、この発明の実施の形態２によれば、前記実施の形態１に対して、２次元的に所望の指向性を得られるサブアレー毎の間引きを行ったアレーアンテナ装置が得られるという効果がある。
【００２４】
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３に係るアレーアンテナ装置の開口を示す模式図である。図５に示す実施の形態３において、図１に示す実施の形態１と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。この実施の形態３では、図５に示すように、励振しないサブアレーが取り除かれている。
【００２５】
図１に示した実施の形態１において、励振しないサブアレー３は、素子アンテナの給電部に終端抵抗を装荷し、ダミー素子とすることが通常行われる。このとき、アンテナの軽量化を図るために、図５に示すように励振しないサブアレー３を取り除いてもよい。この場合、励振しないサブアレー３の分のコネクタや終端抵抗などの材料費を省くことができ、製造コストを低下させることができるといった効果もある。さらに、ダミー素子の終端抵抗部での消費電力を無くすことができるので、その分アレーアンテナの利得の上昇が見込めるといった効果もある。
【００２６】
以上より、この発明の実施の形態３によれば、励振しないサブアレーを取り除くことで、アンテナの軽量化を図り、製造コストを低く抑えたサブアレー毎の間引きを行ったアレーアンテナ装置が得られるという効果がある。
【００２７】
実施の形態４．
図６は、この発明の実施の形態４に係るアレーアンテナ装置の開口を示す模式図である。図６に示す実施の形態４において、図５に示す実施の形態３と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。この実施の形態４では、図６に示すように、図５に示す実施の形態３に対して、励振するサブアレー２の位置を調整したもので、励振するサブアレー２の個数を変えずに、励振するサブアレー２の位置をｙ軸方向に沿って変えている。
【００２８】
上述した実施の形態３では、励振しないサブアレー３を取り除くことで、励振するサブアレー２の間にスペースを生じさせたが、このスペースを活用して、励振するサブアレー２の位置を調整することができる。これにより、励振するサブアレー２の配列の自由度が増し、所望の指向性を得ることが容易になる。
【００２９】
図６に示すアレーアンテナの素子分布を、ｘ軸に投影して得られる素子密度分布を図７に、ｙ軸に投影して得られる素子密度分布を図８にそれぞれ示す。各々の図において、実線が各々の軸における理想分布の一例を表し、これは実施の形態１で示したものと同一のものである。前記励振するサブアレー２の位置の調整を行うことによって、ｘ軸方向の素子密度分布を変化させずに、ｙ軸方向の素子密度分布をさらに理想分布に近づけることが可能になる。
【００３０】
以上より、この発明の実施の形態４によれば、励振するサブアレーの配列の自由度を増し、所望の指向性を得ることを容易にすることができる、サブアレー毎の間引きを行ったアレーアンテナ装置が得られるという効果がある。
【００３１】
実施の形態５．
上述した実施の形態１から４では、励振するサブアレー２の励振振幅レベルは等しいとして密度テーパアレーの構成方法について説明した。しかし、密度テーパアレーは、低サイドローブ特性が得られるものの、間引きによる励振素子数の減少により、指向性利得が低下してしまう。そこで、これを改善するために、励振するサブアレー２の励振振幅レベルを複数設定すれば、振幅テーパアレーによる指向性利得の向上の効果を得ることができる。
【００３２】
また、密度テーパアレーと振幅テーパアレーを組み合わせることにより、設計の自由度を増すことができる。
【００３３】
以上より、この発明の実施の形態５によれば、振幅テーパアレーによる指向性利得の向上を図り、また、密度テーパアレーと振幅テーパアレーを組み合わせることにより、設計の自由度を増すことのできる、サブアレー毎の間引きを行ったアレーアンテナ装置が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明の実施の形態１に係るアレーアンテナ装置の開口を示す模式図である。
【図２】図１に示すアレーアンテナの素子分布をｘ軸に投影して得られる素子密度分布を示す図である。
【図３】図１に示すアレーアンテナの素子分布をｙ軸に投影して得られる素子密度分布を示す図である。
【図４】サブアレー毎の間引きを行ったアレーアンテナの放射パターンの特性例を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態３に係るアレーアンテナ装置の開口を示す模式図である。
【図６】この発明の実施の形態４に係るアレーアンテナ装置の開口を示す模式図である。
【図７】図６に示すアレーアンテナの素子分布をｘ軸に投影して得られる素子密度分布を示す図である。
【図８】図６に示すアレーアンテナの素子分布をｙ軸に投影して得られる素子密度分布を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  アレーアンテナ装置、２  励振するサブアレー、３  励振しないサブアレー。
【図１】
2006165976.tif 000004
【図２】
2006165976.tif 000005
【図３】
2006165976.tif 000006
【図４】
2006165976.tif 000007
【図５】
2006165976.tif 000008
【図６】
2006165976.tif 000009
【図７】
2006165976.tif 000010
【図８】
2006165976.tif 000011