(57)【要約】【課題】  所望波を実際に受信しなくても所望波に適したビームパターンを演算可能なビームパターン演算装置を提供する。【解決手段】  適応制御型コントローラは、極近傍界測定パラメータ抽出法によって抽出されたアレーアンテナの構造パラメータを要素とするインピーダンス行列を演算し、その演算したインピーダンス行列を用いてアレーアンテナの給電素子に電流が流れたときにアレーアンテナの無給電素子に流れる電流を演算し、その演算した電流に基づいてアレーアンテナの受信信号ｙ（ｎ）を演算する。そして、適応制御型コントローラは、受信信号ｙ（ｎ）と参照信号ｒ（ｎ）（所望波）との相関係数ρｎが”１”に近づくように無給電素子に流れる電流を演算し、その演算した電流に基づいて、所望波に実質的に一致するビームパターンを演算する。【選択図】        図５
2006074350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１本の給電素子とＭ（Ｍは正の整数）本の無給電素子とからなるＭ＋１本のアンテナ素子と、前記Ｍ本の無給電素子に装荷されたＭ個の可変インピーダンス素子とを含むアレーアンテナに形成されるビームパターンを演算するビームパターン演算装置であって、
前記可変インピーダンス素子が装荷されたときの前記無給電素子の自己インピーダンスである繰込自己インピーダンスを対角要素とし、前記Ｍ本の無給電素子間の結合インピーダンスを非対角要素とするインピーダンス行列を演算する行列演算手段と、
前記演算されたインピーダンス行列を用いて前記給電素子に所定の素子電流が流れたときに前記Ｍ本の無給電素子に流れるＭ個の素子電流を演算し、その演算したＭ個の素子電流に基づいて、所望波に実質的に一致するビームパターンを演算するビーム演算手段とを備えるビームパターン演算装置。
【請求項２】
前記繰込自己インピーダンスは、前記可変インピーダンス素子に印加される制御電圧によって変化し、かつ、前記可変インピーダンス素子のインピーダンスを繰込んだインピーダンスであり、
前記結合インピーダンスは、前記制御電圧に対してほぼ一定であり、
前記行列演算手段は、前記繰込自己インピーダンスと前記制御電圧との関係を示すマップを保持しており、１つの無給電素子に装荷された可変インピーダンス素子に印加される制御電圧に対応する繰込自己インピーダンスを前記マップを参照して抽出することによって前記Ｍ本の無給電素子に対応するＭ個の繰込自己インピーダンスを抽出して、前記インピーダンス行列を演算する、請求項１に記載のビームパターン演算装置。
【請求項３】
前記マップは、Ｍ個の制御電圧を前記Ｍ個の可変インピーダンスに印加し、各制御電圧において前記給電素子に電流を流したときに各アンテナ素子に流れる電流を測定し、その測定した電流値に基づいて前記繰込自己インピーダンスを演算し、その演算した繰込自己インピーダンスと前記制御電圧との関係を示す、請求項２に記載のビームパターン演算装置。
【請求項４】
前記ビーム演算手段は、前記Ｍ個の素子電流に基づいて前記アレーアンテナの出力信号を演算し、その演算した出力信号と前記所望波との相関係数が１に近づくように前記ビームパターンを演算する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のビームパターン演算装置。
【請求項５】
前記行列演算手段は、前記Ｍ個の可変インピーダンス素子に印加されるＭ個の制御電圧を順次変化させることによって前記インピーダンス行列を順次変化させ、
前記ビーム演算手段は、前記相関係数が１に近づくまで前記順次変化されたインピーダンス行列を用いた前記出力信号の演算を繰返すことによって前記所望波に実質的に一致するビームパターンを演算する、請求項４に記載のビームパターン演算装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アレーアンテナに形成されるビームパターンを演算するビームパターン演算装置に関し、特に、所望波に適したビームパターンを予測可能なビームパターン演算装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
１本の給電素子と、１本の給電素子から等距離に配置された複数の無給電素子とを備えるアレーアンテナが注目されている。アレーアンテナが備える各無給電素子には、それぞれ、可変容量素子としてのバラクタダイオードが接続されており、バラクタダイオードに印加する電圧を制御することで、バラクタダイオードの容量を調整し、これによりアレーアンテナの指向性が制御される。
【０００３】
図９は、従来のアレーアンテナの適応制御を検査する検査システムの概念図である。この検査システムは、アレーアンテナ１００、送信アンテナ２０１，２０２、受信回路１０１、計算機１０２および電圧制御回路１０３を備える。アレーアンテナ１００、送信アンテナ２０１，２０２、受信回路１０１、計算機１０２および電圧制御回路１０３は、外部からの電磁波の影響および内部での電磁波の反射の影響を抑制する電波暗室３００の内部に設置される。
【０００４】
送信アンテナ２０１は、アレーアンテナ１００へ向けて所望波を送信し、複数の送信アンテナ２０２，２０２は、アレーアンテナ１００へ向けて妨害波を送信する。受信回路１０１は、アレーアンテナ１００が受信した電磁波を解析する。計算機１０２は、解析結果を受信回路１０１から受け、その受けた解析結果に基づいて、アレーアンテナ１００の主ビームが所望波の方向を向き、かつ、妨害波の方向がヌルとなるように、アレーアンテナ１００の無給電素子に装荷されたバラクタダイオードの容量を調整するための電圧を決定する。電圧制御回路１０３は、計算機１０２によって決定された電圧を受け、その受けた電圧をアレーアンテナ１００のバラクタダイオードに印加する。
【０００５】
そして、バラクタダイオードの容量の調整によるアレーアンテナ１００の指向性の制御の状況並びに所望波および妨害波の受信状況から、配置された所望波および妨害波に適応するアレーアンテナ１００の制御方法の判定およびアレーアンテナ１００の検査を行なう。このような適応制御は、非特許文献１に記載されている。
【非特許文献１】程俊（Jun CHENG）、他２名，「最急勾配法に基づくエスパアンテナの適応ビーム制御（Adaptive Beamforming of ESPAR Antenna Based on Steepest Gradient Algorithm）」，電子情報通信学会英文論文誌（IEICE transactions on communications），２００１年７月，Ｖｏｌ．Ｅ８４−Ｂ，ＮＯ．７，ｐ．１７９０−１８００．
【非特許文献２】Q. Han et al., "Array antenna characterization technique based on evanescent reactive-near-field probing in an ultra-small anechoic box", IEEE MIT-S International Microwave Symposium IMS2003, Vol. 3/3, TH4C, pp. 1841-1844, June 2003.
【非特許文献３】飯草恭一ほか、「エスパアンテナの有限地板を考慮した等価ステアリングベクトルと等価ウェイトベクトル」，電子情報通信学会技術研究報告，電子情報通信学会発行，ＡＰ２００３−１３，ｐｐ．７３−８０，２００３年４月。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の方法では、大きな電波暗室が必要であり、電波暗室に設置される各設備が大掛かりとなるため、アレーアンテナの制御方法の判定およびアレーアンテナの検査を行なうためには、大規模な設備が必要になるという問題がある。
【０００７】
また、従来の方法では、所望波および妨害波に適したビームパターンを予測することが困難であるという問題もある。即ち、従来の方法では、所望波および妨害波をアレーアンテナによって実際に受信し、主ビームがその受信した所望波の方向を向き、ヌルがその受信した妨害波の方向を向くようにバラクタダイオードに印加する電圧を決定するだけであり、所望波および妨害波を実際に受信することなく、所望波および妨害波に適したビームパターンを予測することを行なっていない。
【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、所望波を実際に受信しなくても所望波に適したビームパターンを演算可能なビームパターン演算装置を提供することである。
【０００９】
また、この発明の別の目的は、小規模な設備を用いて所望波に適したビームパターンを演算可能なビームパターン演算装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明によれば、ビームパターン演算装置は、１本の給電素子とＭ（Ｍは正の整数）本の無給電素子とからなるＭ＋１本のアンテナ素子と、Ｍ本の無給電素子に装荷されたＭ個の可変インピーダンス素子とを含むアレーアンテナに形成されるビームパターンを演算するビームパターン演算装置であって、行列演算手段と、ビーム演算手段とを備える。行列演算手段は、可変インピーダンス素子が装荷されたときの無給電素子の自己インピーダンスである繰込自己インピーダンスを対角要素とし、Ｍ本の無給電素子間の結合インピーダンスを非対角要素とするインピーダンス行列を演算する。ビーム演算手段は、行列演算手段によって演算されたインピーダンス行列を用いて給電素子に所定の素子電流が流れたときにＭ本の無給電素子に流れるＭ個の素子電流を演算し、その演算したＭ個の素子電流に基づいて、所望波に実質的に一致するビームパターンを演算する。
【００１１】
好ましくは、繰込自己インピーダンスは、可変インピーダンス素子に印加される制御電圧によって変化し、かつ、可変インピーダンス素子のインピーダンスを繰込んだインピーダンスである。結合インピーダンスは、制御電圧に対してほぼ一定である。そして、行列演算手段は、繰込自己インピーダンスと制御電圧との関係を示すマップを保持しており、１つの無給電素子に装荷された可変インピーダンス素子に印加される制御電圧に対応する繰込自己インピーダンスをマップを参照して抽出することによってＭ本の無給電素子に対応するＭ個の繰込自己インピーダンスを抽出して、インピーダンス行列を演算する。
【００１２】
好ましくは、マップは、Ｍ個の制御電圧をＭ個の可変インピーダンスに印加し、各制御電圧において給電素子に電流を流したときに各アンテナ素子に流れる電流を測定し、その測定した電流値に基づいて繰込自己インピーダンスを演算し、その演算した繰込自己インピーダンスと制御電圧との関係を示す。
【００１３】
好ましくは、ビーム演算手段は、Ｍ個の素子電流に基づいてアレーアンテナの出力信号を演算し、その演算した出力信号と所望波との相関係数が１に近づくようにビームパターンを演算する。
【００１４】
好ましくは、行列演算手段は、Ｍ個の可変インピーダンス素子に印加されるＭ個の制御電圧を順次変化させることによって前記インピーダンス行列を順次変化させる。ビーム演算手段は、相関係数が１に近づくまで順次変化されたインピーダンス行列を用いた出力信号の演算を繰返すことによって所望波に実質的に一致するビームパターンを演算する。
【発明の効果】
【００１５】
この発明においては、給電素子に電流が流れたときに無給電素子に流れる電流がインピーダンス行列を用いて演算され、その演算された電流に基づいて所望波に実質的に一致するビームパターンが演算される。
【００１６】
従って、この発明によれば、所望波を実際に受信しなくても所望波に適したビームパターンを演算できる。
【００１７】
また、この発明においては、インピーダンス行列を構成する繰込自己インピーダンスおよび結合インピーダンスは、予め保持されているため、所望波に適したビームパターンは、パーソナルコンピュータ等によって演算される。
【００１８】
従って、この発明によれば、小規模な設備を用いて所望波に適したビームパターンを演算できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
【００２０】
図１は、この発明の実施の形態によるビームパターン演算装置を備えるアレーアンテナの制御装置の構成を示すブロック図である。この実施の形態によるアレーアンテナの制御装置は、アレーアンテナ１０と、適応制御型コントローラ２０とを備える。
【００２１】
アレーアンテナ１０は、１本の給電素子Ａ０と、６本の無給電素子Ａ１〜Ａ６と、接地導体１１と、６個のバラクタダイオード１２−１〜１２−６とを含む。給電素子Ａ０および無給電素子Ａ１〜Ａ６は、接地導体１１上に設けられる。そして、給電素子Ａ０は、半径ｒの円周上に設けられた６本の無給電素子Ａ１〜Ａ６によって囲まれるように配置される。好ましくは、各無給電素子Ａ１〜Ａ６は、半径ｒの円周上に互いに等間隔に保って設けられる。より具体的には、各無給電素子Ａ１〜Ａ６は、給電素子Ａ０を中心として互いに等角度（図１の例では、６０度）で離間して配置される。
【００２２】
給電素子Ａ０および無給電素子Ａ１〜Ａ６の各々は、例えば、所望波の波長λに対して約λ／４の長さのモノポール素子になるように構成され、半径ｒは、λ／４になるように構成される。また、給電素子Ａ０および無給電素子Ａ１〜Ａ６の各々は、０．２λの直径を有する。給電素子Ａ０の給電点は、同軸ケーブル５およびサーキュレータ６を介して低雑音増幅器（ＬＮＡ）１に接続され、無給電素子Ａ１〜Ａ６は、それぞれ、バラクタダイオード１２−１〜１２−６に接続される。バラクタダイオード１２−１〜１２−６は、適応制御型コントローラ２０からの制御電圧信号に応答してそのリアクタンス値を変化させる。
【００２３】
図２は、図１に示すアレーアンテナ１０の縦断面図である。給電素子Ａ０は、接地導体１１と電気的に絶縁され、無給電素子Ａ１〜Ａ６は、それぞれ、バラクタダイオード１２−１〜１２−６を介して接地導体１１に対して高周波的に接地される。給電素子Ａ０および無給電素子Ａ１〜Ａ６の長手方向の長さが実質的に同じであるとき、例えばバラクタダイオード１２−１がインダクタンス性（Ｌ性）を有するときは、バラクタダイオード１２−１は、延長コイルとなり、無給電素子Ａ１〜Ａ６の電気長が給電素子Ａ０に比較して長くなり、反射器として働く。一方、例えば、バラクタダイオード１２−１がキャパシタンス性（Ｃ性）を有するときは、バラクタダイオード１２−１は、短縮コンデンサとなり、無給電素子Ａ１の電気長が給電素子Ａ０に比較して短くなり、導波器として働く。また、他のバラクタダイオード１２−２〜１２−６も、それぞれ、無給電素子Ａ２〜Ａ６に対して同様に働く。
【００２４】
従って、図１に示すアレーアンテナ１０において、各無給電素子Ａ１〜Ａ６に接続されたバラクタダイオード１２−１〜１２−６に印加する制御電圧値を変化させて、その接合容量値であるリアクタンス値を変化させることにより、アレーアンテナ１０の平面指向性を変化させることができる。
【００２５】
アレーアンテナ１０は、送信機からの無線信号を受信し、その受信した無線信号を同軸ケーブル５およびサーキュレータ６を介して低雑音増幅器（ＬＮＡ）１へ出力する。低雑音増幅器（ＬＮＡ）１は、アレーアンテナ１０からの無線信号を増幅してダウンコンバータ（Ｄ／Ｃ）２へ出力する。ダウンコンバータ（Ｄ／Ｃ）２は、低雑音増幅器（ＬＮＡ）１からの無線信号を所定の中間周波数の信号（ＩＦ信号）に低域変換する。Ａ／Ｄ変換器３は、低域変換されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、その変換したデジタル信号を適応制御型コントローラ２０および復調器４へ出力する。
【００２６】
適応制御型コントローラ２０は、後述する方法によって予め決定されたアレーアンテナ１０の構造パラメータを用いて、参照信号発生器２１からの参照信号ｒ（ｔ）に実質的に一致するビームパターンを演算する。そして、適応制御型コントローラ２０は、参照信号ｒ（ｔ）に実質的に一致するビームパターンを演算すると、そのビームパターンをアレーアンテナ１０に形成するための制御電圧セットをバラクタダイオード１２−１〜１２−６に印加し、その制御電圧セットをバラクタダイオード１２−１〜１２−６に印加したときにアレーアンテナ１０が受信した受信信号ｙｒ（ｔ）が参照信号ｒ（ｔ）に一致するか否かを判定してアレーアンテナ１０を検査する。この場合、適応制御型コントローラ２０は、受信信号ｙｒ（ｔ）と参照信号ｒ（ｔ）との相関係数ρｒ（≦１）が”１”であるか否かによって受信信号ｙｒ（ｔ）が参照信号ｒ（ｔ）に一致するか否かを判定する。
【００２７】
また、適応制御型コントローラ２０は、参照信号ｒ（ｔ）に実質的に一致するビームパターンを演算するとき、構造パラメータを用いて演算したアレーアンテナ１０の受信信号ｙ（ｔ）と、参照信号ｒ（ｔ）との相関係数ρ（≦１）を演算し、最急勾配法を用いて相関係数ρが最大になるようにビームパターンを演算する。
【００２８】
参照信号発生器２１は、参照信号ｒ（ｔ）を発生して適応制御型コントローラ２０へ出力する。
【００２９】
復調器４は、Ａ／Ｄ変換器３から受けた受信信号ｙｒ（ｔ）を復調して復調信号を出力する。
【００３０】
無線送信機７は、入力されるベースバンド信号に基づいて、無線搬送波を所定の変調方式で変調し、その変調した無線搬送波である無線信号をサーキュレータ６および同軸ケーブル５を介してアレーアンテナ１０の給電素子Ａ０へ出力する。これによって、アレーアンテナ１０は、無線信号を放射する。
【００３１】
図１に示すアレーアンテナ１０の構造パラメータを決定する方法について説明する。図３は、図１に示すアレーアンテナ１０の構造パラメータを決定するパラメータ決定システムの構成を示すブロック図である。このパラメータ決定システム５０は、アレーアンテナ１０と、アンテナ測定コントローラ３０と、ネットワークアナライザ３１と、プローブ３２−０〜３２−６と、Ｄ／Ａ変換器３４と、位置コントローラ３５と、プローブ移動機構３６と、回転機構３７と、処理メモリ３９と、小型電波暗室４０とを備える。
【００３２】
アレーアンテナ１０およびプローブ３２−０〜３２−６は、小型電波暗室４０内に設置される。そして、プローブ３２−０〜３２−６は、それぞれ、給電素子Ａ０および無給電素子Ａ１〜Ａ６に近接して配置される。ネットワークアナライザ３１は、スイッチＳ１，Ｓ２を介してプローブ３２−０〜３２−６に接続される。
【００３３】
アンテナ測定コントローラ３０は、Ｄ／Ａ変換器３４を用いて、所定のリアクタンス値セットを生成する制御電圧セットを含む制御電圧信号をアレーアンテナ１０のバラクタダイオード１２−１〜１２−６へ出力し、このときのアレーアンテナ１０の各アンテナ素子（給電素子Ａ０および無給電素子Ａ１〜Ａ６）上の極近傍界の高周波磁界をプローブ３２−０〜３２−６およびネットワークアナライザ３１を用いて測定するとともに、アレーアンテナ１０の入力インピーダンスをネットワークアナライザ３１を用いて測定する。この場合、プローブ３２−０〜３２−６の先端検出部は、各アンテナ素子Ａ０〜Ａ６の給電点または電流最大点に電磁的に結合するように近接される。これによって、ネットワークアナライザ３１は、プローブ３２−０〜３２−６が検出した磁界に基づいて電流を計算できる。
【００３４】
図３に示すパラメータ決定システム５０においては、測定時間を短縮し、かつ、測定中にアンテナ素子ごとにプローブの位置決めをしなくても済むように、全てのアンテナ素子Ａ０〜Ａ６の極近傍界を同時に測定できるプローブ３２−０〜３２−６を用いた。
【００３５】
図３に示された小型電波暗室４０は、例えば、６３０ｍｍ×６３０ｍｍ×６３０ｍｍの寸法の立方体の外形形状を有し、その６つの内面において電波吸収体４１が装着されている。この電波吸収体４１は、先鋭な先端部を有するピラミッド形状を繰返してなる形状を有し、その材料は、ポリウレタンフォームにカーボンを含浸させたものである。そして、アレーアンテナ１０は、この小型電波暗室４０の中央部に位置するように回転軸４２により回転可能に支持される。
【００３６】
プローブ３２−０〜３２−６の各々は、低擾乱多層基板型磁界プローブであり、その検出先端は、各アンテナ素子Ａ０〜Ａ６に接触しないように、各アンテナ素子Ａ０〜Ａ６の接地導体１１に近接した給電点または電流最大点において、電磁的に結合するように所定の近接距離（例えば、０．０５ｍｍ）でそれぞれ近接配置され、アンテナの極近傍磁界を測定する。従って、アンテナの極近傍磁界は、バラクタダイオード１２−１〜１２−６の付近で流れる高周波電流に実質的に比例した値を示し、この磁界の測定出力信号の周波数スペクトラムを観測することで高周波電流に対応する電力レベルを測定できる。
【００３７】
プローブ３２−１〜３２−６が無給電素子Ａ１〜Ａ６上の電流を測定するときにプローブ３２−０がプローブ３２−１〜３２−６へ影響を及ぼすのを除去するために、プローブ移動機構３６は、プローブ支持部材３６ａと機械的に連結してプローブ３２−０をアレーアンテナ１０から隔離させる。
【００３８】
プローブ３２−０は、ケーブル３３−０を介してスイッチＳ１の接点ｃ２に接続され、プローブ３２−１〜３２−６は、それぞれ、ケーブル３３−１〜３３−６を介してスイッチＳ２の接点ｃ３〜ｃ８に接続される。スイッチＳ２は、接点ｃ３〜ｃ８のいずれかをスイッチＳ１の接点ｃ１に接続し、スイッチＳ１は、プローブ３２−０〜３２−６で測定された各アンテナ素子Ａ０〜Ａ６上の電流を表す測定出力信号をネットワークアナライザ３１へ入力する。
【００３９】
パラメータ決定システム５０のアンテナ測定コントローラ３０は、完全に自動化された振幅および位相測定を達成するために、ＩＥＥＥ−４８８／ＧＰ−ＩＢバス３８を介して、ネットワークアナライザ３１と、位置コントローラ３５と、スイッチＳ１，Ｓ２と、処理メモリ３９とに、それぞれ所定のインタフェースを介して接続される。
【００４０】
Ｄ／Ａ変換器３４は、アンテナ測定コントローラ３０からデジタル値として出力されるバイアス電圧をアナログ値の制御電圧信号に変換し、各バラクタダイオード１２−１〜１２−６へ出力する。ネットワークアナライザ３１は、測定された高周波電流および入力インピーダンスをバス３８を介して処理メモリ３９に記憶する。アンテナ測定コントローラ３０は、計算されたアレーアンテナ１０の構造パラメータをバス３８を介して処理メモリ３９に記憶する。
【００４１】
位置コントローラ３５は、プローブ３２−０を給電素子Ａ０に近接させて、または離隔させるように移動させるプローブ移動機構３６と、アレーアンテナ１０の回転軸４２を回転することによりアレーアンテナ１０を回転させて所定の角度の位置に保持する回転機構３７とを制御する。
【００４２】
パラメータ決定システム５０においては、アレーアンテナ１０およびプローブ３２−０〜３２−６のみが小型電波暗室４０内に設置され、それ以外の構成要素は、小型電波暗室４０の外部に設置される。これによって、小型電波暗室４０内での不要な電波の反射を防止できる。
【００４３】
図３に示す小型電波暗室４０は、大型の電波暗室３００（図９参照）で得られる測定値と同様の正確な測定値を得ることができ（非特許文献２）、この実施の形態では、従来の大型の電波暗室ではなく、小型電波暗室４０において低干渉のプローブ３２−０〜３２−６を使用してアレーアンテナ１０の極近傍界の高周波磁界が測定される。極近傍界測定システムの優位点の１つは、通常、電波暗室の内部に設置されるポジショナ等の測定計器からの反射が殆どないことである。また、アレーアンテナ１０とは別の測定用アンテナを使用する代わりに、素子の極近傍界の電流を検出するプローブ３２−０〜３２−６を使用する。従って、プローブ３２−０〜３２−６と、被測定アンテナとの距離は極めて近い。例えば、プローブ３２−０〜３２−６は、アレーアンテナ１０に対して、プローブ３２−０〜３２−６の先端からバラクタダイオード１２−１〜１２−６までの距離が０．０５ｍｍの場所に配置されている。上述した優位点に加えて、小型電波暗室４０は、従来の測定計器と同様に効果的に使用できる。即ち、移動が容易で机上での使用に便利である。
【００４４】
この実施の形態における極近傍界測定法を用いた構造パラメータの決定方法について説明する。
【００４５】
極近傍界測定法は、図３に示されるように、小型電波暗室４０と低擾乱のプローブ３２−０〜３２−６とを用いて被測定アンテナ上の極近傍電磁界を検出する方法である。ある無給電素子Ａｍ（ｍ＝１，２，・・・，６）に装荷されたバラクタダイオード１２−ｍ（ｍ＝１，２，・・・，６）の制御電圧が変わると、無給電素子Ａｍ上の電流も変化する。しかも、各無給電素子Ａｍ上のＲＦ電流は、素子間結合により、無給電素子Ａｍ自体に装荷されたバラクタダイオード１２−ｍのリアクタンス値に依存するだけでなく、他の無給電素子Ａｎ（ｎ≠ｍ；ｎ＝１，２，・・・，６）に装荷されたバラクタダイオード１２−ｎのリアクタンス値にも依存する。バラクタダイオード１２−ｍの制御電圧の全ての範囲にわたる電流を知るには、測定回数が膨大となる。
【００４６】
そこで、素子間の電磁結合部分が高周波ポートを有する回路網であるとみなし、アンテナ素子間のインピーダンスを成分とするインピーダンス行列によってポート電圧と電流とを関係付ける。各アンテナ素子の放射抵抗およびアンテナ素子間の電磁結合をインピーダンス行列に完全に含ませる。インピーダンス行列がバラクタダイオード１２−ｍの容量および外部信号源に依存しないことを利用し、少ない測定回数で構造パラメータを計算する方法を説明する。
【００４７】
無給電素子の個数をＭ本とし、簡単化のために無給電素子をＡｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）と表記する。また、バラクタダイオード１２−ｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）のリアクタンス値ｘ１，・・・，ｘＭを成分として含むリアクタンスベクトルを次式のように定義する。
【００４８】
【数１】
2006074350.tif 000003
【００４９】
なお、式（１）において、Ｔは、転置を表す。また、計算処理の途中では、リアクタンス値ｘ１，・・・，ｘＭには、それぞれ虚数単位ｊが乗算されている。アレーアンテナ１０を送信動作させる時の無線送信機７の出力インピーダンスをｚｓとする。また、給電素子Ａ０上のＲＦ電流をｉ０とし、無給電素子Ａｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）上のＲＦ電流をｉ１，ｉ２，・・・，ｉＭとする。各電流の向きは、バラクタダイオード１２−ｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）から、当該バラクタダイオード１２−ｍに接続された無給電素子Ａｍの上側に向かって流れる方向を正の方向とする。以上の電流ｉ０，ｉ２，・・・，ｉＭを成分として含む電流ベクトルｉを次式のように定義する。
【００５０】
【数２】
2006074350.tif 000004
【００５１】
電流ベクトルｉの各成分は、アレーアンテナ１０の中の各アンテナ素子Ａｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）に対応するウェイト（重み付け係数）として作用する。
【００５２】
各アンテナ素子Ａｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）、無線送信機７、バラクタダイオード１２−ｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）を含む回路に対するキルヒホッフの法則に基づいた閉路方程式から次式が導出される（非特許文献３）。
【００５３】
【数３】
2006074350.tif 000005
【００５４】
ここで、ｕ０は、次式によって表されるＭ＋１次元の単位ベクトルである。
【００５５】
【数４】
2006074350.tif 000006
【００５６】
また、ｖｓは、無線送信機７の開放電圧であり、Ｘは、無線送信機７の出力インピーダンスとバラクタダイオード１２−ｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）のリアクタンス値ｘｍを対角成分に持つ次式の行列である。
【００５７】
【数５】
2006074350.tif 000007
【００５８】
また、Ｚは、アレーアンテナ１０中の各アンテナ素子Ａｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）間のインピーダンスを成分とするＭ＋１次のインピーダンス行列であり、次式によって表される。
【００５９】
【数６】
2006074350.tif 000008
【００６０】
各無給電素子Ａｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）の配置が給電素子Ａ０に対して巡回的な対称性を有している場合には、このインピーダンス行列Ｚの（Ｍ＋１）２個の要素のうちで独立な要素は、無給電素子の個数Ｍが奇数の場合には、３＋（Ｍ−１）／２個となり、無給電素子の個数Ｍが偶数の場合には、３＋Ｍ／２個となる。
【００６１】
また、ｚ００は、給電素子Ａ０自身の入力インピーダンスを示し、ｚ０１は、給電素子Ａ０と無給電素子Ａｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）との間の結合インピーダンスを示し、ｚ１１は、無給電素子Ａｍ自身の入力インピーダンスを示し、ｚＭｎは、無給電素子ＡＭと無給電素子Ａｎとの間の結合インピーダンスを示す。
【００６２】
ここで、ｎ＝Ｍ／２（Ｍが偶数の場合）のとき、もしくは、ｎ＝（Ｍ−１）／２（Ｍが奇数の場合）のとき、ｚ１ｎ＝ｚＭｎが成り立つ。これらの独立要素は、アレーアンテナ１０の構造パラメータであり、各アンテナ素子Ａｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）の半径、長さ、および／または間隔、接地導体１１の寸法形状などにより決定される。
【００６３】
電流ベクトルｉとリアクタンス値ｘ１，・・・，ｘＭとの関係式（式（３）参照）の中に逆行列演算が含まれている。これは、例えば、ある１系統のバラクタダイオード１２−ｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）の値を変えると、その系統の無給電素子Ａｍ上の電流（即ち、当該電流の位相および振幅）が変化するのみならず、他系統のアンテナ素子Ａｎ（ｎ＝０，１，・・・，Ｍ；ｎ≠ｍ）上の電流も変化してしまうということを意味する。インピーダンス行列Ｚの要素は、アレーアンテナ１０の構造パラメータから高周波電磁界解析（例えばモーメント法）により求めることができる。これらの要素は、バラクタダイオード１２−ｍに印加される制御電圧に対して不変であるということに着目し、この実施の形態では、式（３）を用いて２回の電流測定（極近傍電磁界測定）でインピーダンス行列Ｚの要素を求める方法を以下に示す。同時に、実装状態のバラクタダイオード１２−ｍのリアクタンス値を求める。その定式化を以下に示す。
【００６４】
まず、１回目の測定において、制御電圧セット（ｖ１，ｖ２，・・・，ｖＭ）を各バラクタダイオード１２−ｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）に印加し、このときの各バラクタダイオード１２−ｍのリアクタンス値セット（ｊｘ１，ｊｘ２，・・・，ｊｘＭ）（これは未知である）と、このとき測定によって得られた各アンテナ素子Ａｍ上の電流（ｉ０，ｉ１，・・・，ｉＭ）とを式（３）に代入して展開すると次式が得られる。
【００６５】
【数７】
2006074350.tif 000009
【００６６】
式（７）においては、給電素子Ａ０上の電流ｉ０をｉ０≠０と仮定し、全ての無給電素子Ａｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）上の電流の値を電流ｉ０によって正規化してある。これは、実際の測定において給電素子Ａ０上の電流を基準信号と見なすことにより、電流測定系自体の校正が不要となることを意味する。Ｍ個のリアクタンス値にてなるリアクタンスセットを用いているとき、Ｍ＋１個の式からなる式（７）の連立方程式に対して、無給電素子の個数Ｍが偶数ならば未知数は、Ｍ＋３＋Ｍ／２個であり、また、無給電素子の個数Ｍが奇数ならば未知数は、Ｍ＋３＋（Ｍ−１）／２個であるが、アレーアンテナ１０では、無給電素子Ａｍとバラクタダイオード１２−ｍとが一体となっているので、次式によって表されるｚｘｋを１個の未知独立変数と見なす。
【００６７】
【数８】
2006074350.tif 000010
【００６８】
この実施の形態においては、このｚｘｋを「可変リアクタンス素子（バラクタダイオード）が装荷された無給電素子自身の入力インピーダンス」と呼ぶ。従って、上記の式（８）から明らかなように、自身の入力インピーダンスｚｘｋの値は、無給電素子Ａｍ自身の入力インピーダンスｚ１１と、バラクタダイオード１２−ｍのリアクタンス値ｊｘｍとを共に含む。
【００６９】
次に、２回目の測定において、各バラクタダイオード１２−ｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）に印加される制御電圧セットを変更して、１回目と同様の測定を行なう。その測定からＭ＋１個の方程式が得られる。２回の測定を合わせて２（Ｍ＋１）個の方程式から２（Ｍ＋１）個の唯一解が得られるので、２回目の測定で変えられるバラクタダイオード１２−ｍの制御電圧（リアクタンス値（新しい未知数））の数は、無給電素子の個数Ｍが偶数ならば２（Ｍ＋１）−（Ｍ＋３＋Ｍ／２−１）＝Ｍ／２個であり、無給電素子の個数Ｍが奇数ならば２（Ｍ＋１）−（Ｍ＋３＋（Ｍ−１）／２−１）＝（Ｍ＋１）／２個である。
【００７０】
２回目の測定では、Ｍ個のバラクタダイオード１２−ｍの中で、無給電素子の個数Ｍが偶数のときはＫ＝Ｍ／２個だけの制御電圧を、１回目の測定での値から変化させる。この実施の形態では、例としてＫ個の制御電圧ｖ１，ｖ２，・・・，ｖＫのみを変化させるが、他の制御電圧セット（例えば、ｖ２，・・・，ｖＫ＋１）であってもよい。このとき、リアクタンスセット（ｊｘ’１，ｊｘ’２，・・・，ｊｘ’Ｋ，ｊｘＫ＋１，・・・，ｊｘＭ）の要素のうちＫ個だけが変化するが、電流ベクトルｉは全要素が変化する。このときの電流値を（ｉ０’，ｉ１’，・・・，ｉＭ’）と表記すると、式（７）と同様に、式（３）のキルヒホッフの法則に基づいた方程式から次式が得られる。
【００７１】
【数９】
2006074350.tif 000011
【００７２】
式（７）の第１の式の右辺の項ｖｓ／ｉ０−ｚｓと、式（９）の第１の式の右辺の項ｖｓ／ｉ０’−ｚｓとは、それぞれ、アレーアンテナ１０の入力インピーダンスｚｉｎ，ｚｉｎ’であって、次の２つの式が成り立つ。
【００７３】
【数１０】
2006074350.tif 000012
【００７４】
【数１１】
2006074350.tif 000013
【００７５】
これらの入力インピーダンスｚｉｎ，ｚｉｎ’は、図３に示すパラメータ決定システム５０において、各バラクタダイオード１２−ｍに制御電圧がそれぞれ印加された状態において、ネットワークアナライザ３１（１ポートの使用）によって測定される。
【００７６】
式（７）と式（９）との各連立方程式における第１の式は、それぞれ、給電素子Ａ０と無給電素子Ａｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）の結合インピーダンスおよび給電素子Ａ０自身の入力インピーダンスと、アレーアンテナ１０の入力インピーダンスとのみ関連し、無給電素子Ａｍ間の結合インピーダンスの項を含んでいない。即ち、インピーダンスｚ００とインピーダンスｚ０１との２つの未知数についての次の連立方程式からインピーダンスｚ００，ｚ０１を計算できる。
【００７７】
【数１２】
2006074350.tif 000014
【００７８】
【数１３】
2006074350.tif 000015
【００７９】
式（７）と式（９）との第２の式以降を整理すると、それぞれ、式（１４）および式（１５）が得られる。
【００８０】
【数１４】
2006074350.tif 000016
【００８１】
【数１５】
2006074350.tif 000017
【００８２】
これらの式の右辺は、給電素子Ａ０から無給電素子Ａｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）への結合で生じる誘起電圧を意味している。これらの連立方程式から、インピーダンスｚ００，ｚ０１を除いた２（Ｍ＋１）−２個の未知数を全て計算できる。
【００８３】
アンテナ測定コントローラ３０は、上述した方法によって２（Ｍ＋１）個の全てのインピーダンスｚ００，ｚ０１，・・・を計算し、その計算したインピーダンスｚ００，ｚ０１，・・・をバス３８を介して処理メモリ３９へ記憶する。
【００８４】
アンテナ測定コントローラ３０によって演算された２（Ｍ＋１）個のインピーダンスｚ００，ｚ０１，・・・のうち、インピーダンスｚｘｋは、式（８）に示すようにバラクタダイオード１２−ｋのインピーダンスｊｘｋを含むものであり、インピーダンスｊｘｋは、バラクタダイオード１２−ｋに印加される制御電圧によって変化するので、インピーダンスｚｘｋは、バラクタダイオード１２−ｋに印加される制御電圧によって変化する。
【００８５】
そこで、バラクタダイオード１２−ｋに印加される制御電圧を変化させてインピーダンスｚｘｋを計算した。図４は、バラクタダイオード１２−ｋに印加される制御電圧と無給電素子Ａｋのインピーダンスｚｘｋとの関係を示す図である。図４において、縦軸は、インピーダンスｚｘｋを表し、横軸は、バラクタダイオード１２−ｋに印加される制御電圧を表す。曲線ｋ１は、インピーダンスｚｘｋの虚部、即ち、バラクタダイオード１２−ｋのインピーダンスｊｘｋを表し、曲線ｋ２は、インピーダンスｚｘｋの実部、即ち、無給電素子Ａｋ自身の入力インピーダンスｚ１１を表す。
【００８６】
インピーダンスｊｘｋは、バラクタダイオード１２−ｋに印加される制御電圧によって変化するが、入力インピーダンスｚ１１は、バラクタダイオード１２−ｋに印加される制御電圧によって殆ど変化しない。
【００８７】
適応制御型コントローラ２０は、図４に示すインピーダンスｊｘｋおよび入力インピーダンスｚ１１と、バラクタダイオード１２−ｋに印加される制御電圧との関係をマップとして記憶し、上述した方法によって計算されたインピーダンスｚ０１，ｚ１２，ｚ１３，ｚ１４を保持している。
【００８８】
アレーアンテナ１０において、無給電素子は、６本であるため、給電素子Ａ０および無給電素子Ａ１〜Ａ６に流れる電流ｉ０，ｉ１，・・・，ｉ６は、次式によって表される。
【００８９】
【数１６】
2006074350.tif 000018
【００９０】
式（１６）において、インピーダンスｚ０１，ｚ１２，ｚ１３，ｚ１４は、バラクタダイオード１２−１〜１２−６に印加される制御電圧に依存せず、一定である。
【００９１】
そこで、適応制御型コントローラ２０は、バラクタダイオード１２−１〜１２−６に印加される制御電圧を所定値に決定し、その決定した所定値に対応するインピーダンスｊｘｋおよび入力インピーダンスｚ１１を、保持しているマップ（図４）を参照して抽出し、その抽出したインピーダンスｊｘｋおよび入力インピーダンスｚ１１からインピーダンスｚｘｋ（ｋ＝１〜６）を演算する。そして、適応制御型コントローラ２０は、演算したインピーダンスｚｘｋ（ｋ＝１〜６）と、保持しているインピーダンスｚ０１，ｚ１２，ｚ１３，ｚ１４とを用いて式（１６）のインピーダンス行列Ｚ’を演算し、その演算したインピーダンス行列Ｚ’を用いて給電素子Ａ０に電流ｉ０が流れたときに無給電素子Ａ１〜Ａ６に流れる電流ｉ１／ｉ０，ｉ２／ｉ０，・・・，ｉ６／ｉ０を演算する。
【００９２】
より具体的には、バラクタダイオード１２−１〜１２−６に印加される制御電圧がそれぞれ１０Ｖ、１１Ｖ、１２Ｖ、１３Ｖ、１４Ｖおよび１５Ｖであるとき、適応制御コントローラ２０は、制御電圧が１０Ｖであるときのインピーダンスｊｘ１−１０をマップ（図４）の曲線ｋ１から抽出し、制御電圧が１０Ｖであるときの入力インピーダンスｚ１１−１０をマップ（図４）の曲線ｋ２から抽出してインピーダンスｚｘ１＝ｚ１１−１０＋ｊｘ１−１０を演算する。
【００９３】
同様にして適応制御型コントローラ２０は、インピーダンスｚｘ２＝ｚ１１−１１＋ｊｘ２−１１，ｚｘ３＝ｚ１１−１２＋ｊｘ３−１２，ｚｘ４＝ｚ１１−１３＋ｊｘ４−１３，ｚｘ５＝ｚ１１−１４＋ｊｘ５−１４，ｚｘ６＝ｚ１１−１５＋ｊｘ６−１５を演算する。そして、適応制御型コントローラ２０は、演算したインピーダンスｚｘ１，ｚｘ２，・・・，ｚｘ６と、保持しているインピーダンスｚ０１，ｚ１２，ｚ１３，ｚ１４とを式（１６）に代入してインピーダンス行列Ｚ’を演算し、その演算したインピーダンス行列Ｚ’を用いて給電素子Ａ０に電流ｉ０が流れたときに無給電素子Ａ１〜Ａ６に流れる電流ｉ１／ｉ０，ｉ２／ｉ０，・・・，ｉ６／ｉ０を演算する。
【００９４】
図１に示すアレーアンテナ１０の受信信号ｙ（ｔ）は、一般的に次式によって表わされる。
【００９５】
【数１７】
2006074350.tif 000019
【００９６】
式（１７）におけるφｊ＝（２π／Ｍ）（ｊ−１）は、アレーアンテナ１０のｊ番目の無給電素子の角度（図１の接地導体１１の平面内における角度）である。また、ｓｉは、アレーアンテナ１０のｉ番目の無給電素子に到来するＲＦ信号であり、ｕ（ｔ）は、Ｑ＋１個の干渉波（所望波と妨害波との混在波）からなる到来波であり、θｍは、到来波の到来方向である。
【００９７】
適応制御型コントローラ２０は、式（１６）を用いて演算した電流ｉ１／ｉ０，ｉ２／ｉ０，・・・，ｉ６／ｉ０を式（１７）に代入してアレーアンテナ１０の受信信号ｙ（ｔ）を演算する。電流ｉ０は、アレーアンテナ１０の給電素子Ａ０に流れる電流であり、アレーアンテナ１０を用いて信号を送受信するとき、給電素子Ａ０には電流ｉ０が供給されるので、適応制御型コントローラ２０は、信号の送受信時に給電素子Ａ０に供給される電流ｉ０と、式（１６）により演算した電流ｉ１／ｉ０，ｉ２／ｉ０，・・・，ｉ６／ｉ０とを用いて電流ベクトルｉ＝［ｉ０，ｉ１，・・・，ｉ６］Ｔを演算する。
【００９８】
そして、適応制御型コントローラ２０は、式（１７）を用いて演算した受信信号ｙ（ｔ）と参照信号発生器２１から受けた参照信号ｒ（ｔ）との相関係数ρｎを次式により演算する。
【００９９】
【数１８】
2006074350.tif 000020
【０１００】
適応制御型コントローラ２０は、最急勾配法を用いて式（１８）の相関係数ρｎ（≦１）が最大になるように電流ｉ１／ｉ０，ｉ２／ｉ０，・・・，ｉ６／ｉ０を決定し、その決定した電流ｉ１／ｉ０，ｉ２／ｉ０，・・・，ｉ６／ｉ０に基づいて、参照信号ｒ（ｔ）（所望波）に適したアレーアンテナ１０のビームパターンを演算する。
【０１０１】
以下、最急勾配法を用いた所望波に適したビームパターンの演算方法について説明する。図５は、最急勾配法を用いた所望波に適したビームパターンを演算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、適応制御型コントローラ２０は、ｎ＝１を設定し、制御電圧を初期電圧値に設定する（ステップＳ１）。初期電圧値としては、例えば、１０Ｖが用いられる。
【０１０２】
その後、適応制御型コントローラ２０は、ｍ＝０を設定し（ステップＳ２）、保持しているマップ（図４）を参照して、制御電圧（＝１０Ｖ）に対応する曲線ｋ１上のインピーダンスをインピーダンスｊｘ１−１０，ｊｘ２−１０，ｊｘ３−１０，ｊｘ４−１０，ｊｘ５−１０，ｊｘ６−１０として抽出し、制御電圧（＝１０Ｖ）に対応する曲線ｋ２上のインピーダンスを入力インピーダンスｚ１１−１０として抽出する。この場合、ｍ＝０に設定されているので（ステップＳ２参照）、適応制御型コントローラ２０は、６個のバラクタダイオード１２−１〜１２−６の全てに１０Ｖの制御電圧が印加されているものとしてインピーダンスｊｘｋ（ｋ＝１〜６）および入力インピーダンスｚ１１をマップ（図４）から抽出する。
【０１０３】
そして、適応制御型コントローラ２０は、抽出したインピーダンスｊｘ１−１０，ｊｘ２−１０，ｊｘ３−１０，ｊｘ４−１０，ｊｘ５−１０，ｊｘ６−１０および入力インピーダンスｚ１１−１０を用いてバラクタダイオード１２−１〜１２−６がそれぞれ装荷されたときの無給電素子Ａ１〜Ａ６のインピーダンスｚｘ１＝ｚ１１−１０＋ｊｘ１−１０，ｚｘ２＝ｚ１１−１０＋ｊｘ２−１０，ｚｘ３＝ｚ１１−１０＋ｊｘ３−１０，ｚｘ４＝ｚ１１−１０＋ｊｘ４−１０，ｚｘ５＝ｚ１１−１０＋ｊｘ５−１０，ｚｘ６＝ｚ１１−１０＋ｊｘ６−１０を演算する。この場合、ｊｘ１−１０＝ｊｘ２−１０＝ｊｘ３−１０＝ｊｘ４−１０＝ｊｘ５−１０＝ｊｘ６−１０であるので、インピーダンスｚｘ１，ｚｘ２，ｚｘ３，ｚｘ４，ｚｘ５，ｚｘ６は、全て等しい。
【０１０４】
その後、適応制御型コントローラ２０は、演算したインピーダンスｚｘｋ（ｋ＝１〜６）と、保持しているインピーダンスｚ０１，ｚ１２，ｚ１３，ｚ１４とを式（１６）に代入してインピーダンス行列Ｚ’を演算し、その演算したインピーダンス行列Ｚ’を用いて電流ｉ１／ｉ０，ｉ２／ｉ０，・・・，ｉ６／ｉ０を演算する。引き続いて、適応制御型コントローラ２０は、その演算した電流ｉ１／ｉ０，ｉ２／ｉ０，・・・，ｉ６／ｉ０と給電素子Ａ０に供給される電流ｉ０とを式（１７）に代入して受信信号ｙ（ｎ）を演算し（ステップＳ３）、参照信号発生器２１から参照信号ｒ（ｎ）を受ける。そして、適応制御型コントローラ２０は、受信信号ｙ（ｎ）および参照信号ｒ（ｎ）を式（１８）に代入して相関係数ρｎ（０）を演算する（ステップＳ４）。
【０１０５】
その後、適応制御型コントローラ２０は、ｍ＝ｍ＋１を設定し（ステップＳ５）、バラクタダイオード１２−１に印加する制御電圧Ｖｍを電圧Ｖｍ＋ΔＶに設定する（ステップＳ６）。ΔＶは、制御電圧Ｖｍに対する摂動であり、例えば、２Ｖに設定される。従って、バラクタダイオード１２−１には、１０Ｖ＋２Ｖ＝１２Ｖの制御電圧Ｖｍが印加される。
【０１０６】
適応制御型コントローラ２０は、マップ（図４）を参照して、１２Ｖの制御電圧Ｖｍに対応する曲線ｋ１上のインピーダンスをインピーダンスｊｘ１−１２として抽出し、制御電圧＝１２Ｖに対応する曲線ｋ２上のインピーダンスを入力インピーダンスｚ１１−１２として抽出する。そして、適応制御型コントローラ２０は、抽出したインピーダンスｚ１１−１２，ｊｘ１−１２に基づいて、バラクタダイオード１２−１が装荷されたときのインピーダンスｚｘ１＝ｚ１１−１２＋ｊｘ１−１２を演算し、その演算したインピーダンスｚｘ１＝ｚ１１−１２＋ｊｘ１−１２と、既に演算したインピーダンスｚｘ２＝ｚ１１−１０＋ｊｘ２−１０，ｚｘ３＝ｚ１１−１０＋ｊｘ３−１０，ｚｘ４＝ｚ１１−１０＋ｊｘ４−１０，ｚｘ５＝ｚ１１−１０＋ｊｘ５−１０，ｚｘ６＝ｚ１１−１０＋ｊｘ６−１０と、保持しているインピーダンスｚ０１，ｚ１２，ｚ１３，ｚ１４とを式（１６）に代入してインピーダンス行列Ｚ’を演算し、その演算したインピーダンス行列Ｚ’を用いて電流ｉ１／ｉ０，ｉ２／ｉ０，・・・，ｉ６／ｉ０を演算する。
【０１０７】
引き続いて、適応制御型コントローラ２０は、その演算した電流ｉ１／ｉ０，ｉ２／ｉ０，・・・，ｉ６／ｉ０と給電素子Ａ０に供給される電流ｉ０とを式（１７）に代入して受信信号ｙ（ｎ）を演算し（ステップＳ７）、その演算した受信信号ｙ（ｎ）と、参照信号ｒ（ｎ）とを式（１８）に代入して相関係数ρｎを演算する（ステップＳ８）。
【０１０８】
その後、適応制御型コントローラ２０は、次式により相関係数ρｎの勾配∇ρｎｍを演算する（ステップＳ９）。
【０１０９】
【数１９】
2006074350.tif 000021
【０１１０】
そして、適応制御型コントローラ２０は、制御電圧Ｖｍを電圧Ｖｍ−ΔＶに設定し（ステップＳ１０）、ｍがＭ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１において、ｍがＭ以下であると判定されると、上述したステップＳ５〜ステップＳ１１が繰り返し実行される。即ち、バラクタダイオード１２−２〜１２−６に印加される制御電圧Ｖｍが電圧Ｖｍ＋ΔＶに順次設定されて受信信号ｙ（ｎ）、相関係数ρｎ、および相関係数ρｎの勾配∇ρｎｍが順次演算される。
【０１１１】
この場合、ステップＳ１０において、制御電圧Ｖｍが電圧Ｖｍ−ΔＶに設定されているので、バラクタダイオード１２−２〜１２−６に印加される制御電圧Ｖｍが電圧Ｖｍ＋ΔＶに設定されても、バラクタダイオード１２−１〜１２−６には、全て同じ制御電圧Ｖｍが印加される。
【０１１２】
そして、ステップＳ１１において、ｍがＭよりも大きいと判定されると、適応制御型コントローラ２０は、ステップＳ９において演算した相関係数ρｎの勾配∇ρｎｍを用いて制御電圧Ｖ（ｎ＋１）＝Ｖ（ｎ）＋μ∇ρｎｍを演算する（ステップＳ１２）。電圧Ｖ（ｎ＋１），Ｖ（ｎ）は、６個のバラクタダイオード１２−１〜１２−６に印加される６個の制御電圧Ｖｍ１，Ｖｍ２，Ｖｍ３，Ｖｍ４，Ｖｍ５，Ｖｍ６からなり、勾配∇ρｎｍは、ステップＳ９において演算された６個の勾配∇ρｎ１，∇ρｎ２，∇ρｎ３，∇ρｎ４，∇ρｎ５，∇ρｎ６からなるので、電圧Ｖ（ｎ＋１），Ｖ（ｎ）および勾配∇ρｎｍは、ベクトルである。
【０１１３】
ステップＳ５〜ステップＳ１１の経路が１回目に実行されたとき、電圧Ｖ（ｎ）を構成する６個の制御電圧Ｖｍ１，Ｖｍ２，Ｖｍ３，Ｖｍ４，Ｖｍ５，Ｖｍ６は、全て初期値（＝１０Ｖ）に設定されており、その初期値（＝１０Ｖ）に対してμ∇ρｎｍを加算してステップＳ５〜ステップＳ１１の経路が２回目に実行されるときの制御電圧Ｖ（ｎ＋１）が決定される。
【０１１４】
なお、ステップサイズμは、例えば、５０に設定される。
【０１１５】
その後、適応制御型コントローラ２０は、ｎ＝ｎ＋１を設定し（ステップＳ１３）、ｎがＮ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。そして、ｎがＮ以下であるとき、上述したステップＳ２〜ステップＳ１４が繰り返し実行される。一方、ステップＳ１４において、ｎがＮよりも大きいと判定されると、一連の動作が終了する。なお、Ｎは、例えば、”８００”に設定される。
【０１１６】
ステップＳ２〜ステップＳ１４を所定回数Ｎ繰り返し実行することにより、相関係数ρｎは、”１”に近づく。その理由は、次のとおりである。相関係数ρｎが相関係数ρｎ（０）よりも大きいとき、勾配∇ρｎｍは、”正”になり、制御電圧Ｖ（ｎ）をμ∇ρｎｍだけ増加させたこと（ステップＳ１２参照）は正しい。一方、相関係数ρｎが相関係数ρｎ（０）よりも小さいとき、勾配∇ρｎｍは、”負”になり、制御電圧Ｖ（ｎ）をμ∇ρｎｍだけ増加させたこと（ステップＳ１２参照）は誤りであり、ステップＳ９において演算された勾配∇ρｎｍ（負の値）が制御電圧Ｖ（ｎ）に加算されて次回の演算における制御電圧Ｖ（ｎ＋１）が決定される。この場合、次回の演算に用いられる制御電圧Ｖ（ｎ＋１）は、制御電圧Ｖ（ｎ）よりも小さくなるので、勾配∇ρｎｍが”負”になったときは、相関係数ρｎが相関係数ρｎ（０）より大きくなるように、ステップＳ１２において次回の演算において用いられる制御電圧Ｖ（ｎ＋１）が演算される。従って、ステップＳ２〜ステップＳ１４を繰り返し実行することにより、相関係数ρｎは、徐々に大きくなり、ステップＳ２〜ステップＳ１４がＮ回繰り返し実行されると、最終的に”１”に近づく。
【０１１７】
適応制御型コントローラ２０は、相関係数ρｎが”１”に近づいたときの給電素子Ａ０および無給電素子Ａ１〜Ａ６に流れる電流ｉ１／ｉ０，ｉ２／ｉ０，・・・，ｉ６／ｉ０を演算しているので、その演算した電流ｉ１／ｉ０，ｉ２／ｉ０，・・・，ｉ６／ｉ０に基づいてビームパターンを演算する。
【０１１８】
なお、パーソナルコンピュータは、図５に示すフローチャートに従うプログラムをＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）に格納しており、その格納したプログラムを実行することによって給電素子Ａ０および無給電素子Ａ１〜Ａ６に流れる電流ｉ１／ｉ０，ｉ２／ｉ０，・・・，ｉ６／ｉ０を演算し、その演算した電流ｉ１／ｉ０，ｉ２／ｉ０，・・・，ｉ６／ｉ０に基づいて所望波に実質的に一致するビームパターンを演算する。つまり、所望波に実質的に一致するビームパターンは、パーソナルコンピュータによって演算される。
【０１１９】
図６は、相関係数ρｎの反復回数依存性のシミュレーション結果を示す図である。図６から明らかなように、図５に示すステップＳ２〜ステップＳ１４を繰り返し実行することにより相関係数ρｎは、”１”に近づくことが解った。従って、ステップＳ２〜ステップＳ１４を繰り返し実行することによって、所望波（参照信号ｒ（ｎ））に実質的に一致するビームパターンを演算できる。
【０１２０】
図７は、演算されたビームパターンを示す図である。演算されたビームパターンＢＰＭは、所望波の方向が０度の方向であり、ヌルの方向が１８０度の方向に対して演算されたビームパターンであり、所望波に適したビームパターンが演算されていることが解る。
【０１２１】
適応制御型コントローラ２０は、所望波に適したビームパターンを演算した後、そのビームパターンを演算したときの制御電圧Ｖｍ１〜Ｖｍ６をそれぞれバラクタダイオード１２−１〜１２−６に印加して所望波に適したビームパターンをアレーアンテナ１０に形成する。
【０１２２】
そして、アレーアンテナ１０は、受信信号ｙｒ（ｔ）を受信し、その受信した受信信号ｙｒ（ｔ）を低雑音増幅器（ＬＮＡ）１、ダウンコンバータ（Ｄ／Ｃ）２およびＡ／Ｄ変換器３を介して適応制御型コントローラ２０へ出力する。適応制御型コントローラ２０は、アレーアンテナ１０が受信した受信信号ｙｒ（ｔ）を受け、その受けた受信信号ｙｒ（ｔ）と参照信号ｒ（ｔ）との相関係数ρｒを演算する。そして、適応制御型コントローラ２０は、相関係数ρｒが”１”であるか否かによってアレーアンテナ１０が正常であるか否かを判定する。なお、適応制御型コントローラ２０は、相関係数ρｒが所定値以上であるか否かによってアレーアンテナ１０が正常であるか否かを判定するようにしてもよい。
【０１２３】
図５に示すフローチャートに従ってビームパターンを演算した結果（シミュレーション結果）と実験結果との比較について説明する。図８は、シミュレーション結果と実験結果との比較を示す図である。図８において、縦軸は、相対指向性ゲインを表し、横軸は、方位角（図１に示す接地導体１１の平面内における角度）を表す。
【０１２４】
曲線ｋ３は、実験結果であり、曲線ｋ４は、シミュレーション結果である。実験結果では、所望波（Ｄ）の方向が０度の方向であり、干渉波（Ｉ）の方向が８０度の方向である。一方、シミュレーション結果においても、所望波（Ｄ）の方向が０度の方向であり、干渉波（Ｉ）の方向が８０度の方向である。従って、シミュレーション結果と実験結果とがよく一致していることが解る。
【０１２５】
また、所望波の方向を０度の方向に固定し、干渉波の方向を７０度〜１８０度の範囲で１０度づつ変化させたときの実験結果とシミュレーション結果とを表１，２に示す。
【０１２６】
【表１】
2006074350.tif 000022
【０１２７】
【表２】
2006074350.tif 000023
【０１２８】
表１における評価項目は、ビームの方向およびヌル（Ｎｕｌｌ）の方向であり、表２における評価項目は、パワーが２分の１に低下するときのビーム幅（ＨＰＢＷ：Ｈａｌｆ−Ｐｏｗｅｒ  Ｂｅａｍ  Ｗｉｄｔｈ）および信号対干渉比（ＳＩＲ：Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｒａｔｉｏ）である。
【０１２９】
実験結果とシミュレーション結果との平均２乗誤差（ＲＭＳ：Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）によれば、シミュレーション結果は、実験結果と良い一致を示す。
【０１３０】
このように、図５に示すフローチャートに従って演算したビームパターンは、実験結果と良い一致を示し、図５に示すフローチャートに従って所望波に適したビームパターンを演算できることが解った。
【０１３１】
上述したように、この発明においては、適応制御型コントローラ２０は、予め決定された結合インピーダンスｚ０１，ｚ１２，ｚ１３，ｚ１４と、インピーダンスｚ１１，ｊｘｋの制御電圧依存性（＝マップ（図４））とを保持しており、バラクタダイオード１２−１〜１２−６に印加される制御電圧が決定されれば、その制御電圧に対応するインピーダンスｚｘｋ＝ｚ１１＋ｊｘｋをマップを参照して決定し、その決定したインピーダンスｚｘｋと、保持している結合インピーダンスｚ１２，ｚ１３，ｚ１４とを用いて式（１６）に示すインピーダンス行列Ｚ’を演算し、その演算したインピーダンス行列Ｚ’と、結合インピーダンスｚ０１とを用いて、給電素子Ａ０に電流ｉ０が流れたときに無給電素子Ａ１〜Ａ６に流れる電流ｉ１／ｉ０，ｉ２／ｉ０，ｉ３／ｉ０，ｉ４／ｉ０，ｉ５／ｉ０，ｉ６／ｉ０を演算し、その演算した電流ｉ１／ｉ０，ｉ２／ｉ０，ｉ３／ｉ０，ｉ４／ｉ０，ｉ５／ｉ０，ｉ６／ｉ０に基づいて、所望波に実質的に一致するビームパターンを演算するので、アレーアンテナによって所望波を実際に受信しなくても所望波に実質的に一致するビームパターンを演算できる。
【０１３２】
そして、この発明においては、バラクタダイオード１２−ｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）に印加する制御電圧セットを変えて給電素子Ａ０および無給電素子Ａｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）に流れる電流を実測し、その実測した電流値に基づいて、結合インピーダンスｚ０１，ｚ１２，ｚ１３，ｚ１４とインピーダンスｚｘｋ＝ｚ１１＋ｊｘｋとを演算し、その演算した結合インピーダンスｚ０１，ｚ１２，ｚ１３，ｚ１４とインピーダンスｚｘｋ＝ｚ１１＋ｊｘｋとを用いて式（１６）のインピーダンス行列Ｚ’を演算するので、バラクタダイオード１２−ｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）のＣ−Ｖ特性の非線形性を反映してインピーダンス行列Ｚ’を演算できる。その結果、所望波に実質的に一致するビームパターンを容易に演算できる。
【０１３３】
このように、この発明は、バラクタダイオード１２−ｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）に制御電圧セットを印加して実測した各アンテナ素子（給電素子Ａ０および無給電素子Ａｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ））に流れる電流に基づいて、結合インピーダンスｚ０１，ｚ１２，ｚ１３，ｚ１４とインピーダンスｚｘｋ＝ｚ１１＋ｊｘｋとを演算することによって、バラクタダイオード１２−ｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）のＣ−Ｖ特性の非線形性を反映したインピーダンス行列Ｚ’を演算し、その演算したインピーダンス行列Ｚ’を用いて所望波に実質的に一致するビームパターンを演算することを特徴とする。
【０１３４】
また、図５に示すフローチャートに従ったビームパターンの演算は、パーソナルコンピュータによって実行されるので、小規模な設備を用いて所望波に実質的に一致するビームパターンを演算できる。
【０１３５】
更に、結合インピーダンスｚ０１，ｚ１２，ｚ１３，ｚ１４、およびインピーダンスｚ１１，ｊｘｋの制御電圧依存性（＝マップ（図４））は、小型電波暗室４０を用いて決定されるので、所望波に実質的に一致するビームパターンの演算を小規模な設備を用いて行なうことができる。
【０１３６】
上記においては、適応制御型コントローラ２０は、リアクタンス値を制御することによってビームパターンを変えるアレーアンテナにおいて、所望波に適したビームパターンを演算すると説明したが、この発明においては、これに限らず、適応制御型コントローラ２０は、抵抗値を制御することによってビームパターンを変えるアレーアンテナにおいて、所望波に適したビームパターンを演算してもよいし、一般的に、インピーダンスを制御することによってビームパターンを変えるアレーアンテナにおいて、所望波に適したビームパターンを演算してもよい。リアクタンス値は、インピーダンスの虚部であり、抵抗値は、インピーダンスの実部であるので、一般的には、インピーダンスを制御してアレーアンテナに形成されるビームパターンを変えることができる。従って、この発明は、インピーダンスを制御してビームパターンを変えるアレーアンテナにおいて、所望波に適したビームパターンを演算する適応制御型コントローラ２０に適用される。
【０１３７】
また、無給電素子は、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、無給電素子は、１本以上であればよい。
【０１３８】
更に、図５に示すフローチャートにおいては、相関係数ρｎが所定値以上になると、受信信号ｙ（ｎ）が参照信号ｒ（ｎ）に実質的に一致したと判定し、所望波に実質的に一致するビームパターンの演算を終了するようにしてもよい。
【０１３９】
なお、この発明においては、図５に示すフローチャートに従って所望波に実質的に一致するビームパターンを演算する適応制御型コントローラ２０は、「ビームパターン演算装置」を構成する。
【０１４０】
また、式（１６）に従ってインピーダンス行列Ｚ’を演算する適応制御型コントローラ２０は、「行列演算手段」を構成する。
【０１４１】
更に、インピーダンス行列Ｚ’を用いて相関係数ρｎが”１”に近づくようにビームパターンを演算する適応制御型コントローラ２０は、「ビーム演算手段」を構成する。
【０１４２】
更に、インピーダンスｚｘｋは、「繰込自己インピーダンス」を構成する。
【０１４３】
更に、インピーダンスｚ１１は、「非繰込自己インピーダンス」を構成する。
【０１４４】
更に、図４に示すマップを参照して、制御電圧に対応するインピーダンスｚ１１，ｊｘｋを抽出し、その抽出したインピーダンスｚ１１，ｊｘｋ（ｋ：１〜６）を用いてインピーダンスｚｘｋ（ｋ：１〜６）を決定することは、１つの無給電素子に装荷された可変インピーダンス素子に印加される制御電圧に対応する繰込自己インピーダンスをマップを参照して抽出することによって、Ｍ本の無給電素子に対応するＭ個の繰込自己インピーダンスを抽出してインピーダンス行列を演算することに相当する。
【０１４５】
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】
【０１４６】
この発明は、所望波を実際に受信しなくても所望波に適したビームパターンを演算可能なビームパターン演算装置に適用される。また、この発明は、小規模な設備を用いて所望波に適したビームパターンを演算可能なビームパターン演算装置に適用される。
【図面の簡単な説明】
【０１４７】
【図１】この発明の実施の形態によるビームパターン演算装置を備えるアレーアンテナの制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すアレーアンテナの縦断面図である。
【図３】図１に示すアレーアンテナの構造パラメータを決定するパラメータ決定システムの構成を示すブロック図である。
【図４】バラクタダイオードに印加される制御電圧と無給電素子のインピーダンスとの関係を示す図である。
【図５】最急勾配法を用いた所望波に適したビームパターンを演算する動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】相関係数の反復回数依存性のシミュレーション結果を示す図である。
【図７】演算されたビームパターンを示す図である。
【図８】シミュレーションの結果と実験結果との比較を示す図である。
【図９】従来のアレーアンテナの適応制御を検査する検査システムの概念図である。
【符号の説明】
【０１４８】
１  低雑音増幅器、２  ダウンコンバータ、３  Ａ／Ｄ変換器、４  復調器、５  同軸ケーブル、６  サーキュレータ、７  無線送信機、１０，１００  アレーアンテナ、１１  接地導体、１２−１〜１２−６  バラクタダイオード、２０  適応制御型コントローラ、２１  参照信号発生器、３０  アンテナ測定コントローラ、３１  ネットワークアナライザ、３２−０〜３２−６  プローブ、３３−０〜３３−６  ケーブル、３４  Ｄ／Ａ変換器、３５  位置コントローラ、３６  プローブ移動機構、３６ａ  プローブ支持部材、３７  回転機構、３８  バス、３９  処理メモリ、４０  小型電波暗室、４１  電波吸収体、４２  回転軸、５０  パラメータ決定システム、１０１  受信回路、１０２  計算機、１０３  電圧制御回路、２０１，２０２  送信アンテナ、３００  電波暗室、Ａ０  給電素子、Ａ１〜Ａ６  無給電素子。
【図１】
2006074350.tif 000024
【図２】
2006074350.tif 000025
【図３】
2006074350.tif 000026
【図４】
2006074350.tif 000027
【図５】
2006074350.tif 000028
【図６】
2006074350.tif 000029
【図７】
2006074350.tif 000030
【図８】
2006074350.tif 000031
【図９】
2006074350.tif 000032