(57)【要約】【課題】個々のアンテナ装置の診断のための手間と時間とを省くことができ、また、較正のために専用の装置を必要としないアレイアンテナ装置およびその診断方法を提供する。【解決手段】本発明にかかるアレイアンテナシステム１は、係数記憶装置１２２、カプラ４１０および診断装置１６４を備える。係数記憶装置１２２は、複数の種類の指向性に応じて、複数のアレイアンテナ２のＡＴＴ４００および移相回路４０２において送信信号に与えられる移相量などの組み合わせを記憶する。カプラ４１０は、複数のアンテナ装置４から送信される送信信号の電力を検出する。診断装置１６４は、アンテナ装置４と同じ数の種類の指向性を得るための移相量などの組み合わせにおいて検出された送信信号の電力と、検出された送信信号の電力とに基づいて、複数のアンテナ装置４それぞれの送信特性を診断する。【選択図】図１
2019140462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ送信信号の位相、または、位相および振幅を変更する変更回路を含む複数のアンテナ装置を有し、前記複数のアンテナ装置それぞれの前記変更回路が送信信号に与える移相量、または、移相量および振幅値に応じて、前記アンテナ装置の数より多い種類の指向性を得るアレイアンテナ装置であって、
前記複数の種類の指向性それぞれに応じて、前記複数のアンテナ装置それぞれの前記変更回路において前記送信信号に与えられる前記移相量の組み合わせ、または、前記移相量および振幅値の組み合わせを記憶する記憶装置と、
前記複数のアンテナ装置それぞれから送信される前記送信信号の位相、または、前記送信信号の位相および振幅を検出する検出装置と、
検出された前記送信信号の位相、または、前記送信信号の位相および振幅と、前記複数の種類の指向性のうち、前記アンテナ装置と同じ数の種類の指向性を得るための前記移相量の組み合わせ、または、前記移相量および振幅値の組み合わせそれぞれにおいて検出された前記送信信号の電力とに基づいて、前記複数のアンテナ装置それぞれの送信特性を診断する診断装置と
を備えるアレイアンテナ装置。
【請求項２】
前記指向性はｍ種類あり、前記アンテナ装置の数はｎ個であって、
前記記憶装置は、前記ｍ種類の指向性それぞれを得るための前記ｍ種類の移相量の組み合わせ、または、前記ｍ種類の移相量および振幅値の組み合わせを記憶し、
前記検出装置は、前記ｍ種類のうち、前記アンテナ装置の数に等しいｎ種類の指向性それぞれに対応する前記送信信号の位相、または、前記送信信号の位相および振幅ＴＳ１〜ＴＳｎを検出し、
前記診断装置は、
前記ｍ種類の指向性を得るための移相量の組み合わせ、または、前記ｍ種類の指向性を得るための移相量および振幅値の組み合わせのうち、前記ｎ種類の移相量の組み合わせ、または、前記ｎ種類の移相量および振幅値の組み合わせを列成分として含むｎ×ｎ形式の正則行列Ｗの逆行列Ｗ−１を生成する行列生成装置と、
前記アンテナ装置と同じ数のｎ種類の指向性それぞれにおける前記送信信号の位相、または、前記送信信号の位相および振幅ＤＴＳ１〜ＤＴＳｎを成分とする行ベクトルに、生成された前記逆行列Ｗ−１を乗算して、前記複数のアンテナ装置それぞれの送信特性ＴＣ１〜ＴＣｎを要素として含む行ベクトルを算出する特性算出装置と
を備える
請求項１に記載のアレイアンテナ装置。
【請求項３】
前記指向性はｍ種類あり、前記アンテナ装置の数はｎ個であって、
前記記憶装置は、前記ｍ種類の指向性それぞれを得るための前記ｍ種類の移相量の組み合わせ、または、前記ｍ種類の移相量および振幅値の組み合わせを記憶し、
前記検出装置は、前記ｍ種類のうち、前記アンテナ装置の数に等しいｎ種類の指向性それぞれに対応する前記送信信号の位相、または、前記ｎ種類の前記送信信号の位相および振幅ＤＴＳ１〜ＤＴＳｎを検出し、
前記診断装置は、
前記ｍ種類の移相量の組み合わせ、または、前記ｍ種類の移相量および振幅値の組み合わせのうち、ｎ種類の移相量の組み合わせ、または、前記ｎ種類の移相量および振幅値の組み合わせを行成分として含むｎ×ｎ形式の正則行列Ｗの逆行列Ｗ−１を生成する行列生成装置と、
前記アンテナ装置と同じ数のｎ種類の指向性それぞれにおける前記送信信号の位相、または、前記送信信号の位相および振幅ＤＴＳ１〜ＤＴＳｎを成分とする列ベクトルを、生成された前記逆行列Ｗ−１に乗算して、前記複数のアンテナ装置それぞれの送信特性ＴＣ１〜ＴＣｎを要素として含む列ベクトルを算出する特性算出装置と
を備える
請求項１に記載のアレイアンテナ装置。
【請求項４】
算出された前記送信特性ＴＣ１〜ＴＣｎに基づいて、前記複数のアンテナ装置それぞれが正常に動作しているか否かを判定する診断装置
をさらに有する
請求項２または３に記載のアレイアンテナ装置。
【請求項５】
前記診断装置は、前記送信特性ＴＣ１〜ＴＣｎそれぞれが、予め決められた第１の範囲内にあるか否かを判定し、
前記診断装置は、前記第１の範囲内にある前記送信特性ＴＣ１〜ＴＣｎのうちの０以上の特性に対応する前記アンテナ装置が正常であると診断する
請求項４に記載のアレイアンテナ装置。
【請求項６】
前記診断装置は、前記送信特性ＴＣ１〜ＴＣｎそれぞれが、前記第１の範囲よりも広く予め決められた第２の範囲内にあるか否かを判定し、
前記診断装置は、前記送信特性ＴＣ１〜ＴＣｎのうちの１つ以上が前記第２の範囲外にあるときに、前記アレイアンテナ装置に異常が生じていると診断する
請求項４または５に記載のアレイアンテナ装置。
【請求項７】
前記正則行列Ｗの逆行列Ｗ−１の要素、および、前記送信信号の位相、または、前記ｎ種類の前記送信信号の位相および振幅ＤＴＳ１〜ＤＴＳｎの要素は、複素数として記述される
請求項２〜６のいずれかに記載のアレイアンテナ装置。
【請求項８】
それぞれ送信信号に特性値の変更を与える変更回路を含む複数のアンテナ装置を有し、前記複数のアンテナ装置それぞれの前記変更回路が前記送信信号に与える前記特性値の変更に応じて、前記アンテナ装置の数より多い種類の指向性を得るアレイアンテナ装置の診断方法であって、
前記複数の種類の指向性それぞれに応じて、前記複数のアンテナ装置それぞれの前記変更回路において前記送信信号に与えられる前記特性値の変更の量の組み合わせを記憶し、
前記複数のアンテナ装置それぞれから送信される前記送信信号に与えられる前記特性値の変更の量を検出し、
検出された前記送信信号の特性値の変更の量と、前記複数の種類の指向性のうち、前記アンテナ装置と同じ数の種類の指向性を得るための前記特性値の変更の量の組み合わせそれぞれにおいて検出された前記送信信号の電力とに基づいて、前記複数のアンテナ装置それぞれの送信特性を診断する
アレイアンテナ装置の診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アレイアンテナ装置およびその診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アレイアンテナ装置に含まれる複数のアンテナ装置それぞれを診断するために、いずれかのアンテナ装置の１つから信号を送信し、他のアンテナ装置が送信された信号を受信することを、全てのアンテナ装置からの送信が完了するまで繰り返す方法が知られている。また、このような診断のために、基準送信機を用いる方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−６６２２１号公報
【特許文献２】特許第５９０４８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述されたように、複数のアンテナ装置の１つから信号を送信し、他のアンテナ装置が送信された信号を受信することを繰り返す方法によると、アレイアンテナ装置の診断のための手間がかかり、診断のための時間も長くなる。また、基準送信機を用いる方法によると、アレイアンテナ装置の診断のために専用の装置が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施の形態は、上述した課題を解決するためになされ、個々のアンテナ装置の診断のための手間と時間とを省くことができ、また、較正のために専用の装置を必要としないアレイアンテナ装置およびその診断方法を提供することを課題とする。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施の形態にかかるアレイアンテナシステムの構成を示す図である。
【図２】図２は、図１に示されたアレイアンテナの信号送受信面を例示する図である。
【図３】図１，図２に示されたアレイアンテナの指向性ＤＣ１〜ＤＣｍのうちの１つの指向性ＤＣｅの定義を示す図である。
【図４】アレイアンテナの指向性ＤＣ１〜ＤＣｍを実現するために係数記憶装置に記憶される係数の組み合わせＷｅｆに含まれる係数ｗefgを説明する図である。
【図５】図１に示されたアレイアンテナ診断装置の行列生成装置の第１の処理を示すフローチャートである。
【図６】図１，図２に示されたアレイアンテナの構成を示す図である。
【図７】図２，図６に示された第１のアンテナ装置の構成を示す図である。
【図８】図１に示されたアレイアンテナ制御装置の制御用コンピュータ、指向性制御装置、通信処理装置およびアレイアンテナ診断装置のハードウェアを例示する図である。
【図９】図１に示されたアレイアンテナシステムの診断動作を示すフローチャートである。
【図１０】図２，図６に示された第１のアンテナ装置に置換される第２のアンテナ装置の構成を示す図である。
【図１１】図１に示されたアレイアンテナ診断装置の行列生成装置の第２の処理（Ｓ３）を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
［第１の実施の形態］
以下、第１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、各図においては、同じ構成要素および同じ処理には同じ符号が付される。
【０００８】
［アレイアンテナシステム１の構成］
図１は、実施の形態にかかるアレイアンテナシステム１の構成を示す図である。図２は、図１に示されたアレイアンテナ２の信号送受信面を例示する図である。図１に示すアレイアンテナ２は、図２に示すように２１（ｎ）個の第１のアンテナ装置４−１〜４−２１（４−ｎ）を含む。なお、以下、図２に示すように、アレイアンテナ２の信号送受信面の横方向がＸ軸とされ、縦方向がＹ軸とされ、垂直方向がＺ軸とされる。
【０００９】
図１に示すように、アレイアンテナシステム１は、ｍ種類の指向性ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ）１〜ＤＣｍを実現するアレイアンテナ２と、アレイアンテナ２に指向性ＤＣ１〜ＤＣｍを実現させ、信号の送信および受信を行わせるアレイアンテナ制御装置３とを備える。図３は、図１，図２に示されたアレイアンテナ２の指向性ＤＣ１〜ＤＣｍのうちの１つの指向性ＤＣｅの定義を示す図である。図３に示すように、指向性ＤＣｅは、指向性ＤＣｅにおけるアレイアンテナ２の伝送パターンのうち、最も利得が高いメインビームの利得Ｇｅと、メインビームの方向のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸それぞれに対する角度θｘｅ，θｙｅ，θｚｅとにより定義される。
【００１０】
なお、「アンテナ装置４−１〜４−２１（４−ｎ）」など、複数、存在しうる構成要素を特定せずに示すときには、単に「アンテナ装置４」などと略記されることがある。また、ｎは２以上の整数であり、ｍはｎより大きい整数であり、ｅは１〜ｍのいずれかの整数である。また、アレイアンテナ２の指向性ＤＣ１〜ＤＣｍは、アンテナ装置４それぞれに設定される移相量および振幅値の組み合わせＷｅｆにより実現されるので、ｍは、実際にはｎよりも非常に大きい値となる（ｍ＞＞ｎ）。なお、ｆは、それぞれ１〜ｎのいずれかの整数であり、以下の記載ｅｆにおいて、ｆはｅの添え字である。
【００１１】
アレイアンテナ制御装置３は、アレイアンテナ制御装置３の各構成要素の動作を制御する制御装置１０と、それぞれ制御装置１０に接続された指向性制御装置１２と、通信処理装置１４と、アレイアンテナ診断装置１６とを備える。制御装置１０は、制御用コンピュータ１００と、表示装置などの出力装置とキーボードなどの入力装置とを含み、制御用コンピュータ１００に接続された入出力装置１０２とを備える。
【００１２】
指向性制御装置１２は、アレイアンテナ２の指向性ＤＣ１〜ＤＣｍを実現するためにアレイアンテナ２に設定される係数のｍ種類の組み合わせＷ１（ｗ１１〜ｗ１ｎ），Ｗ２（ｗ２１〜ｗ２ｎ），・・・，Ｗｅ（ｗe１〜ｗeｎ），・・・，Ｗｍ（ｗｍ１〜ｗｍｎ）の全てを記憶する係数記憶装置１２０を備える。
【００１３】
図４は、アレイアンテナ２の指向性ＤＣ１〜ＤＣｍを実現するために係数記憶装置１２０に記憶される係数の組み合わせＷｅｆに含まれる係数ｗefgを説明する図である。係数の組み合わせＷｅｆに含まれる係数ｗefgは、図４に示すように複素数である。係数ｗefgの実数軸に対する角度θは、指向性ＤＣｅを実現するためにアンテナ装置４−ｇに設定される移相量θefgに対応する。また、係数ｗefgのノルム｜ｗefg｜は、下式１に示すように定義される。なお、ｇは、それぞれ１〜ｎのいずれかの整数であり、ｗefgは、係数の組み合わせＷefにおけるｇ番目の係数を示し、以下の記載ｅｇにおいて、ｇはｅの添え字である。
【００１４】
｜Ｗefg｜  ＝  （Ｉｍ（Ｗefg）2＋Ｒｅ（Ｗefg）2）1/2      ・・・（式１）
ただし、０  ≦｜Ｗefg｜  ≦１である。
【００１５】
上式１に定義された係数ｗefgのノルム｜Ｗefg｜は、指向性ＤＣｅを実現するためにアンテナ装置４−ｇに設定される減衰量データＡＴefgとして用いられる（｜Ｗefg｜＝ＡＴefg）。
【００１６】
また、指向性制御装置１２は、減衰・移相量データＡθefgを生成し、アレイアンテナ２に設定する係数設定装置１２２をさらに備える。指向性制御装置１２２は、係数記憶装置１２０に記憶された係数の組み合わせＷｅ１〜Ｗｅｎに基づいて、減衰・移相量データＡθe11〜Ａθe1n，Ａθe21〜Ａθe2n，・・・，Ａθef1〜Ａθefn，・・・，Ａθen1〜Ａθennを生成する。なお、ｅ１〜ｅｎは、１〜ｍのうちのｎ個の整数であって、１≦ｅ１＜ｅ２＜・・・＜ｅｆ＜・・・＜ｅｎ≦ｍである。
【００１７】
減衰・移相量データＡθe11〜Ａθe1n，Ａθe21〜Ａθe2n，・・・，Ａθef1〜Ａθefn，・・・，Ａθen1〜Ａθennそれぞれは、図４を参照して説明したように、アンテナ装置４−１〜４−ｎそれぞれにおける送信信号（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｓｉｇｎａｌ）ＴＳ１〜ＴＳｎに対する減衰量を示す減衰量データＡＴe11〜ＡＴe1n，ＡＴe21〜ＡＴe2n，・・・，ＡＴef1〜ＡＴefn，・・・，ＡＴen1〜ＡＴennそれぞれを含む。
【００１８】
また、減衰・移相量データＡθe11〜Ａθe1n，Ａθe21〜Ａθe2n，・・・，Ａθef1〜Ａθefn，・・・，Ａθen1〜Ａθennそれぞれは、送信信号ＴＳ１〜ＴＳｎに対する移相量を示す移相量データθe11〜θe1n，θe21〜θe2n，・・・，θef1〜θefn，・・・，θen1〜θennそれぞれを含む。なお、減衰量データＡＴefgは、アンテナ装置４−ｇにおける減衰量０ｄＢ〜∞ｄＢ（１〜０倍）の範囲内の値に対応し、移相量データθefgは、−１８０°〜１８０°の範囲内の値に対応する。
【００１９】
通信処理装置１４は、送信信号ＴＳを生成してアレイアンテナ２に出力する送信処理装置１４０を備える。また、通信処理装置１４は、アレイアンテナ２からの受信信号（Ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ  Ｓｉｇｎａｌ）ＲＳを処理して制御装置１０およびアレイアンテナ診断装置１６に出力する受信処理装置１４２をさらに備える。
【００２０】
アレイアンテナ診断装置１６は、図２に示された各アンテナ装置４の診断に用いられるｎ×ｎ形式の正則行列Ｗおよびその逆行列Ｗ−１を生成する行列生成装置１６０をさらに備える。この正則行列Ｗは、アレイアンテナ２の指向性ＤＣ１〜ＤＣｍのうち、ｎ種類の指向性ＤＣｅ１〜ＤＣｅｎに対応する係数の組み合わせＷｅ１〜Ｗｅｎそれぞれを列ベクトルとして含む。つまり、正則行列Ｗの第ｅｆ列のｎ個の要素それぞれは、係数ｗef１〜ｗefｎそれぞれとなる。
【００２１】
図５は、図１に示されたアレイアンテナ診断装置１６の行列生成装置１６０の第１の処理（Ｓ１）を示すフローチャートである。なお、行列生成装置１６０は、図５に示される処理を行うことにより、正則行列Ｗを生成する。
【００２２】
図５に示すように、ステップＳ１００において、図１に示す行列生成装置１６０は、係数記憶装置１２０に記憶され、アレイアンテナ２における指向性ＤＣ１〜ＤＣｍの実現のために用いられる係数の組み合わせＷ１（係数ｗ１１〜ｗ１ｎ），Ｗ２（係数ｗ２１〜ｗ２ｎ），・・・，Ｗｅ（係数ｗe１〜ｗeｎ），・・・，Ｗｍ（係数ｗｍ１〜ｗｍｎ）を参照する。ステップＳ１０２において、行列生成装置１６０は、係数の組み合わせＷ１〜Ｗｍから、それ以前の処理に用いられていないｎ個の係数の組み合わせＷｅ１〜Ｗｅｎをランダムに取得する。なお、Ｓ１０２において取得される係数の組み合わせＷｅ１〜Ｗｅｎは、組み合わせ全体としてそれ以前の処理に用いられていなければよく、係数の組み合わせＷｅ１〜Ｗｅｎの一部が、それ以前の処理に用いられていてもよい。
【００２３】
ステップＳ１０４において、行列生成装置１６０は、ｎ個の係数の組み合わせＷｅ１〜Ｗｅｎに含まれる係数ｗe１1〜ｗe1ｎ，・・・，ｗefg〜ｗefg，・・・，ｗen1〜ｗennそれぞれを、下式２に示すように、ｎ個の列それぞれの要素として含むｎ×ｎ形式の行列Ｗを生成する。
【００２４】
【数１】
2019140462.tif 000003
【００２５】
ステップＳ１０６において、行列生成装置１６０は、行列Ｗに含まれる任意の２つの列ｆ，ｇ同士が、十分に異なる方向の指向性ＤＣｅｆ，ＤＣｅｇに対応するか否かを判断する。この判断のために、行列生成装置１６０は、行列Ｗに含まれるｎ行のうちの２つの全ての組み合わせの内積に基づいて、列ｆ，ｇの間の角度θのｃｏｓθの絶対値｜ｃｏｓθｆｇ｜を算出する。
【００２６】
つまり、行列生成装置１６０は、下式３，４に示すように、ｆ，ｇの全ての組み合わせについて、行列Ｗのｆ番目の列〔ｗ１ｆ〜ｗｎｆ〕を行ベクトルとし、ｇ番目の列〔ｗ１ｇ〜ｗｎｇ〕を列ベクトルとする。さらに、行列生成装置１６０は、内積（Ｓｃａｌａｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔ）ＳＰfｇ＝｜ｆ｜・｜ｇ｜ｃｏｓθｆｇを算出し、内積ＳＰfｇから絶対値｜ｃｏｓθｆｇ｜を算出する。ただし、下式３，４においては、ｆ≠ｇであり、｜ｆ｜，｜ｇ｜はｆ，ｇのノルムである。
【００２７】
【数２】
2019140462.tif 000004
【００２８】
|ｃｏｓθｆｇ| ＝ ｜ＳＰｆｇ／（｜ｆ｜・｜ｆ｜）｜            ・・・（式４）
【００２９】
さらに、行列生成装置１６０は、絶対値｜ｃｏｓθｆｇ｜の全てが、予め決められた閾値ＴＨ0以下か否かを判断する。行列生成装置１６０は、絶対値｜ｃｏｓθｆｇ｜の全てが、予め決められた閾値ＴＨ0以下であるとき（Ｓ１０６の処理においてＹ）には、Ｓ１０８の処理に進む。行列生成装置１６０は、これ以外（同Ｎ）のときには行列Ｗを消去し、Ｓ１０２の処理に戻る。なお、行列生成装置１６０は、制御装置１０の制御に従い、アレイアンテナ診断装置１６によるアレイアンテナ２およびアンテナ装置４の診断結果に応じて、この閾値ＴＨ0を適宜、調整し、最適化する。
【００３０】
ステップＳ１０８において、行列生成装置１６０は、行列Ｗが、逆行列Ｗ−１を定義され得る正則行列であるか否かを判断する（ＷＷ−１＝Ｅｎ；Ｅｎはｎ×ｎ形式の単位行列）。行列生成装置１６０は、行列Ｗが正則行列のとき（Ｓ１０８の処理においてＹ）にはＳ１１０の処理に進み、これ以外のとき（同Ｎ）には行列Ｗを消去し、Ｓ１０２の処理に戻る。ステップＳ１１０において、行列生成装置１６０は、正則行列Ｗの逆行列Ｗ−１を算出する。
【００３１】
また、図１に示されたアレイアンテナ診断装置１６は、アレイアンテナ２により得られた検出送信信号（Ｄｅｔｅｃｔｅｄ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｓｉｇｎａｌ）ＤＴＳと、生成された逆行列Ｗ−１とを用いて各アンテナ装置４の送信特性ＴＣ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ）ｆｇを算出する特性算出装置１６２をさらに備える。また、アレイアンテナ診断装置１６は、算出された各アンテナ装置４が正常であるか否か、および、アレイアンテナ２全体としての動作が正常であるか否かを診断する診断装置１６４をさらに備える。
【００３２】
［アレイアンテナ２］
図６は、図１，図２に示されたアレイアンテナ２の構成を示す図である。図６に示すように、アレイアンテナ２は、図２に示されたアンテナ装置４−１〜４−ｎと、アンテナ装置４−１〜４−ｎに接続された分配回路２０と、合成回路２２，２４とを備える。分配回路２０は、アレイアンテナ制御装置３から入力された送信信号ＴＳを、アンテナ装置４−１〜４−ｎに等分し、送信信号ＴＳ１〜ＴＳｎとして分配する。
【００３３】
合成回路２２は、アンテナ装置４−１〜４−ｎから入力された受信信号ＲＳ１〜ＲＳｎを加算して合成し、受信信号ＲＳとしてアレイアンテナ制御装置３に出力する。合成回路２４は、アンテナ装置４−１〜４−ｎにおいて検出された検出送信信号ＤＴＳ１〜ＤＴＳｎおよび検出受信信号ＤＲＳ（Ｄｅｔｅｃｔｅｄ  Ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ  Ｓｉｇｎａｌ）１〜ＤＲＳｎそれぞれを加算して合成し、検出送信信号ＤＴＳおよび検出受信信号ＤＲＳそれぞれとしてアレイアンテナ制御装置３に出力する。
【００３４】
［アンテナ装置４］
図７は、図２，図６に示された第１のアンテナ装置４−ｇの構成を示す図である。アンテナ装置４−ｇは、アレイアンテナ制御装置３の制御に従って動作する。図７に示すように、アンテナ装置４−ｇは、図６に示された分配回路２０から入力された送信信号ＴＳｇに、図３に示された指向性ＤＣｅｆに対応する減衰・移相量データＡθefgに含まれる減衰量データＡＴefg（図４）を乗算する可変アッテネータ（ＡＴＴ）４００−ｇを備える。
【００３５】
また、アンテナ装置４−ｇは、減衰量データＡＴefgが乗算された送信信号ＴＳｇを、減衰・移相量データＡθefgに含まれる移相量θefgに従って移相する移相回路４０２−ｇをさらに備える。また、アンテナ装置４−ｇは、移相された信号ＴＳｇを増幅する送信アンプ４０４−ｇと、受信信号ＲＳｇを増幅する受信アンプ４１４−ｇとをさらに備える。
【００３６】
また、アンテナ装置４−ｇは、移相回路４０２−ｇと同様に、増幅された受信信号ＲＳｇを、減衰・移相量データＡθefgに含まれる移相量データθefgに従って移相する移相回路４１６−ｇをさらに備える。また、アンテナ装置４−ｇは、ＡＴＴ４００−ｇと同様に、移相された受信信号ＲＳｇに減衰量データＡＴefgを乗算するＡＴＴ４１８−ｇをさらに備える。また、アンテナ装置４−ｇは、送信アンプ４０４−ｇからの送信信号ＴＳｇおよび受信アンプ４１４−ｇへの送信信号ＴＳｇの周波数帯域を制限するフィルタ４０８−ｇをさらに備える。
【００３７】
また、アンテナ装置４−ｇは、送信アンプ４０４−ｇから入力された送信信号ＴＳｇをフィルタ４０８−ｇに導き、フィルタ４０８−ｇから入力された受信信号ＲＳｇを受信アンプ４１４−ｇに導くサーキュレータ４０６−ｇと、フィルタ４０８−ｇとアンテナ４１２−ｇとの間に接続されたカプラ４１０−ｇとをさらに有する。
【００３８】
カプラ４１０−ｇは、フィルタ４０８−ｇとアンテナ４１２−ｇとの間でインピーダンスを整合させる。さらに、カプラ４１０−ｇは、フィルタ４０８−ｇから入力された送信信号ＴＳｇの一部およびアンテナ４１２−ｇから入力された受信信号ＲＳｇの一部を、検出送信信号ＤＴＳｇおよび検出受信信号ＤＲＳｇとしてアレイアンテナ制御装置３に出力する。なお、カプラ４１０−ｇが出力する検出送信信号ＤＴＳｇおよび検出受信信号ＤＲＳｇの電力は、アンテナ４１２−ｇから送受信される送信信号ＴＳｇおよび受信信号ＲＳｇの電力の１／１００である。
【００３９】
［ハードウェア構成］
図８は、図１に示されたアレイアンテナ制御装置３の制御装置１０の制御用コンピュータ１００、指向性制御装置１２、通信処理装置１４およびアレイアンテナ診断装置１６のハードウェア１８を例示する図である。図８に示すように、ハードウェア１８は、バス１９０を介して相互に接続されたＣＰＵ１８０と、メモリ１８２と、Ｉ／Ｏ回路１８４と、記録装置１８６とを備える。制御装置１０の制御用コンピュータ１００のハードウェア１８は、入出力装置１０２をさらに備える。通信処理装置１４用のハードウェア１８は、信号処理回路１８８をさらに備える。
【００４０】
ＣＰＵ１８０は、ＣＰＵ本体の他に、クロック回路および割り込み制御回路などの周辺回路を含む。メモリ１８２は、ＲＯＭおよびＲＡＭを含む。Ｉ／Ｏ回路１８４は、アレイアンテナシステム１の他の構成要素との間を接続する。記録装置１８６は、ＣＤ、ＤＶＤ、ＨＤＤおよびフラッシュメモリの不揮発性記録媒体に対してデータの書き込みおよび読み出しを行う。信号処理回路１８８は、送信信号ＴＳ、受信信号ＲＳ、検出送信信号ＤＴＳおよび検出受信信号ＤＲＳまたはこれらの１つ以上の処理を行う。
【００４１】
アレイアンテナシステム１は、これらの構成要素により、アレイアンテナ２の指向性ＤＣ１〜ＤＣｍを実現し、送信信号ＴＳを送信し、受信信号ＲＳを受信する。また、アレイアンテナシステム１は、これらの構成要素により、アンテナ装置４−１〜４−ｎそれぞれが正常に動作しているか否か、および、アレイアンテナ２が全体として正常に動作しているか否かを診断する。この診断は、アレイアンテナ２の指向性ＤＣ１〜ＤＣｍのうち、ｎ種類の指向性ＤＣｅ１〜ＤＣｅｎにおいて検出された検出送信信号ＤＴＳｅ１〜ＤＴＳｅｎと、上記逆行列Ｗ−１とを用いて行われる。
【００４２】
［アレイアンテナシステム１の動作］
以下、アレイアンテナシステム１の動作を説明する。
アレイアンテナ制御装置３において、図１に示す制御装置１０の制御用コンピュータ１００は、図１，図２，図６，図７に示されたアレイアンテナ２により実現される指向性ＤＣ１〜ＤＣｍに対応する係数の組み合わせＷ１〜Ｗｍ（ｗ11〜ｗ1ｎ，・・・，ｗe1〜ｗeｎ，・・・，ｗn１〜ｗnn）を算出する。
【００４３】
なお、制御用コンピュータ１００による指向性ＤＣ１〜ＤＣｍに対応する係数の組み合わせＷ１〜Ｗｍの算出は、アレイアンテナシステム１のユーザに従ったアレイアンテナシステム１の送信動作または受信動作のシミュレーションにより行われる。あるいは、制御用コンピュータ１００による指向性ＤＣ１〜ＤＣｍに対応する係数の組み合わせＷ１〜Ｗｍの算出は、アレイアンテナシステム１のユーザの操作に従ったアレイアンテナシステム１の送信動作または送信動作の実測結果に基づいて行われる。
【００４４】
制御用コンピュータ１００は、算出された係数の組み合わせＷ１〜Ｗｍを、指向性制御装置１２の係数記憶装置１２０に記憶させる。係数記憶装置１２０は、記憶した係数の組み合わせＷ１〜Ｗｍを、係数設定装置１２２および行列生成装置１６０における処理のために、係数設定装置１２２および行列生成装置１６０に参照させる。
【００４５】
［通常動作］
アレイアンテナシステム１の通常動作は、以下に説明するように行われる。制御用コンピュータ１００は、入出力装置１０２に対するアレイアンテナシステム１のユーザによる指向性ＤＣｅｆの選択のための操作に応じて、この操作により選択された指向性ＤＣｅｆを示すデータを指向性制御装置１２の係数設定装置１２２に出力する。あるいは、制御用コンピュータ１００は、予め決められた時間間隔で、指向性ＤＣ１〜ＤＣｍのいずれかの指向性ＤＣｅｆを順次、選択し、選択された指向性ＤＣ１〜ＤＣｍのいずれかの指向性ＤＣｅｆを示すデータを、係数設定装置１２２に順次、出力する。
【００４６】
係数設定装置１２２（図１）は、アレイアンテナ２のアンテナ装置４−ｇ（図６）において、指向性ＤＣｅｆに対応する係数の組み合わせＷｅｆを処理し、減衰・移相量データＡθefgを生成する。さらに、係数設定装置１２２は、生成された減衰・移相量データＡθefgに含まれる減衰量データＡＴefg（図４）を、ＡＴＴ４００−ｇ，４１８−ｇに設定する。また、係数設定装置１２２は、アレイアンテナ２のアンテナ装置４−ｇにおいて、減衰・移相量データＡθefgに含まれる移相量データθefg（図４）を、移相回路４０２−ｇ，４１６−ｇに設定する。
【００４７】
アレイアンテナ診断装置１６の送信処理装置１４０（図１）は、送信信号ＴＳを生成し、アレイアンテナ２に出力する。アレイアンテナ２において、分配回路２０（図６）は、通信処理装置１４の送信処理装置１４０から入力された送信信号ＴＳを等分した送信信号ＴＳ１〜ＴＳｎそれぞれを、アンテナ装置４−１〜４−ｎそれぞれに出力する。
【００４８】
ＡＴＴ４００−ｇは、設定された減衰量データＡＴefgを、入力された送信信号ＴＳｇに乗算する。移相回路４０２−ｇは、設定された移相量データθefgに従って、ＡＴＴ４００−ｇから入力された送信信号ＴＳｇを移相する。送信アンプ４０４−ｇは、移相回路４０２−ｇにより移相された送信信号ＴＳｇを電力増幅し、サーキュレータ４０６−ｇ、フィルタ４０８−ｇおよびカプラ４１０−ｇを介して、アンテナ４１２−ｇから送信する。この結果、図３を参照して説明した指向性ＤＣｅｆで、送信信号ＴＳがアレイアンテナ２から送信される。
【００４９】
受信アンプ４１４−ｇは、カプラ４１０−ｇ、フィルタ４０８−ｇおよびサーキュレータ４０６−ｇを介してアンテナ４１２−ｇから入力された受信信号ＲＳｇを増幅し、移相回路４１６−ｇに出力する。移相回路４１６−ｇは、設定された移相量データθefgに従って、サーキュレータ４０６−ｇから入力された受信信号ＲＳｇを移相し、ＡＴＴ４１８−ｇは、設定された移相量データθefgに従って、移相回路４１６−ｇから入力された受信信号ＲＳｇを減衰させ、合成回路２２に出力する。
【００５０】
合成回路２２は、ＡＴＴ４１８−１〜４１８−ｎから入力された受信信号ＲＳ１〜ＲＳｎを合成し、受信信号ＲＳとして受信処理装置１４２に出力する。受信処理装置１４２は、合成回路２２から入力された受信信号ＲＳを処理し、処理結果を制御用コンピュータ１００に出力する。制御用コンピュータ１００は、この処理結果を入出力装置１０２に表示する。
【００５１】
［診断動作］
以下、アレイアンテナシステム１の診断動作を説明する。図１に示されたアレイアンテナ診断装置１６の行列生成装置１６０は、図５を参照して説明したように、指向性制御装置１２の係数記憶装置１２０に記憶された係数の組み合わせＷ１〜Ｗｍを参照する。さらに、行列生成装置１６０は、アンテナ装置４−１〜４−ｎそれぞれを個別に診断するために用いられる正則行列Ｗ（上式２）を算出し、さらに、この正則行列Ｗの逆行列Ｗ−１を算出して特性算出装置１６２に出力する。
【００５２】
制御用コンピュータ１００は、入出力装置１０２に対するアレイアンテナシステム１のユーザによる診断のための操作に応じてアレイアンテナ２の各アンテナ装置４の診断を開始する。図９は、図１に示されたアレイアンテナシステム１の診断動作（Ｓ２）を示すフローチャートである。図９に示すステップＳ２００において、係数設定装置１２２は、制御用コンピュータ１００の制御に従って、診断に用いられる指向性ＤＣｅ１〜ＤＣｅｎの実現に用いられる係数の組み合わせＷｅ１〜Ｗｅｎの全てについて診断処理が終了したか否かを判断する。係数設定装置１２２は、診断処理が終了したとき（Ｓ２００の処理においてＹ）にはＳ２０２の処理に進み、これ以外のとき（同Ｎ）にはＳ２０６の処理に進む。
【００５３】
ステップＳ２０２において、係数設定装置１２２は、診断に用いられる指向性ＤＣｅｆの実現に用いられる係数の組み合わせＷｅｆを係数記憶装置１２０から取得する。また、係数設定装置１２２は、係数の組み合わせＷｅｆ（係数ｗef1〜ｗefn）を、アンテナ装置４−１〜４−ｎ（図７）に設定する。つまり、係数設定装置１２２は、係数ｗef1〜ｗefnが示す減衰量データＡＴef1〜ＡＴefnよび移相量データθef1〜θefn（図４）を、ＡＴＴ４００−１〜４００−ｎ，４１８−１〜４１８−ｎおよび移相回路４０２−１〜４０２−ｎ，４１６−１〜４１６−ｎそれぞれに設定する。
【００５４】
ステップＳ２０４において、制御用コンピュータ１００は、送信処理装置１４０を制御し、送信信号ＴＳをアレイアンテナ２に出力させる。アンテナ装置４−１〜４−ｎのカプラ４１０−１〜４１０−ｎそれぞれは、アンテナ４１２−１〜４１２−ｎそれぞれから出力される送信信号の電力の１／１００を検出送信信号ＤＴＳ１〜ＤＴＳｎとして合成回路２４（図７）に出力する。合成回路２４は、入力された検出送信信号ＤＴＳ１〜ＤＴＳｎを合成し、検出送信信号ＤＴＳｅｆとして特性算出装置１６２に出力する。特性算出装置１６２は、合成回路２４から入力された検出送信信号ＤＴＳｅｆを記憶し、Ｓ２００の処理に戻る。なお、検出送信信号ＤＴＳｅｆは、電力値と移相量とを示す複素数の形式をとる。
【００５５】
ステップＳ２０６において、特性算出装置１６２は、検出送信信号ＤＴＳｅ１〜ＤＴＳｅｎそれぞれを要素とし、下式４に定義される行形式の検出送信信号ベクトルＶTSを生成する。
【００５６】
ＶTS  ＝  〔DTSe1, DTSe2,…, DTSef,…, DTSen〕／ＰTS      ・・・（式４）
ただし、ＰTSは、アレイアンテナ２に入力される送信信号ＴＳの電力値である。
【００５７】
ステップＳ２０８において、特性算出装置１６２は、下式５に示すように、検出送信信号ベクトルＶTSに、上式２に示された正則行列Ｗの逆行列Ｗ−１を乗算し、アンテナ装置４−１〜４−ｎそれぞれの送信特性ＴＣ１〜ＴＣｎを要素とする列形式の送信特性ベクトルＶTCを算出し、診断装置１６４に出力する。
【００５８】
ＶTC  ＝  ＶTSＷ−１        ・・・（式５）
【００５９】
ステップＳ２１０において、診断装置１６４は、送信特性ベクトルＶTCに含まれる送信特性ＴＣ１〜ＴＣｎのノルム｜ＴＣ１｜〜｜ＴＣｎ｜それぞれを判断し、アンテナ装置４−１〜４−ｎそれぞれが正常に動作しているか否かを判断する。また、診断装置１６４は、送信特性ＴＣ１〜ＴＣｎのノルム｜ＴＣ１｜〜｜ＴＣｎ｜それぞれを判断し、アレイアンテナ２が全体として正常に動作しているか否かを判断する。
【００６０】
つまり、診断装置１６４は、アンテナ装置４−ｇの送信特性ＴＣｇのノルム｜ＴＣｇ｜が、予め実測またはシミュレーションにより求められ、アンテナ装置４−ｇが正常に動作していると判断される範囲ＴＨTC1〜ＴＨTC2（ＴＨTC1＞ＴＨTC2）に入っているか否かを判断する。診断装置１６４は、送信特性ＴＣｇのノルム｜ＴＣｇ｜が範囲ＴＨTC1〜ＴＨTC2に入っているときには、アンテナ装置４−ｇが正常に動作していると診断し、これ以外のときにはアンテナ装置４−ｇの動作に異常が生じていると診断する。
【００６１】
また、診断装置１６４は、予め実測またはシミュレーションにより求められ、アンテナ装置４−ｇの送信特性ＴＣｇのノルム｜ＴＣｇ｜が極端に範囲ＴＨTC1〜ＴＨTC2から逸脱し、アレイアンテナ２全体としての性能に影響を与えているか否かを診断する。つまり、診断装置１６４は、送信特性ＴＣｇのノルム｜ＴＣｇ｜が、予め実測またはシミュレーションにより求められ、アレイアンテナ２が全体として正常に動作していると判断される範囲ＴＨTC3〜ＴＨTC4（ＴＨTC3＞ＴＨTC1＞ＴＨTC2＞ＴＨTC4）に入っているか否かを判断する。
【００６２】
診断装置１６４は、送信特性ＴＣ１〜ＴＣｎのノルム｜ＴＣ１｜〜｜ＴＣｎ｜の１つ以上がＴＨTC3〜ＴＨTC4の範囲外となっているときには、１つ以上のアンテナ装置４の異常により、アレイアンテナ２が全体として正常に動作していないと診断する。診断装置１６４は、これらの診断結果を制御用コンピュータ１００に通知し、制御用コンピュータ１００は、これらの診断結果を入出力装置１０２に表示する。
【００６３】
［第２の実施の形態］
図１０は、図２，図６に示された第１のアンテナ装置４−ｇに置換される第２のアンテナ装置５−ｇの構成を示す図である。図１０に示すように、第２のアンテナ装置５−ｇは、図７に示された第１のアンテナ装置４−ｇから、ＡＴＴ４００−ｇ，４１８−ｇを除いた構成をとる。
【００６４】
アレイアンテナ２において、アンテナ装置４−ｇをアンテナ装置５−ｇで置換して、送信信号ＴＳｇを減衰させないようにしても、様々な指向性ＤＣ１〜ＤＣｍを実現することができる。なお、アレイアンテナ２において、アンテナ装置４−ｇの代わりにアンテナ装置５−ｇを用いるときには、図４を参照して説明した係数ｗefgのノルム｜ＡＴefg｜（＝Ｉｍ(ｗefg）2＋Ｒｅ(ｗefg）2）の値を常に１に保てばよい。
【００６５】
［第３の実施の形態］
図１１は、図１に示されたアレイアンテナ診断装置１６の行列生成装置１６０の第２の処理（Ｓ３）を示すフローチャートである。図１１に示すように、行列生成装置１６０の第２の処理においては、図５に示された行列生成装置１６０の第１の処理（Ｓ１）のＳ１０４、Ｓ１０８およびＳ１１０が、Ｓ３００、Ｓ３０２およびＳ３０４の処理に置換されている。
【００６６】
つまり、図１１に示されたＳ３００の処理においては、上式２に示された行列Ｗの転置行列ＷＴが得られ、Ｓ３０２の処理においては、転置行列ＷＴが正則行列であるか否かが判断され、Ｓ３０４の処理においては、転置行列ＷＴの逆行列（ＷＴ）−１が算出される。このように算出された逆行列（ＷＴ）−１に、上式３に示された検出送信信号ベクトルＶTSを転置して列ベクトルとした検出送信信号ベクトルＶTSTを乗算することによっても、下式６に示すように、行形式の送信特性ベクトルＶTCを得ることができる。
【００６７】
ＶTC  ＝  （（ＷＴ）−１）ＶTST      ・・・（式６）
【００６８】
［変形例］
なお、上述した実施の形態においては、図１に示された制御装置１０、指向性制御装置１２、通信処理装置１４およびアレイアンテナ診断装置１６が、それぞれのハードウェア１８（図２）により実現される場合が具体例とされたが、これらのうちの２つ以上が同じハードウェア１８により実現されてもよい。また、図２には、アレイアンテナ２がアンテナ装置４を２１個含む場合が例示されているが、アレイアンテナ２に含まれるアンテナ装置４−ｉの数は、２１個未満であっても、２１個より多くてもよい。
【００６９】
また、図３に示された指向性ＤＣｅは、メインビームの利得Ｇｅ、メインビームのＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸それぞれに対する角度θｘｅ，θｙｅ，θｚｅにより定義されたが、図１０を参照して説明したように、アンテナ装置４−ｇにおいて利得Ｇｅを制御しないときには、角度θｘｅ，θｙｅ，θｚｅのみにより定義されてもよい。また、以上、アレイアンテナシステム１における診断処理が、通常動作と別途行われる場合を説明したが、通常動作において指向性ＤＣｅ１〜ＤＣｅｎが実現されたときに得られた受信信号ＤＲＳｅ１〜ＤＴＳｅｎを利用した診断処理が行われてもよい。
【００７０】
また、検出送信信号ＤＴＳｇおよび検出受信信号ＤＲＳｇの電力は、アンテナ４１２−ｇから送受信される送信信号ＴＳｇおよび受信信号ＲＳｇの電力の１／１００以外、例えば、１／１０００あるいは１／１０であってもよい。また、上述した実施の形態においては、検出受信信号ＤＲＳに対する処理は特に示されなかったが、検出受信信号ＤＲＳを利用して、適宜、様々な処理を行うことができる。
【００７１】
本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示されたものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７２】
１  アレイアンテナシステム
１０  制御装置
１００  制御用コンピュータ
１０２  入出力装置
１２  指向性制御装置
１２０  係数記憶装置
１２２  係数設定装置
１４  通信処理装置
１４０  送信処理装置
１４２  受信処理装置
１６  アレイアンテナ診断装置
１６０  行列生成装置
１６２  特性算出装置
１６４  診断装置
１８  ハードウェア
１８０  ＣＰＵ
１８２  メモリ
１８４  Ｉ／Ｏ回路
１８６  記録装置
１８８  信号処理回路
１９０  バス
２  アレイアンテナ
２０  分配回路
２２，２４  合成回路
４  アンテナ装置
４００，４１８  ＡＴＴ
４０２，４１６  移相回路
４０４  送信アンプ
４０６  サーキュレータ
４０８  フィルタ
４１０  カプラ
４１２  アンテナ
４１４  受信アンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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