(57)【要約】【課題】装置の小型化を実現可能なアンテナ装置を得ること。【解決手段】アンテナ装置１０は、アンテナ素子１１が受信した信号の位相を第１の変更量で変更して出力する処理と、受信した信号の位相を第２の変更量で変更して出力する処理と、を時分割で実行する、アンテナ素子と同数の送受信モジュール１２と、送受信モジュールから出力された信号に基づいてビームを形成するビームフォーミング部（受信機１３，時間平均処理部１４，ＤＢＦ部１６）と、共役関係にある２つの位相とビームを形成するための位相とに基づいて、第１の変更量および第２の変更量を送受信モジュールに設定する制御部１８と、を備える。【選択図】図１
2019029719.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレーアンテナを形成する複数のアンテナ素子と、
前記アンテナ素子と１対１で接続され、接続されている前記アンテナ素子が受信した信号の位相を第１の変更量で変更して出力する処理と、接続されている前記アンテナ素子が受信した信号の位相を第２の変更量で変更して出力する処理と、を時分割で切り替えながら実行する、前記アンテナ素子と同数の送受信モジュールと、
前記送受信モジュールから出力された信号に基づいてビームを形成するビームフォーミング部と、
共役関係にある２つの位相と前記ビームを形成するための位相とに基づいて、前記第１の変更量および前記第２の変更量を前記送受信モジュールに設定する制御部と、
を備えることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記送受信モジュールが前記信号の位相を前記第１の変更量で変更した場合に前記送受信モジュールから出力される信号の位相が、前記２つの位相の一方と前記ビームを形成するための位相とを加算した位相と一致し、前記送受信モジュールが前記信号の位相を前記第２の変更量で変更した場合に前記送受信モジュールから出力される信号の位相が、前記２つの位相の他方と前記ビームを形成するための位相とを加算した位相と一致するよう、前記第１の変更量および前記第２の変更量を前記送受信モジュールに設定する、
ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記送受信モジュールの各々から出力された信号の位相を一纏めにしたものを励振位相分布としたとき、
前記制御部は、複数存在するサブアレーごとの励振位相分布の重心の位置が、複数の前記励振位相分布の間でばらつくよう、前記第１の変更量および前記第２の変更量を設定する、
ことを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記サブアレーごとの前記励振位相分布の重心の位置を前記複数のアンテナ素子で形成されるアンテナ開口上に示したとき、
前記制御部は、前記重心の位置が非周期アレー配列となるよう、前記第１の変更量および前記第２の変更量を設定する、
ことを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記非周期アレー配列をサンフラワー配列またはダイヤモンドタイル配列とする、
ことを特徴とする請求項４に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記サブアレーごとの前記励振位相分布の重心の位置を前記複数のアンテナ素子で形成されるアンテナ開口上に示したとき、
前記制御部は、前記重心の位置が、前記サブアレーの範囲内で前記サブアレーの中心から前記アンテナ開口の中央方向にシフトするよう、前記第１の変更量および前記第２の変更量を設定する、
ことを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サブアレーを形成する複数のアンテナ素子で受信した信号をディジタルビームフォーミング（ＤＢＦ：Digital  Beam  Forming）により合成するアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数アンテナ素子を備え、ＤＢＦにより信号を処理するアンテナ装置は、指向方向がそれぞれ異なる複数のペンシルビームを配列してマルチビームを形成することにより、広角な覆域をカバーできる。マルチビームは、複数のアンテナ素子で受信した信号の位相をアンテナ素子毎に所望の値に調整した後に合成することにより形成される。マルチビームを形成して行う受信動作の場合、同じ覆域を１つのペンシルビームを走査することによりカバーする場合よりも短時間で目的の信号を受信することができる。
【０００３】
しかし、マルチビームを形成する場合、グレーティングローブの発生を抑制する必要がある。このようなマルチビームを形成するアンテナ装置を適用して目標を探知するレーダ装置を実現する場合、グレーティングローブが発生すると、誤方向探知、探知距離減少などの問題が発生する。アンテナ装置をレーダ装置以外の受信装置に適用した場合にも、特定方向の受信感度が落ち込むなどの問題が発生する。グレーティングローブは、アレーアンテナにおいて生じる不要波であり、隣り合ったサブアレー同士の距離に起因して発生する。
【０００４】
特許文献１には、マルチビームを形成する場合のグレーティングローブの抑圧が可能な従来のアンテナ装置が記載されている。特許文献１に記載のアンテナ装置においては、各サブアレーの振幅分布の重心座標が互いに異なるように調整してグレーティングローブを抑圧している。特許文献１に記載のアンテナ装置では、素子アンテナの励振振幅値を素子アンテナ毎に互いに異なる値に設定することにより、各サブアレーの振幅分布の重心座標を調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１０９１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のアンテナ装置は、各素子アンテナの励振振幅値を調整するための減衰器を素子アンテナ毎に備える必要がありアンテナ装置を小型化するのが難しいという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、装置の小型化を実現可能な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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるアンテナ装置は、アレーアンテナを形成する複数のアンテナ素子と、アンテナ素子と１対１で接続され、接続されているアンテナ素子が受信した信号の位相を第１の変更量で変更して出力する処理と、接続されているアンテナ素子が受信した信号の位相を第２の変更量で変更して出力する処理と、を時分割で切り替えながら実行する、アンテナ素子と同数の送受信モジュールと、を備える。アンテナ装置は、また、送受信モジュールから出力された信号に基づいてビームを形成するビームフォーミング部と、を備える。アンテナ装置は、さらに、共役関係にある２つの位相とビームを形成するための位相とに基づいて、第１の変更量および第２の変更量を送受信モジュールに設定する制御部と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、装置の小型化を実現可能なアンテナ装置を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態にかかるアンテナ装置の構成例を示す図
【図２】アンテナ装置が備える送受信モジュールの構成例を示す図
【図３】励振位相と励振振幅の対応関係の一例を示す図
【図４】アレーアンテナの各サブアレーの配列の例を示す図
【図５】アレーアンテナの各サブアレーの励振位相分布の重心の設定方法の例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態にかかるアンテナ装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態にかかるアンテナ装置の構成例を示す図である。本実施の形態にかかるアンテナ装置１０は、複数のアンテナ素子１１と、アンテナ素子１１と１対１で接続される、アンテナ素子１１と同じ数の送受信モジュール１２と、複数の受信機１３と、受信機１３と１対１で接続される、受信機１３と同じ数の時間平均処理部１４と、ディジタルビームフォーミング（ＤＢＦ）部１６と、信号処理部１７と、制御部１８と、励振時間設定部１９とを備える。複数のアンテナ素子１１はアレーアンテナを形成する。以下、複数のアンテナ素子１１によって形成されたアレーアンテナをアンテナ開口と呼ぶ場合がある。アンテナ装置１０は、ディジタルビームフォーミングを利用してマルチビーム捜索を行うＤＢＦレーダ装置などに適用することが可能である。本実施の形態では、アンテナ装置１０をＤＢＦレーダ装置に適用した場合のアンテナ装置１０の動作およびアンテナ装置１０の各構成要素が実行する処理について説明する。
【００１３】
アンテナ装置１０において、２以上のアンテナ素子１１および送受信モジュール１２は、受信機１３および時間平均処理部１４とともにサブアレー部１５を構成する。複数のサブアレー部１５のそれぞれが備えているアンテナ素子１１は、サブアレーを形成する。各サブアレーを形成するアンテナ素子１１の数は同じであり、各サブアレーの物理的な形状、すなわち、アンテナ素子１１を並べて出来上がる、各アンテナ素子１１の素子面が形成する平面の形状も同じである。各サブアレー部１５は、受信機１３および時間平均処理部１４のそれぞれを１つずつ備える。なお、図１において、点線の矢印は制御信号を表す。
【００１４】
アンテナ装置１０は、目標が存在する空間に向けて電波を放射し、目標で反射された電波を受信することにより目標を検出するレーダ装置などに適用される。
【００１５】
アンテナ装置１０は、受信系の構成および処理に特徴を有する。そのため、図１では、送信機、送信信号を各送受信モジュール１２へ分配する回路など、信号を送信する動作にのみ用いられる構成要素については記載を省略している。送信系は上記の特許文献１に記載のアンテナ装置などの従来のアンテナ装置と同様の構成を適用することができる。本実施の形態では、アンテナ装置１０の受信系の構成および処理について説明する。なお、アンテナ素子１１および送受信モジュール１２は送信系および受信系で共用される。
【００１６】
送受信モジュール１２は増幅器および移相器を含む。また、受信機１３はアナログ−ディジタル変換器（ＡＤＣ：Analog  to  Digital  Converter）を含む。時間平均処理部１４は、受信機１３が受信した信号の時間平均を求める。ＤＢＦ部１６は、受信信号に対してディジタルビームフォーミング処理を実行してマルチビームを形成する。信号処理部１７は、目標物で反射された信号を受信信号から検出する。制御部１８は、送受信モジュール内に組み込まれている移相器の制御、送受信系の切り換え制御などを行う。励振時間設定部１９は、送受信モジュール１２に含まれる移相器が信号の位相を変更する際の変更量の設定を切り替える時間を送受信モジュール１２に設定する。
【００１７】
図１に示したアンテナ装置１０は、時間変調アレー技術を用いて、受信した信号に含まれる不要な成分を抑圧する。時間変調アレー技術は、特許文献「特開２０１３−２１９７４２号公報」などで開示されているように、時間ウェイトの概念を利用している。具体的には、時間変調アレー技術を用いた受信動作では、時間によって異なる励振位相を設定して受信した信号を時間平均すなわち時間積分することで、所望の振幅分布をアンテナ開口上に設定した場合と同じ放射パターンを成形する技術である。異なる励振位相としては、周波数軸上の鏡像発生周期を最も広くできる共役関係にある２状態の励振位相とする。時間変調アレー技術を用いた受信動作では、時間軸上で２状態の励振位相を周期的に繰り返し設定して、すなわち、共役関係にある２つの励振位相を時分割で切り替えながら、受信を行う。
【００１８】
ただし、アンテナ装置１０では、所望の放射パターンを成形するために時間変調アレー技術を使用するのではなく、各サブアレーの振幅分布の重心をサブアレー内で移動させるために時間変調アレー技術を使用する。すなわち、特許文献１に記載のアンテナ装置では、減衰器での減衰量をアンテナ素子毎に調整して振幅分布の重心を移動させていたのに対して、アンテナ装置１０では、アンテナの励振の位相を時分割で切り替えて振幅分布の重心を移動させる。特許文献１に記載のアンテナ装置では減衰器を用いた給電損失により振幅分布を変更するため、減衰器を備えた送受信モジュールのみならず、サブアレー単位でみてもＮＦ（Noise  Figure、雑音指数）の劣化が避けられないため、ノイズの影響を受ける可能性がある。これに対して、アンテナ装置１０では、減衰器を使用せずに振幅分布を移動させるため、ＮＦの劣化を抑えることが可能である。
【００１９】
次に、アンテナ装置１０の受信系の動作について説明する。なお、上述したように、アンテナ装置１０の送信系の動作は従来のアンテナ装置と同様であるため説明を省略するが、目標が存在する空間への電波の放射が適宜行われるものとする。
【００２０】
アンテナ装置１０は、目標からの反射波を広角覆域において受信するために、マルチビームを形成する。アンテナ装置１０がマルチビームを形成する際の各部の処理を以下に示す。
【００２１】
各アンテナ素子１１は、目標からの反射波を受信する。以後、反射波を受信信号と呼ぶ。受信信号はアンテナ素子１１から送受信モジュール１２に受け渡され、送受信モジュール１２は、制御部１８からの制御信号に従い受信系回路を選択し、受信信号の振幅および位相を調整する。
【００２２】
図２は、アンテナ装置が備える送受信モジュール１２の構成例を示す図である。送受信モジュール１２は、サーキュレーター２１、低雑音アンプ（ＬＮＡ：Low  Noise  Amplifier）２２、移相器（Ｐ／Ｓ：Phase  Shifter）２３、大電力増幅器（ＨＰＡ：High  Power  Amplifier）２４および送受信切替部２５を備える。サーキュレーター２１はアンテナ素子１１側から入力された信号をＬＮＡ２２へ出力し、ＨＰＡ２４から入力された信号をアンテナ素子１１へ出力する。ＬＮＡ２２は、アンテナ素子側から入力された信号を増幅する。移相器２３は、入力された信号の位相を、制御部１８からの制御信号に従った変更量で変更する。ＨＰＡ２４は、受信機１３側から入力された信号を増幅する。送受信切替部２５は、制御部１８からの制御信号に従い、移相器２３から入力された信号をＨＰＡ２４へ出力する処理と、ＬＮＡ２２から入力された信号を移相器２３へ出力する処理とを実行する。ＬＮＡ２２および移相器２３が送受信モジュール１２の受信系回路を構成する。
【００２３】
送受信モジュール１２において、サーキュレーター２１は、アンテナ素子１１から受信信号を受け取るとＬＮＡ２２へ出力し、ＬＮＡ２２は、予め定められた増幅率で受信信号を増幅して送受信切替部２５へ出力する。送受信切替部２５は、ＬＮＡ２２から入力された受信信号を移相器２３へ出力し、移相器２３は、入力された受信信号の位相を変更する。以下、移相器２３が受信信号の位相を変更する処理について説明する。
【００２４】
移相器２３は、受信信号の位相を変更する際の変更量を第１の変更量と第２の変更量との間で、時分割で切り替える。変更量を切り替える時間は、励振時間設定部１９により予め設定される。すなわち、励振時間設定部１９は、各送受信モジュール１２の移相器２３に対して、位相の変更量を切り替える時間を予め設定する。ここで、励振時間設定部１９は、同じサブアレー部１５内の各移相器２３が位相の変更量を切り替えるタイミングが同じとなるよう、位相の変更量を切り替える時間を設定する。以下、位相の変更量を切り替える時間の長さを励振時間と称する。励振時間設定部１９は、例えば、第１の時間幅の励振時間Ｔ１と、Ｔ１とは異なる第２の時間幅の励振時間Ｔ２とが交互に切替わるよう、Ｔ１およびＴ２を各移相器２３に設定する。なお、Ｔ１とＴ２が同じであってもよい。また、励振時間設定部１９は、各移相器２３に設定する励振時間Ｔ１およびＴ２を、各サブアレー部１５の時間平均処理部１４に通知する。
【００２５】
また、第１の変更量および第２の変更量は、制御部１８により予め設定される。すなわち、制御部１８は、各送受信モジュール１２の移相器２３に対して、受信信号の位相を変更する際の第１の変更量および第２の変更量を予め設定する。なお、ここでは励振時間設定部１９が励振時間を設定し、制御部１８が位相の変更量を設定することとしたが、励振時間設定部１９が励振時間と位相の変更量との両方を設定するようにしても構わない。また、制御部１８が励振時間と位相の変更量との両方を設定するようにしても構わない。
【００２６】
以下、説明の便宜上、励振時間Ｔ１において各移相器２３が受信信号の位相を変更する際の変更量を第１の変更量、励振時間Ｔ２において各移相器２３が受信信号の位相を変更する際の変更量を第２の変更量とする。また、複数の送受信モジュール１２の各々を通過した後の受信信号の位相を励振位相とし、各励振位相を一纏めにしたものを励振位相分布とする。また、励振時間Ｔ１における励振位相分布を第１の励振位相分布、励振時間Ｔ２における励振位相分布を第２の励振位相分布とする。すなわち、第１の励振位相分布は、アンテナ装置１０を構成する複数の移相器２３のそれぞれが受信信号の位相を第１の変更量で変更した後の各受信信号の位相（励振位相）を表す。第２の励振位相分布は、アンテナ装置１０を構成する複数の移相器２３のそれぞれが受信信号の位相を第２の変更量で変更した後の各受信信号の位相（励振位相）を表す。
【００２７】
制御部１８は、第１の励振位相分布および第２の励振位相分布が以下の式を満たすよう、各移相器２３の第１の変更量および第２の変更量を設定する。
（第１の励振位相分布）＝  励振位相分布Ｐ１  ＋  励振位相分布Ｐｂ
（第２の励振位相分布）＝  励振位相分布Ｐ２  ＋  励振位相分布Ｐｂ
【００２８】
ここで、励振位相分布Ｐ１と励振位相分布Ｐ２とは共役関係にあるものとする。第１の励振位相分布および第２の励振位相分布に共通の励振位相分布Ｐｂは、ビームを形成するための励振位相分布、すなわち、各サブアレー部１５の複数のアンテナ素子１１による所望の指向方向へのビームの形成を実現するための共相を表す。励振位相分布Ｐｂは、励振位相分布Ｐ１および励振位相分布Ｐ２を時分割で切り替えることにより発生するサブアレー部１５ごとの励振位相分布の位相重心の移動を考慮し、マルチビームが所望の形状となるように設定される。したがって、第１の励振位相分布は、共役関係にある２つの励振位相分布の一方とビームを形成するための励振位相分布とを加算して得られる励振位相分布であり、第２の励振位相分布は、共役関係にある２つの励振位相分布の他方とビームを形成するための励振位相分布とを加算して得られる励振位相分布である。なお、共役関係にある２つの励振位相分布Ｐ１およびＰ２のそれぞれに含まれる、同じ移相器に対応している２つの位相は共役関係にある。
【００２９】
このように、各移相器２３は、制御部１８に設定された励振時間および変更量に従い、励振時間Ｔ１では第１の変更量で受信信号の位相を変更し、励振時間Ｔ２では第２の変更量で受信信号の位相を変更する。
【００３０】
各移相器２３で位相が変更された後の受信信号は各送受信モジュール１２から出力され、サブアレー単位で合成された状態で、すなわち、同じサブアレー部１５を構成している送受信モジュール１２の単位で合成された状態で、受信機１３に入力される。各受信機１３は、入力された受信信号をアナログ信号からディジタル信号に変換して出力する。各受信機１３でディジタル信号に変換された後のディジタル受信信号は、時間平均処理部１４に入力され、時間平均処理部１４は、入力されたディジタル受信信号を、前述の励振時間Ｔ１およびＴ２で時間平均する。すなわち、時間平均処理部１４は、第１の励振位相分布（Ｐ１＋Ｐｂ）が設定される励振時間Ｔ１において受信した信号に対応するディジタル受信信号の時間平均値と、第２の励振位相分布（Ｐ２＋Ｐｂ）が設定される励振時間Ｔ２において受信した信号に対応するディジタル受信信号の時間平均値とを算出する。上述したように、励振時間設定部１９が励振時間Ｔ１およびＴ２の情報を各時間平均処理部１４に通知している。そのため、時間平均処理部１４にとって、時間平均処理すべきディジタル受信信号が既知である。時間平均後のディジタル受信信号はＤＢＦ部１６に出力され、ＤＢＦ部１６は、時間平均後のディジタル受信信号とビーム本数分の励振係数であるウェイトデータとを用いたディジタル演算処理を行い、所望の覆域をカバーするマルチビームを形成する。具体的には、ＤＢＦ部１６は、各時間平均処理部１４から出力された時間平均後のディジタル受信信号の各々に対して励振係数を乗算し、さらに、励振係数を乗算した後のディジタル受信信号を加算し、所望の覆域をカバーするマルチビームを形成する。ＤＢＦ部１６による演算結果は信号処理部１７に出力される。アンテナ装置１０がＤＢＦレーダ装置を構成している場合、信号処理部１７は、ＤＢＦ部１６から出力された演算結果に基づき、目標からの反射信号を探知する処理を行う。なお、受信機１３、時間平均処理部１４およびＤＢＦ部１６は、送受信モジュール１２から出力された信号に基づいてビームを形成するビームフォーミング部である。
【００３１】
アンテナ装置１０は、時間変調アレー技術を適用して共役関係にある励振位相分布を時分割で切り替えながら信号を受信し、受信信号を時間平均することにより所望の励振振幅分布を形成することができる。この励振振幅分布の形成は、アンテナ装置１０において、受信信号が時間平均処理部１４を介してＤＢＦ部１６に到達した後のＤＢＦ部１６における演算処理を経て確認される。但し、ここでは、説明の便宜上、時間平均処理部１４において、励振時間Ｔ２が経過した段階で、励振時間Ｔ１およびＴ２の時間平均後の励振振幅分布が形成されるものとする。以下、時間変調アレー技術を適用して形成される励振振幅分布、すなわち、移相器２３における位相の変更量の設定を時分割で切り替えることにより形成される励振振幅分布を等価的励振振幅分布と称する。なお、上述した、ビームを形成するための励振位相分布Ｐｂは、励振時間Ｔ１およびＴ２のいずれにおいても共通に与えられ、この励振位相分布Ｐｂの設定を変更することにより、マルチビームを形成するペンシルビーム群を励振時間Ｔ１およびＴ２のいずれにおいても任意方向に指向できる。図１の各サブアレー部１５の横に記載したグラフは、上述した励振時間Ｔ１での第１の励振位相分布および励振時間Ｔ２での第２の励振位相分布と、これらの第１の励振位相分布および第２の励振位相分布を時分割で切り替えた場合に形成される等価的励振振幅分布との関係を、サブアレー部１５ごとに表している。なお、図１に示した「Ｔ１での共役位相」が第１の励振位相分布、「Ｔ２での共役位相」が第２の励振位相分布、「振幅分布」が等価的励振振幅分布である。図１に示した各グラフのように、サブアレー部１５ごとの第１の励振位相分布および第２の励振位相分布の設定をサブアレー部１５ごとに異なる内容とすると、サブアレー部１５ごとに異なる等価的励振振幅分布が形成される。
【００３２】
上記の等価的励振振幅分布において励振振幅のピーク位置はサブアレーの励振位相分布の重心と一致する。特許文献１に記載のアンテナ装置は減衰器を用いて振幅調整を行い励振振幅のピーク位置である励振振幅分布の重心を変化させるものである。これに対して、本実施の形態のアンテナ装置１０は、励振位相分布の設定を変更して各移相器２３における位相の変更量を調整することにより、励振振幅分布の重心を変化させる。そのため、アンテナ装置１０は、減衰器の性能に依存することが無くなり、振幅変動幅が大きい励振振幅分布、重心が極端に偏った励振振幅分布、等にも柔軟に対処できる。これにより、アンテナ装置１０を適用した場合のグレーティングローブの抑圧効果を、特許文献１に記載のアンテナ装置などの従来例よりも高くすることができる。
【００３３】
また、アンテナ装置１０は、等価的振幅分布の重心を調整する際、サブアレー部１５単位でみた場合、同一のサブアレー部１５内の全てのアンテナ素子１１で励振振幅を均一にしている。よって、ＮＦの劣化はなく、従来例に比べて性能改善が図れる。また、アンテナ装置１０は、励振位相分布を調整することにより励振振幅分布の重心を調整するので、励振振幅を減衰器などのハードウェアで調整して励振振幅分布の重心を調整する従来例と比べて、少ないハードウェアで実現することができ、装置の小型化を実現できる。また、コスト面でのメリットも大きい。
【００３４】
つぎに、グレーティングローブを抑圧することが可能な等価的励振振幅分布を形成するための励振位相分布の設定方法について説明する。ここでは共役関係にある励振位相をφ１およびφ２とする。時間平均処理部１４で時間平均した結果として得られる、各アンテナ素子１１での励振振幅の相対値Ｐは式（１）で表せる。式（１）のφは、φ１またはφ２である。
Ｐ＝２０ｌｏｇ１０(ｃｏｓφ)［dB］、  ０≦φ≦９０［deg］    …（１）
【００３５】
式（１）をグラフ化すると図３となる。図３は、励振位相と励振振幅の対応関係の一例を示す図である。横軸が励振位相φ、縦軸が励振振幅である。例えば、あるアンテナ素子１１の励振位相をφ１＝７２°，φ２＝−７２°としたとき、等価的な励振振幅はＰ＝−１０ｄＢとなる。これはサブアレー部１５内の励振振幅の最大値に対する相対値である。換言すると、所望の励振振幅値が相対的に−１０ｄＢであると定まれば、それを実現する励振位相はφ１＝７２°，φ２＝−７２°となる。すなわち、グレーティングローブの抑圧を実現するための最適な励振振幅分布が決まれば、励振振幅分布に含まれる各励振振幅に対応する各励振位相を式（１）に従って求めることができ、励振位相分布を設計できる。
【００３６】
時間変調アレー技術において、励振位相は通常、共役位相φ（φ１＝φとφ２＝−φの２状態）として与えられる。一方、アンテナ装置１０では、実際は、上述したとおり、ビームを形成するための励振位相分布Ｐｂが共役関係にある２つの励振位相分布Ｐ１およびＰ２のそれぞれに重畳された形で、各励振時間における励振位相分布が設定される。具体的には、２つの励振位相分布の一方（第１の励振位相分布）が励振時間Ｔ１において設定され、２つの励振位相分布の他方（第２の励振位相分布）が励振時間Ｔ２において設定される。しかし、各励振時間で共役位相の関係を保持できていれば、つまり、２つの励振時間の励振位相分布からビームを形成するための励振位相分布Ｐｂを取り除いた後の２つの励振位相分布が共役関係を保持できていれば、励振位相の設定に自由度があり、ビーム形成のための励振位相を別途付加しても問題はなく、マルチビームを形成する各ペンシルビームを任意方向に指向できる。
【００３７】
次に、アンテナ装置１０におけるグレーティングローブ低減のメカニズムを説明する。ブロック単位を各サブアレーとしてマルチビームを形成する通常のアレーアンテナにおいて、サブアレーはブロック配置と同様に周期的に１波長よりも長い間隔で配置される（図４参照）。図４は、アレーアンテナの各サブアレーの配列の例を示す図である。１つのサブアレーは複数のアンテナ素子で形成される。図１に示した構成のアンテナ装置１０の場合は同一のサブアレー部１５に含まれる複数のアンテナ素子１１が１つのサブアレーを形成する。図４ではサブアレー３１が縦横６個ずつ配列されている例を示している。黒丸はサブアレー３１の励振位相分布の位相中心３２を示す。このようなアレーアンテナを目標捜索時のマルチビーム形成に用いる場合、各アンテナ素子の励振振幅が同じであると、各サブアレーの励振位相分布の重心が位相中心３２と一致した状態となり、グレーティングローブが発生してしまう。マルチビーム形成時にグレーティングローブが生じると、各ビームが他のビームと干渉してしまい、捜索精度の劣化に繋がる。
【００３８】
そこで、本実施の形態にかかるアンテナ装置１０は、上述した時間変調アレー技術を用いて所望の励振振幅分布を設定するようにしている。アンテナ装置１０は、サブアレーごとの励振位相分布の設定をばらつかせることで、サブアレー同士が等間隔に配列された状態をなくし、グレーティングローブを低減する。アンテナ装置１０は、例えば、図５に示すように、各サブアレー４１の励振位相分布の重心４２の位置がサンフラワー配列状にばらつくように、上述した第１の励振位相分布の設定および第２の励振位相分布の設定を時分割で切り替えることにより、グレーティングローブを低減する。グレーティングローブの低減が期待できるその他の配列としては、ダイヤモンドタイル配列等の非周期アレー配列が該当する。非周期アレー配列は、各サブアレー４１の励振位相分布の重心４２の位置がランダム性を有し、隣り合った重心４２同士の距離が一定とならない配列をいう。図５に示したサンフラワー配列も非周期アレー配列に含まれる。また、サブアレー内でアンテナ開口の中央方向に励振位相分布の重心をシフトさせて、全体として等価的にアンテナ開口径を小さくすることもグレーティングローブの低減に有効である。
【００３９】
以上説明した通り、本実施の形態にかかるアンテナ装置１０は、複数の移相器２３がそれぞれ受信信号の位相を変更する際の変更量を第１の励振位相分布とする設定と、第２の励振位相分布とする設定とを時分割で切り替えながら、受信信号を合成してマルチビームを形成する。このとき、共役関係にある２つの励振位相分布の一方とビームを形成するための励振位相分布とを加算したものを第１の励振位相分布とし、共役関係にある２つの励振位相分布の他方とビームを形成するための励振位相分布とを加算したものを第２の励振位相分布とする。
【００４０】
これにより、アンテナ開口上の等価的励振振幅分布を調整して、サブアレーごとの励振位相分布の重心をばらつかせることができる。この結果、マルチビーム形成時のグレーティングローブ発生を抑制して目標の探知精度を向上させることができる。また、本実施の形態にかかるアンテナ装置１０は、励振位相分布の設定を時分割で切り替えながら受信処理を行うことにより等価的励振振幅分布を形成するため、減衰器を使用して振幅調整を行い励振振幅分布の重心を調整する従来のアンテナ装置と比較して装置を小型化できる。一方、特許文献１に記載されたアンテナ装置などの従来のアレーアンテナは、直接に振幅制御を行い所望の励振振幅分布を実現するため、送受信モジュール内に減衰器を付加する、ＬＮＡの設定を素子毎に切り替える、などのハードウェアの変更の負担が大きく、アンテナ装置１０と同程度のサイズとすることは難しい。また、アンテナ装置１０は、特許文献１に記載されたアンテナ装置などの従来のアレーアンテナと比較して、ＮＦの劣化を抑えることができる。
【００４１】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  アンテナ装置、１１  アンテナ素子、１２  送受信モジュール、１３  受信機、１４  時間平均処理部、１５  サブアレー部、１６  ディジタルビームフォーミング部、１７  信号処理部、１８  制御部、１９  励振時間設定部、２１  サーキュレーター、２２  低雑音アンプ、２３  移相器、２４  大電力増幅器、２５  送受信切替部、３１，４１  サブアレー、３２  位相中心、４２  励振位相分布の重心。
【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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