(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元配列された複数の送信モジュールで構成された送信アンテナと２次元配列された複数の受信モジュールで構成された受信アンテナとを有し、前記送信アンテナおよび前記受信アンテナの開口を分割することにより使用する複数の電波装置の機能を実現するフェーズドアレーアンテナ装置であって、
前記複数の電波装置のそれぞれが必要とする開口寸法を計算する開口寸法計算部と、
前記開口寸法計算部の計算結果に基づいて前記送信アンテナの開口を分割すると共に、分割された各開口のビーム形成やビーム走査の制御を行う送信アンテナ制御部と、
前記開口寸法計算部の計算結果に基づいて前記受信アンテナの開口を分割し、前記複数の電波装置から受信する複数の受信信号を前記複数の電波装置の各機能に対応して制御する受信アンテナ制御部を備え、
前記開口寸法計算部は、それぞれの電波装置が必要とする所要実効輻射電力を計算し、前記送信アンテナによる実効輻射電力が前記所要実効輻射電力以上となる前記開口寸法を、前記所要実効輻射電力、所要ビーム幅あるいはその両方を用いて計算することを特徴とするフェーズドアレーアンテナ装置。
【請求項２】
前記開口寸法計算部は、前記所要実効輻射電力を用いて、下記の式により所要開口面積を計算し、この所要開口面積から前記開口寸法を計算することを特徴とする請求項１に記載のフェーズドアレーアンテナ装置。
Ａ ＝ λ（ＥＲＰ／４πＰ０）１／２
ここで、
Ａ：所要開口面積    λ：波長    ＥＲＰ：所要実効輻射電力
Ｐ０：アレーアンテナの単位面積当たりの送信電力
【請求項３】
前記開口寸法計算部は、前記所要ビーム幅を用いて下記の式により計算した水平開口寸法と垂直開口寸法を、前記水平開口寸法と前記垂直開口寸法から計算する前記送信アンテナによる実効輻射電力が前記所要実効輻射電力より大きい場合、前記開口寸法とすることを特徴とする請求項１に記載のフェーズドアレーアンテナ装置。
水平開口寸法＝波長／所要水平ビーム幅
垂直開口寸法＝波長／所要垂直ビーム幅
【請求項４】
前記開口寸法計算部は、前記所要実効輻射電力から第１の開口面積を計算すると共に、前記所要ビーム幅から第２の開口面積を計算し、
計算された前記第１の開口面積と前記第２の開口面積のうちの面積の大きい方から前記開口寸法を計算することを特徴とする請求項１に記載のフェーズドアレーアンテナ装置。
【請求項５】
前記複数の電波装置は、レーダ、ＥＣＭあるいは通信の機能を有する装置であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のフェーズドアレーアンテナ装置。
【請求項６】
前記開口寸法計算部は、前記電波装置がレーダ機能を有する装置の場合、下記の式に基づいて所要実効輻射電力（ＥＲＰＲＡＤＡＲ）を計算することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のフェーズドアレーアンテナ装置。
ＥＲＰＲＡＤＡＲ＝ （４π）３Ｐｒ_ｍｉｎＲ４ｍａｘ／Ｇｒλ２σ
ここで、
Ｐｒ_ｍｉｎ：最小受信感度［Ｗ］    Ｒｍａｘ：最大探知距離［ｍ］
Ｇｒ：受信アンテナ利得    λ：波長［ｍ］
σ：想定目標のＲＣＳ［ｍ２］
【請求項７】
前記開口寸法計算部は、前記電波装置がＥＣＭ機能を有する装置の場合、下記の式に基づいて所要実効輻射電力（ＥＲＰＥＣＭ）を計算することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のフェーズドアレーアンテナ装置。
ＥＲＰＥＣＭ ＝ＰＴＡＲＧＥＴ σ０ × α 
ここで、
ＰＴＡＲＧＥＴ：相手レーダ波の電力密度［Ｗ／ｍ２］
σ０：自分のプラットホームのＲＣＳ［ｍ２］
α：妨害を有効とするためのマージン係数
【請求項８】
前記開口寸法計算部は、前記電波装置が通信機能を有する装置の場合、下記の式に基づいて所要実効輻射電力（ＥＲＰＣＯＭ）を計算することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のフェーズドアレーアンテナ装置。
ＥＲＰＣＯＭ ＝ （４π）２ＰＣ_ｍｉｎＲ２／ＧＣλ２
ここで、
ＰＣ_ｍｉｎ：通信相手の受信感度［Ｗ］    Ｒ：通信相手までの距離［ｍ］
ＧＣ：通信相手の受信アンテナ利得    λ：波長［ｍ］ 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダ装置、ＥＣＭ（Electronic Counter Measures）装置、通信機器など
の電波機器（電波装置とも称す）に用いるフェーズドアレーアンテナに関するものであって、特に、フェーズドアレーアンテナを複数の電波機器で共用するための技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーダ装置、ＥＣＭ装置、通信装置などは、個別に空中線を備えていた。
しかし、艦船や航空機などにおいて、空中線を搭載するプラットホームが狭い所に新たな電波機器を設置する場合、空中線間で電磁干渉が生じたり、また、プラットホームが狭い場合には物理的に空中線が配置できない等の問題があった。
これらの問題を解決するため、１つの空中線を複数の電波機器で共用する方法が考えられる。
例えば、下記の非特許文献１では、１つのアレーアンテナの開口を分割し、レーダ、ＥＣＭ装置、通信装置等で共用する方法が示されている。
【０００３】
非特許文献１に示されたアレイアンテナ装置の場合には、送信アレイにおいて、近接配置された複数のアンテナ素子を１つの群として複数の群に群分けし、各群のアンテナ素子は、複数の送信信号発生器とクロスポイントスイッチとからなる信号分配器を介して接続されている。
上記非特許文献１のアレイアンテナ装置では、送信信号発生器で生成した送信高周波信号を分配して任意の群のアンテナ素子に給電し、送信アレイアンテナの開口面を分割することにより、それぞれを複数の通信や電子戦、レーダなどに割り当てて、同時に使用可能な構成としている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｇ．Ｃ．Ｔａｖｉｋ，ｅｔ ａｌ．， “Ｔｈｅ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎ ＲＦ Ｃｏｎｃｅｐｔ” ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ ＭｉｃｒｏｗａｖｅＴｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，Ｖｏｌ．５３，Ｎｏ．３，Ｍａｒｃｈ ２００５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１に示す方法では、レーダ装置、ＥＣＭ装置、通信装置などの電波機器（電波装置）に割り当てるアレーアンテナの開口分割の寸法を、所望の任意の寸法に設定できない。
何故ならば、通常のアレーアンテナでは、送信信号はアンテナの外部で生成され、アンテナ内部では送信信号を分配してモジュールに供給するだけなので、信号を分配する範囲はアンテナ製造時の配線に依存し、配線を切り替えるにしてもアンテナ製造時に作りつけた数通りにしか切り替えられないためである。
従って、非特許文献１に示す方法では、各電波装置により適した開口寸法とすることができないという問題があった。
【０００６】
即ち、大開口面積を必要とする電波機器（電波装置）に対しては十分な開口面積を確保できずに性能が劣化し、また、小開口面積でよい電波機器に対しては開口面積が必要以上に大きくなり過剰な性能となったり、あるいは消費電力が過大となってしまうという問題
があった。
また、非特許文献１には、開口分割の寸法の決定法に関する記述も無く、完全に自由な寸法で分割可能なアレーアンテナを用いたとしても、厳密に最適な分割寸法を決定することができないという課題があった。
【０００７】
本発明はこれらの課題を解決するためのものであり、１つのアンテナの開口を分割して複数の電波機器（電波装置）で共用する場合において、各電波装置に必要十分な性能を与える開口の分割寸法を決定し、十分な性能を得ると共に、無駄な消費電力を無くすことができるフェーズド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】
【０００８】
本発明に係るフェーズドアレーアンテナ装置は、２次元配列された複数の送信モジュールで構成された送信アンテナと２次元配列された複数の受信モジュールで構成された受信アンテナとを有し、前記送信アンテナおよび前記受信アンテナの開口を分割することにより使用する複数の電波装置の機能を実現するフェーズドアレーアンテナ装置であって、
前記複数の電波装置のそれぞれが必要とする開口寸法を計算する開口寸法計算部と、
前記開口寸法計算部の計算結果に基づいて前記送信アンテナの開口を分割すると共に、分割された各開口のビーム形成やビーム走査の制御を行う送信アンテナ制御部と、
前記開口寸法計算部の計算結果に基づいて前記受信アンテナの開口を分割し、前記複数の電波装置から受信する複数の受信信号を前記複数の電波装置の各機能に対応して制御する受信アンテナ制御部を備え、
前記開口寸法計算部は、それぞれの電波装置が必要とする所要実効輻射電力を計算し、前記送信アンテナによる実効輻射電力が前記所要実効輻射電力以上となる前記開口寸法を、前記所要実効輻射電力、所要ビーム幅あるいはその両方を用いて計算する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のフェーズドアレーアンテナ装置によると、開口寸法計算部は、それぞれの電波装置が必要とする所要実効輻射電力を計算し、前記送信アンテナによる実効輻射電力が前記所要実効輻射電力以上となる前記開口寸法を、前記所要実効輻射電力、所要ビーム幅あるいはその両方を用いて計算するので、共用して使用する各電波装置に必要十分な性能を与える最適な開口の分割寸法（即ち、最適な分割開口面積）を決定し、各電波装置の所要性能を過不足なく実現することができると共に、無駄な消費電力を無くすことができるフェーズドアレーアンテナ装置を実現できる。 
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係るフェーズドアレーアンテナ装置の構成を説明するための図である。
【図２】実施の形態１に係るフェーズドアレーアンテナ装置の送信モジュールの内部構成を示す図である。
【図３】実施の形態１に係るフェーズドアレーアンテナ装置の受信モジュールの内部構成を示す図である。
【図４】実施の形態１に係るアレーアンテナ装置の分割開口の寸法を決定する方法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】
【００１１】
以下、図面にも基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
なお、図中において、同一符号は、同一あるいは相当のものであることを表す。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るフェーズドアレイアンテナ装置を説明するための図であり、図１（ａ）はフェーズドアレイアンテナ装置の全体構成を示す図、図１（ｂ）は送信アレーアンテナ４および受信アレーアンテナ９を前面から見たときの図である。
図１（ａ）に示すように、送信アレーアンテナ４は複数の多数の送信モジュール６で構
成されており、送信アレーアンテナ４の前面には送信モジュール６からのＲＦ信号を放射する複数の送信素子アンテナ７が多数配列されている。
【００１２】
なお、図１（ｂ）において、５は送信アレーアンテナ４の開口面、５ａはレーダ機能を割り当てた送信開口、５ｂはＥＣＭ機能を割り当てた送信開口、５ｃは通信機能を割り当てた送信開口を示している。
また、図１（ｂ）において、１０は受信アレーアンテナ９の開口面、１０ａはレーダ機能を割り当てた受信開口、１０ｂはＥＣＭ機能を割り当てた受信開口、１０ｃは通信機能を割り当てた受信開口を示している。
【００１３】
受信アレーアンテナ９は、送信アレーアンテナ４と同様に、複数の多数の受信モジュール１１で構成され、２次元アレーアンテナを形成している。
図１（ｂ）に示すように、本実施の形態による送信アレーアンテナ４および受信アレーアンテナ９は、開口面５あるいは開口面１０内において、複数の電波装置にそれぞれ対応する開口が２次元に配列されたアレーアンテナを想定している。
なお、図１（ｂ）における「ＣＯＭ」は、通信（Communication）のことである。
【００１４】
ところで、各機能（即ち、レーダ機能、ＥＣＭ機能、通信機能など）を割り当てた開口の形状は、縦横に歪みのないビームを形成するためには、円形に近い形状が望ましいが、六角形が最も円形に近く、かつ、隙間無く複数の開口を配置するのに適した形状である。
従って、本実施の形態では、各機能を割り当てた開口の形状は六角形としている。
装置からの要請によっては縦横比の典なるビーム形状が必要となる場合があるが、その場合には縦横比の異なる開口形状（横に伸ばした六角形や長方形）にしてもよい。
【００１５】
通常のアクティブ・フェーズドアレーアンテナでは、ＲＦ（Radio Frequency：高周波
）送信信号はアレーアンテナの外部で生成されて各モジュールに分配され、モジュール内において電力増幅と位相変化のみを行う。
これに対して、本実施形態で用いる送信モジュール６は、このような通常のモジュールとは異なり、各モジュール内部で送信信号を生成する。
図２は、本実施の形態における送信モジュール６の構成を示す図である。
各送信モジュール内部で送信信号を生成するために、図２に示すように、各送信モジュール６は、ＤＤＳ（Direct Digital Synthesizer：任意波形発生器の一種）である送信信号発生器２１、励振器２２、周波数変換器２３、電力増幅器２４で構成される。
【００１６】
各送信モジュール６は、送信アンテナ制御部３から送信されてくる各送信モジュールへの送信信号１０６をＤＤＳ（送信信号発生器）２１でベースバンドの送信信号を生成し、生成した信号を周波数変換器２３でＲＦの送信信号に変換する。
周波数変換器２３の出力であるＲＦ信号は、電力増幅器２４で増幅され、送信素子アンテナ７に送られ、送信素子アンテナ７から送信信号として標的に向かって放射される。
このように、本実施の形態においては、レーダ、ＥＣＭ、通信等の各機能に対応する送信信号を各送信モジュールの内部で生成するため、モジュール１個単位での開口分割を実現することができる。
【００１７】
また、図３は、図１に示した各受信モジュール１１の内部構成を示す図であって、受信モジュール１１も内部に局部発振器３４や周波数変換器３３を有し、各モジュールごとにレーダ、ＥＣＭ、通信等の異なる周波数帯の信号を受信することができるため、モジュール１個単位での開口分割を実現することができる。
受信モジュール１１の具体的な動作については、後述する。
なお、このような、モジュールの内部に送信信号生成機能や受信機能を有するタイプのフェーズドアレーアンテナそのものは、例えば、文献「Ｇａｒｒｏｄ， “Ｄｉｇｉｔａ
ｌ Ｍｏｄｕｌｅｓ ｆｏｒ Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ Ｒａｄａｒ” ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅ
ｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｒａｄｅｒ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，１９９５．」に示されている。
【００１８】
各送信モジュール６は、図１に示すように、送信アンテナ制御部３によって制御され、アレーアンテナ全体として、開口分割や、分割された各開口のビーム形成やビーム走査等が行われる。分割された各開口は、レーダ機能やＥＣＭ機能、通信機能を実現するための送信アンテナとなる。
本実施の形態における構成上での特徴は、送受信の開口分割寸法を計算する開口寸法計算部２を有することである。
開口寸法計算部２で計算された開口寸法データ１０２に基づき、送信アレーアンテナ４および受信アレーアンテナ９の開口分割を制御する。詳細な動作は後に述べる。
【００１９】
次に、本実施の形態によるフェーズドアレーアンテナ装置の動作について説明する。
共通ユーザーインターフェース（共通Ｕ／Ｉ）１は、ユーザーからレーダ、ＥＣＭ機能、通信機能等の起動が指示されると、開口要求データ１０１を開口寸法計算部２に送る。
なお、開口要求データとは開口を割り当ててもらう指示を意味する。
レーダ処理部１４、ＥＣＭ処理部１５、通信処理部１６等自体は、それぞれアンテナを有していないので、アレーアンテナに開口を割り当ててもらう必要がある。
開口寸法計算部２は、起動された電波装置および既に起動中の電波装置に必要な開口寸法を計算し、開口寸法データ１０２を送信アンテナ制御部３および受信アンテナ制御部８に送る。
【００２０】
一方、共通ユーザーインターフェース１は、レーダ処理部１４、ＥＣＭ処理部１５、通信処理部１６に対して、起動が指示された電波装置に対応する処理部に起動指示データを送る。
各機能の処理部（即ち、レーダ処理部１４、ＥＣＭ処理部１５、通信処理部１６）は、起動指示データを受け取ると、各機能の周波数／ビーム走査角度／送信信号データを送信アンテナ制御部３に送る。
開口寸法データ１０２と各機能の周波数／ビーム走査角度／送信信号データ１０３〜１０５を受け取った送信アンテナ制御部３は、開口寸法データ１０２に従って各送信モジュールにレーダ、ＥＣＭ、通信等の機能を割り当て、各送信モジュールに対して割り当てた機能の送信周波数／送信位相／送信信号データ１０６を送る。送信位相データは、全体として送信アレーアンテナ４がフェーズドアレーアンテナとして動作すべく、各モジュールに割り当てた機能のビーム走査角度データから算出する。
【００２１】
図２に示すように、送信モジュール６内では、送信信号発生器２１は送信信号データに従って送信信号を発生し、励振器２２は送信周波数データと送信位相データに従って正弦波の励振信号を発生する。
そして、送信信号と励振信号は、周波数変換器２３により混合されてＲＦ信号となり、電力増幅器２４により増幅されて送信素子アンテナ７から空間に放射される。
なお、図への記述および説明は省略したが、各処理段で発生する不要波は濾波器（図示なし）で適宜除去される。
複数の送信モジュール６から構成される送信アレーアンテナ４は、図１（ｂ）の開口面から見たイメージに示すように、開口寸法データに従った寸法の送信開口５ａ〜５ｃを形成し、それぞれの開口が各機能の送信アンテナとして動作する。
【００２２】
ここで、送信アンテナ制御部３が開口寸法データ１０２に従って、どのようにして送信開口５ａ〜５ｃを形成するのかを、以下に説明しておく。
まず、開口寸法データ１０２から必要なモジュール数を計算する。これは開口寸法／素子アンテナ前面面積として求めることができる。次に、基本的な開口の形（例えば六角形）と相似形で、かつ必要なモジュール数に近くなるように開口面を区切る。そして、区切られた開口面に含まれるモジュールに、閉口を要求してきた機能（レーダ、ECM、通信等）の送信信号データを送り、その機能のためのモジュールとして動作するように指示する。
【００２３】
一方、開口寸法データ１０２と各機能の周波数／ビーム走査角度データ１０３〜１０５は、受信アンテナ制御部８にも送られ、送信の場合と同様に、各受信モジュールに機能を割り当て、受信周波数／受信位相データ１０７を送る。
受信位相データは、全体として受信アレーアンテナ９がフェーズドアレーアンテナとして動作すべく、各モジュールに割り当てた機能のビーム走査角度データから算出する。
【００２４】
図３に示すように、受信モジュール１１内では、受信素子アンテナ１２から入力した受信信号は、低雑音増幅器３１で増幅され、受信周波数データに従って通過帯域が変更された周波数可変バンドパスフィルタ３２により受信周波数付近の信号のみが通過する。
局部発振器３４は、受信モジュールへの受信周波数データと受信位相データに従って正弦波の局発信号を発生する。
受信信号と局発信号は、周波数変換器３３により混合されてベースバンド信号となり、Ａ／Ｄ変換器３５によってデジタルデータに変換されて受信信号データ１０８となる。
なお、送信モジュールの場合と同様に、各処理段で発生する不要波は濾波器（図示なし）で適宜除去される。
【００２５】
共通受信信号処理部１３では、受信モジュールへの機能割り当てデータ１０９に従って受信モジュールからの受信信号を合成し、各機能ごとの受信信号データ１１０〜１１２を生成する。
各機能ごとの受信信号データは、レーダ処理部１４、ＥＣＭ処理部１５、通信処理部１６に送られ、それぞれの処理部で各機能の処理を行い、表示データとして共通ユーザーインターフェース１に送られて表示される。
【００２６】
ここで、レーダ処理部１４、ＥＣＭ処理部１５および通信処理部１６で行われる処理の例について説明する。
レーダ処理部１４で行われる処理としては、例えば、次のようなものがある。
まず、周波数データ／ビーム走査角度データ／送信信号データ１１３を送信アンテナ制御部３に送り、送信信号を送信させる。
次に、目標物からの反射波を含んだ受信信号データ１１０を共通受信信号処理部１３から受け取り、これを検波して目標物からの反射波（目標信号）を検出する。
【００２７】
目標信号が見つからない場合は、ビームの方向を変えて（即ち、ビーム走査角度データを送信アンテナ制御部と受信アンテナ制御部に送って）受信・検波し、目標信号が見つかるまで繰り返す。
目標信号を発見したら、送信信号を送信してから目標信号が受信されるまでの時間を計測して、目標までの距離を算出（目標距離＝ ［送信信号を送信してから目標信号が受信
されるまでの時間］×［光速］÷２）する。
また、ビームの走査角度から目標の方位を求める。
このようにして求めた目標物の方位と距離を、レーダ機能における表示データ１１３として共通ユーザーインタ一フェース１に出力する。
【００２８】
ＥＣＭ処理部１５で行われる処理とは、例えば次のようなものである。
まず、共通受信信号処理部１３から受信信号１１１を受け取って検波し、妨害対象である相手レーダ信号を検出する。
相手レーダ信号が見つからない場合は、ビームの方向を変えて（即ち、ビーム走査角度データを受信アンテナ制御部に送って）受信・検波し、相手レーダ信号が見つかるまで繰
り返す。
相手レーダ信号を発見したら、その諸元（パルス繰返し周期、パルス幅、変調方式等）を分析する。
そして、分析したこれらの諸元に基づき、妨害信号を生成し、送信信号データとして送信アンテナ制御部３に送って妨害波を送信する。
共通ユーザーインターフェース１に対しては、相手レーダの方向や諸元等を表示データ１１４として出力する。
【００２９】
通信処理部１６で行われる処理とは、例えば、次のようなものである。
共通ユーザーインターフェース１は、ＰＣ端末のような装置であり、文字データ、画像データ、音声データといったデータを扱うことができる。
まず、共通ユーザーインターフユース１から通信機能の起動指示があると、通信処理部１６は、パイロット信号を送信信号データとして送信アンテナ制御部３に送り、送信アンテナ制御部３は、その信号を空間に送信し、通信相手を探して通信を確立する。
この通信を確立する動作には、送信アンテナのビーム走査角度を変えて送信し、通信相手の方向を探す処理も含む。
【００３０】
このようにして通信が確立された後、共通ユーザーインターフェース１からは通信内容である文字データ、画像データ、音声データなどが通信処理部１６に送られ、通信処理部１６では、それをコーディング（符号化）する。
この符号化されたデータを送信信号データとして送信アンテナ制御部３に送り、空間に送信する。
また、受信側の処理では、通信処理部１６は、共通受信信号処理部１３から受信信号１１２を受け取ってデコーディング（復号化）し、復号化した文字データ、画像データ、音声データ等を表示データ１１５として共通ユーザーインターフェース１に出力する。
【００３１】
ところで、「機能ごとの受信信号データ」とは、「それぞれの機能を割り当てられた開口ごとにビームを形成した後の受信信号」を意味する。
それぞれの開口は多数の受信モジュールで構成されているので、共通受信信号処理部１３では、個々の受信モジュールからの受信信号１０８を各機能に割り当てられた開口ごとに集めてビーム形成する処理を行う。
「表示データ」とは、レーダの場合では目標物の方位と距離であり、共通ユーザーインターフェース１ではレーダスクリーンのような方法で画像を用いて表示することを想定している。
また、ＥＣＭの表示データは、相手レーダの方向と信号諸元等であり、文字や画像を利用して表示する。
また、通信での表示データは、受信した文字、画像、音声等のデータであり、共通ユーザーインターフェース１にはキーボード、表示装置、マイクやヘッドホン等が備えてあり、電子メールや電話、ＦＡＸなどとして使われることを想定している。
【００３２】
次に、本発明において最も特徴的で重要な部分である開口寸法計算部２の動作について、図４のフローチャートを用いて説明する。
共通ユーザーインターフェース１から開口要求があると、開口寸法計算部２は、後に示すような計算方法で所要ＥＲＰ（Effective Radiation Power；実効輻射電力）を計算す
る（ステップ２０１）。
次に、ビーム幅は、広い方が望ましい場合とそうでない場合（即ち、狭い方が望ましい場合）とで条件分岐する（ステップ２０２）。
ＥＣＭ機能における妨害目標の方向や通信機能における通信相手の方向が不明の場合は、広いビーム幅の方が望ましい。このような場合には、所要ＥＲＰから所要開口寸法を計算する（ステップ２０７）。
【００３３】
一方、通信機能において通信相手の方向が既知で通信の秘匿性を高めたい場合や、レーダ機能の場合は、ビーム幅が狭い方がよく、このような場合には所要ビーム幅から開口寸法を計算する（ステップ２０３）。
次に、ビーム幅から計算した開口寸法を用いて得られるＥＲＰ（実効輻射電力）を計算する（ステップ２０４）。
得られるＥＲＰが所要ＥＲＰより大きいかどうかで条件分岐し（２０５）、得られるＥＲＰが所要ＥＲＰより大きい場合は所要ビーム幅から計算した開口寸法を所要開口寸法とする（ステップ２０６）。
【００３４】
また、得られるＥＲＰが所要ＥＲＰより小さい場合は、所要ＥＲＰから所要開口寸法を計算する（ステップ２０７）。
最後に、このようにして求めた所要開口寸法（即ち、ステップ２０６およびステップ２０７で求めた所要開口寸法）が、アレーアンテナの未使用開口部分に確保可能かどうかで条件分岐し（ステップ２０８）、確保可能な場合は所要寸法の開口を確保して終了する（ステップ２０９）。
一方、既に動作中の機能の開口によって所要開口寸法が確保できない場合には、他に動作中の機能の有無で条件分岐し（２１０）、他に動作中の機能が無い場合にはアレーアンテナ全面を確保して終了する（ステップ２１１）。
一方、他に動作中の機能がある場合には、優先度の低い機能を停止し（ステップ２１２）、未使用開口面積を増大させて再び所要開口寸法を確保可能か判断する（ステップ２０８）。
【００３５】
所要ＥＲＰ計算（２０１）は次のように行う。
１）レーダの場合
以下の式（１）に示すように、受信系の最小受信感度、受信アンテナ利得、最大探知距離、想定目標のＲＣＳ（Radar Cross Section：レーダ反射断面積）から所要ＥＲＰを計
算する。
ＥＲＰＲＡＤＡＲ ＝ （４π）３Ｐｒ_ｍｉｎＲ４ｍａｘ／Ｇｒλ２σ    ・・・  式（１）
ここで、
Ｐｒ_ｍｉｎ：最小受信感度［Ｗ］
Ｒｍａｘ：最大探知距離［ｍ］
Ｇｒ：受信アンテナ利得
λ：波長［ｍ］
σ：想定目標のＲＣＳ［ｍ２］
【００３６】
２）ＥＣＭ機能の場合
以下の式（２）に示すように、仮の開口寸法で受信したり、他のＥＳＭ（Electronic Support Measure）装置で観測した相手レーダ波の電力密度と、プラットホームも含めた自分のＲＣＳ（Radar Cross Section）から所要ＥＲＰを計算する。
ＥＲＰＥＣＭ＝ＰＴＡＲＧＥＴ σ０ × α     ・・・  式（２）
ここで、
ＰＴＡＲＧＥＴ：相手レーダ波の電力密度［Ｗ／ｍ２］
σ０：自分のプラットホームのＲＣＳ［ｍ２］
α：妨害を有効とするためのマージン係数
【００３７】
３）通信機能の場合
以下の式（３）に示すように、仮の開口寸法で受信した通信相手の受信感度、通信相手までの距離、通信相手の受信アンテナ利得から所要ＥＲＰを計算する。通信相手までの距
離が不明な場合は想定する最大値とする。
ＥＲＰＣＯＭ ＝ （４π）２ＰＣ_ｍｉｎＲ２／ＧＣλ２    ・・・  式（３）
ここで、
ＰＣ_ｍｉｎ：通信相手の受信感度［Ｗ］
Ｒ：通信相手までの距離［ｍ］
ＧＣ：通信相手の受信アンテナ利得
λ：波長［ｍ］
【００３８】
これらの計算に必要な「自分と相手の電波機器の特性や距離、所要ビーム幅などの情報」は、オペレーターが指示して共通ユーザーインターフェース１からの開口要求データ１０１と共に送るか、各装置のデフォルト情報（即ち、各装置の初期設定値）として開口寸法計算部２で保持しておく。
【００３９】
所要ビーム幅からの開口寸法計算（ステップ２０３）は次式ように行う。
水平開口寸法ＤＨ＝ λ／ＢＨ    ・・・  式（４）
垂直開口寸法ＤＶ＝ λ／ＢＶ    ・・・  式（５）
ここで、
ＢＨ：所要水平ビーム幅［ｒａｄ］
ＢＶ：所要垂直ビーム幅［ｒａｄ］
λ：波長［ｍ］
開口寸法からのＥＲＰ計算（２０４）は次式のように行う。
ＥＲＰ ＝ ４π（ＤＨＤＶ）２Ｐ０／λ２    ・・・  式（６）
ここで、
Ｐ０：アレーアンテナの単位面積当たりの送信電力
（＝1素子の送信電力／1素子の占める面積）
【００４０】
所要ＥＲＰから所要開口寸法の計算（２０７）は、以下の式（７）のように行う。
Ａ ＝λ（ＥＲＰ／４πＰ０）１／２    ・・・  式（７）
ここで、Ａ：所要開口面積
ＥＲＰ：所要ＥＲＰ
Ｐ０：アレーアンテナの単位面積当たりの送信電力
（＝1素子の送信電力／1素子の占める面積）  
式（７）は所要開口面積しか与えないので、アレーアンテナが正方形に近く、ビーム形状に特に条件が無い場合は、次式（８）のように水平寸法と垂直寸法が等しくなるように計算する。
ＤＨ ＝ ＤＶ＝ Ａ１／２    ・・・  式（８）
【００４１】
また、アレーアンテナが六角形等の場合は、アレーアンテナと相似形で、面積が式（７）で計算した所要開口面積と等しくなるような形状としてもよい。
また、水平ビーム幅または垂直ビーム幅に所要の条件がある場合は、条件のある方向の寸法を式（４）または式（５）で計算し、求めた寸法を所要開口面積から除算して他方の寸法を定めてもよい。
また、開口寸法計算部２は、所要実効輻射電力から第１の開口面積を計算すると共に、所要ビーム幅から第２の開口面積を計算し、計算された第１の開口面積と第２の開口面積のうち大きい方を、複数の電波装置に割り当てる開口面積としてもよい。
所要ＥＲＰと所要ビーム幅の両方から計算した開口面積のうち大きい方を用いる場合、一方については過剰性能であるが、他方については過不足ない性能となり、双方について所要以上の性能を確保するという規範で開口面積を決定する場合における最小の開口面積となる。
【００４２】
なお、これらの計算方法は一例であり、例えばレーダは受信アンテナの開口によっても探知性能が左右されるので、送受で開口の分割寸法を同一にすることを想定して所要性能から開口寸法を計算してもよい。
また、レーダ、ＥＣＭ、通信等の機能はそれぞれ1系統ずつとして説明したが、レーダ
処理部１４、ＥＣＭ処理部１５、通信処理部１６の数を増やして、複数のレーダ機能、複数のＥＣＭ機能、複数の通信機能を実現することもできる。このような場合においても図４のフローチャートを用いて、それぞれの機能に割り当てる開口寸法を計算することができる。
【００４３】
以上説明したように、本実施の形態によるフェーズドアレーアンテナ装置は、２次元配列された複数の送信モジュール６で構成された送信アンテナ４と２次元配列された複数の受信モジュール１１で構成された受信アンテナ９とを有し、送信アンテナ４および受信アンテナ９の開口を分割することにより使用する複数の電波装置の機能を実現するフェーズドアレーアンテナ装置であって、複数の電波装置が必要とする開口寸法を計算する開口寸法計算部２と、開口寸法計算部２の計算結果に基づいて送信アンテナ４の開口を分割すると共に、分割された各開口のビーム形成やビーム走査の制御を行う送信アンテナ制御部３と、開口寸法計算部２の計算結果に基づいて受信アンテナ９の開口を分割し、複数の電波装置から受信する複数の受信信号を複数の電波装置の各機能に対応して制御する受信アンテナ制御部８を備え、開口寸法計算部２は、複数の電波装置が必要とする実効輻射電力、ビーム幅、あるいはその両方を用いて、複数の電波装置に割り当てる開口寸法を計算する。
【００４４】
また、開口寸法計算部２は、下記の式に基づいて各電波装置に割り当てる所要開口面積を計算する。
Ａ ＝ λ（ＥＲＰ／４πＰ０）１／２ 
ここで、Ａ：所要開口面積  λ：波長  ＥＲＰ：所要実効輻射電力
Ｐ０：アレーアンテナの単位面積当たりの送信電力
また、開口寸法計算部２は、下記の式に基づいて各電波装置に割り当てる所要開口寸法を計算する。
水平開口寸法＝波長／所要水平ビーム幅
垂直開口寸法＝波長／所要垂直ビーム幅
また、開口寸法計算部２は、所要実効輻射電力から第１の開口面積を計算すると共に、所要ビーム幅から第２の開口面積を計算し、計算された第１の開口面積と第２の開口面積のうち大きい方を、複数の電波装置に割り当てる開口面積とする。
また、複数の電波装置は、レーダ、ＥＣＭあるいは通信の機能を有する装置である。
【００４５】
また、電波装置がレーダの場合、下記式に基づいて実効輻射電力（ＥＲＰＲＡＤＡＲ）を計算する。
ＥＲＰＲＡＤＡＲ＝ （４π）３Ｐｒ_ｍｉｎＲ４ｍａｘ／Ｇｒλ２σ
ここで、Ｐｒ_ｍｉｎ：最小受信感度［Ｗ］  Ｒｍａｘ：最大探知距離［ｍ］
Ｇｒ：受信アンテナ利得  λ：波長［ｍ］  σ：想定目標のＲＣＳ［ｍ２］
【００４６】
また、電波装置がＥＣＭの場合、下記式に基づいて実効輻射電力（ＥＲＰＥＣＭ）を計算する。
ＥＲＰＥＣＭ ＝ＰＴＡＲＧＥＴ σ０ × α 
ここで、ＰＴＡＲＧＥＴ：相手レーダ波の電力密度［Ｗ／ｍ２］
σ０：自分のプラットホームのＲＣＳ［ｍ２］
α：妨害を有効とするためのマージン係数
【００４７】
また、電波装置が通信装置の場合、下記式に基づいて実効輻射電力（ＥＲＰＣＯＭ）を
計算する。
ＥＲＰＣＯＭ ＝ （４π）２ＰＣ_ｍｉｎＲ２／ＧＣλ２ 
ここで、ＰＣ_ｍｉｎ：通信相手の受信感度［Ｗ］
Ｒ：通信相手までの距離［ｍ］  ＧＣ：通信相手の受信アンテナ利得
λ：波長［ｍ］
【００４８】
本実施形態によると、所要ＥＲＰや所要ビーム幅に基づいて、レーダ、ＥＣＭ、通信等の各機能に割り当てる開口寸法を決定するので、各機能の性能を過不足なく実現することができ、限られたアレーアンテナの開口を有効活用することができる。
即ち、同じ寸法の開口ならば、固定分割の場合に比べてより多数のレーダ、ＥＣＭ、通信等の機能を実現できるという利点がある。
また、実現する機能の数が一定ならば、最小のアレーアンテナで、全ての機能を実現することができるという利点がある。
【００４９】
即ち、本実施の形態によると、開口寸法計算部２は、複数の電波装置が必要とする実効輻射電力、ビーム幅、あるいはその両方を用いて、複数の電波装置に割り当てる開口寸法を計算するので、共用して使用する各電波装置に必要十分な性能を与える最適な開口の分割寸法（即ち、最適な分割開口面積）を決定し、各電波装置の所要性能を過不足なく実現することができると共に、無駄な消費電力を無くすことができる。
【００５０】
なお、従来では、各電波装贋のアンテナは個別に装備されていたため、レーダや衛星通信設備のような回転するアンテナの場合、装置間でアンテナが正対して強い干渉が生じることがある。そのため、従来では他の装置のアンテナがある方向に対しては、レーダを停止するなどの措置がとられていた。
一方、本実施の形態によるフェーズドアレイアンテナ装置では、各電波装置のアンテナは同一平面内に配置されるので、正対することはないし、また、送信は全て送信アレーアンテナ、受信は全て受信アレーアンテナで纏めて行うので、送信アレーアンテナと受信アレーアンテナ間の干渉のみを防止すれば、電波装置間の電磁干渉は無くなる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、アレーアンテナの開口を分割して複数の電波装置で共用使用するフェーズドアレーアンテナ装置であって、各電波装置に必要十分な性能を与える開口の分割寸法を決定すると共に、無駄な消費電力を無くすことができるフェーズドアレーアンテナ装置の実現に有用である。
【符号の説明】
【００５２】
１  共通ユーザーインターフェース      ２  開口寸法計算部
３  送信アンテナ制御部                ４  送信アレーアンテナ
５  送信アレーアンテナの開口面
５ａ  レーダ機能を割り当てた送信開口
５ｂ  ＥＣＭ機能を割り当てた送信開口
５ｃ  通信機能を割り当てた送信開口
６  送信モジュール                    ７  送信素子アンテナ
８  受信アンテナ制御部                ９  受信アレーアンテナ
１０  受信アレーアンテナを開口面
１０ａ  レーダ機能を割り当てた受信開口
１０ｂ  ＥＣＭ機能を割り当てた受信開口
１０ｃ  通信機能を割り当てた受信開口
１１  受信モジュール                  １２  受信素子アンテナ
１３  共通受信信号処理部              １４  レーダ処理部
１５  ＥＣＭ処理部                    １６  通信処理部
２１  送信信号発生器                  ２２  励振器
２３  周波数変換器                    ２４  電力増幅器
３１  低雑音増幅器                    ３２  周波数可変バンドパスフィルタ
３３  周波数変換器                    ３４  局部発振器
３５  Ａ／Ｄ変換器
１０１  開口要求データ
１０２  開口寸法データ
１０３  レーダ機能の周波数／ビーム走査角度／送信信号データ
１０４  ＥＣＭ機能の周波数／ビーム走査角度／送信信号データ
１０５  通信機能の周波数／ビーム走査角度／送信信号データ
１０６  各送信モジュールへの送信周波数／送信位相／送信信号データ
１０７  各受信モジュールへの受信周波数／受信位相データ
１０８  各受信モジュールからの受信信号データ
１０９  受信モジュールの機能割り当てデータ
１１０  レーダ機能の受信信号データ
１１１  ＥＣＭ機能の受信信号データ
１１２  通信機能の受信信号データ
１１３  レーダ機能の起動指示／表示データ（双方向）
１１４  ＥＣＭ機能の起動指示／表示データ（双方向）
１１５  通信機能の起動指示／表示データ（双方向）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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