(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦ信号が入出力される給電回路と、
前記給電回路に接続された複数の送受信モジュールと、
前記複数の送受信モジュールに個別に接続され、各々が非周期的に配列された複数の素子アンテナからなる非周期アレーアンテナと、により構成され、
前記複数の送受信モジュールの各々は、
前記給電回路に接続された移相器と、
前記移相器と前記個別の素子アンテナとの間に介在された送信用増幅器および受信用増幅器と、
を備えた非周期アレーアンテナ装置において、
複数の素子アンテナを間引く手段として、
非周期的に配列された前記非周期アレーアンテナの開口を、Ｎ個の分割線Ｋ１〜ＫＮにより半径方向に等分割して、前記分割線の各隣接区間からなるＮ個の分割領域Ｙ１〜ＹＮの各々に少なくとも１つの素子アンテナが存在するように前記分割領域を設定する半径方向分割手段と、
前記分割領域Ｙｉ（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）に存在する素子数Ｉｉと前記分割領域の面積Ｓｉとの比を用いて、前記分割領域の素子密度ａｉを、以下の式、
ａｉ＝Ｉｉ／Ｓｉ
により求める素子密度算出手段と、
前記分割領域Ｙｉのそれぞれの領域内の振幅の平均値を振幅平均値Ｘｉとしたとき、前記分割領域の素子密度ａｉの比が、前記分割領域の中心領域Ｙ１の振幅平均値Ｘ１で正規化した分割領域Ｙｉごとの振幅平均値Ｘｉの比と一致するように、前記分割領域Ｙｉ内で間引きする素子アンテナの数を、間引き素子数Ｍｉとして、以下の式、
Ｍｉ＝Ｉｉ−Ｉｉ・ａ１（Ｘｉ／Ｘ１）
により求める間引き素子数算出手段と、
算出された前記間引き素子数Ｍｉが整数でない場合には、４捨５入により間引き素子数Ｍｉを整数にする整数化手段と、
整数化された間引き素子数Ｍｉを用いて、前記分割領域Ｙｉを角度方向にＭｉ等分割して分割領域Ｑを設定する角度方向分割手段と、
前記分割領域Ｑ内からランダムに１つの素子アンテナを間引き操作する間引き処理手段と、
前記分割領域Ｑ内に、間引き操作が可能な素子アンテナが存在しない領域がある場合には、素子アンテナが存在しない領域の数Ｐｉを用いて再び角度方向にＰｉ等分割し、前記間引き処理手段により、Ｐｉ等分割された分割領域Ｑ’の中からランダムに１つの素子アンテナを間引き操作し、前記分割領域ＱまたはＱ’内に、間引き操作が可能な素子アンテナが存在しない領域がなくなるまで、前記間引き処理手段の処理を繰り返し実行する素子配列決定手段により、
間引く素子アンテナを決定することを特徴とする非周期アレーアンテナ装置。
【請求項２】
ＲＦ信号が入出力される給電回路と、
前記給電回路に接続された複数の送受信モジュールと、
前記複数の送受信モジュールに個別に接続され、各々が非周期的に配列された複数の素子アンテナからなる非周期アレーアンテナと、により構成され、
前記複数の送受信モジュールの各々は、
前記給電回路に接続された移相器と、
前記移相器と前記個別の素子アンテナとの間に介在された送信用増幅器および受信用増幅器と、
を備えた非周期アレーアンテナ装置において、
前記給電回路は、前記複数の素子アンテナのオン／オフ処理によって実質的な配列を決定するための演算処理部を備え、
前記演算処理部は、
非周期的に配列された前記非周期アレーアンテナの開口を、Ｎ個の分割線Ｋ１〜ＫＮにより半径方向に等分割して、前記分割線の各隣接区間からなるＮ個の分割領域Ｙ１〜ＹＮの各々に少なくとも１つの素子アンテナが存在するように前記分割領域を設定する半径方向分割手段と、
前記分割領域Ｙｉ（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）に存在する素子数Ｉｉと前記分割領域の面積Ｓｉとの比を用いて、前記分割領域の素子密度ａｉを、以下の式、
ａｉ＝Ｉｉ／Ｓｉ
により求める素子密度算出手段と、
前記分割領域Ｙｉのそれぞれの領域内の振幅の平均値を振幅平均値Ｘｉとしたとき、前記分割領域の素子密度ａｉの比が、前記分割領域の中心領域Ｙ１の振幅平均値Ｘ１で正規化した分割領域Ｙｉごとの振幅平均値Ｘｉの比と一致するように、前記分割領域Ｙｉ内でオフする素子アンテナの数を、オフ素子数Ｍｉとして、以下の式、
Ｍｉ＝Ｉｉ−Ｉｉ・ａ１（Ｘｉ／Ｘ１）
により求めるオフ素子数算出手段と、
算出された前記オフ素子数Ｍｉが整数でない場合には、４捨５入によりオフ素子数Ｍｉを整数にする整数化手段と、
整数化されたオフ素子数Ｍｉを用いて、前記分割領域Ｙｉを角度方向にＭｉ等分割して分割領域Ｑを設定する角度方向分割手段と、
前記分割領域Ｑ内からランダムに１つの素子アンテナをオフ操作する間引き処理手段と、
前記分割領域Ｑ内に、オフ操作が可能な素子アンテナが存在しない領域がある場合には、素子アンテナが存在しない領域の数Ｐｉを用いて再び角度方向にＰｉ等分割し、前記間引き処理手段により、Ｐｉ等分割された分割領域Ｑ’の中からランダムに１つの素子アンテナをオフ操作し、前記分割領域ＱまたはＱ’内に、オフ操作が可能な素子アンテナが存在しない領域がなくなるまで、前記間引き処理手段の処理を繰り返し実行する素子配列決定手段と、
を含むことを特徴とする非周期アレーアンテナ装置。
【請求項３】
前記複数の素子アンテナは、ピンウィールタイル、ダイアモンドタイル、またはペンローズタイルのいずれかを用いて、非周期的に配列されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の非周期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、周期性を持たないように複数の素子アンテナが配列された非周期アレーアンテナ装置に関し、特に、個別の送受信モジュールを用いて個々の素子アンテナに対する振幅および位相を制御することにより、放射ビームの指向方向を最適化する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数の素子アンテナを配列したアレーアンテナは、レーダ装置または電波監視装置の空中線として多用されている。この種のアレーアンテナは、特に送信時において、空中線性能を向上させて、より遠くの目標を検出するために、より大きな有効放射電力が要求される。
【０００３】
有効放射電力は、アンテナ利得と送信尖頭電力との積で定義されており、送信尖頭電力を増大させるためには、各素子アンテナに接続された送信モジュールの出力を増大させるか、または、開口径を大きくすることにより、アンテナ利得を増大させることが要求される。
【０００４】
通常、アレーアンテナを平面的に配列する場合には、４角配列や３角配列が用いられる（たとえば、非特許文献１参照）。
このように配列されたアレーアンテナにおいては、各素子配列間隔を大きくすると、メインローブとは異なる方向に、メインローブとほぼ同一の利得を有する不要なグレーティングローブが発生することが知られている。
【０００５】
したがって、グレーティングローブが発生しないように、素子配列間隔ｄを適切に設定する必要がある。
たとえば、４角配列とした場合には、光速ｃ、周波数ｆ、最大走査角θｍに対して、以下の式（１）で示すように、素子配列間隔ｄを設定する必要がある。
【０００６】
ｄ≦｛１／（１＋｜ｓｉｎθｍ｜）｝（ｃ／ｆ）  ・・・（１）
【０００７】
また、３角配列とした場合には、以下の式（２）で示すように、素子配列間隔ｄを設定する必要がある。
【０００８】
ｄ≦｛１／ｃｏｓ３０°（１＋｜ｓｉｎθｍ｜）｝（ｃ／ｆ）  ・・・（２）
【０００９】
また、帯域幅を有する場合、最も高い周波数でグレーティングローブが発生しない素子アンテナの間隔を決める必要がある。さらに、大開口径化にともない、素子アンテナの数が増大し、素子アンテナに接続される送受信モジュールの数も増大する。
一般に、送受信モジュールは高価なので、アンテナ全体における送受信モジュールの数を抑制することが望まれる。
【００１０】
上述したグレーティングローブが発生すると、所望の方向のアンテナ利得が低下するとともに、所望の指向方向以外の方向からの到来電波を受信することになり、方位検出において、アンビギュイティが発生する。
したがって、グレーティングローブの発生を回避するための構成を実現したうえで、素子アンテナの数を低減することが望まれる。
【００１１】
そこで、送受信モジュールの数を抑制する手法として、複数の素子アンテナをまとめてサブアレーを構成し、サブアレーごとに移相器を割り当てる方法が知られているが、この場合、一般的にグレーティングローブが発生する。
【００１２】
そこで、グレーティングローブを抑圧するために、周期性を持たないようにサブアレーを配置した非周期アレーアンテナを用いる技術が提案されている（たとえば、非特許文献２、非特許文献３参照）。
上記非周期アレーアンテナによれば、周期アレーアンテナと比較して、サイドローブレベルが最大８．２４［ｄＢ］だけ改善されることが知られている。
【００１３】
また、アレーアンテナにおいては、グレーティングローブの抑圧のみならず、低サイドローブ化が要求されることが多い。そこで、従来から、周期アレーアンテナにおいては、低サイドローブ化を図るために、開口分布にテーパ状の振幅分布を設ける技術が提案されている（たとえば、非特許文献４参照）。
【００１４】
また、非周期アレーアンテナに間引きを適用する例として、グレーティングローブを抑圧するために、ＧＡ（Ｇｅｎｅｔｉｃ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）を用いた数値解析により、間引きを最適化する技術が提案されている（たとえば、非特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】アンテナ工学ハンドブック、電子情報通信学会偏、Ｈ１６−５−１５
【非特許文献２】門口他；信学論（Ｂ）、ＶＯＬ．Ｊ９０−Ｂ，Ｎｏ．１０，２００７．
【非特許文献３】門口他；信学会通信ソサイエティ大，Ｂ−１−１１０（２００８）．
【非特許文献４】Ｒ．Ｊ．Ｍａｉｌｌｏｕｘ，Ｐｈａｓｅｄ  Ａｒｒａｙ  Ａｎｔｅｎｎａ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ．
【非特許文献５】Ｔ．Ｇ．Ｓｐｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｄ．Ｈ．Ｗｅｒｎｅｒ，ＩＥＥＥ  ＡＰ−Ｓ，２００６．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従来の非周期アレーアンテナ装置は、素子アンテナの配列を実質的に最適化する手段を備えることが困難であり、グレーティングローブの抑圧および低サイドローブ化を図るには時間やコストが増大するという課題があった。
また、たとえば非特許文献４に記載のように、開口分布にテーパ状の振幅分布を設けた場合には、複雑な給電回路または複数種類の送受信モジュールが必要となることから、製造コストが増大するという課題があった。
【００１７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、素子アンテナの間隔が不規則で周期性を持たない非周期アレーアンテナ装置において、素子アンテナの配列に応じた適切な間引き処理（制御によりオン／オフ処理することも含む）を設定することにより、コストアップを招くことなく、グレーティングローブの抑圧および低サイドローブ化を実現した非周期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】
【００１８】
この発明に係る非周期アレーアンテナ装置は、ＲＦ信号が入出力される給電回路と、給電回路に接続された複数の送受信モジュールと、複数の送受信モジュールに個別に接続され、各々が非周期的に配列された複数の素子アンテナからなる非周期アレーアンテナと、により構成され、複数の送受信モジュールの各々は、給電回路に接続された移相器と、移相器と個別の素子アンテナとの間に介在された送信用増幅器および受信用増幅器と、を備えた非周期アレーアンテナ装置において、複数の素子アンテナを間引く手段として、非周期的に配列された非周期アレーアンテナの開口を、Ｎ個の分割線Ｋ１〜ＫＮにより半径方向に等分割して、分割線の各隣接区間からなるＮ個の分割領域Ｙ１〜ＹＮの各々に少なくとも１つの素子アンテナが存在するように分割領域を設定する半径方向分割手段と、分割領域Ｙｉ（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）に存在する素子数Ｉｉと分割領域の面積Ｓｉとの比を用いて、分割領域の素子密度ａｉを、ａｉ＝Ｉｉ／Ｓｉにより求める素子密度算出手段と、分割領域Ｙｉのそれぞれの領域内の振幅の平均値を振幅平均値Ｘｉとしたとき、分割領域の素子密度ａｉの比が、分割領域の中心領域Ｙ１の振幅平均値Ｘ１で正規化した分割領域Ｙｉごとの振幅平均値Ｘｉの比と一致するように、分割領域Ｙｉ内で間引きする素子アンテナの数を、間引き素子数Ｍｉとして、Ｍｉ＝Ｉｉ−Ｉｉ・ａ１（Ｘｉ／Ｘ１）により求める間引き素子数算出手段と、算出された間引き素子数Ｍｉが整数でない場合には、４捨５入により間引き素子数Ｍｉを整数にする整数化手段と、整数化された間引き素子数Ｍｉを用いて、分割領域Ｙｉを角度方向にＭｉ等分割して分割領域Ｑを設定する角度方向分割手段と、分割領域Ｑ内からランダムに１つの素子アンテナを間引き操作する間引き処理手段と、分割領域Ｑ内に、間引き操作が可能な素子アンテナが存在しない領域がある場合には、素子アンテナが存在しない領域の数Ｐｉを用いて再び角度方向にＰｉ等分割し、間引き処理手段により、Ｐｉ等分割された分割領域Ｑ’の中からランダムに１つの素子アンテナを間引き操作し、分割領域ＱまたはＱ’内に、間引き操作が可能な素子アンテナが存在しない領域がなくなるまで、間引き処理手段の処理を繰り返し実行する素子配列決定手段により、間引く素子アンテナを決定するものである。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、非周期アレーアンテナの開口を同心円状に距離方向にＮ等分割し、Ｎ等分割された分割領域Ｙの各々がたとえばテイラー分布となるような分割領域の素子密度ａを算出し、算出された素子密度と一致するように、オフ素子数Ｍを用いて分割領域Ｙを角度方向にＭ等分割し、Ｍ等分割された分割領域Ｑ内から１つの素子アンテナをランダムにオフして、オン／オフ制御によりテイラー分布に近い励振振幅分布を実現することにより、グレーティングローブの抑圧および低サイドローブ化を安価に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る非周期アレーアンテナ装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１内の素子アンテナの配列状態を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１による素子アンテナの配列決定手順を示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１による半径方向分割領域内の素子密度算出処理を示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１による角度方向分割領域の分割処理を示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１による分割領域内の素子アンテナのオフ処理を示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態１によるオフ操作（間引き処理）後の有効な素子アンテナの配列例を示す説明図である。
【図８】図７の配列例により形成される放射パターンを示す説明図である。
【図９】この発明の実施の形態２によるオフ操作（間引き処理）後の有効な素子アンテナの配列例を示す説明図である。
【図１０】図９の配列例により形成される放射パターンを示す説明図である。
【図１１】この発明の実施の形態３によるダイアモンドタイルを用いた場合の素子アンテナの配列状態を示す説明図である。
【図１２】この発明の実施の形態３によるペンローズタイルを用いた場合の素子アンテナの配列状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明について詳細に説明する。なお、各図において、同一または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
図１はこの発明の実施の形態１に係る非周期アレーアンテナ装置の概略構成を示すブロック図である。
【００２２】
図１において、非周期アレーアンテナ装置１は、複数（ｎ個）の送受信モジュール２と、各送受信モジュール２に接続された複数（＃１〜＃ｎ）の素子アンテナ７と、入出力コネクタ８と、入出力コネクタ８に接続されて各送受信モジュール２に給電を行う給電回路９とを備えている。
給電回路９は、複数の素子アンテナ７のオン／オフ処理によって実質的な配列を決定するための演算処理部９Ａを備えており、後述の処理ルーチン（図３）を実行する。
【００２３】
複数の素子アンテナ７は、後述するように非周期配列されており、非周期アレーアンテナ１０を構成している。また、給電回路９内の演算処理部９Ａは、素子アンテナ７の各々の配列をあらかじめ認識しているものとする。
【００２４】
給電回路９は、送信時には各素子アンテナ７への送信信号のｎ分配を行い、受信時には各素子アンテナ７からの受信信号のｎ合成を行う。
同一構成からなる各送受信モジュール２は、給電回路９に接続された移相器３と、移相器３に接続された並列構成の送信用増幅器４および受信用増幅器５と、送信用増幅器４および受信用増幅器５と素子アンテナ７との間に挿入された３端子の送受切替部６と、により構成されている。
【００２５】
移相器３は、送信用増幅器４の入力端に接続されるとともに、受信用増幅器５の入力端に接続される。
送信用増幅器４は送受切替部６の第１端に接続され、受信用増幅器５は送受切替部６の第２端に接続され、送受切替部６の第３端は素子アンテナ７に接続される。
【００２６】
次に、図１に示した非周期アレーアンテナ装置１の動作について説明する。
まず、送信時において、外部回路（図示せず）から入出力コネクタ８を介して入力されたＲＦ信号は、給電回路９を介してｎ分配され、ｎ個の送受信モジュール２に供給される。
【００２７】
送受信モジュール２内の各々において、移相器３は、入力されたＲＦ信号に対して、所望方向にアンテナパターンが形成されるように位相を制御し、送信用増幅器４は、位相制御されたＲＦ信号を増幅する。
【００２８】
増幅されたＲＦ信号は、送受切替部６を介して、送信信号として素子アンテナ７に入力される。
以下、各素子アンテナ７は、各送受信モジュール２からの送信信号を電波として空中に放射する。
【００２９】
一方、受信時においては、上記送信時とは逆方向に、素子アンテナ７で受信された受信信号が、送受信モジュール２に入力され、送受信モジュール２内の送受切替部６を介して受信用増幅器５に入力される。受信用増幅器５で増幅された受信信号は、移相器３を介して給電回路９に入力される。
以下、給電回路９は、各送受信モジュール２からの受信信号をｎ合成し、入出力コネクタ８を介して、ＲＦ信号として外部回路に出力する。
【００３０】
図２は図１内の非周期アレーアンテナ１０（複数の素子アンテナ７）の具体的な配列状態を示す説明図であり、すべての素子アンテナ７が円形状に充填された場合の開口部を平面的に示している。
図２において、複数（ｎ個）の素子アンテナ７は、ピンウィールタイル１１、１２により、非周期的に配列されて、非周期アレーアンテナ１０を構成している。
【００３１】
ピンウィールタイル１１は、いくつかの素子アンテナ７によってサブアレーを構成するために、直角３角形の平面形状を有しており、図２内の拡大図に示すように、３辺の長さの比が「１：２：√５」となっている。
また、１つのピンウィールタイル１１は、５分割された最小単位のピンウィールタイル１２により構成されており、開口部（円形平面）上に非周期的に充填配列されている。
【００３２】
最小単位のピンウィールタイル１２は、ピンウィールタイル１１と相似形であり、３辺の長さの比が同様に「１：２：√５」となっている。
最小単位のピンウィールタイル１２内には、たとえば、８個の素子アンテナ７が任意に配置されている。
【００３３】
非周期アレーアンテナ１０は、基本周波数ｆ０（＝３［ＧＨｚ］）の波長λの１２倍の半径を有する円形の開口形状において、ピンウィールタイル１１内に配列されたピンウィールタイル１２により、非周期的かつフラクタル状に隙間なく充填（配列）された素子アンテナ７により構成されている。
【００３４】
なお、この発明が適用可能な素子アンテナ７の種類は任意であり、パッチ、ダイポール、ホーン、テーパノッチ、スパイラル、ボウタイ、ログペリ、スロット、または、その他の素子アンテナおよびこれらの素子アンテナの変形形状など、すべて適用可能である。
また、図２においては、１つのピンウィールタイル１２内の素子アンテナ７の配置数を「８」とした例を示したが、これに限定されることはなく、ピンウィールタイル１２内に配置される素子アンテナ７の数（以下、「素子数」という）は任意に設定され得る。
【００３５】
次に、図３〜図８を参照しながら、演算処理部９Ａによる素子アンテナ７の配列決定手順について、具体的に説明する。図３はこの発明の実施の形態１による素子アンテナ７の配列決定手順を示すフローチャートである。
非周期アレーアンテナ装置１の素子アンテナ７の配列は、図３の処理によって決定される。
【００３６】
初期状態において、非周期アレーアンテナ１０内のすべての素子アンテナ７は、オン状態にあるものとする。
すべての素子アンテナ７がオン状態にある非周期アレーアンテナ１０から、選択的に素子アンテナ７をオフすることにより、残された有効な素子アンテナ７の配列を決定する。
【００３７】
図３において、素子アンテナ７の配列決定手順は、概して３段階の処理ステップＳＴ１〜ＳＴ３からなり、ステップＳＴ１においては、開口部（円形配列領域）の半径方向に任意にＮ等分割した領域の素子密度を求める。
【００３８】
また、ステップＳＴ２においては、ステップＳＴ１でＮ等分割された分割領域Ｙｉ内で角度方向にＭｉ等分割するための分割数Ｍｉを求め、ステップＳＴ３においては、ステップＳＴ２でＭｉ分割された領域からランダムに１つの素子アンテナ７をオフ操作（間引き処理）する。
【００３９】
ステップＳＴ１は、後述する３段階のステップＳＴ１１〜ＳＴ１３を含み、ステップＳＴ２は、後述する５段階のステップＳＴ２１〜ＳＴ２５を含み、ステップＳＴ３は、後述する３段階のステップＳＴ３１〜ＳＴ３３を含む。
【００４０】
図４は図３内のステップＳＴ１による半径方向分割領域内の素子密度算出処理を示す説明図である。
また、図５はステップＳＴ２による角度方向分割領域の分割処理を示す説明図であり、図６はステップＳＴ３による分割領域内の素子アンテナのオフ処理（間引き処理）を示す説明図である。
【００４１】
図４において、分割線Ｋ１〜ＫＮは、開口部の半径方向に任意にＮ等分割し、リング状の複数の分割領域Ｙ１〜ＹＮを形成している。各分割領域Ｙ１〜ＹＮの面積は、中心部から順に、Ｓ１〜ＳＮで表される。
【００４２】
図５においては、開口部の中心を頂点とする任意のテイラー分布２５を一例として、テイラー分布２５における分割領域Ｙ１〜ＹＮごとの振幅Ａ１〜ＡＮと中心部の振幅Ａ０とを示している。
図５において、横軸は、各分割線Ｋ１〜ＫＮにより分割された分割領域Ｙ１〜ＹＮの各区間を示しており、縦軸は、振幅Ａ０〜ＡＮおよび振幅平均値Ｘ１〜ＸＮを示している。
各振幅平均値Ｘ１〜ＸＮは、黒丸点のレベルに対応しており、たとえば分割領域ＹＮ内においては、振幅ＡＮ−１〜ＡＮから振幅平均値ＸＮが求められる。
【００４３】
図６においては、素子アンテナ７の実質的な配列決定用の間引き処理を行う際の、角度方向の分割領域Ｑ、Ｑ’、Ｑ”（順次に拡大される）を示している。
すなわち、最初に、分割領域Ｙｉを角度方向にＭｉ等分割した分割領域Ｑ内で間引き処理を行い、素子配列が決定しない場合には、分割領域ＹｉをＰｉ等分割（Ｐｉ＜Ｍｉ）した分割領域Ｑ’内で間引き処理を行い、さらに素子配列が決定しない場合には、分割領域ＹｉをＰｉ’等分割（Ｐｉ’＜Ｐｉ）した分割領域Ｑ”内で間引き処理を行う状態を示している。
【００４４】
図６において、分割領域Ｙｉに対する最初の分割領域Ｑは、開口中心からの角度範囲が３６０／Ｍｉ［°］（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）となり、次に、Ｐｉ等分割された分割領域Ｑ’は、開口中心からの角度範囲が３６０／Ｐｉ［°］となり、Ｐｉ’等分割された分割領域Ｑ”は、開口中心からの角度範囲が３６０／Ｐｉ’［°］となる。
【００４５】
図３において、まず、ステップＳＴ１内のステップＳＴ１１においては、図４に示すように、開口部を同心円状の分割線Ｋ１〜ＫＮで半径方向にＮ等分割し、分割線Ｋ１〜ＫＮによって任意にＮ等分割された分割領域Ｙ１〜ＹＮを形成する。
【００４６】
続いて、ステップＳＴ１２においては、分割領域Ｙｉ（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）内に素子アンテナ７が存在するか否かを判定し、分割領域Ｙｉ内に素子アンテナ７が存在しない（すなわち、ＮＯ）と判定された場合にはステップＳＴ１１に戻り、素子アンテナ７が存在する（すなわち、ＹＥＳ）と判定された場合にはステップＳＴ１３に移行する。
なお、ステップＳＴ１１に戻った最の再分割時には、任意の分割数Ｎを前回値よりも小さい値にして分割領域Ｙｉを拡大設定する。
【００４７】
ステップＳＴ１３においては、以下の式（３）に示すように、分割領域Ｙｉの各々に存在する素子アンテナ７の数Ｉｉ（以下「素子数Ｉｉ」という）と分割領域Ｙｉの各々の面積Ｓｉとを用いて、分割領域Ｙｉ内の各素子密度ａｉを求める。
【００４８】
ａｉ＝Ｉｉ／Ｓｉ  ・・・（３）
【００４９】
次に、ステップＳＴ２に移行し、分割領域Ｙｉ内においてオフ（間引き処理）される素子アンテナ７の数Ｍｉ（以下、「オフ素子数Ｍｉ」という）を算出する。
まず、ステップＳＴ２内のステップＳＴ２１において、分割領域Ｙｉの振幅平均値Ｘｉ（図５参照）それぞれ求める。
【００５０】
続いて、ステップＳＴ２２においては、ステップＳＴ２１で求めた振幅平均値Ｘｉのそれぞれを、中心部の分割領域Ｙ１の振幅平均値Ｘ１で規格化するとともに、中心領域Ｙ１の素子密度ａ１を乗じた値Ｚｉ（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）を、以下の式（４）のように求める。
【００５１】
Ｚｉ＝ａ１（Ｘｉ／Ｘ１）  ・・・（４）
【００５２】
また、ステップＳＴ２３においては、式（４）で求めたＺｉと、分割領域Ｙｉ内に配置されて存在する素子数Ｉｉとから、素子数Ｉｉの中からオフ（間引き処理）するオフ素子数Ｍｉを、以下の式（５）のように求める。
【００５３】
Ｍｉ＝Ｉｉ−Ｉｉ・Ｚｉ
＝Ｉｉ−Ｉｉ・ａ１（Ｘｉ／Ｘ１）  ・・・（５）
【００５４】
続いて、ステップＳＴ２４においては、式（４）で求めたオフ素子数Ｍｉが整数であるか否かを判定し、オフ素子数Ｍｉが整数である（すなわち、ＹＥＳ）と判定された場合にはステップＳＴ３に移行し、オフ素子数Ｍｉが整数でない（すなわち、ＮＯ）と判定された場合には、４捨５入処理を施して整数に変換し（ステップＳＴ２５）、実際の間引き処理（ステップＳＴ３）に移行する。
【００５５】
まず、ステップＳＴ３内のステップＳＴ３１においては、全領域内から均等に間引き処理を行うために、ステップＳＴ２で求めたオフ素子数Ｍｉを用いて、分割領域Ｙｉごとに全体（３６０°）を角度方向にＭｉ等分割して、図６に示すように、分割領域Ｑ（角度範囲が３６０／Ｍｉ［°］）を設定する。
続いて、ステップＳＴ３２においては、分割領域Ｑ内からランダムに１つの素子アンテナ７をオフ操作して間引き処理を行う。
【００５６】
次に、ステップＳＴ３３においては、間引き処理後のすべての分割領域Ｑ内に素子アンテナ７が１つ以上存在するか否かを判定し、素子アンテナ７が１つ以上存在する（すなわち、ＹＥＳ）と判定された場合には、ステップＳＴ３２のオフ操作が可能な状態（素子アンテナ７の配列が決定）と見なして、図３の処理ルーチンを終了する。
【００５７】
一方、ステップＳＴ３３において、分割領域Ｑ内に素子アンテナ７が存在しない（すなわち、ＮＯ）と判定された場合には、ステップＳＴ３２のオフ操作が不可能な状態（素子アンテナ７の配列が未決定）と見なして、再び間引き処理を行うためにステップＳＴ３２に戻る。
【００５８】
ステップＳＴ３２の再実行時においては、素子アンテナ７が存在しない（すなわち、ＮＯ）と判定された領域の数Ｐｉに応じて角度方向にＰｉ等分割し、Ｐｉ等分割された分割領域Ｑ’（開口中心からの角度範囲３６０／Ｐｉ［°］）内に存在する素子アンテナ７から、１つの素子アンテナ７をランダムにオフする。これにより、間引き処理の均一性を維持する。
【００５９】
以下、ステップＳＴ３３において、素子アンテナ７が存在しない（すなわち、ＮＯ）と判定される領域がなくなるまで、上記処理を繰り返し実行し、最終的な素子アンテナ７の配列を決定する。
【００６０】
図７は、図３の手順によってオフ操作（間引き処理）された後の、有効な素子アンテナ７の配列例を示す説明図であり、非周期アレーアンテナ１０の開口部を平面的に示している。
図７においては、一例として、半径方向の分割数Ｎを「１２」とし、すべての素子アンテナ７がオン状態の非周期アレーアンテナ１０（図２参照）の素子アンテナ７の数ｎを「１４００」とした場合を示している。
【００６１】
また、素子アンテナ７の数ｎを決定するテイラー分布２５（図５参照）は、サイドローブレベル−２５［ｄＢ］の「円形テイラー分布」（サイドローブ数＝４の条件下）として、図３の操作手順にしたがって素子アンテナ７をオフすることにより、素子アンテナ７の配列を決定したものとする。
図７において、有効な素子アンテナ７の配列は、非周期的に分布することになり、かつ、開口部の中心部では素子密度が高く、外周部では素子密度が低くなるように分布する。
【００６２】
図８は図７に示した素子アンテナ７の配列による放射パターンの解析値を示す説明図である。
図８においては、解析した基本周波数ｆ０を３［ＧＨｚ］とし、放射パターンは、基本周波数ｆ０と基本周波数の２倍の周波数２ｆ０とで解析した結果である。
図８の放射パターンから分かるように、カット面において約−３０［ｄＢ］の低いサイドローブレベルを得ることができる。
この発明の実施の形態１（図１〜図７）に係る非周期アレーアンテナ装置１によれば、図８の性能を有する素子配列を実現可能なことが分かる。
【００６３】
以上のように、この発明の実施の形態１（図１〜図８）に係る非周期アレーアンテナ装置１は、ＲＦ信号が入出力される給電回路９と、給電回路９に接続された複数の送受信モジュール２と、複数の送受信モジュール２に個別に接続され、各々が非周期的に配列された複数の素子アンテナ７からなる非周期アレーアンテナ１０と、により構成されている。
複数の送受信モジュール２の各々は、給電回路９に接続された移相器３と、移相器３と個別の素子アンテナ７との間に介在された送信用増幅器４および受信用増幅器５と、を備えている。
また、給電回路９は、複数の素子アンテナ７のオン／オフ処理によって実質的な配列を決定するための演算処理部９Ａを備えている。
【００６４】
演算処理部９Ａは、非周期アレーアンテナ１０の開口を、Ｎ個の分割線Ｋ１〜ＫＮにより半径方向に等分割して、分割線の各隣接区間からなるＮ個の分割領域Ｙ１〜ＹＮの各々に少なくとも１つの素子アンテナが存在するように分割領域Ｙ１〜ＹＮを設定する半径方向分割手段（ステップＳＴ１１、ＳＴ１２）を備えている。
【００６５】
また、演算処理部９Ａは、分割領域Ｙｉ（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）に存在する素子数Ｉｉと分割領域の面積Ｓｉとの比を用いて、分割領域の素子密度ａｉを、ａｉ＝Ｉｉ／Ｓｉ（式（３））により求める素子密度算出手段（ステップＳＴ１３）を備えている。
【００６６】
また、演算処理部９Ａは、分割領域の素子密度ａｉの比が、分割領域の中心領域の振幅平均値Ｘ１で正規化した分割領域ごとの振幅平均値Ｘｉの比と一致するように、分割領域Ｙｉ内でオフする素子アンテナの数を、オフ素子数Ｍｉとして、Ｍｉ＝Ｉｉ−Ｉｉ・ａ１（Ｘｉ／Ｘ１）（式（５））により求めるオフ素子数算出手段（ステップＳＴ２、ＳＴ２１〜ＳＴ２３）と、算出されたオフ素子数Ｍｉが整数でない場合には、４捨５入によりオフ素子数Ｍｉを整数にする整数化手段（ステップＳＴ２５）と、を備えている。
【００６７】
また、演算処理部９Ａは、整数化されたオフ素子数Ｍｉを用いて、分割領域Ｙｉを角度方向にＭｉ等分割して分割領域Ｑを設定する角度方向分割手段（ステップＳＴ３１）と、分割領域Ｑ内からランダムに１つの素子アンテナをオフ操作する間引き処理手段（ステップＳＴ３２）と、を備えている。
【００６８】
さらに、演算処理部９Ａは、分割領域Ｑ内に、オフ操作が可能な素子アンテナが存在しない領域がある場合には、素子アンテナが存在しない領域の数Ｐｉを用いて再び角度方向にＰｉ等分割し、間引き処理手段（ステップＳＴ３２）により、Ｐｉ等分割された分割領域Ｑ’の中からランダムに１つの素子アンテナをオフ操作し、分割領域ＱまたはＱ’内に、オフ操作が可能な素子アンテナが存在しない領域がなくなるまで、間引き処理手段の処理を繰り返し実行する素子配列決定手段（ステップＳＴ３３）を備えている。
【００６９】
このように、グレーティングローブを抑圧するとともに、すべての素子アンテナ７の励振振幅を同一にしたオン／オフ操作（間引き処理）を行うことにより、素子配列に密度テーパを付けることができので、低サイドローブ化を実現して、実質的に有効な素子アンテナ７の数を削減することができる。
【００７０】
すなわち、素子アンテナ７の配列に応じた適切な間引き処理で励振振幅分布を設定することにより、特にグレーティングローブや近軸での高レベルのサイドローブが問題となる高出力アクティブフェーズドアレーレーダなどにおいても、コストアップを招くことなく、グレーティングローブの抑圧および低サイドローブ化を実現することができる。
【００７１】
なお、図１では、間引く素子を決定する手段として、給電回路９内に演算処理部９Ａを設けたが、これに限定されることはなく、演算処理部９Ａを給電回路９の外部に設けて、オフラインにより算出してもよい。
この場合、素子アンテナのオン／オフ制御は不要になり、あらかじめ算出したオフ制御の位置の素子アンテナを取り除くことができるので、低コスト化／軽量化を図りつつ、グレーティングローブの抑圧および低サイドローブ化を実現することができる。
【００７２】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１（図１〜図８）では、同心円状に１２分割してサイドローブレベルが−２５［ｄＢ］の円形テイラー分布の設定について説明したが、同心円状の分割数Ｎや、角度方向の分割数Ｍｉは、テイラー分布での所望のサイドローブレベルによって可変設定することができる。
また、ここでは、円形開口の例を示したが、この開口形状に限定されることはなく、長方形開口、楕円開口、多角形開口などの任意の開口形状であってもよい。
【００７３】
図９はこの発明の実施の形態２による間引き処理（図３）後のオフされた素子配列例を示す説明図である。
図９においては、半径方向の分割数Ｎを「６」とし、素子アンテナ７をオフ操作（間引き処理）する前の非周期アレーアンテナ１０の素子数ｎを「１４００」とし、素子アンテナ７の数を決定するテイラー分布を、前述と同様のサイドローブレベル−３５［ｄＢ］の「円形テイラー分布」とした場合を示している。
【００７４】
図１０は図９の素子配列による放射パターンの解析値を示す説明図である。
図１０においては、解析した基本周波数ｆ０を３［ＧＨｚ］とし、放射パターンは、基本周波数ｆ０および基本周波数の２倍の周波数２ｆ０で解析した結果を示している。
【００７５】
図１０から分かるように、カット面において約−３０［ｄＢ］の低いサイドローブレベルを得ることができ、前述と同様の性能を有する素子配列を実現可能なことが分かる。
また、図９から明らかなように、この場合、前述（図７）と比べて、実質的に有効な素子アンテナ７の数が少なくて済むので、消費電力を軽減することもできる。
【００７６】
実施の形態３．
なお、上記実施の形態１（図２）では、ピンウィールタイル１１、１２を用いて配置された非周期アレーアンテナ１０に対してオフ操作（間引き処理）を実行したが、他のタイルを用いた非周期アレーアンテナに適用してもよい。
【００７７】
たとえば、図１１に示すようなダイアモンドタイル１３や、図１２に示すようなペンローズタイル１４などを用いた非周期アレーアンテナ１０Ａ、１０Ｂに対しても、前述と同様に、オフ操作（間引き処理）を適用可能であり、同様の作用効果を奏することは言うまでもない。
【００７８】
図１１はダイアモンドタイル１３を非周期的に配列した非周期アレーアンテナ１０Ａを示す説明図であり、図１２はペンローズタイル１４を非周期的に配列した非周期アレーアンテナ１０Ｂを示す説明図である。
【００７９】
また、上記実施の形態１、２では、テイラー分布２５を適用した場合を例にとって説明したが、これに限定されるものではなく、他の任意の分布を適用した場合であっても、グレーティングローブや近軸での高レベルのサイドローブが問題となる高出力アクティブフェーズドアレーレーダなどで利用可能であり、前述と同様の作用効果を奏することは言うまでもない。
【符号の説明】
【００８０】
１  非周期アレーアンテナ装置、２  送受信モジュール、３  移相器、４  送信用増幅器、５  受信用増幅器、７  素子アンテナ、９Ａ  演算処理部、９  給電回路、１０、１０Ａ、１０Ｂ  非周期アレーアンテナ、１１、１２  ピンウィールタイル、１３  ダイアモンドタイル、１４  ペンローズタイル、２５  テイラー分布、ａｉ  素子密度、Ｉｉ  分割領域内の素子数、Ｋｉ、Ｋ１〜ＫＮ  分割線、Ｍｉ  オフ素子数（分割数）、Ｎ  分割数、Ｑ、Ｑ’、Ｑ”、Ｙｉ、Ｙ１〜ＹＮ  分割領域、Ｓｉ  面積、ステップＳＴ１１、ＳＴ１２  半径方向分割手段、ＳＴ１３  素子密度算出手段、ＳＴ２１〜ＳＴ２３  オフ素子数算出手段、ＳＴ２５  整数化手段、ＳＴ３１  角度方向分割手段、ＳＴ３２  間引き処理手段、ＳＴ３３  素子配列決定手段、Ｘｉ、Ｘ１〜ＸＮ  振幅平均値、Ｙ１  中心領域。
【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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【図１２】
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