(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送波信号を放射する複数の素子アンテナを有するアレーアンテナと、
通信対象の信号である通信信号を生成する通信信号生成部と、
前記通信信号生成部により生成された通信信号の位相を調整することで、前記通信信号の妨害波となる干渉信号を生成する干渉信号生成部と、
前記通信信号を送信する電波である通信ビームの励振振幅と前記干渉信号を送信する電波である干渉ビームの励振振幅との２乗和が、前記複数の素子アンテナのそれぞれで同じになる前記通信ビームの励振分布及び前記干渉ビームの励振分布をそれぞれ算出する励振分布算出部と、
前記励振分布算出部によりそれぞれ算出された前記通信ビームの励振分布と前記干渉ビームの励振分布とを合成する励振分布合成部と、
前記励振分布合成部による合成後の励振分布に従って前記複数の素子アンテナに与える搬送波信号の位相をそれぞれ制御する位相制御部と
を備えたアンテナ装置。
【請求項２】
前記励振分布算出部は、
前記アレーアンテナが有する複数の素子アンテナに対する共通の設定値として、１つの素子アンテナにおける前記通信ビームの励振振幅と前記干渉ビームの励振振幅との２乗和である合計電力値を設定するとともに、前記複数の素子アンテナに対する第１の励振振幅分布及び前記複数の素子アンテナに対する第２の励振振幅分布をそれぞれ設定する励振振幅分布設定部と、
前記アレーアンテナにおける和パターンの励振位相分布を設定し、前記和パターンの励振位相分布、前記通信信号及び前記第２の励振振幅分布を用いて、前記通信ビームの励振分布を算出する通信励振分布算出部と、
前記通信信号の通信方向にアンテナパターンの零点を形成する励振位相分布として、前記アレーアンテナにおける差パターンの励振位相分布を設定し、前記差パターンの励振位相分布、前記干渉信号及び前記第１の励振振幅分布を用いて、前記干渉ビームの励振分布を算出する干渉励振分布算出部とを備え、
前記励振振幅分布設定部は、
前記第１の励振振幅分布における前記複数の素子アンテナの中の１つの素子アンテナに対する励振振幅と、前記第２の励振振幅分布における前記１つの素子アンテナに対する励振振幅との２乗和が前記合計電力値となる前記第１の励振振幅分布及び前記第２の励振振幅分布をそれぞれ設定することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
搬送波信号を発生する搬送波信号発生部と、
前記搬送波信号発生部により発生された搬送波信号を分配する分配器とを備え、
前記位相制御部は、
前記分配器により分配された複数の搬送波信号の中の１つの搬送波信号の位相を調整し、位相調整後の搬送波信号を前記複数の素子アンテナの中の１つの素子アンテナに出力する複数の位相調整器と、
前記励振分布合成部による合成後の励振分布に従って前記複数の位相調整器における位相の調整量をそれぞれ制御する制御器とを備えたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項４】
デジタル信号である搬送波信号を発生する搬送波信号発生部を備え、
前記位相制御部は、
前記搬送波信号発生部により発生された搬送波信号の位相を調整する複数のデジタル信号処理器と、
前記複数のデジタル信号処理器の中の１つのデジタル信号処理器により位相が調整された搬送波信号をアナログ信号に変換して、前記アナログ信号を前記複数の素子アンテナの中の１つの素子アンテナに出力する複数のデジタルアナログ変換器と、
前記励振分布合成部による合成後の励振分布に従って前記複数のデジタル信号処理器における位相の調整量をそれぞれ制御する制御器とを備えたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記通信信号の通信方向を定めるビーム走査位相分布を設定する位相分布設定部を備え、
前記励振分布合成部は、前記励振分布算出部により算出された前記通信ビームの励振分布と前記干渉ビームの励振分布とを合成し、合成した励振分布に対して前記位相分布設定部により設定されたビーム走査位相分布を乗算し、前記ビーム走査位相分布を乗算した励振分布を前記合成後の励振分布として前記位相制御部に出力することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記干渉信号生成部は、前記通信信号の位相を９０度シフト又は−９０度シフトすることで、前記干渉信号を生成することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記干渉信号生成部は、前記通信信号の位相が第１象限に存在するときの当該通信信号と前記干渉信号の位相差を第１の位相差、前記通信信号の位相が第２象限に存在するときの当該通信信号と前記干渉信号の位相差を第２の位相差、前記通信信号の位相が第３象限に存在するときの当該通信信号と前記干渉信号の位相差を第３の位相差、前記通信信号の位相が第４象限に存在するときの当該通信信号と前記干渉信号の位相差を第４の位相差とすると、前記第１の位相差と前記第３の位相差が異符号の位相差となる前記干渉信号を生成し、前記第２の位相差と前記第４の位相差が異符号の位相差となる前記干渉信号を生成することを特徴とする請求項６記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記励振振幅分布設定部は、前記第１の励振振幅分布として、前記複数の素子アンテナのうち、端部の素子アンテナに対する干渉ビームの励振振幅が、端部以外の素子アンテナに対する干渉ビームの励振振幅よりも小さい励振振幅分布を設定することを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記励振振幅分布設定部は、前記第２の励振振幅分布として、前記複数の素子アンテナのうち、端部の素子アンテナに対する通信ビームの励振振幅が、端部以外の素子アンテナに対する通信ビームの励振振幅よりも小さい励振振幅分布を設定することを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
前記アレーアンテナは、リニアアレーアンテナ、平面アレーアンテナ又はコンフォーマルアレーアンテナであることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項１１】
前記励振分布算出部は、
前記アレーアンテナが有する複数の素子アンテナに対する共通の設定値として、１つの素子アンテナにおける前記通信ビームの励振振幅と前記通信信号の振幅との積と、前記干渉ビームの励振振幅との２乗和である合計電力値を設定するとともに、前記複数の素子アンテナに対する第１の励振振幅分布及び前記複数の素子アンテナに対する第２の励振振幅分布をそれぞれ設定する励振振幅分布設定部と、
前記アレーアンテナにおける和パターンの励振位相分布を設定し、前記和パターンの励振位相分布、前記通信信号及び前記第２の励振振幅分布を用いて、前記通信ビームの励振分布を算出する通信励振分布算出部と、
前記通信信号の通信方向にアンテナパターンの零点を形成する励振位相分布として、前記アレーアンテナにおける差パターンの励振位相分布を設定し、前記差パターンの励振位相分布、前記干渉信号及び前記第１の励振振幅分布を用いて、前記干渉ビームの励振分布を算出する干渉励振分布算出部とを備え、
前記励振振幅分布設定部は、
前記第２の励振振幅分布における前記複数の素子アンテナの中の１つの素子アンテナに対する励振振幅と前記通信信号の振幅との積と、前記第１の励振振幅分布における前記１つの素子アンテナに対する励振振幅との２乗和が前記合計電力値となる前記第１の励振振幅分布及び前記第２の励振振幅分布をそれぞれ設定することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項１２】
前記干渉信号生成部は、前記通信信号の振幅で前記通信信号を除算し、前記振幅で除算した通信信号の位相を９０度シフト又は−９０度シフトすることで、前記干渉信号を生成することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項１３】
前記励振振幅分布設定部は、前記第１の励振振幅分布として、前記複数の素子アンテナのうち、端部の素子アンテナに対する干渉ビームの励振振幅が、端部以外の素子アンテナに対する干渉ビームの励振振幅よりも小さい励振振幅分布を設定することを特徴とする請求項１１記載のアンテナ装置。
【請求項１４】
前記励振振幅分布設定部は、前記第２の励振振幅分布として、前記複数の素子アンテナのうち、端部の素子アンテナに対する通信ビームの励振振幅が、端部以外の素子アンテナに対する通信ビームの励振振幅よりも小さい励振振幅分布を設定することを特徴とする請求項１１記載のアンテナ装置。
【請求項１５】
通信信号生成部が、通信対象の信号である通信信号を生成し、
干渉信号生成部が、前記通信信号生成部により生成された通信信号の位相を調整することで、前記通信信号の妨害波となる干渉信号を生成し、
励振分布算出部が、前記通信信号を送信する電波である通信ビームの励振振幅と前記干渉信号を送信する電波である干渉ビームの励振振幅との２乗和が、搬送波信号を放射する複数の素子アンテナのそれぞれで同じになる前記通信ビームの励振分布及び前記干渉ビームの励振分布をそれぞれ算出し、
励振分布合成部が、前記励振分布算出部によりそれぞれ算出された前記通信ビームの励振分布と前記干渉ビームの励振分布とを合成し、
位相制御部が、前記励振分布合成部による合成後の励振分布に従って前記複数の素子アンテナに与える搬送波信号の位相をそれぞれ制御する
アンテナ励振方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アレーアンテナが有する複数の素子アンテナに与える搬送波信号の位相をそれぞれ制御するアンテナ装置及びアンテナ励振方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フェーズドアレーアンテナを実装しているアンテナ装置では、フェーズドアレーアンテナを構成している複数の素子アンテナに与える搬送波信号の振幅及び位相をそれぞれ制御することで、指向性ビームを形成することができる。
以下の非特許文献１には、通信方向を含む通信方向の近傍の方向だけに信号を送信するアレーアンテナ（以降、「指向性変調アレーアンテナ」と称する）を実装することで、通信可能な領域が限定されている秘匿通信を実現するアンテナ装置が開示されている。【０００３】
非特許文献１に開示されているアンテナ装置は、送信ビット系列に対して、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）の変調処理を施すことで、通信対象の信号であるベースバンド変調信号を生成する。
このアンテナ装置は、ベースバンド変調信号を生成すると、ベースバンド変調信号における各々の信号点の振幅位相と、通信方向におけるアンテナパターンの電界振幅位相とを対応させる励振分布を算出する。
そして、このアンテナ装置は、指向性変調アレーアンテナを構成している複数の素子アンテナに与える搬送波信号に対して、その算出した励振分布を時分割で与える。
時分割で与える励振分布は、複数の方角のビット誤り率等に基づく評価関数を、ＧＡ（Ｇｅｎｅｔｉｃ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ：遺伝的アルゴリズム）などの最適化手法を用いて解くことで得ることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】M. P. Daly, “Directional Modulation Technique for Phased Arrays”, IEEE Trans. Antennas Propagat., vol.57, pp.2633-2640, 2009.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のアンテナ装置は以上のように構成されているので、ＧＡなどの最適化手法を用いれば、時分割で与える励振分布を算出することができる。しかし、最適化手法を用いて、励振分布を算出する場合、励振分布の計算量が膨大になるため、励振分布を得るまでに長時間を要することがあるという課題があった。【０００６】
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、最適化手法を用いて、励振分布を算出する場合よりも、励振分布を得るまでに要する時間を短縮することができるアンテナ装置及びアンテナ励振方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るアンテナ装置は、搬送波信号を放射する複数の素子アンテナを有するアレーアンテナと、通信対象の信号である通信信号を生成する通信信号生成部と、通信信号生成部により生成された通信信号の位相を調整することで、通信信号の妨害波となる干渉信号を生成する干渉信号生成部と、通信信号を送信する電波である通信ビームの励振振幅と干渉信号を送信する電波である干渉ビームの励振振幅との２乗和が、複数の素子アンテナのそれぞれで同じになる通信ビームの励振分布及び干渉ビームの励振分布をそれぞれ算出する励振分布算出部と、励振分布算出部によりそれぞれ算出された通信ビームの励振分布と干渉ビームの励振分布とを合成する励振分布合成部とを設け、位相制御部が、励振分布合成部による合成後の励振分布に従って複数の素子アンテナに与える搬送波信号の位相をそれぞれ制御するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、通信信号を送信する電波である通信ビームの励振振幅と干渉信号を送信する電波である干渉ビームの励振振幅との２乗和が、複数の素子アンテナのそれぞれで同じになる通信ビームの励振分布及び干渉ビームの励振分布をそれぞれ算出する励振分布算出部と、励振分布算出部によりそれぞれ算出された通信ビームの励振分布と干渉ビームの励振分布とを合成する励振分布合成部とを設け、位相制御部が、励振分布合成部による合成後の励振分布に従って複数の素子アンテナに与える搬送波信号の位相をそれぞれ制御するように構成したので、最適化手法を用いて、励振分布を算出する場合よりも、励振分布を得るまでに要する時間を短縮することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるアンテナ装置における信号処理部１０のハードウェア構成図である。
【図３】信号処理部１０がソフトウェア又はファームウェアなどで実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
【図４】搬送波信号発生部１、分配器２、位相調整器３１−１〜３１−Ｋ、増幅器３３−１〜３３−Ｋ及び素子アンテナ３−１〜３−Ｋの動作を示すフローチャートである。
【図５】励振振幅分布設定部１４の処理内容を示すフローチャートである。
【図６】通信信号生成部１１及び通信励振分布算出部１８の処理内容を示すフローチャートである。
【図７】干渉信号生成部１２及び干渉励振分布算出部２１の処理内容を示すフローチャートである。
【図８】位相分布設定部２４及び励振分布合成部２５の処理内容を示すフローチャートである。
【図９】第一励振振幅分布設定部１６により設定される第１の励振振幅分布Ａ及び第二励振振幅分布設定部１７により設定される第２の励振振幅分布Ｂの一例を示す説明図である。
【図１０】第１の励振振幅分布Ａ及び第２の励振振幅分布Ｂが図９のように設定されている場合の各ＱＰＳＫ変調シンボルにおける合成励振分布の振幅特性を示す説明図である。
【図１１】第１の励振振幅分布Ａ及び第２の励振振幅分布Ｂが図９のように設定されている場合の、通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）及び干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）から算出されるアンテナパターンの振幅特性を示す説明図である。
【図１２】合成励振分布Ｅ（ｔ）から算出される放射パターンの位相特性を示す説明図である。
【図１３】第１の励振振幅分布Ａ及び第２の励振振幅分布Ｂが図９のように設定されている場合の各ＱＰＳＫ変調シンボルにおける合成励振分布の位相特性を示す説明図である。
【図１４】第一励振振幅分布設定部１６により設定される第１の励振振幅分布Ａ及び第二励振振幅分布設定部１７により設定される第２の励振振幅分布Ｂの一例を示す説明図である。
【図１５】この発明の実施の形態２によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図１６】搬送波信号発生部７０、デジタル信号処理器８１−１〜８１−Ｋ、Ｄ／Ａ変換器８３−１〜８３−Ｋ、増幅器３３−１〜３３−Ｋ及び素子アンテナ３−１〜３−Ｋの動作を示すフローチャートである。
【図１７】この発明の実施の形態３によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図１８】干渉信号生成部９０を示す構成図である。
【図１９】励振振幅分布設定部９２の動作を示すフローチャートである。
【図２０】干渉信号生成部９０の動作を示すフローチャートである。
【図２１】１６ＱＡＭを実現する合成励振分布Ｅ（ｔ）の振幅特性を示す説明図である。
【図２２】合成励振分布Ｅ（ｔ）の位相特性を示す説明図である。
【図２３】通信方向を０度とした場合のビット誤り率の角度特性を示す説明図である。
【図２４】この発明の実施の形態４によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図２５】励振振幅分布設定部１０２の動作を示すフローチャートである。
【図２６】この発明の実施の形態５によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図２７】この発明の実施の形態６によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図２８】図２８Ａはリニアアレーアンテナの例を示す説明図、図２８Ｂは平面アレーアンテナの例を示す説明図、図２８Ｃはコンフォーマルアレーアンテナの例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す構成図であり、図２はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置における信号処理部１０のハードウェア構成図である。
図１及び図２において、搬送波信号発生部１は例えば無線周波数の搬送波信号を発生する信号発振器である。
分配器２は搬送波信号発生部１により発生された搬送波信号をＫ（Ｋは２以上の整数）個に分配して、Ｋ個の搬送波信号を位相制御部３０の位相調整器３１−１〜３１−Ｋにそれぞれ出力する。
アレーアンテナ３はＫ個の素子アンテナ３−１〜３−Ｋを有している。
素子アンテナ３−ｋ（ｋ＝１，２，・・・，Ｋ）は位相制御部３０の位相調整器３１−ｋ及び増幅器３３−ｋを通過してきた搬送波信号を空間に放射する。
【００１２】
信号処理部１０は通信信号生成部１１、干渉信号生成部１２、励振分布算出部１３、位相分布設定部２４、励振分布合成部２５及びアンテナパターン表示部２６を備えている。
通信信号生成部１１は例えば図２に示す通信信号生成回路４１によって実現されるものである。
通信信号生成部１１は、例えば、外部から与えられる送信ビット系列に対して、ＱＰＳＫなどのベースバンド変調処理を施すことで、通信対象の信号である通信信号ｄ（ｔ）を生成する。
また、通信信号生成部１１は、通信信号ｄ（ｔ）を干渉信号生成部１２及び通信励振分布算出処理部２０にそれぞれ出力する処理を実施する。
ここでは、通信信号生成部１１が、送信ビット系列に対する変調方式としてＱＰＳＫを用いる例を示しているが、変調方式はＱＰＳＫに限るものではない。通信信号生成部１１は、送信ビット系列に対する変調方式として、例えば、ＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）、８ＰＳＫの変調方式を用いるようにしてもよい。
なお、送信ビット系列は、送信したい情報が符号化されている系列である。
【００１３】
干渉信号生成部１２は例えば図２に示す干渉信号生成回路４２によって実現されるものである。
干渉信号生成部１２は、通信信号生成部１１により生成された通信信号ｄ（ｔ）の位相を調整することで、通信信号ｄ（ｔ）の妨害波となる干渉信号ｉ（ｔ）を生成し、干渉信号ｉ（ｔ）を干渉励振分布算出処理部２３に出力する処理を実施する。
干渉信号生成部１２は、例えば、通信信号生成部１１により生成された通信信号ｄ（ｔ）の位相を９０度シフト又は−９０度シフトすることで、干渉信号ｉ（ｔ）を生成する。
【００１４】
励振分布算出部１３は励振振幅分布設定部１４、通信励振分布算出部１８及び干渉励振分布算出部２１を備えている。
励振分布算出部１３は、通信ビームの励振振幅と干渉ビームの励振振幅との２乗和が、Ｋ個の素子アンテナ３−１〜３−Ｋのそれぞれで同じになる通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）及び干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）をそれぞれ算出する処理を実施する。
通信ビームは、通信信号ｄ（ｔ）を送信する電波であり、干渉ビームは、干渉信号ｉ（ｔ）を送信する電波である。
【００１５】
励振振幅分布設定部１４は合計電力設定部１５、第一励振振幅分布設定部１６及び第二励振振幅分布設定部１７を備えており、例えば、図２に示す励振振幅分布設定回路４３によって実現されるものである。
励振振幅分布設定部１４は、アレーアンテナ３が有する素子アンテナ３−１〜３−Ｋに対する共通の設定値として、１つの素子アンテナ３−ｋにおける通信ビームの励振振幅と干渉ビームの励振振幅との２乗和である合計電力値Ｑを設定する。
また、励振振幅分布設定部１４は、素子アンテナ３−１〜３−Ｋに対する第１の励振振幅分布Ａ及び素子アンテナ３−１〜３−Ｋに対する第２の励振振幅分布Ｂを３−ｋをそれぞれ設定する処理を実施する。
【００１６】
合計電力設定部１５はＫ個の素子アンテナ３−１〜３−Ｋで共通の設定値として、１つの素子アンテナにおける通信ビームの励振振幅と干渉ビームの励振振幅との２乗和である合計電力値Ｑを設定する処理を実施する。
第一励振振幅分布設定部１６はＫ個の素子アンテナ３−１〜３−Ｋに対する第１の励振振幅分布Ａを設定する処理を実施する。
第一励振振幅分布設定部１６は、第１の励振振幅分布Ａとして、例えば、Ｋ個の素子アンテナ３−１〜３−Ｋのうち、端部の素子アンテナ３−１，３−Ｋに対する干渉ビームの励振振幅が、端部以外の素子アンテナ３−２〜３−（Ｋ−１）に対する干渉ビームの励振振幅よりも小さい励振振幅分布を設定する。
第二励振振幅分布設定部１７はＫ個の素子アンテナ３−１〜３−Ｋに対する第２の励振振幅分布Ｂを設定する処理を実施する。
第二励振振幅分布設定部１７は、例えば、第１の励振振幅分布Ａにおける素子アンテナ３−ｋに対する励振振幅と、第２の励振振幅分布Ｂにおける素子アンテナ３−ｋに対する励振振幅との２乗和が合計電力値Ｑとなる第２の励振振幅分布Ｂを設定する。
【００１７】
通信励振分布算出部１８は和パターン分布設定部１９及び通信励振分布算出処理部２０を備えており、例えば、図２に示す通信励振分布算出回路４４によって実現されるものである。
通信励振分布算出部１８は、アレーアンテナ３における和パターンの励振位相分布Ｓを設定する処理を実施する。
また、通信励振分布算出部１８は、和パターンの励振位相分布Ｓ、通信信号ｄ（ｔ）及び第二励振振幅分布設定部１７により設定された第２の励振振幅分布Ｂを用いて、通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）を算出する処理を実施する。
【００１８】
和パターン分布設定部１９は通信ビームの励振位相分布として、アレーアンテナ３における和パターンの励振位相分布Ｓを設定する処理を実施する。
通信励振分布算出処理部２０は和パターンの励振位相分布Ｓ、通信信号生成部１１により生成された通信信号ｄ（ｔ）及び第二励振振幅分布設定部１７により設定された第２の励振振幅分布Ｂを用いて、通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）を算出する処理を実施する。
【００１９】
干渉励振分布算出部２１は差パターン分布設定部２２及び干渉励振分布算出処理部２３を備えており、例えば、図２に示す干渉励振分布算出回路４５によって実現されるものである。
干渉励振分布算出部２１は差パターンの励振位相分布Ｄ、干渉信号ｉ（ｔ）及び第一励振振幅分布設定部１６により設定された第１の励振振幅分布Ａを用いて、干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）を算出する処理を実施する。
【００２０】
差パターン分布設定部２２は通信信号ｄ（ｔ）の通信方向にアンテナパターンの零点を形成する励振位相分布として、アレーアンテナ３における差パターンの励振位相分布Ｄを設定する処理を実施する。
干渉励振分布算出処理部２３は差パターンの励振位相分布Ｄ、干渉信号生成部１２により生成された干渉信号ｉ（ｔ）及び第一励振振幅分布設定部１６により設定された第１の励振振幅分布Ａを用いて、干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）を算出する処理を実施する。
【００２１】
位相分布設定部２４は例えば図２に示す位相分布設定回路４６によって実現されるものである。
位相分布設定部２４は、通信信号ｄ（ｔ）の通信方向を定めるビーム走査位相分布Ｐを設定する処理を実施する。
励振分布合成部２５は例えば図２に示す励振分布合成回路４７によって実現されるものである。
励振分布合成部２５は、通信励振分布算出処理部２０により算出された通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）と干渉励振分布算出処理部２３により算出された干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）とを合成する処理を実施する。
また、励振分布合成部２５は、合成した励振分布に対して位相分布設定部２４により設定されたビーム走査位相分布Ｐを乗算する処理を実施する。
また、励振分布合成部２５は、ビーム走査位相分布Ｐを乗算した励振分布を合成後の励振分布Ｅ（ｔ）（以下、「合成励振分布Ｅ（ｔ）」と称する）として位相制御部３０及びアンテナパターン表示部２６にそれぞれ出力する処理を実施する。
【００２２】
アンテナパターン表示部２６は例えば図２に示す表示回路４８によって実現されるものである。
アンテナパターン表示部２６は励振分布合成部２５より出力された合成励振分布Ｅ（ｔ）からアンテナパターンを計算し、そのアンテナパターンを表示器２７に出力する処理を実施する。
表示器２７は例えば液晶ディスプレイなどから構成されており、アンテナパターン表示部２６から出力されたアンテナパターンを表示する。
【００２３】
位相制御部３０は位相調整器３１−１〜３１−Ｋ及び制御器３２を備えており、励振分布合成部２５から出力された合成励振分布Ｅ（ｔ）に従って分配器２により分配されたＫ個の搬送波信号の位相をそれぞれ調整する。
位相調整器３１−ｋ（ｋ＝１，２，・・・，Ｋ）は例えば移相器によって構成されており、制御器３２から出力された制御信号が示す位相の調整量だけ、分配器２により分配された搬送波信号の位相を調整し、位相調整後の搬送波信号を増幅器３３−ｋに出力する。
制御器３２は励振分布合成部２５から出力された合成励振分布Ｅ（ｔ）に従って位相調整器３１−１〜３１−Ｋにおける位相の調整量をそれぞれ決定し、決定した位相の調整量を示す制御信号を位相調整器３１−１〜３１−Ｋにそれぞれ出力する。
増幅器３３−ｋ（ｋ＝１，２，・・・，Ｋ）は位相調整器３１−ｋから出力された位相調整後の搬送波信号を増幅し、増幅後の搬送波信号を素子アンテナ３−ｋに出力する。
【００２４】
図１では、アンテナ装置における信号処理部１０の構成要素である通信信号生成部１１、干渉信号生成部１２、励振分布算出部１３、位相分布設定部２４、励振分布合成部２５及びアンテナパターン表示部２６のそれぞれが、図２に示すような専用のハードウェアで実現されるものを想定している。
即ち、信号処理部１０が、通信信号生成回路４１、干渉信号生成回路４２、励振振幅分布設定回路４３、通信励振分布算出回路４４、干渉励振分布算出回路４５、位相分布設定回路４６、励振分布合成回路４７及び表示回路４８で実現されるものを想定している。
通信信号生成回路４１、干渉信号生成回路４２、励振振幅分布設定回路４３、通信励振分布算出回路４４、干渉励振分布算出回路４５、位相分布設定回路４６、励振分布合成回路４７及び表示回路４８は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、または、これらを組み合わせたものが該当する。
【００２５】
ただし、アンテナ装置における信号処理部１０の構成要素は、専用のハードウェアで実現されるものに限るものではなく、信号処理部１０がソフトウェア、ファームウェア、または、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせで実現されるものであってもよい。
ソフトウェア又はファームウェアはプログラムとして、コンピュータのメモリに格納される。コンピュータは、プログラムを実行するハードウェアを意味し、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などが該当する。
【００２６】
図３は信号処理部１０がソフトウェア又はファームウェアなどで実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
信号処理部１０がソフトウェア又はファームウェアなどで実現される場合、通信信号生成部１１、干渉信号生成部１２、励振分布算出部１３、位相分布設定部２４、励振分布合成部２５及びアンテナパターン表示部２６の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムをメモリ６１に格納し、コンピュータのプロセッサ６０がメモリ６１に格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
コンピュータのメモリ６１は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒy）などの不揮発性又は揮発性の半導体メモリや、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）などが該当する。
【００２７】
出力インタフェース機器６２は、ＵＳＢポート、シリアルポートなどの信号入出力ポートを備えるインタフェース機器である。
出力インタフェース機器６２は、位相制御部３０と接続されており、励振分布合成部２５から出力された合成励振分布Ｅ（ｔ）を位相制御部３０に出力する。
表示インタフェース機器６３は表示器２７と接続するためのインタフェース機器であり、アンテナパターン表示部２６から出力されたアンテナパターンを表示器２７に出力する。
【００２８】
図４は搬送波信号発生部１、分配器２、位相調整器３１−１〜３１−Ｋ、増幅器３３−１〜３３−Ｋ及び素子アンテナ３−１〜３−Ｋの動作を示すフローチャートである。
図５は励振振幅分布設定部１４の処理内容を示すフローチャートである。
図６は通信信号生成部１１及び通信励振分布算出部１８の処理内容を示すフローチャートである。
図７は干渉信号生成部１２及び干渉励振分布算出部２１の処理内容を示すフローチャートである。
図８は位相分布設定部２４及び励振分布合成部２５の処理内容を示すフローチャートである。
【００２９】
次に、図１に示すアンテナ装置の処理手順であるアンテナ励振方法について説明する。
この実施の形態１では、Ｋ個の素子アンテナ３−１〜３−Ｋを有するアレーアンテナ３でＱＰＳＫ変調のシンボルを送信する例を説明する。
搬送波信号発生部１は、例えば、無線周波数の搬送波信号を発生し、その搬送波信号を分配器２に出力する（図４のステップＳＴ１）。
分配器２は、搬送波信号発生部１から搬送波信号を受けると、その搬送波信号をＫ個に分配して、Ｋ個の搬送波信号を位相制御部３０の位相調整器３１−１〜３１−Ｋにそれぞれ出力する（図４のステップＳＴ２）。
【００３０】
励振振幅分布設定部１４の第一励振振幅分布設定部１６は、アレーアンテナ３における差パターンのサイドローブ方向の利得を上げる第１の励振振幅分布Ａを設定する（図５のステップＳＴ１１）。
そして、第一励振振幅分布設定部１６は、第１の励振振幅分布Ａを第二励振振幅分布設定部１７及び干渉励振分布算出処理部２３にそれぞれ出力する。
第一励振振幅分布設定部１６は、例えば、第１の励振振幅分布Ａとして、Ｋ個の素子アンテナ３−１〜３−Ｋのうち、端部の素子アンテナ３−１，３−Ｋに対する干渉ビームの励振振幅が、端部以外の素子アンテナ３−２〜３−（Ｋ−１）に対する干渉ビームの励振振幅よりも小さくなる励振振幅分布を設定する。
ここで、第１の励振振幅分布Ａは、Ｋ行１列の行列で表される。この行列の各々の要素は正の数であり、各々の要素をＡｋと表記する。以下、要素Ａｋを「励振振幅Ａｋ」と称することがある。
【００３１】
励振振幅分布設定部１４の合計電力設定部１５は、Ｋ個の素子アンテナ３−１〜３−Ｋに対する共通の設定値として、１つの素子アンテナにおける通信ビームの励振振幅と干渉ビームの励振振幅との２乗和である合計電力値Ｑを設定する。例えば、合計電力値として、Ｑ＝１．０５が設定される。
励振振幅分布設定部１４の第二励振振幅分布設定部１７は、第一励振振幅分布設定部１６から第１の励振振幅分布Ａを受けると、素子アンテナ３−１〜３−Ｋに対する第２の励振振幅分布Ｂを設定する（図５のステップＳＴ１２）。
ここで、第２の励振振幅分布Ｂは、Ｋ行１列の行列で表される。この行列の各要素は正の数であり、各要素をＢｋと表記する。以下、要素Ｂｋを「励振振幅Ｂｋ」と称することがある。
第二励振振幅分布設定部１７は、例えば、第１の励振振幅分布Ａにおける素子アンテナ３−ｋに対する励振振幅Ａｋと、第２の励振振幅分布Ｂにおける素子アンテナ３−ｋに対する励振振幅Ｂｋとの２乗和が合計電力値Ｑとなる第２の励振振幅分布Ｂを設定する。
したがって、素子アンテナ３−ｋ（ｋ＝１，２，・・・，Ｋ）における第１の励振振幅分布Ａの要素Ａｋと、第２の励振振幅分布Ｂの要素Ｂｋとの関係は、以下の式（１）のように表される。
0006509463.tif 000002
【００３２】
図９は第一励振振幅分布設定部１６により設定される第１の励振振幅分布Ａ及び第二励振振幅分布設定部１７により設定される第２の励振振幅分布Ｂの一例を示す説明図である。
図９では、アレーアンテナ３が４つの素子アンテナを有し、合計電力値がＱ＝１．０５の例を示している。
図９において、干渉ビームの励振振幅を示す△の印が第１の励振振幅分布Ａの要素Ａｋに対応している。この実施の形態１では、端部の素子アンテナ３−１，３−４に対する干渉ビームの励振振幅Ａ１，Ａ４が、端部以外の素子アンテナ３−２，３−３に対する干渉ビームの励振振幅Ａ２，Ａ３よりも小さくなっている。
通信ビームの励振振幅を示す〇の印が第２の励振振幅分布Ｂの要素Ｂｋに対応している。この実施の形態１では、端部の素子アンテナ３−１，３−４に対する通信ビームの励振振幅Ｂ１，Ｂ４が、端部以外の素子アンテナ３−２，３−３に対する通信ビームの励振振幅Ｂ２，Ｂ３よりも大きくなっている。
【００３３】
通信信号生成部１１は、例えば、外部から送信したい情報が符号化されている送信ビット系列が与えられると、送信ビット系列に対して、ＱＰＳＫのベースバンド変調処理を施すことで、通信対象の信号である通信信号ｄ（ｔ）を生成する（図６のステップＳＴ２１）。
通信信号生成部１１は、通信信号ｄ（ｔ）を干渉信号生成部１２及び通信励振分布算出処理部２０にそれぞれ出力する。
通信信号ｄ（ｔ）におけるｔは時刻を表しており、変調方式がＱＰＳＫである場合、通信信号ｄ（ｔ）における各々の信号点は、ｅｘｐ（ｊπ／４）、ｅｘｐ（ｊ３π／４）、ｅｘｐ（−ｊ３π／４）、ｅｘｐ（−ｊπ／４）のように表される。
【００３４】
通信励振分布算出部１８の和パターン分布設定部１９は、通信信号生成部１１により生成された通信信号ｄ（ｔ）を送信する電波である通信ビームの励振位相分布として、アレーアンテナ３における和パターンの励振位相分布Ｓを設定する（図６のステップＳＴ２２）。
和パターンの励振位相分布Ｓは、Ｋ行１列の行列で表される。この行列の各々の要素は複素数であり、和パターンの励振位相は０度であるため、励振位相分布Ｓは、以下の式（２）に示すように、ｅｘｐ（ｊ０）を要素とする行列となる。
0006509463.tif 000003
【００３５】
通信励振分布算出部１８の通信励振分布算出処理部２０は、和パターン分布設定部１９が和パターンの励振位相分布Ｓを設定すると、和パターンの励振位相分布Ｓを用いて、通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）を算出する（図６のステップＳＴ２３）。
即ち、通信励振分布算出処理部２０は、以下の式（３）に示すように、通信信号生成部１１により生成された通信信号ｄ（ｔ）に対して、和パターンの励振位相分布Ｓと、第二励振振幅分布設定部１７により生成された第２の励振振幅分布Ｂの対角行列とを乗算することで、通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）を算出する。
Ｗ１（ｔ）＝ｄ（ｔ）・ｄｉａｇ（Ｂ）・Ｓ        （３）
式（３）において、ｄｉａｇ（Ｂ）は第２の励振振幅分布Ｂにおける各々の要素Ｂｋを対角要素とする対角行列である。
【００３６】
干渉信号生成部１２は、通信信号生成部１１から通信信号ｄ（ｔ）を受けると、通信信号ｄ（ｔ）の位相を調整することで、通信信号ｄ（ｔ）の妨害波となる干渉信号ｉ（ｔ）を生成する（図７のステップＳＴ３１）。
干渉信号生成部１２は、干渉信号ｉ（ｔ）を干渉励振分布算出処理部２３に出力する。
例えば、干渉信号生成部１２は、通信信号生成部１１により生成された通信信号ｄ（ｔ）の位相を９０度シフト又は−９０度シフトすることで、干渉信号ｉ（ｔ）を生成する。
具体的には、ある時刻ｔの通信信号ｄ（ｔ）がｅｘｐ（ｊπ／４）である場合、この通信信号ｄ（ｔ）に対する位相差をπ／２（＝９０度）とすると、干渉信号ｉ（ｔ）は、ｅｘｐ（ｊ３π／４）のようになる。
したがって、干渉信号ｉ（ｔ）は、以下の式（４）のように表される。
ｉ（ｔ）＝ｄ（ｔ）・ｅｘｐ（ｊπ／２）＝ｊ・ｄ（ｔ）（４）
【００３７】
なお、通信信号ｄ（ｔ）に対する干渉信号ｉ（ｔ）の位相差の符号は一定でもよいし、位相差の符号をランダムに切り換えるようにしてもよい。
また、通信信号ｄ（ｔ）の変調シンボル毎に位相差の符号を切り換えるようにしてもよい。
具体的には、以下の通りである。
例えば、ある時刻ｔの通信信号ｄ（ｔ）がｅｘｐ（ｊπ／４）である場合のように、通信信号ｄ（ｔ）の位相が第１象限に存在する場合、この通信信号ｄ（ｔ）と干渉信号ｉ（ｔ）の位相差を第１の位相差とする。
ある時刻ｔの通信信号ｄ（ｔ）がｅｘｐ（−ｊ３π／４）である場合のように、通信信号ｄ（ｔ）の位相が第２象限に存在する場合、この通信信号ｄ（ｔ）と干渉信号ｉ（ｔ）の位相差を第２の位相差とする。
また、ある時刻ｔの通信信号ｄ（ｔ）がｅｘｐ（ｊ３π／４）である場合のように、通信信号ｄ（ｔ）の位相が第３象限に存在する場合、この通信信号ｄ（ｔ）と干渉信号ｉ（ｔ）の位相差を第３の位相差とする。
さらに、ある時刻ｔの通信信号ｄ（ｔ）がｅｘｐ（−ｊπ／４）である場合のように、通信信号ｄ（ｔ）の位相が第４象限に存在する場合、この通信信号ｄ（ｔ）と干渉信号ｉ（ｔ）の位相差を第４の位相差とする。
【００３８】
このとき、干渉信号生成部１２は、第１の位相差と第３の位相差が異符号の位相差となる干渉信号ｉ（ｔ）を生成する。例えば、干渉信号生成部１２は、第１の位相差がｅｘｐ（ｊπ／２）、第３の位相差がｅｘｐ（−ｊπ／２）となる干渉信号ｉ（ｔ）を生成する。
また、干渉信号生成部１２は、第２の位相差と第４の位相差が異符号の位相差となる干渉信号ｉ（ｔ）を生成する。例えば、干渉信号生成部１２は、第２の位相差がｅｘｐ（−ｊπ／２）、第４の位相差がｅｘｐ（ｊπ／２）となる干渉信号ｉ（ｔ）を生成する。
【００３９】
干渉励振分布算出部２１の差パターン分布設定部２２は、通信信号ｄ（ｔ）の通信方向にアンテナパターンの零点を形成する励振位相分布として、アレーアンテナ３における差パターンの励振位相分布Ｄを設定する（図７のステップＳＴ３２）。
差パターンの励振位相分布Ｄは、Ｋ行１列の行列で表される。
例えば、この行列の１行目からＫ／２行目までの要素がｅｘｐ（ｊπ）、（（Ｋ／２）＋１）行目からＫ行目までの要素がｅｘｐ（ｊ０）であれば、差パターンの励振位相分布Ｄは、以下の式（５）のように表される。
0006509463.tif 000004
ここでは、この行列の１行目からＫ／２行目までの要素がｅｘｐ（ｊπ）、（（Ｋ／２）＋１）行目からＫ行目までの要素がｅｘｐ（ｊ０）である例を示しているが、位相値の設定は逆であってもよい。即ち、１行目からＫ／２行目までの要素がｅｘｐ（ｊ０）、（（Ｋ／２）＋１）行目からＫ行目までの要素がｅｘｐ（ｊπ）であってもよい。
【００４０】
干渉励振分布算出部２１の干渉励振分布算出処理部２３は、差パターン分布設定部２２が差パターンの励振位相分布Ｄを設定すると、差パターンの励振位相分布Ｄを用いて、干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）を算出する（図７のステップＳＴ３３）。
即ち、干渉励振分布算出処理部２３は、以下の式（６）に示すように、干渉信号ｉ（ｔ）に対して、差パターンの励振位相分布Ｄと、第一励振振幅分布設定部１６により設定された第１の励振振幅分布Ａの対角行列とを乗算することで、干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）を算出する。
Ｗ２（ｔ）＝ｉ（ｔ）・ｄｉａｇ（Ａ）・Ｄ          （６）
式（６）において、ｄｉａｇ（Ａ）は、第１の励振振幅分布Ａにおける各々の要素Ａｋを対角要素とする対角行列である。
【００４１】
図１１は第１の励振振幅分布Ａ及び第２の励振振幅分布Ｂが図９のように設定されている場合の、通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）及び干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）から算出されるアンテナパターンの振幅特性を示す説明図である。
励振分布Ｗ１（ｔ）から形成される通信ビームは０度の方向を通信方向とする和パターンである。励振分布Ｗ２（ｔ）から形成される干渉ビームは０度の方向にアンテナパターンの零点が形成される差パターンである。このように、通信方向には、干渉信号が送信されないが、通信ビームのサイドローブ方向では、通信信号よりも干渉信号の電力を大きくでき、復調不可にすることができる。
【００４２】
位相分布設定部２４は、通信信号ｄ（ｔ）の通信方向を定めるビーム走査位相分布Ｐを設定する（図８のステップＳＴ４１）。
通信方向を適宜切り換える必要がある場合には、位相分布設定部２４を実装する必要がある。
これに対して、通信方向が常にアレーアンテナ３の正面方向である場合など、通信方向が固定されている場合には、位相分布設定部２４を実装せずに、励振分布合成部２５が、事前に設定されているビーム走査位相分布Ｐを記憶しておくようにしてもよい。
【００４３】
励振分布合成部２５は、通信励振分布算出処理部２０により算出された通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）と干渉励振分布算出処理部２３により算出された干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）とを合成する。
そして、励振分布合成部２５は、以下の式（７）に示すように、合成した励振分布（Ｗ１（ｔ）＋Ｗ２（ｔ））に対して、ビーム走査位相分布Ｐの対角行列と正規化係数１／√Ｑとを乗算することで、合成励振分布Ｅ（ｔ）を算出する（図８のステップＳＴ４２）。
0006509463.tif 000005
【００４４】
ここで、式（３）に示す通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）及び式（６）に示す干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）を式（７）に代入すると、合成励振分布Ｅ（ｔ）は、以下の式（８）のように表される。
0006509463.tif 000006
次に、式（４）に示す干渉信号ｉ（ｔ）を式（８）に代入すると、合成励振分布Ｅ（ｔ）は、以下の式（９）のように表される。
0006509463.tif 000007
【００４５】
次に、式（１）に示す第２の励振振幅分布Ｂの要素Ｂｋ、式（２）に示す和パターンの励振位相分布Ｓ及び式（５）に示す差パターンの励振位相分布Ｄを式（９）に代入すると、合成励振分布Ｅ（ｔ）は、以下の式（１０）のように表される。
0006509463.tif 000008
【００４６】
ここで、式（１０）における各項の振幅を考えると、ｄｉａｇ（Ｐ）はビーム走査位相を表している項であり、振幅が一定の項である。
ｄ（ｔ）は変調方式がＱＰＳＫの通信信号であり、振幅が一定の信号である。
最後の列ベクトルにおける各々の要素の振幅は、以下の式（１１）に示すように、全て√Ｑで一定である。
0006509463.tif 000009
ｋ＝１，２，・・・，Ｋ
したがって、合成励振分布Ｅ（ｔ）における素子アンテナ３−１〜３−Ｋの励振振幅は全て同じである。
【００４７】
図１０は第１の励振振幅分布Ａ及び第２の励振振幅分布Ｂが図９のように設定されている場合の各ＱＰＳＫ変調シンボルにおける合成励振分布の振幅特性を示す説明図である。
図１０は、通信信号ｄ（ｔ）の変調シンボルが変化しても、合成励振が一定であることを示している。
図１０では、変調方式がＱＰＳＫであるため、４５ｄｅｇ（＝ｅｘｐ（ｊπ／４））、１３５ｄｅｇ（＝ｅｘｐ（ｊ３π／４））、−１３５ｄｅｇ（＝ｅｘｐ（−ｊ３π／４））及び−４５ｄｅｇ（＝ｅｘｐ（−ｊπ／４））の変調シンボルを示している。
【００４８】
位相制御部３０の制御器３２は、合成励振分布Ｅ（ｔ）の位相特性から位相調整器３１−１〜３１−Ｋにおける位相の調整量をそれぞれ決定する。
以下、制御器３２による位相の調整量の決定処理を具体的に説明する。
図１３は第１の励振振幅分布Ａ及び第２の励振振幅分布Ｂが図９のように設定されている場合の各ＱＰＳＫ変調シンボルにおける合成励振分布の位相特性を示す説明図である。
図１３は、アレーアンテナ３が有している素子アンテナの数が４つである例を示している。即ち、図１３では、４５ｄｅｇ、１３５ｄｅｇ、−１３５ｄｅｇ及び−４５ｄｅｇの変調シンボルにおける合成励振分布の位相特性を示している。
合成励振分布Ｅ（ｔ）の位相特性は、図１３に示すように、通信信号ｄ（ｔ）の変調シンボルに応じて変化するものである。
【００４９】
ここでは、分配器２により分配された４つの搬送波信号のうち、素子アンテナ３−２に与える搬送波信号の位相の調整量について説明する。
図１３では、例えば、素子アンテナ３−２に与える搬送波信号の位相として、４５ｄｅｇの変調シンボルの位相は約−３２度、１３５ｄｅｇの変調シンボルの位相は約−１４８度であることを示している。また、−１３５ｄｅｇの変調シンボルの位相は約−５８度、−４５ｄｅｇの変調シンボルの位相は約−１２２度であることを示している。
制御器３２は、素子アンテナ３−２に与える搬送波信号において、４５ｄｅｇの変調シンボルの位相が約−３２度、１３５ｄｅｇの変調シンボルの位相が約−１４８度になる位相調整器３１−２における位相の調整量をそれぞれ決定する。
また、制御器３２は、素子アンテナ３−２に与える搬送波信号において、−１３５ｄｅｇの変調シンボルの位相が約−５８度、−４５ｄｅｇの変調シンボルの位相が約−１２２度になる位相調整器３１−２における位相の調整量をそれぞれ決定する。
【００５０】
制御器３２は、位相調整器３１−１〜３１−Ｋにおける位相の調整量をそれぞれ決定すると、決定した位相の調整量を示す制御信号を位相調整器３１−１〜３１−Ｋにそれぞれ出力する。
位相調整器３１−ｋ（ｋ＝１，２，・・・，Ｋ）は、制御器３２から制御信号を受けると、その制御信号が示す調整量だけ、分配器２により分配された搬送波信号の位相を調整し、位相調整後の搬送波信号を増幅器３３−ｋに出力する（図４のステップＳＴ３）。
増幅器３３−ｋ（ｋ＝１，２，・・・，Ｋ）は、位相調整器３１−ｋから位相調整後の搬送波信号を受けると、位相調整後の搬送波信号を増幅し、増幅後の搬送波信号を素子アンテナ３−ｋに出力する（図４のステップＳＴ４）。
これにより、素子アンテナ３−１〜３−Ｋから振幅及び位相が調整された搬送波信号が空間に放射される（図４のステップＳＴ５）。
【００５１】
アンテナパターン表示部２６は、励振分布合成部２５より合成励振分布Ｅ（ｔ）を受けると、合成励振分布Ｅ（ｔ）からアンテナパターンを計算し、そのアンテナパターンを表示器２７に出力する。
【００５２】
図１２は合成励振分布Ｅ（ｔ）から算出される放射パターンの位相特性を示す説明図である。
合成励振分布Ｅ（ｔ）から放射パターンの位相特性を算出する処理自体は公知の技術であるため詳細な説明を省略するが、図１２では、４５ｄｅｇ、１３５ｄｅｇ、−１３５ｄｅｇ及び−４５ｄｅｇの変調シンボルにおけるアンテナパターンの位相特性を示している。
図１２では、通信方向を０度としている。通信方向付近では、位相値がＱＰＳＫシンボルの位相値と一致しているが、通信方向付近以外の方向では、位相値が２つの状態に集約されている。
このため、通信方向付近では、ＱＰＳＫシンボルの受信が可能であるが、通信方向付近以外の方向では、ＱＰＳＫシンボルが受信されない。したがって、合成励振が一定であっても、指向性変調アレーアンテナによる秘匿性を実現することができる。
表示器２７は、アンテナパターン表示部２６から出力されたアンテナパターンを表示する。
【００５３】
この実施の形態１のアンテナ装置は、通信ビームの励振振幅と干渉ビームの励振振幅との２乗和が、複数の素子アンテナ３−１〜３−Ｋのそれぞれで同じになる通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）及び干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）を算出する励振分布算出部１３を備える。
また、この実施の形態１のアンテナ装置は、励振分布算出部１３により算出された通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）と干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）とを合成して、合成励振分布Ｅ（ｔ）を出力する励振分布合成部２５を備える。
そして、この実施の形態１のアンテナ装置は、位相制御部３０が、励振分布合成部２５から出力された合成励振分布Ｅ（ｔ）に従って複数の素子アンテナ３−１〜３−Ｋに与える搬送波信号の位相をそれぞれ制御する。
したがって、この実施の形態１のアンテナ装置は、最適化手法を用いて、合成励振分布Ｅ（ｔ）を算出する場合よりも、合成励振分布Ｅ（ｔ）を得るまでに要する時間を短縮することができる効果がある。
【００５４】
即ち、最適化手法を用いて、合成励振分布Ｅ（ｔ）を算出する場合は、合成励振分布Ｅ（ｔ）の計算量が膨大になるが、実施の形態１のアンテナ装置は、最適化手法と比べて、計算量が極めて少ない式（１０）を計算することで、合成励振分布Ｅ（ｔ）が得られる。このため、合成励振分布Ｅ（ｔ）を得るまでに要する時間が短縮される。
【００５５】
また、この実施の形態１によれば、通信信号ｄ（ｔ）の変調シンボルが変化しても、励振振幅が一定であるため、増幅器３３−１〜３３−Ｋとして、ダイナミックレンジが広い高価な増幅器を用いることなく、アンテナ装置を実現することができる。
また、この実施の形態１によれば、分配器２により分配された複数の搬送波信号の励振振幅を制御することなく、秘匿通信を実現することができる。このため、複数の搬送波信号の励振振幅と励振位相の双方を制御するアンテナ装置よりも、制御の簡単化を図ることができる。
【００５６】
この実施の形態１では、第一励振振幅分布設定部１６が、端部の素子アンテナ３−１，３−Ｋに対する干渉ビームの励振振幅Ａ１，ＡＫが、端部以外の素子アンテナ３−２〜３−（Ｋ−１）に対する干渉ビームの励振振幅Ａ２〜ＡＫ−１よりも小さくなる第１の励振振幅分布Ａを設定する例を示している。
この例では、第二励振振幅分布設定部１７により設定される第２の励振振幅分布Ｂは、端部の素子アンテナ３−１，３−Ｋに対する通信ビームの励振振幅Ｂ１，ＢＫが、端部以外の素子アンテナ３−２〜３−（Ｋ−１）に対する通信ビームの励振振幅Ｂ２〜ＢＫ−１よりも大きくなる励振振幅分布となる。
この実施の形態１では、この例に限るものではない。
【００５７】
例えば、第一励振振幅分布設定部１６が、端部の素子アンテナ３−１，３−Ｋに対する干渉ビームの励振振幅Ａ１，ＡＫが、端部以外の素子アンテナ３−２〜３−（Ｋ−１）に対する干渉ビームの励振振幅Ａ２〜ＡＫ−１よりも大きくなる第１の励振振幅分布Ａを設定するようにしてもよい。
この例では、第二励振振幅分布設定部１７により設定される第２の励振振幅分布Ｂは、端部の素子アンテナ３−１，３−Ｋに対する通信ビームの励振振幅Ｂ１，ＢＫが、端部以外の素子アンテナ３−２〜３−（Ｋ−１）に対する通信ビームの励振振幅Ｂ２〜ＢＫ−１よりも小さくなる励振振幅分布となる。
【００５８】
図１４は、第一励振振幅分布設定部１６により設定される第１の励振振幅分布Ａ及び第二励振振幅分布設定部１７により設定される第２の励振振幅分布Ｂの一例を示す説明図である。
図１４では、アレーアンテナ３が４つの素子アンテナを有し、合計電力値がＱ＝１．０５の例を示している。
図１４において、干渉ビームの励振振幅を示す△の印が第１の励振振幅分布Ａの要素Ａｋに対応し、通信ビームの励振振幅を示す〇の印が第２の励振振幅分布Ｂの要素Ｂｋに対応している。
図１４の例では、端部の素子アンテナ３−１，３−４に対する干渉ビームの励振振幅Ａ１，Ａ４が、端部以外の素子アンテナ３−２，３−３に対する干渉ビームの励振振幅Ａ２，Ａ３よりも大きくなっている。
また、端部の素子アンテナ３−１，３−４に対する通信ビームの励振振幅Ｂ１，Ｂ４が、端部以外の素子アンテナ３−２，３−３に対する通信ビームの励振振幅Ｂ２，Ｂ３よりも小さくなっている。
この場合、第２の励振振幅分布Ｂが、端部の素子アンテナ３−１，３−Ｋに対する通信ビームの励振振幅を減衰させるので、通信ビームのサイドローブが低下する。このため、サイドローブ方向に送信される通信信号ｄ（ｔ）のレベルを低減しながら、第１の励振振幅分布Ａによって成形される干渉ビームを送信することで、通信領域を限定することができる。
【００５９】
実施の形態２．
実施の形態１では、位相調整器３０−１〜３０−Ｋが、制御器３１から出力された制御信号が示す位相の調整量に従って分配器２により分配された搬送波信号の位相をそれぞれ調整する例を示している。
この実施の形態２では、搬送波信号発生部７０が、デジタル信号である搬送波信号を発生し、デジタル信号処理で搬送波信号の位相を調整する例を説明する。
【００６０】
図１５はこの発明の実施の形態２によるアンテナ装置を示す構成図であり、図１５において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
搬送波信号発生部７０はデジタル信号である搬送波信号を発生し、搬送波信号を位相制御部８０のデジタル信号処理器８１−１〜８１−Ｋにそれぞれ出力する信号発振器である。
位相制御部８０はデジタル信号処理器８１−１〜８１−Ｋ、制御器８２及びデジタルアナログ変換器（以下、「Ｄ／Ａ変換器」と称する）８３−１〜８３−Ｋを備えている。
位相制御部８０は、励振分布合成部２５から出力された合成励振分布Ｅ（ｔ）に従ってＫ個の搬送波信号の位相をデジタル信号処理でそれぞれ調整する。
【００６１】
デジタル信号処理器８１−ｋ（ｋ＝１，２，・・・，Ｋ）は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されている。
デジタル信号処理器８１−ｋは、制御器８２から出力された制御信号が示す位相の調整量だけ、搬送波信号発生部７０から出力された搬送波信号の位相をデジタル信号処理で調整し、位相調整後の搬送波信号をＤ／Ａ変換器８３−ｋに出力する。
制御器８２は励振分布合成部２５から出力された合成励振分布Ｅ（ｔ）に従ってデジタル信号処理器８１−１〜８１−Ｋにおける位相の調整量をそれぞれ決定し、決定した位相の調整量を示す制御信号をデジタル信号処理器８１−１〜８１−Ｋにそれぞれ出力する。
【００６２】
Ｄ／Ａ変換器８３−ｋ（ｋ＝１，２，・・・，Ｋ）はデジタル信号処理器８１−ｋから出力された位相調整後の搬送波信号をアナログ信号に変換して、アナログ信号を増幅器３３−ｋに出力する。
図１６は搬送波信号発生部７０、デジタル信号処理器８１−１〜８１−Ｋ、Ｄ／Ａ変換器８３−２〜８３−Ｋ、増幅器３３−1〜３３−Ｋ及び素子アンテナ３−１〜３−Ｋの動作を示すフローチャートである。
【００６３】
次に動作について説明する。
信号処理部１０の処理内容は、上記実施の形態１と同様であるため、ここでは、信号処理部１０以外の処理内容を説明する。
搬送波信号発生部７０は、デジタル信号である搬送波信号を発生し、その搬送波信号を位相制御部８０のデジタル信号処理器８１−１〜８１−Ｋにそれぞれ出力する（図１６のステップＳＴ５１）。
【００６４】
位相制御部８０の制御器８２は、励振分布合成部２５が合成励振分布Ｅ（ｔ）を算出すると、上記実施の形態１における図１の制御器３２と同様に、合成励振分布Ｅ（ｔ）に従って位相の調整量をそれぞれ決定する。
制御器８２は、位相の調整量をそれぞれ決定すると、決定した位相の調整量を示す制御信号をデジタル信号処理器８１−１〜８１−Ｋにそれぞれ出力する。
【００６５】
デジタル信号処理器８１−ｋ（ｋ＝１，２，・・・，Ｋ）は、制御器８２から制御信号を受けると、制御信号が示す位相の調整量だけ、搬送波信号発生部７０から出力された搬送波信号の位相をデジタル信号処理で調整する（図１６のステップＳＴ５２）。
デジタル信号処理器８１−ｋは、位相調整後の搬送波信号をＤ／Ａ変換器８３−ｋに出力する。
Ｄ／Ａ変換器８３−ｋ（ｋ＝１，２，・・・，Ｋ）は、デジタル信号処理器８１−ｋから位相調整後の搬送波信号を受けると、位相調整後の搬送波信号をアナログ信号に変換し、アナログの搬送波信号を増幅器３３−ｋに出力する（図１６のステップＳＴ５３）。
【００６６】
増幅器３３−ｋ（ｋ＝１，２，・・・，Ｋ）は、Ｄ／Ａ変換器８３−ｋからアナログの搬送波信号を受けると、その搬送波信号を増幅し、増幅後の搬送波信号を素子アンテナ３−ｋに出力する（図１６のステップＳＴ５４）。
これにより、素子アンテナ３−１〜３−Ｋから振幅及び位相が調整された搬送波信号が空間に放射される（図１６のステップＳＴ５５）。
【００６７】
この実施の形態２のアンテナ装置は、デジタル信号処理器８１−１〜８１−Ｋが、制御器８２から出力された制御信号が示す位相の調整量に従って搬送波信号の位相をデジタル信号処理で調整する。したがって、この実施の形態２によれば、実施の形態１よりも、アンテナパターンの形成精度を高めることができる効果を奏する。
【００６８】
実施の形態３．
実施の形態１では、通信信号生成部１１が、送信ビット系列に対する変調方式として、変調シンボルの振幅が一定であるＱＰＳＫなどの変調方式を用いる例を示している。
この実施の形態３では、送信ビット系列に対する変調方式として、変調シンボルの振幅が変化するＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）などの変調方式を用いる例を説明する。
【００６９】
図１７は、この発明の実施の形態３によるアンテナ装置を示す構成図である。
図１７において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
信号処理部１０は、通信信号生成部１１、干渉信号生成部９０、励振分布算出部９１、位相分布設定部２４、励振分布合成部２５及びアンテナパターン表示部２６を備えている。
【００７０】
干渉信号生成部９０は、通信信号ｄ（ｔ）の妨害波となる干渉信号ｉ（ｔ）を生成し、干渉信号ｉ（ｔ）を干渉励振分布算出処理部２３に出力する処理を実施する。
図１８は、干渉信号生成部９０を示す構成図である。
干渉信号生成部９０は、振幅規格化部９３及び位相調整部９４を備えている。
【００７１】
振幅規格化部９３は、通信信号生成部１１により生成された通信信号ｄ（ｔ）の振幅で通信信号ｄ（ｔ）を除算することで、通信信号ｄ（ｔ）の振幅を１に規格化し、振幅を１に規格化した通信信号を位相調整部９４に出力する処理を実施する。
位相調整部９４は、振幅規格化部９３から出力された通信信号の位相を調整することで、通信信号ｄ（ｔ）の妨害波となる干渉信号ｉ（ｔ）を生成し、干渉信号ｉ（ｔ）を干渉励振分布算出処理部２３に出力する処理を実施する。
【００７２】
励振分布算出部９１は、励振振幅分布設定部９２、通信励振分布算出部１８及び干渉励振分布算出部２１を備えている。
励振分布算出部９１は、通信ビームの励振振幅Ｂｋと通信信号ｄ（ｔ）の振幅との積と、干渉ビームの励振振幅Ａｋとの２乗和が、素子アンテナ３−１〜３−Ｋのそれぞれで同じになる通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）及び干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）をそれぞれ算出する処理を実施する。
【００７３】
励振振幅分布設定部９２は、合計電力設定部９５、第一励振振幅分布設定部１６、第二励振振幅分布設定部９６及び振幅調整部９７を備えており、例えば、図２に示す励振振幅分布設定回路４３によって実現されるものである。
励振振幅分布設定部９２は、素子アンテナ３−１〜３−Ｋに対する共通の設定値として、１つの素子アンテナ３−ｋにおける通信ビームの励振振幅Ｂｋと通信信号ｄ（ｔ）の振幅との積と、干渉ビームの励振振幅Ａｋとの２乗和である合計電力値Ｑを設定する。
また、励振振幅分布設定部９２は、素子アンテナ３−１〜３−Ｋに対する第１の励振振幅分布Ａ及び素子アンテナ３−１〜３−Ｋに対する第２の励振振幅分布Ｃをそれぞれ設定する処理を実施する。
【００７４】
合計電力設定部９５は、Ｋ個の素子アンテナ３−１〜３−Ｋに対する共通の設定値を設定する。
即ち、合計電力設定部９５は、１つの素子アンテナ３−ｋに対する通信ビームの励振振幅Ｂｋと通信信号ｄ（ｔ）の振幅｜ｄ（ｔ）｜との積と、干渉ビームの励振振幅Ａｋとの２乗和である合計電力値Ｑを設定する処理を実施する。
【００７５】
第二励振振幅分布設定部９６は、Ｋ個の素子アンテナ３−１〜３−Ｋに対する第２の励振振幅分布Ｂを設定する処理を実施する。
第二励振振幅分布設定部９６は、例えば、通信ビームの励振振幅Ｂｋと通信信号ｄ（ｔ）の振幅との積と、干渉ビームの励振振幅Ａｋとの２乗和が、合計電力設定部９５により設定された合計電力値Ｑとなる第２の励振振幅分布Ｂを設定する。
振幅調整部９７は、第二励振振幅分布設定部９６により設定された第２の励振振幅分布Ｂにおける通信ビームの励振振幅Ｂｋに通信信号ｄ（ｔ）の振幅｜ｄ（ｔ）｜を乗算することで、第２の励振振幅分布Ｂにおける通信ビームの励振振幅Ｂｋを調整する処理を実施する。
振幅調整部９７は、励振振幅調整後の第２の励振振幅分布Ｂを励振振幅分布Ｃとして通信励振分布算出処理部２０に出力する。
【００７６】
次に動作について説明する。
この実施の形態３では、アンテナ装置が、Ｋ個の素子アンテナ３−１〜３−Ｋを有するアレーアンテナ３によって、１６ＱＡＭのシンボルを送信する例を説明する。
【００７７】
通信信号生成部１１は、例えば、外部から送信したい情報が符号化されている送信ビット系列が与えられると、送信ビット系列に対して、１６ＱＡＭのベースバンド変調処理を施すことで、通信対象の信号である通信信号ｄ（ｔ）を生成する。
通信信号生成部１１は、生成した通信信号ｄ（ｔ）を干渉信号生成部９０、第二励振振幅分布設定部９６、振幅調整部９７及び通信励振分布算出処理部２０に出力する。
【００７８】
通信信号ｄ（ｔ）におけるｔは、時刻を表している。
通信信号生成部１１が、変調方式として１６ＱＡＭを用い、全変調シンボル点の平均信号電力を１に設定する場合、複素平面上の通信信号ｄ（ｔ）は、以下のようになる。
複素平面上の通信信号ｄ（ｔ）は、第１象限では、（１／√１０，１／√１０）、（３／√１０，１／√１０）、（１／√１０，３／√１０）、（３／√１０，３／√１０）のいずれかである。
複素平面上の通信信号ｄ（ｔ）は、第２象限では、（−１／√１０，１／√１０）、（−３／√１０，１／√１０）、（−１／√１０，３／√１０）、（−３／√１０，３／√１０）のいずれかである。
複素平面上の通信信号ｄ（ｔ）は、第３象限では、（−１／√１０，−１／√１０）、（−３／√１０，−１／√１０）、（−１／√１０，−３／√１０）、（−３／√１０，
−３／√１０）のいずれかである。
複素平面上の通信信号ｄ（ｔ）は、第４象限では、（１／√１０，−１／√１０）、（３／√１０，−１／√１０）、（１／√１０，−３／√１０）、（３／√１０，−３／√１０）のいずれかである。
【００７９】
図１９は、励振振幅分布設定部９２の動作を示すフローチャートである。
以下、図１９を参照しながら、励振振幅分布設定部９２の動作を説明する。
励振振幅分布設定部９２の第一励振振幅分布設定部１６は、実施の形態１と同様に、アレーアンテナ３における差パターンのサイドローブ方向の利得を上げる第１の励振振幅分布Ａを設定する（図１９のステップＳＴ６１）。
第一励振振幅分布設定部１６は、設定した第１の励振振幅分布Ａを第二励振振幅分布設定部９６及び干渉励振分布算出処理部２３に出力する。
【００８０】
合計電力設定部９５は、１つの素子アンテナ３−ｋに対する通信ビームの励振振幅Ｂｋと通信信号ｄ（ｔ）の振幅｜ｄ（ｔ）｜との積と、１つの素子アンテナ３−ｋに対する干渉ビームの励振振幅Ａｋとの２乗和である合計電力値Ｑを設定する。
【００８１】
第二励振振幅分布設定部９６は、第一励振振幅分布設定部１６により設定された第１の励振振幅分布Ａと、通信信号ｄ（ｔ）と、合計電力設定部１５により設定された合計電力値Ｑとを用いて、第２の励振振幅分布Ｂを設定する（図１９のステップＳＴ６２）。
即ち、第二励振振幅分布設定部９６は、通信ビームの励振振幅Ｂｋと通信信号ｄ（ｔ）の振幅｜ｄ（ｔ）｜との積と、干渉ビームの励振振幅Ａｋとの２乗和が、合計電力値Ｑとなる第２の励振振幅分布Ｂを設定する。
【００８２】
ここで、素子アンテナ３−ｋにおける第１の励振振幅分布Ａの要素Ａｋと、通信信号ｄ（ｔ）の振幅｜ｄ（ｔ）｜と、第２の励振振幅分布Ｂの要素Ｂｋと、合計電力値Ｑとの関係は、以下の式（１２）のように表される。
0006509463.tif 000010
したがって、第二励振振幅分布設定部９６により設定された第２の励振振幅分布Ｂにおける干渉ビームの励振振幅Ｂｋは、以下の式（１３）のように表される。
0006509463.tif 000011
【００８３】
振幅調整部９７は、第二励振振幅分布設定部９６により設定された第２の励振振幅分布Ｂにおける通信ビームの励振振幅Ｂｋに通信信号ｄ（ｔ）の振幅｜ｄ（ｔ）｜を乗算することで、第２の励振振幅分布Ｂにおける通信ビームの励振振幅Ｂｋを調整する（図１９のステップＳＴ６３）。
振幅調整部９７は、励振振幅調整後の第２の励振振幅分布Ｂを励振振幅分布Ｃとして通信励振分布算出処理部２０に出力する。
ここで、励振振幅分布Ｃは、Ｋ行１列の行列で表される。この行列の各々の要素は正の値であり、各々の要素をＣｋと表記する。要素Ｃｋは、以下の式（１４）のように表される。
0006509463.tif 000012
【００８４】
通信励振分布算出処理部２０は、以下の式（１５）に示すように、通信信号生成部１１により生成された通信信号ｄ（ｔ）に対して、和パターンの励振位相分布Ｓと、励振振幅分布Ｃの対角行列とを乗算することで、通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）を算出する。
Ｗ１（ｔ）＝ｄ（ｔ）・ｄｉａｇ（Ｃ）・Ｓ        （１５）
式（１５）において、ｄｉａｇ（Ｃ）は、励振振幅分布Ｃにおける各々の要素Ｃｋを対角要素とする対角行列である。
【００８５】
図２０は、干渉信号生成部９０の動作を示すフローチャートである。
以下、図２０を参照しながら、干渉信号生成部９０の動作を説明する。
干渉信号生成部９０の振幅規格化部９３は、通信信号生成部１１から通信信号ｄ（ｔ）を受けると、通信信号ｄ（ｔ）の振幅｜ｄ（ｔ）｜で通信信号ｄ（ｔ）を除算することで、通信信号ｄ（ｔ）の振幅を１に規格化する（図２０のステップＳＴ７１）。
振幅規格化部９３は、振幅を１に規格化した通信信号を位相調整部９４に出力する。
【００８６】
位相調整部９４は、振幅規格化部９３から出力された通信信号の位相を調整することで、干渉信号ｉ（ｔ）を生成する（図２０のステップＳＴ７２）。
具体的には、位相調整部９４は、振幅規格化部９３から出力された通信信号の位相を９０度シフト又は−９０度シフトすることで、干渉信号ｉ（ｔ）を生成する。
位相調整部９４は、生成した干渉信号ｉ（ｔ）を干渉励振分布算出処理部２３に出力する。
位相調整部９４により生成される干渉信号ｉ（ｔ）は、以下の式（１６）のように表される。
0006509463.tif 000013
式（１６）において、α（ｔ）は、通信信号ｄ（ｔ）の時刻ｔにおける位相である。
ある時刻ｔにおける通信信号ｄ（ｔ）の複素平面上のシンボル点が（１／√１０，１／√１０）であるとすると、通信信号生成部１１から出力される通信信号ｄ（ｔ）は、（ｅｘｐ（ｊπ／４））／√５のように表される。
振幅規格化部９３から出力された通信信号の位相が位相調整部９４によって９０度シフトされるとすると、干渉信号ｉ（ｔ）は、ｊｅｘｐ（ｊπ／４）のように表される。
【００８７】
励振分布合成部２５は、実施の形態１と同様に、通信励振分布算出処理部２０により算出された通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）と干渉励振分布算出処理部２３により算出された干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）とを合成する。
そして、励振分布合成部２５は、実施の形態１と同様に、合成した励振分布（Ｗ１（ｔ）＋Ｗ２（ｔ））に対して、ビーム走査位相分布Ｐの対角行列と正規化係数１／√Ｑとを乗算することで、合成励振分布Ｅ（ｔ）を算出する。
合成励振分布Ｅ（ｔ）は、式（８）及び式（１５）を用いると、以下の式（１７）のように表される。
0006509463.tif 000014
【００８８】
式（１４）に示す励振振幅分布Ｃの要素Ｃｋと、式（２）に示す和パターンの励振位相分布Ｓと、式（５）に示す差パターンの励振位相分布Ｄと、式（１６）に示す干渉信号ｉ（ｔ）とを式（１７）に代入すると、合成励振分布Ｅ（ｔ）は、以下の式（１８）のように表される。ここでは、式（１７）に代入する干渉信号ｉ（ｔ）は、式（１６）において、複号で表されている干渉信号ｉ（ｔ）のうち、正の符号の干渉信号ｉ（ｔ）である。
【００８９】
0006509463.tif 000015
【００９０】
式（１８）の各項の振幅を考えると、ｄｉａｇ（Ｐ）は、ビーム走査位相であり、ｅｘｐ（ｊα（ｔ））は、通信信号ｄ（ｔ）の位相であるため、それぞれ振幅が一定である。
また、列ベクトルの各要素の振幅は、式（１１）に示すように全て√Ｑで一定である。
したがって、合成励振分布Ｅ（ｔ）における素子アンテナ３−１〜３−Ｋの励振振幅は、全て同じである。
【００９１】
図２１は、１６ＱＡＭを実現する合成励振分布Ｅ（ｔ）の振幅特性を示す説明図であり、図２２は、合成励振分布Ｅ（ｔ）の位相特性を示す説明図である。
図２１及び図２２は、アレーアンテナ３が有している素子アンテナの数が４つである例を示している。
また、図２１は、１６種類の合成励振分布Ｅ（ｔ）の振幅特性を示しており、図２２は、１６種類の合成励振分布Ｅ（ｔ）の位相特性を示している。
１６種類の合成励振分布Ｅ（ｔ）の振幅特性は、図２１に示すように一定であるが、合成励振分布Ｅ（ｔ）の位相特性は、図２２に示すように、通信信号ｄ（ｔ）の変調シンボルに応じて変化する。
【００９２】
図２３は、通信方向を０度とした場合のビット誤り率の角度特性を示す説明図である。
一般的なフェーズドアレーアンテナは、通信方向近傍でも通信可能な角度幅が広く、ＱＰＳＫの変調方式によるビット誤り率特性と、１６ＱＡＭの変調方式によるビット誤り率特性とに大きな違いはない。
この実施の形態３のアレーアンテナ３は、図２３に示すように、一般的なフェーズドアレーアンテナよりも通信可能領域が限定されており、秘匿性が実現できている。また、この実施の形態３のアレーアンテナ３は、１６ＱＡＭを用いると、ＱＰＳＫを用いる場合よりも、通信可能領域をさらに限定できることが分かる。
【００９３】
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、通信信号ｄ（ｔ）がＱＡＭなどの振幅が変動する変調方式であっても、励振振幅を一定にできる。励振振幅が一定であるため、増幅器３３−１〜３３−Ｋとして、ダイナミックレンジが広い高価な増幅器を用いることなく、アンテナ装置を実現することができる。
【００９４】
また、この実施の形態３によれば、励振振幅が一定で、１つの通信シンボルあたりのビット数を増やせるため、通信容量を向上することができる効果がある。
【００９５】
また、この実施の形態３によれば、１６ＱＡＭなどの多値変調を適用できるため、通信可能な角度幅を狭めて、秘匿性を向上できる効果がある。
また、干渉ビームについての第１の励振振幅分布Ａを設定してから、通信ビームについての第２の励振振幅分布Ｂを設定しているため、通信ビームのサイドローブを覆う干渉ビームを設計することが可能となる。これにより、通信ビームのサイドローブ方向では、干渉ビームの利得が大きくなり、通信の秘匿性を向上できる効果がある。
【００９６】
実施の形態４．
実施の形態３では、第一励振振幅分布設定部１６が第１の励振振幅分布Ａを設定してから、第二励振振幅分布設定部９６が第２の励振振幅分布Ｂを設定する例を示している。
この実施の形態４では、第二励振振幅分布設定部１０３が第２の励振振幅分布Ｂを設定してから、第一励振振幅分布設定部１０５が第１の励振振幅分布Ａを設定する例を説明する。
【００９７】
図２４は、この発明の実施の形態４によるアンテナ装置を示す構成図である。
図２４において、図１及び図１７と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
励振分布算出部１０１は、励振振幅分布設定部１０２、通信励振分布算出部１８及び干渉励振分布算出部２１を備えている。
励振分布算出部１０１は、通信ビームの励振振幅Ｂｋと通信信号ｄ（ｔ）の振幅との積と、干渉ビームの励振振幅Ａｋとの２乗和が、素子アンテナ３−１〜３−Ｋのそれぞれで同じになる通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）及び干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）をそれぞれ算出する処理を実施する。
【００９８】
励振振幅分布設定部１０２は、合計電力設定部９５、第二励振振幅分布設定部１０３、振幅調整部１０４及び第一励振振幅分布設定部１０５を備えており、例えば、図２に示す励振振幅分布設定回路４３によって実現されるものである。
励振振幅分布設定部１０２は、素子アンテナ３−１〜３−Ｋに対する共通の設定値として、１つの素子アンテナ３−ｋにおける通信ビームの励振振幅Ｂｋと通信信号ｄ（ｔ）の振幅との積と、干渉ビームの励振振幅Ａｋとの２乗和である合計電力値Ｑを設定する。
また、励振振幅分布設定部１０２は、素子アンテナ３−１〜３−Ｋに対する第１の励振振幅分布Ａ及び素子アンテナ３−１〜３−Ｋに対する第２の励振振幅分布Ｂをそれぞれ設定する処理を実施する。
【００９９】
第二励振振幅分布設定部１０３は、Ｋ個の素子アンテナ３−１〜３−Ｋに対する第２の励振振幅分布Ｂを設定する処理を実施する。
第二励振振幅分布設定部１０３は、第２の励振振幅分布Ｂとして、例えば、端部の素子アンテナ３−１，３−Ｋに対する通信ビームの励振振幅が、端部以外の素子アンテナ３−２〜３−（Ｋ−１）に対する通信ビームの励振振幅よりも小さい励振振幅分布を設定する。
振幅調整部１０４は、第二励振振幅分布設定部１０３により設定された第２の励振振幅分布Ｂにおける通信ビームの励振振幅Ｂｋに通信信号ｄ（ｔ）の振幅｜ｄ（ｔ）｜を乗算することで、第２の励振振幅分布Ｂにおける通信ビームの励振振幅Ｂｋを調整する処理を実施する。
振幅調整部１０４は、励振振幅調整後の第２の励振振幅分布Ｂを励振振幅分布Ｃとして第一励振振幅分布設定部１０５に出力する。
【０１００】
第一励振振幅分布設定部１０５は、Ｋ個の素子アンテナ３−１〜３−Ｋに対する第１の励振振幅分布Ａを設定する処理を実施する。
第一励振振幅分布設定部１０５は、例えば、通信ビームの励振振幅Ｂｋと通信信号ｄ（ｔ）の振幅との積と、干渉ビームの励振振幅Ａｋとの２乗和が、合計電力設定部９５により設定された合計電力値Ｑとなる第１の励振振幅分布Ａを設定する。
【０１０１】
次に動作について説明する。
この実施の形態４では、アンテナ装置が、Ｋ個の素子アンテナ３−１〜３−Ｋを有するアレーアンテナ３によって、１６ＱＡＭのシンボルを送信する例を説明する。
【０１０２】
通信信号生成部１１は、例えば、外部から送信したい情報が符号化されている送信ビット系列が与えられると、実施の形態３と同様に、送信ビット系列に対して、１６ＱＡＭのベースバンド変調処理を施すことで、通信信号ｄ（ｔ）を生成する。
通信信号生成部１１は、生成した通信信号ｄ（ｔ）を干渉信号生成部９０、振幅調整部１０４及び通信励振分布算出処理部２０に出力する。
【０１０３】
図２５は、励振振幅分布設定部１０２の動作を示すフローチャートである。
以下、図２５を参照しながら、励振振幅分布設定部１０２の動作を説明する。
励振振幅分布設定部１０２の第二励振振幅分布設定部１０３は、Ｋ個の素子アンテナ３−１〜３−Ｋに対する第２の励振振幅分布Ｂを設定する（図２５のステップＳＴ８１）。
具体的には、第二励振振幅分布設定部１０３は、第２の励振振幅分布Ｂとして、例えば、図９に示すように、端部の素子アンテナ３−１，３−Ｋに対する通信ビームの励振振幅が、端部以外の素子アンテナ３−２〜３−（Ｋ−１）に対する通信ビームの励振振幅よりも小さい励振振幅分布を設定する。
第二励振振幅分布設定部１０３は、設定した第２の励振振幅分布Ｂを振幅調整部１０４及び通信励振分布算出処理部２０に出力する。
【０１０４】
振幅調整部１０４は、第二励振振幅分布設定部１０３により設定された第２の励振振幅分布Ｂにおける通信ビームの励振振幅Ｂｋに通信信号ｄ（ｔ）の振幅｜ｄ（ｔ）｜を乗算することで、第２の励振振幅分布Ｂにおける通信ビームの励振振幅Ｂｋを調整する（図２５のステップＳＴ８２）。
振幅調整部１０４は、励振振幅調整後の第２の励振振幅分布Ｂを励振振幅分布Ｃとして、第一励振振幅分布設定部１０５に出力する。
ここで、励振振幅分布Ｃの要素Ｃｋは、以下の式（１９）のように表される。
0006509463.tif 000016
【０１０５】
合計電力設定部９５は、実施の形態３と同様に、素子アンテナ３−ｋに対する通信ビームの励振振幅Ｂｋと通信信号ｄ（ｔ）の振幅｜ｄ（ｔ）｜と、素子アンテナ３−ｋに対する干渉ビームの励振振幅Ａｋとの２乗和である合計電力値Ｑを設定する。
【０１０６】
第一励振振幅分布設定部１０５は、振幅調整部１０４から出力された励振振幅分布Ｃと、合計電力設定部１５により設定された合計電力値Ｑとを用いて、第１の励振振幅分布Ａを設定する（図２５のステップＳＴ８３）。
即ち、第一励振振幅分布設定部１０５は、励振振幅分布Ｃの要素Ｃｋと、合計電力値Ｑとを以下の式（２０）に代入することで、素子アンテナ３−ｋに対する干渉ビームの励振振幅Ａｋを算出する。
0006509463.tif 000017
【０１０７】
通信励振分布算出処理部２０は、以下の式（２１）に示すように、通信信号生成部１１により生成された通信信号ｄ（ｔ）に対して、和パターンの励振位相分布Ｓと、励振振幅分布Ｂの対角行列とを乗算することで、通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）を算出する。
Ｗ１（ｔ）＝ｄ（ｔ）・ｄｉａｇ（Ｂ）・Ｓ        （２１）
【０１０８】
励振分布合成部２５は、実施の形態１と同様に、通信励振分布算出処理部２０により算出された通信ビームの励振分布Ｗ１（ｔ）と干渉励振分布算出処理部２３により算出された干渉ビームの励振分布Ｗ２（ｔ）とを合成する。
そして、励振分布合成部２５は、実施の形態１と同様に、合成した励振分布（Ｗ１（ｔ）＋Ｗ２（ｔ））に対して、ビーム走査位相分布Ｐの対角行列と正規化係数１／√Ｑとを乗算することで、合成励振分布Ｅ（ｔ）を算出する。
合成励振分布Ｅ（ｔ）は、式（８）及び式（２１）を用いると、以下の式（２２）のように表される。
0006509463.tif 000018
【０１０９】
式（２０）に示す第１の励振振幅分布Ａの要素Ａｋと、式（２）に示す和パターンの励振位相分布Ｓと、式（５）に示す差パターンの励振位相分布Ｄと、式（１６）に示す干渉信号ｉ（ｔ）とを式（２２）に代入すると、合成励振分布Ｅ（ｔ）は、以下の式（２３）のように表される。ここでは、式（２２）に代入する干渉信号ｉ（ｔ）は、式（１６）において、複号で表されている干渉信号ｉ（ｔ）のうち、正の符号の干渉信号ｉ（ｔ）である。
【０１１０】
0006509463.tif 000019
【０１１１】
式（２３）の各項の振幅を考えると、ｄｉａｇ（Ｐ）は、ビーム走査位相であり、ｅｘｐ（ｊα（ｔ））は、通信信号ｄ（ｔ）の位相であるため、それぞれ振幅が一定である。
また、列ベクトルの各要素の振幅は、式（１１）に示すように全て√Ｑで一定である。
したがって、合成励振分布Ｅ（ｔ）における素子アンテナ３−１〜３−Ｋの励振振幅は、全て同じである。
【０１１２】
以上で明らかなように、この実施の形態４によれば、通信信号ｄ（ｔ）がＱＡＭなどの振幅が変動する変調方式であっても、励振振幅を一定にできる。励振振幅が一定であるため、増幅器３３−１〜３３−Ｋとして、ダイナミックレンジが広い高価な増幅器を用いることなく、アンテナ装置を実現することができる。
【０１１３】
また、この実施の形態４によれば、励振振幅が一定で、１つの通信シンボルあたりのビット数を増やせるため、通信容量を向上することができる効果がある。
【０１１４】
また、この実施の形態４によれば、１６ＱＡＭなどの多値変調を適用できるため、通信可能な角度幅を狭めて、秘匿性を向上できる効果がある。
また、通信ビームについての第２の励振振幅分布Ｂを設定してから、干渉ビームについての第１の励振振幅分布Ａを設定しているため、テイラー分布などの既存の励振振幅分布を用いることができ、通信ビームの低サイドローブ化して、通信の秘匿性を向上できる効果がある。
【０１１５】
この実施の形態４では、第二励振振幅分布設定部１０３が、端部の素子アンテナ３−１，３−Ｋに対する通信ビームの励振振幅Ｂ１，ＢＫが、端部以外の素子アンテナ３−２〜３−（Ｋ−１）に対する通信ビームの励振振幅Ｂ２〜ＢＫ−１よりも小さい第２の励振振幅分布Ｂを設定する例を示している。
この例では、第一励振振幅分布設定部１０５により設定される第１の励振振幅分布Ａは、端部の素子アンテナ３−１，３−Ｋに対する干渉ビームの励振振幅Ａ１，ＡＫが、端部以外の素子アンテナ３−２〜３−（Ｋ−１）に対する干渉ビームの励振振幅Ａ２〜ＡＫ−１よりも大きい励振振幅分布となる。
この実施の形態４では、この例に限るものではない。
【０１１６】
例えば、第二励振振幅分布設定部１０３が、図９に示すように、端部の素子アンテナ３−１，３−Ｋに対する通信ビームの励振振幅Ｂ１，ＢＫが、端部以外の素子アンテナ３−２〜３−（Ｋ−１）に対する通信ビームの励振振幅Ｂ２〜ＢＫ−１よりも大きい第２の励振振幅分布Ｂを設定するようにしてもよい。
この例では、第一励振振幅分布設定部１０５により設定される第１の励振振幅分布Ａは、端部の素子アンテナ３−１，３−Ｋに対する干渉ビームの励振振幅Ａ１，ＡＫが、端部以外の素子アンテナ３−２〜３−（Ｋ−１）に対する干渉ビームの励振振幅Ａ２〜ＡＫ−１よりも小さい励振振幅分布となる。
【０１１７】
実施の形態５．
実施の形態３では、実施の形態１における図１に示すアンテナ装置の干渉信号生成部１２及び励振分布算出部１３の代わりに、干渉信号生成部９０及び励振分布算出部９１を備えているアンテナ装置を説明している。
図２６に示すように、実施の形態２における図１５に示すアンテナ装置の干渉信号生成部１２及び励振分布算出部１３の代わりに、干渉信号生成部９０及び励振分布算出部９１を備えているアンテナ装置であってもよい。図２６は、この発明の実施の形態５によるアンテナ装置を示す構成図である。
図２６に示すアンテナ装置も、実施の形態３における図１７に示すアンテナ装置と同様の効果が得られる。
なお、この実施の形態５では、実施の形態２と同様に、デジタル信号処理器８１−１〜８１−Ｋが、制御器８２から出力された制御信号が示す位相の調整量に従って搬送波信号の位相をデジタル信号処理で調整するので、実施の形態３よりも、アンテナパターンの形成精度を高めることができる。
【０１１８】
実施の形態６．
実施の形態４では、実施の形態１における図１に示すアンテナ装置の干渉信号生成部１２及び励振分布算出部１３の代わりに、干渉信号生成部９０及び励振分布算出部１０１を備えているアンテナ装置を説明している。
図２７に示すように、実施の形態２における図１５に示すアンテナ装置の干渉信号生成部１２及び励振分布算出部１３の代わりに、干渉信号生成部９０及び励振分布算出部１０１を備えているアンテナ装置であってもよい。図２７は、この発明の実施の形態６によるアンテナ装置を示す構成図である。
図２７に示すアンテナ装置も、実施の形態４における図２４に示すアンテナ装置と同様の効果が得られる。
なお、この実施の形態６では、実施の形態２と同様に、デジタル信号処理器８１−１〜８１−Ｋが、制御器８２から出力された制御信号が示す位相の調整量に従って搬送波信号の位相をデジタル信号処理で調整するので、実施の形態４よりも、アンテナパターンの形成精度を高めることができる。
【０１１９】
実施の形態７．
上記実施の形態１〜６のアンテナ装置では、アレーアンテナ３の素子アンテナ３−１〜３−Ｋが直線的に並んでいるリニアアレーアンテナを想定している。
しかし、アレーアンテナ３は、リニアアレーアンテナに限るものではなく、例えば、素子アンテナ３−１〜３−Ｋが同一平面上に２次元配置されている平面アレーアンテナであってもよい。また、アレーアンテナ３は、素子アンテナ３−１〜３−Ｋが曲面に沿って配置されているコンフォーマルアレーアンテナなどであってもよい。
図２８は、アレーアンテナ３の一例を示す説明図である。
図２８Ａはリニアアレーアンテナの例を示し、図２８Ｂは平面アレーアンテナの例を示し、図２８Ｃはコンフォーマルアレーアンテナの例を示している。
【０１２０】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
この発明は、アレーアンテナが有する複数の素子アンテナに与える搬送波信号の位相をそれぞれ制御するアンテナ装置及びアンテナ励振方法に適している。
【符号の説明】
【０１２２】
１  搬送波信号発生部、２  分配器、３  アレーアンテナ、３−１〜３−Ｋ  素子アンテナ、１０  信号処理部、１１  通信信号生成部、１２  干渉信号生成部、１３  励振分布算出部、１４  励振振幅分布設定部、１５  合計電力設定部、１６  第一励振振幅分布設定部、１７  第二励振振幅分布設定部、１８  通信励振分布算出部、１９  和パターン分布設定部、２０  通信励振分布算出処理部、２１  干渉励振分布算出部、２２  差パターン分布設定部、２３  干渉励振分布算出処理部、２４  位相分布設定部、２５  励振分布合成部、２６  アンテナパターン表示部、２７  表示器、３０  位相制御部、３１−１〜３１−Ｋ  位相調整器、３２  制御器、３３−１〜３３−Ｋ  増幅器、４１  通信信号生成回路、４２  干渉信号生成回路、４３  励振振幅分布設定回路、４４  通信励振分布算出回路、４５  干渉励振分布算出回路、４６  位相分布設定回路、４７  励振分布合成回路、４８  表示回路、６０  プロセッサ、６１  メモリ、６２  出力インタフェース機器、６３  表示インタフェース機器、７０  搬送波信号発生部、８０  位相制御部、８１−１〜８１−Ｋ  デジタル信号処理器、８２  制御器、８３−１〜８３−Ｋ  Ｄ／Ａ変換器、９０  干渉信号生成部、９１  励振分布算出部、９２  励振振幅分布設定部、９３  振幅規格化部、９４  位相調整部、９５  合計電力設定部、９６  第二励振振幅分布設定部、９７  振幅調整部、１０１  励振分布算出部、１０２  励振振幅分布設定部、１０３  第二励振振幅分布設定部、１０４  振幅調整部、１０５  第一励振振幅分布設定部。
【図１】
0006509463.tif 000020
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
0006509463.tif 000036
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
0006509463.tif 000039
【図２１】
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【図２２】
0006509463.tif 000041
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
0006509463.tif 000045
【図２７】
0006509463.tif 000046
【図２８】
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