(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号を発生する信号源と、
前記信号源が発生した前記信号を分配する分配回路と、
前記分配回路が分配した前記信号を移相する複数の移相器と、
前記移相器から出力された前記信号を増幅する複数の増幅器と、
前記増幅器から出力された前記信号を電磁波として放射する、平面上に配置された複数のアンテナ素子と、
前記増幅器を制御し、前記電磁波の通信対象の人工衛星の軌道面に平行な面と前記アンテナ素子が配置される前記平面との交線上において、中心に配置された前記アンテナ素子に接続された前記増幅器の振幅を周囲に配置された前記アンテナ素子に接続された前記増幅器の振幅より大きくする制御装置と、を備える、
フェーズドアレイアンテナ。
【請求項２】
前記制御装置は、前記増幅器を制御し、前記軌道面に平行な面において、中心に配置された前記増幅器の振幅を周囲に配置された前記増幅器の振幅より大きくし、前記電磁波を前記軌道面において低サイドローブ化する、
請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項３】
前記制御装置は、前記増幅器を制御し、前記電磁波の前記軌道面と直交する面に均一な振幅を付与させる、
請求項１又は２に記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項４】
前記制御装置は、
前記アンテナ素子が配置される移動体の情報を取得する移動体情報取得部と、
前記人工衛星の情報を取得する人工衛星情報取得部と、
前記移動体及び前記人工衛星の情報から、放射する前記電磁波の指向方向を算出する指向方向算出部と、
前記軌道面と前記移動体との相対位置を算出し、算出した相対位置から前記電磁波の前記軌道面に平行な面の角度を算出する位置算出部と、
前記指向方向に前記電磁波を向けるための前記複数の移相器のそれぞれについて移相値を算出する移相値算出部と、
前記軌道面に平行な面の角度から前記複数の増幅器のそれぞれについて増幅値を算出する増幅値算出部と、を備える、
請求項１から３のいずれか１項に記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項５】
前記制御装置は、前記複数の移相器の一部及び前記複数の増幅器の一部の機能を停止して開口面積を減少させる、
請求項１から４のいずれか１項に記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項６】
前記制御装置は、
前記指向方向算出部が算出した前記指向方向における利得を算出し、前記移動体及び前記人工衛星の情報から前記移動体と前記人工衛星との間の通信に必要な利得を算出し、算出した前記通信に必要な利得と前記指向方向における利得との差分を算出する利得算出部と、
前記差分に相当する開口面積を算出し、算出した前記差分に相当する開口面積に対応する前記増幅器及び前記移相器の機能を停止する開口面積制御部と、を備える、
請求項４に記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項７】
前記開口面積制御部は、矩形状に配置された前記増幅器及び前記移相器の機能を停止させずに稼働させ、
前記矩形の一つの対角線が前記軌道面に平行な面に含まれる、
請求項６に記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項８】
前記移動体は航空機である、請求項４，６，７のいずれか１項に記載のフェーズドアレイアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フェーズドアレイアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
フェーズドアレイアンテナは、配列された複数のアンテナ素子を備え、それぞれのアンテナ素子の励起電流の位相及び振幅を制御することで、アンテナ全体の放射パターンを制御するアンテナである。フェーズドアレイアンテナは機械的に駆動することなくビームを高速に走査することができる。そのため、移動体に搭載すると、運用中に移動体が移動又は動揺してもビームを走査して通信対象に指向させることができる。この特性により、フェーズドアレイアンテナは移動体に搭載する衛星通信用のアンテナとして多く採用されている。【０００３】
特許文献１には、フェーズドアレイアンテナと、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信部と、フェーズドアレイアンテナを介して準天頂衛星が配信する端末制御情報を受信する端末制御情報受信部と、移動体端末の３次元の姿勢角を検出する姿勢角センサ及び方位センサと、端末制御情報に姿勢角分の補正を施すアレイファクタ計算部と、補正された指向性制御情報を基にフェーズドアレイアンテナの指向性を制御する指向性制御部と、を備える移動体端末用アンテナ追尾装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３３３０６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の衛星通信に用いるフェーズドアレイアンテナにおいては、フェーズドアレイアンテナが放射する電磁波が静止軌道上の通信対象の人工衛星以外の人工衛星と干渉することを防ぐために、放射する電磁波に低サイドローブ特性を付与しなければならない。しかし、電磁波の伝搬方向に関する全ての角度に対して低サイドローブ特性を付与すると、フェーズドアレイアンテナ全体としての総放射電力及びアンテナ利得が減少してしまうという課題があった。【０００６】
本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであって、通信対象の人工衛星の軌道面に平行な面における電磁波のサイドローブ特性を他の面よりも改善することが可能なフェーズドアレイアンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係るフェーズドアレイアンテナは、信号源と、分配回路と、複数の移相器と、複数の増幅器と、複数のアンテナ素子と、制御装置と、を備える。信号源は信号を発生する。分配回路は、信号源が発生した信号を分配する。移相器は、分配回路が分配した信号を移相する。増幅器は、移相器から出力された信号を増幅する。アンテナ素子は、増幅器から出力された信号を電磁波として放射し、平面上に配置される。制御装置は、増幅器を制御し、電磁波の通信対象の人工衛星の軌道面に平行な面とアンテナ素子が配置される平面との交線上において、中心に配置されたアンテナ素子に接続された増幅器の振幅を周囲に配置されたアンテナ素子に接続された増幅器の振幅より大きくする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、中心に配置された増幅器の振幅を周囲に配置された増幅器の振幅より大きくすることで、通信対象の人工衛星の軌道面に平行な面における電磁波のサイドローブ特性を他の面よりも改善することが可能なフェーズドアレイアンテナを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係るフェーズドアレイアンテナの構成を示すブロック図
【図２】実施の形態１に係るフェーズドアレイアンテナと機体と人工衛星との関係を示す模式図
【図３】実施の形態１のアンテナ素子の配列を示す斜視図
【図４】実施の形態１の制御装置の構成を示すブロック図
【図５】実施の形態１のアンテナ素子上における静止軌道面と静止軌道面に垂直な面とを示す斜視図
【図６】実施の形態１における信号のφ＝φ０の面に付与する振幅分布の例を示す図
【図７】実施の形態１における信号のφ＝φ０＋９０°の面に付与する振幅分布の例を示す図
【図８】実施の形態１の振幅及び移相値設定処理を示すフローチャート
【図９】実施の形態１におけるφ＝φ０の面における電磁波の放射パターンの例を示すグラフ
【図１０】実施の形態１におけるφ＝φ０＋９０°の面における電磁波の放射パターンの例を示すグラフ
【図１１】実施の形態２の制御装置の構成を示すブロック図
【図１２】実施の形態２におけるθＭＡＸに電磁波を送信する場合のアンテナ素子の斜視図
【図１３】実施の形態２におけるθに電磁波を送信する場合のアンテナ素子の斜視図
【図１４】実施の形態２の開口面積制御処理を示すフローチャート
【図１５】実施の形態２におけるビーム走査角度に対するＥＩＲＰを示すグラフ
【図１６】実施の形態２におけるビーム走査角度に対する移相器及び増幅器を稼働させる割合を示すグラフ
【図１７】実施の形態３に係るフェーズドアレイアンテナの上面図
【図１８】実施の形態３における電磁波の放射パターンの例を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施の形態１）
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１について、図１−図１０を参照して説明する。図中同一又は相当する部分には同一符号を付す。フェーズドアレイアンテナ１は、複数のアンテナ素子を備え、電磁波の送受信を行う無線通信装置である。
【００１１】
図１は、フェーズドアレイアンテナ１の構成を示すブロック図である。図１に示すように、フェーズドアレイアンテナ１は、ＲＦ信号を発信する信号源１０と、信号源１０が発信した信号を分配する分配回路２０と、分配回路２０が分配した信号を移相する複数の移相器３０１，３０２…，３０ｎと、移相器３０１，３０２…，３０ｎによって出力された信号をそれぞれ増幅する複数の増幅器４０１，４０２…，４０ｎと、増幅器４０１，４０２…，４０ｎによって出力された信号をそれぞれ放射する複数のアンテナ素子５０１，５０２…，５０ｎと、移相器３０，３０２…，３０ｎ及び増幅器４０，４０２…，４０ｎを制御する制御装置６０と、を備える。複数の移相器３０１，３０２…，３０ｎをまとめて移相器３０ともいう。増幅器４０、アンテナ素子５０についても同様である。
【００１２】
以下ではフェーズドアレイアンテナ１を送信機として説明するが、電磁波を受信して復号する受信機であっても良い。
【００１３】
図２は、フェーズドアレイアンテナ１と機体１００と人工衛星２００との関係を示す模式図である。図２に示すように、フェーズドアレイアンテナ１は、機体１００に搭載されて人工衛星２００と無線通信を行う。機体１００は固定翼機、回転翼機を含む航空機である。人工衛星２００は、静止軌道上を周回する人工衛星である。
【００１４】
図１に戻り、信号源１０は、高周波信号を発信する信号源である。信号源１０は、通信対象である人工衛星２００との無線通信を行うための高周波信号を出力する。
【００１５】
分配回路２０は、信号源１０が発信したＲＦ（Radio Frequency）信号を、複数の移相器３０に分配する。分配回路２０は、信号源１０と、複数の移相器３０のそれぞれとに接続されている。
【００１６】
移相器３０は、分配回路２０によって分配された信号を移相する。移相器３０は、移相器３０１，３０２…，３０ｎのｎ個の移相器を含む。移相器３０１，３０２…，３０ｎは、分配回路２０に接続されている。
【００１７】
増幅器４０は、移相器３０によって移相された信号を増幅する。増幅器４０は、増幅器４０１，４０２…，４０ｎのｎ個の増幅器を含む。増幅器４０１，４０２…，４０ｎは、移相器３０１，３０２…，３０ｎにそれぞれ接続されている。
【００１８】
アンテナ素子５０は、増幅器４０によって増幅された信号を電磁波として放射する。アンテナ素子５０は、アンテナ素子５０１，５０２…，５０ｎのｎ個のアンテナ素子を含む。アンテナ素子５０１，５０２…，５０ｎは、増幅器４０１，４０２…，４０ｎにそれぞれ接続されている。アンテナ素子５０は、ホーンアンテナ、ダイポールアンテナ、スロットアンテナ、マイクロストリップアンテナを含むが、これに限られるものではない。
【００１９】
図３は、アンテナ素子５０の配列を示す斜視図である。図３に示すように、アンテナ素子５０１，５０２…，５０ｎは、平面上にａ行ｂ列で配置されている。ａ×ｂ＝ｎである。
【００２０】
図１に戻り、制御装置６０は、移相器３０及び増幅器４０を制御する制御装置である。制御装置６０は、移相器３０１，３０２…，３０ｎについて信号の移相値をそれぞれ算出し、移相器３０１，３０２…，３０ｎにそれぞれ伝達する。また、制御装置６０は、増幅器４０１，４０２…，４０ｎについて信号の増幅値をそれぞれ算出し、増幅器４０１，４０２…，４０ｎにそれぞれ伝達する。制御装置６０は中央処理装置（ＣＰＵ）を含み得るが、これに限られるものではない。
【００２１】
図４は、制御装置６０の構成を示すブロック図である。図４に示すように、制御装置６０は、機体１００の位置情報、機首方向情報、及び機体状態情報を取得する機体情報取得部６１と、人工衛星２００の情報を取得する人工衛星情報取得部６２と、信号源１０が出力する信号を制御する信号制御部６３と、放射する電磁波の指向方向を算出する指向方向算出部６４と、静止軌道面とフェーズドアレイアンテナ１との相対位置を算出する位置算出部６５と、ビーム指向方向から移相値を算出する移相値算出部６６と、位置算出部６５が算出した相対位置から増幅値を算出する増幅値算出部６７と、を含む。これらの構成要素はバスによって相互に電気的に接続されている。
【００２２】
機体情報取得部６１は、機体１００の緯度、経度、及び高度を示す位置情報、機体１００の機首の向きを示す機首方向情報、及び機体１００のロール、ピッチ、並びにヨーを示す機体状態情報を、機体１００が備えるＧＰＳ並びに動揺センサを含むセンサから取得する。機体情報取得部６１は、取得した情報を指向方向算出部６４と位置算出部６５とに伝達する。
【００２３】
人工衛星情報取得部６２は、複数の人工衛星から通信対象の人工衛星２００を選部。人工衛星情報取得部６２は、人工衛星２００の位置、通信に用いる周波数及び偏波を含む人工衛星２００の情報を取得する。人工衛星情報取得部６２は、取得した情報を信号制御部６３と指向方向算出部６４と位置算出部６５とに伝達する。
【００２４】
信号制御部６３は、人工衛星情報取得部６２から伝達された人工衛星２００の情報を基に、信号源１０を制御し、出力する信号の周波数を設定する。
【００２５】
指向方向算出部６４は、伝達された機体１００の位置情報、機首方向情報及び機体状態情報と、人工衛星２００の情報とから、放射する電磁波の指向方向を示す方位角であるアジマス角φ及び仰角であるエレベーション角θを算出する。図３に示すように、アジマス角φはアンテナ素子５０が配列された面上の基準軸に関する角度であり、エレベーション角θは当該面に垂直な基準軸に関する角度である。指向方向算出部６４は、算出した指向方向を移相値算出部６６に伝達する。
【００２６】
図４に戻り、位置算出部６５は、伝達された機体１００の位置情報、機首方向情報及び機体状態情報と、人工衛星２００の情報とから、静止軌道面とフェーズドアレイアンテナ１との相対位置を算出する。位置算出部６５は、算出した相対位置から、静止軌道面と平行なアジマス角φの値φ０を算出する。位置算出部６５は、算出した値φ０を増幅値算出部６７に伝達する。
【００２７】
移相値算出部６６は、指向方向算出部６４から伝達された指向方向を基に、信号の移相値を移相器３０１，３０２…，３０ｎについてそれぞれ算出する。移相器３０１，３０２…，３０ｎがそれぞれの移相値に従って信号を移相すると、アンテナ素子５０から放射された電磁波が指向方向に向かって伝播する。移相値算出部６６は、算出した移相値を移相器３０１，３０２…，３０ｎにそれぞれ伝達する。
【００２８】
増幅値算出部６７は、位置算出部６５から伝達された値φ０を基に、信号の増幅値を増幅器４０１，４０２…，４０ｎについてそれぞれ算出し、算出した増幅値を増幅器４０１，４０２…，４０ｎにそれぞれ伝達する。
【００２９】
増幅値算出部６７は、静止軌道面、即ちアジマス角φ＝φ０である面に対して増幅値を算出する。アジマス角φ＝φ０である面において、増幅値の中心部における振幅は、周囲の振幅よりも大きい。算出した増幅値によって、信号の低サイドローブ特性が得られる。増幅値算出部６７は、静止軌道面に直交する面、即ちアジマス角φ＝φ０＋９０°である面に対して増幅値を算出する。アジマス角φ＝φ０＋９０°の面において、増幅値の振幅分布は均一である。
【００３０】
図５は、アンテナ素子５０上における静止軌道面と静止軌道面に垂直な面とを示す斜視図である。図５のφ＝φ０の直線が、静止軌道面とアンテナ素子５０が配置された平面との交線である。φ＝φ０＋９０°の直線は、静止軌道面に垂直な面とアンテナ素子５０が配置された平面との交線である。
【００３１】
図６は、信号のφ＝φ０の面に付与する振幅分布の例を示す図である。図６の横軸は図５における直線Ａ−Ａ′上の位置であり、縦軸は振幅（単位：ｄＢ）である。図６に示すように、制御装置６０は、静止軌道面、即ちφ＝φ０である面に対して、中心部に位置する増幅器４０の振幅が周囲の増幅器４０のものより大きくなる振幅分布、即ち振幅テーパを付与する。付与する振幅分布は、テイラー分布を含むが、これに限られるものではない。
【００３２】
図７は、信号のφ＝φ０＋９０°の面に付与する振幅分布の例を示す図である。図７の横軸は図５における直線Ｂ−Ｂ′上の位置であり、縦軸は振幅（単位：ｄＢ）である。図７に示すように、制御装置６０は、静止軌道面に直行する面、即ちアジマス角φ＝φ０＋９０°である面に対し、全ての増幅器４０について均一な振幅を付与する。
【００３３】
図８は、制御装置６０が実行する振幅及び移相値設定処理を示すフローチャートである。図８のフローチャートを用いて、制御装置６０が実行する振幅及び移相値設定処理について説明する。
【００３４】
振幅及び移相値設定処理が開始されると、制御装置６０の機体情報取得部６１が、機体１００の位置情報、機首方向情報及び機体状態情報を取得する。機体情報取得部６１は、取得した情報を指向方向算出部６４と位置算出部６５とに伝達する（ステップＳ１０１）。
【００３５】
機体１００の情報を取得すると、制御装置６０の人工衛星情報取得部６２が、人工衛星２００の位置、通信に用いる周波数及び偏波を含む人工衛星２００の情報を取得する。人工衛星情報取得部６２は、取得した情報を信号制御部６３と指向方向算出部６４と位置算出部６５とに伝達する（ステップＳ１０２）。
【００３６】
人工衛星２００の情報を取得すると、制御装置６０の信号制御部６３が、人工衛星情報取得部６２から伝達された人工衛星２００の情報を基に、信号源１０を制御して信号の出力周波数を設定する（ステップＳ１０３）。
【００３７】
出力する信号の周波数を設定すると、制御装置６０の指向方向算出部６４が、伝達された機体１００の情報と人工衛星２００の情報とから、放射する電磁波の指向方向を示すアジマス角φ及びエレベーション角θを算出する。指向方向算出部６４は、算出した指向方向を移相値算出部６６に伝達する（ステップＳ１０４）。
【００３８】
指向方向を算出すると、制御装置６０の位置算出部６５が、伝達された機体１００の情報と人工衛星２００の情報とから、静止軌道面とフェーズドアレイアンテナ１との相対位置を算出する。位置算出部６５は、算出した相対位置から、静止軌道面と平行なアジマス角φの値φ０を算出する。位置算出部６５は、算出した値φ０を増幅値算出部６７に伝達する（ステップＳ１０５）。
【００３９】
φ０を算出すると、制御装置６０の移相値算出部６６が、指向方向算出部６４から伝達された指向方向を基に、信号の移相値を移相器３０１から移相器３０ｎについてそれぞれ算出する。移相値算出部６６は、算出した移相値を移相器３０１から移相器３０ｎにそれぞれ伝達する（ステップＳ１０６）。
【００４０】
移相値を算出すると、制御装置６０の増幅値算出部６７が、位置算出部６５から伝達された値φ０を基に、信号の増幅値を増幅器４０１，４０２…，４０ｎについてそれぞれ算出する。増幅値算出部６７は、算出した増幅値を増幅器４０１，４０２…，４０ｎにそれぞれ伝達する（ステップＳ１０７）。中心部に位置する増幅器４０の振幅は、周囲に位置する増幅器４０の振幅よりも大きい。
【００４１】
増幅値を算出すると、制御装置６０の機体情報取得部６１及び人工衛星情報取得部６２が、機体１００又は人工衛星２００の情報に変化があったかどうか判断する（ステップＳ１０８）。変化があったと判断した場合（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、ステップＳ１０１に戻る。
【００４２】
変化がなかったと判断した場合（ステップＳ１０８：ＮＯ）、振幅及び移相値設定処理を終了する。
【００４３】
以上のような構成を備え、振幅及び移相値設定処理を実行することによって、実施の形態１に係るフェーズドアレイアンテナ１は、静止軌道面に対して低サイドローブ特性を有する電磁波を発信することができる。言い換えれば、静止軌道面に平行な角度に対して、他の角度よりもサイドローブ特性を改善することができる。静止軌道面には通信対象の人工衛星２００とは別の人工衛星も存在しているが、静止軌道面に対して低サイドローブ特性を有する電磁波を発信することで、別の人工衛星と干渉する可能性を小さくすることが可能になる。
【００４４】
機体１００又は人工衛星２００の状態の変化に伴って移相値及び増幅値を算出し直すことで、実施の形態１に係るフェーズドアレイアンテナ１は、他の角度よりも改善されたサイドローブ特性を有する角度を、通信対象の人工衛星２００が存在する静止軌道面に追従させることができる。
【００４５】
実施の形態１に係るフェーズドアレイアンテナ１は、静止軌道面に直交する面に対しては、低サイドローブ特性を有しない電磁波を発信することができる。このため、全ての面に対して低サイドローブ特性を有する電磁波と比べて、総放射電力を大きくすることができ、等価等方輻射電力（ＥＩＲＰ）を向上させることができる。
【００４６】
一般に、ＥＩＲＰを向上させるためには開口面積を大きくする必要がある。開口面積を大きくするためには、アンテナ素子の設置数の増加と、それに伴う移相器及び増幅器の設置数の増加が必要であり、それが設備コスト及び消費電力の増大に繋がる。実施の形態１に係るフェーズドアレイアンテナ１は、移相器３０、増幅器４０及びアンテナ素子５０の設置数を増やすことなくＥＩＲＰを向上させることができる。
【００４７】
図９は、φ＝φ０の面における電磁波の放射パターンの例を示すグラフである。具体的には、この放射パターンは、３０ＧＨｚ帯において開口径４００ｍｍの円形開口フェーズドアレイアンテナによって得られたものである。図９の横軸は指向方向を０°とした場合の角度（単位：度）であり、縦軸は指向方向の電磁波を基準とした相対振幅（単位：ｄＢｉ）である。図９に示すように、φ＝φ０である静止軌道面において、信号の低サイドローブ特性が得られている。
【００４８】
図１０は、φ＝φ０＋９０°の面における電磁波の放射パターンの例を示すグラフである。グラフの要素及びアンテナの構成は図９と同様である。図１０に示すように、φ＝φ０＋９０°である面においては、信号の低サイドローブ特性は得られていない。φ＝φ０＋９０°の面にもφ＝φ０の面と同様の振幅分布を付与した場合と比べ、出力電力として約２．５ｄＢ、アンテナ利得として約０．２ｄＢ、ＥＩＲＰとして約２．７ｄＢの改善が見られる。
【００４９】
（実施の形態２）
実施の形態２に係るフェーズドアレイアンテナ１について、図１１−図１６を参照して説明する。
【００５０】
図１１は、制御装置６０の構成を示すブロック図である。図１１に示すように、実施の形態２に係るフェーズドアレイアンテナ１の制御装置６０は、電磁波を送信する角度における利得と通信に必要な利得との差分を算出する利得算出部６８と、増幅器及び移相器を制御して開口面積を変更する開口面積制御部６９と、をさらに備える。利得算出部６８と開口面積制御部６９とは、バスを介して制御装置６０の他の要素と相互に電気的に接続されている。
【００５１】
利得算出部６８は、指向方向算出部６４が算出した指向方向を指向方向算出部６４から伝達され、伝達されたエレベーション角θに電磁波を送信するときの利得を算出する。利得算出部６８は、機体情報取得部６１から伝達された機体１００の情報と人工衛星情報取得部６２から伝達された人工衛星２００の情報とを基に、機体１００と人工衛星２００との間の通信に必要な利得を算出する。最大の開口面積においてその利得を実現する角度をエレベーション角θＭＡＸとする。
【００５２】
利得算出部６８は、θにおける利得とθＭＡＸにおける利得との差分を算出する。利得算出部６８は、算出した利得の差分を開口面積制御部６９に伝達する。  
【００５３】
開口面積制御部６９は、利得算出部６８から伝達された利得の差分を基に、利得の差分に相当する開口面積を算出する。開口面積制御部６９は、算出した開口面積に対応する移相器３０及び増幅器４０への電源供給を停止し、移相器３０及び増幅器４０の機能を停止させる。具体的には、外側に配置されている移相器３０及び増幅器４０から、減少する利得が差分に相当するまで停止させる。
【００５４】
図１２はθＭＡＸに電磁波を送信する場合のアンテナ素子５０の斜視図である。図１３は、θＭＡＸより小さい角θに電磁波を送信する場合のアンテナ素子５０の斜視図である。図１２，図１３において白抜きで示されているアンテナ素子５０は稼働しているアンテナ素子５０であり、斜線で示されているアンテナ素子５０は機能を停止したアンテナ素子５０である。
【００５５】
θＭＡＸに電磁波を送信する場合は、全てのアンテナ素子５０を稼働させ、開口面積を最大にして利得を最大にする必要がある。図１２に示すように、θＭＡＸに電磁波を送信する場合は、開口面積制御部６９は全ての移相器３０及び増幅器４０への電力供給を継続し、全てのアンテナ素子５０を稼働させる。
【００５６】
図１３に示すように、θＭＡＸより小さい角θに電磁波を送信する場合は、開口面積制御部６９が、利得の差分、即ち過剰な利得に相当する開口面積に対応する移相器３０及び増幅器４０への電源供給を停止し、移相器３０及び増幅器４０に接続されたアンテナ素子５０の機能を停止させる。
【００５７】
図１４は、制御装置６０が実行する開口面積制御処理を示すフローチャートである。図１４のフローチャートを用いて、制御装置６０が実行する開口面積制御処理について説明する。図１４に示す開口面積制御処理は、図８に示す振幅及び移相値設定処理の前後又は振幅及び移相値設定処理と並行して実行される。
【００５８】
制御装置６０の機体情報取得部６１が、機体１００の位置情報、機首方向情報及び機体状態情報を取得する。機体情報取得部６１は、取得した情報を指向方向算出部６４と利得算出部６８とに伝達する（ステップＳ２０１）。
【００５９】
機体１００の情報を取得すると、制御装置６０の人工衛星情報取得部６２が、通信に用いる周波数及び偏波を含む人工衛星２００の情報を取得する。人工衛星情報取得部６２は、取得した情報を信号制御部６３と指向方向算出部６４と利得算出部６８とに伝達する（ステップＳ２０２）。
【００６０】
人工衛星２００の情報を取得すると、制御装置６０の指向方向算出部６４が、伝達された機体１００の情報と人工衛星２００の情報とから、放射する電磁波の指向方向を示すエレベーション角θを算出する。指向方向算出部６４は、算出した指向方向を利得算出部６８に伝達する（ステップＳ２０３）。
【００６１】
指向方向を算出すると、制御装置６０の利得算出部６８が、伝達されたエレベーション角θに電磁波を送信するときの利得を算出する（ステップＳ２０４）。
【００６２】
θにおける利得を算出すると、制御装置６０の利得算出部６８が、伝達された機体１００の情報と人工衛星２００の情報とを基に、機体１００と人工衛星２００との間の通信に必要な利得、即ちθＭＡＸに電磁波を送信するときの利得を算出する（ステップＳ２０５）。
【００６３】
θＭＡＸにおける利得を算出すると、制御装置６０の利得算出部６８が、θにおける利得とθＭＡＸにおける利得との差分を算出する。利得算出部６８は、算出した利得の差分を開口面積制御部６９に伝達する（ステップＳ２０６）。
【００６４】
利得の差分を算出すると、制御装置６０の開口面積制御部６９が、利得算出部６８から伝達された利得の差分を基に、利得の差分に相当する開口面積を算出する（ステップＳ２０７）。
【００６５】
開口面積を算出すると、制御装置６０の開口面積制御部６９が、算出した開口面積に相当する移相器３０及び増幅器４０への電源供給を停止し、移相器３０及び増幅器４０に接続されたアンテナ素子５０の機能を停止させる（ステップＳ２０８）。
【００６６】
アンテナ素子５０の機能を停止させると、制御装置６０の機体情報取得部６１及び人工衛星情報取得部６２が、機体１００又は人工衛星２００の情報に変化があったかどうか判断する（ステップＳ２０９）。変化があったと判断した場合（ステップＳ２０９：ＹＥＳ）、ステップＳ２０１に戻る。
【００６７】
変化がなかったと判断した場合（ステップＳ２０９：ＮＯ）、開口面積制御処理を終了する。
【００６８】
以上のような構成を備え、開口面積制御処理を実行することによって、実施の形態２に係るフェーズドアレイアンテナ１は、実施の形態１に係るフェーズドアレイアンテナ１が奏する効果と同様の効果を奏することに加え、利得が過剰になる場合に移相器３０及び増幅器４０の一部を停止させることで、消費電力を低減することができる。
【００６９】
図１５は、ビーム走査角度に対するＥＩＲＰを示すグラフである。図１５の横軸はビーム走査角度（単位：度）であり、縦軸はＥＩＲＰ（単位：ｄＢ）である。実線は実施の形態２に係るフェーズドアレイアンテナ１によるＥＩＲＰであり、点線は比較対象の移相器及び増幅器を停止させないフェーズドアレイアンテナによるＥＩＲＰである。なお、図１５において、θＭＡＸ＝６０°である。
【００７０】
図１５に示すように、θＭＡＸである６０°より小さい電磁波の指向角度においては、ＥＩＲＰが過剰になってしまい、電力を過剰に消費している状態になってしまう。実施の形態２に係るフェーズドアレイアンテナ１によれば、電磁波の指向方向が０°≦θ＜６０°の範囲において、消費電力を低減することができる。
【００７１】
図１６は、ビーム走査角度に対する移相器３０及び増幅器４０を稼働させる割合を示すグラフである。図１６の横軸はビーム走査角度（単位：度）であり、縦軸は全ての移相器３０及び増幅器４０に対する移相器３０及び増幅器４０を稼働させる割合（単位：％）である。図１６において、図１５と同様にθＭＡＸ＝６０°である。
【００７２】
図１６に示すように、実施の形態２に係るフェーズドアレイアンテナ１においては、ビーム走査角度が小さくなるとともに稼働させる移相器３０及び増幅器４０の割合を小さくすることができる。したがって、ビーム走査角度が小さい場合において、図１６に示す割合で消費電力を低減することが可能になる。
【００７３】
（実施の形態３）
実施の形態３に係るフェーズドアレイアンテナ１について、図１７，図１８を参照して説明する。
【００７４】
実施の形態３に係るフェーズドアレイアンテナ１の構成は、実施の形態２に係るフェーズドアレイアンテナ１と同様である。
【００７５】
実施の形態３に係るフェーズドアレイアンテナ１の開口面積制御部６９は、利得算出部６８から、θにおける利得とθＭＡＸにおける利得との差分を取得する。開口面積制御部６９は、位置算出部６５から、静止軌道面と平行なアジマス角φの値φ０を取得する。
【００７６】
開口面積制御部６９は、利得の差分に相当する開口面積に対応する移相器３０及び増幅器４０への電源供給を停止し、移相器３０及び増幅器４０の機能を停止させる。開口面積制御部６９は、停止させずに稼働させたままにする移相器３０及び増幅器４０の配列を矩形状にする。開口面積制御部６９は、稼働する移相器３０及び増幅器４０で形成される矩形の一つの対角線を角度φ０と一致させる。
【００７７】
図１７は、フェーズドアレイアンテナ１の上面図である。図１７において白抜きで示されている部分はアンテナ素子５０が稼働している領域であり、斜線で示されている部分はアンテナ素子５０が機能を停止している領域である。
【００７８】
図１７に示すように、開口面積制御部６９は、利得の差分、即ち過剰な利得に相当する開口面積に対応する移相器３０及び増幅器４０への電源供給を停止し、移相器３０及び増幅器４０に接続されたアンテナ素子５０の機能を停止させる。稼働するアンテナ素子５０は矩形状に配置されており、矩形の一つの対角線は角度φ０と一致する。
【００７９】
以上のような構成を備えることで、実施の形態３に係るフェーズドアレイアンテナ１は、実施の形態２に係るフェーズドアレイアンテナ１が奏する効果と同様の効果を奏することができる。
【００８０】
矩形開口アンテナにおいて、矩形の対角線に垂直な面においては低サイドローブ特性が得られる。実施の形態３に係るフェーズドアレイアンテナ１は、矩形の対角線に垂直な面を静止軌道面と一致させることで、静止軌道面において低サイドローブ特性を得ることが可能になる。
【００８１】
図１８は、φ＝φ０の面とφ＝φ０＋９０°における電磁波の放射パターンの例を示すグラフである。図１８の実線はφ＝φ０の面、点線はφ＝φ０＋９０°における放射パターンをそれぞれ示す。図１８の横軸は指向方向を０°とした場合の角度（単位：度）であり、縦軸は振幅（単位：ｄＢ）である。図１８に示すように、φ＝φ０である静止軌道面において、信号の低サイドローブ特性が得られている。一方、φ＝φ０＋９０°である面においては、信号の低サイドローブ特性は得られていない。
【００８２】
本発明の実施の形態は上述のものに限られるものではなく、変形が可能である。例えばアンテナ素子５０は平面状にａ行ｂ列に配置されているとしたが、これに限られるものではない。アンテナ素子５０は楕円状、多角形状を含む任意の形状に配置されていても良い。さらに、同一平面上に配置されず曲面上に配置されていても良い。
【００８３】
制御装置６０は、静止軌道面に対して、テイラー分布を含む振幅分布を付与するとしたが、これに限られるものではない。制御装置６０が静止軌道面に対して付与する振幅分布はガウス分布を含んでいても良い。その他、中心部の振幅が周囲の振幅よりも大きいものであれば、任意の振幅分布を付与することができる。
【００８４】
制御装置６０は、静止軌道面に直交する面対して均一な振幅分布を付与するとしたが、これに限られるものではない。総放射電力が増える振幅分布であれば、任意の振幅分布を付与することができる。
【００８５】
機体１００は固定翼機、回転翼機を含む航空機であるとしたが、これに限られるものではない。船舶、車両を含むその他の移動体であっても良い。そのため、機体１００は移動体１００といえる。よって、機首方向情報はフロント部方向情報、機体状態情報は移動体状態情報といえる。さらに、機体情報取得部６１は、移動体情報取得部６１といえる。
【００８６】
人工衛星２００は静止軌道上を周回するとしたが、これに限られるものではない。人工衛星２００は任意の軌道上を周回していても良い。
【００８７】
本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。
【００８８】
本出願は、２０１７年６月９日に出願された、日本国特許出願特願２０１７−１１４６７０号に基づく。本明細書中に日本国特許出願特願２０１７−１１４６７０号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明は、フェーズドアレイアンテナに利用することができる。
【符号の説明】
【００９０】
１…フェーズドアレイアンテナ、１０…信号源、２０…分配回路、３０，３０１−３０ｎ…移相器、４０，４０１−４０ｎ…増幅器、５０，５０１−５０ｎ…アンテナ素子、６０…制御装置、６１…機体情報取得部、６２…人工衛星情報取得部、６３…信号制御部、６４…指向方向算出部、６５…位置算出部、６６…移相値算出部、６７…増幅値算出部、６８…利得算出部、６９…開口面積制御部、１００…機体、２００…人工衛星。
【要約】
フェーズドアレイアンテナ（１）は、信号源（１０）と、分配回路（２０）と、複数の移相器（３０）と、複数の増幅器（４０）と、複数のアンテナ素子（５０）と、制御装置（６０）と、を備える。信号源（１０）は信号を発生する。分配回路（２０）は、信号源（１０）が発生した信号を分配する。移相器（３０）は、分配回路（２０）が分配した信号を移相し、放射する電磁波の指向方向を変更する。増幅器（４０）は、移相器（３０）から出力された信号を増幅する。アンテナ素子（５０）は、増幅器（４０）から出力された信号を電磁波として放射する。制御装置（６０）は、増幅器（４０）を制御し、電磁波の通信対象の人工衛星（２００）の軌道面に平行な面において、中心に配置された増幅器（４０）の振幅を周囲に配置された増幅器（４０）の振幅より大きくする。【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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【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】
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【図１８】
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