(57)【要約】【課題】素子間結合補償装置を用いてアンテナの素子間相互結合に起因する素子パターンの歪みを補償するとともに、無給電素子を用いて素子パターンを整形して、歪みのない素子パターンを有するアレーアンテナ装置を提供する。【解決手段】素子間結合補償装置から給電される２本の線状アンテナａ１，ａ２は互いに平行であり、且つ両アンテナとも平面金属反射板に平行に配置される。２本の線状無給電素子ｐ１，ｐ２が平面金属反射板に平行に配置され、線状無給電素子ｐ１は線状アンテナａ１を含み平面金属反射板と直交する平面で２分割された平面金属反射板のアンテナ側の空間のうち、アンテナａ２が存在しない空間に配置され、また線状無給電素子ｐ２は、線状アンテナａ２を含み平面金属反射板と直交する平面で２分割された平面金属反射板のアンテナ側空間のうち、アンテナａ１が存在しない空間に配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２本の線状アンテナａ１，ａ２、２本の線状無給電素子ｐ１，ｐ２、平面金属反射板、素子間結合補償装置から構成され、２本の線状アンテナａ１，ａ２の給電点は素子間結合補償装置に接続されており、素子間結合補償装置を通してアンテナａ１，ａ２を給電するアレーアンテナ装置において、
該線状アンテナａ１，ａ２は互いに平行であり、且つ両アンテナとも平面金属反射板に平行に配置され、また同様に線状無給電素子ｐ１，ｐ２が平面金属反射板に平行に配置され、線状無給電素子ｐ１は線状アンテナａ１を含み平面金属反射板と直交する平面で２分割された平面金属反射板のアンテナ側の空間のうち、アンテナａ２が存在しない空間に配置され、また線状無給電素子ｐ２は、線状アンテナａ２を含み平面金属反射板と直交する平面で２分割された平面金属反射板のアンテナ側の空間のうち、アンテナａ１が存在しない空間に配置されることを特徴とするアレーアンテナ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアレーアンテナ装置において、
線状アンテナａ１，ａ２は平面金属反射板の金属表面近傍に配置され、且つ線状無給電素子ｐ１，ｐ２が線状アンテナａ１，ａ２より各々わずかに短いことを特徴とするアレーアンテナ装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のアレーアンテナ装置において、
線状無給電素子ｐ１，ｐ２は平面金属反射板の両端に近接して配置されることを特徴とするアレーアンテナ装置。
【請求項４】
請求項３に記載のアレーアンテナ装置において、
線状無給電素子ｐ１，ｐ２は平面金属反射板の両端または両端よりも内側に配置されることを特徴とするアレーアンテナ装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置において、
アレーアンテナ装置の動作周波数の波長をλとし、線状無給電素子ｐ１，ｐ２の長さが各々ほぼ０．４５λ、平面金属反射板との距離が各々ほぼ０．０５λであることを特徴とするアレーアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アレーアンテナ装置に関し、アンテナの素子間相互結合に起因する素子パターンの歪みを補償するとともに、無給電素子を用いて素子パターンを整形するアレーアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、図１１に示すようなアレーアンテナ装置が用いられていた（非特許文献１）。
本装置は、２本の線状アンテナａ１，ａ２、平面金属反射板、素子間結合補償装置から構成されており、線状アンテナａ１，ａ２の給電点は素子間結合補償装置に接続され、また、素子間結合補償装置はＤＢＦ（ｄｉｇｉｔａｌ  ｂｅａｍ  ｆｏｒｍｉｎｇ）に接続される。素子間結合補償装置を通してアンテナａ１，ａ２を給電するアレーアンテナ装置において、該線状アンテナａ１，ａ２は互いに平行であり、且つ両アンテナとも平面金属反射板に平行に配置され、線状アンテナａ１，ａ２間の相互インピーダンス行列Ｚ、所望入力信号行列をＳとして、相互インピーダンス行列Ｚの逆行列Ｚ−１を計算し、所望入力信号行列ＳにＺ−１をかけた信号行列Ｓ’（＝Ｚ−１・Ｓ）を素子間結合補償装置における各アンテナの入力信号とすることを特徴とするアレーアンテナ装置である。
【０００３】
本装置を用いた場合の素子パターン解析結果を図１２に示す。
素子間結合の補償により、素子間結合の影響は除去され素子単独時のパターン（図１２（ｃ）参照）に復元されているが、パターンの歪みは補償されておらず、６０度から１２０度の範囲において約２ｄＢの歪みが生じている（図１２（ｂ））。つまり、相互インピーダンスに基づく素子間相互結合の補償のみでは、パターンの非対称性などのアンテナ構造に起因する素子パターンの歪みを補償することができない。このため、アダプティブ制御を正確に行うにはアレーアンテナの構成を予め決めて行う必要があり、個々のアレーアンテナに適合した制御プログラムが必要となる。したがって、アダプティブアンテナの制御プログラム作成が煩雑となり、また労力がかかるという欠点がある。一方、アダプティブアンテナの制御プログラムを統一すると、上記のようなアレー化による放射パターンの変形による影響を受けるため特性が劣化するという欠点がある。
【０００４】
【非特許文献１】
岡野由樹、常川光一、「ディジタル処理によるパターン歪の可能性に関する検討」、２００３年電子情報通信学会総合大会、Ｂ−１−１０９、２００３
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアレーアンテナ装置は、アレー化による各アンテナの放射パターンの変形があり（図４（ａ）参照）、この現象を含めた制御を行うとアダプティブ制御ソフトが煩雑になる、または、この現象を無視して制御を行うと性能が落ちるという欠点があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、２本の線状アンテナａ１，ａ２、２本の線状無給電素子ｐ１，ｐ２、平面金属反射板、素子間結合補償装置から構成され、２本の線状アンテナａ１，ａ２の給電点は素子間結合補償装置に接続されており、素子間結合補償装置を通してアンテナａ１，ａ２を給電するアレーアンテナ装置において、
該線状アンテナａ１，ａ２は互いに平行であり、且つ両アンテナとも平面金属反射板に平行に配置され、また同様に線状無給電素子ｐ１，ｐ２が平面金属反射板に平行に配置され、線状無給電素子ｐ１は線状アンテナａ１を含み平面金属反射板と直交する平面で２分割された平面金属反射板のアンテナ側の空間のうち、アンテナａ２が存在しない空間に配置され、また線状無給電素子ｐ２は、線状アンテナａ２を含み平面金属反射板と直交する平面で２分割された平面金属反射板のアンテナ側空間のうち、アンテナａ１が存在しない空間に配置されることを特徴とする。
本発明は、複数のアンテナが動作して所望のアンテナ特性を得るアレーアンテナ装置において、図４（ｂ）に示すように歪みのない素子パターンＰ１，Ｐ２，・・・，ＰＮを有するアレーアンテナ装置を容易に実現できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
本発明の実施例１のアレーアンテナ装置の構成を図１に示す。
本装置は、２本の線状アンテナａ１，ａ２、２本の線状無給電素子ｐ１，ｐ２、平面金属反射板、素子間結合補償装置から構成されている。図２は、アンテナ部の構成例である。アンテナの近傍に平面金属反射板を配置し、さらにパターン整形用の無給電素子を配置している。図３は、素子間結合補償装置の演算処理である。図３（ａ）の状態において相互インピーダンスを推定し、アンテナ素子間相互結合行列Ｚを導出する。この素子間相互結合行列Ｚの逆行列Ｚ−１を用いて補償ウェイトｗを算出し補償演算処理を行うことで、図３（ｃ）に示す素子間結合の影響のない素子単独の状態の素子パターンを実現できる。
図５は、本装置の素子パターン解析結果である。図５（ａ）の相互結合がある場合、パターンは左右非対称となり６０度から１２０度の範囲において約４ｄＢの歪みが生じている。一方、図５（ｂ）の補償を行った場合には、図５（ｃ）の素子単独の場合と同様左右対称の素子パターンとなり、歪みのないパターンが実現されている。
すなわち、無給電素子を適切な位置に配置するとともに適宜絶縁体を用いて固定し、更に素子間結合補償を行うことで、各素子に歪みのない放射パターンが得られる。これは、各々単独の効果ではなく、無給電素子の配置と素子間結合補償を同時に行うことではじめて得られるものであり、アダプティブアレーアンテナにおいては容易に実現が可能である。
【０００８】
（実施例２）
本発明の実施例２のアレーアンテナ装置の構成及び無給電素子の長さに対する歪み量の解析結果を図６に示す。
本装置は、２本の線状アンテナａ１，ａ２、２本の線状無給電素子ｐ１，ｐ２、平面金属反射板、素子間結合補償装置から構成されている。平面金属反射板の近傍に配置した線状アンテナａ１、ａ２の素子長を約０．５λとして、線状無給電素子ｐ１，ｐ２の素子長Ｌをパラメータとすると、パターンの歪み量は図６下図のように変化し、Ｌ＝０．４５λ付近において歪み量は最小となる。つまり、線状無給電素子ｐ１，ｐ２が線状アンテナａ１，ａ２より各々わずかに短くなるように設定することで、歪みのない素子パターンを有するアレーアンテナ装置を実現できる。
【０００９】
（実施例３）
本発明の実施例３のアレーアンテナ装置の構成及び無給電素子と平面金属反射板との距離に対する歪み量の解析結果を図７に示す。
本装置は、２本の線状アンテナａ１，ａ２、２本の線状無給電素子ｐ１，ｐ２、平面金属反射板、素子間結合補償装置から構成されている。線状無給電素子ｐ１，ｐ２を線状アンテナａ１，ａ２より各々わずかに短く設定し、線状無給電素子ｐ１，ｐ２と平面金属反射板との距離Ｄをパラメータとすると、パターンの歪み量は図７下図のように変化し、Ｄ＝０．０５λ付近において歪み量は最小となる。つまり、線状無給電素子ｐ１，ｐ２を平面金属反射板の両端に近接して配置した場合に、歪みのない素子パターンを有するアレーアンテナ装置を実現できる。
【００１０】
（実施例４）
本発明の実施例４のアレーアンテナ装置の構成及び無給電素子のオフセット量に対する歪み量の解析結果を図８に示す。
本装置は、２本の線状アンテナａ１，ａ２、２本の線状無給電素子ｐ１，ｐ２、平面金属反射板、素子間結合補償装置から構成されている。平面金属反射板の両端からの線状無給電素子ｐ１，ｐ２の位置Ｏをパラメータとすると、パターンの歪み量は図８下図のように変化し、Ｏ＝０付近において歪み量は最小となり、Ｏ＜０の範囲では歪み量は非常に小さい。つまり、線状無給電素子ｐ１，ｐ２を平面金属反射板の両端または両端よりも内側に配置した場合に、歪みのない素子パターンを有するアレーアンテナ装置を実現できる。
【００１１】
（実施例５）
本発明の実施例５のアレーアンテナ装置の構成を図９に示す。
本装置は、２本の線状アンテナａ１，ａ２、２本の線状無給電素子ｐ１，ｐ２、平面金属反射板、素子間結合補償装置から構成されている。平面金属反射板を一辺１．０λの正方形とし、平面金属反射板から約０．２５λの距離に素子長約０．５λのアンテナを約０．５λ間隔で配置し、反射板の両端に素子長約０．４５λの無給電素子を反射板から約０．０５λと近接して配置している。
図１０は、本装置を用いた場合の素子パターン解析結果である。図１０（ａ）の相互結合がある場合には、６０度から１２０度の範囲においてパターンに約４ｄＢの歪みを生じているが、図１０（ｂ）の補償をした場合には、図１０（ｃ）の素子単独の場合と左右対称の素子パターンとなり、歪みのないパターンが実現されている。
【００１２】
【発明の効果】
以上説明したように複数のアンテナが動作して所望のアンテナ特性を得るアレーアンテナ装置において、素子間結合補償装置を用いてアンテナの素子間相互結合に起因する素子パターンの歪みを補償するとともに、無給電素子を用いて素子パターンを整形して、歪みのない素子パターンを有するアレーアンテナ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアレーアンテナ装置の構成を示す図。
【図２】本発明のアンテナ部の構成を示す図。
【図３】素子間結合補償装置における演算処理を説明する図。
【図４】本発明の解決すべき課題の概念図。
【図５】実施例１のアレーアンテナ装置の素子パターン解析結果を示す図。
【図６】実施例２のアレーアンテナ装置の構成及び無給電素子の長さに対する歪み量の解析結果を示す図。
【図７】実施例３のアレーアンテナ装置の構成及び無給電素子と平面金属反射板との距離に対する歪み量の解析結果を示す図。
【図８】実施例４のアレーアンテナ装置のアンテナ構成及び無給電素子のオフセット量に対する歪み量の解析結果を示す図。
【図９】実施例５のアレーアンテナ装置の構成を示す図。
【図１０】実施例５のアレーアンテナ装置の素子パターン解析結果を示す図。
【図１１】従来のアレーアンテナ装置の構成を示す図。
【図１２】従来のアレーアンテナ装置の素子パターン解析結果を示す図。
【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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