(57)【要約】【課題】マルチパスの多い複雑な伝搬環境においてもビームの形成に寄与するアンテナ素子を非常に高い精度で選択することができる簡単な構成のコンフォーマルアレーアンテナ装置を提供する。【解決手段】コンフォーマルアレーアンテナ１３のサブアレー素子を、グループＡ１〜Ａ４まで４等分に分割する。グループＡ１〜Ａ４の各アンテナ素子の受信振幅レベルを平均化し、平均Ｃ／Ｎレベルを求め、その値が受信Ｃ／Ｎの基準レベルを超えるグループを選択する。これによって、アンテナ素子１１の受信レベルＬ５がヌル３２の影響で基準値Ｌ３以下になる場合でも、基準値Ｌ３以下のアンテナ素子１１も選択されるようになるので、到来波３１の方向に寄与するアンテナ素子１１を正確に検知することができる。【選択図】        図３
2004320288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の面に沿って配置された複数のアンテナ素子を有するコンフォーマルアレーアンテナと、
これらアンテナ素子のうちの対応するものの受信信号の振幅レベルをそれぞれ検出する複数の検出手段と、
前記複数のアンテナ素子をグループ分けし、各グループに含まれるアンテナ素子の受信信号の振幅レベルに基づいて、受信に寄与するアンテナ素子のグループを選択するグループ選択手段と、
前記受信に寄与するアンテナ素子のグループの受信信号に基づいてビームを形成するビーム形成手段とを具えることを特徴とするコンフォーマルアレーアンテナ装置。
【請求項２】
前記グループ選択手段が、各グループに含まれるアンテナ素子の受信信号の振幅レベルの平均値を求め、その平均値が基準値を超えている場合には、前記受信に寄与するアンテナ素子のグループとして選択し、前記平均値が基準値を超えているグループが存在しない場合には、グループを構成するアンテナ素子の組を変更し、変更後の各グループに含まれるアンテナ素子の受信信号の振幅レベルの平均値を求め、その平均値が基準値を超えている場合には、変更後のグループを前記受信に寄与するアンテナ素子のグループとして選択することを特徴とする請求項１記載のコンフォーマルアレーアンテナ装置。
【請求項３】
前記基準値を、伝搬環境及び／又は変調方式に応じて変更することを特徴とする請求項２項に記載のコンフォーマル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、移動体からの素材伝送装置に用いられるコンフォーマルアレーアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このようなコンフォーマルアレーアンテナ装置として、アンテナ素子ごとにビーム形成回路が接続され、ビームを形成するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、かかる構成のコンフォーマルアレーアンテナ装置の場合、ビームの形成に寄与するアンテナ素子の各々にビーム形成回路を接続する必要があるので、コンフォーマルアレーアンテナ装置の構成が非常に複雑になり、装置そのものが高価になるという不都合がある。
【０００３】
かかる不都合が生じないようにするために、ビームの形成に寄与するアンテナ素子のみを自動的に選択することによって実際のアンテナ素子の個数より少ない個数のアンテナ素子のみを自動的に選択し、実際のアンテナ素子の個数より少ない個数のアンテナを取り扱うコンフォーマルアレーアンテナ装置も提案されている（例えば、特許文献２）。この場合、コンフォーマルアレーアンテナ装置の各アンテナ素子の受信信号の振幅情報を用いることによって、ビームの形成に寄与するアンテナ素子を自動的に選択すると同時に各アンテナ素子の寄与の度合も知ることができるので、その後の振幅調整及び位相調整を簡単に行うことができ、その結果、コンフォーマルアレーアンテナ装置における複雑な振幅位相制御を簡単に行うことができるとともに、ビーム形成回路などの回路を簡単に構成することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−３０８０４５号公報（第４〜５頁、図１，２）
【特許文献２】
特開平２−１４１０３３号公報（第２〜３頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来におけるビームの形成に寄与するアンテナ素子を自動的に選択するコンフォーマルアレーアンテナ装置では、単純に各アンテナ素子の受信信号の振幅によって到来波方向を検知しているので、マルチパスの多い複数の到来波が存在するような伝搬環境においては、ヌルなどの影響により受信レベルが低下し、アンテナ素子を正確に選択できなくなるおそれがある。
【０００６】
このようなコンフォーマルアレーアンテナ装置において、複数のアンテナ素子を垂直方向に線状に配列した複数のサブアレー素子を円柱曲面上に配置した円筒型のコンフォーマルアレーアンテナ１を用いて、水平方向のみをビーム制御する場合について、図１を参照しながら考察すると、複数の到来波２が存在するような伝搬環境下でヌル３が生じて、アンテナ素子の受信レベルＬ１が基準値Ｌ２未満となるアンテナ素子が存在する場合、ビームの形成に寄与するアンテナ素子として選択されるべきグループ４のアンテナ素子のうちのグループ５のアンテナ素子は選択されなくなる。
【０００７】
本発明の目的は、マルチパスの多い複雑な伝搬環境においてもビームの形成に寄与するアンテナ素子を非常に高い精度で選択することができる簡単な構成のコンフォーマルアレーアンテナ装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によるコンフォーマルアレーアンテナ装置は、
所定の面に沿って配置された複数のアンテナ素子を有するコンフォーマルアレーアンテナと、
これらアンテナ素子のうちの対応するものの受信信号の振幅レベルをそれぞれ検出する複数の検出手段と、
前記複数のアンテナ素子をグループ分けし、各グループに含まれるアンテナ素子の受信信号の振幅レベルに基づいて、受信に寄与するアンテナ素子のグループを選択するグループ選択手段と、
前記受信に寄与するアンテナ素子のグループの受信信号に基づいてビームを形成するビーム形成手段とを具えることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、複数のアンテナ素子をグループ分け、すなわち、分割し、各グループに含まれるアンテナ素子の受信信号の振幅レベルに基づいて、受信に寄与するアンテナ素子のグループを選択しているので、複数の到来波が存在するような伝搬環境下でヌルが生じて、アンテナ素子の受信信号の振幅レベルが基準レベル未満となるアンテナ素子が存在する場合でも、ビームの形成に寄与するアンテナ素子として選択される。その結果、マルチパスの多い複雑な伝搬環境においてもビームの形成に寄与するアンテナ素子を非常に高い精度で選択することができる。また、ビームの形成に寄与するアンテナ素子の各々にビーム形成手段（ビームフォーミング回路）を接続する必要がないので、コンフォーマルアレーアンテナ装置を簡単に構成することができる。なお、各グループに含まれるアンテナ素子の個数の設定を、任意に行うことができ、「アンテナ素子のグループ」は、アンテナ素子の個数が１個のみの場合も含むものとする。
【００１０】
前記グループ選択手段は、例えば、各グループに含まれるアンテナ素子の受信信号の振幅レベルの平均値を求め、その平均値が基準値を超えている場合には、前記受信に寄与するアンテナ素子のグループとして選択し、前記平均値が基準値を超えているグループが存在しない場合には、グループを構成するアンテナ素子の組を変更し、変更後の各グループに含まれるアンテナ素子の受信信号の振幅レベルの平均値を求め、その平均値が基準値を超えている場合には、変更後のグループを前記受信に寄与するアンテナ素子のグループとして選択することができる。また、マラソン中継などでは、移動中継車から伝送する場合、固定の受信点では到来方向が一定方向から到来する場合が多いので、グループに含まれるアンテナ素子の個数を減少することによって、装置を簡単化できる。なお、前記基準値を、伝搬環境及び／又は変調方式に応じて変更してもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明によるコンフォーマルアレーアンテナ装置の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図２は、本発明によるコンフォーマルアレーアンテナ装置の実施の形態を示す図である。このようなコンフォーマルアレーアンテナ装置は、送信装置又は受信装置に使用され、この場合も、複数のアンテナ素子１１を垂直方向に線状に配列したｎ個（ｎ：整数）のサブアレー素子１２−１〜１２−ｎを円柱曲面上に配置した円筒型のコンフォーマルアレーアンテナ１３を用いて、水平方向のみをビーム制御する場合について考える。
【００１２】
図２に示すコンフォーマルアレーアンテナ装置は、コンフォーマルアレーアンテナ１３の他に、振幅検出回路（ＡＲ）１４−１〜１４−ｎと、振幅・Ｃ／Ｎ比較回路／アンテナ素子選択回路（ＡＣ）１５と、サブアレー出力選択用スイッチング回路／振幅制御回路（ＡＳ）１６と、ミキサ１７−１〜１７−ｎと、スイッチング回路（ＳＷＣ）１８と、デジタルビームフォーミング回路（ＤＢＦ）１９と、アンテナ出力部２０とを具える。
【００１３】
ＡＲ１４−１〜１４−ｎはそれぞれ、対応するサブアレー１２−１〜１２−ｎの受信出力信号の振幅を検出する。ＡＣ１５は、伝搬環境や変調方式に応じた振幅レベルの基準値及び基準Ｃ／Ｎを設定する機能、ＡＲ１４−１〜１４−ｎをグループ単位で選択する機能、ＡＲ１４−１〜１４−ｎの振幅レベルをグループ単位で平均化する機能、その平均値を前記基準値と比較する機能、及び、ＤＢＦ１９の出力信号のＣ／Ｎを前記基準Ｃ／Ｎと比較する機能を有する。伝搬環境としては、見通しの場合、ビルや道路高架で反射波や回折波が存在する場合等があり、前者のケースは、後者のケースに比べて基準値を小さくしてよい。また、変調方式としては、ＦＭ，ＱＰＳＫ，３２ＱＡＭ（シングルキャリア）、３２ＱＡＭ（マルチキャリア）などの場合があり、これらを伝搬環境のケースと組み合わせて基準値を設定することになる。
【００１４】
ＡＳ１６は、ＡＣ１５の計算結果に基づき、サブアレー素子１２−１〜１２−ｎからの受信信号レベルが設定レベル以下であるとともに所定の条件を満足する場合、サブアレー出力線路２１−１〜２１−ｎにそれぞれ設けられたミキサ１７−１〜１７−ｎをオフにし、それ以外の場合には、ミキサ１７−１〜１７−ｎをオンにするとともに受信信号の振幅値を制御する。
【００１５】
ＳＷＣ１８は、ミキサ１７−１〜１７−ｎのうちのオンにされたものによって選択されたサブアレー素子１２−１〜１２−ｎのみをＤＢＦ１９に接続する。ＤＢＦ１９は、選択されたサブアレー素子１２−１〜１２−ｎからの信号をデジタル信号に変換し、各信号の振幅及び位相を調整することによってビーム形成を行う。さらに、ＤＢＦ１９は、ビーム形成した後、受信Ｃ／Ｎを測定し、その情報をＡＣ１５に伝送する。ＡＣ１５は、伝搬環境や変調方式に応じて受信Ｃ／Ｎの基準レベルを設定する。
【００１６】
本実施の形態の動作を、図３も参照しながら、別々の方向から複数の到来波（電波）３１が到来した場合について説明する。サブアレー素子１２−１〜１２−ｎで得られた受信信号は、検出回路１４−１〜１４−ｎで振幅が検出され、ＡＣ１５は、全てのアンテナ素子１１を選択し、ＤＢＦ１９は、ビーム形成を行うとともに受信Ｃ／Ｎを測定する。測定された受信Ｃ／Ｎは、ＡＣ１５に伝送される。
【００１７】
ＡＣ１５は、ＤＢＦ１９で測定された受信Ｃ／Ｎと、伝搬環境や変調方式によって設定された受信Ｃ／Ｎの基準レベルとを比較する。測定された受信Ｃ／Ｎが基準値Ｌ３より大きい場合、アンテナ素子の選択処理を開始する。選択処理としては、先ず、サブアレー素子１２−１〜１２−ｎを、グループＡ１〜Ａ４まで４等分に分割（グルーピング）する。グループＡ１〜Ａ４の各アンテナ素子１１の受信振幅レベルを平均化する。そして、この受信レベルの平均値を基準値と比較する。なお、この基準値は、伝搬環境や変調方式によって異なるもので、有意な受信信号として使用できる限界を示すものである。この値は、実測や計算により求めて記憶しておき、使用する度に伝搬環境や変調方式に対応した値が選定される。比較した結果、受信レベルの基準値を超えるグループ（図３におけるグループＡ１の平均受信レベルＬ４）を選択し、受信レベルの基準値以下のグループ（図３におけるグループＡ２〜Ａ４）を選択しないようにする。全てのグループで受信Ｃ／Ｎレベルの基準値Ｌ３を満足しない場合には、アンテナ素子のグループ分けの組合せを変更し、これまで説明した選択処理を繰り返す。なお、アンテナ素子のグループ分けが決定した後でも、ＡＣ１５は、ＤＢＦ１９の受信Ｃ／Ｎレベルを監視し、これが基準値を下回った場合は、グループ分けは、リセットされ、最初からスタートする。
【００１８】
本実施の形態によれば、アンテナ素子１１をグループ単位で選択し、アンテナ素子１１の受信レベルＬ５がヌル３２の影響で基準値Ｌ３以下になる場合でも、基準値Ｌ３以下のアンテナ素子１１も選択されるようになるので、到来波３１の方向に寄与するアンテナ素子１１を正確に検知することができる。
【００１９】
これまで、ヌルが生じる場合について説明したが、到来波がある特定の範囲に限定され、かつ、受信レベルが高い場合には、分割を細かくし、選択するアンテナ素子１１の個数を減少することができるので、後段に接続されるＤＢＦ１９が簡単化され、コンフォーマルアレーアンテナ装置のビーム制御を速くすることが可能となる。
【００２０】
アンテナ素子１１（サブアレー素子１２−１〜１２−ｎ）の分割数及びグループが決定されると、選択されたグループＡ１については、ミキサ１７−１〜１７−ｎのうちの対応するものをＳＷＣ１８によってオンにし、選択されなかったグループＡ２〜Ａ４については、ミキサ１７−１〜１７−ｎのうちの対応するものをＳＷＣ１８によってオフにする。その後、グループＡ１に含まれるアンテナ素子１１（サブアレー素子１２−１〜１２−ｎ）の受信出力信号は、後段のＳＷＣ１８を通じてＤＢＦ１９に送信され、ビーム形成が行われ、アンテナ出力部２０からの出力が行われる。
【００２１】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。
例えば、サブアレー素子を円柱曲面上に配置した円筒型のコンフォーマルアレーアンテナについて説明したが、本発明を、航空機の表面や艦船の表面のような任意の表面形状のコンフォーマルアレーアンテナに適用することができる。また、受信Ｃ／Ｎの基準レベルの設定を、伝搬環境と変調方式のうちのいずれか一方や、伝搬環境や変調方式以外の条件に基づいて設定することもできる。
【００２２】
上記実施の形態において、サブアレー素子を４等分する場合について説明したが、他の任意の整数で機械的に等分割してもよく、分割数を同一にしたまま各グループの領域をずらしてもよく、受信レベルの大きな素子が含まれるような分割とすることもできる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の到来波が存在するような複雑な伝搬環境下において、複数の到来波によってヌルが生じ、アンテナ素子の受信レベルが所定のレベル以下になったとしても、アンテナ素子のグループを分割（グループ分け）することによって、グループ内のアンテナ素子が選択されるようになるので、到来波方向に寄与するアンテナ素子をさらに正確に検知することができる。
【００２４】
また、（デジタル）ビーム形成回路の前段の（アナログ）回路の構成を簡単にすることができるので、複雑な構成のデジタル回路と組み合わせたとしても装置全体の構成が比較的簡単になり、その結果、コンフォーマルアレーアンテナ装置のビーム制御を速くすることが可能となる。
【００２５】
実際、例えばマラソン中継などでは、移動中継車から伝送する場合、固定の受信点では到来方向が一定方向から到来する場合が多いので、選択するアンテナ素子を減少し、装置を簡単化できることが多い。本発明によれば、アンテナ素子をグループ単位で選択し、選択したアンテナ素子の個数を可変にすることによって、不要な到来波の除去を行うとともに、所望の到来波に対応する放射パターンの電力ビーム幅を可変にすることができ、さらに、ミキサを用いて各アンテナ素子の受信信号の振幅制御によって、低サイドローブ特性を有するようにも制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のコンフォーマルアレーアンテナ装置の動作を説明するための図である。
【図２】本発明によるコンフォーマルアレーアンテナ装置の実施の形態を示す図である。
【図３】本発明によるコンフォーマルアレーアンテナ装置の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
１，１３  コンフォーマルアレーアンテナ
２  到来波
３  ヌル
４，５  グループ
１１  アンテナ素子
１２−１．．．１２−ｎ  サブアレー素子
１４−１．．．１４−ｎ  振幅検出回路（ＡＲ）
１５  振幅・Ｃ／Ｎ比較回路／アンテナ素子選択回路（ＡＣ）
１６  サブアレー出力選択用スイッチング回路／振幅制御回路（ＡＳ）
１７−１．．．１７−ｎ  ミキサ
１８  スイッチング回路（ＳＷＣ）
１９  デジタルビームフォーミング回路（ＤＢＦ）
２０  アンテナ出力部
２１−１．．．２１−ｎ  サブアレー出力線路
Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４  グループ
Ｌ１，Ｌ４，Ｌ５  受信レベル
Ｌ２，Ｌ３  基準値
【図１】
2004320288.tif 000003
【図２】
2004320288.tif 000004
【図３】
2004320288.tif 000005