(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に複数のアンテナ素子が形成されるフレキシブルなアンテナ基板と、
前記アンテナ基板の裏面に互いに間隔を空けて配置され、それぞれが前記複数のアンテナ素子を駆動する複数の電子部品と
を具備し、
前記複数の電子部品は、前記間隔を空けて配置された隣り合う電子部品との距離を、前記アンテナ基板の裏面から一定の高さで測定する測距手段を備えることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記測距手段は、
前記隣り合う電子部品のうち一方の電子部品の端部に前記アンテナ基板の裏面から一定の高さで設置され、光の発光及び受光を行う送受光器と、
前記隣り合う電子部品のうち他方の電子部品の、前記送受光器が設置される端部と対向する端部に設置され、前記送受光器からの光を反射する反射器と、
前記送受光器が発光した光と受光した光の位相差から前記送受光器と前記反射器との間の距離を測定する測距器と
を備え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】
前記測距手段は、
前記隣り合う電子部品のうち一方の電子部品の端部に前記アンテナ基板の裏面から一定の高さで設置され、光を発光する発光器と、
前記隣り合う電子部品のうち他方の電子部品の、前記発光器が設置される端部と対向する端部に設置され、前記発光器からの光を受光する受光器と、
前記発光器の発光量と、前記受光器の受光量との差から前記発光器と前記受光器との間の距離を測定する測距器と
を備え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４】
前記電子部品は、
前記測定した距離の変化量から前記アンテナ基板の曲率半径を算出する算出手段をさらに備え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５】
前記電子部品は、
前記アンテナ基板の曲率半径から前記アンテナ基板上の座標を求め、当該座標に基づいて前記アンテナ基板の変形によるアンテナ放射特性を補償する補償手段をさらに備えることを特徴とする請求項４記載のアンテナ装置。
【請求項６】
表面に複数のアンテナ素子が形成されるフレキシブルなアンテナ基板と、前記アンテナ基板の裏面に互いに間隔を空けて配置され、それぞれが前記複数のアンテナ素子を駆動する複数の電子部品とを備え、前記複数の電子部品は、前記間隔を空けて配置された隣り合う電子部品との距離を、前記アンテナ基板の裏面から一定の高さで測定する測距手段を備えるアンテナ装置と、
前記測定した距離の変化量から前記アンテナ基板の曲率半径を算出する算出手段と
を具備することを特徴とするレーダ装置。
【請求項７】
前記アンテナ基板の曲率半径から前記アンテナ基板上の座標を求め、当該座標に基づいて前記アンテナ基板の変形によるアンテナ放射特性を補償する補償手段をさらに備えることを特徴とする請求項６記載のレーダ装置。
【請求項８】
前記測距手段は、
前記隣り合う電子部品のうち一方の電子部品の端部に前記アンテナ基板の裏面から一定の高さで設置され、光の発光及び受光を行う送受光器と、
前記隣り合う電子部品のうち他方の電子部品の、前記送受光器が設置される端部と対向する端部に設置され、前記送受光器からの光を反射する反射器と、
前記送受光器が発光した光と受光した光の位相差から前記送受光器と前記反射器との間の距離を測定する測距器と
を備えることを特徴とする請求項６記載のレーダ装置。
【請求項９】
前記測距手段は、
前記隣り合う電子部品のうち一方の電子部品の端部に前記アンテナ基板の裏面から一定の高さで設置され、光を発光する発光器と、
前記隣り合う電子部品のうち他方の電子部品の、前記発光器が設置される端部と対向する端部に設置され、前記発光器からの光を受光する受光器と、
前記発光器の発光量と、前記受光器の受光量との差から前記発光器と前記受光器との間の距離を測定する測距器と
を備えることを特徴とする請求項６記載のレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば無線通信機器に使用されるアンテナ装置と、そのアンテナ装置を備えたレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、搭載用空中線装置においては搭載制約極小化の考えから、柔軟性を有することにより例えば航空機等の機体表面へ装着可能なアレイアンテナが考察されている。
【０００３】
ところで、航空機の機体表面は、特に高高度での飛行時において、機体内部と外部との気圧差により膨張することが一般的に知られている。このような機体の変形は、機体表面に装着されたアンテナを変形させ、電波の位相波面のデフォーカシングによるビーム幅の増大や、サイドローブの上昇といった放射パターン性能の劣化を引き起こす。これにより、機械的な破損及び電気的な性能の劣化が生じる。なお、変形によるアンテナの機械的破損を防止する機構が特許文献１に提案されている。
【０００４】
このように、機体表面の変形によるアンテナの変形は、レーダ装置のレーダ性能低下の要因となっていた。
【特許文献１】特開２０００−２７２５９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のように、従来のアンテナ装置は、装着された機体が変形すると、アンテナ装置が変形し、放射パターン性能の劣化が生じてしまっていた。また、従来のレーダ装置は、アンテナ装置の変形によりレーダ性能が低下してしまっていた。
【０００６】
本発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、アンテナ装置が変形した場合であっても、その変形を検知して放射パターン性能の劣化を補償することが可能なアンテナ装置と、そのアンテナ装置で検知された変形に基づいてレーダ性能の低下を防止することが可能なレーダ装置とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係るアンテナ装置は、表面に複数のアンテナ素子が形成されるフレキシブルなアンテナ基板と、前記アンテナ基板の裏面に互いに間隔を空けて配置され、それぞれが前記複数のアンテナ素子を駆動する複数の電子部品とを具備し、前記複数の電子部品は、前記間隔を空けて配置された隣り合う電子部品との距離を、前記アンテナ基板の裏面から一定の高さで測定する測距手段を備える。
【０００８】
また、本発明に係るレーダ装置は、表面に複数のアンテナ素子が形成されるフレキシブルなアンテナ基板と、前記アンテナ基板の裏面に互いに間隔を空けて配置され、それぞれが前記複数のアンテナ素子を駆動する複数の電子部品とを備え、前記複数の電子部品は、前記間隔を空けて配置された隣り合う電子部品との距離を、前記アンテナ基板の裏面から一定の高さで測定する測距手段を備えるアンテナ装置と、前記測定した距離の変化量から前記アンテナ基板の曲率半径を算出する算出手段とを具備する。
【０００９】
上記構成によるアンテナ装置及びレーダ装置は、アンテナ基板の裏面に配置された電子部品間の距離を、電子部品に備えられた測距手段により測定するようにしている。このように、電子部品間の距離を測定することで、アンテナ装置及びレーダ装置は、アンテナ装置の変形を検知することが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、アンテナ装置が変形した場合であっても、その変形を検知して放射パターン性能の劣化を補償することが可能なアンテナ装置と、そのアンテナ装置を用いてレーダ性能の低下を防止することが可能なレーダ装置とを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら本発明に係るアンテナ装置及びレーダ装置について詳細に説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）  
図１は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の構造を示す斜視図である。図２は、図１に示すアンテナ装置の裏面の構造を示す斜視図である。
【００１３】
図１及び図２において、アンテナ装置は、表面に複数のアンテナ素子１０−１〜１０−５が形成されるフレキシブルなアンテナ基板２０と、アンテナ素子１０−１〜１０−５を駆動し、互いに間隔を空けてアンテナ基板２０の裏面に設置される複数の電子部品３０−１〜３０−８とを備える。
【００１４】
電子部品３０−１〜３０−８は、厚さを有する立方体形状をしており、その内部にはマイクロ波モジュール、マイクロ波給電回路、電源供給回路及び制御信号供給回路等のアンテナ素子１０−１〜１０−５を駆動するための回路が実装されている。また、電子部品３０−１〜３０−８は、伸縮性のないリジッドなものであり、互いに直線状の間隔を空けてアンテナ基板２０の裏面に整列して設置されている。
【００１５】
図３は、図１におけるアンテナ装置の断面図を示す。図３において、複数の電子部品３０−１〜３０−８のうち電子部品３０−４の一端には、アンテナ基板２０からの高さがｈとなるように、光を発光及び受光する送受光器３１が設置されている。また、電子部品３０−４と一定の間隔を空けて配置される電子部品３０−５の一端には、アンテナ基板２０からの高さがｈとなるように、光を反射する反射器３２が設置されている。反射器３２は、送受光器３１から照射された光を送受光器３１に反射するように送受光器３１に対向して設置されている。電子部品３０−５は、測距器３３をさらに備える。測距器３３は、送受光器３１が発光した光と受光した光の位相差から送受光器３１と反射器３２との間の距離を測定する。
【００１６】
図４は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の機能構成を示すブロック図である。なお、図４におけるアンテナ素子座標演算部３４、アンテナ制御部３５及び位相演算部３６の機能を実行する機器は、電子部品３０−１〜３０−８に実装される。
【００１７】
図４におけるアンテナ装置は、例えばアンテナ装置が変形した場合、測距器３３で測定した電子部品間の距離をアンテナ素子座標演算部３４に供給する。アンテナ素子座標演算部３４は、アンテナ装置の変形形状を円弧状であると近似し、変形前の距離と変形時の距離を用いてその曲率半径Ｒを算出する。アンテナ素子座標演算部３４は、アンテナ素子配列面が伸縮しないという条件に基づいて、算出された曲率半径Ｒを用いて各アンテナ素子１０−１〜１０−５の座標を推定する。アンテナ素子座標演算部３４は、推定した座標のデータをアンテナ制御部３５へ供給する。
【００１８】
アンテナ制御部３５は、位相演算部３６に走査角を供給して、位相演算部３６にその走査角に基づくアンテナ素子１０−１〜１０−５の位相演算をさせるものである。この機能に加え、本実施形態におけるアンテナ制御部３５は、アンテナ素子座標演算部３４で推定された座標のデータを受け取ると、その座標データに基づいてアンテナ素子１０−１〜１０−５の位相波面を補正するための補正係数を生成し、その補正係数を位相演算部３６に供給する。
【００１９】
位相演算部３６は、アンテナ制御部３５からの走査角に基づいてアンテナ素子１０−１〜１０−５の位相演算を行うものである。この機能に加え、本実施形態における位相演算部３６は、アンテナ制御部３５から補正係数を受け取り、その補正係数を位相制御情報に加味してアンテナ素子１０−１〜１０−５の位相波面の調整を行う。
【００２０】
次に、上記構成におけるアンテナ装置の曲率半径Ｒの算出方法を説明する。
【００２１】
図５〜図７は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の曲率半径Ｒを算出する際の模式図を示す。図５は変形前と変形時のアンテナ装置を示す模式図であり、図６は図５における変形前と変形時のアンテナ装置の拡大図であり、図７は曲率半径Ｒを算出する際の近似計算を示す図である。
【００２２】
アンテナ装置が変形する際、その変形は図５のように近似することができる。ここで、初期状態として、曲面化前における平面時の電子部品間距離をＸ１とし、アンテナ基板２０から観測点までの厚さ方向の距離をｈとする。電子部品３０−１〜３０−８が伸縮性がなくリジッドである場合、アンテナ基板２０の曲面化により、電子部品間距離Ｘ１は収縮し、図６に示すようにＸ２となる。
【００２３】
ここで、電子部品間距離Ｘ１，Ｘ２がそれぞれ曲率半径Ｒに対して十分に短いと仮定すると、図７に示すように、電子部品間距離Ｘ１，Ｘ２はそれぞれ円弧長ｌ１，ｌ２と近似することができる。このとき、円弧長ｌ１，ｌ２を持つ円弧の中心角θは、以下の式で表される。  
θ＝ａｔａｎ（（ｌ１−ｌ２）／２／ｈ）  
そして、中心角θを用いて曲率半径Ｒは以下の式で求められる。  
Ｒ＝Ｘ１／θ  
以上のように、上記第１の実施形態のアンテナ装置は、アンテナ基板２０の裏面に、電子部品３０−１〜３０−８を互いに間隔を空けて備える。アンテナ装置は、送受光器３１、反射器３２及び測距器３３により、電子部品間距離を測定し、測定した距離を用いて曲率半径Ｒを算出する。アンテナ装置は、算出された曲率半径Ｒからアンテナ素子１０−１〜１０−５の座標を推定し、その座標に基づく位相波面の補正係数を求める。そして、アンテナ装置は、この補正係数をアンテナ素子１０−１〜１０−５の位相制御情報に加味し、アンテナ素子１０−１〜１０−５の位相波面の調整を行うようにしている。これにより、アンテナ装置は、アンテナ装置の形状の変化に伴うアンテナ素子１０−１〜１０−５の座標変化を電気的に補償することが可能となる。
【００２４】
したがって、第１の実施形態に係るアンテナ装置は、アンテナ装置が変形した場合であっても、その変形を検知して放射パターン性能の劣化を補償できる。
【００２５】
（第２の実施形態）  
図８は、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置８０とそのアンテナ装置８０を備えるレーダ装置の機能構成を示すブロック図である。図８におけるレーダ装置は、アンテナ装置８０と、制御装置９０とを備える。なお、アンテナ装置８０は、図１及び図２に示すアンテナ装置と同様の外形をしており、電子部品３０−１〜３０−８には、図３に示すように送受光器３１、反射器３２及び測距器３３を備えている。
【００２６】
図８におけるアンテナ装置８０は、例えばアンテナ装置８０が変形した場合、測距器３３で測定した電子部品３０−１〜３０−８間の距離を制御装置９０に供給する。また、アンテナ装置８０は、制御装置９０で生成された補正係数を受け取ると、位相演算部８１において、受け取った補正係数を位相制御情報に加味してアンテナ素子１０−１〜１０−５の位相波面の調整を行う。
【００２７】
制御装置９０におけるアンテナ素子座標演算部９１は、アンテナ装置の変形形状を円弧状であると近似し、測距器３３で測定された変形前の電子部品間距離と変形時の電子部品間距離を用いてその曲率半径Ｒを算出する。アンテナ素子座標演算部９１は、アンテナ素子配列面が伸縮しないという条件に基づいて、算出された曲率半径Ｒを用いて各アンテナ素子１０−１〜１０−５の座標を推定する。アンテナ素子座標演算部９１は、推定した座標データをアンテナ制御部９２へ供給する。
【００２８】
アンテナ制御部９２は、アンテナ素子座標演算部９１で推定された座標データを受け取ると、アンテナ素子１０−１〜１０−５の位相波面を補正するための補正係数を生成し、その補正係数をアンテナ装置８０に供給する。
【００２９】
以上のように、上記第２の実施形態のレーダ装置は、アンテナ装置８０と制御装置９０とを備える。アンテナ装置８０は、アンテナ基板２０の裏面に、電子部品３０−１〜３０−８を互いに間隔を空けて備え、電子部品３０−１〜３０−８には、送受光器３１、反射器３２及び測距器３３を備えている。アンテナ装置８０は、電子部品間距離を測定して制御装置９０に供給する。制御装置９０は、測定された距離を用いて曲率半径Ｒを算出し、算出された曲率半径Ｒからアンテナ素子１０−１〜１０−５の座標を推定する。制御装置９０は、推定された座標からアンテナ素子１０−１〜１０−５の位相波面の補正係数を求め、この補正係数をアンテナ装置８０に供給する。アンテナ装置８０は、位相演算部３６で補正係数を位相制御情報に加味し、アンテナ素子１０−１〜１０−５の位相波面の調整を行うようにしている。これにより、レーダ装置は、アンテナ装置８０の形状の変化に伴うアンテナ素子１０−１〜１０−５の座標変化を電気的に補償することが可能となる。
【００３０】
したがって、第２の実施形態に係るアンテナ装置８０は、アンテナ装置８０が変形した場合であってもその変形を検知でき、レーダ装置は、アンテナ装置８０で検知された変形に基づいてアンテナ装置８０の放射パターン性能の劣化を補償し、レーダ性能の低下を防止できる。
【００３１】
（その他の実施形態）  
なお、本発明に係るアンテナ装置及びレーダ装置は、上記各実施形態に限定されるわけではない。例えば、上記各実施形態では、電子部品間に１方向の直線状の間隔が空くように電子部品３０−１〜３０−８が設置される例について説明したが、電子部品間の間隔が格子状になるように電子部品が設置される場合でも同様に実施可能である。
【００３２】
また、上記各実施形態では、５つのアンテナ素子１０−１〜１０−５が設置される例について説明したが、アンテナ素子の数は５つに限定されるわけではなく、５つ以上であっても以下であっても同様に実施可能である。
【００３３】
また、上記各実施形態では、送受光器３１と反射器３２とにより電子部品間距離を測定する例について説明したが、電子部品が、光を発光する発光器と、発光器から照射された光を受光する受光器と、受光器で受光された光量と発光器から照射された光量との差から発光器と受光器との間の距離を測定する測距器とを備え、電子部品間距離を測定する場合でも同様に実施可能である。
【００３４】
また、上記各実施形態では、一対の送受光器３１、反射器３２及び測距器３３が設置される例について説明したが、送受光器３１、反射器３２及び測距器３３は一対に限定されるわけではない。送受光器、反射器及び測距器を複数個所に設置することにより、これらの測定値から単一円弧形状を推定するだけではなく、もっと複雑な形状を推定することも可能となる。
【００３５】
さらに、本発明は、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の構造を示す斜視図。
【図２】図１に示すアンテナ装置の裏面の構造を示す斜視図。
【図３】図１に示すアンテナ装置の断面図。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の機能構成を示すブロック図。
【図５】変形前と変形時のアンテナ装置を示す模式図。
【図６】図５に示す変形前と変形時のアンテナ装置の拡大図。
【図７】曲率半径Ｒを算出する際の近似計算を示す図。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置とそのアンテナ装置を備えるレーダ装置の機能構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【００３７】
１０−１〜１０−５…アンテナ素子
２０…アンテナ基板
３０−１〜３０−８…電子部品
３１…送受光器
３２…反射器
３３…測距器
３４，９１…アンテナ素子座標演算部
３５，９２…アンテナ制御部
３６，８１…位相演算部
８０…アンテナ装置
９０…制御装置
【図１】
0004802203.tif 000002
【図２】
0004802203.tif 000003
【図３】
0004802203.tif 000004
【図４】
0004802203.tif 000005
【図５】
0004802203.tif 000006
【図６】
0004802203.tif 000007
【図７】
0004802203.tif 000008
【図８】
0004802203.tif 000009