(57)【要約】【課題】  フェーズドアレイアンテナの各アンテナ素子に設定する量子化された最適位相値を求める最適位相値設定装置および設定方法およびそのコンピュータプログラムに関し、移相器に設定する位相の量子化誤差により生じる利得劣化を低減する。【解決手段】  アナログ値の理想位相値を保持する理想位相値保持手段と，位相値を量子化する位相値量子化手段と，最適量子化オフセット位相値を求める最適量子化位相値算出手段とを備え，前記最適量子化オフセット位相値を求める最適量子化位相値算出手段は，位相値の量子化にともなう利得劣化を最小にするオフセット値を求める最適オフセット値算出手段を備え，前記理想位相値を最適オフセット値によりオフセットした位相値を量子化した最適量子化オフセット位相値を位相設定値とする。【選択図】  図１
2005080132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェーズドアレイアンテナの各アンテナ素子に設定する量子化された最適位相値を求める最適位相値設定装置であって，
アナログ値の理想位相値を保持する理想位相値保持手段と，位相値を量子化する位相値量子化手段と，最適量子化オフセット位相値を求める最適量子化位相値算出手段とを備え，
前記最適量子化オフセット位相値を求める最適量子化位相値算出手段は，位相値の量子化にともなう利得劣化を最小にするオフセット値を求める最適オフセット値算出手段を備え，
前記理想位相値を最適オフセット値によりオフセットした位相値を量子化した最適量子化オフセット位相値を位相設定値とすることを特徴とする最適位相値設定装置。
【請求項２】
フェーズドアレイアンテナの利得算出手段と利得劣化算出手段とを備え，利得算出手段は，前記理想位相値を各アンテナ素子に設定した場合のアンテナの利得と，前記理想位相値をオフセット値によりシフトした位相値を量子化した量子化位相値を各アンテナ素子に設定した場合のアンテナ利得を算出し，利得劣化算出手段は，前記利得算出手段により求まるアンテナ利得の差もしくは差の絶対値に基づき利得劣化を算出し，
前記最適オフセット値算出手段は，前記利得劣化が最小になる最適オフセット値を求め，その最適オフセット値により算出する前記量子化位相値を前記位相設定値にすることを特徴とする請求項１に記載の最適位相値設定装置。
【請求項３】
前記最適オフセット値算出手段は，各アンテナ素子の理想位相値をオフセット値だけシフトした位相値と、該位相値を量子化した量子化オフセット位相値との差もしくは差の絶対値に基づいて定められる量を最小にするものであることを特徴とする請求項１に記載の最適位相値設定装置。
【請求項４】
前記最適オフセット値算出手段は，各アンテナ素子の理想位相値をオフセット値だけシフトした位相値と、該位相値を量子化した量子化オフセット位相値との差の二乗の各アンテナ素子についての和もしくは和の平均値の平方根に基づく量を最小にするオフセット値を最適オフセット値とすることを特徴とする請求項３に記載の最適位相値設定装置。
【請求項５】
フェーズドアレイアンテナの各アンテナ素子に設定する量子化した最適位相値を求める最適位相値設定方法において，
アナログの理想位相値および該理想位相値をオフセットするオフセット値を保持し，
前記理想位相値をオフセット値によりオフセットし，
オフセットした位相値を量子化した量子化オフセット位相値を求め，量子化オフセット位相値により生じるアンテナの利得劣化を最小にする最適オフセット値を求め、
前記理想位相値を最適オフセット値によりオフセットした位相値を量子化した最適量子化オフセット位相値を位相設定値とすることを特徴とする最適位相値設定方法。
【請求項６】
前記理想位相値を各アンテナ素子に設定した場合のアンテナの利得と量子化オフセット位相値を設定した場合のアンテナの利得とに基づいて利得劣化を算出し，
その利得劣化が最小になる最適オフセット値により前記理想位相値をオフセットした位相値を量子化した最適量子化オフセット位相値を位相設定値にすることを特徴とする請求項５に記載の最適位相値設定方法。
【請求項７】
各アンテナ素子の理想位相値をオフセット値だけシフトした位相値と該位相値を量子化した量子化オフセット位相値との差もしくは差の絶対値に基づいて定められる量を最小にするオフセット値を最適オフセット値にすることを特徴とする請求項５に記載の最適位相値設定方法。
【請求項８】
各アンテナ素子の理想位相値をオフセット値だけシフトした位相値と該位相値を量子化した量子化オフセット位相値との差の二乗の各アンテナ素子についての和もしくは和の平均値の平方根に基づく量を最小にするオフセット値を最適オフセット値にすることを特徴とする請求項７に記載の最適位相値設定方法。
【請求項９】
フェーズドアレイアンテナの各アンテナ素子に設定する最適量子化位相値を求めるコンピュータプログラムであって，
アナログの理想位相値および該理想位相値をオフセットするオフセット値を保持し，
理想位相値をオフセット値によりオフセットし，
オフセットした位相値を量子化することにより得られる量子化オフセット位相値により生じる利得劣化を最小にする最適オフセット値を求め，
該最適オフセット値により得られる最適量子化オフセット位相値を位相設定値として求めることを特徴とするコンピュータプログラム。
【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の各アンテナ素子に設定する量子化された最適位相値を求める最適位相値設定装置および設定方法およびそのコンピュータプログラムに関するものである。特にフェーズドアレイアンテナの移相器に設定する位相を量子化して設定する場合に，その量子化により生じるアンテナ利得劣化を低減するものである。
【背景技術】
【０００２】
フェーズドアレイアンテナにおいて使用される移相器は，制御性などの観点から移相器が用いられることが多い。量子化した位相値を移相器に設定する場合はアナログの理想位相値に対して量子化誤差があるため，デジタル移相器をもつフェーズドアレイアンテナは指向方向に誤差を生じ，アンテナの利得劣化を生じる。
【０００３】
図１６はフェーズドアレイアンテナの構成の例を示し，フェーズドアレイアンテナは複数のアンテナ素子とそれぞれのアンテナ素子に対応して増幅器Ｂとアンテナ素子に位相値を与える移相器により構成される。増幅器Ｂを備えないフェーズドアレイアンテナもある。
【０００４】
図１６において，ＰＡＡはフェーズドアレイアンテナであり，４１は移相器である。４２は増幅器Ａである。４３は増幅器Ｂであって，それぞれのアンテナ素子の信号を増幅するものである。４４はアンテナ素子である。
【０００５】
図１７は従来技術の説明図であって，フェーズドアレイアンテナに量子化した位相値を設定する位相値設定装置および位相値設定方法の説明である。図１７において，ＰＡＡはフェーズドアレイアンテナである。１０は位相値設定装置であって，フェーズドアレイアンテナＰＡＡの各アンテナ素子に設定する量子化位相値を求めるものである。２３は入力装置Ｂであって，フェーズドアレイアンテナＰＡＡの各アンテナ素子に設定する量子化された位相値を位相設定器５に入力するものである。５は位相設定器であって，フェーズドアレイアンテナＰＡＡの各アンテナ素子に対応する移相器４１にそれぞれ指定されている量子化位相値を入力するデジタル位相設定器である。
【０００６】
３０はアンテナ特性解析手段であって，フェーズドアレイアンテナＰＡＡの特性を演算する手段であって，電磁気学的な理論に基づいてフェーズドアレイアンテナに設定するアナログの理想位相値を解析して求める手段である。６は理想位相値保持手段であって，アンテナ特性解析手段３０で解析された各アンテナ素子に設定するアナログの理想位相値を保持するものである。
【０００７】
図１７の構成の動作を説明する。アンテナ特性解析手段３０はフェーズドアレイアンテナＰＡＡの特性を演算して各アンテナ素子に設定するべきアナログの理想位相値を求める。理想位相値は理想位相値保持手段６に保持される。
【０００８】
位相値設定装置１０はフェーズドアレイアンテナＰＡＡの各アンテナ素子に設定する理想位相値を入力する（Ｓ１）。さらに，理想位相値をもとに位相設定器５に与える量子化位相値を求める（Ｓ２）。Ｓ２で求められた量子化位相値を各アンテナ素子に設定する位相設定値とする（Ｓ３）。各アンテナ素子に設定する量子化された位相設定値を出力する（Ｓ４）。
【０００９】
入力装置Ｂ２３は，位相値設定装置１０から出力され，それぞれのアンテナ素子の移相器に設定する量子化された位相設定値を受取り，位相設定器５に入力する。位相設定器５は受け取った量子化された位相値をそれぞれのアンテナ素子の移相器４１に設定する。
【００１０】
図１８を参照して，従来の量子化位相値の設定方法と量子化誤差について説明する。図１８（ａ）は各アンテナ素子とそれぞれのアンテナ素子に設定するアナログの理想位相値を表す。ｉ番目のアンテナ素子に設定するアナログの理想位相値をＡｉとする。理想位相値はアンテナ特性解析手段３０により求めるものであり，フェーズドアレイアンテナＰＡＡに所望の放射特性が得られるように各アンテナ素子に設定する値である。図１８（ｂ）は，位相を３ビットで量子化した場合の量子化レベルにアナログの理想位相値を量子化した場合の量子化位相値を表す。ｉ番目のアンテナ素子の理想位相値Ａｉは，Ａｉに一番近い量子化レベルを選択して量子化位相値Ｑｉとする。図１８（ｃ）は，それぞれのアンテナ素子の理想位相値を量子化したことにより生じる量子化誤差の説明図である。アンテナ素子ｉの理想位相値Ａｉを量子化位相値Ｑｉにしたことにより，量子化誤差｜Ｑｉ−Ａｉ｜を生じることを表している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図１９は本発明が解決しようとする課題の説明図である。図１９の各図はあるカット面において指向制御方向とフェーズドアレイアンテナの量子化位相値に基づく指向方向，およびその結果生じる指向誤差，利得劣化の特性の例を示すものである。ただし，ここでいうカット面とは，アンテナ座標系θおよびφで考えたときにφを一定とした平面のことであり，本発明の例では，三次元座標系ｘｙｚの原点をフェーズドアレイアンテナの開口面上の一点に置き，ｚ軸の方向を開口面の正面方向にとっており，カット面とはｚ軸を含むｘｙ平面に垂直な平面となり，φはｘ軸からの角度となる。各図において横軸はフェーズドアレイアンテナＰＡＡのビームの指向制御方向である。図１９（ａ）はビームの指向制御方向に対する実際に生じるビームのピーク指向方向の関係を表している。図示のように，丸印で囲んだ指向制御方向（１．２°付近）において，理想位相値に基づく指向制御方向と量子化誤差のため実際に生じるビームの指向方向が一致せずに指向誤差を生じている。
【００１２】
図１９（ｂ）は指向制御方向に対する指向誤差を示し，例えば，指向制御方向の１．２°付近において，約±０．１°の誤差を生じている。図１９（ｃ）は指向制御方向に対し，量子化誤差によって生じる利得劣化を表している。利得劣化は指向制御方向θ1 において，理想位相値を各アンテナ素子に設定した場合に得られるフェーズドアレイアンテナの利得と，量子化位相値を設定した場合の利得との差で表している（図６（ｃ）参照）。図１９（ｃ）に示されるように，例えば，指向制御方向１．２°付近において，０．０４ｄＢの利得劣化を生じる。
【００１３】
図１９（ｄ），（ｅ），（ｆ）は，図１９（ａ），（ｂ），（ｃ）の丸印で囲んだ部分の拡大図である。各アンテナ素子に理想位相値が設定されている場合には，図１９（ａ）の特性は指向制御方向に対してピーク方向が直線的に変化するが，アンテナ素子に量子化した位相値を設定した場合には，位相値に量子化誤差を生じるため，１９図（ｄ）に示すように，ピーク方向は指向制御方向に対して直線的に変化せず，図１９（ｅ）に示すように誤差を生じる。そのために，図１９（ｆ）に示すように指向制御方向１．２°付近において極大の利得劣化を生じる。
【００１４】
上記のような誤差は，移相器の量子化ビット数を増やせば少なくできるが，量子化ビット数を増やすことは移相器のハードウェア負担を大きくすることになり，また制御を複雑にする。そのため，少ない量子化ビット数で，誤差の少ない位相設定をすることのできる位相値設定装置が望まれる。本発明は，各アンテナ素子に与えられる位相値を量子化したことにより生じる指向誤差を少なくし，利得劣化を低減する最適位相値設定装置および設定方法およびそのコンピュータプログラムを提供することを目的にする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
図１は本発明の原理説明図である。図１において，６は理想位相値保持手段であって，フェーズドアレイアンテナの各アンテナ素子のアナログの理想位相値を保持するものである。２は最適位相値設定装置であって，各アンテナ素子に設定する量子化された最適位相値を求めるものである。５２は最適量子化位相値算出手段であって，移相器に設定する最適量子化位相値を求めるものであって，量子化誤差が最小になる量子化された位相値を求める手段である。６６は位相値量子化手段である。５４は位相設定値保持手段であって，最適量子化位相値算出手段５２が求めた位相値を保持するもので，磁気記録媒体，光記録媒体等の記憶手段である。
【００１６】
２３は入力装置Ｂであって，位相設定器５に各アンテナ素子に対応する量子化された位相値を入力するものである。５は位相設定器であって，フェーズドアレイアンテナＰＡＡの各アンテナ素子の移相器（図示せず）に量子化された位相値を設定するものである。
【００１７】
図１の構成の動作を説明する。理想位相値保持手段６はフェーズドアレイアンテナＰＡＡに設定するアナログの理想位相値Ａｉを保持する。最適量子化位相値算出手段５２は，理想位相値保持手段６から理想位相値を入力する（Ｓ１）。理想位相値に加算するオフセット値Ｐｏを設定する（Ｓ２）。理想位相値をオフセット値Ｐｏだけ加算したオフセット位相値（Ａｉ＋Ｐｏ）を求める（Ｓ３）。Ｐｏを変更しながらオフセット位相値（Ａｉ＋Ｐｏ）を量子化した量子化オフセット位相値Ｑｉｏｆｆを求め（図４参照），各アンテナ素子ｉに量子化オフセット位相値Ｑｉｏｆｆを設定した場合に生じるフェーズドアレイアンテナの利得劣化を求め，利得劣化が最小になる最適オフセット値Ｐｏｏｐを求める（Ｓ４）。求めた最適オフセット値Ｐｏｏｐだけ理想位相値に加算した各アンテナ素子に対応する最適オフセット位相値を量子化した最適量子化オフセット位相値を各アンテナ素子に対する位相設定値にする（Ｓ５）。求めた最適量子化オフセット位相値を各アンテナ素子に対応付けて位相設定値保持手段５４に保持する。
【００１８】
入力装置Ｂ２３は，位相設定値保持手段５４に保持されている量子化された位相設定値を受け取り，位相設定器５は入力装置Ｂ２３から与えられるフェーズドアレイアンテナＰＡＡの各アンテナ素子に対応する量子化された位相設定値をそれぞれの移相器（図示せず）に設定する。
【００１９】
本発明の請求項１の発明は，フェーズドアレイアンテナの各アンテナ素子に設定する量子化された最適位相値を求める最適位相値設定装置であって，理想位相値をオフセットするオフセット値を保持するオフセット値保持手段と，位相値を量子化する位相値量子化手段と，最適量子化オフセット位相値を求める最適量子化位相値算出手段とを備え，前記最適量子化オフセット位相値を求める最適量子化位相値算出手段は，位相値の量子化にともなうアンテナ利得劣化を最小にするオフセット値を求める最適オフセット値算出手段を備え，前記理想位相値を最適オフセット値によりオフセットした位相値を量子化した最適量子化オフセット位相値を位相設定値とすることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の請求項５の発明は，フェーズドアレイアンテナの各アンテナ素子に設定する量子化した最適位相値を求める最適位相値設定方法であって，アナログの理想位相値および理想位相値をオフセットするオフセット値を保持し，前記理想位相値をオフセット値によりオフセットし，オフセットした位相値を量子化した量子化オフセット位相値を求め，量子化オフセット位相値により生じるアンテナの利得劣化を最小にする最適オフセット値を求め，前記理想位相値を最適オフセット値によりオフセットした位相値を量子化した最適量子化オフセット位相値を位相設定値とすることを特徴とする。
【００２１】
本発明の請求項９の発明は，フェーズドアレイアンテナの各アンテナ素子に設定する最適量子化位相値を求めるコンピュータプログラムであって，アナログの理想位相値およびその理想位相値をオフセットするオフセット値を保持し，理想位相値をオフセット値によりオフセットし，オフセットした位相値を量子化することにより得られる量子化オフセット位相値により生じるアンテナの利得劣化を最小にする最適オフセット値を求め，その最適オフセット値により得られる最適量子化オフセット位相値を位相設定値として求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば，位相設定値を量子化する量子化ビット数が少なくてもアンテナの利得劣化を小さくすることができる。そのため，移相器に対する負担を軽減できる。またその移相器の位相設定の制御負担を増大させることなく量子化誤差の小さい位相設定を行なうことができる。また，各アンテナ素子の理想位相値をオフセット値だけシフトした位相値と，該位相値を量子化した量子化オフセット位相値との差に基づいて定められる量を最小にする最適オフセット値を求め，それにより求めることができる最適量子化オフセット位相値を位相設定値にするため，計算機の負担が小さく，高速に最適な量子化された位相設定値を求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図２は本発明を適用したフェーズドアレイアンテナシステムの構成の例を示す。図２において２は本発明の最適位相値設定装置である。最適位相値設定装置２において，６は理想位相値保持手段であって，各移相器に設定すべき理想位相値を保持するものである。５２は最適量子化位相値算出手段であって，最適量子化オフセット位相値を求める手段である。５３は各種演算結果保持手段であって，最適量子化位相値算出手段の演算結果を保持するものである。５４は位相設定値保持手段であって，フェーズドアレイアンテナＰＡＡの各移相器に設定する量子化された位相設定値を保持するものである。５４１は移相器１に設定する位相値を保持するものである。５４２は移相器２に設定する位相値を保持するものである。５４Ｎは移相器Ｎに設定する位相値を保持するものである。２０は出力装置であって，位相設定値保持手段５４に保持されている位相設定値を出力するものである。
【００２４】
ＰＡＡはフェーズドアレイアンテナである。２３は入力装置Ｂであって，各移相器に設定する位相値を入力するものである。５は位相設定器であって，各移相器ごとに量子化された位相設定値を設定するものである。４１１は移相器１であってアンテナ素子１の移相器である。４１２は移相器２であって，アンテナ素子２の移相器である。４１Ｎは移相器Ｎであって，アンテナ素子Ｎの移相器である。４２は増幅器である。
【００２５】
３０はアンテナ特性解析手段であって，フェーズドアレイアンテナＰＡＡの特性を解析し，各アンテナ素子に設定するアナログの理想位相値を求めるものである。理想位相値は各素子の位置（素子間隔），所望方向，および励振周波数等により計算される。
【００２６】
図２の構成の動作を説明する。最適位相値設定装置２において，理想位相値保持手段６にフェーズドアレイアンテナＰＡＡに設定する各アンテナ素子の理想位相値を保持する。最適量子化位相値算出手段５２は，利得劣化を最小にする最適オフセット値Ｐｏｏｐを求め，理想位相値を最適オフセット値だけ加算したオフセット位相値を量子化することにより各移相器に設定する最適量子化オフセット位相値を求める。位相設定値保持手段５４は各移相器に設定するそれぞれの量子化された最適位相値を保持する。出力装置２０は位相設定値保持手段５４に保持されている各移相器に対応する量子化された最適位相値を出力する。
【００２７】
入力装置Ｂ２３は出力装置２０から入力される量子化された位相設定値を受取り，位相設定器５に転送する。位相設定器５は，各移相器に割り当てられた量子化された最適位相設定値を各移相器４１１〜４１Ｎに設定する。
【００２８】
図３は本発明のシステム構成例を示す。図３において，２は最適位相値設定装置である。６１はＣＰＵである。６２はメモリである。５２は最適量子化位相値算出手段であって，後述するオフセット値連続変更手段１００，オフセット位相値設定手段９１，最適オフセット値算出手段８２等を備えるものである（図５参照）。６６は位相値量子化手段であって，位相値を量子化する手段である。５３は各種演算結果保持手段であって，最適量子化オフセット位相値の演算結果を保持するものである。５４は位相設定値保持手段であって，フェーズドアレイアンテナの各移相器に設定する量子化された最適位相値を保持するものである。７５は入出力インタフェースである。
【００２９】
４は入力装置Ａであって，磁気記憶装置もしくは光記憶装置の入力ドライブ，キーボード，マウス等の入力装置である。２０は出力装置であって，磁気記憶装置，光記憶装置等のドライブ，プリンタ，ディスプレイ等である。８０は利得算出手段であって，フェーズドアレイアンテナの利得を算出する手段である。８１は利得劣化算出手段であって，フェーズドアレイアンテナの利得劣化を算出するものである。なお利得算出手段８０と利得劣化算出手段８１は本発明の実施例２では必要としないものである。
【実施例１】
【００３０】
図４は本発明の実施例１の最適オフセット値設定方法の説明図である。本発明の実施例１は，アナログの理想位相値をフェーズドアレイアンテナの各アンテナ素子に設定した場合のアンテナ利得と，理想位相値をオフセット値だけ加算したオフセット位相値を各アンテナ素子に設定した場合のアンテナ利得とから利得劣化を計算する。その利得劣化が最小になる最適オフセット値を求め，理想位相値をその最適オフセット値によりオフセットした位相値を量子化することにより求まる各アンテナ素子の最適量子化オフセット位相値をフェーズドアレイアンテナの各アンテナ素子の位相設定値にする。
【００３１】
図４（ａ）において，Ａｉはアンテナ素子番号ｉのアンテナ素子に設定する理想位相値である。各アンテナ素子にそれぞれの理想位相値を設定することにより得られるアンテナ利得ＧA を求める（Ｓ１）。図４（ｂ）はアンテナ素子ｉの理想位相値Ａｉをオフセット値Ｐｏだけオフセットしたことを示している。各アンテナ素子の理想位相値Ａ1 ，Ａ2 ，・・・，ＡN にオフセット値Ｐｏを加算し，オフセット位相値（Ａｉ＋Ｐｏ）にする。図４（ｃ）は，アンテナ素子ｉのオフセット位相値（Ａｉ＋Ｐｏ）を量子化した量子化オフセット位相値Ｑｉｏｆｆをｉ番目のアンテナ素子ｉに設定したことを示している。
【００３２】
さらに，各アンテナ素子の量子化オフセット位相値Ｑ1 ｏｆｆ，Ｑ2 ｏｆｆ，・・・，ＱN ｏｆｆを求め，各アンテナ素子に設定した場合のアンテナ利得ＧQ ｏｆｆを求める  （Ｓ２）。アンテナ利得ＧA とアンテナ利得ＧQ ｏｆｆとの差を求め，利得劣化を算出する。さらに，オフセット値Ｐｏを変更（掃引）することによりそれぞれのオフセット値Ｐｏに基づいて各アンテナ素子の量子化オフセット位相値Ｑｉｏｆｆを求め，それぞれの量子化オフセット位相値を各アンテナ素子に設定した場合のアンテナの利得劣化を求める。オフセット値Ｐｏの掃引はゼロから始めて，全範囲（移相器の最小設定位相の半分の値）まで掃引する。オフセット値Ｐｏの掃引により利得劣化を最小にするオフセット値Ｐｏｏｐを求める（Ｓ３）。求められた最適オフセット値Ｐｏｏｐにより各アンテナ素子の理想位相値Ａ1 ，Ａ2 ，・・・・，ＡN をオフセットした最適オフセット位相値を量子化し，各アンテナ素子に設定する最適量子化オフセット位相値にし，各アンテナ素子に設定する量子化された位相設定値にする。
【００３３】
図５は本発明の実施例１の構成であって，最適位相値設定装置の構成を示す図である。図５において，２は最適位相値設定装置である。４は入力装置Ａである。２０は出力装置である。
【００３４】
最適位相値設定装置２において，９１はオフセット位相値設定手段であって，理想位相値Ａｉにオフセット値Ｐｏを加算し，オフセット位相値を求める手段である。６６は位相値量子化手段であって，位相値を量子化する手段である。６は理想位相値保持手段であって，入力されたアナログの理想位相値Ａｉを保持するものである。９５はオフセット値保持手段であって，オフセット値Ｐｏおよび最適オフセット値Ｐｏｏｐを保持するものである。９６はオフセット位相値保持手段であって，オフセット位相値（Ａｉ＋Ｐｏ）を保持するものである。９７は量子化オフセット位相値保持手段であって，オフセット位相値  （Ａｉ＋Ｐｏ）を量子化した値である量子化オフセット位相値Ｑｉｏｆｆを保持するものである。５４は位相設定値保持手段であって，最適オフセット値Ｐｏｏｐによりオフセットした最適オフセット位相値を量子化したＱｉｏｆｆｏｐを保持するものである。８０は利得算出手段である。８１は利得劣化算出手段である。８２は最適オフセット値算出手段である。１００はオフセット値連続変更手段であって，オフセット値Ｐｏを連続的に自動的に変更する手段である。１０１は各種パラメータ保持手段であって，アンテナ利得，利得劣化の演算に必要な各種パラメータ（励振周波数，指向制御方向等）を保持するものである。
【００３５】
図５の構成の動作を説明する。図示の動作の順番を示す括弧つきの番号に従って動作を説明する。
【００３６】
（１）入力装置Ａ４により入力された理想位相値Ａｉを理想位相値保持手段６に保持する。
【００３７】
（２）各種パラメータ保持手段１０１は入力されたアンテナ利得，利得劣化の演算に必要な各種パラメータ（励振周波数，指向制御方向等）を保持する。
【００３８】
（３），（４），（５）オフセット位相値設定手段９１は理想位相値Ａｉとオフセット値Ｐｏを入力し，加算し，オフセット位相値（Ａｉ＋Ｐｏ）をオフセット位相値保持手段９６に保持する。
【００３９】
（６），（７）位相値量子化手段６６はオフセット位相値（Ａｉ＋Ｐｏ）を入力し，その値を量子化し，量子化オフセット位相値Ｑｉｏｆｆを求め，量子化オフセット位相値保持手段９７に保持する。
【００４０】
（８），（８’），（９）利得算出手段８０は，理想位相値Ａｉを理想位相値保持手段６から入力し，アンテナ利得の演算に必要なパラメータを各種パラメータ保持手段１０１から入力する。そして，利得算出手段８０は，各アンテナ素子に設定する理想位相値に基づくアンテナ利得ＧA を計算する。一方，利得算出手段８０は，量子化オフセット位相値保持手段９７に保持されている量子化オフセット位相値Ｑｉｏｆｆを入力し，各アンテナ素子に設定されている量子化オフセット位相値Ｑｉｏｆｆに基づくアンテナ利得ＧQ ｏｆｆを算出する。さらに，利得劣化算出手段８１は，アンテナ利得ＧA とＧQ ｏｆｆとにより利得劣化を算出する。オフセット値Ｐｏを掃引し（オフセット値連続変更手段１００により連続的に変更する），それぞれのオフセット値Ｐｏでの利得劣化を求める。最適オフセット値算出手段８２は，利得劣化算出手段８１の算出した各Ｐｏでの利得劣化に基づいて利得劣化が最小になるオフセット値Ｐｏを求め，最適オフセット値Ｐｏｏｐにする。
【００４１】
（１０）  最適オフセット値Ｐｏｏｐをオフセット値保持手段９５に保持する。
【００４２】
（１１），（１２）  オフセット位相値設定手段９１は最適オフセット値Ｐｏｏｐに基づいて最適オフセット位相値（Ａｉ＋Ｐｏｏｐ）を計算し，位相値量子化手段６６は最適オフセット位相値（Ａｉ＋Ｐｏｏｐ）を量子化して最適量子化オフセット位相値（Ｑｉｏｆｆｏｐ）を求める。
【００４３】
（１３），（１４）  最適量子化オフセット位相値（Ｑｉｏｆｆｏｐ）は，位相設定値保持手段５４に保持される。最適量子化オフセット位相値（Ｑｉｏｆｆｏｐ）は，位相設定器に設定する位相設定値として出力される。
【００４４】
図６は本発明で使用する利得算出手段と利得劣化算出手段のフローチャートである。図６（ａ）は利得算出手段８０のフローチャートである。アンテナの利得特性の算出に必要なパラメータを入力する（Ｓ１）。アンテナの利得を計算する（Ｓ２）。アンテナの利得を出力する（Ｓ３）。
【００４５】
図６（ｂ）は利得劣化算出手段８１の動作を示す。利得算出手段によりアナログの理想位相値Ａｉを各アンテナ素子に設定した場合の指向制御方向θ1 でのアンテナ利得を求め，算出結果を入力する（Ｓ１）。利得劣化算出手段により量子化オフセット位相値Ｑｉｏｆｆを各アンテナ素子に設定した場合の指向制御方向θ1 でのアンテナ利得を求め，算出結果を入力する（Ｓ２）。両者の差から利得劣化を算出し，出力する（Ｓ３）。
【００４６】
図６（ｃ）は利得劣化の算出方法の説明図である。Ａは各アンテナ素子に理想位相値を設定したフェーズドアレイアンテナの利得であり，指向制御方向の最大利得方向θ1 を中心とする放射パターン特性を表す。Ｂは量子化オフセット位相値を設定した場合の放射パターン特性であり，量子化誤差を含むものである。さらにＢは最大利得方向θ2 を中心とする放射パターン特性を表す。Ｂのθ1 における利得と，Ａのθ1 における利得との差を利得劣化とする。本発明では，この利得劣化が最小になるようにオフセット値Ｐｏを求め，最適オフセット値Ｐｏｏｐにする。
【００４７】
図７は本発明の利得劣化を最小にする量子化位相値を算出する実施例１の方法のフローチャート１を示す。図４の方法により量子化位相値を設定する実施例１の方法のフローチャートである。理想位相値Ａｉを入力し，保持する（Ｓ１）。オフセット値Ｐｏを０とし，保持する（Ｓ２）。オフセット位相値（Ａｉ＋Ｐｏ）を計算し，保持する（Ｓ３）。オフセット位相値（Ａｉ＋Ｐｏ）をもとに量子化オフセット位相値Ｑｉｏｆｆを求める（Ｓ４）。理想位相値Ａｉを与えたときに得られる指向制御方向でのアンテナ利得と，量子化オフセット位相値Ｑｉｏｆｆを与えたときに得られる指向制御方向でのアンテナ利得との差から利得劣化を求めて，保持する（Ｓ５）。オフセット値Ｐｏを連続的に変更（掃引）し，各Ｐｏでの利得劣化を求め，利得劣化が最小となる最適オフセット値Ｐｏｏｐを求める（Ｓ６）。求められた最適オフセット値Ｐｏｏｐにより最適オフセット位相値（Ａｉ＋Ｐｏｏｐ）を求める（Ｓ７）。最適オフセット位相値を量子化し，位相設定値とする（Ｓ８）。
【実施例２】
【００４８】
図８は本発明の実施例２の最適オフセット値設定方法の説明図である。実施例１のアンテナ利得および利得劣化の計算はコンピュータの負荷が大きいものである。そこで，本実施例２は利得劣化量を算出することなく利得劣化の小さい最適オフセット値Ｐｏｏｐを求めることにより，コンピュータに大きい負担をかけずに量子化誤差を低減する方法を提供するものである。本発明者等は，図８および図９において説明するように，アンテナ素子ｉのアナログの理想位相値Ａｉをオフセットしたオフセット位相値（Ａｉ＋Ｐｏ）とオフセット位相値を量子化した量子化オフセット位相値Ｑｉｏｆｆとの差の二乗の和に基づくＲＭＳ誤差を考えたとき，ＲＭＳ誤差と利得劣化が単調増加の関係にあることを見いだした。このことから，本実施例２では，利得劣化を最小にする最適オフセット値Ｐｏｏｐを，ＲＭＳ誤差を最小にするオフセット値として求め，その最適オフセット値Ｐｏｏｐに基づくオフセット位相値を最適オフセット位相値とし，それを量子化した最適量子化オフセット位相値をフェーズドアレイアンテナに設定する位相設定値とするようにした。
【００４９】
図８（ａ）において，Ａｉはアンテナ素子ｉについて求めたアナログの理想位相値である。図８（ｂ）はオフセット値Ｐｏにより理想位相値をオフセットすることを示している。黒丸は理想位相値であり，二重丸はオフセット位相値（Ａｉ＋Ｐｏ）を表している。図８（ｃ）はアナログのオフセット位相値（Ａｉ＋Ｐｏ）と，オフセット位相値（Ａｉ＋Ｐｏ）を量子化した量子化オフセット位相値Ｑｉｏｆｆを表している。丸印は量子化オフセット位相値Ｑｉｏｆｆを表し，二重丸はアナログのオフセット位相値（Ａｉ＋Ｐｏ）を表している。
【００５０】
次に，Ｎ個の各アンテナ素子について，アナログのオフセット位相値（Ａｉ＋Ｐｏ）とオフセット位相値（Ａｉ＋Ｐｏ）を量子化した量子化オフセット位相値ＱｉｏｆｆとのＲＭＳ誤差を求める。ＲＭＳ誤差は次のようにあらわされる。
【００５１】
【数１】
2005080132.tif 000003
【００５２】
Ｐｏを連続的に変更（掃引）しながら，このようなＲＭＳ誤差を最小にするＰｏを求める。ＲＭＳ誤差を最小にするオフセット値Ｐｏを求め，最適オフセット値Ｐｏｏｐにする。さらに，最適オフセット値Ｐｏｏｐにより各アンテナ素子の理想位相値Ａｉをオフセットして最適オフセット位相値（Ａｉ＋Ｐｏｏｐ）を求め，最適オフセット位相値を量子化した最適量子化オフセット位相値Ｑｉｏｆｆｏｐを求める。各アンテナ素子について求められた最適量子化オフセット位相値Ｑｉｏｆｆｏｐをフェーズドアレイアンテナのそれぞれのアンテナ素子に設定する位相値にする。図８（ｄ）を図１８（ｃ）と比較してわかるように，本発明の実施例２の方法では量子化により生じる位相誤差が小さくなることが示されている。なお，上記の説明では，ＲＭＳ誤差を評価しながら，その誤差を最小にするオフセット値を最適オフセット値にするようにしたが，ＲＭＳの二乗を最小にするオフセット値を求めることにより最適オフセット値を算出するようにしてもよい。
【００５３】
図９は本発明の実施例２の説明図である。図９（ａ）は，指向制御方向と利得劣化の関係を示している。図９（ｂ）は指向制御方向とＲＭＳ誤差の関係を示している。図９  （ｃ）は図９（ａ）と図９（ｂ）について指向制御方向を媒介変数として図９（ｂ）の縦軸のＲＭＳ誤差を横軸で表し，図９（ａ）の縦軸の利得劣化を縦軸で表したものである。
【００５４】
図９（ｃ）に示されるように利得劣化はＲＭＳ誤差についての単調増加関数であることが示されている。ＲＭＳ誤差を小さくすることは利得劣化を小さくするものであることが示されている。
【００５５】
図１０は本発明の実施例２の構成であって，最適位相値設定装置の構成を示す図である。図１０において，２は最適位相値設定装置である。４は入力装置Ａである。２０は出力装置である。
【００５６】
最適位相値設定装置２において，９１はオフセット位相値設定手段であって，理想位相値にオフセット値Ｐｏを加算し，アナログのオフセット位相値（Ａｉ＋Ｐｏ）を求める手段である。６６は位相値量子化手段であって，位相値を量子化する手段である。８２１はＲＭＳ誤差算出手段であって，
【００５７】
【数２】
2005080132.tif 000004
【００５８】
を演算する手段である。６は理想位相値保持手段であって，理想位相値Ａｉを保持するものである。９５はオフセット値保持手段であって，オフセット値Ｐｏおよび最適オフセット値Ｐｏｏｐを保持するものである。９６はオフセット位相値保持手段であって，オフセット位相値（Ａｉ＋Ｐｏ）を保持するものである。９７は量子化オフセット位相値保持手段であって，アナログのオフセット値（Ａｉ＋Ｐｏ）を量子化した量子化オフセット位相値Ｑｉｏｆｆを保持するものである。５４は位相設定値保持手段であって，最適オフセット位相値（Ａｉ＋Ｐｏｏｐ）を量子化した最適量子化オフセット位相値Ｑｉｏｆｆｏｐを保持するものである。１００はオフセット値連続変更手段であって，オフセット値Ｐｏを連続的に自動的に変更する手段である。
【００５９】
図１０の構成の動作を説明する。図示の動作の順番を示す括弧つきの番号に従って動作を説明する。
【００６０】
（１）  入力装置Ａ４により入力された理想位相値を理想位相値保持手段６に保持する。
【００６１】
（１’），（２），（３）  オフセット位相値設定手段９１は理想位相値Ａｉとオフセット値Ｐｏを入力し，加算し，オフセット位相値（Ａｉ＋Ｐｏ）を求め，オフセット位相値保持手段９６に保持する。
【００６２】
（４），（５）  位相値量子化手段６６はオフセット位相値（Ａｉ＋Ｐｏ）を量子化し量子化オフセット位相値Ｑｉｏｆｆを求め，量子化オフセット位相値保持手段９７に保持する。
【００６３】
（６），（７）  ＲＭＳ誤差算出手段８２１はアナログのオフセット位相値（Ａｉ＋Ｐｏ）および量子化オフセット位相値Ｑｉｏｆｆを入力し，ＲＭＳ誤差を求める。さらに，Ｐｏを掃引しながらＲＭＳが最小になるＰｏを求め，最適オフセット値Ｐｏｏｐとする。
【００６４】
（８）  最適オフセット値Ｐｏｏｐをオフセット値保持手段９５に保持する。
【００６５】
（９），（１０）  オフセット位相値設定手段９１は最適オフセット値Ｐｏｏｐに基づいて最適オフセット位相値（Ａｉ＋Ｐｏｏｐ）を計算し，位相値量子化手段６６は最適オフセット位相値（Ａｉ＋Ｐｏｏｐ）を量子化して最適量子化オフセット位相値（Ｑｉｏｆｆｏｐ）を求める。
【００６６】
（１１），（１２）  最適量子化オフセット位相値（Ｑｉｏｆｆｏｐ）は，位相設定値保持手段５４に保持される。最適量子化オフセット位相値（Ｑｉｏｆｆｏｐ）は，移相器に設定する位相設定値として出力される。
【００６７】
図１１は本発明の利得劣化を最小にする最適な位相設定値を算出する実施例２の方法のフローチャートである。ＲＭＳ誤差を最小にする方法を示す。
【００６８】
理想位相値Ａｉを入力し，保持する（Ｓ１）。オフセット値Ｐｏの初期値を０とする（Ｓ２）。各アンテナ素子のオフセット位相値（Ａｉ＋Ｐｏ）を計算し，保持する（Ｓ３）。各アンテナ素子のオフセット位相値（Ａｉ＋Ｐｏ）を量子化した量子化オフセット位相値Ｑｉｏｆｆを求める（Ｓ４）。各アンテナ素子のオフセット位相値と量子化オフセット位相値のＲＭＳ誤差を求め，保持する（Ｓ５）。オフセット値Ｐｏを連続的に変更（掃引）し，ＲＭＳ誤差を最小とする最適オフセット値Ｐｏｏｐを求める（Ｓ６）。最適オフセット値Ｐｏｏｐをもとに各アンテナ素子の最適オフセット位相値（Ａｉ＋Ｐｏｏｐ）を求める（Ｓ７）。さらに，最適オフセット位相値（Ａｉ＋Ｐｏｏｐ）を量子化し，各アンテナ素子の最適量子化オフセット位相値Ｑｉｏｆｆｏｐを求め，それぞれのアンテナ素子の位相設定値にする（Ｓ８）。
【００６９】
図１２は本発明のオフセット値の最適化による効果の説明図である。図１２（ａ）はオフセット値最適化のない場合の指向制御方向に対する指向誤差の関係を表す。図１２（ｂ）はオフセット値最適化のない場合の指向制御方向に対する利得劣化の関係を表す。図１２（ｃ）はオフセット値最適化ありの場合の指向制御方向に対する指向誤差の関係を表す。図１２（ｄ）はオフセット値最適化をした場合の指向制御方向に対する利得劣化の関係を表す。図１２の各図に示されるように，本発明によりオフセット値Ｐｏを最適化することにより指向誤差および利得劣化が改善される。
【００７０】
図１３は，本発明において，オフセットを最適化した場合と最適化しない場合の量子化ビット数と利得劣化の関係を示す図である。図１３に示されるように，本発明において，オフセット値を最適化することにより，利得劣化を増大させずに量子化ビット数を削減することが可能である。
【００７１】
図１４は本発明の実施例でのカット面でのアンテナ放射特性をφをパラメータとしてカットしたときのカット面とそのカット面内におけるＲＭＳ誤差最大値との関係を表すものである。図１４（ａ）〜（ｄ）はφが０°から３６０°方向のカット面におけるＲＭＳ誤差を計算し，各カット面における最大ＲＭＳ誤差（例として図９（ｂ）に示したθM におけるＲＭＳ誤差）を表したものである。図１４（ａ）はオフセット値Ｐｏ＝０°の場合，（ｂ）はＰｏ＝１．４０６２５°の場合，（ｃ）はＰｏ＝２．８１２５０°の場合，（ｄ）はＰｏ＝４．２１８７５°の場合を示す。各図１４の場合には，φ＝０°においてＲＭＳ誤差が最大になることが示されている。
【００７２】
図１５はＲＭＳ誤差を最小にするオフセット値の説明図である。図１５（ａ）は特定カット面におけるＲＭＳ誤差とオフセット値Ｐｏの関係を表したものであってＲＭＳ誤差の最大値とオフセット値の関係を示すものである。図１５（ａ）に実線で示すφ＝０°のカット面でのＲＭＳ誤差の最大値は，同図（ａ）に黒丸で示した全周（φ＝０〜３６０°）での最大値と一致している。このようなフェーズドアレイアンテナについては，φ＝０°のカット面においてＲＭＳ誤差が最小になるように最適オフセット値を求めることで，利得劣化を低減した量子化位相値を設定することが可能になる。
【００７３】
図１５（ｂ）は，φ＝０°におけるカット面において，オフセット値ＰｏとＲＭＳ誤差の関係を示した例であり，この例ではＲＭＳ誤差を最小にするオフセット値としてＰｏ＝２．３°を選択すれば良いことを示している。
【００７４】
アンテナの素子配置形状に対称性がない場合にはφ＝０°のカット面以外の角度でＲＭＳ誤差が最大になる場合もあるが，そのような場合には，全周方向の中からＲＭＳ誤差が最大になる面に着目し，そのカット面で最大誤差が最小になるように最適オフセット値Ｐｏｏｐを求めれば良い。
【００７５】
本発明は下記のコンピュータプログラムおよび，コンピュータ読み取り可能な記録媒体も含むものである。
【００７６】
（付記１）フェーズドアレイアンテナの各アンテナ素子に設定する最適量子化位相値を求めるコンピュータプログラムであって，
アナログの理想位相値および該理想位相値をオフセットするオフセット値を保持し，
理想位相値をオフセット値によりオフセットし，
オフセットした位相値を量子化することにより得られる量子化オフセット位相値により生じる利得劣化を最小にする最適オフセット値を求め，
その最適オフセット値により得られる最適量子化オフセット位相値を位相設定値として求めるものであり，
前記理想位相値を各アンテナ素子に設定した場合のアンテナの利得と量子化オフセット位相値を設定した場合のアンテナの利得とに基づいて利得劣化を算出し，
その利得劣化が最小になる最適オフセット値により前記理想位相値をオフセットした位相値を量子化した最適量子化オフセット位相値を位相設定値にすることを特徴とするコンピュータプログラム。
【００７７】
（付記２）フェーズドアレイアンテナの各アンテナ素子に設定する最適量子化位相値を求めるコンピュータプログラムであって，
アナログの理想位相値および該理想位相値をオフセットするオフセット値を保持し，
理想位相値をオフセット値によりオフセットし，
オフセットした位相値を量子化することにより得られる量子化オフセット位相値により生じる利得劣化を最小にする最適オフセット値を求め，
その最適オフセット値により得られる最適量子化オフセット位相値を位相設定値として求めるものであり，
各アンテナ素子の理想位相値をオフセット値だけシフトした位相値と該位相値を量子化した量子化オフセット位相値との差もしくは差の絶対値に基づいて定められる量を最小にするオフセット値を最適オフセット値にすることを特徴とするコンピュータプログラム。
（付記３）  フェーズドアレイアンテナの各アンテナ素子に設定する最適量子化位相値を求めるプログラムを記録するコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって，
該プログラムは，アナログの理想位相値およびその理想位相値をオフセットするオフセット値を保持し，理想位相値をオフセット値によりオフセットし，オフセットした位相値を量子化することにより得られる量子化オフセット位相値により生じる利得劣化を最小にする最適オフセット値を求め，その最適オフセット値により得られる量子化オフセット位相値を位相設定値として求めることを特徴とするコンピュータ読み取り可能なプログラム記録媒体。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は，フェーズドアレイアンテナ等のように位相設定をするアンテナに対して位相設定値を量子化して位相設定する場合に，量子化による利得劣化を最小にすることができる。そのため，移相器の位相値を定めるビット数を減らすことができ，少ないビット数で量子化誤差の少ない位相設定を行なうことができる。そのため，移相器の構成を簡略化でき，その制御の負担を軽減できる。
【００７９】
オフセット値を計算することにより容易に量子化誤差による利得劣化を低減できるので，移相器に対する負担をかけることなく量子化誤差を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の原理説明図である。
【図２】本発明を適用したフェーズドアレイアンテナシステムの構成の例を示す図である。
【図３】本発明のシステム構成の例を示す図である。
【図４】本発明の実施例１の最適オフセット値設定方法の説明図である。
【図５】本発明の実施例１の構成を示す図である。
【図６】本発明で使用する利得算出手段と利得劣化算出手段のフローチャートを示す図である。
【図７】本発明の利得劣化を最小にする量子化位相値を算出する実施例１の方法のフローチャートを示す図である。
【図８】本発明の実施例２の最適オフセット値設定方法の説明図である。
【図９】本発明の実施例２の説明図である。
【図１０】本発明の実施例２の構成を示す図である。
【図１１】本発明の利得劣化を最小にする最適な位相設定値を算出する実施例２の方法のフローチャートである。
【図１２】本発明のオフセット値の最適化による効果の説明図である。
【図１３】本発明の量子化ビット数と利得劣化との関係を示す図である。
【図１４】本発明の実施例でのカット面とそのカット面内におけるＲＭＳ誤差最大値との関係を示す図である。
【図１５】ＲＭＳ誤差を最小にするオフセット値の説明図である。
【図１６】フェーズドアレイアンテナの構成の例を示す図である。
【図１７】従来技術の説明図である。
【図１８】従来の量子化位相値の設定方法と量子化誤差の説明図である。
【図１９】本発明が解決しようとする課題の説明図である。
【符号の説明】
【００８１】
ＰＡＡ：フェーズドアレイアンテナ
２：最適位相値設定装置
５：位相設定器
６：理想位相値保持手段
２３：入力装置Ｂ
３０：アンテナ特性解析手段  
５２: 最適量子化位相値算出手段
５４：位相設定値保持手段
６６：位相値量子化手段
【図１】
2005080132.tif 000005
【図２】
2005080132.tif 000006
【図３】
2005080132.tif 000007
【図４】
2005080132.tif 000008
【図５】
2005080132.tif 000009
【図６】
2005080132.tif 000010
【図７】
2005080132.tif 000011
【図８】
2005080132.tif 000012
【図９】
2005080132.tif 000013
【図１０】
2005080132.tif 000014
【図１１】
2005080132.tif 000015
【図１２】
2005080132.tif 000016
【図１３】
2005080132.tif 000017
【図１４】
2005080132.tif 000018
【図１５】
2005080132.tif 000019
【図１６】
2005080132.tif 000020
【図１７】
2005080132.tif 000021
【図１８】
2005080132.tif 000022
【図１９】
2005080132.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成15年9月8日(2003.9.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
【数１】
2005080132.tif 000024
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
【数２】
2005080132.tif 000025