(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の周波数帯のそれぞれで使用する素子アンテナが同一開口面上に配列され、上記複数の周波数帯における所定の組み合わせからなる二つの周波数帯で使用する素子アンテナを第１の素子アンテナと第２の素子アンテナとし、上記第１の素子アンテナの一部が第２の素子アンテナの影響を受け本来持つ放射パターンが変化するようなアレーアンテナにおいて、
第１の素子アンテナの配置に対する第２の素子アンテナの配置を定めた配置パターンに応じて上記第１の素子アンテナの放射パターンを複数用意し、上記配置パターンを遺伝子表現のための構成要素とし、第１の素子アンテナにおける放射パターンのサイドローブレベルを評価関数として遺伝的アルゴリズムによる計算を行い、上記評価関数が最大となる上記配置パターンの組合せを特定することにより上記第１の素子アンテナに対する上記第２の素子アンテナの不等間隔配置を最適化することを特徴とするアレーアンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載のアレーアンテナにおいて、
上記遺伝的アルゴリズムは、上記第１の素子アンテナにおける放射パターンのビーム幅を評価関数に含み、上記第１の素子アンテナの振幅・位相を最適化することを特徴とするアレーアンテナ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のアレーアンテナにおいて、
上記遺伝的アルゴリズムは、上記第１の素子アンテナから生ずる放射ビームの振幅・位相を遺伝子に含み、上記第１の素子アンテナから生ずる放射ビームの振幅・位相を最適化することを特徴とするアレーアンテナ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のアレーアンテナにおいて、
上記遺伝的アルゴリズムは、上記第２の素子アンテナにおける放射パターンのサイドローブレベルを評価関数に含むことを特徴とするアレーアンテナ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載のアレーアンテナにおいて、
上記遺伝子アルゴリズムは、上記第１の素子アンテナの配置を遺伝子に含み、上記第１の素子アンテナの配置を最適化することを特徴とするアレーアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、多周波数共用のアレーアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、例えば、「２周波共用アレーアンテナの素子配列法と利得」（後藤尚久・神山一公、信学技報AP81-40、電子情報通信学会発行、1981年6月26日）に示された図を参考とした従来の２周波共用アレーアンテナの構成図である。図において、１は高周波数帯で使用する高域用素子アンテナ、２は低周波数帯で使用する低域用素子アンテナであり、３は高域用素子アンテナの放射パターンを示したものである。
【０００３】
このアレーアンテナでは、低域用素子アンテナ２および高域用素子アンテナ１の配列において、それぞれ低周波数帯および高周波数帯で広角にグレーティングローブが発生しないように上記低域用素子アンテナ２と高域用素子アンテナ１を規則正しく周期的に同一開口面上に配置させることで２周波数共用特性を得るものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の多周波共用アレーアンテナでは、異なった周波数帯で使用する素子アンテナをそれぞれ規則正しく周期的に配置するために、ある周波数帯で使用する素子アンテナの影響を受け、他の周波数帯で使用する素子アンテナの放射パターンが乱れ、この乱れた放射パターンが周期的に発生することによりアレーアンテナの放射指向性に悪影響を及ぼすという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、他の周波数帯の影響を受けて素子アンテナに周期的に生ずる放射パターンの乱れを打ち消し、所望の放射指向性を有するアレーアンテナを実現することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るアレーアンテナは、複数の周波数帯のそれぞれで使用する素子アンテナが同一開口面上に配列され、上記複数の周波数帯における所定の組み合わせからなる二つの周波数帯で使用する素子アンテナを第１の素子アンテナと第２の素子アンテナとし、上記第１の素子アンテナの一部が第２の素子アンテナの影響を受け本来持つ放射パターンが変化するようなアレーアンテナにおいて、第１の素子アンテナの配置に対する第２の素子アンテナの配置を定めた配置パターンに応じて前記第１の素子アンテナの放射パターンを複数用意し、上記配置パターンを遺伝子表現のための構成要素とし、第１の素子アンテナにおける放射パターンのサイドローブレベルを評価関数として遺伝的アルゴリズムによる計算を行い、上記評価関数が最大となる上記配置パターンの組合せを特定することにより上記第１の素子アンテナに対する上記第２の素子アンテナの不等間隔配置を最適化するものである。
【０００７】
また、上記遺伝的アルゴリズムは、上記第１の素子アンテナにおける放射パターンのビーム幅を評価関数に含み、上記第１の素子アンテナの振幅・位相を最適化するものである。
【０００８】
また、上記遺伝的アルゴリズムは、上記第１の素子アンテナから生ずる放射ビームの振幅・位相を遺伝子に含み、上記第１の素子アンテナから生ずる放射ビームの振幅・位相を最適化するものである。
【０００９】
また、上記遺伝的アルゴリズムは、上記第２の素子アンテナにおける放射パターンのサイドローブレベルを評価関数に含むものである。
【００１０】
さらに、上記遺伝子アルゴリズムは、上記第１の素子アンテナの配置を遺伝子に含み、上記第１の素子アンテナの配置を最適化するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るアレーアンテナの構成図である。なお、ここでは、２周波共用アレーアンテナに基いて本発明の説明をする。
図において、１は高周波数帯で使用する高域用素子アンテナ、２は低周波数帯で使用する低域用素子アンテナであり、ともに同一開口面上に配列されたものである。３は高周波素子アンテナ１の放射パターンを示すものである。
【００１２】
次に動作について説明する。一般に、アンテナの近傍に位置し、大きさがアンテナの波長に比べて無視できない散乱体が存在する場合、散乱体に誘起される電流による電波放射と散乱体によるブロッキングの影響からアンテナの放射パターンは乱れる。図１のアレーアンテナでは、高周波数帯域で使用する場合、高域用素子アンテナ１を励振すると低域用素子アンテナ２に電流が誘起され、これにより再放射する。また、素子アンテナとして、例えばダイポールアンテナやノッチアンテナなどを用いた場合には、低域用素子アンテナ２によるブロッキングの影響がある。これらの原因により放射パターンが乱された高域用素子アンテナ１が低域用素子アンテナ２の近傍に発生するが、上記低域用素子アンテナ２の配置を後述する遺伝的アルゴリズムによる計算により求め不等間隔配置することにより、上記高域用素子アンテナ１からの再放射およびブロッキングの影響が周期性を持つことを防ぎ、放射パターンのサイドローブレベル低減を実現できる。
【００１３】
図２は、一般的な遺伝的アルゴニズムによる最適化処理を示したものである。遺伝的アルゴリズムとは生物の進化の過程を模倣し、その適応プロセスをある問題に対して取り入れる手法である。
以下、図２に基づき本実施の形態１の最適解を得るまでの具体的手法について説明する。
【００１４】
まず、解くべき問題の解に対する遺伝子表現を決定する必要がある［ステップ１］。本実施の形態１においては、低域用素子アンテナ２の配置を遺伝子表現する。例えば、高域用素子アンテナ１の素子パターンは等間隔配列であり、低域用素子アンテナ２の素子パターンは等間隔配列から左右に１ｃｍづつ移動可能であるとする。その場合の素子パターンをそれぞれ図３の（ａ）〜（ｃ）に示す。図３において、（ａ）は等間隔配列時と同様に低域用素子アンテナ２は移動していないものであり、（ｂ）は低域用素子アンテナ２の素子パターンを左に１ｃｍ移動したものであり、（ｃ）は低域用素子アンテナ２の素子パターンを右に１ｃｍ移動したものである。図３（ａ）〜（ｃ）に示したそれぞれの配置パターンを遺伝子表現のための構成要素としてそれぞれ順に記号Ａ、Ｂ、Ｃで表わすとすれば、Ａ、Ｂ、Ｃの中から任意の３種を組み合わせてなるアンテナの配置パターンは、ＡＡＡ、ＢＢＢ、ＣＣＣ、ＡＡＢ、ＡＡＣ等の２７通り想定することができる。このように、記号Ａ、Ｂ、Ｃは遺伝子の構造にあたり、前記３桁の文字列（ＡＡＢ等）の組み合わせが遺伝子表現された素子アンテナにあたる。
【００１５】
次に、ランダムに初期世代の集団（個体数ｍ）を生成する［ステップ２］。上記の、３個のアンテナの配置パターンでは２７通り（個体数２７）までの素子配置が生成できることになる。したがって、この個体数ｍは遺伝子の組み合わせ数に対応した数値を上限として設定することができる。
【００１６】
続いて、現在の集団の各固体に対する適合度の計算を行う［ステップ３］。この適合度は、あらかじめ定義した評価関数に遺伝子の示す値を代入した時の返り値であり、この返り値が大きい程、目的とする解に近い（適合度の高い）優秀な遺伝子であることを示す。本実施の形態１では評価関数として素子アンテナ１の放射パターンのサイドローブレベルを導出する関数を規定する。例えば、適合度ＧsがＧs＝Ｘ(a)なる評価関数で表わせる場合（aは遺伝子とする）、遺伝子ＡＡＡの適合度はＧs＝Ｘ(ＡＡＡ)として求められる。
【００１７】
次に、適合度をスケーリングする［ステップ４］。スケーリングは、遺伝子集団の適合度が同程度に固まらない様、分布を付けるために行う。
続いて、遺伝子集団から２つの遺伝子を選択する［ステップ５］。選択方法は幾つかあるが、適合度が高いものほど選択されるようにしている。
選択した２つの遺伝子に対し、交叉や突然変異などの遺伝子操作を行う事により、新たな２つの遺伝子を生成する［ステップ６］。ここでいう、交叉とは、選択した２つの遺伝子をそれぞれ２つに分割し、分割した一方を互いの遺伝子と入れかえることにより、２つの新たな次世代の遺伝子を生成することをいう。したがって、実施の形態１においては、２つの遺伝子がそれぞれ（ＡＢＣ）、（ＢＢＡ）と表現される３つの構成要素からなる場合に、交叉点を境に２つに切り離した２つの遺伝子をそれぞれ（ＡＢ）｜（Ｃ）、（ＢＢ）｜（Ａ）としたとき、それぞれの後部にあたる構成要素（Ｃ）と（Ａ）とを入れかえることにより、次世代の遺伝子構成要素を含む（ＡＢＡ）、（ＢＢＣ）を作り出すことをいう。また、突然変異とは、前記交叉点より後部にあたる構成要素（Ｃ）、（Ａ）を全く別の（Ｂ）として、次世代の遺伝子構成要素を含む（ＡＢＢ）と（ＢＢＢ）を作り出すことをいう。
この新たな遺伝子を生成する作業を遺伝子があらかじめ規定した個数になるまで繰り返し続ける［ステップ７］。そして、世代数があらかじめ規定した数に達したならば、その時点で適合度最大の遺伝子、つまり低域用素子アンテナ２の配置がこの一連の遺伝的アルゴリズムによる計算により求められた最適解である［ステップ８］。
【００１８】
また、放射パターンのサイドローブレベルは複数のビーム指向方向について評価することも可能である。評価項目が複数の場合、各評価項目についての優先順位を決定し、その優先順位を評価関数に反映しておく必要がある。
【００１９】
以上のような手法により遺伝子を求め、低域用素子アンテナ２の配置を決定し低域用素子アンテナ２を不等間隔配列することにより、乱れた放射パターンを打ち消し、所望のサイドローブレベルを有するアレーアンテナを実現することができる。
【００２０】
実施の形態２．
本実施の形態２では、上記実施の形態１に加え、高域用素子アンテナ１の放射パターンのビーム幅が所望の値に近づくと適合度が大きくなるような２つの評価項目を有する評価関数として、高域用素子アンテナ１の振幅・位相を最適化している。このようにすることで、上記実施の形態１の特性に加えて、所望のビーム幅を有するアレーアンテナを実現することができる。
【００２１】
実施の形態３．
本実施の形態３では、上記実施の形態１または２に加え、高域用素子アンテナ１から生ずる放射ビームの振幅・位相を遺伝子に含むことで、上記高域用素子アンテナ１から生ずる放射ビームの振幅・位相を最適化している。このようにすることで、上記実施の形態１または２に比べてより適合度の高いアレーアンテナを実現することができる。
【００２２】
実施の形態４．
本実施の形態４では、上記実施の形態１〜３のいずれかに加え、低域用素子アンテナ２の素子パターンを用意し、低域用素子アンテナ２の放射パターンのサイドローブレベルが下がると適合度が大きくなるように評価関数を変更するか、または低域用素子アンテナ２の放射パターンのビーム幅が所望の値に近づくと適合度が大きくなるように評価関数を変更する。このようにすることで、上記実施の形態１〜３の特性に加えて、上記低域用素子アンテナ２の放射パターンのサイドローブレベル、またはビーム幅について所望の特性を有するアレーアンテナを実現することができる。
【００２３】
実施の形態５．
図４は本実施の形態５に係るアレーアンテナの構成図と、高域用素子アンテナ１の放射パターンを示すものである。
図４のアレーアンテナでは、本実施の形態１と同様に、高周波数帯域で使用する場合、高域用素子アンテナ１を励振すると低域用素子アンテナ２に電流が誘起され、これにより再放射する。本実施の形態５では、上記実施の形態１〜４のいずれかに加え、高域用素子アンテナ１の配置を遺伝子に含み、上記評価関数に当てはめる。このようにすることで、上記実施の形態１〜４の特性に加えて、高域用素子アンテナ１の放射パターンのサイドローブレベル、またはビーム幅について所望の特性を有するアレーアンテナを実現することができる。
【００２４】
以上の実施の形態では、２周波数共用のアレーアンテナを例として述べてきたが、本発明は２周波数共用のアレーアンテナのみに限らず、さらに多周波を共用するアレーアンテナにおいても同様に機能し、サイドローブレベルを抑え所望の放射指向特性が実現できる。その場合、所望の周波数帯の組に対して、本発明を適用すればよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、他の周波数帯で使用する素子アンテナの放射パターンに悪影響を及ぼす素子アンテナの位置を、放射パターンのサイドローブレベルを評価関数に含んだ遺伝的アルゴリズムによる計算から決定したことにより、放射パターンに影響を与える素子アンテナを不等間隔に配置したので、多周波共用アレーアンテナのサイドローブレベルの低減を実現することができる。
【００２６】
また、上記の放射パターンが影響を受ける素子アンテナの放射パターンのビーム幅を評価関数に含めたことにより、所望のビーム幅を有する多周波共用のアレーアンテナを実現することができる。
【００２７】
また、上記の影響を及ぼされる素子アンテナの振幅・位相を遺伝子に含んだことにより、より優れた特性を有する多周波共用のアレーアンテナを実現することができる。
【００２８】
また、上記の悪影響を及ぼす素子アンテナの放射パターンのサイドローブレベルおよびビーム幅を評価関数に含んだことにより、影響を及ぼす素子アンテナの放射パターンが所望の特性を有する多周波共用のアレーアンテナを実現することができる。
【００２９】
また、上記の影響を及ぼされる素子アンテナの位置を評価関数に含んだことにより、より優れた特性を有する多周波共用のアレーアンテナを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１におけるアレーアンテナの構成図である。
【図２】  一般的な遺伝的アルゴリズムによる最適化処理のフローチャートである。
【図３】  この発明の実施の形態１における１つの素子アンテナの配置パターンを示す図である。
【図４】  この発明の実施の形態５におけるアレーアンテナの構成図である。
【図５】  従来の２周波共用アレーアンテナの構成図である。
【符号の説明】
１  高域用素子アンテナ、２  低域用素子アンテナ、３  高域用素子アンテナ１の放射パターン。
【図１】
0003953733.tif 000002
【図２】
0003953733.tif 000003
【図３】
0003953733.tif 000004
【図４】
0003953733.tif 000005
【図５】
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