(57)【要約】【課題】複数の信号伝搬系統間の遅延時間差の測定時間の短縮化を図ることができるようにする。【解決手段】受信アンテナ４の受信信号を検波して、素子アンテナ１３−１から送信されたチャープ信号の周波数ｆ１と素子アンテナ１３−２から送信されたチャープ信号の周波数ｆ２との周波数差Δｆを検出する周波数差検出部５を設け、遅延時間差算出部６が、周波数差検出部５により検出された周波数差Δｆと、チャープ信号の単位時間当りの周波数の変化率ｖを用いて、信号伝搬系統（１）での伝搬時間Ｗｉｒｅ１と、信号伝搬系統（２）での伝搬時間Ｗｉｒｅ２との遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜を算出する。【選択図】図１
2016151550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号源を有し、前記信号源から周波数が変化する信号を出力する信号送信部と、
前記信号送信部から出力された信号を遅延する複数の信号遅延部と、前記信号遅延部により遅延された信号を送信する複数の素子アンテナとから構成されているフェーズドアレーアンテナと、
前記複数の素子アンテナの中から、信号送信対象の素子アンテナとして、第１の素子アンテナと第２の素子アンテナを選択する系統制御部と、
前記第１及び第２の素子アンテナから送信された信号を受信する受信アンテナと、
前記受信アンテナの受信信号を検波して、前記第１の素子アンテナから送信された信号の周波数と前記第２の素子アンテナから送信された信号の周波数との差の周波数を検出する周波数差検出部と、
前記周波数差検出部により検出された差の周波数と前記第１及び第２の素子アンテナから送信された信号の単位時間当りの周波数の変化率を用いて、前記信号送信部の信号源から前記第１の素子アンテナに至る第１の信号伝搬系統での遅延時間と、前記信号送信部の信号源から前記第２の素子アンテナに至る第２の信号伝搬系統での遅延時間との遅延時間差を算出する遅延時間差算出部と
を備えた遅延時間差測定装置。
【請求項２】
前記遅延時間差算出部は、前記周波数差検出部により検出された差の周波数と前記変化率から、前記信号送信部の信号源から前記第１の素子アンテナを経て前記受信アンテナに至る空間を含む信号伝搬系統での遅延時間と、前記信号送信部の信号源から前記第２の素子アンテナを経て前記受信アンテナに至る空間を含む信号伝搬系統での遅延時間との遅延時間差を算出し、当該遅延時間差から、予め記憶している前記第１の素子アンテナから前記受信アンテナに至る空間での遅延時間と、前記第２の素子アンテナから前記受信アンテナに至る空間での遅延時間とを減算することで、前記第１の信号伝搬系統での遅延時間と前記第２の信号伝搬系統での遅延時間との遅延時間差を算出することを特徴とする請求項１記載の遅延時間差測定装置。
【請求項３】
前記系統制御部は、前記複数の素子アンテナのうち、基準となる素子アンテナを前記第１の素子アンテナとして選択する一方、前記複数の素子アンテナの全てが信号送信対象の素子アンテナになるまで、前記基準となる素子アンテナを除く前記複数の素子アンテナの中から、１つの素子アンテナを第２の素子アンテナとして順番に選択し、
前記遅延時間差算出部は、前記系統制御部により選択された第１及び第２の素子アンテナの組み合わせ毎に、前記第１の信号伝搬系統での遅延時間と前記第２の信号伝搬系統での遅延時間との遅延時間差を算出することを特徴とする請求項１または請求項２記載の遅延時間差測定装置。
【請求項４】
前記系統制御部は、前記フェーズドアレーアンテナを構成している複数の信号遅延部のうち、前記第１の信号伝搬系統に挿入されている信号遅延部である第１の信号遅延部における信号の遅延時間量と、前記第２の信号伝搬系統に挿入されている信号遅延部である第２の信号遅延部における信号の遅延時間量とを設定する機能を備えて、前記第１の信号遅延部における信号の遅延時間と前記第２の信号遅延部における信号の遅延時間との差が第１の時間量となるように当該遅延時間量を設定した上で、前記信号送信部が前記信号源から信号を出力する第１の制御フェーズと、前記第１の信号遅延部における信号の遅延時間と前記第２の信号遅延部における信号の遅延時間との差が第２の時間量となるように当該遅延時間量を設定した上で、前記信号送信部が前記信号源から信号を出力する第２の制御フェーズとを実行し、
前記遅延時間差算出部は、前記系統制御部により第１の制御フェーズが実行されているときに前記周波数差検出部により検出された差の周波数と前記変化率を用いて、第１の遅延時間差として、前記第１の信号伝搬系統での遅延時間と前記第２の信号伝搬系統での遅延時間との遅延時間差を算出するとともに、前記系統制御部により第２の制御フェーズが実行されているときに前記周波数差検出部により検出された差の周波数と前記変化率を用いて、第２の遅延時間差として、前記第１の信号伝搬系統での遅延時間と前記第２の信号伝搬系統での遅延時間との遅延時間差を算出し、前記第１の遅延時間差と前記第２の遅延時間差とを比較して、前記第１の信号伝搬系統での遅延時間と前記第２の信号伝搬系統での遅延時間の大小を判定することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の遅延時間差測定装置。
【請求項５】
前記信号送信部は、前記信号源からチャープ信号が前記第１及び第２の素子アンテナに与えられるように、前記信号源を制御することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の遅延時間差測定装置。
【請求項６】
前記周波数差検出部は、
前記受信アンテナの受信信号を検波して、前記第１の素子アンテナから送信された信号の周波数と前記第２の素子アンテナから送信された信号の周波数との差の周波数を示す信号を出力するとともに、前記第１の素子アンテナから送信された信号の周波数と前記第２の素子アンテナから送信された信号の周波数との和の周波数を示す信号を出力する検波器と、
前記検波器から出力された差の周波数を示す信号と和の周波数を示す信号のうち、前記和の周波数を示す信号を遮断する低域通過フィルタと、
前記低域通過フィルタを通過してきた差の周波数を示す信号から、前記差の周波数を測定する周波数測定部とから構成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の遅延時間差測定装置。
【請求項７】
前記周波数差検出部は、
前記受信アンテナの受信信号をディジタル信号に変換するアナログディジタル変換器と、
前記アナログディジタル変換器により変換されたディジタル信号を検波して、前記第１の素子アンテナから送信された信号の周波数と前記第２の素子アンテナから送信された信号の周波数との差の周波数を示す信号を出力するとともに、前記第１の素子アンテナから送信された信号の周波数と前記第２の素子アンテナから送信された信号の周波数との和の周波数を示す信号を出力する検波器と、
前記検波器から出力された差の周波数を示す信号と和の周波数を示す信号のうち、前記和の周波数を示す信号を遮断する低域通過フィルタと、
前記低域通過フィルタを通過してきた差の周波数を示す信号から、前記差の周波数を測定する周波数測定部とから構成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の遅延時間差測定装置。
【請求項８】
信号源を有し、前記信号源から周波数が変化する信号を出力する信号送信部と、
前記信号送信部から出力された信号を送信する送信アンテナと、
前記送信アンテナから送信された信号を受信する複数の素子アンテナと、前記素子アンテナにより受信された信号を遅延する複数の信号遅延部とから構成されているフェーズドアレーアンテナと、
前記複数の素子アンテナの中から、信号受信対象の素子アンテナとして、第１の素子アンテナと第２の素子アンテナを選択する系統制御部と、
前記フェーズドアレーアンテナの受信信号を検波して、前記第１の素子アンテナにより受信された信号の周波数と前記第２の素子アンテナにより受信された信号の周波数との差の周波数を検出する周波数差検出部と、
前記周波数差検出部により検出された差の周波数と前記送信アンテナから送信された信号の単位時間当りの周波数の変化率を用いて、前記第１の素子アンテナから前記周波数差検出部に至る第１の信号伝搬系統での遅延時間と、前記第２の素子アンテナから前記周波数差検出部に至る第２の信号伝搬系統での遅延時間との遅延時間差を算出する遅延時間差算出部と
を備えた遅延時間差測定装置。
【請求項９】
信号源を有し、前記信号源から周波数が変化する信号を出力する信号送信部と、
前記信号送信部から出力された信号を遅延する複数の信号遅延部と、前記信号遅延部により遅延された信号を送信する複数の素子アンテナとから構成されているフェーズドアレーアンテナと、
前記複数の素子アンテナの中から、信号送信対象の素子アンテナとして、第１の素子アンテナと第２の素子アンテナを選択する系統制御部と、
前記第１及び第２の素子アンテナから送信された信号を受信する受信アンテナと、
前記受信アンテナの受信信号を検波して、前記第１の素子アンテナから送信された信号の周波数と前記第２の素子アンテナから送信された信号の周波数との差の周波数を検出する周波数差検出部と、
前記周波数差検出部により検出された差の周波数と前記第１及び第２の素子アンテナから送信された信号の単位時間当りの周波数の変化率を用いて、前記信号送信部の信号源から前記第１の素子アンテナに至る第１の信号伝搬系統での遅延時間と、前記信号送信部の信号源から前記第２の素子アンテナに至る第２の信号伝搬系統での遅延時間との遅延時間差を算出する遅延時間差算出部と、
前記遅延時間差算出部により算出された遅延時間差が零に近づくように前記信号遅延部における信号の遅延時間量を調整する遅延時間量調整部と
を備えたフェーズドアレーアンテナ装置。
【請求項１０】
前記フェーズドアレーアンテナを構成している１つの信号遅延部に対して、複数の前記素子アンテナが接続されていることを特徴とする請求項９記載のフェーズドアレーアンテナ装置。
【請求項１１】
前記複数の信号遅延部と同数個の信号源が実装されており、前記信号源と前記信号遅延部が１対１で接続されていることを特徴とする請求項９または請求項１０記載のフェーズドアレーアンテナ装置。
【請求項１２】
１対１で接続されている前記信号源と前記信号遅延部がダイレクトディジタルシンセサイザで構成されていることを特徴とする請求項１１記載のフェーズドアレーアンテナ装置。
【請求項１３】
信号源を有し、前記信号源から周波数が変化する信号を出力する信号送信部と、
前記信号送信部から出力された信号を送信する送信アンテナと、
前記送信アンテナから送信された信号を受信する複数の素子アンテナと、前記素子アンテナにより受信された信号を遅延する複数の信号遅延部とから構成されているフェーズドアレーアンテナと、
前記複数の素子アンテナの中から、信号受信対象の素子アンテナとして、第１の素子アンテナと第２の素子アンテナを選択する系統制御部と、
前記フェーズドアレーアンテナの受信信号を検波して、前記第１の素子アンテナにより受信された信号の周波数と前記第２の素子アンテナにより受信された信号の周波数との差の周波数を検出する周波数差検出部と、
前記周波数差検出部により検出された差の周波数と前記送信アンテナから送信された信号の単位時間当りの周波数の変化率を用いて、前記第１の素子アンテナから前記周波数差検出部に至る第１の信号伝搬系統での遅延時間と、前記第２の素子アンテナから前記周波数差検出部に至る第２の信号伝搬系統での遅延時間との遅延時間差を算出する遅延時間差算出部と、
前記遅延時間差算出部により算出された遅延時間差が零に近づくように前記信号遅延部における信号の遅延時間量を調整する遅延時間量調整部と
を備えたフェーズドアレーアンテナ装置。
【請求項１４】
信号送信部の信号源から周波数が変化する信号を出力し、
系統制御部が、前記信号送信部の信号源から出力された信号を遅延する複数の信号遅延部と、前記信号遅延部により遅延された信号を送信する複数の素子アンテナとから構成されているフェーズドアレーアンテナの中から、信号送信対象の素子アンテナとして、第１の素子アンテナと第２の素子アンテナを選択し、
受信アンテナが前記第１及び第２の素子アンテナから送信された信号を受信すると、周波数差検出部が、前記受信アンテナの受信信号を検波して、前記第１の素子アンテナから送信された信号の周波数と前記第２の素子アンテナから送信された信号の周波数との差の周波数を検出し、
遅延時間差算出部が、前記周波数差検出部により検出された差の周波数と前記第１及び第２の素子アンテナから送信された信号の単位時間当りの周波数の変化率を用いて、前記信号送信部の信号源から前記第１の素子アンテナに至る第１の信号伝搬系統での遅延時間と、前記信号送信部の信号源から前記第２の素子アンテナに至る第２の信号伝搬系統での遅延時間との遅延時間差を算出する
遅延時間差測定方法。
【請求項１５】
信号送信部の信号源から周波数が変化する信号を出力し、
送信アンテナが前記信号送信部の信号源から出力された信号を送信すると、系統制御部が、前記送信アンテナから送信された信号を受信する複数の素子アンテナと、前記素子アンテナにより受信された信号を遅延する複数の信号遅延部とから構成されているフェーズドアレーアンテナの中から、信号受信対象の素子アンテナとして、第１の素子アンテナと第２の素子アンテナを選択し、
周波数差検出部が、前記フェーズドアレーアンテナの受信信号を検波して、前記第１の素子アンテナにより受信された信号の周波数と前記第２の素子アンテナにより受信された信号の周波数との差の周波数を検出し、
遅延時間差算出部が、前記周波数差検出部により検出された差の周波数と前記送信アンテナから送信された信号の単位時間当りの周波数の変化率を用いて、前記第１の素子アンテナから前記周波数差検出部に至る第１の信号伝搬系統での遅延時間と、前記第２の素子アンテナから前記周波数差検出部に至る第２の信号伝搬系統での遅延時間との遅延時間差を算出する
遅延時間差測定方法。
【請求項１６】
信号送信部の信号源から周波数が変化する信号を出力し、
系統制御部が、前記信号送信部の信号源から出力された信号を遅延する複数の信号遅延部と、前記信号遅延部により遅延された信号を送信する複数の素子アンテナとから構成されているフェーズドアレーアンテナの中から、信号送信対象の素子アンテナとして、第１の素子アンテナと第２の素子アンテナを選択し、
受信アンテナが前記第１及び第２の素子アンテナから送信された信号を受信すると、周波数差検出部が、前記受信アンテナの受信信号を検波して、前記第１の素子アンテナから送信された信号の周波数と前記第２の素子アンテナから送信された信号の周波数との差の周波数を検出し、
遅延時間差算出部が、前記周波数差検出部により検出された差の周波数と前記第１及び第２の素子アンテナから送信された信号の単位時間当りの周波数の変化率を用いて、前記信号送信部の信号源から前記第１の素子アンテナに至る第１の信号伝搬系統での遅延時間と、前記信号送信部の信号源から前記第２の素子アンテナに至る第２の信号伝搬系統での遅延時間との遅延時間差を算出し、
遅延時間量調整部が、前記遅延時間差算出部により算出された遅延時間差が零に近づくように前記信号遅延部における信号の遅延時間量を調整する
フェーズドアレーアンテナ校正方法。
【請求項１７】
信号送信部の信号源から周波数が変化する信号を出力し、
送信アンテナが前記信号送信部の信号源から出力された信号を送信すると、系統制御部が、前記送信アンテナから送信された信号を受信する複数の素子アンテナと、前記素子アンテナにより受信された信号を遅延する複数の信号遅延部とから構成されているフェーズドアレーアンテナの中から、信号受信対象の素子アンテナとして、第１の素子アンテナと第２の素子アンテナを選択し、
周波数差検出部が、前記フェーズドアレーアンテナの受信信号を検波して、前記第１の素子アンテナにより受信された信号の周波数と前記第２の素子アンテナにより受信された信号の周波数との差の周波数を検出し、
遅延時間差算出部が、前記周波数差検出部により検出された差の周波数と前記送信アンテナから送信された信号の単位時間当りの周波数の変化率を用いて、前記第１の素子アンテナから前記周波数差検出部に至る第１の信号伝搬系統での遅延時間と、前記第２の素子アンテナから前記周波数差検出部に至る第２の信号伝搬系統での遅延時間との遅延時間差を算出し、
遅延時間量調整部が、前記遅延時間差算出部により算出された遅延時間差が零に近づくように前記信号遅延部における信号の遅延時間量を調整する
フェーズドアレーアンテナ校正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、通信装置やレーダ装置などに搭載されるフェーズドアレーアンテナにおける複数の信号伝搬系統間の遅延時間差を測定する遅延時間差測定装置及び遅延時間差測定方法と、フェーズドアレーアンテナにおける複数の信号伝搬系統間の遅延時間差を校正するフェーズドアレーアンテナ装置及びフェーズドアレーアンテナ校正方法とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の素子アンテナから構成されているフェーズドアレーアンテナを備えたフェーズドアレーアンテナ装置では、複数の素子アンテナから送信される高周波信号の周波数に依らずに同じ移相量を与える移相器を用いて、各素子アンテナの励振位相が設定された場合、帯域内でビーム指向の誤差やサイドローブレベルの上昇が発生する。
具体的には、フェーズドアレーアンテナの信号源から複数の素子アンテナに至る複数の信号伝搬系統において、信号の遅延時間に差異がある場合、放射パターンの指向方向が所望の方向からずれてしまうとともに、サイドローブレベルが上昇する。
【０００３】
以下の特許文献１には、ビーム指向の誤差やサイドローブレベルの上昇の発生を回避するために、信号源から出力された信号を遅延する信号遅延部が複数の信号伝搬系統に挿入され、その信号遅延部と移相器を併用しているフェーズドアレーアンテナ装置が開示されている。この信号遅延部は、実時間遅延（ＴＴＤ：Ｔｒｕｅ  Ｔｉｍｅ  Ｄｅｌａｙ）部と呼ばれることもある。
即ち、このフェーズドアレーアンテナ装置では、信号遅延部による信号の遅延時間を測定し、その測定した遅延時間と、予め信号遅延部に設定されている遅延時間との間に誤差があれば、移相器の移相量を調整することで、その誤差を補償している。
ただし、フェーズドアレーアンテナ装置を組み上げた後に、移相器の移相量の調整による誤差補償が適正であるか否かを確認する手段を備えていない。
また、例えば、ケーブルの引き回しやコネクタの結線部分など、実際にフェーズドアレーアンテナ装置を組み上げるまで遅延時間が分からない事前不明部分で生じる信号の遅延時間の誤差については補償することができない。
【０００４】
以下の非特許文献１には、事前不明部分で生じる信号の遅延時間の誤差を含む信号伝搬系統間の遅延時間差を補償できるとともに、フェーズドアレーアンテナ装置を組み上げた後に、誤差補償が適正であるか否かを確認できるようにするために、フェーズドアレーアンテナとは別に受信機を設け、空間を介して、フェーズドアレーアンテナにおける２つの信号伝搬系統間の遅延時間差を測定する遅延時間差測定方法が開示されている。
この遅延時間差測定方法では、フェーズドアレーアンテナにおける２つの信号伝搬系統に挿入されている信号遅延部が、信号の周波数を変化させながら当該信号を受信機に送信し、受信機による信号の受信レベルの変化から２つの信号伝搬系統間の遅延時間差を測定するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−０７６７４３号公報（段落番号［０００７］、図１）
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Takashi Maruyama，Satoshi Yamaguchi，Toru Takahashi，Masataka Otsuka and Hiroaki Miyashita，‘Estimation of delay time difference through space for phased array antennas with true time delay，’IEICE Communications Express，Vol，3，No．6, pp. 200-205, June 2014．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の遅延時間差測定方法は以上のように構成されているので、事前不明部分で生じる信号の遅延時間の誤差を含む信号伝搬系統間の遅延時間差を補償することができるようになるが、信号伝搬系統間の遅延時間差を測定するには、受信機による信号の受信レベルの変動周期が判明するまで、周波数の設定処理と、信号の送信処理と、受信レベルの観測処理とを繰り返し実施する必要がある。また、遅延時間差の測定精度を高めるには、周波数の設定処理において、周波数の変化を小さくして、上記の処理の繰り返し回数を増やす必要がある。このため、信号伝搬系統間の遅延時間差を測定するまでに多くの手間と時間を要するという課題があった。
【０００８】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、複数の信号伝搬系統間の遅延時間差の測定時間の短縮化を図ることができる遅延時間差測定装置及び遅延時間差測定方法を得ることを目的とする。
また、この発明は、複数の信号伝搬系統間の遅延時間差を補償することができるフェーズドアレーアンテナ装置及びフェーズドアレーアンテナ校正方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る遅延時間差測定装置は、信号源を有し、その信号源から周波数が変化する信号を出力する信号送信部と、信号送信部から出力された信号を遅延する複数の信号遅延部と、信号遅延部により遅延された信号を送信する複数の素子アンテナとから構成されているフェーズドアレーアンテナと、複数の素子アンテナの中から、信号送信対象の素子アンテナとして、第１の素子アンテナと第２の素子アンテナを選択する系統制御部と、第１及び第２の素子アンテナから送信された信号を受信する受信アンテナと、受信アンテナの受信信号を検波して、第１の素子アンテナから送信された信号の周波数と第２の素子アンテナから送信された信号の周波数との差の周波数を検出する周波数差検出部とを設け、遅延時間差算出部が、周波数差検出部により検出された差の周波数と第１及び第２の素子アンテナから送信された信号の単位時間当りの周波数の変化率を用いて、信号送信部の信号源から第１の素子アンテナに至る第１の信号伝搬系統での遅延時間と、信号送信部の信号源から第２の素子アンテナに至る第２の信号伝搬系統での遅延時間との遅延時間差を算出するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、受信アンテナの受信信号を検波して、第１の素子アンテナから送信された信号の周波数と第２の素子アンテナから送信された信号の周波数との差の周波数を検出する周波数差検出部を設け、遅延時間差算出部が、周波数差検出部により検出された差の周波数と第１及び第２の素子アンテナから送信された信号の単位時間当りの周波数の変化率を用いて、信号送信部の信号源から第１の素子アンテナに至る第１の信号伝搬系統での遅延時間と、信号送信部の信号源から第２の素子アンテナに至る第２の信号伝搬系統での遅延時間との遅延時間差を算出するように構成したので、複数の信号伝搬系統間の遅延時間差の測定時間の短縮化を図ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１によるフェーズドアレーアンテナ装置を示す構成図である。
【図２】フェーズドアレーアンテナ装置の構成要素の一部がコンピュータで構成されている場合のハードウェア構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるフェーズドアレーアンテナ装置の処理内容であるフェーズドアレーアンテナ校正方法を示すフローチャートである。
【図４】フェーズドアレーアンテナ１の放射パターンの一例を示す説明図である。
【図５】信号源１１から出力されるチャープ信号の一例を示す説明図である。
【図６】受信アンテナ４の受信信号の一例を示す説明図である。
【図７】検波器５１の一例を示す構成図である。
【図８】検波器５１の一例を示す構成図である。
【図９】この発明の実施の形態２によるフェーズドアレーアンテナ装置の処理内容であるフェーズドアレーアンテナ校正方法を示すフローチャートである。
【図１０】この発明の実施の形態３によるフェーズドアレーアンテナ装置を示す構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態３によるフェーズドアレーアンテナ装置の周波数差検出部５を示す構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態４によるフェーズドアレーアンテナ装置を示す構成図である。
【図１３】この発明の実施の形態５によるフェーズドアレーアンテナ装置を示す構成図である。
【図１４】この発明の実施の形態６によるフェーズドアレーアンテナ装置を示す構成図である。
【図１５】この発明の実施の形態６によるフェーズドアレーアンテナ装置の処理内容であるフェーズドアレーアンテナ校正方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面にしたがって説明する。
【００１３】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるフェーズドアレーアンテナ装置を示す構成図である。
フェーズドアレーアンテナ装置は、フェーズドアレーアンテナ１、信号送信部２、系統制御部３、受信アンテナ４、周波数差検出部５、遅延時間差算出部６及び遅延時間量調整部７から構成されている。
また、フェーズドアレーアンテナ装置は遅延時間差測定装置を含んでおり、フェーズドアレーアンテナ１、信号送信部２、系統制御部３、受信アンテナ４、周波数差検出部５及び遅延時間差算出部６から遅延時間差測定装置が構成されている。
【００１４】
図１において、フェーズドアレーアンテナ１の信号遅延部１１−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は系統制御部３により設定された遅延時間量だけ、信号送信部２の信号源２２から出力された高周波信号を遅延し、遅延後の高周波信号を移相器１２−ｎに出力する。
ここでは、系統制御部３により信号遅延部１１−ｎの遅延時間量が設定される例を示しているが、遅延時間量調整部７によって遅延時間量が設定されるものであってもよい。
移相器１２−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は系統制御部３により設定された移相量だけ、信号遅延部１１−ｎから出力された高周波信号の位相をずらして素子アンテナ１３−ｎに出力する。
ただし、信号遅延部１１−ｎが遅延時間量の分解能として、高周波信号の位相を制御できる程度の分解能を有していれば、移相器１２−ｎを省略するようにしてもよい。
素子アンテナ１３−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は移相器１２−ｎから出力された高周波信号を送信する。
この実施の形態１では、信号源２２から素子アンテナ１３−ｎに至る系統を信号伝搬系統と称し、フェーズドアレーアンテナ１はＮ個の信号伝搬系統を備えている。
【００１５】
信号送信部２は信号制御部２１と信号源２２から構成されている。
信号送信部２の信号制御部２１は素子アンテナ１３−１，１３−２から周波数が変化する高周波信号が送信されるように、信号源２２を制御する。
信号源２２は信号制御部２１の指示の下、周波数が変化する高周波信号を出力する。
【００１６】
系統制御部３は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、フェーズドアレーアンテナ１を制御する。
即ち、系統制御部３はフェーズドアレーアンテナ１を構成しているＮ個の素子アンテナ１３−１〜１３−Ｎの中から、信号送信対象の素子アンテナとして、第１の素子アンテナと第２の素子アンテナを選択する。
ここでは、説明の便宜上、系統制御部３により選択された第１の素子アンテナが素子アンテナ１３−１、第２の素子アンテナが素子アンテナ１３−２であるとして、信号源２２から素子アンテナ１３−１に至る信号伝搬系統（１）が第１の信号伝搬系統、信号源２２から素子アンテナ１３−２に至る信号伝搬系統（２）が第２の信号伝搬系統であるとする。
また、系統制御部３は信号伝搬系統（１）（２）に挿入されている信号遅延部１１−１，１１−２における信号の遅延時間量を設定する機能を備えており、後述する遅延時間差算出部６により算出された遅延時間差が零に近づくように信号遅延部１１−１，１１−２における信号の遅延時間量を調整する。
また、系統制御部３は信号伝搬系統（１）（２）に挿入されている移相器１２−ｎにおける信号の移相量を設定する機能を備えており、移相器１２−ｎにおける信号の移相量を調整する。
【００１７】
受信アンテナ４は素子アンテナ１３−１，１３−２から送信された高周波信号を受信する。
周波数差検出部５は検波器５１、低域通過フィルタ５２及び周波数測定部５３から構成されており、受信アンテナ４の受信信号を検波して、素子アンテナ１３−１から送信された信号の周波数と素子アンテナ１３−２から送信された信号の周波数との差の周波数を検出する。
検波器５１は受信アンテナ４の受信信号を自乗検波して、素子アンテナ１３−１から送信された信号の周波数と素子アンテナ１３−２から送信された信号の周波数との差の周波数を示す信号を低域通過フィルタ５２に出力するとともに、素子アンテナ１３−１から送信された信号の周波数と素子アンテナ１３−２から送信された信号の周波数との和の周波数を示す信号を低域通過フィルタ５２に出力する。
【００１８】
低域通過フィルタ５２は検波器５１から出力された差の周波数を示す信号と和の周波数を示す信号のうち、和の周波数を示す信号を遮断して、差の周波数を示す信号だけを通過させるローパスフィルタである。
周波数測定部５３は低域通過フィルタを通過してきた差の周波数を示す信号から、差の周波数を測定する測定器である。
【００１９】
遅延時間差算出部６は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、周波数差検出部５により検出された差の周波数と、素子アンテナ１３−１，１３−２から送信された高周波信号の単位時間当りの周波数の変化率から、信号源２２から素子アンテナ１３−１を経て受信アンテナ４に至る空間を含む信号伝搬系統での遅延時間と、信号源２２から素子アンテナ１３−２を経て受信アンテナ４に至る空間を含む信号伝搬系統での遅延時間との遅延時間差Δｔを算出する処理を実施する。
また、遅延時間差算出部６は、その算出した遅延時間差Δｔから、予め記憶している素子アンテナ１３−１から受信アンテナ４に至る空間での遅延時間である伝搬時間Ａｉｒ１と、素子アンテナ１３−２から受信アンテナ４に至る空間での遅延時間である伝搬時間Ａｉｒ２とを減算することで、信号伝搬系統（１）での遅延時間である伝搬時間Ｗｉｒｅ１と、信号伝搬系統（２）での遅延時間である伝搬時間Ｗｉｒｅ２との遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜を算出する処理を実施する。
【００２０】
遅延時間量調整部７は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、系統制御部３を介して、遅延時間差算出部６により算出された遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜が零に近づくように信号遅延部１１−１，１１−２における信号の遅延時間量を調整する処理を実施する。
ここでは、遅延時間量調整部７が系統制御部３を介して、信号遅延部１１−１，１１−２における遅延時間量を調整する例を示しているが、遅延時間量調整部７が信号遅延部１１−１，１１−２における信号の遅延時間量を直接調整するようにしてもよい。
【００２１】
図１の例では、フェーズドアレーアンテナ装置の構成要素の一部である系統制御部３、遅延時間差算出部６及び遅延時間量調整部７のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、フェーズドアレーアンテナ装置の構成要素の一部がコンピュータで構成されていてもよい。
図２はフェーズドアレーアンテナ装置の構成要素の一部がコンピュータで構成されている場合のハードウェア構成図である。
例えば、フェーズドアレーアンテナ装置の構成要素の一部である系統制御部３、遅延時間差算出部６及び遅延時間量調整部７がコンピュータで構成される場合、系統制御部３、遅延時間差算出部６及び遅延時間量調整部７の処理内容を記述しているプログラムを図２に示すコンピュータのメモリ３１に格納し、コンピュータのプロセッサ３２がメモリ３１に格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図３はこの発明の実施の形態１によるフェーズドアレーアンテナ装置の処理内容であるフェーズドアレーアンテナ校正方法を示すフローチャートである。
【００２２】
図４はフェーズドアレーアンテナ１の放射パターンの一例を示す説明図である。
図４の例では、４５度を理想的に指向している場合の放射パターンを破線で示し、複数の信号伝搬系統での信号の遅延時間である伝搬時間に時間差がある場合の放射パターンを実線で示している。
図４に示すように、複数の信号伝搬系統間で遅延時間に時間差がある場合、指向方向のずれや、サイドローブレベルの上昇が生じている。
この実施の形態１では、指向方向のずれや、サイドローブレベルの上昇を抑えるために、複数の信号伝搬系統間の遅延時間差を短時間で測定するものについて説明する。
【００２３】
次に動作について説明する。
系統制御部３は、フェーズドアレーアンテナ１を構成しているＮ個の素子アンテナ１３−１〜１３−Ｎの中から、信号送信対象の素子アンテナとして、第１の素子アンテナと第２の素子アンテナを選択することで、第１の信号伝搬系統と第２の信号伝搬系統を選択する（図３のステップＳＴ１）。
例えば、Ｎ個の素子アンテナ１３−１〜１３−Ｎの中で、基準となる素子アンテナが素子アンテナ１３−１であれば、第１の素子アンテナとして素子アンテナ１３−１を選択する。
また、基準となる素子アンテナ１３−１以外の全ての素子アンテナ１３−２〜１３−Ｎが第２の素子アンテナとして選択されるまで、素子アンテナ１３−２〜１３−Ｎの中の任意の素子アンテナを第２の素子アンテナとして順番に選択する。
ここでは、説明の便宜上、第１の素子アンテナとして素子アンテナ１３−１を選択し、第２の素子アンテナとして素子アンテナ１３−２を選択するものとする。
これにより、第１の信号伝搬系統として、信号源２２から素子アンテナ１３−１に至る信号伝搬系統（１）が選択され、第２の信号伝搬系統として、信号源２２から素子アンテナ１３−２に至る信号伝搬系統（２）が選択される。
【００２４】
信号送信部２の信号制御部２１は、素子アンテナ１３−１，１３−２から周波数が変化する高周波信号が送信されるように、信号源２２を制御する。
この実施の形態１では、説明の便宜上、周波数が変化する高周波信号として、チャープ信号が送信されるように、信号源２２を制御するものとする。ただし、周波数が変化する高周波信号であればよく、チャープ信号に限るものではない。
これにより、信号送信部２の信号源２２は、チャープ信号を第１の素子アンテナである素子アンテナ１３−１と、第２の素子アンテナである素子アンテナ１３−２とに出力する。
このとき、素子アンテナ１３−３〜１３−Ｎは、系統制御部３によって選択されていないので、信号源２２から素子アンテナ１３−３〜１３−Ｎにはチャープ信号が出力されない。
【００２５】
図５は信号源２２から出力されるチャープ信号の一例を示す説明図である。
図５において、ｆｌはチャープ信号の開始周波数、ｆｈはチャープ信号の終了周波数、ｖはチャープ信号の単位時間当りの周波数の変化率である。即ち、チャープ信号の周波数が開始周波数ｆｌから終了周波数ｆｈに至るまでの時間で、終了周波数ｆｈと開始周波数ｆｌの差分を除算した値である。
この実施の形態１では、信号源２２は、周波数が開始周波数ｆｌから終了周波数ｆｈまで変化する信号を連続的に出力可能であるものとし、信号制御部２１が、チャープ信号の開始周波数ｆｌ、チャープ信号の終了周波数ｆｈ及びチャープ信号の単位時間当りの周波数の変化率ｖを信号源２２に指示することで、信号源２２が図５に示すようなチャープ信号を出力する。
【００２６】
フェーズドアレーアンテナ１の信号遅延部１１−１，１１−２は、信号源２２からチャープ信号を受けると、系統制御部３により設定された遅延時間量だけ、そのチャープ信号を遅延し、遅延後のチャープ信号を移相器１２−１，１２−２に出力する。
ただし、ここでは説明の簡単化のため、系統制御部３により設定された遅延時間量が０であるものとする。
移相器１２−１，１２−２は、信号遅延部１１−１，１１−２から遅延後のチャープ信号を受けると、系統制御部３により設定された移相量だけ、そのチャープ信号の位相をずらして素子アンテナ１３−１，１３−２に出力する。
ただし、ここでは説明の簡単化のため、系統制御部３により設定された移相量が０であるものとする。
これにより、素子アンテナ１３−１，１３−２からチャープ信号が送信される（ステップＳＴ２）。
【００２７】
受信アンテナ４は、フェーズドアレーアンテナ１の素子アンテナ１３−１，１３−２から送信されたチャープ信号を受信する（ステップＳＴ３）。
ここで、信号源２２から素子アンテナ１３−１に至る信号伝搬系統（１）でのチャープ信号の伝搬時間をＷｉｒｅ１、信号源２２から素子アンテナ１３−２に至る信号伝搬系統（１）でのチャープ信号の伝搬時間をＷｉｒｅ２とする。
また、素子アンテナ１３−１から受信アンテナ４に至る空間でのチャープ信号の伝搬時間をＡｉｒ１、素子アンテナ１３−２から受信アンテナ４に至る空間でのチャープ信号の伝搬時間をＡｉｒ２とする。
【００２８】
図６は受信アンテナ４の受信信号の一例を示す説明図である。
図６の例では、信号伝搬系統（１）及び素子アンテナ１３−１から受信アンテナ４に至る空間での遅延時間（Ｗｉｒｅ１＋Ａｉｒ１）と、信号伝搬系統（２）及び素子アンテナ１３−２から受信アンテナ４に至る空間での遅延時間（Ｗｉｒｅ２＋Ａｉｒ２）との間に時間差がある場合、即ち、遅延時間差Δｔ≠０の場合を示している。
このため、受信アンテナ４は、各時間において、周波数が異なる２波のチャープ信号を受信する。以下、信号伝搬系統（１）経由の受信信号の周波数をｆ１、信号伝搬系統（２）経由の受信信号の周波数をｆ２とする。
この実施の形態１では、有線区間である信号伝搬系統（１）での伝搬時間Ｗｉｒｅ１と、有線区間である信号伝搬系統（２）での伝搬時間Ｗｉｒｅ２との遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜を算出することを目的とするが、遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜の測定に必要な分解能は、例えば１ｎｓ程度と小さく、遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜を直接測定することは困難である。
そこで、この実施の形態１では、以下に示すように、図６に示す周波数ｆ１と周波数ｆ２の周波数差Δｆを測定して、その周波数差Δｆから遅延時間差Δｔを算出し、その遅延時間差Δｔから遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜を算出するようにしている。
【００２９】
周波数差検出部５の検波器５１は、受信アンテナ４の受信信号を自乗検波して、素子アンテナ１３−１から送信されたチャープ信号の周波数ｆ１と素子アンテナ１３−２から送信されたチャープ信号の周波数ｆ２との差の周波数を示す信号を出力するとともに、素子アンテナ１３−１から送信されたチャープ信号の周波数ｆ１と素子アンテナ１３−２から送信されたチャープ信号の周波数ｆ２との和の周波数を示す信号を出力する（ステップＳＴ４）。
即ち、検波器５１は、周波数ｆ１のチャープ信号と周波数ｆ２のチャープ信号とを入力すると、周波数２×ｆ１の信号、周波数２×ｆ２の信号、周波数ｆ１＋ｆ２の信号、周波数ｆ１−ｆ２の信号を出力する。
ここで、周波数ｆ１−ｆ２の信号は、素子アンテナ１３−１から送信されたチャープ信号の周波数ｆ１と素子アンテナ１３−２から送信されたチャープ信号の周波数ｆ２との差の周波数を示す信号、即ち、図６に示す周波数ｆ１と周波数ｆ２の周波数差Δｆを示す低周波信号に相当する。
また、周波数ｆ１と周波数ｆ２が概ね同程度の周波数であるとすると、周波数２×ｆ１、周波数２×ｆ２、周波数ｆ１＋ｆ２は、周波数ｆ１又は周波数ｆ２の概ね２倍の周波数となる。したがって、周波数２×ｆ１の信号、周波数２×ｆ２の信号、周波数ｆ１＋ｆ２の信号は、素子アンテナ１３−１から送信されたチャープ信号の周波数ｆ１と素子アンテナ１３−２から送信されたチャープ信号の周波数ｆ２との和の周波数を示す信号に相当する。
【００３０】
図７及び図８は検波器５１の一例を示す構成図である。
図７の構成例では、受信アンテナ４の受信信号が２分岐された信号がミキサ５１ａに入力され、ミキサ５１ａが２分岐された信号同士の積を出力するようにしている。
図８の構成例では、受信アンテナ４の受信信号の電圧の２乗に比例した電流を出力するダイオード５１ｂと、その電流の値を出力する電流計５１ｃとから検波器５１が構成されている。
【００３１】
低域通過フィルタ５２は、検波器５１から周波数２×ｆ１の信号、周波数２×ｆ２の信号、周波数ｆ１＋ｆ２の信号、周波数ｆ１−ｆ２の信号を受けると、周波数２×ｆ１の信号、周波数２×ｆ２の信号、周波数ｆ１＋ｆ２の信号を遮断して、周波数ｆ１−ｆ２の信号だけを通過させる（ステップＳＴ４）。
周波数測定部５３は、低域通過フィルタ５２を通過してきた周波数ｆ１−ｆ２の信号から、周波数ｆ１と周波数ｆ２の周波数差Δｆ（＝ｆ１−ｆ２）を測定する（ステップＳＴ５）。
【００３２】
遅延時間差算出部６は、周波数測定部５３が周波数ｆ１と周波数ｆ２の周波数差Δｆを測定すると、下記の式（１）に示すように、その周波数差Δｆと、素子アンテナ１３−１，１３−２から送信されたチャープ信号の単位時間当りの周波数の変化率ｖとから遅延時間差Δｔを算出する（ステップＳＴ６）。チャープ信号の単位時間当りの周波数の変化率ｖは、例えば、信号制御部２１から得ることができる。
Δｔ＝Δｆ／ｖ                （１）
遅延時間差Δｔは、上述したように、信号伝搬系統（１）及び素子アンテナ１３−１から受信アンテナ４に至る空間での遅延時間（Ｗｉｒｅ１＋Ａｉｒ１）と、信号伝搬系統（２）及び素子アンテナ１３−２から受信アンテナ４に至る空間での遅延時間（Ｗｉｒｅ２＋Ａｉｒ２）との間の時間差があるため、下記の式（２）のように定義される。
Δｔ＝｜（Ｗｉｒｅ２＋Ａｉｒ２）−（Ｗｉｒｅ１＋Ａｉｒ１）｜    （２）
したがって、式（１）によって算出した遅延時間差Δｔから、空間での伝搬時間Ａｉｒ１，Ａｉｒ２を減算すれば、信号伝搬系統（１）での伝搬時間Ｗｉｒｅ１と、信号伝搬系統（２）での伝搬時間Ｗｉｒｅ２との遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜を算出することができる。
【００３３】
空間での伝搬時間Ａｉｒ１，Ａｉｒ２は、素子アンテナ１３−１，１３−２と受信アンテナ４の設置位置から計算することができる。また、素子アンテナ１３−１，１３−２と受信アンテナ４間の距離を測距することでも、伝搬時間Ａｉｒ１，Ａｉｒ２を計算することができる。
そこで、遅延時間差算出部６は、事前に空間での伝搬時間Ａｉｒ１，Ａｉｒ２を計算して記憶し、式（１）によって算出した遅延時間差Δｔから、空間での伝搬時間Ａｉｒ１，Ａｉｒ２を減算することで、信号伝搬系統（１）での伝搬時間Ｗｉｒｅ１と、信号伝搬系統（２）での伝搬時間Ｗｉｒｅ２との遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜を算出する（ステップＳＴ７）。
【００３４】
遅延時間量調整部７は、遅延時間差算出部６が遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜を算出すると、系統制御部３を介して、その遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜が零に近づくように信号遅延部１１−１，１１−２における信号の遅延時間量を調整する（ステップＳＴ８）。
ただし、遅延時間差算出部６により算出された遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜は、遅延時間差の絶対値であり、信号伝搬系統（１）での伝搬時間Ｗｉｒｅ１と、信号伝搬系統（２）での伝搬時間Ｗｉｒｅ２との大小関係が不明である。
このため、例えば、遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜に相当する遅延時間量だけ信号伝搬系統（２）における信号遅延部１１−２の信号の遅延時間量を増やすと、逆に、遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜が拡大してしまうことがある。
このような場合には、例えば、信号伝搬系統（２）における信号遅延部１１−２の信号の遅延時間量を元の遅延時間量に戻してから、遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜に相当する遅延時間量だけ信号伝搬系統（１）における信号遅延部１１−１の信号の遅延時間量を増やすようにすれば、遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜を零に近づけることができる。
【００３５】
信号遅延部１１−１，１１−２における信号の遅延時間量の調整が完了すると、素子アンテナ１３−３〜１３−Ｎの中で、未だ第２の素子アンテナとして選択していない素子アンテナを選択して、ステップＳＴ１〜ＳＴ８と同様の処理を実施する。
基準となる素子アンテナ１３−１以外の全ての素子アンテナ１３−２〜１３−Ｎが第２の素子アンテナとして選択されるまで、ステップＳＴ１〜ＳＴ８と同様の処理を繰り返し実施する。
【００３６】
上記の処理の繰り返しが完了すると、基準となる素子アンテナ１３−１が接続されている信号遅延部１１−１における信号の遅延時間量に対する信号遅延部１１−２〜１１−Ｎにおける信号の遅延時間量の相対時間量が判明する。
即ち、信号遅延部１１−１における信号の遅延時間量と信号遅延部１１−２における信号の遅延時間量との相対時間量ΔＴ１−２、信号遅延部１１−１における信号の遅延時間量と信号遅延部１１−３における信号の遅延時間量との相対時間量ΔＴ１−３、・・・、信号遅延部１１−１における信号の遅延時間量と信号遅延部１１−Ｎにおける信号の遅延時間量との相対時間量ΔＴ１−Ｎとが判明する。
なお、上記の処理において、信号伝搬系統（ｎ）（ｎ＝２，３，・・）における信号遅延部１１−ｎの信号の遅延時間量を増やしている場合には、相対時間量ΔＴ１−ｎの値がプラスの値になるが、信号伝搬系統（１）における信号遅延部１１−１の信号の遅延時間量を増やしている場合には、相対時間量ΔＴ１−ｎの値がマイナスの値になる。
【００３７】
遅延時間量調整部７は、相対時間量ΔＴ１−２〜ΔＴ１−Ｎが判明すると、相対時間量ΔＴ１−２〜ΔＴ１−Ｎの中で、最も小さい相対時間量ΔＴｍｉｎを特定する。
最も小さい相対時間量ΔＴｍｉｎの値がプラスの値であれば、上記の処理の繰り返しにおいて、基準となる素子アンテナ１３−１が接続されている信号遅延部１１−１における信号の遅延時間量が一度も調整されていないが、最も小さい相対時間量ΔＴｍｉｎの値がマイナスの値であれば、基準となる素子アンテナ１３−１が接続されている信号遅延部１１−１における信号の遅延時間量が少なくとも１回調整されているので、基準の時間がずれてしまっている。
例えば、信号遅延部１１−１における信号の遅延時間量と信号遅延部１１−２における信号の遅延時間量との相対時間量ΔＴ１−２が最も小さい相対時間量ΔＴｍｉｎであって、その相対時間量ΔＴｍｉｎの値がマイナスの値であり、相対時間量ΔＴ１−２以外の相対時間量ΔＴ１−３〜ΔＴ１−Ｎがプラスの値であれば、信号遅延部１１−２における信号の遅延時間量が０を維持しているが、信号遅延部１１−１における信号の遅延時間量が０でなくなっており、基準の時間がずれてしまっている。
そこで、遅延時間量調整部７は、基準の時間を合わせるため、信号遅延部１１−１における信号の遅延時間量を｜ΔＴ１−２｜、信号遅延部１１−２における信号の遅延時間量を０、信号遅延部１１−３における信号の遅延時間量をΔＴ１−３＋｜ΔＴ１−２｜、・・・、信号遅延部１１−Ｎにおける信号の遅延時間量をΔＴ１−Ｎ＋｜ΔＴ１−２｜に再調整する。
これにより、信号伝搬系統（１）〜信号伝搬系統（Ｎ）での伝搬時間Ｗｉｒｅ１〜ＷｉｒｅＮが概ね同じ時間に調整される。その結果、指向方向のずれや、サイドローブレベルの上昇が抑えられる。
【００３８】
以上で明らかなように、この実施の形態１では、系統制御部３により第１の素子アンテナとして、素子アンテナ１３−１が選択され、第２の素子アンテナとして、素子アンテナ１３−２が選択された場合、受信アンテナ４の受信信号を検波して、素子アンテナ１３−１から送信されたチャープ信号の周波数ｆ１と素子アンテナ１３−２から送信されたチャープ信号の周波数ｆ２との周波数差Δｆを検出する周波数差検出部５を設け、遅延時間差算出部６が、周波数差検出部５により検出された周波数差Δｆと、チャープ信号の単位時間当りの周波数の変化率ｖを用いて、信号伝搬系統（１）での伝搬時間Ｗｉｒｅ１と、信号伝搬系統（２）での伝搬時間Ｗｉｒｅ２との遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜を算出するように構成したので、遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜の測定時間の短縮化を図ることができる効果を奏する。
【００３９】
即ち、非特許文献１の方法を用いる場合、受信機による信号の受信レベルの変動周期が判明するまで、周波数の設定処理と、信号の送信処理と、受信レベルの観測処理とを繰り返し実施する必要があり、また、遅延時間差の測定精度を高めるには、周波数の設定処理において、周波数の変化を小さくして、上記の処理の繰り返し回数を増やす必要がある。このため、信号伝搬系統間の遅延時間差を測定するまでに多くの手間と時間を要する。
これに対して、この実施の形態１では、素子アンテナ１３−１，１３−２からチャープ信号を１回送信するだけで、信号伝搬系統（１）での伝搬時間Ｗｉｒｅ１と、信号伝搬系統（２）での伝搬時間Ｗｉｒｅ２との遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜を算出することができるため、非特許文献１の方法を用いる場合よりも短時間で、遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜を測定することができる。
【００４０】
なお、この実施の形態１では、周波数差検出部５が周波数差Δｆを検出する処理タイミングについて言及していなかったが、図６において、期間（２）で周波数差Δｆの検出処理を実施しても、周波数差Δｆを得ることができないため、期間（１）で周波数差Δｆの検出処理を実施する必要がある。
そこで、周波数差検出部５が周波数差Δｆの検出処理を開始する前に、信号遅延部１１−１，１１−２における信号の遅延時間量を事前調整、あるいは、チャープ信号の周波数が開始周波数ｆｌから終了周波数ｆｈに到達するまでの時間を長くすることにより、期間（１）の時間率を期間（２）よりも大きくして、最も支配的な差の周波数がΔｆとみなされるようにすれば、概ね、期間（１）で周波数差Δｆの検出処理が実施されるようになる。
【００４１】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、遅延時間差算出部６が遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜を算出するものを示したが、遅延時間差算出部６が遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜を算出するとともに、信号伝搬系統（１）での遅延時間である伝搬時間Ｗｉｒｅ１と、信号伝搬系統（２）での遅延時間である伝搬時間Ｗｉｒｅ２との大小を判定するようにしてもよい。
【００４２】
次に動作について説明する。
図９はこの発明の実施の形態２によるフェーズドアレーアンテナ装置の処理内容であるフェーズドアレーアンテナ校正方法を示すフローチャートである。
図９において、ステップＳＴ１１〜ＳＴ１８の処理を第１の制御フェーズ、ステップＳＴ２１〜ＳＴ２７の処理を第２の制御フェーズと称する。
【００４３】
まず、系統制御部３は、上記実施の形態１と同様に、フェーズドアレーアンテナ１を構成しているＮ個の素子アンテナ１３−１〜１３−Ｎの中から、信号送信対象の素子アンテナとして、第１の素子アンテナと第２の素子アンテナを選択することで、第１の信号伝搬系統と第２の信号伝搬系統を選択する（図９のステップＳＴ１１）。
この実施の形態２でも、第１の素子アンテナとして素子アンテナ１３−１を選択し、第２の素子アンテナとして素子アンテナ１３−２を選択するものとする。
これにより、第１の信号伝搬系統として、信号源２２から素子アンテナ１３−１に至る信号伝搬系統（１）が選択され、第２の信号伝搬系統として、信号源２２から素子アンテナ１３−２に至る信号伝搬系統（２）が選択される。
【００４４】
遅延時間量調整部７は、系統制御部３を介して、信号遅延部１１−１，１１−２における信号の遅延時間量を０に設定する（ステップＳＴ１２）。
信号送信部２の信号制御部２１は、遅延時間量調整部７が信号遅延部１１−１，１１−２における遅延時間量を設定すると、素子アンテナ１３−１，１３−２から周波数が変化する高周波信号が送信されるように、信号源２２を制御する。
この実施の形態２でも、説明の便宜上、周波数が変化する高周波信号として、チャープ信号が送信されるように、信号源２２を制御するものとする。
これにより、信号送信部２の信号源２２は、チャープ信号を第１の素子アンテナである素子アンテナ１３−１と、第２の素子アンテナである素子アンテナ１３−２とに出力する。
このとき、素子アンテナ１３−３〜１３−Ｎは、系統制御部３によって選択されていないので、信号源２２から素子アンテナ１３−３〜１３−Ｎにはチャープ信号が出力されない。
【００４５】
フェーズドアレーアンテナ１の信号遅延部１１−１，１１−２は、信号源２２からチャープ信号を受けると、系統制御部３により設定された遅延時間量だけ、そのチャープ信号を遅延し、遅延後のチャープ信号を移相器１２−１，１２−２に出力する。
ここでは、系統制御部３により設定された遅延時間量が０であるため、信号源２２から出力されたチャープ信号を遅延せずに、そのチャープ信号を移相器１２−１，１２−２に出力する。
移相器１２−１，１２−２は、信号遅延部１１−１，１１−２からチャープ信号を受けると、系統制御部３により設定された移相量だけ、そのチャープ信号の位相をずらして素子アンテナ１３−１，１３−２に出力する。
ただし、ここでは説明の簡単化のため、系統制御部３により設定された移相量が０であるものとする。
これにより、素子アンテナ１３−１，１３−２からチャープ信号が送信される（ステップＳＴ１３）。
受信アンテナ４は、フェーズドアレーアンテナ１の素子アンテナ１３−１，１３−２から送信されたチャープ信号を受信する（ステップＳＴ１４）。
【００４６】
周波数差検出部５の検波器５１は、上記実施の形態１と同様に、受信アンテナ４の受信信号を自乗検波して、素子アンテナ１３−１から送信されたチャープ信号の周波数ｆ１と素子アンテナ１３−２から送信されたチャープ信号の周波数ｆ２との差の周波数を示す信号を出力するとともに、素子アンテナ１３−１から送信されたチャープ信号の周波数ｆ１と素子アンテナ１３−２から送信されたチャープ信号の周波数ｆ２との和の周波数を示す信号を出力する（ステップＳＴ１５）。
即ち、検波器５１は、周波数２×ｆ１の信号、周波数２×ｆ２の信号、周波数ｆ１＋ｆ２の信号、周波数ｆ１−ｆ２の信号を出力する。
低域通過フィルタ５２は、検波器５１から周波数２×ｆ１の信号、周波数２×ｆ２の信号、周波数ｆ１＋ｆ２の信号、周波数ｆ１−ｆ２の信号を受けると、上記実施の形態１と同様に、周波数２×ｆ１の信号、周波数２×ｆ２の信号、周波数ｆ１＋ｆ２の信号を遮断して、周波数ｆ１−ｆ２の信号だけを通過させる（ステップＳＴ１５）。
周波数測定部５３は、上記実施の形態１と同様に、低域通過フィルタ５２を通過してきた周波数ｆ１−ｆ２の信号から、周波数ｆ１と周波数ｆ２の周波数差Δｆを測定する（ステップＳＴ１６）。
【００４７】
遅延時間差算出部６は、周波数測定部５３が周波数ｆ１と周波数ｆ２の周波数差Δｆを測定すると、上記実施の形態１と同様に、その周波数差Δｆと、素子アンテナ１３−１，１３−２から送信されたチャープ信号の単位時間当りの周波数の変化率ｖとから遅延時間差Δｔを算出する（ステップＳＴ１７）。
遅延時間差算出部６は、遅延時間差Δｔを算出すると、上記実施の形態１と同様に、その遅延時間差Δｔから、事前に記憶している空間での伝搬時間Ａｉｒ１，Ａｉｒ２を減算することで、信号伝搬系統（１）での伝搬時間Ｗｉｒｅ１と、信号伝搬系統（２）での伝搬時間Ｗｉｒｅ２との遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜を算出する（ステップＳＴ１８）。
ここでは、説明の便宜上、その算出した遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜を遅延時間差Ａとする。
【００４８】
遅延時間量調整部７は、第１の制御フェーズが終了すると、系統制御部３を介して、信号遅延部１１−１における信号の遅延時間量を０に設定するとともに、信号遅延部１１−２における信号の遅延時間量をαに設定する（ステップＳＴ２１）。ただし、αは正の値で、図６に示す期間（１）の時間より小さい値であるものとする。
第１の制御フェーズでは、ステップＳＴ１２において、信号遅延部１１−１，１１−２における信号の遅延時間量を０に設定し、第２の制御フェーズでは、ステップＳＴ２１において、信号遅延部１１−１における信号の遅延時間量を０、信号遅延部１１−２における信号の遅延時間量をαに設定する例を示しているが、第１の制御フェーズでの信号遅延部１１−１における信号の遅延時間量と信号遅延部１１−２における信号の遅延時間量との差である第１の時間量と、第２の制御フェーズでの信号遅延部１１−１における信号の遅延時間量と信号遅延部１１−２における信号の遅延時間量との差である第２の時間量とが異なっていればよい。
したがって、第１の制御フェーズでは、信号遅延部１１−１における信号の遅延時間量をａ、信号遅延部１１−２における信号の遅延時間量をｂに設定する一方、第２の制御フェーズでは、信号遅延部１１−１における信号の遅延時間量をｃ、信号遅延部１１−２における信号の遅延時間量をｄに設定するようにしてもよい。ただし、｜ａ−ｂ｜≠｜ｃ−ｄ｜である。
【００４９】
信号送信部２の信号制御部２１は、遅延時間量調整部７が、系統制御部３を介して、信号遅延部１１−１，１１−２における信号の遅延時間量を設定すると、素子アンテナ１３−１，１３−２からチャープ信号が送信されるように、信号源２２を制御する。
これにより、信号送信部２の信号源２２は、チャープ信号を第１の素子アンテナである素子アンテナ１３−１と、第２の素子アンテナである素子アンテナ１３−２とに出力する。
このとき、素子アンテナ１３−３〜１３−Ｎは、系統制御部３によって選択されていないので、信号源２２から素子アンテナ１３−３〜１３−Ｎにはチャープ信号が出力されない。
【００５０】
信号遅延部１１−１，１１−２は、信号源２２からチャープ信号を受けると、系統制御部３により設定された遅延時間量だけ、そのチャープ信号を遅延し、遅延後のチャープ信号を移相器１２−１，１２−２に出力する。
ここでは、系統制御部３により信号遅延部１１−１に設定された遅延時間量が０であるため、信号源２２から出力されたチャープ信号を遅延せずに、そのチャープ信号を移相器１２−１に出力する。
また、系統制御部３により信号遅延部１１−２に設定された遅延時間量がαであるため、信号源２２から出力されたチャープ信号を遅延時間量αだけ遅延してから、そのチャープ信号を移相器１２−２に出力する。
【００５１】
移相器１２−１，１２−２は、信号遅延部１１−１，１１−２からチャープ信号を受けると、系統制御部３により設定された移相量だけ、そのチャープ信号の位相をずらして素子アンテナ１３−１，１３−２に出力する。
ただし、ここでは説明の簡単化のため、系統制御部３により設定された移相量が０であるものとする。
これにより、素子アンテナ１３−１，１３−２からチャープ信号が送信される（ステップＳＴ２２）。
受信アンテナ４は、フェーズドアレーアンテナ１の素子アンテナ１３−１，１３−２から送信されたチャープ信号を受信する（ステップＳＴ２３）。
【００５２】
周波数差検出部５の検波器５１は、上記実施の形態１と同様に、受信アンテナ４の受信信号を自乗検波して、素子アンテナ１３−１から送信されたチャープ信号の周波数ｆ１と素子アンテナ１３−２から送信されたチャープ信号の周波数ｆ２との差の周波数を示す信号を出力するとともに、素子アンテナ１３−１から送信されたチャープ信号の周波数ｆ１と素子アンテナ１３−２から送信されたチャープ信号の周波数ｆ２との和の周波数を示す信号を出力する（ステップＳＴ２４）。
即ち、検波器５１は、周波数２×ｆ１の信号、周波数２×ｆ２の信号、周波数ｆ１＋ｆ２の信号、周波数ｆ１−ｆ２の信号を出力する。
低域通過フィルタ５２は、検波器５１から周波数２×ｆ１の信号、周波数２×ｆ２の信号、周波数ｆ１＋ｆ２の信号、周波数ｆ１−ｆ２の信号を受けると、上記実施の形態１と同様に、周波数２×ｆ１の信号、周波数２×ｆ２の信号、周波数ｆ１＋ｆ２の信号を遮断して、周波数ｆ１−ｆ２の信号だけを通過させる（ステップＳＴ２４）。
周波数測定部５３は、上記実施の形態１と同様に、低域通過フィルタ５２を通過してきた周波数ｆ１−ｆ２の信号から、周波数ｆ１と周波数ｆ２の周波数差Δｆを測定する（ステップＳＴ２５）。
【００５３】
遅延時間差算出部６は、周波数測定部５３が周波数ｆ１と周波数ｆ２の周波数差Δｆを測定すると、上記実施の形態１と同様に、その周波数差Δｆと、素子アンテナ１３−１，１３−２から送信されたチャープ信号の単位時間当りの周波数の変化率ｖとから遅延時間差Δｔを算出する（ステップＳＴ２６）。
遅延時間差算出部６は、遅延時間差Δｔを算出すると、上記実施の形態１と同様に、その遅延時間差Δｔから、事前に記憶している空間での伝搬時間Ａｉｒ１，Ａｉｒ２を減算することで、信号伝搬系統（１）での伝搬時間Ｗｉｒｅ１と、信号伝搬系統（２）での伝搬時間Ｗｉｒｅ２との遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜を算出する（ステップＳＴ２７）。
ここでは、説明の便宜上、その算出した遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜を遅延時間差Ｂとする。
【００５４】
遅延時間差算出部６は、第２の制御フェーズで遅延時間差Ｂを算出すると、第１の制御フェーズで算出した遅延時間差Ａと遅延時間差Ｂとを比較し（ステップＳＴ３１）、第２の制御フェーズで算出した遅延時間差Ｂが第１の制御フェーズで算出した遅延時間差Ａより大きければ（ステップＳＴ３１：Ｙｅｓの場合）、αが正の値であるため、信号伝搬系統（１）での伝搬時間Ｗｉｒｅ１と、信号伝搬系統（２）での伝搬時間Ｗｉｒｅ２との遅延時間差Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１が正であると判定する（ステップＳＴ３２）。即ち、信号伝搬系統（２）での伝搬時間Ｗｉｒｅ２が、信号伝搬系統（１）での伝搬時間Ｗｉｒｅ１より大きいと判定する。
一方、第２の制御フェーズで算出した遅延時間差Ｂが第１の制御フェーズで算出した遅延時間差Ａより大きくなければ（ステップＳＴ３１：Ｎｏの場合）、αが正の値であるため、信号伝搬系統（１）での伝搬時間Ｗｉｒｅ１と、信号伝搬系統（２）での伝搬時間Ｗｉｒｅ２との遅延時間差Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１が負であると判定する（ステップＳＴ３３）。即ち、信号伝搬系統（２）での伝搬時間Ｗｉｒｅ２が、信号伝搬系統（１）での伝搬時間Ｗｉｒｅ１以下であると判定する。
【００５５】
遅延時間量調整部７は、遅延時間差算出部６が遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜を算出し、かつ、信号伝搬系統（１）での伝搬時間Ｗｉｒｅ１と信号伝搬系統（２）での伝搬時間Ｗｉｒｅ２との大小を判定すると、系統制御部３を介して、その遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜が零に近づくように信号遅延部１１−１，１１−２における遅延時間量を調整する（ステップＳＴ３４）。
例えば、信号伝搬系統（２）での伝搬時間Ｗｉｒｅ２が、信号伝搬系統（１）での伝搬時間Ｗｉｒｅ１より大きいと判定されている場合、遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜に相当する遅延時間量だけ信号伝搬系統（１）における信号遅延部１１−１の信号の遅延時間量を増やすように調整する。
一方、信号伝搬系統（２）での伝搬時間Ｗｉｒｅ２が、信号伝搬系統（１）での伝搬時間Ｗｉｒｅ１より大きくないと判定されている場合、遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜に相当する遅延時間量だけ信号伝搬系統（２）における信号遅延部１１−２の信号の遅延時間量を増やすように調整する。
【００５６】
信号遅延部１１−１，１１−２における信号の遅延時間量の調整が完了すると、素子アンテナ１３−２〜１３−Ｎの中で、未だ第２の素子アンテナとして選択していない素子アンテナを選択して、ステップＳＴ１１〜ＳＴ３４と同様の処理を実施する。
基準となる素子アンテナ１３−１以外の全ての素子アンテナ１３−２〜１３−Ｎが第２の素子アンテナとして選択されるまで、ステップＳＴ１１〜ＳＴ３４と同様の処理を繰り返し実施する。
【００５７】
上記の処理の繰り返しが完了すると、上記実施の形態１と同様に、基準の時間を合わせるため、信号遅延部１１−１〜１１−Ｎにおける信号の遅延時間量を再調整する。
これにより、信号伝搬系統（１）〜信号伝搬系統（Ｎ）での伝搬時間Ｗｉｒｅ１〜ＷｉｒｅＮが概ね同じ時間に調整される。その結果、指向方向のずれや、サイドローブレベルの上昇が抑えられる。
【００５８】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、遅延時間差算出部６が遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜を算出し、かつ、信号伝搬系統（１）での伝搬時間Ｗｉｒｅ１と信号伝搬系統（２）での伝搬時間Ｗｉｒｅ２との大小を判定するように構成したので、遅延時間量調整部７による遅延時間量の調整方向が一義的に決定される。この結果、遅延時間量調整部７が遅延時間量の調整処理を速やかに完了することができる効果を奏する。
【００５９】
実施の形態３．
上記実施の形態１，２では、周波数差検出部５がアナログ信号処理で周波数差Δｆを検出するものを示したが、ディジタル信号処理で周波数差Δｆを検出するようにしてもよい。
図１０はこの発明の実施の形態３によるフェーズドアレーアンテナ装置を示す構成図であり、図１０において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
周波数差検出部５のＡ／Ｄコンバータ６１は受信アンテナ４の受信信号をディジタル信号に変換するアナログディジタル変換器である。
検波器６２はディジタル信号処理で信号を検波する点で図１の検波器５１と相違しているが、図１の検波器５１と同様に、差の周波数を示す信号と和の周波数を示す信号を出力する。
【００６０】
低域通過フィルタ６３はディジタル信号処理でフィルタ処理する点で図１の低域通過フィルタ５２と相違しているが、図１の低域通過フィルタ５２と同様に、和の周波数を示す信号を遮断して、差の周波数を示す信号だけを通過させる。
周波数測定部６４はディジタル信号処理で周波数差Δｆを測定する点で図１の周波数測定部５３と相違しているが、図１の周波数測定部５３と同様に、低域通過フィルタ６３を通過してきた差の周波数を示す信号から、周波数差Δｆを測定する。
【００６１】
周波数差検出部５がディジタル信号処理で周波数差Δｆを検出すること以外は、上記実施の形態１，２と同様であるため詳細な説明は省略する。
なお、受信アンテナ４の受信信号の周波数が高い場合には、図１１に示すように、受信アンテナ４とＡ／Ｄコンバータ６１との間にミキサ６５と低域通過フィルタ６７を設け、ミキサ６５が、信号源６６から出力された局部発振信号を受信アンテナ４の受信信号に乗算することで、その受信信号の周波数をダウンコンバートし、低域通過フィルタ６７が、ミキサ６５により周波数がダウンコンバートされた受信信号に含まれている高周波成分を除去するようにしてもよい。
【００６２】
実施の形態４．
上記実施の形態１〜３では、フェーズドアレーアンテナ１を構成している信号遅延部１１−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）毎に、移相器１２−ｎと素子アンテナ１３−ｎが１つずつ接続されているものを示したが、信号遅延部１１−ｎ毎に、移相器１２−ｎと素子アンテナ１３−ｎが複数接続されているものであってもよい。
【００６３】
図１２はこの発明の実施の形態４によるフェーズドアレーアンテナ装置を示す構成図であり、図１２において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
移相器１２−１ａ，１２−１ｂは信号遅延部１１−１に接続されており、系統制御部３により設定された移相量だけ、信号遅延部１１−１から出力された高周波信号の位相をずらして素子アンテナ１３−１ａ，１３−１ｂに出力する。
移相器１２−２ａ，１２−２ｂは信号遅延部１１−２に接続されており、系統制御部３により設定された移相量だけ、信号遅延部１１−２から出力された高周波信号の位相をずらして素子アンテナ１３−２ａ，１３−２ｂに出力する。
Ｎ個の信号遅延部１１−ｎとして、信号遅延部１１−１〜１１−Ｎがフェーズドアレーアンテナ１に実装されている場合、２×Ｎ個の移相器１２−ｎと素子アンテナ１３−ｎとがフェーズドアレーアンテナ１に実装される。即ち、移相器１２−１ａ〜１２−Ｎａ，１２−１ｂ〜１２−Ｎｂと、素子アンテナ１３−１ａ〜１３−Ｎａ，１３−１ｂ〜１３−Ｎｂとがフェーズドアレーアンテナ１に実装される。
図１２の例では、１つの信号遅延部１１−ｎに対して、移相器１２−ｎと素子アンテナ１３−ｎが２つずつ接続されているが、移相器１２−ｎと素子アンテナ１３−ｎが３つずつ以上接続されているものであってもよい。
【００６４】
次に動作について説明する。
この実施の形態４でも、上記実施の形態１〜３と同様に、系統制御部３が信号送信対象の素子アンテナとして、第１の素子アンテナと第２の素子アンテナを選択することで、第１の信号伝搬系統と第２の信号伝搬系統を選択する。
ただし、この実施の形態４では、１つの信号遅延部１１−ｎに対して、移相器１２−ｎと素子アンテナ１３−ｎが２つずつ接続されているので、例えば、第１の信号伝搬系統として、信号源２２から素子アンテナ１３−１ａに至る系統と、信号源２２から素子アンテナ１３−１ｂに至る系統とからなる信号伝搬系統（１）が選択される。
また、第２の信号伝搬系統として、信号源２２から素子アンテナ１３−２ａに至る系統と、信号源２２から素子アンテナ１３−２ｂに至る系統とからなる信号伝搬系統（２）が選択される。
【００６５】
このように、信号伝搬系統（１）（２）が選択されると、信号伝搬系統（１）では、素子アンテナ１３−１ａから受信アンテナ４に到達するチャープ信号の位相と、素子アンテナ１３−１ｂから受信アンテナ４に到達するチャープ信号の位相とが同相になるように、系統制御部３によって移相器１２−１ａ，１２−１ｂの移相量が調整される。
また、信号伝搬系統（２）では、素子アンテナ１３−２ａから受信アンテナ４に到達するチャープ信号の位相と、素子アンテナ１３−２ｂから受信アンテナ４に到達するチャープ信号の位相とが同相になるように、系統制御部３によって移相器１２−２ａ，１２−２ｂの移相量が調整される。
その他の動作は、上記実施の形態１〜３と同様であるため詳細な説明を省略する。
【００６６】
ここでは、信号送信対象の素子アンテナとして、同じ信号遅延部１１−ｎに接続されている全ての素子アンテナ１３−ｎａ，１３−ｎｂが選択されるものを示したが、同じ信号遅延部１１−ｎに接続されている複数の素子アンテナ１３−ｎａ，１３−ｎｂのうち、１つの素子アンテナだけが選択されるようにしてもよい。
例えば、最初に、信号伝搬系統（１）の素子アンテナとして、素子アンテナ１３−１ａを選択するとともに、信号伝搬系統（２）の素子アンテナとして、素子アンテナ１３−２ａを選択し、その後、信号伝搬系統（１）の素子アンテナとして、素子アンテナ１３−１ｂを選択するとともに、信号伝搬系統（２）の素子アンテナとして、素子アンテナ１３−２ｂを選択する等の処理形態が考えられる。
【００６７】
このような処理形態では、素子アンテナ１３−１ａ，１３−２ａから送信されるチャープ信号を受信することで、上記実施の形態１〜３と同様の方法で、遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜を算出したのち、素子アンテナ１３−１ｂ，１３−２ｂから送信されるチャープ信号を受信することで、遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜を算出する。
このとき、算出した２つの遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜の平均値などを最終的な遅延時間差として用いることができる。
【００６８】
実施の形態５．
上記実施の形態１〜４では、１つの信号源２２がフェーズドアレーアンテナ１に実装されているものを示したが、信号遅延部１１−１〜１１−Ｎと同数個の信号源が実装されて、各々の信号源２２−ｎと信号遅延部１１−ｎが１対１で接続されているようにしてもよい。
図１３はこの発明の実施の形態５によるフェーズドアレーアンテナ装置を示す構成図であり、図１３において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
信号源２２−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は信号制御部２１の指示の下、周波数が変化する高周波信号を信号遅延部１１−ｎに出力する。
図１３では、信号源２２−ｎと信号遅延部１１−ｎが別々のハードウェアである例を示しているが、１個のハードウェアで信号源２２−ｎと信号遅延部１１−ｎが構成されていてもよい。例えば、信号源２２−ｎと信号遅延部１１−ｎがダイレクトディジタルシンセサイザで構成されていてもよい。
【００６９】
Ｎ個の信号源２２−ｎが実装される場合でも、各々の信号源２２−ｎが、チャープ信号などの周波数が変化する高周波信号を出力する点では、上記実施の形態１〜４における信号源２２と同様である。
ただし、各々の信号源２２−ｎから高周波信号が出力されるタイミングは、信号制御部２１によって同期が取られている。
このため、信号伝搬系統（１）〜信号伝搬系統（Ｎ）での伝搬時間Ｗｉｒｅ１〜ＷｉｒｅＮは、Ｎ個の信号源２２−ｎが実装される場合でも、１つの信号源２２が実装されている場合と同様になる。
【００７０】
実施の形態６．
上記実施の形態１〜５では、フェーズドアレーアンテナ１を送信アンテナとして用いて、信号伝搬系統間の遅延時間差を測定するものを示したが、フェーズドアレーアンテナ１を受信アンテナとして用いて、信号伝搬系統間の遅延時間差を測定するようにしてもよい。
【００７１】
図１４はこの発明の実施の形態６によるフェーズドアレーアンテナ装置を示す構成図であり、図１４において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
系統制御部７１は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、フェーズドアレーアンテナ１を構成しているＮ個の素子アンテナ１３−１〜１３−Ｎの中から、信号受信対象の素子アンテナとして、第１の素子アンテナと第２の素子アンテナを選択する。
ここでは、説明の便宜上、系統制御部７１により選択された第１の素子アンテナが素子アンテナ１３−１、第２の素子アンテナが素子アンテナ１３−２であるとして、素子アンテナ１３−１から周波数差検出部７６に至る信号伝搬系統（１）が第１の信号伝搬系統、素子アンテナ１３−２から周波数差検出部７６に至る信号伝搬系統（２）が第２の信号伝搬系統であるとする。
また、系統制御部７１は遅延時間差算出部７７により算出された遅延時間差が零に近づくように信号遅延部１１−１，１１−２における信号の遅延時間量を調整する。
【００７２】
信号送信部７２は信号制御部７３及び信号源７４から構成されており、周波数が変化する高周波信号を出力する。
信号制御部７３は送信アンテナ７５から周波数が変化する高周波信号が送信されるように、信号源７４を制御する。
信号源７４は信号制御部７３の指示の下、周波数が変化する高周波信号を送信アンテナ７５に出力する。
送信アンテナ７５は信号源７４から出力された高周波信号を送信する。
【００７３】
周波数差検出部７６は図１の周波数差検出部５と同様に、検波器５１、低域通過フィルタ５２及び周波数測定部５３から構成されており、フェーズドアレーアンテナ１の受信信号を検波し、即ち、系統制御部７１により選択された素子アンテナ１３−１と同じ信号伝搬系統の信号遅延部１１−１から出力された信号と、系統制御部７１により選択された素子アンテナ１３−２と同じ信号伝搬系統の信号遅延部１１−２から出力された信号とを検波して、素子アンテナ１３−１により受信された信号の周波数と素子アンテナ１３−２により受信された信号の周波数との差の周波数を検出する。
【００７４】
遅延時間差算出部７７は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、周波数差検出部７６により検出された差の周波数と、送信アンテナ７５から送信された高周波信号の単位時間当りの周波数の変化率から、送信アンテナ７５から素子アンテナ１３−１に至る空間を含む送信アンテナ７５から周波数差検出部７６までの信号伝搬系統での遅延時間と、送信アンテナ７５から素子アンテナ１３−２に至る空間を含む送信アンテナ７５から周波数差検出部７６までの信号伝搬系統での遅延時間との遅延時間差Δｔを算出する処理を実施する。
また、遅延時間差算出部７７は、その算出した遅延時間差Δｔから、予め記憶している送信アンテナ７５から素子アンテナ１３−１に至る空間での遅延時間である伝搬時間Ａｉｒ１と、送信アンテナ７５から素子アンテナ１３−２に至る空間での遅延時間である伝搬時間Ａｉｒ２とを減算することで、信号伝搬系統（１）での遅延時間である伝搬時間Ｗｉｒｅ１と、信号伝搬系統（２）での遅延時間である伝搬時間Ｗｉｒｅ２との遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜を算出する処理を実施する。
【００７５】
図１４の例では、フェーズドアレーアンテナ装置の構成要素の一部である系統制御部７１、遅延時間差算出部７７及び遅延時間量調整部７のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、フェーズドアレーアンテナ装置の構成要素の一部がコンピュータで構成されていてもよい。
例えば、フェーズドアレーアンテナ装置の構成要素の一部である系統制御部７１、遅延時間差算出部７７及び遅延時間量調整部７がコンピュータで構成される場合、系統制御部７１、遅延時間差算出部７７及び遅延時間量調整部７の処理内容を記述しているプログラムを図２に示すコンピュータのメモリ３１に格納し、コンピュータのプロセッサ３２がメモリ３１に格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図１５はこの発明の実施の形態６によるフェーズドアレーアンテナ装置の処理内容であるフェーズドアレーアンテナ校正方法を示すフローチャートである。
【００７６】
次に動作について説明する。
系統制御部７１は、フェーズドアレーアンテナ１を構成しているＮ個の素子アンテナ１３−１〜１３−Ｎの中から、信号受信対象の素子アンテナとして、第１の素子アンテナと第２の素子アンテナを選択することで、第１の信号伝搬系統と第２の信号伝搬系統を選択する（図１５のステップＳＴ５１）。
例えば、Ｎ個の素子アンテナ１３−１〜１３−Ｎの中で、基準となる素子アンテナが素子アンテナ１３−１であれば、第１の素子アンテナとして素子アンテナ１３−１を選択する。
また、基準となる素子アンテナ１３−１以外の全ての素子アンテナ１３−２〜１３−Ｎが第２の素子アンテナとして選択されるまで、素子アンテナ１３−２〜１３−Ｎの中の任意の素子アンテナを第２の素子アンテナとして順番に選択する。
ここでは、説明の便宜上、第１の素子アンテナとして素子アンテナ１３−１を選択し、第２の素子アンテナとして素子アンテナ１３−２を選択するものとする。
これにより、第１の信号伝搬系統として、素子アンテナ１３−１から周波数差検出部７６に至る信号伝搬系統（１）が選択され、第２の信号伝搬系統として、素子アンテナ１３−２から周波数差検出部７６に至る信号伝搬系統（２）が選択される。
【００７７】
信号送信部７２の信号制御部７３は、送信アンテナ７５から周波数が変化する高周波信号が送信されるように、信号源７４を制御する。
この実施の形態６では、説明の便宜上、周波数が変化する高周波信号として、図５に示すようなチャープ信号が送信されるように、信号源７４を制御するものとする。ただし、周波数が変化する高周波信号であればよく、チャープ信号に限るものではない。
これにより、信号源７４から出力されたチャープ信号が送信アンテナ７５から送信される（ステップＳＴ５２）。
【００７８】
送信アンテナ７５から送信されたチャープ信号は、フェーズドアレーアンテナ１の素子アンテナ１３−１，１３−２により受信される（ステップＳＴ５３）。
この段階では、素子アンテナ１３−３〜１３−Ｎは、系統制御部７１によって、信号受信対象の素子アンテナとして選択されていないので、送信アンテナ７５から送信されたチャープ信号を受信しない。
【００７９】
フェーズドアレーアンテナ１の移相器１２−１，１２−２は、素子アンテナ１３−１，１３−２がチャープ信号を受信すると、系統制御部７１により設定された移相量だけ、そのチャープ信号の位相をずらして信号遅延部１１−１，１１−２に出力する。
ただし、ここでは説明の簡単化のため、系統制御部７１により設定された移相量が０であるものとする。
信号遅延部１１−１，１１−２は、移相器１２−１，１２−２からチャープ信号を受けると、系統制御部７１により設定された遅延時間量だけ、そのチャープ信号を遅延し、遅延後のチャープ信号を周波数差検出部７６に出力する。
ただし、ここでは説明の簡単化のため、系統制御部７１により設定された遅延時間量が０であるものとする。
【００８０】
ここで、素子アンテナ１３−１から周波数差検出部７６に至る信号伝搬系統（１）でのチャープ信号の伝搬時間をＷｉｒｅ１、素子アンテナ１３−２から周波数差検出部７６に至る信号伝搬系統（２）でのチャープ信号の伝搬時間をＷｉｒｅ２とする。
また、送信アンテナ７５から素子アンテナ１３−１に至る空間でのチャープ信号の伝搬時間をＡｉｒ１、送信アンテナ７５から素子アンテナ１３−２に至る空間でのチャープ信号の伝搬時間をＡｉｒ２とする。
送信アンテナ７５から素子アンテナ１３−１に至る空間及び信号伝搬系統（１）での遅延時間（Ｗｉｒｅ１＋Ａｉｒ１）と、送信アンテナ７５から素子アンテナ１３−２に至る空間及び信号伝搬系統（２）での遅延時間（Ｗｉｒｅ２＋Ａｉｒ２）との間に時間差がある場合、即ち、遅延時間差Δｔ≠０の場合、信号遅延部１１−１，１１−２から、図６に示すように、周波数が異なる２波のチャープ信号が周波数差検出部７６に出力される。
以下、信号伝搬系統（１）経由のチャープ信号の周波数をｆ１、信号伝搬系統（２）経由のチャープ信号の周波数をｆ２とする。
【００８１】
周波数差検出部７６の検波器５１は、信号遅延部１１−１，１１−２から出力されたチャープ信号を自乗検波して、素子アンテナ１３−１により受信されたチャープ信号の周波数ｆ１と素子アンテナ１３−２により受信されたチャープ信号の周波数ｆ２との差の周波数を示す信号を出力するとともに、素子アンテナ１３−１により受信されたチャープ信号の周波数ｆ１と素子アンテナ１３−２により受信されたチャープ信号の周波数ｆ２との和の周波数を示す信号を出力する（ステップＳＴ５４）。
即ち、検波器５１は、周波数ｆ１のチャープ信号と周波数ｆ２のチャープ信号とを入力すると、周波数２×ｆ１の信号、周波数２×ｆ２の信号、周波数ｆ１＋ｆ２の信号、周波数ｆ１−ｆ２の信号を出力する。
【００８２】
低域通過フィルタ５２は、検波器５１から周波数２×ｆ１の信号、周波数２×ｆ２の信号、周波数ｆ１＋ｆ２の信号、周波数ｆ１−ｆ２の信号を受けると、周波数２×ｆ１の信号、周波数２×ｆ２の信号、周波数ｆ１＋ｆ２の信号を遮断して、周波数ｆ１−ｆ２の信号だけを通過させる（ステップＳＴ５４）。
周波数測定部５３は、低域通過フィルタを通過してきた周波数ｆ１−ｆ２の信号から、周波数ｆ１と周波数ｆ２の周波数差Δｆを測定する（ステップＳＴ５５）。
【００８３】
遅延時間差算出部７７は、周波数測定部５３が周波数ｆ１と周波数ｆ２の周波数差Δｆを測定すると、上記の式（１）に示すように、その周波数差Δｆと、送信アンテナ７５から送信されたチャープ信号の単位時間当りの周波数の変化率ｖとから遅延時間差Δｔを算出する（ステップＳＴ５６）。チャープ信号の単位時間当りの周波数の変化率ｖは、例えば、信号制御部７３から得ることができる。
この遅延時間差Δｔは、上記実施の形態１と同様に、上記の式（２）のように定義される。
したがって、式（１）によって算出した遅延時間差Δｔから、空間での伝搬時間Ａｉｒ１，Ａｉｒ２を減算すれば、信号伝搬系統（１）での伝搬時間Ｗｉｒｅ１と、信号伝搬系統（２）での伝搬時間Ｗｉｒｅ２との遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜を算出することができる。
【００８４】
空間での伝搬時間Ａｉｒ１，Ａｉｒ２は、上記実施の形態１と同様に、素子アンテナ１３−１，１３−２と受信アンテナ４の設置位置から計算することができる。また、素子アンテナ１３−１，１３−２と受信アンテナ４間の距離を測距することでも、伝搬時間Ａｉｒ１，Ａｉｒ２を計算することができる。
そこで、遅延時間差算出部７７は、事前に空間での伝搬時間Ａｉｒ１，Ａｉｒ２を計算して記憶し、式（１）によって算出した遅延時間差Δｔから、空間での伝搬時間Ａｉｒ１，Ａｉｒ２を減算することで、信号伝搬系統（１）での伝搬時間Ｗｉｒｅ１と、信号伝搬系統（２）での伝搬時間Ｗｉｒｅ２との遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜を算出する（ステップＳＴ５７）。
【００８５】
遅延時間量調整部７は、遅延時間差算出部６が遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜を算出すると、上記実施の形態１と同様に、系統制御部７１を介して、その遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜が零に近づくように信号遅延部１１−１，１１−２における信号の遅延時間量を調整する（ステップＳＴ５８）。
【００８６】
信号遅延部１１−１，１１−２における信号の遅延時間量の調整が完了すると、素子アンテナ１３−２〜１３−Ｎの中で、未だ第２の素子アンテナとして選択していない素子アンテナを選択して、ステップＳＴ５１〜ＳＴ５８と同様の処理を実施する。
基準となる素子アンテナ１３−１以外の全ての素子アンテナ１３−２〜１３−Ｎが第２の素子アンテナとして選択されるまで、ステップＳＴ５１〜ＳＴ５８と同様の処理を繰り返し実施する。
最終的には、信号伝搬系統（１）〜信号伝搬系統（Ｎ）での伝搬時間Ｗｉｒｅ１〜ＷｉｒｅＮが概ね同じ時間に調整される。その結果、指向方向のずれや、サイドローブレベルの上昇が抑えられる。
【００８７】
以上で明らかなように、この実施の形態６では、系統制御部７１により第１の素子アンテナとして、素子アンテナ１３−１が選択され、第２の素子アンテナとして、素子アンテナ１３−２が選択された場合、素子アンテナ１３−１により受信されたチャープ信号の周波数ｆ１と素子アンテナ１３−２により受信されたチャープ信号の周波数ｆ２との周波数差Δｆを検出する周波数差検出部７６を設け、遅延時間差算出部７７が、周波数差検出部７６により検出された周波数差Δｆと、チャープ信号の単位時間当りの周波数の変化率ｖを用いて、信号伝搬系統（１）での伝搬時間Ｗｉｒｅ１と、信号伝搬系統（２）での伝搬時間Ｗｉｒｅ２との遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜を算出するように構成したので、遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜の測定時間の短縮化を図ることができる効果を奏する。
【００８８】
即ち、非特許文献１の方法を用いる場合、受信機による信号の受信レベルの変動周期が判明するまで、周波数の設定処理と、信号の送信処理と、受信レベルの観測処理とを繰り返し実施する必要があり、また、遅延時間差の測定精度を高めるには、周波数の設定処理において、周波数の変化を小さくして、上記の処理の繰り返し回数を増やす必要がある。このため、信号伝搬系統間の遅延時間差を測定するまでに多くの手間と時間を要する。
これに対して、この実施の形態６では、素子アンテナ１３−１，１３−２でチャープ信号を１回受信するだけで、信号伝搬系統（１）での伝搬時間Ｗｉｒｅ１と、信号伝搬系統（２）での伝搬時間Ｗｉｒｅ２との遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜を算出することができるため、非特許文献１の方法を用いる場合よりも短時間で、遅延時間差｜Ｗｉｒｅ２−Ｗｉｒｅ１｜を算出することができる。
【００８９】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００９０】
１  フェーズドアレーアンテナ、２  信号送信部、３  系統制御部、４  受信アンテナ、５  周波数差検出部、６  遅延時間差算出部、７  遅延時間量調整部、１１−ｎ  信号遅延部、１２−ｎ，１２−ｎａ，１２−ｎｂ  移相器、１３−ｎ，１３−ｎａ，１３−ｎｂ  素子アンテナ、２１  信号制御部、２２，２２−ｎ  信号源、３１  メモリ、３２  プロセッサ、５１  検波器、５１ａ  ミキサ、５１ｂ  ダイオード、５１ｃ  電流計、５２  低域通過フィルタ、５３  周波数測定部、６１  Ａ／Ｄコンバータ（アナログディジタル変換器）、６２  検波器、６３  低域通過フィルタ、６４  周波数測定部、６５  ミキサ、６６  信号源、６７  低域通過フィルタ、７１  系統制御部、７２  信号送信部、７３  信号制御部、７４  信号源、７６  周波数差検出部、７７  遅延時間差算出部。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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