(57)【要約】【課題】同相合成によるメインローブ方向の電力を増大させながらサイドローブ方向の電力を抑圧する。【解決手段】指向方向追尾機構をそれぞれ含みアレー状に配置された複数のアンテナ装置と、各アンテナから送信する送信信号の位相および振幅を制御し、各アンテナの指向方向の調整後の指向方向誤差を補償して所定方向の位相が同相合成となるように制御する指向方向誤差補償手段とを備えた分散アレーアンテナ装置において、複数のアンテナ装置の少なくとも１つから送信される信号の経路に、金属または誘電体を周期配列した構造で特定の周波数帯域の信号を透過し、その信号の入射角により透過後の信号の放射位相が異なる特性を有する構造体を配置し、指向方向誤差補償手段による指向方向誤差の補償によりメインローブ方向は同相合成を行い、サイドローブ方向は異なる位相で電力合成を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナの指向方向を所定方向に調整する指向方向追尾機構をそれぞれ含み、アレー状に配置された複数のアンテナ装置と、
前記各アンテナから送信する送信信号の位相および振幅を制御し、前記各アンテナの指向方向の調整後の指向方向誤差を補償して前記所定方向の位相が同相合成となるように制御する指向方向誤差補償手段と
を備えた分散アレーアンテナ装置において、
前記複数のアンテナ装置の少なくとも１つのアンテナ装置から送信される信号の経路に、金属または誘電体を周期配列した構造で特定の周波数帯域の信号を透過し、その信号の入射角により透過後の信号の放射位相が異なる特性を有する構造体を配置し、前記指向方向誤差補償手段による前記指向方向誤差の補償によりメインローブ方向は同相合成を行い、かつサイドローブ方向は異なる位相で電力合成を行う構成である
ことを特徴とする分散アレーアンテナ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の分散アレーアンテナ装置において、
前記構造体は、前記アンテナ装置の一次放射器の開口面の近傍、またはアンテナ反射器の反射面または開口面の近傍、または前記アンテナ装置を覆うレドームに配置される
ことを特徴とする分散アレーアンテナ装置。
【請求項３】
アンテナの指向方向を所定方向に調整する指向方向追尾機構をそれぞれ含み、アレー状に配置された複数のアンテナ装置と、
前記各アンテナから送信する送信信号の位相および振幅を制御し、前記各アンテナの指向方向の調整後の指向方向誤差を補償して前記所定方向の位相が同相合成となるように制御する指向方向誤差補償手段と
を備えた分散アレーアンテナ装置のサイドローブ抑圧方法において、
前記複数のアンテナ装置の少なくとも１つのアンテナ装置から送信される信号の経路に、金属または誘電体を周期配列した構造で特定の周波数帯域の信号を透過し、その信号の入射角により透過後の信号の放射位相が異なる特性を有する構造体を配置し、
前記指向方向誤差補償手段による前記指向方向誤差の補償によりメインローブ方向は同相合成を行い、かつサイドローブ方向は異なる位相で電力合成を行う
ことを特徴とするサイドローブ抑圧方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のアンテナ装置をアレー状に配置し、所定方向（受信端）で同相合成となるように送信信号の位相および振幅を制御する分散アレーアンテナ装置において、サイドローブの電力を抑圧する分散アレーアンテナ装置およびサイドローブ抑圧方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
衛星通信システムのブロードバンド化に対応して、使用するアンテナ装置の高利得化が必要になっている。高利得なアンテナ装置は大型化により実現できるが、アンテナ装置の大型化による設置場所やコストの増大が問題となる。この問題を解決する方法として、複数のアンテナをアレー状に配置し、受信端で同相合成となるように送信信号の位相および振幅を制御する分散アレーアンテナ装置が提案されている（特許文献１）。
【０００３】
このような分散アレーアンテナ装置では、大型のアンテナ装置を用いることなく、複数の既存の小型アンテナの組合せでアンテナ装置の高利得化を実現することができる。さらに、複数のアンテナ装置を組み合わせることで、冗長性が担保され、故障耐性が非常に高くなる。
【０００４】
図４は、従来の分散アレーアンテナ装置の構成例を示す。
図４において、分散アレーアンテナ装置は、複数のアンテナ装置１１−１〜１１−Ｎと、送信信号および受信信号を処理する変復調器１２と、送信信号を複数のアンテナ装置１１−１〜１１−Ｎに分配し、複数のアンテナ装置１１−１〜１１−Ｎの受信信号を合成して変復調器１２に出力する信号合成／分配器１３と、送信信号の位相および振幅を設定する位相・振幅設定部１４−１〜１４−Ｎと、各アンテナの指向方向誤差を検出し、その指向方向誤差を補償して受信端で同相合成となるように各位相・振幅設定部を制御する誤差検出・位相振幅制御部１５とを備える。
【０００５】
なお、誤差検出・位相振幅制御部１５において各アンテナの指向方向誤差を検出するための手段は図面上省略している。具体的には、次のようにして受信端で同相合成となるように位相および振幅が制御される。まず、各アンテナ装置は指向方向追尾機構を有し、所望の受信端に対応する指向方向を機械的に追尾・捕捉する。誤差検出・位相振幅制御部１５は、各アンテナ装置の指向方向が受信端に向いた状態で送信信号の位相と振幅を変化させ、各アンテナ装置から受信端までの経路長補正と位相差の補正を同時に行いながら、観測する受信信号（折り返し信号）が最大となる振幅および位相量（誤差補償量）を求め、その誤差補償量に基づいて各位相・振幅設定部を制御することにより、受信端における同相合成を実現する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−０４４５９６号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Y. Kawakami, T. Hori, M. Fujimoto, R. Yamaguchi, and K. Cho,“Low-Profile Design of Metasurface Considering FSS Filtering Characteristics,” IEICE Trans. Commun., vol.E95-B, no.2, pp.477-483,Feb. 2012.
【非特許文献２】Y. Lee, X. Lu, Y. Hao, S. Yang, R. Ubic, J. R. G. Evans, and C. G. Parini,“Rapid prototyping of ceramic millimeterwave metamaterials: simulations and experiments, ”Microw. and Opt. Tech. Lett., vol.49, no.9, pp.2090-2093, Sept. 2007.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図４に示す従来の分散アレーアンテナ装置では、受信端で同相合成となるように送信信号の位相および振幅を制御することにより、メインローブ方向の電力を増大させることが可能となる。しかしながら、サイドローブ方向の電力もメインローブ方向と同様に同相合成されるため、メインローブの電力増加量と同等の電力がサイドローブ方向でも増加する。増大したサイドローブ方向に、同一周波数帯域を使用する別のアンテナ装置が存在する場合、サイドローブ方向の電力の増大によりそのアンテナ装置に与える干渉が増大する。
【０００９】
本発明は、同相合成によるメインローブ方向の電力を増大させながらサイドローブ方向の電力を抑圧することができる分散アレーアンテナ装置およびサイドローブ抑圧方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明は、アンテナの指向方向を所定方向に調整する指向方向追尾機構をそれぞれ含み、アレー状に配置された複数のアンテナ装置と、各アンテナから送信する送信信号の位相および振幅を制御し、各アンテナの指向方向の調整後の指向方向誤差を補償して所定方向の位相が同相合成となるように制御する指向方向誤差補償手段とを備えた分散アレーアンテナ装置において、複数のアンテナ装置の少なくとも１つのアンテナ装置から送信される信号の経路に、金属または誘電体を周期配列した構造で特定の周波数帯域の信号を透過し、その信号の入射角により透過後の信号の放射位相が異なる特性を有する構造体を配置し、指向方向誤差補償手段による指向方向誤差の補償によりメインローブ方向は同相合成を行い、かつサイドローブ方向は異なる位相で電力合成を行う構成である。
【００１１】
第１の発明の分散アレーアンテナ装置において、構造体は、アンテナ装置の一次放射器の開口面の近傍、またはアンテナ反射器の反射面または開口面の近傍、またはアンテナ装置を覆うレドームに配置される。
【００１２】
第２の発明は、アンテナの指向方向を所定方向に調整する指向方向追尾機構をそれぞれ含み、アレー状に配置された複数のアンテナ装置と、各アンテナから送信する送信信号の位相および振幅を制御し、各アンテナの指向方向の調整後の指向方向誤差を補償して所定方向の位相が同相合成となるように制御する指向方向誤差補償手段とを備えた分散アレーアンテナ装置のサイドローブ抑圧方法において、複数のアンテナ装置の少なくとも１つのアンテナ装置から送信される信号の経路に、金属または誘電体を周期配列した構造で特定の周波数帯域の信号を透過し、その信号の入射角により透過後の信号の放射位相が異なる特性を有する構造体を配置し、指向方向誤差補償手段による指向方向誤差の補償によりメインローブ方向は同相合成を行い、かつサイドローブ方向は異なる位相で電力合成を行う。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、複数のアンテナ装置から送信される信号の少なくとも１つが構造体を通過する状態で、所定方向（受信端）で同相合成となるように指向方向誤差を補償することにより、メインローブ方向の位相が同相合成される一方で、構造体の機能によりサイドローブ方向は異なる位相で電力合成されるため、結果的にサイドローブを抑圧することができる。よって、サイドローブ方向のアンテナ装置に与える干渉を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の分散アレーアンテナ装置の実施例構成を示す図である。
【図２】構造体２３の構造例および放射位相特性を示す図である。
【図３】本発明の分散アレーアンテナ装置による放射パターンを示す図である。
【図４】従来の分散アレーアンテナ装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の分散アレーアンテナ装置の実施例構成を示す。
図１において、複数のアンテナ装置１１−１〜１１−Ｎ、変復調器１２、信号合成／分配器１３、位相・振幅設定部１４−１〜１４−Ｎ、誤差検出・位相振幅制御部１５は、図４に示す従来の分散アレーアンテナ装置と同様の構成であり、それぞれ同様の処理を行う。
【００１６】
本発明の分散アレーアンテナ装置の特徴は、アンテナ装置１１−１〜１１−Ｎの少なくとも１つのアンテナ装置から送信される信号の経路に、金属または誘電体などを周期配列した構造体２３を配置するところにある。構造体２３は、特定の周波数帯域の信号を透過し、その信号の入射角により透過する信号の放射位相が異なる特性を有する。
【００１７】
構造体２３の具体的な配置位置としては、次のいずれでもよい。
(1) 少なくとも１つのアンテナ装置の一次放射器２１の開口面の近傍。
(2) 少なくとも１つのアンテナ装置のアンテナ反射器２２の反射面の近傍。
(3) 少なくとも１つのアンテナ装置のアンテナ反射器２２の開口面の近傍（一次放射器２    １とアンテナ反射器２２との間、一次放射器２１の背面を含む）。
(4) 少なくとも１つのアンテナ装置の全体を覆うレドームの表面、または構造体２３でき    たレドーム。
なお、アンテナ装置が複数のアンテナ反射器２２を用いる構造の場合には、複数のアンテナ反射器２２の中間でもよい。
【００１８】
図２は、構造体２３の構造例および放射位相特性を示す。
構造体２３の構造は、図２(1) に示すような素子（スロットやパッチ）をプリント基板上に周期的に複数配列した周波数選択板（非特許文献１）や、誘電体棒を周期的に配列したWoodpile型メタマテリアル（非特許文献２）などである。なお、ループ型のスロットの一辺は、透過する周波数帯域の波長の約１／４である。
【００１９】
図２(2) は、図２(1) に示す構造体２３に対して、紙面鉛直方向から電磁波を入射したときの入射角度に対する放射位相差の関係を示す。入射角度が大きくなるにつれて放射位相差が大きく変化することがわかる。
【００２０】
このような構造体２３をアンテナ装置１１−１〜１１−Ｎの一次放射器２１の放射方向またはアンテナ反射器２２の反射方向のいずれかに配置した状態で、誤差検出・位相振幅制御部１５による制御を実施する。
【００２１】
まず、各アンテナ装置は、指向方向追尾機構により所望の受信端に対応する指向方向を機械的に追尾・捕捉する。誤差検出・位相振幅制御部１５は、各アンテナ装置の指向方向が受信端に向いた状態で送信信号の位相と振幅を変化させ、各アンテナ装置から受信端までの経路長補正と位相差の補正を同時に行いながら、観測する受信信号（折り返し信号）が最大となる振幅および位相量（誤差補償量）を求め、その誤差補償量に基づいて各位相・振幅設定部を制御することにより、受信端における同相合成を実現する。
【００２２】
ここで、誤差検出・位相振幅制御部１５は、送信信号が構造体２３を通過する状態で、所定方向の位相が同相合成となるように制御するが、このとき所定方向以外の位相は構造体２３の機能によりアンテナ装置ごとの位相回転量が異なるため、合成時に同相合成とならない。すなわち、メインローブ方向の位相が同相合成される一方で、サイドローブ方向は異なる位相で電力合成されるため、サイドローブが抑圧されることになる。
【００２３】
図３は、本発明の分散アレーアンテナ装置による放射パターンを示す。
ここでは、アンテナ装置を２つとした。破線は、構造体２３を用いない従来法による特性である。実線は、構造体２３を用いる本発明の提案法による特性である。メインローブは、同相合成による効果により従来法および提案法の違いはないが、サイドローブは提案法により２ｄＢの改善を確認できた。
【符号の説明】
【００２４】
１１−１〜１１−Ｎ  アンテナ装置
１２  変復調器
１３  信号合成／分配器
１４−１〜１４−Ｎ  位相・振幅設定部
１５  誤差検出・位相振幅制御部
２１  一次放射器
２２  アンテナ反射器
２３  構造体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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