(57)【要約】【課題】装置の小型化を図ることができるアレイアンテナ装置を提供することである。【解決手段】実施形態のアレイアンテナ装置は、複数の第１のアンテナ素子と、複数の第２のアンテナ素子とを持つ。複数の第１のアンテナ素子は、信号フィルタと接続され、前記信号フィルタを通過した送信信号が供給される。複数の第２のアンテナ素子は、自装置の信号送信面のうち前記第１のアンテナ素子が形成する第１の信号送信面を囲むように配置された第２の信号送信面を形成し、前記送信信号の位相に対して位相がずらされた送信信号が供給される。【選択図】図１
2017022575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号フィルタと接続され、前記信号フィルタを通過した送信信号が供給される複数の第１のアンテナ素子と、
自装置の信号送信面のうち前記第１のアンテナ素子が形成する第１の信号送信面を囲むように配置された第２の信号送信面を形成し、前記送信信号の位相に対して位相がずらされた送信信号が供給される複数の第２のアンテナ素子と
を備える、アレイアンテナ装置。
【請求項２】
前記第２のアンテナ素子には、信号フィルタを介さずに送信信号が供給される、
請求項１に記載のアレイアンテナ装置。
【請求項３】
信号フィルタと接続され、前記信号フィルタを通過した送信信号が供給される複数の第１のアンテナ素子と、
自装置の信号送信面のうち前記第１のアンテナ素子が形成する第１の信号送信面を囲むように配置された第２の信号送信面を形成し、信号フィルタを介さずに送信信号が供給される複数の第２のアンテナ素子と
を備える、アレイアンテナ装置。
【請求項４】
信号フィルタと接続され、前記信号フィルタを通過した第１の送信電力の送信信号が供給される複数の第１のアンテナ素子と、
前記第１の送信電力よりも低い送信電力の送信信号が供給され、前記送信信号の位相に対して位相がずらされた送信信号が供給される複数の第２のアンテナ素子と
を備える、アレイアンテナ装置。
【請求項５】
前記第１のアンテナ素子は、前記送信信号に含まれる信号の周波数のうち所定の周波数範囲以外の周波数の信号の強度が所定値よりも高くなる電磁波を送信し、
前記第２のアンテナ素子は、前記送信信号に含まれる信号の周波数のうち所定の周波数範囲以外の周波数の信号の強度が所定値よりも低くなる電磁波を送信する、
請求項４に記載のアレイアンテナ装置。
【請求項６】
第１の信号フィルタと接続され、前記第１の信号フィルタを通過した送信信号が供給される複数の第１のアンテナ素子と、
前記第１の信号フィルタよりもフィルタ強度が低い第２の信号フィルタと接続され、前記送信信号の位相に対して位相がずらされた送信信号が供給される複数の第２のアンテナ素子と
を備える、アレイアンテナ装置。
【請求項７】
前記第１のアンテナ素子は、電磁波送信装置により送信された電磁波を受信して前記送信信号を生成する第１の信号生成部とそれぞれ接続され、
前記第２のアンテナ素子は、前記電磁波送信装置により送信された電磁波を受信し、前記送信信号の電力よりも低い電力の送信信号を生成する第２の信号生成部とそれぞれ接続される、
請求項１から６のうちいずれか１項に記載のアレイアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、アレイアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数のアンテナ素子を備え、それぞれのアンテナ素子により放射された送信波を空間で合成させるアレイアンテナ装置が知られている。このアレイアンテナ装置は、複数のアンテナ素子により放射される電磁波が空間合成された送信ビームに含まれる不要波を抑制するために、ＬＰＦ（Low  Pass  filter）などの信号フィルタに通過させた送信信号をそれぞれのアンテナ素子に供給していた。しかしながら、アレイアンテナ装置に備えられるアンテナ素子の数が多くなるほど信号フィルタの数も多くなるため、装置の規模を抑制することが困難となる場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１−２２３８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、装置の小型化を図ることができるアレイアンテナ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態のアレイアンテナ装置は、複数の第１のアンテナ素子と、複数の第２のアンテナ素子とを持つ。複数の第１のアンテナ素子は、信号フィルタと接続され、前記信号フィルタを通過した送信信号が供給される。複数の第２のアンテナ素子は、自装置の信号送信面のうち前記第１のアンテナ素子が形成する第１の信号送信面を囲むように配置された第２の信号送信面を形成し、前記送信信号の位相に対して位相がずらされた送信信号が供給される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態のアレイアンテナ装置１の正面図および側面図。
【図２】実施形態のアレイアンテナ装置１におけるＡ−Ａ線断面における構成を示す図。
【図３】実施形態のアレイアンテナ装置１におけるＢ−Ｂ線断面における構成を示す図。
【図４】アンテナ素子１０の送信電力［Ｗ］とスプリアスの強度［ｄＢ］との関係を示す図。
【図５】実施形態のアレイアンテナ装置１Ａの構成を示す図。
【図６】変形例に係る実施形態のアレイアンテナ装置１Ｂの正面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態のアレイアンテナ装置を、図面を参照して説明する。
【０００８】
図１は、実施形態のアレイアンテナ装置１の正面図および側面図である。図１において、左図は実施形態のアレイアンテナ装置１の正面図であり、右図が実施形態のアレイアンテナ装置１の側面図である。実施形態のアレイアンテナ装置１は、図１に示すように、複数のアンテナ素子１０を含む信号送受信面１ａを有する。複数のアンテナ素子１０は、信号送受信面１ａにおけるＸ方向およびＹ方向にマトリクス状に配置される。信号送受信面１ａは、少なくとも自装置から電磁波を送信する面である。なお、図１に示した信号送受信面１ａの外郭形状は略四角形状であるものを示しているが、円形状または楕円形状などの他の形状であってもよい。
【０００９】
信号送受信面１ａは、第１領域１ａ−１と、第２領域１ａ−２とに区分される。第１領域１Ａ−１は、少なくとも送信波を送信する第１の信号送信面であり、第２領域１Ａ−２は、少なくとも送信波を送信する第１の信号送信面である。第１領域１ａ−１は、例えば信号送受信面１ａの略中心に配置され、外郭形状が略円形の領域である。第２領域１ａ−２は、信号送受信面１ａにおいて第１領域１ａ−１を囲むように形成される。第２領域１ａ−２は、第１領域１ａ−１の外郭と連続して配置され、第１領域１ａ−１の外郭から信号送受信面１ａの外郭までの領域である。
【００１０】
アレイアンテナ装置１は、信号送受信面１ａの−Ｚ方向側にホーンアンテナ１００が配置されるパッシブ型のアレイアンテナ装置である。ホーンアンテナ１００は、制御装置（不図示）の制御に従ってアレイアンテナ装置１に電磁波を放射する。また、ホーンアンテナ１００は、アレイアンテナ装置１からホーンアンテナ１００に向けて放射された電磁波を受信する。アレイアンテナ装置１は、ホーンアンテナ１００により搬送された電磁波Ｗ１を受信し、受信した電磁波に基づいて複数のアンテナ素子１０により送信波を放射させる。また、アレイアンテナ装置１は、複数のアンテナ素子１０により受信した電磁波に基づいて電磁波Ｗ１をホーンアンテナ１００に放射する。
【００１１】
図２は、実施形態のアレイアンテナ装置１におけるＡ−Ａ線断面における構成を示す図である。図３は、実施形態のアレイアンテナ装置１におけるＢ−Ｂ線断面における構成を示す図である。アレイアンテナ装置１は、複数のアンテナ素子１０と、複数の信号フィルタ２０と、複数の移相器３０と、複数の給電側アンテナ素子４０とを備える。アレイアンテナ装置１は、各アンテナ素子１０の給電側アンテナ素子４０側に、送受信切替部（不図示）を備える。送受信切替部は、自装置により送信波を送信する期間において送信信号をアンテナ素子１０にそれぞれ供給する。送受信切換部は、外部装置により送信された送信波を受信する期間において受信信号を給電側アンテナ素子４０側に供給する。
【００１２】
複数のアンテナ素子１０は、図１に示したようにＹ方向に配列されたアンテナ素子１０−１乃至１０−１３を含む。アンテナ素子１０−１乃至１０−１３のうちアンテナ素子１０−３乃至１０−１１（以下、アンテナ素子（１０Ａ）と記載する。）は、第１領域１ａ−１に配置される。アンテナ素子１０−１乃至１０−１３のうちアンテナ素子１０−１、１０−２、１０−１２、および１０−１３（以下、アンテナ素子（１０Ｂ）と記載する。）は、第２領域１ａ−２に配置される。
【００１３】
アレイアンテナ装置１には、図２に示すように、アンテナ素子（１０Ａ）に接続された給電側アンテナ素子４０Ａ（第1の信号生成部）に対して、電磁波Ｗ１のうちの電磁波Ｗ１ａが搬送される。アレイアンテナ装置１には、図２および図３に示すように、アンテナ素子（１０Ｂ）に接続された給電側アンテナ素子４０Ｂ（第２の信号生成部）に対して、電磁波Ｗ１のうちの電磁波Ｗ１ｂが搬送される。複数の給電側アンテナ素子４０は、電磁波Ｗ１が搬送されたことに応じて送信信号を生成する。
【００１４】
アレイアンテナ装置１は、図２に示すように、アンテナ素子（１０Ａ）により受信された送信波に基づいて給電側アンテナ素子４０Ａにより電磁波Ｗ１のうちの電磁波Ｗ１ａをホーンアンテナ１００に放射する。図２および図３に示すように、アンテナ素子（１０Ｂ）により受信された送信波に基づいて給電側アンテナ素子４０Ｂにより電磁波Ｗ１のうちの電磁波Ｗ１ｂをホーンアンテナ１００に放射する。
【００１５】
アンテナ素子（１０Ａ）には、信号フィルタ２０がそれぞれ接続される。アンテナ素子（１０Ａ）には、複数の信号フィルタ２０により出力された送信信号がそれぞれ供給される。アンテナ素子（１０Ａ）は、複数の信号フィルタ２０により送信信号が供給されたことに応じて送信波を放射する。また、アンテナ素子（１０Ａ）は、外部装置により送信された送信波を受信したことに応じて受信信号を生成して、複数の信号フィルタ２０に受信信号をそれぞれ出力する。
【００１６】
アンテナ素子１０−１乃至１０−１３のうちアンテナ素子（１０Ｂ）には、移相器３０がそれぞれ接続される。すなわち、アンテナ素子（１０Ｂ）には、信号フィルタ２０がそれぞれ接続されずに、移相器３０がそれぞれ接続される。アンテナ素子（１０Ｂ）は、複数の移相器３０により送信信号が供給されたことに応じて送信波を放射する。また、アンテナ素子（１０Ｂ）は、外部装置により送信された電磁波を受信したことに応じて受信信号を生成して、複数の移相器３０に受信信号をそれぞれ出力する。
【００１７】
複数の信号フィルタ２０は、送信信号および受信信号のうち所定の周波数成分の信号を通過させる。信号フィルタ２０は、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタ、またはバンドリジェクションフィルタを含む。複数の信号フィルタ２０は、アンテナ素子（１０Ａ）にそれぞれ接続される。複数の信号フィルタ２０は、給電側アンテナ素子４０側が、移相器３０にそれぞれ接続される。複数の信号フィルタ２０は、移相器３０により供給された送信信号から所定の成分を通過させてアンテナ素子（１０Ａ）に供給する。複数の信号フィルタ２０は、アンテナ素子（１０Ａ）により供給された受信信号から不要な成分をそれぞれ抑圧して、受信信号を移相器３０にそれぞれ供給する。
【００１８】
なお、信号フィルタ２０は、送信信号および受信信号の双方を通過させるものであるが、送信用の信号フィルタと受信用の信号フィルタとが別個に設けられていてもよい。また、信号フィルタ２０は、受信用の信号フィルタを備えず、送信用の信号フィルタであってもよい。
【００１９】
複数の移相器３０は、信号の位相をずらす機能を有する。複数の移相器３０は、例えば、制御装置（不図示）により制御されるスイッチが接続され、入力信号の経路を制御することによって出力信号の位相を調整する。複数の移相器３０は、複数のアンテナ素子１０のそれぞれに対応して設けられる。複数の移相器３０は、アレイアンテナ装置１の送信ビームの指向性に基づいて送信信号の位相をそれぞれ変化させる。また、複数の移相器３０は、アレイアンテナ装置１の受信ビームの指向性に基づいて受信信号の位相をそれぞれ変化させる。
【００２０】
複数の移相器３０のうち移相器３０Ａは、アンテナ素子（１０Ａ）にそれぞれ接続された複数の信号フィルタ２０にそれぞれ接続される。複数の移相器３０のうち移相器３０Ｂは、信号フィルタ２０を介さずに、アンテナ素子（１０Ｂ）にそれぞれ接続される。また、複数の移相器３０は、複数の給電側アンテナ素子４０に接続される。移相器３０Ａは、給電側アンテナ素子４０により供給された送信信号の位相をずらして信号フィルタ２０に供給する。移相器３０Ｂは、給電側アンテナ素子４０により供給された送信信号の位相をずらしてアンテナ素子（１０Ｂ）に供給する。また、移相器３０Ａは、信号フィルタ２０により供給された受信信号の位相をずらして給電側アンテナ素子４０に供給する。移相器３０Ｂは、アンテナ素子（１０Ｂ）により供給された受信信号の位相をずらして給電側アンテナ素子４０に供給する。
【００２１】
以上のように、実施形態のアレイアンテナ装置１は、信号送受信面１ａのうち第１領域１ａ−１と、第１領域１ａ−１を囲むように配置された第２領域１ａ−２とを備える。実施形態のアレイアンテナ装置１において、第１領域１ａ−１を形成するアンテナ素子１０には、信号フィルタ２０および移相器３０を接続し、第１領域１ａ−１を形成するアンテナ素子１０には、信号フィルタ２０を介さずに移相器３０を接続する。したがって、実施形態のアレイアンテナ装置１によれば、第２領域１ａ−２を形成するアンテナ素子１０に対応した信号フィルタ２０を省くことができ、装置の小型化を図ることができる。また、実施形態のアレイアンテナ装置１によれば、装置の重量を抑制することができる。
【００２２】
ここで、パッシブ型のアレイアンテナ装置は、自装置によりアンテナ素子１０ごとの送信電力を制御するアクティブ型のアレイアンテナ装置よりも比較的に安価であるという利点がある。実施形態のアレイアンテナ装置１によれば、パッシブ型のアレイアンテナ装置において、第２領域１ａ−２のアンテナ素子１０に対応した信号フィルタ２０を省くことができるので、アクティブ型のアレイアンテナ装置に対して装置の費用をより安価にすることができる。
【００２３】
上述した実施形態のアレイアンテナ装置１において、第１領域１ａ−１には所定値よりも高い電力の送信信号が供給され、第２領域１ａ−２には所定値よりも低い電力の送信信号が供給される。実施形態のアレイアンテナ装置１は、ホーンアンテナ１００により放射された電磁波Ｗ１を給電側アンテナ素子４０が受信してアンテナ素子１０により送信波を送信するパッシブ型のアレイアンテナ装置である。このパッシブ型のアレイアンテナ装置は、通常、メインローブとなる送信ビームと共に、メインローブの側方に、メインローブの指向性からずれた指向性を持つサイドローブが出現する。アレイアンテナ装置は、サイドローブの強度を抑制するために、信号送受信面のうちの中心側の送信信号のレベルよりも外側の送信信号のレベルが低く設定される。
【００２４】
また、図２および図３に示したように、複数の給電側アンテナ素子４０とホーンアンテナ１００との位置関係により、給電側アンテナ素子４０Ａにより受信される電磁波Ｗ１ａにより生成される送信信号の電力は、給電側アンテナ素子４０Ｂにより受信される電磁波Ｗ１ｂにより生成される送信信号の電力よりも高くなる。
【００２５】
実施形態のアレイアンテナ装置１のアンテナ素子１０により放射される送信波には、送信波の基本周波数以外の周波数成分の不要波が含まれる。不要波には、スプリアスと呼ばれる雑音が含まれる。スプリアスは、例えば、移相器３０に送信信号を入力することに起因して発生する。図４は、アンテナ素子１０の送信電力［Ｗ］とスプリアスの強度［ｄＢ］との関係を示す図である。このスプリアスの強度は送信電力が高くなるほど高くなるため、実施形態のアレイアンテナ装置１は、スプリアスの強度が所定値Ｓｔｈ以上となる送信電力Ｐｔｈが供給されるアンテナ素子（１０Ａ）と移相器３０との間に信号フィルタ２０を接続する。
【００２６】
実施形態のアレイアンテナ装置１は、信号送受信面１ａのうちの中心側の領域のうち、スプリアスの強度が所定値Ｓｔｈ以上となる送信電力（第１の送信電力）Ｐｔｈが供給されるアンテナ素子（１０Ａ）に信号フィルタ２０および移相器３０を接続する。実施形態のアレイアンテナ装置１は、信号送受信面１ａのうちの中心側の領域のうち、スプリアスが所定値Ｓｔｈ未満となる送信電力Ｐｔｈが供給されるアンテナ素子（１０Ｂ）に信号フィルタ２０を介さずに移相器３０を接続する。
【００２７】
以上のように、実施形態のアレイアンテナ装置１は、信号フィルタ２０と接続され、信号フィルタ２０を通過した第１の送信電力の送信信号が供給される複数の第１のアンテナ素子（１０Ａ）と、第１の送信電力よりも低い送信電力の送信信号が供給され、送信信号の位相に対して位相がずらされた送信信号が供給される複数の第２のアンテナ素子（１０Ｂ）とを備える。この結果、実施形態のアレイアンテナ装置１によれば、比較的送信電力が低いアンテナ素子（１０Ｂ）に信号フィルタ２０を介さずに移相器３０を接続するので、装置の小型化を図ることができる。また、実施形態のアレイアンテナ装置１によれば、装置の重量を抑制することができる。さらに、実施形態のアレイアンテナ装置１によれば、パッシブ型のアレイアンテナ装置に適用することにより、装置の費用をより安価にすることができる。
【００２８】
図５は、実施形態のアレイアンテナ装置１の他の構成を示す図である。実施形態のアレイアンテナ装置１は、信号フィルタ２０が、アンテナ素子（１０Ａ）に接続された信号フィルタ２０Ａと、アンテナ素子（１０Ｂ）に接続された信号フィルタ２０Ｂとを備える。信号フィルタ２０Ａは、スプリアスの強度を所定値Ｓｔｈ未満とするよりも低くするフィルタ強度が設定される。一方、信号フィルタ２０Ｂは、信号フィルタ２０Ａよりも低いフィルタ強度に設定される。フィルタ強度は、入力信号のレベルと出力信号のレベルとの比である。信号フィルタ２０Ａおよび信号フィルタ２０Ｂのフィルタ強度は、スプリアスを発生させる原因となる信号成分を低減させるように分布定数回路や集中定数回路（コンデンサ、コイル、または抵抗）などの受動部品のパラメータによって設定される。
【００２９】
以上のように、実施形態のアレイアンテナ装置１によれば、第１の信号フィルタ（２０Ａ）と接続され、第１の信号フィルタを通過した送信信号が供給される複数の第１のアンテナ素子（１０Ａ）と、第１の信号フィルタ（２０Ａ）よりも強度が低い第２の信号フィルタ（２０Ｂ）と接続され、送信信号の位相に対して位相がずらされた送信信号が供給される複数の第２のアンテナ素子（１０Ｂ）とを備える。実施形態のアレイアンテナ装置１によれば、スプリアスの強度が所定値Ｓｔｈ以上となる送信電力が供給されるアンテナ素子（１０Ａ）には第１の信号フィルタ（２０Ａ）が接続され、スプリアスの強度が所定値Ｓｔｈ未満となる送信電力が供給されるアンテナ素子（１０Ｂ）には第２の信号フィルタ（２０Ｂ）が接続される。この結果、実施形態のアレイアンテナ装置１によれば、信号送受信面１ａから発せられる電磁波の不要波をより低減することができる。
【００３０】
（変形例）
上述した実施形態のアレイアンテナ装置において、信号送受信面１ａの外郭形状、および第１領域１ａ−１の外郭形状は、任意の形状であってもよい。また、上述した実施形態のアレイアンテナ装置１において、第２領域１ａ−２は第１領域１ａ−１を取り囲むように形成されていればよく、第１領域１ａ−１の全ての外郭に接していなくてもよい。図６は、変形例のアレイアンテナ装置１Ａの正面図である。変形例のアレイアンテナ装置１Ａは、第１領域１ａ−１（信号送受信面１ａ）および第２領域１ａ−２の外郭形状が四角形である。また、変形例のアレイアンテナ装置１Ａは、第１領域１ａ−１の外郭の一部に第２領域１ａ−２が接している。この変形例のアレイアンテナ装置１Ａにおいて、第１領域１ａ−１を形成するアンテナ素子１０には信号フィルタ２０および移相器３０が接続され、第２領域１ａ−２を形成するアンテナ素子１０には信号フィルタ２０を介さずに移相器３０を接続する。これにより、変形例のアレイアンテナ装置１Ａによれば、第２領域１ａ−２を形成するアンテナ素子１０に対応した信号フィルタ２０を省くことができ、装置の小型化を図ることができる。
【００３１】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、信号フィルタ２０と接続され、信号フィルタ２０を通過した送信信号が供給される複数の第１のアンテナ素子（１０Ａ）と、自装置の信号送受信面１ａのうち第１のアンテナ素子（１０Ａ）が形成する第１領域１ａ−１を囲むように配置された第２領域１ａ−２を形成し、第１のアンテナ素子（１０Ａ）に供給される送信信号の位相に対して位相がずらされた送信信号が供給される複数の第２のアンテナ素子（１０Ｂ）とを持つことにより、アンテナ素子（１０Ｂ）に接続される信号フィルタ２０を省くことができ、装置の小型化を図ることができる。
【００３２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３３】
１、１Ａ、１Ｂ…アレイアンテナ装置、１ａ…信号送受信面、１ａ−１…第１領域、１ａ−２…第２領域、１０、１０Ａ、１０Ｂ…アンテナ素子、２０…信号フィルタ、３０…移相器、４０…給電側アンテナ素子、１００…ホーンアンテナ
【図１】
2017022575.tif 000003
【図２】
2017022575.tif 000004
【図３】
2017022575.tif 000005
【図４】
2017022575.tif 000006
【図５】
2017022575.tif 000007
【図６】
2017022575.tif 000008