JP2002118414A - アレーアンテナの制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エスパアンテナの制御において、受信信号の
到来角度を予め与える必要がなく、所望波に主ビームを
向けかつ干渉波にヌルを向けるように適応制御する。 【解決手段】 １つの給電アンテナ素子Ａ０と、６個の
無給電可変リアクタンス素子Ａ１乃至Ａ６を備えてなる
エスパアンテナのアレーアンテナ装置１００を適応制御
するための適応制御型コントローラ４０は、相手先の送
信機から送信される無線信号に含まれる学習シーケンス
信号をアレーアンテナ装置１００の給電アンテナ素子Ａ
０により受信したときの受信信号ｙ（ｔ）と、学習シー
ケンス信号と同一であり学習シーケンス信号発生器４１
で発生された学習シーケンス信号ｒ（ｔ）とに基づい
て、図８の適応制御処理を実行してアレーアンテナ装置
１００の主ビームを所望波の方向に向けかつ干渉波の方
向にヌルを向けるための各可変リアクタンス素子Ａ１乃
至Ａ６のリアクタンス値ｘ_mを計算して設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のアンテナ素
子からなるアレーアンテナ装置の指向特性を変化させる
ことができるアレーアンテナの制御装置及び制御方法に
関し、特に、電子制御導波器アレーアンテナ装置（Elec
tronically Steerable Passive Array Radiator (ESPA
R) Antenna；以下、エスパアンテナという。）指向特性
を適応的に変化させることができるアレーアンテナの制
御装置及び制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術のエスパアンテナは、例えば、
従来技術文献１「T. Ohira et al., "Electronically s
teerable passive array radiator antennas for low-c
ost analog adaptive beamforming," 2000 IEEE Intern
ational Conference on PhasedArray System & Technol
ogy pp. 101-104, Dana point, California, May 21-2
5, 2000」や特願平１１−１９４４８７号の特許出願に
おいて提案されている。このエスパアンテナは、無線信
号が給電される放射素子と、この放射素子から所定の間
隔だけ離れて設けられ、無線信号が給電されない少なく
とも１個の非励振素子と、この非励振素子に接続された
可変リアクタンス素子とから成るアレーアンテナを備
え、上記可変リアクタンス素子のリアクタンス値を変化
させることにより、上記アレーアンテナの指向特性を変
化させることができる。

【０００３】上記のエスパアンテナを制御するための方
法として、例えば、特願２０００−１９８５６０号の特
許出願において、各可変リアクタンス素子のリアクタン
ス値を最適化するために、ハミルトニアン法を用いて、
指定した方位角のアンテナ利得を最大にするようなリア
クタンス値を計算している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来例では、受信信号の到来角度を予め与える必要があ
り、実用的ではなく、また、干渉波に対してヌルを向け
ることができないという問題点があった。

【０００５】本発明の目的は以上の問題点を解決し、エ
スパアンテナの制御において、受信信号の到来角度を予
め与える必要がなく、所望波に対して主ビームを向けか
つ干渉波に対してヌルを向けるように適応制御すること
ができるアレーアンテナの制御装置及び制御方法を提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るアレーアン
テナの制御装置は、無線信号を受信するための放射素子
と、上記放射素子から所定の間隔だけ離れて設けられた
複数の非励振素子と、上記複数の非励振素子にそれぞれ
接続された複数の可変リアクタンス素子とを備え、上記
各可変リアクタンス素子のリアクタンス値を変化させる
ことにより、上記複数の可変リアクタンス素子をそれぞ
れ導波器又は反射器として動作させ、アレーアンテナの
指向特性を変化させるアレーアンテナの制御装置におい
て、上記各可変リアクタンス素子のリアクタンス値を順
次所定のシフト量だけ摂動させ、各リアクタンス値に対
する所定の評価関数値の傾斜ベクトルを計算し、計算さ
れた傾斜ベクトルに基づいて当該評価関数値が最大又は
最小となるように、上記アレーアンテナの主ビームを所
望波の方向に向けかつ干渉波の方向にヌルを向けるため
の各可変リアクタンス素子のリアクタンス値を計算して
設定する制御手段を備えたことを特徴とする。

【０００７】また、上記アレーアンテナの制御装置にお
いて、上記制御手段は、好ましくは、相手先の送信機か
ら送信される無線信号に含まれる学習シーケンス信号を
上記アレーアンテナにより受信したときの受信信号と、
上記学習シーケンス信号と同一であり当該制御手段で発
生された学習シーケンス信号とに基づいて上記評価関数
値を計算し、当該評価関数値が最大となるように制御
し、上記評価関数は、上記受信信号と上記発生された学
習シーケンス信号との間の相互相関係数であることを特
徴とする。

【０００８】さらに、上記アレーアンテナの制御装置に
おいて、上記制御手段は、好ましくは、相手先の送信機
から送信される無線信号に含まれる学習シーケンス信号
を上記アレーアンテナにより受信したときの受信信号
と、上記学習シーケンス信号と同一であり当該制御手段
で発生された学習シーケンス信号とに基づいて上記評価
関数値を計算し、当該評価関数値が最小となるように制
御し、上記評価関数は、上記受信信号と上記発生された
学習シーケンス信号との間の二乗誤差であることを特徴
とする。

【０００９】またさらに、上記アレーアンテナの制御装
置において、上記制御手段は、好ましくは、相手先の送
信機から送信される無線信号を上記アレーアンテナによ
り受信したときの受信信号に基づいて上記評価関数値を
計算し、当該評価関数値が最小となるように制御し、上
記評価関数は、上記受信信号の包絡線が一定値となると
きに最小となる関数であることを特徴とする。

【００１０】また、本発明に係るアレーアンテナの制御
方法は、無線信号を受信するための放射素子と、上記放
射素子から所定の間隔だけ離れて設けられた複数の非励
振素子と、上記複数の非励振素子にそれぞれ接続された
複数の可変リアクタンス素子とを備え、上記各可変リア
クタンス素子のリアクタンス値を変化させることによ
り、上記複数の可変リアクタンス素子をそれぞれ導波器
又は反射器として動作させ、アレーアンテナの指向特性
を変化させるアレーアンテナの制御方法において、上記
各可変リアクタンス素子のリアクタンス値を順次所定の
シフト量だけ摂動させ、各リアクタンス値に対する所定
の評価関数値の傾斜ベクトルを計算し、計算された傾斜
ベクトルに基づいて当該評価関数値が最大又は最小とな
るように、上記アレーアンテナの主ビームを所望波の方
向に向けかつ干渉波の方向にヌルを向けるための各可変
リアクタンス素子のリアクタンス値を計算して設定する
ステップを含むことを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る実施形態について説明する。

【００１２】図１は本発明に係る実施形態であるアレー
アンテナの制御装置の構成を示すブロック図である。こ
の実施形態のアレーアンテナの制御装置は、図１に示す
ように、１つの給電アンテナ素子Ａ０と、６個の無給電
可変リアクタンス素子Ａ１乃至Ａ６とを備えてなる従来
技術のエスパアンテナで構成されたアレーアンテナ装置
１００と、適応制御型コントローラ４０と、学習シーケ
ンス信号発生器４１とを備える。

【００１３】ここで、適応制御型コントローラ４０は、
例えばコンピュータなどのディジタル計算機で構成さ
れ、復調器４２による無線通信を開始する前に、相手先
の送信機から送信される無線信号に含まれる学習シーケ
ンス信号を上記アレーアンテナ装置１００の給電アンテ
ナ素子Ａ０により受信したときの受信信号ｙ（ｔ）と、
上記学習シーケンス信号と同一であり学習シーケンス信
号発生器４１で発生された学習シーケンス信号ｒ（ｔ）
とに基づいて、図８の適応制御処理を実行することによ
り上記アレーアンテナ装置１００の主ビームを所望波の
方向に向けかつ干渉波の方向にヌルを向けるための各可
変リアクタンス素子Ａ１乃至Ａ６のリアクタンス値ｘ_m
（ｍ＝１，２，…，６）を計算して設定することを特徴
としている。具体的には、適応制御型コントローラ４０
は、各可変リアクタンス素子Ａ１乃至Ａ６のリアクタン
ス値ｘ_m（ｍ＝１，２，…，６）を順次所定のシフト量
Δｘ_mだけ摂動させ、各リアクタンス値に対する所定の
評価関数（本実施形態では、数２３で表される、受信信
号ｙ（ｔ）と上記発生された学習シーケンス信号ｒ
（ｔ）との間の相互相関係数ρ_n）の値の傾斜ベクトル
を計算し、計算された傾斜ベクトルに基づいて当該評価
関数値が最大となるように、上記アレーアンテナ装置１
００の主ビームを所望波の方向に向けかつ干渉波の方向
にヌルを向けるための各可変リアクタンス素子Ａ１乃至
Ａ６のリアクタンス値ｘ_m（ｍ＝１，２，…，６）を計
算して設定する。

【００１４】図１において、相手先の送信機から送信さ
れた無線信号は、アレーアンテナ装置１００で受信さ
れ、その給電アンテナ素子Ａ０から出力される信号は、
低雑音増幅、中間周波又はバースバンドへの周波数変換
などの処理を行う高周波受信部３５を介して、受信信号
ｙ（ｔ）として適応制御型コントローラ４０及び復調器
４２に伝送される。上記適応制御型コントローラ４０
は、上述の適応制御処理を実行してアレーアンテナの制
御装置１００の主ビームを所望波の方向に向けかつ干渉
波の方向にヌルを向けるように適応制御した後、復調器
４２による無線通信が開始される。ここで、復調器４２
は、受信された受信信号ｙ（ｔ）に対して、復調などの
処理を実行して復調信号を得て出力する。

【００１５】まず、図２乃至図５を参照してエスパアン
テナで構成されたアレーアンテナ装置１００の構成につ
いて説明する。アレーアンテナ装置１００においては、
図２に示すように、給電アンテナ素子Ａ０と、６本の無
給電可変リアクタンス素子Ａ１乃至Ａ６とがそれぞれ、
各無給電可変リアクタンス素子Ａ０乃至Ａ６の長さｌ
ｏ，ｌｍ（ｍ＝１，２，…，６）に対して十分に大きい
広さを有する導体板にてなる接地導体１１から電気的に
絶縁され、かつ給電アンテナ素子Ａ０を中心とする例え
ば半径ｄ＝λ／４（但しλは波長）の円形形状の位置に
互いに同一の６０度の間隔で無給電可変リアクタンス素
子Ａ１乃至Ａ６が配置されるように設けられる。ここ
で、アレーアンテナ装置１００は、可逆回路であって、
送信アンテナとして用いるときは、給電アンテナ素子Ａ
０のみに無線信号が給電される一方、受信アンテナとし
て用いるときは、相手先の送信機からの無線信号が給電
アンテナ素子Ａ０により受信信号ｙ（ｔ）として受信さ
れる。

【００１６】図３において、給電アンテナ素子Ａ０は、
例えばλ／４の所定の長手方向の長さｌｏを有し接地導
体１１とは電気的に絶縁された円柱形状の放射素子６を
備え、放射素子６により受信された無線信号を伝送する
同軸ケーブル２０の中心導体２１は放射素子６の一端に
接続され、その外部導体２２は接地導体１１に接続され
る。これにより、放射素子６により受信された無線信号
を同軸ケーブル２０を介して、さらには高周波受信部３
５を介して適応制御型コントローラ４０及び復調器４２
に伝送する。

【００１７】図４において、各無給電可変リアクタンス
素子Ａ１乃至Ａ６はそれぞれ、例えばλ／４の所定の長
手方向の長さｌｍ（ｍ＝１，２，…，６）を有し接地導
体１１とは電気的に絶縁された円柱形状の非励振素子７
と、リアクタンス値ｘ_m（ｍ＝１，２，…，６）を有す
る可変リアクタンス素子２３とを備えて同様の構造を有
して構成される。ここで、非励振素子７の一端は可変リ
アクタンス素子２３を介して接地導体１１に対して高周
波的に接地される。例えば放射素子６と非励振素子７の
長手方向の長さが実質的に同一であると仮定したとき、
例えば、可変リアクタンス素子２３がインダクタンス性
（Ｌ性）を有するときは、可変リアクタンス素子２３は
延長コイルとなり、無給電可変リアクタンス素子Ａ１乃
至Ａ６の電気長が給電アンテナ素子Ａ０に比較して長く
なり、反射器として働く。一方、例えば、可変リアクタ
ンス素子２３がキャパシタンス性（Ｃ性）を有するとき
は、可変リアクタンス素子２３は短縮コンデンサとな
り、無給電可変リアクタンス素子Ａ１乃至Ａ６の電気長
が給電アンテナ素子Ａ０に比較して短くなり、導波器と
して働く。実際の適用では、リアクタンスｘ_mは、−３
００Ωから３００Ωまで等の一定範囲に制約することが
できる。

【００１８】図５は、図１のアレーアンテナ装置１００
の詳細な構成を示す断面図であり、図５の好ましい実施
形態では、可変リアクタンス素子２３として可変容量ダ
イオードＤを用いている。

【００１９】図５において、例えばポリカーボネートな
どの誘電体基板１０の上面に接地導体１１が形成され、
放射素子６は、接地導体１１から電気的に絶縁されつ
つ、誘電体基板１０を厚さ方向に貫通して支持されてい
る。また、非励振素子７は接地導体１１から電気的に絶
縁されつつ、誘電体基板１０を厚さ方向に貫通して支持
される。ここで、非励振素子７の一端は可変容量ダイオ
ードＤ及び、誘電体基板１０を厚さ方向に貫通して充填
形成されてなるスルーホール導体１２を介して接地導体
１１に高周波的に接地されるとともに、抵抗Ｒを介して
端子Ｔに接続される。また、端子Ｔは高周波バイパス用
キャパシタＣ及び、誘電体基板１０を厚さ方向に貫通し
て充填形成されてなるスルーホール導体１３を介して接
地導体１１に高周波的に接地される。

【００２０】端子Ｔには、適応制御型コントローラ４０
により電圧制御される可変電圧直流電源３０が接続さ
れ、これにより、可変容量ダイオードＤに印加する逆バ
イアス電圧を変化させることにより、可変容量ダイオー
ドＤにおける静電容量値を変化させる。これにより、非
励振素子７を備えた無給電可変リアクタンス素子Ａ１の
電気長を、給電アンテナ素子Ａ０に比較して変化させ、
当該アレーアンテナ装置１００の平面指向性特性を変化
させることができる。さらに、他の非励振素子７を備え
た無給電可変リアクタンス素子Ａ２乃至Ａ６も同様に構
成されて同様の作用を有する。

【００２１】以上のように構成されたアレーアンテナ装
置１００は、エスパアンテナと呼ばれる。本実施形態で
はさらに、図１のアレーアンテナ装置１００において、
各無給電可変リアクタンス素子Ａ１乃至Ａ６に接続され
た可変リアクタンス素子２３のリアクタンス値を変化さ
せることにより、アレーアンテナ装置１００の全体の平
面指向性特性を適応的に制御するための制御装置及び制
御方法を提供する。

【００２２】エスパアンテナで構成されたアレーアンテ
ナ装置１００のための適応制御型コントローラ４０から
の出力信号であるリアクタンス値信号を、これらの６個
のリアクタンスの関数として簡単に定式化する。本実施
形態では、各可変リアクタンス素子２３のリアクタンス
値を成分として持つ、

【数１】ｘ≡［ｘ₁，ｘ₂，…，ｘ₆］^T で表されるベクトルをリアクタンスベクトルと呼び、上
記リアクタンスベクトルは可変であるので、アレーアン
テナ装置１００の指向性パターンの形成に使用する。

【００２３】本実施形態において、信号ベクトルｓ
（ｔ）を、

【数２】 ｓ（ｔ）＝［ｓ₀（ｔ），ｓ₁（ｔ），…，ｓ₆（ｔ）］^T で定義し、成分ｓ_m（ｔ）は、アレーアンテナ装置１０
０のｍ番目（ｍ＝０，１，…，６）のアンテナ素子Ａｍ
（すなわち給電アンテナ素子又は無給電リアクタンス素
子）で受信されるＲＦ信号であり、上付き文字Ｔはベク
トル又は行列の転置を表す。次に、アレーアンテナ装置
１００の単一ポートのＲＦ出力信号である受信信号ｙ
（ｔ）（以下の原理説明では、説明の便宜上、高周波受
信部３５の前段での高周波信号（ＲＦ信号）をいう。）
は次式によって与えられる。

【数３】ｙ（ｔ）＝ｉ^Tｓ（ｔ） ここで、

【数４】ｉ＝［ｉ₀，ｉ₁，ｉ₂，…，ｉ₆］^T はｍ番目のアンテナ素子Ａｍ上に現れるＲＦ電流を成分
ｉ_mとして持つベクトルである。

【００２４】アレーアンテナ装置１００の電磁界解析に
よれば、ＲＦ電流ベクトルｉは次式のように定式化され
る。

【数５】ｉ＝（Ｉ＋ｊＹＸ）^-1ｙ₀

【００２５】ここで、Ｉは（６＋１）×（６＋１）の単
位行列であり、対角行列

【数６】Ｘ＝ｄｉａｇ［ｘ₀，ｘ₁，ｘ₂，…，ｘ₆］ は、リアクタンス行列と呼ばれる。適応制御型コントロ
ーラ４０及び復調器４２の入力インピーダンスｘ₀は一
定であり、本実施形態では、一般性を失うことなくｘ₀
＝０と仮定している。さらに、数５では、ベクトルｙ₀
は、

【数７】ｙ₀＝［ｙ₀₀，ｙ₁₀，ｙ₂₀，…，ｙ₆₀］^T で定義し、また、

【数８】Ｙ＝[ｙ_kl]_{( 6 +1) × ( 6 +1)} は（６＋１）×（６＋１）のアドミタンス行列であるも
のとする。ここで、成分ｙ_klはアンテナ素子ＡｋとＡｌ
との間（０≦ｋ，ｌ≦６）の相互アドミタンスを表す。

【００２６】（６＋１）素子のアレーアンテナ装置１０
０の場合、ベクトルｙ₀及びアドミタンス行列Ｙは、相
互アドミタンスの６個の成分のみで決定される。これに
ついて以下に説明する。

【００２７】公知の相反定理により、通常型のアレーア
ンテナ装置と同様に次式が成り立つ。

【数９】ｙ_kl＝ｙ_lk

【００２８】さらに、アレーアンテナ装置１００のアン
テナ素子Ａｍの巡回対称性は次式を含意している。

【００２９】

【数１０】ｙ₁₁＝ｙ₂₂＝ｙ₃₃＝ｙ₄₄＝ｙ₅₅＝ｙ₆₆

【数１１】ｙ₀₁＝ｙ₀₂＝ｙ₀₃＝ｙ₀₄＝ｙ₀₅＝ｙ₀₆

【数１２】ｙ₁₂＝ｙ₂₃＝ｙ₃₄＝ｙ₄₅＝ｙ₅₆＝ｙ₆₁

【数１３】ｙ₁₃＝ｙ₂₄＝ｙ₃₅＝ｙ₄₆＝ｙ₅₁＝ｙ₆₂

【数１４】ｙ₁₄＝ｙ₂₅＝ｙ₃₆

【００３０】上記数９乃至数１４は、数８のアドミタン
ス行列が相互アドミタンスの６個の成分y₀₀，y₁₀，
y₁₁，y₂₁，y₃₁及びy₄₁のみによって決定されることを意
味している。６つの成分の値は、アンテナ素子Ａｍの半
径、空間間隔及び長さ等のアンテナの物理的構造に依存
し、よってこれは一定である。これまでの説明を要約し
て、数５におけるアドミタンス行列Ｙを次式のように表
記する。

【００３１】

【数１５】

【００３２】同様に、数７は次のように書き換えること
ができる。

【数１６】Ｙ＝[ｙ₀₀，ｙ₁₀，ｙ₁₀，…，ｙ₁₀]^T

【００３３】アレーアンテナ装置１００のアンテナ素子
で受信される数３における信号ベクトルｓ（ｔ）は測定
不能であることは強調すべき点である。これは、アンテ
ナ素子上で受信される信号ベクトルが観測される通常の
適応型アレーアンテナとは異なる。アレーアンテナ装置
１００の場合は、単一ポート出力である受信信号ｙ
（ｔ）のみが測定可能であり、これだけが数１のリアク
タンスベクトルｘを制御するフィードバックとして使用
される。さらに残念ながら、数５が示すように、単一ポ
ート出力である受信信号ｙ（ｔ）はリアクタンスベクト
ルｘの高次の非線形関数であって、逆行列の演算を含ん
でおり、これが適応性能の解析的表現の生成を困難にし
ている。また、数５における電流ベクトルｉは通常の適
応型アレーの重み係数ベクトルに相当することも注意さ
れるべきである。電流ベクトルｉの各成分は、通常の適
応型アレーの重み係数ベクトルとは違って独立ではなく
互いに結合していることは数５から明らかである。上述
の議論は、通常の適応型アレーアンテナの制御アルゴリ
ズムの大部分は、エスパアンテナの技術を適用されたア
レーアンテナ装置１００に直接に適用することが不可能
であることを含意している。従って、特に、エスパアン
テナのための適応制御用アルゴリズムを提案することが
望ましい。

【００３４】次いで、本実施形態のアレーアンテナ装置
１００を適応型にするために、受信される信号のモデル
を提案する。論考を進める前に、アレーアンテナ装置１
００の操向ベクトルを与えておく。図６に示されるよう
な（６＋１）素子のアレーアンテナ装置１００について
考察する。

【００３５】ｍ番目のアンテナ素子Ａｍを、任意の軸に
対して角度

【数１７】 φ_m＝２π（ｍ−１）／６，（ｍ＝１，２，…，６） で配置する。図６ではｍ＝２の場合が図示されている。
上記任意の軸を基準軸として角度θの到来角度（ＤＯ
Ａ）から到来し、アレーアンテナ装置１００上で受信さ
れる波面が観測されるとき、ｍ番目の無給電リアクタン
ス素子Ａｍと０番目の給電アンテナ素子Ａ０の対が受信
する信号間にはｄ・cos(θ−φ_m)の空間的遅延が存在す
る。波長λによって、この空間的遅延は、（２π／λ）
ｄ・cos(θ−φ_m)によって定義される電気的角度差に変
換される。従って、角度θのＤＯＡにおけるアレーアン
テナ装置１００の操向ベクトルは、半径がｄ＝λ/４で
ある場合、次式で定義される。

【００３６】

【数１８】

【００３７】上述の単純な場合を、より一般的な場合に
拡張することができる。ＤＯＡがθ _q（ｑ＝０，１，
…，Ｑ）である到来受信信号ｕ_q(ｔ）を送信する信号源
が合計Ｑ＋１個あると仮定する。ｓ_m(ｔ）（ｍ＝０，
１，…，６）はアンテナのｍ番目のアンテナ素子Ａｍで
受信される信号を表し、またｓ（ｔ）をｍ番目の成分に
ｓ _m(ｔ）を有する列ベクトルであるとする。信号ｓ
_m(ｔ）は、Ｑ＋１個の信号源からの信号の重ね合わせで
ある。

【００３８】

【数１９】

【００３９】ここで、ａ_m(θ_q）（ｍ＝０，１，２，
…，６）は、θの代わりにθ_qを有する数１８の第ｍ成
分である。このとき、アンテナ素子Ａｍに現れる列ベク
トルｓ（ｔ）は、次式のように表すことができる。

【００４０】

【数２０】

【００４１】ここで、

【数２１】ａ(θ_q）≡［ａ₀(θ_q），ａ₁(θ_q），ａ₂(θ
_q），…，ａ₆(θ_q）］^T は、θの代わりにθ_qを有する数１８において定義され
た操向ベクトルである。数３から、アレーアンテナ装置
１００の出力信号である受信信号ｙ（ｔ）は次式のよう
に表記することができる。

【００４２】

【数２２】

【００４３】電流ベクトルｉ、及び従って受信信号ｙ
（ｔ）は、数１のリアクタンスベクトルｘの関数であ
る。

【００４４】次に、勾配に基づくアレーアンテナ装置１
００の適応制御処理について説明する。この適応制御処
理で使用している学習シーケンス信号ｒ（ｔ）は、相手
先の送信機と受信機の双方に知られていると仮定する。
表記法の約束を少し変更し、本実施形態では、以後も受
信信号ｙ（ｔ）によってアレーアンテナ装置１００のＲ
Ｆ出力の等価低域通過信号を表記する。

【００４５】従来の最急勾配アルゴリズムで一般に使用
される評価関数は、平均２乗誤差である。この誤差が２
つの信号の差分を表すのに対して、相互相関係数は近似
性を表すことは周知である。平均２乗誤差の代わりに、
我々の適応制御処理では相互相関係数を採用している。
ここにおける我々の目的は、アンテナの出力である受信
信号ｙ（ｔ）と学習シーケンス信号ｒ（ｔ）の間の相互
相関係数が可能な限り大きくなるような数１のリアクタ
ンスベクトルｘを発見することにある。

【００４６】ｙ（ｎ）及びｒ（ｎ）を各々、受信信号ｙ
（ｔ）及び学習シーケンス信号ｒ（ｔ）の離散的時間サ
ンプルであるＰ次元ベクトルと仮定する。時刻ｎにおけ
る受信信号ｙ（ｎ）と学習シーケンス信号ｒ（ｎ）との
間の相互相関係数は、次式のように定義される。

【００４７】

【数２３】

【００４８】ここで、上付き文字Ｈは複素共役をとる転
置を表す。これにより、勾配ベクトルは次式のように定
義される。

【００４９】

【数２４】

【００５０】ここで、∂ρ_n／∂ｘはリアクタンスベク
トルｘについての導関数を表す。

【００５１】最急勾配法によって相互相関係数を可能な
限り大きくするような良好なリアクタンスベクトルｘを
発見するためには、以下の手順を用いる。 （ｉ）最初に、時刻ｎ（すなわち、ｎ回目の反復）を１
に設定し、任意に選択したリアクタンスベクトルの初期
値ｘ（１）によって開始する。典型的には、初期の指向
性パターンが全方向性であるとき、リアクタンスベクト
ルの初期値ｘ（１）はゼロベクトルに等しく設定され
る。 （ｉｉ）次いで、この初期値又は現在の推定値を使用し
て、時刻ｎ（すなわち、ｎ回目の反復）における勾配ベ
クトル∇ρ_nを計算する。 （ｉｉｉ）勾配ベクトルの方向と同一の方向に初期値又
は現在の推定値を変更することで、リアクタンスベクト
ルにおける次の推定値を計算する。 （ｉｖ）ステップ（ｉｉ）に戻って処理を繰り返す。

【００５２】詳しくは提案された適応制御処理のフロー
図を表す図８を参照して以下のようなステップを実行す
る。この適応制御処理は、図１の復調器４２が無線通信
を開始する前に、相手先の送信機からの学習シーケンス
信号を含む無線信号を受信しているときに実行される。

【００５３】図８において、まず、ステップＳ１におい
て、ｎ＝１に設定し、時刻ｎ（ｎ回目の反復）における
数１のリアクタンスベクトルｘ（ｎ）を、任意に選択し
たリアクタンスベクトルの初期値ｘ（１）に設定する。
次いで、ステップＳ２において、図８の内ループを開始
する前に、パラメータｍ＝０とし、ステップＳ３におい
て、受信信号ｙ（ｔ）を測定する。そして、ステップＳ
４において、数２３を用いて相互相関係数ρ_nを計算
し、上記相互相関係数ρ_nを摂動前の基準係数（非摂動
の係数）ρ_n ⁽⁰⁾に代入する。さらに、ステップＳ５にお
いて、パラメータｍを１だけインクリメントし、ステッ
プＳ６において、リアクタンスベクトルの第ｍ成分ｘ_m
をΔｘ_mだけ摂動させる。そして、ステップＳ７におい
て、受信信号ｙ（ｔ）を測定し、ステップＳ８におい
て、数２３を用いて相互相関係数ρ_nを計算する。次い
で、ステップＳ９において、相互相関係数のリアクタン
スベクトルｘについての傾きを示す導関数∂ρ_n/∂ｘ_i
を、ρ_n−ρ_n ⁽⁰⁾によって計算する。さらに、ステップ
Ｓ１０において、ステップＳ６で摂動させたリアクタン
スベクトルの第ｍ成分ｘ_mを元に戻す。そして、ステッ
プＳ１１において、パラメータｍが無給電可変リアクタ
ンス素子Ａ１乃至Ａ６の数Ｍ＝６よりも小さいか否かを
判断し、ｍ＜Ｍのときは内ループでステップＳ５に戻る
一方、ｍ≧ＭのときはステップＳ１２に進む。

【００５４】ステップＳ１２において、上述の最急勾配
法に従って、再帰的関係を使用して次のように時刻ｎ＋
１におけるリアクタンスベクトルｘの更新値ｘ（ｎ＋
１）を計算する。

【数２５】ｘ（ｎ＋１）＝ｘ（ｎ）＋μ∇ρ_n

【００５５】ここで、μは収束速度を制御する正の定数
であり、例えばμ＝１５０に設定される。次いで、ステ
ップＳ１３において、ｎを１だけインクリメントし、ス
テップＳ１４において、ｎが予め決定された反復回数Ｎ
に達していないかどうかを判断し、ｎ≦Ｎのとき外ルー
プによりステップＳ２に戻る一方、ｎ＞Ｎのときは当該
適応制御処理を終了する。以上の適応制御処理により、
評価関数値を最大にするように収束させることができ、
所望波の到来角度が未知でも、アレーアンテナの制御装
置１００の主ビームを所望波に向けかつ干渉波にヌルを
向けるように適応制御することができる。

【００５６】勾配ベクトルの正の方向に行なうリアクタ
ンスベクトルｘの連続的な補正は、相互相関係数が大き
いという意味で結局は良好なリアクタンスベクトルｘと
なることは、直観的にも妥当である。

【００５７】数２４の勾配ベクトル∇ρ_nの計算に際し
ては、幾つか困難のある場合がある。上述のように、こ
れは、（ａ）受信信号ｙ（ｔ）の表現における、取り扱
いが難しい逆行列の演算の存在により、勾配ベクトルを
リアクタンスベクトルｘの関数として解析的に表すこと
は容易ではない（数３及び数５参照）、（ｂ）アレーア
ンテナ装置１００の給電アンテナ素子Ａ０及び無給電ア
ンテナ素子Ａ１乃至Ａ６の各々で受信される信号ベクト
ルを観測できない、という事実に起因している。

【００５８】本実施形態において、数２４の勾配ベクト
ル∇ρ_nの推定値は、偏導関数の有限の差分による近似
値の使用によって導出されている。特に、リアクタンス
ｘ_iに関する１階の偏導関数∂ρ_n/∂ｘ_iが、リアクタン
スｘ_mをｘ_m＋Δｘ_mへと増分をとることによって相互相
関係数ρ_nの変動値に近似される。

【００５９】

【数２６】

【００６０】この勾配ベクトルの評価を数２６に代入し
て、リアクタンスベクトルｘ(ｎ＋１)を算出する。これ
らのステップをｎ＝１からｎ＝Ｎまで繰り返し、十分大
きいＮについて、相互相関係数ρ_Nが大きいという意味
で良好なリアクタンスベクトルｘ(Ｎ＋１)を得る。

【００６１】数２６が示すように、アンテナの出力から
は、一度にただ１つの勾配ベクトル∇ρ_nの成分しか算
出されない。リアクタンスベクトルｘの全成分を逐次的
に摂動し、数２５の各反復に対して１つの勾配ベクトル
を得る。図７は、使用した学習シーケンス信号ｒ（ｔ）
の枠組み構造を示している。データブロックｒ（ｉ）
（ｉ＝１，２，…，Ｎ）はそれぞれ、１と−１とからな
る擬似ランダム信号であり、データブロックｒ（１），
ｒ（２），…，ｒ（Ｎ）のそれぞれは、図８のステップ
Ｓ５からステップＳ１１までのループにおいて、相関係
数の勾配ベクトルのＭ＋１個（本実施形態においてはＭ
＝６）の成分を計算するためにＭ＋１回ずつ繰り返され
る、すなわち一度の繰り返しにＭ＋１回のデータブロッ
クｒ（ｉ）の伝送を必要とする。ここで、Ｍ＋１回のデ
ータブロックｒ（ｉ）は、１つの非摂動時に受信信号ｙ
（ｔ）と、Ｍ個の摂動時の受信信号ｙ（ｔ）を測定する
ために用いられる。この場合、各データブロックのシン
ボル数ｒ（ｉ）をＰとすると、上記勾配ベクトルからリ
アクタンスの推定値を計算することをＮ回繰り返すの
で、学習シーケンス信号ｒ（ｔ）はＰ×（Ｍ＋１）×Ｎ
個のシンボルからなる。

【００６２】以上説明したように、本発明に係る実施形
態によれば、適応制御型コントローラ４０は、復調器４
２による無線通信を開始する前に、相手先の送信機から
送信される無線信号に含まれる学習シーケンス信号を上
記アレーアンテナ装置１００の給電アンテナ素子Ａ０に
より受信したときの受信信号ｙ（ｔ）と、上記学習シー
ケンス信号と同一であり学習シーケンス信号発生器４１
で発生された学習シーケンス信号ｒ（ｔ）とに基づい
て、図８の適応制御処理を実行することにより上記アレ
ーアンテナ装置１００の主ビームを所望波の方向に向け
かつ干渉波の方向にヌルを向けるための各可変リアクタ
ンス素子Ａ１乃至Ａ６のリアクタンス値ｘ _m（ｍ＝１，
２，…，６）を計算して設定する。従って、本実施形態
に係るアレーアンテナの制御装置又は制御方法は、ハミ
ルトニアン法を用いた従来例に比較して、所望波の到来
角度が未知でも所望波に主ビームを向けかつ干渉波にヌ
ルを向けるように適応制御することができる。

【００６３】＜変形例＞以上の実施形態においては、６
本の無給電可変リアクタンス素子Ａ１乃至Ａ６を用いて
いるが、その本数は少なくとも複数本あれば、当該アレ
ーアンテナ装置の指向特性を電子的に制御することがで
きる。それに代わって、６個よりも多くの無給電可変リ
アクタンス素子を備えてもよい。また、無給電可変リア
クタンス素子Ａ１乃至Ａ６の配置形状も上記の実施形態
に限定されず、給電アンテナ素子Ａ０から所定の距離だ
け離れていればよい。すなわち、各無給電可変リアクタ
ンス素子Ａ１乃至Ａ６に対する間隔ｄは一定でなくても
よい。

【００６４】さらに、可変リアクタンス素子２３は可変
容量ダイオードＤに限定されず、リアクタンス値を制御
可能な素子であればよい。可変容量ダイオードＤは一般
に容量性の回路素子なので、リアクタンス値は常に負の
値となる。なお、表１の数値例では、インピーダンスＺ
としてゼロや正の値を用いている。上記可変リアクタン
ス素子２３のリアクタンス値は、正から負の値までの範
囲の値をとってもよく、このためには、例えば可変容量
ダイオードＤに直列に固定のインダクタを挿入するか、
もしくは、非励振素子７の長さをより長くすることによ
り、正から負の値までにわたってリアクタンス値を変化
させることができる。

【００６５】以上の本実施形態においては、最急勾配法
の評価関数として相互相関係数ρ_nを用いたが、本発明
はこれに限らず、他の関数を用いてもよい。その例とし
て、２乗誤差基準と定包絡線基準について説明する。２
乗誤差基準の評価関数は、次式で表される。

【００６６】

【数２７】Ｊ＝Ｅ［｜ｒ’(ｔ）−ｙ’(ｔ)｜²］

【００６７】ここで、｜・｜は複素数の絶対値を表し、
Ｅ［・］はアンサンブル平均を表す。また、受信信号ｙ
（ｔ）及び学習シーケンス信号ｒ（ｔ）は、次式のごと
く正規化されている。

【００６８】

【数２８】ｙ’(ｔ）＝ｙ(ｔ）／｜ｙ(ｔ)｜

【数２９】ｒ’(ｔ）＝ｒ(ｔ）／｜ｒ(ｔ)｜

【００６９】２乗誤差基準の評価関数を用いるとき、適
応制御型コントローラ４０は、評価関数値Ｊが最小とな
るように適応制御する。

【００７０】また、ＣＭＡアルゴリズムを用いた定包絡
線基準の評価関数は、次式で表される。

【００７１】

【数３０】Ｊ＝Ｅ［｜｜ｙ’(ｔ)｜²−１｜²］

【００７２】ここでも受信信号ｙ(ｔ）は数２８と同じ
ｙ’(ｔ）によって正規化されている。このときは学習
シーケンス信号ｒ（ｔ）は不要であるが、受信信号の包
絡線が一定値となるようなシステムでしか使用できな
い。それは、具体的にはＦＭ、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ等の
変調方式を採用するシステムである。定包絡線基準の評
価関数を用いたとき、適応制御型コントローラ４０は、
相手先の送信機から送信される無線信号をアレーアンテ
ナ装置４０により受信したときの受信信号ｙ（ｔ）に基
づいて上記評価関数値を計算し、当該評価関数値が最小
となるように制御し、上記評価関数は、上記受信信号の
包絡線が一定値となるときに最小となる関数である。

【００７３】以上の実施形態においては、学習シーケン
ス信号ｒ（ｔ）を構成する各データブロックｒ（ｉ）
（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は、シンボル数Ｐ＝１０である
擬似ランダム信号であったが、他のシンボル数の信号で
あってもよい。また、学習シーケンスを用いた適応制御
処理は、通信の最初に行っても、ある時間周期毎に行っ
てもよい。

【００７４】

【実施例】さらに、本実施形態のアレーアンテナの制御
装置を用いたシミュレーションとその結果について説明
する。

【００７５】アレーアンテナ装置１００からの出力表現
における逆行列の存在（数３及び数５参照）は、その性
能の解析的に記述することを困難にすることが考えられ
る。提案されたアルゴリズム及びアンテナ性能を検証す
るためにシミュレーションを実施した。我々のシミュレ
ーションでは、（６＋１）素子のエスパアンテナで構成
されたアレーアンテナ装置１００を使用している。給電
アンテナ素子Ａ０及び無給電リアクタンス素子Ａ１乃至
Ａ６はそれぞれλ／４長のモノポール素子である。我々
は、全ての到来信号ｕ_q（ｔ）（ｑ＝０，１，…，Ｑ）
のパワーを１となるように選択した。ノイズはないもの
と仮定した。全てのシミュレーションを通じて、数２３
に定義された相互相関係数の各計算のためのデータブロ
ックのシンボル数は、Ｐ＝１０に設定された。

【００７６】まず、異なる方向から２つの信号が存在す
るケースについて考える。入力信号対干渉波電力比（以
下、信号対干渉波電力比をＳＩＲという。）は、到来信
号が１のパワーである仮定により０ｄＢである。Ｎ＝８
００の反復後は、図９に示すように、ビームは所望する
信号の０゜に向けられ、また、１３５゜における干渉波
信号に向けてより深いヌルが形成される。このとき、２
８.２６ｄＢの出力ＳＩＲが取得される。図１０は、図
９の指向性パターンを得たときの、反復回数ｎに対する
相互相関係数ρ_nの収束特性を示すグラフである。到来
信号の学習に使用されたシンボル数は、

【数３１】Ｐ（Ｍ＋１）Ｎ＝１０×（６＋１）×８００
＝５６０００ 個である。

【００７７】次に、５つの到来信号が存在する場合につ
いて考察する。これらの到来信号のＤＯＡは［０°，４
０°，５５°，２２０°，３０５°］であり、１つを所
望された所望波信号とし、他の４つを干渉波信号とし
て、−６.０２ｄＢの入力ＳＩＲを有している。指向性
パターンを図１１乃至図１５に示す。図面はそれぞれ、
所望波信号が０゜，４０゜，５５゜，２２０゜，３０５
゜から到来している状況に対応し、出力ＳＩＲはそれぞ
れ９．０９ｄＢ，−１．４１ｄＢ，２．６７ｄＢ，２
０．０３ｄＢ，１０．２８ｄＢである。図１２及び図１
３は、４０゜と５５゜の間の角度の分離が僅かである混
雑したＤＯＡのケースに関する２つの指向性パターンを
示している。両信号は主要ビームとなり、より低い値の
出力ＳＩＲは性能を低下させる。ここで、図１２及び図
１３からは、このように僅かな角度分離の場合でも、エ
スパアンテナの技術を適用され、かつ適応的に制御され
るアレーアンテナ装置１００を使用すれば干渉効果を減
少させ、ＳＩＲ利得（即ち、出力と入力とのＳＩＲ差）
を各々約４.６０ｄＢ及び８.６９ｄＢ向上できる。図１
１乃至図１５のこれらのパターンは、Ｎ＝１０００の反
復の後に取得される。学習シーケンスにおけるシンボル
数は、合計（７×１０⁴）である。図１６は、図１１の
指向性パターンを得たときの、反復回数ｎに対する相互
相関係数ρ_nの収束特性を示すグラフである。

【００７８】次に、図１１に示されたグラフのシミュレ
ーションと同一のＤＯＡ及び入力ＳＩＲを有する５つの
信号源からの到来信号の適応制御処理を、反復回数を減
らして（Ｎ＝１００）再現する。図１７が示すように、
ビームは所望される角度０゜に向かって形成され、他の
ＤＯＡ（すなわち４０゜，５５゜，２２０゜及び３０５
゜）からの干渉波信号は抑圧されている。このように少
ない反復回数であっても、６.５８ｄＢの出力ＳＩＲは
なおも確立されている。図１８は、図１７の指向性パタ
ーンを得たときの、反復回数ｎに対する相互相関係数ρ
_nの収束特性を示すグラフである。

【００７９】最後に、エスパアンテナの技術を適用さ
れ、かつ適応的に制御されるアレーアンテナ装置１００
の出力ＳＩＲの統計的性能について考察する。図１９
（Ｎ＝４０のとき）及び図２０（Ｎ＝１０００のとき）
は、Ｚで表される出力ＳＩＲが横座標の与えられた実数
ｚを越える確率Ｐｒ（Ｚ≧ｚ）を示している。これらの
図面に関わる計算に際しては、所望された信号は角度０
゜から到来するものとし、干渉波信号のＤＯＡは０゜乃
至３５９゜の範囲で一様にランダムであるように設定し
ている。これらの統計では、１０００セットのＤＯＡを
全て使用している。曲線は、干渉波信号の数Ｑ＝１,
２, ３及び４のケースが描かれている。これらの曲線を
どう解釈するかについての例として、図２０は、Ｑ＝４
の場合に、この適応型アンテナが少なくとも２０ｄＢの
出力ＳＩＲ（言い替えれば２６.０２ｄＢのＳＩＲ利
得）を８０%の確率で供給可能であることを含意してい
る。図１９と図２０を比較すると、より多い反復回数
が、本実施形態のアレーアンテナ装置１００の出力ＳＩ
Ｒを増大させることが分かる。

【００８０】以上で説明した我々の適応制御アルゴリズ
ムは、アンテナ出力と学習シーケンス信号との間の相互
相関係数が大きいという意味で良好な解法を得ている。
実施例のシミュレーションで示したように、エスパアン
テナの技術を適用されたアレーアンテナ装置１００の場
合、提案された適応制御アルゴリズムによるＳＩＲの改
善は、幾つかの実際的状況において受容可能なものであ
る。すなわち、７素子のアレーアンテナ装置１００が少
なくとも約２６ｄＢのＳＩＲ利得を８０％の確率で供給
できることを示している。本発明に係る適応制御処理の
アルゴリズムの開発は、複雑性の低いエスパアンテナの
技術を、無線移動体の端末等に適応可能であり、適用可
能なものにしている。

【００８１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係るアレー
アンテナの制御装置によれば、従来技術のエスパアンテ
ナの制御装置において、各可変リアクタンス素子のリア
クタンス値を順次所定のシフト量だけ摂動させ、各リア
クタンス値に対する所定の評価関数値の傾斜ベクトルを
計算し、計算された傾斜ベクトルに基づいて当該評価関
数値が最大又は最小となるように、上記アレーアンテナ
の主ビームを所望波の方向に向けかつ干渉波の方向にヌ
ルを向けるための各可変リアクタンス素子のリアクタン
ス値を計算して設定する。従って、ハミルトニアン法を
用いた従来例に比較して、所望波の到来角度が未知でも
所望波に主ビームを向けかつ干渉波にヌルを向けるよう
に適応制御することができる。特に、ハミルトニアン法
を用いた従来例では、干渉波にヌルを向けることができ
ないが、本発明では、干渉波にヌルを向けることができ
るという特有の効果を有する。

【００８２】当該アレーアンテナの制御装置は、例え
ば、移動体通信端末用のアンテナとしてノートパソコン
やＰＤＡのような電子機器へ装着が容易であり、また、
水平面のどの方向へ主ビームを走査した場合でも、すべ
ての無給電可変リアクタンス素子が導波器又は反射器と
して有効に機能し、到来波および複数の干渉波に対する
指向特性の制御もきわめて好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る実施形態であるアレーアンテナ
の制御装置の構成を示すブロック図である。

【図２】 図１のアレーアンテナ装置１００の構成を表
す斜視図である。

【図３】 図１の給電アンテナ素子Ａ０の構成を示す模
式図である。

【図４】 図１の無給電可変リアクタンス素子Ａ１乃至
Ａ６の構成を示す模式図である。

【図５】 図２のアレーアンテナ装置１００の詳細な構
成を示す断面図である。

【図６】 図１のアレーアンテナ装置１００の構成を表
す平面図である。

【図７】 図１の学習シーケンス信号発生器４１によっ
て発生される学習シーケンス信号の構成を示すシーケン
ス図である。

【図８】 図１の適応制御コントローラ４０によって実
行される適応制御処理を示すフローチャートである。

【図９】 図１のアレーアンテナの制御装置のシミュレ
ーション結果であって、信号源が２つの場合の指向性パ
ターンを示すグラフである。

【図１０】 図９の指向性パターンを得たときの、反復
回数ｎに対する相互相関係数ρ_nの収束特性を示すグラ
フである。

【図１１】 図１のアレーアンテナの制御装置のシミュ
レーション結果であって、信号源が５つで０°方向を所
望波信号とする場合の水平面指向性パターンである。

【図１２】 図１のアレーアンテナの制御装置のシミュ
レーション結果であって、信号源が５つで４０°方向を
所望波信号とする場合の水平面指向性パターンを示すグ
ラフである。

【図１３】 図１のアレーアンテナの制御装置のシミュ
レーション結果であって、信号源が５つで５５°方向を
所望波信号とする場合の水平面指向性パターンを示すグ
ラフである。

【図１４】 図１のアレーアンテナの制御装置のシミュ
レーション結果であって、信号源が５つで２２０°方向
を所望波信号とする場合の水平面指向性パターンを示す
グラフである。

【図１５】 図１のアレーアンテナの制御装置のシミュ
レーション結果であって、信号源が５つで３０５°方向
を所望波信号とする場合の水平面指向性パターンを示す
グラフである。

【図１６】 図１１の指向性パターンを得たときの、反
復回数ｎに対する相互相関係数ρ_nの収束特性を示すグ
ラフである。

【図１７】 図１のアレーアンテナの制御装置のシミュ
レーション結果であって、信号源が５つで０°方向を所
望波信号とする場合の水平面指向性パターンを示すグラ
フである。

【図１８】 図１７の指向性パターンを得たときの、反
復回数ｎに対する相互相関係数ρ_nの収束特性を示すグ
ラフである。

【図１９】 図１のアレーアンテナの制御装置で、反復
回数が４０回であるときの出力ＳＩＲが横軸の値を超え
る確率を示すグラフである。

【図２０】 図１のアレーアンテナの制御装置で、反復
回数が１０００回であるときの出力ＳＩＲが横軸の値を
超える確率を示すグラフである。

【符号の説明】

Ａ０…給電アンテナ素子、 Ａ１乃至Ａ６…無給電可変リアクタンス素子、 Ｃ…キャパシタ、 Ｄ…可変容量ダイオード、 Ｒ…抵抗、 Ｔ…端子、 ６…放射素子、 ７…非励振素子、 １０…誘電体基板、 １１…接地導体、 １２，１３…スルーホール導体、 ２０…給電用同軸ケーブル、 ２１…中心導体、 ２２…外部導体、 ２３…可変リアクタンス素子、 ３０…可変電圧直流電源、 ３５…高周波受信部、 ４０…適応制御型コントローラ、 ４１…学習シーケンス信号発生器、 ４２…復調器、 １００…アレーアンテナ装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｑ 21/20 Ｈ０１Ｑ 21/20 (72)発明者 神谷 幸宏 京都府相楽郡精華町光台二丁目２番地２ 株式会社エイ・ティ・アール環境適応通信 研究所内 (72)発明者 大平 孝 京都府相楽郡精華町光台二丁目２番地２ 株式会社エイ・ティ・アール環境適応通信 研究所内 Ｆターム(参考） 5J020 BA02 BC02 BC08 DA03 DA10 5J021 AA08 AB02 CA06 DB02 DB03 EA04 FA05 FA20 FA32 GA02 GA06 HA05 HA10

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無線信号を受信するための放射素子と、 上記放射素子から所定の間隔だけ離れて設けられた複数
   の非励振素子と、 上記複数の非励振素子にそれぞれ接続された複数の可変
   リアクタンス素子とを備え、 上記各可変リアクタンス素子のリアクタンス値を変化さ
   せることにより、上記複数の可変リアクタンス素子をそ
   れぞれ導波器又は反射器として動作させ、アレーアンテ
   ナの指向特性を変化させるアレーアンテナの制御装置に
   おいて、 上記各可変リアクタンス素子のリアクタンス値を順次所
   定のシフト量だけ摂動させ、各リアクタンス値に対する
   所定の評価関数値の傾斜ベクトルを計算し、計算された
   傾斜ベクトルに基づいて当該評価関数値が最大又は最小
   となるように、上記アレーアンテナの主ビームを所望波
   の方向に向けかつ干渉波の方向にヌルを向けるための各
   可変リアクタンス素子のリアクタンス値を計算して設定
   する制御手段を備えたことを特徴とするアレーアンテナ
   の制御装置。
2. 【請求項２】 上記制御手段は、相手先の送信機から送
   信される無線信号に含まれる学習シーケンス信号を上記
   アレーアンテナにより受信したときの受信信号と、上記
   学習シーケンス信号と同一であり当該制御手段で発生さ
   れた学習シーケンス信号とに基づいて上記評価関数値を
   計算し、当該評価関数値が最大となるように制御し、上
   記評価関数は、上記受信信号と上記発生された学習シー
   ケンス信号との間の相互相関係数であることを特徴とす
   る請求項１記載のアレーアンテナの制御装置。
3. 【請求項３】 上記制御手段は、相手先の送信機から送
   信される無線信号に含まれる学習シーケンス信号を上記
   アレーアンテナにより受信したときの受信信号と、上記
   学習シーケンス信号と同一であり当該制御手段で発生さ
   れた学習シーケンス信号とに基づいて上記評価関数値を
   計算し、当該評価関数値が最小となるように制御し、上
   記評価関数は、上記受信信号と上記発生された学習シー
   ケンス信号との間の二乗誤差であることを特徴とする請
   求項１記載のアレーアンテナの制御装置。
4. 【請求項４】 上記制御手段は、相手先の送信機から送
   信される無線信号を上記アレーアンテナにより受信した
   ときの受信信号に基づいて上記評価関数値を計算し、当
   該評価関数値が最小となるように制御し、上記評価関数
   は、上記受信信号の包絡線が一定値となるときに最小と
   なる関数であることを特徴とする請求項１記載のアレー
   アンテナの制御装置。
5. 【請求項５】 無線信号を受信するための放射素子と、 上記放射素子から所定の間隔だけ離れて設けられた複数
   の非励振素子と、 上記複数の非励振素子にそれぞれ接続された複数の可変
   リアクタンス素子とを備え、 上記各可変リアクタンス素子のリアクタンス値を変化さ
   せることにより、上記複数の可変リアクタンス素子をそ
   れぞれ導波器又は反射器として動作させ、アレーアンテ
   ナの指向特性を変化させるアレーアンテナの制御方法に
   おいて、 上記各可変リアクタンス素子のリアクタンス値を順次所
   定のシフト量だけ摂動させ、各リアクタンス値に対する
   所定の評価関数値の傾斜ベクトルを計算し、計算された
   傾斜ベクトルに基づいて当該評価関数値が最大又は最小
   となるように、上記アレーアンテナの主ビームを所望波
   の方向に向けかつ干渉波の方向にヌルを向けるための各
   可変リアクタンス素子のリアクタンス値を計算して設定
   するステップを含むことを特徴とするアレーアンテナの
   制御方法。