JP2003133836A - アレーアンテナ装置及びアレーアンテナ信号合成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アレーアンテナ装置及びアレーアンテナ信号
合成方法に関し、メインビームのピークの直近のグレー
ティングを抑圧する。 【解決手段】 ビーム合成用素子としての等間隔で配置
した複数（素子番号ｎ＝１〜ｎ＝９）のアンテナ素子１
と、このビーム合成用素子１の素子間隔ｄに対して素子
間隔ｄ／Ｍで等間隔で配置したＭ個（素子番号ｍ＝１〜
ｍ＝５）の基準素子としてのアンテナ素子２と、このＭ
個の基準素子のそれぞれの受信信号を基準として、ビー
ム合成用素子としてのアンテナ素子の受信信号の位相を
調整して合成したＭ個の合成振幅パターンを形成するア
レー合成部５等の手段と、このＭ個の合成振幅パターン
を加算合成又は比較する加算合成部（比較部）６等の手
段とを備えている。又ビーム合成用素子としての複数の
アンテナ素子１の一つを基準素子と兼用し、このアンテ
ナ素子の近傍に、ｄ／Ｍの間隔に、基準素子としてのア
ンテナ素子を配置することができる。

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
子により構成されたアレーアンテナ装置及びアンテナ素
子対応の受信信号を合成処理してメインビームのピーク
を検出するアレーアンテナ信号合成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】複数のアンテナ素子を配列したアレーア
ンテナは、アンテナ素子対応の信号位相に従った走査が
可能であり、既に各種の構成が提案されている。このア
レーアンテナは、例えば、無線通信システムに於ける受
信信号の到来方向の推定や、レーダ装置に於ける目標物
の方位推定等の手段として利用されている。その場合、
アンテナ素子対応の信号の位相を、走査角に対応してシ
フトした後、合成して所望のビームパターンを得るもの
で、その場合のメインビームのピークの方向（角度）を
信号の到来方向と推定する。

【０００３】又素子数Ｎのアンテナ素子を一次元配列し
たアレーアンテナの各素子の信号を移相して合成した信
号Ｘ（θ，θ_T ；ｔ）は、（１）式で表される。

【数１】 なお、θは合成後のアレーアンテナのメインビームの方
向（角度）、θ_T は受信信号の到来方向（角度）、ｄは
素子間隔、λは到来する信号の波長、ｘ_n （ｔ）はｎ番
目の素子への受信信号、Ｅ_n （θ）は各素子の指向特性
を示す。

【０００４】又（１）式の中のアレー合成に関連するア
レーファクタＦ（θ）は、

【数２】 となる。このアレーファクタＦ（θ）は、受信信号の到
来方向にメインビームのピークを有することを示すの
で、このピーク角度から信号の到来方向を推定すること
ができる。

【０００５】しかし、素子間隔ｄが、信号の波長λと等
しい場合、受信信号の到来方向θ_Tが０度の時に、メイ
ンビームのピークの他に±９０度の方向にメインビーム
と等しい大きさのグレーティングが現れる。又受信信号
の到来方向θ_T が０度から離れるに従ってグレーティン
グも移動し、受信信号の到来方向θ_T の推定誤りの原因
となる。又素子間隔ｄが大きい程、グレーティングとメ
インビームのピークとの間隔は狭くなり、ｄ＝２λとす
ると、０度のメインビームのピークに対して、±３０度
の方向に第１のグレーティングが発生し、±９０度の方
向に第２のグレーティングが発生する。

【０００６】従来例のアレーアンテナ装置は、例えば、
図１０の（Ａ）に示すように、複数のアンテナ素子Ｒ０
〜Ｒ８に対応して、周波数変換器と増幅器とＡＤ変換器
等を含む受信回路１００〜１０８と、移相器１１０〜１
１８とを設け、移相器１１０〜１１８の出力信号を加算
する加算器１２０を備えている。移相器１１０〜１１８
は移相係数ｅ_n を乗算する乗算器に相当する。即ち、×
ｅ₀ 〜×ｅ₈ として示すように、９個のアンテナ素子Ｒ
０〜Ｒ８それぞれについて、波長λとアンテナ素子Ｒ０
〜Ｒ８の素子間隔ｄとメインビームの方向（角度）θと
アンテナ素子の配置位置とに対応した移相係数ｅ₀ 〜ｅ
₈ を、受信回路１００〜１０８の出力信号に乗算し、加
算器１２０に於いて加算する。

【０００７】従って、アンテナ素子Ｒ０からアンテナ素
子Ｒ８に向かって順次位相をシフトすることにより、図
１０の（Ｂ）に示すように、正面に対してθのメインビ
ーム方向とすることができる。そして、移相係数ｅ₀ 〜
ｅ₈ のθを順次変更することにより、メインビームの方
向を変化させることができ、加算器１２０の出力信号が
最大値を示す場合は、受信波の方向が正面に対してθ方
向であることを識別することができる。

【０００８】前述のように、素子間隔ｄと波長λとの関
係を、ｄ＝２λとし、目標物が１５度方向の場合、図１
１に示すように、メインビーム由来のピークに対して約
３０度離れた角度にグレーティングが発生する。なお、
横軸は角度θ、縦軸はパワーを示す。そして、０度の方
向に一点鎖線で示す素子アンテナのメインビームのピー
クがある時に、実線で示すように受信アレーアンテナの
メインビームのピークが＋１５度に発生し、−１５度の
方向に同一レベルのグレーティングのピークが発生す
る。

【０００９】従って、メインビームのピークの方向とグ
レーティングのピークの方向とを区別できないことによ
り、誤判定が生じる。このようなグレーティングによる
影響を除く為に、素子アンテナパターン等を利用して、
スキャン範囲を例えば０度を中心に±１５度以下に制限
することになる。

【００１０】このようなグレーティングによる影響を改
善する為に、例えば、送信アレーアンテナと受信アレー
アンテナとの放射特性の合成パターンの利得が落ち込ん
でいる方向が、受信アレーアンテナのグレーティングの
ピーク角度となるように構成するレーダ装置が知られて
いる（例えば、特開平１１−２３１０４０号公報参
照）。又アレーアンテナのアンテナ素子の中の１個のア
ンテナ素子を基準アンテナ素子とし、この基準アンテナ
素子による受信信号と、アレーアンテナによる受信信号
との振幅，位相を比較して、グレーティングによる信号
か、メインビームによる信号かを識別する構成も知られ
ている（例えば、特開平１１−９４９２５号公報参
照）。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、アレー
アンテナを構成するアンテナ素子の素子数、素子間隔ｄ
等は、所望の特性やコスト等による制約を受けるもので
あり、素子間隔ｄを広くすると、メインビームのピーク
とグレーティングのピークとの間隔が狭くなって、可視
領域を狭くする必要が生じる。又素子間隔ｄを波長λよ
り小さくすると、マイクロ波帯，特にミリ波帯に於いて
は、素子間結合を避ける必要があり、高度な設計，製作
技術が要求されることになり、低コストで安定なアレー
アンテナを構成することは困難となる。

【００１２】又分解能を高くする為には、アンテナ開口
を大きくする必要がある。その場合に、素子数を多くす
るか、又は素子間隔を広くすることになる。素子数を多
くすると、素子対応の受信信号の位相，振幅を調整して
合成する為に、素子対応に受信回路を設ける必要がある
から、全体の構成が複雑且つ大型化する問題がある。そ
こで、低雑音増幅器とミキサとを含むフロントエンド
を、複数のアンテナ素子に対して共用化する為に、スイ
ッチで切替える構成が提案されている（例えば、特開平
１１−６４４８５号公報参照）が、分岐数が多くなる
と、やはり回路構成が複雑になる。又素子間隔を広くす
ると、前述のように、グレーティングの影響によって可
視領域を狭くしなければならない問題が生じる。

【００１３】又送信アレーアンテナと受信アレーアンテ
ナとの放射特性の合成パターンの利得が落ち込んでいる
方向が、受信アレーアンテナのグレーティングのピーク
角度となるように構成した従来例に於いては、受信アレ
ーアンテナによるビーム走査を行うと、グレーティング
が合成パターンの落ち込みの部分からずれることになっ
て、充分なグレーティング抑圧ができない問題があり、
且つ送信アレーアンテナと組合せる必要があるから、受
信のみのアレーアンテナとして利用することができない
欠点がある。

【００１４】又アレーアンテナのアンテナ素子の中の１
個のアンテナ素子を基準アンテナ素子とし、この基準ア
ンテナ素子による受信信号と、アレーアンテナによる受
信信号との振幅，位相を比較して、グレーティングによ
る信号か、メインビームによる信号かを識別する構成の
従来例に於いては、グレーティング識別の為に事前に位
相調整が必要となる問題がある。

【００１５】本発明は、簡単な構成でグレーティングの
影響を低減し、且つ走査範囲の拡大を可能とすることを
目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明のアレーアンテナ
装置は、図１の本発明の原理説明図を参照して説明する
と、ビーム合成用素子としての等間隔で配置した複数
（素子番号ｎ＝１〜ｎ＝９の場合を示す）のアンテナ素
子１と、このビーム合成用素子１の素子間隔ｄに対して
素子間隔ｄ／Ｍで等間隔で配置したＭ個（素子番号ｍ＝
１〜ｍ＝５のＭ＝５の場合を示す）の基準素子としての
アンテナ素子２と、このＭ個の基準素子のそれぞれの受
信信号を基準として、ビーム合成用素子としてのアンテ
ナ素子の受信信号の位相を調整して合成したＭ個の合成
振幅パターンを形成するアレー合成部５等の手段と、こ
のＭ個の合成振幅パターンを加算合成又は比較する加算
合成部（比較部）６等の手段とを備えている。なお、
３，４（ｒｅｃ）は周波数変換器，増幅器，ＡＤ変換器
等を含む受信回路を示す。

【００１７】又図２を参照して説明すると、ビーム合成
用素子としての複数（素子番号ｎ＝１〜ｎ＝９の場合を
示す）のアンテナ素子１の一つ（素子番号ｎ＝９の場合
を示す）を基準素子と兼用し、このアンテナ素子（素子
番号ｎ＝９）の近傍に、ｄ／Ｍの間隔に、基準素子とし
てのアンテナ素子２（素子番号ｍ＝２〜ｍ＝５）を配置
する。素子番号ｎ＝９のアンテナ素子と素子番号ｍ＝１
のアンテナ素子とを兼用している。又ビーム合成用素子
としての複数のアンテナ素子１の受信信号の位相を前記
位相基準用としたＭ個のアンテナ素子２の受信信号を基
に調整し、メインビームのピークの方向に合うように移
相係数を乗算し且つ合成して、Ｍ個の合成振幅パターン
を形成するアレー合成部５等の手段を備えている。な
お、図２に於いて図１と同一符号は同一部分を示す。

【００１８】又本発明のアレーアンテナ信号合成方法
は、等間隔で配置した複数のアンテナ素子を有するアレ
ーアンテナ装置に於けるアレーアンテナ信号合成方法で
あって、ビーム合成用素子としての素子間隔ｄで配置し
たアンテナ素子の受信信号の位相を、素子間隔ｄ／Ｍで
配置したＭ個の基準素子としてのアンテナ素子からの受
信信号の位相に相当する位相を基準に調整して合成し、
Ｍ個の合成振幅パターンを形成する過程と、このＭ個の
合成振幅パターンを加算合成又は比較する過程とを含む
ものである。

【００１９】又ビーム合成用素子としての複数のアンテ
ナ素子の中の一つのアンテナ素子の受信信号を基準と
し、このビーム合成用素子と基準素子とを兼ねたアンテ
ナ素子の近傍に、ビーム合成用素子の素子間隔ｄに対し
てｄ／Ｍの間隔で配置した基準素子としてのＭ−１個の
アンテナ素子を設け、この基準素子としてのアンテナ素
子の受信信号を基準として、ビーム合成用素子としての
アンテナ素子の受信信号の位相を調整して合成したＭ個
の合成振幅パターンを形成する過程を含むことができ
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１はビーム合成用素子としての
素子番号ｎ＝１〜ｎ＝９の複数のアンテナ素子１と、基
準素子としての素子番号ｍ＝１〜ｍ＝５のＭ個のアンテ
ナ素子２とを設けた場合の原理説明図であり、ビーム合
成用素子としてのアンテナ素子１の素子間隔をｄとする
と、基準素子としてのアンテナ素子２の素子間隔をｄ／
Ｍとして配置する。なお、アンテナ素子数は図示以外の
個数とすることも勿論可能である。

【００２１】又アンテナ素子１，２に対応して設けた受
信回路（ｒｅｃ）３，４は、周波数変換器，増幅器，Ａ
Ｄ変換器等を含む構成を有し、又アレー合成部５は、基
準素子としてのアンテナ素子２に対応してＭ個設け、基
準素子としてのアンテナ素子２の受信信号の位相を基準
として、ビーム合成用素子としてのアンテナ素子１の受
信信号の位相を調整して合成するものであり、又加算合
成部（比較部）６は、Ｍ個のアレー合成部５からの合成
振幅パターンを加算合成して出力するか、又は比較して
最大の合成振幅パターンを出力する。

【００２２】又図２はビーム合成用素子としての素子間
隔ｄで配置したアンテナ素子の一つを基準素子としての
アンテナ素子に兼用した場合の原理説明図であり、この
場合、ビーム合成用素子の素子番号ｎ＝９のアンテナ素
子を、素子番号ｍ＝１の基準素子のアンテナ素子と兼用
した場合を示す。そして、素子番号ｍ＝１のアンテナ素
子を含むＭ個の基準素子としてのアンテナ素子を、それ
ぞれｄ／Ｍの間隔で配置する。なお、図１と同一符号は
同一部分を示す。又図１及び図２に於ける受信回路３
を、ビーム合成用素子としての複数のアンテナ素子１に
対して共用化し、又受信回路４を、基準素子としての複
数のアンテナ素子２に対して共用化した構成とすること
も可能である。

【００２３】前述のように、アレーアンテナとして、素
子間隔ｄで等間隔で配置した複数のビーム合成用素子と
してのアンテナ素子と、素子間隔ｄ／Ｍで配置した基準
素子としてのＭ個のアンテナ素子とを、図１に示すよう
に、それぞれ設けるか、又はビーム合成用素子としての
アンテナ素子と、その中の一つを、基準素子としてのア
ンテナ素子に兼用し、この兼用したアンテナ素子の近傍
にｄ／Ｍの間隔でＭ−１個の基準素子としてのアンテナ
素子を、図２に示すように、それぞれ設けた構成とする
ことができる。

【００２４】図３はアレー合成部の説明図であり、＃１
〜＃９は、素子番号ｎ＝１〜ｎ＝９のビーム合成用素子
としてのアンテナ素子の受信信号を示し、７は位相，振
幅補正部（÷）、８は係数乗算部（×ｅ’_n ）、９は加
算部（Σ）を示す。又第ｍ番目の基準素子としてのアン
テナ素子の受信信号を入力し、この信号の位相を基準と
して、ビーム合成用素子としてのアンテナ素子の受信信
号＃１〜＃９の位相及び振幅を調整し、係数乗算部８に
於いてアンテナ素子の位置に対応した係数を乗算し、加
算部９により加算して合成振幅パターンを出力する。

【００２５】図４は本発明の第１の実施の形態の説明図
であり、Ｒ０〜Ｒ８はアレーアンテナのビーム合成用素
子としてのアンテナ素子、ＲＳはアレーアンテナの基準
素子としてのアンテナ素子、１０〜１８，１Ｓは受信回
路で、周波数変換器、増幅器、ＡＤ変換器等を含む構成
を有する。又２０〜２８，３０〜３８は除算器（÷）、
４０〜４８，５０〜５８は移相器（×ｅ_n ），（×ｅ’
_n ）、６１〜６３は加算器（Σ）を示す。

【００２６】この実施の形態は、素子間隔ｄで等間隔で
配置した複数のビーム合成用素子としてのアンテナ素子
の一つを、基準素子としてのアンテナ素子に兼用した場
合を示すもので、図２に於いては、９個のビーム合成用
素子としてのアンテナ素子の端部の一つのアンテナ素子
を基準素子のアンテナ素子と兼用しているが、この実施
の形態に於いては、９個のビーム合成用素子としてのア
ンテナ素子Ｒ０〜Ｒ８の中心部の一つの素子番号ｎ＝５
のアンテナ素子Ｒ４を、基準素子としてのアンテナ素子
に兼用し、それに近接してｄ／Ｍ＝ｄ／２の素子間隔
に、基準素子としてのアンテナ素子ＲＳを配置した場合
に相当する。

【００２７】従って、素子数Ｎ＝９、素子間隔ｄ、基準
素子数Ｍ＝２の場合を示し、基準素子としての追加した
アンテナ素子数はＭ−１＝１となり、基準素子としての
アンテナ素子の素子間隔はｄ／Ｍ＝ｄ／２となる。即
ち、ビーム合成用素子としてのアンテナ素子Ｒ０〜Ｒ８
を素子間隔ｄで等間隔に配置し、その中の一つのアンテ
ナ素子Ｒ４を基準素子としてのアンテナ素子に兼用し、
このアンテナ素子Ｒ４の近傍に、ｄ／２の素子間隔で基
準素子としてのアンテナ素子ＲＳを配置した場合を示
す。この場合、アンテナ素子ＲＳとアンテナ素子Ｒ３と
の間及びアンテナ素子ＲＳとアンテナ素子Ｒ４との間の
素子間隔は、それぞれｄ／２となる。

【００２８】又受信回路１０〜１８，１Ｓをアンテナ素
子Ｒ０〜Ｒ８，ＲＳ対応に設けた場合を示し、各アンテ
ナ素子Ｒ０〜Ｒ８，ＲＳにより到来波を受信した信号
を、受信回路１０〜１８，１Ｓにより周波数変換やＡＤ
変換等の処理を行い、それぞれの受信信号を、除算器２
０〜２８，３０〜３８に入力する。なお、受信回路１０
〜１８を１個として共用化し、その前段に切替スイッチ
部を設けてアンテナ素子Ｒ０〜Ｒ８，ＲＳ対応の受信信
号を時分割的に受信回路に入力して処理する構成とする
ことも可能である。

【００２９】又除算器２０〜２８と移相器４０〜４８と
加算器６１とにより、基準素子と兼用したアンテナ素子
Ｒ４の位相を基準したアレー合成部５（図１又は図２参
照）を構成し、同様に、除算器３０〜３８と移相器５０
〜５８と加算器６２とにより、基準素子としてのアンテ
ナ素子ＲＳの位相を基準としたアレー合成部５（図１又
は図２参照）を構成し、加算器６３は、図１又は図２に
於ける加算合成部（比較部）６に相当する構成を示すこ
とになる。

【００３０】又除算器２０〜２８は、アンテナ素子Ｒ４
の受信信号を位相の基準として、各アンテナ素子Ｒ０〜
Ｒ８の受信信号を除算するもので、アンテナ素子Ｒ４の
受信信号を基準として位相・振幅調整した場合と等価と
なる。従って、アンテナ素子Ｒ４対応の除算器２４の出
力は１となる。そして、それぞれ移相器４０〜４８に入
力する。又除算器３０〜３８は、各アンテナ素子Ｒ０〜
Ｒ８の受信信号を、アンテナ素子ＲＳの受信信号で除算
するもので、除算出力信号をそれぞれ移相器５０〜５８
に入力する。

【００３１】又移相器４０〜４８，５０〜５８は、移相
係数ｅ₀ 〜ｅ₈ ，ｅ₀ ’〜ｅ₈ ’を乗算する乗算器に相
当するものであり、移相器４０〜４８の出力信号を加算
器６１に入力し、又移相器５０〜４８の出力信号を加算
器６２に入力し、それぞれの加算出力信号を合成振幅パ
ターンとして加算器６３に入力し、加算合成してアレー
アンテナ受信合成信号を出力する。この場合、Ｍ＝２で
あるから、加算器６１，６２の加算出力信号による２個
の合成振幅パターンを形成することになり、それらの合
成振幅パターンのメインビームのピーク位相が一致し、
グレーティングのピーク位相は反転する。従って、加算
器６３により加算合成した合成振幅パターンは、グレー
ティングが抑圧されたものとなる。

【００３２】この場合、ビーム合成用素子としてのアン
テナ素子Ｒ０〜Ｒ８の一つのアンテナ素子Ｒ４を、基準
素子としてのアンテナ素子と兼用し、このアンテナ素子
Ｒ４の受信信号の位相が０となるような位相分だけ他の
アンテナ素子Ｒ０〜Ｒ３，Ｒ５〜Ｒ８の受信信号の位相
を補正し、又除算器４０〜４８等による振幅の正規化或
いはテーパー処理する場合の係数に従った補正を行い、
補正された受信の位相を、合成後のアレーアンテナのメ
インビーム方向（角度）をθ、到来波の波長をλとし
て、位相の基準となる受信の受信位置を一次元座標の原
点とした時のｎ番目のアンテナ素子の座標をｙ_n とし
て、ビーム合成用素子としての各アンテナ素子Ｒ０〜Ｒ
８の受信信号を、それぞれ２π（ｙ_n ／λ）ｓｉｎθだ
け位相シフトし、これを加算した信号を合成振幅パター
ン１とする。即ち、ビーム合成用素子としてのアンテナ
素子Ｒ０〜Ｒ８の受信信号を正規化し、又テーパー処理
する場合は、その係数に従った補正を行って、メインビ
ームのピークの方向θに従った移相処理を行い、加算器
６１により加算して合成振幅パターン１を形成する。

【００３３】又合成振幅パターン１に於いて位相基準と
した受信信号の受信位置から一次元座標軸上でｄ／２離
れた位置をｙ₀ とし、この位置のアンテナ素子ＲＳの受
信信号の位相が０となるような位相分だけビーム合成用
素子としてのアンテナ素子Ｒ０〜Ｒ８の受信信号の位相
を補正し、前述の合成振幅パターン１を求める場合と同
様に、アンテナ素子Ｒ０〜Ｒ８の受信信号の正規化或い
はテーパ処理する場合の係数に従った補正を行い、各ア
ンテナ素子Ｒ０〜Ｒ８の受信信号の位相を、それぞれ２
π｛（ｙ_n −ｙ₀ ）／λ｝ｓｉｎθの位相シフトを行っ
て加算した信号を合成振幅パターン２とする。

【００３４】図５は合成振幅パターンの説明図であり、
（Ａ）に示すように、素子間隔ｄで配置した９個のアン
テナ素子＃１〜＃９を、図１のアンテナ素子Ｒ０〜Ｒ８
に対応させ、その中の一つのアンテナ素子を位相の基準
とした場合の等位相面と、基準素子としてのアンテナ素
子ＲＳを位相の基準とした場合のｄ／２相当の等位相面
とを、正面に対してメインビームの方向（角度）θとす
ることにより、図５の（Ｂ）に示すように、合成振幅パ
ターン１と合成振幅パターン２とは、ｄ／２の間隔とな
る。従って、素子間隔ｄで配置した９個のアンテナ素子
Ｒ０〜Ｒ８は、ｄ／２の素子間隔で配置した１８個のア
ンテナ素子を配置したアレーアンテナと等価となる。

【００３５】この場合、Ｎ個（図３に於いてはＮ＝９）
のアンテナ素子に於いて、基準素子数をＭ（図３に於い
てはＭ＝２、即ち、アンテナ素子Ｒ４，ＲＳを基準素
子）とし、基準の位相をｄ／２だけずらして、それぞれ
Ｎ個のアンテナ素子の受信信号を合成することにより、
等価的に、２Ｎ個のアンテナ素子をｄ／２の間隔で配置
したアレーアンテナに相当するものとなり、分解能を向
上することができる。又グレーティングを抑圧すること
ができるから、誤判定が生じることがなくなり、走査範
囲を拡大することができる。

【００３６】又図６は合成振幅パターンの説明図であ
り、縦軸は、合成振幅パターンの最大値を±１とした振
幅値を示し、又横軸は、メインビームのピーク位置を０
としてその両側の±１．５の位置を示す。又アレーアン
テナのアンテナ素子数Ｎ＝８の合成振幅パターンを実線
で、アンテナ素子数Ｎ＝９の合成振幅パターンを一点鎖
線で示す。即ち、Ｎ＝８のアレーアンテナと、Ｎ＝９の
アレーアンテナとの合成振幅パターンに於いて、０度に
於けるメインビームのピークを一致させると、このメイ
ンビームのピークの直近のグレーティングの位相は逆と
なる。従って、Ｎ＝８のアレーアンテナとＮ＝９のアレ
ーアンテナとの合成振幅パターンを合成すると、メイン
ビームのピークは加算され、±１の位置のグレーティン
グは逆位相であるから、相殺されることになり、グレー
ティングの影響を低減することができる。

【００３７】この場合、図６に示す合成振幅パターン
は、図５の（Ｂ）のアンテナ素子＃１〜＃９による合成
振幅パターン１と、それに対してｄ／２ずらしたアンテ
ナ素子＃１〜＃８による合成振幅パターン２と等価とな
る。従って、基準素子と兼用したアンテナ素子Ｒ４と基
準素子としてのアンテナ素子ＲＳとを素子間隔ｄ／２で
配置し、加算器６１による合成振幅パターン１と、加算
器６２による合成振幅パターン２とを求めて合成するこ
とにより、メインビームのピーク位置の直近のグレーテ
ィングの影響を低減することができる。

【００３８】図７は本発明の実施の形態の放射パターン
を示し、縦軸は０を最大値とした相対電力値、横軸は角
度を示す。又実線は本発明のアレーアンテナによる合成
振幅パターン１と合成振幅パターン２とを合成した放射
パターン、一点鎖線は従来例のアレーアンテナによる合
成放射パターンを示し、一部重なっている部分は実線で
示している。

【００３９】到来波の方向が０度の場合のメインビーム
のピークに対して、従来は、±３０度の位置にグレーテ
ィングのピークが生じるものであるが、本発明によれ
ば、このメインビームの直近のグレーティングを、合成
振幅パターン１と合成振幅パターン２とに於いて逆位相
の関係とすることができるから、相殺することができ
る。従って、グレーティングによる誤判定が生じないの
で、走査範囲を拡大することができる。

【００４０】図８は本発明の第２の実施の形態の説明図
であり、図４と同一符号は同一部分を示し、７１は素子
切替スイッチ部、７２はミキサ、７３は中間処理部、７
４はタイミング制御部、７５は三角波信号発生器、７６
は電圧制御発振器、７７はカプラ、７８は送信アンテ
ナ、８０は信号処理部、８１は分配処理部、８２は高速
フーリエ変換部（ＦＦＴ）、８３は検出処理部を示し、
ＦＭ−ＣＷレーダに適用した場合を示す。

【００４１】タイミング制御部７４からのタイミング信
号に同期して三角波信号発生器７５から三角波信号を発
生し、電圧制御発振器７６の制御電圧として加えること
により、三角波信号により変調した信号を発生し、送信
アンテナ７８から目標物方向に電波を放射する。そし
て、反射波をアレーアンテナのアンテナ素子Ｒ０〜Ｒ
９，ＲＳにより受信する。このアンテナ素子Ｒ０〜Ｒ
９，ＲＳについては、図４について説明した構成と同一
である。又素子切替スイッチ部７１は、タイミング制御
部７４からのタイミング信号に従ってアンテナ素子Ｒ０
〜Ｒ９，ＲＳを順次切替えてミキサ７２に接続し、送信
信号と受信信号とによるビート信号を中間処理部７３に
入力する。

【００４２】中間処理部７３は、フィルタ等によるノイ
ズ成分除去や増幅等の処理を行い、信号処理部８０の分
配処理部８１に入力する。ミキサ７２の出力信号をＡＤ
変換する機能を中間処理部７３又は分配処理部８１に設
け、信号処理部８０内でディジタル処理を行うものであ
り、又分配処理部８１は、タイミング制御部７４からの
タイミング信号に従って高速フーリエ変換部８２に対し
て、アンテナ素子Ｒ０〜Ｒ９，ＲＳの信号を分配する。

【００４３】高速フーリエ変換部８２に於いてアンテナ
素子Ｒ０〜Ｒ９，ＲＳ対応のスペクトルデータを求め
る。このスペクトルデータは複素数で表現され、その位
相角がアレーアンテナのビーム合成に於ける位相成分と
して利用される。又ビーム合成と受信信号の到来角度の
算出は、距離，速度成分を含む各スペクトル毎に行われ
る。即ち、アンテナ素子Ｒ０〜Ｒ９，ＲＳ対応のスペク
トルデータを２分岐して、その一方により前述の合成振
幅パターン１を形成し、他方により前述の合成振幅パタ
ーン２を形成する。この場合、説明の便宜上、合成振幅
パターン１は、９個のアンテナ素子Ｒ０〜Ｒ８対応の受
信信号を用い、又合成振幅パターン２は、８個のアンテ
ナ素子Ｒ０〜Ｒ７対応の受信信号を用いる。又アンテナ
素子Ｒ４の受信信号を合成振幅パターン１の位相基準と
し、アンテナ素子Ｒ３，Ｒ４の中間に素子間隔ｄ／２と
して配置した位相基準素子としてのアンテナ素子ＲＳの
受信信号を合成振幅パターン２の位相基準とする。

【００４４】除算器２０〜２８は、各アンテナ素子Ｒ０
〜Ｒ８の受信信号（高速フーリエ変換部８２の出力のス
ペクトルデータ）を、位相基準のアンテナ素子Ｒ４の受
信信号で除算する。従って、アンテナ素子Ｒ４対応の除
算器２４の出力信号は１となる。各除算出力信号は移相
器４０〜４８に入力されて、メインビームの方向θに対
応した位相シフトを行う。

【００４５】移相器４０〜４８はｎ＝０〜８とすると、
次に示す第１の移相係数ｅ_n を乗算する。

【数３】 この乗算結果を加算器６１により加算することにより、
合成振幅パターン１が得られる。この合成振幅パターン
１は、アンテナ素子の配列の中心を位相の基準として計
算している為、実数項のみ含むことになり、又アンテナ
素子数が奇数であるから、メインビーム由来の信号とメ
インビーム直近のグレーティング由来の信号とは同位相
である。

【００４６】又除算器３０〜３７は、アンテナ素子Ｒ０
〜Ｒ７の受信信号（高速フーリエ変換部８２のスペクト
ルデータ）を、アンテナ素子Ｒ３，Ｒ４間に設けた位相
基準素子としてのアンテナ素子ＲＳの受信信号で除算す
る。この除算結果は、位相補正と振幅の正規化が行われ
ている。この除算結果をメインビームの方向θに合うよ
うに位相シフトを行う。

【００４７】移相器５０〜５７は、ｎ＝０〜７とする
と、次に示す第２の移相係数ｅ_n を乗算する。

【数４】 この乗算結果を加算器６２により加算することにより、
合成振幅パターン２が得られる。この合成振幅パターン
２も、アンテナ素子の配列の中心を位相の基準として計
算している為、実数項のみ含み、アンテナ素子数が偶数
であるから、メインビーム由来の信号とメインビーム直
近のグレーティング由来の信号とは逆位相の関係とな
る。

【００４８】従って、加算器６１による合成振幅パター
ン１と、加算器６２による合成振幅パターン２とを、加
算器６３により加算すると、図６について説明したよう
に、メインビーム由来の信号は互いに同位相であるから
相加され、メインビーム直近のグレーティング由来の信
号は互いに逆位相であるから相殺される。この加算器６
３により加算した合成振幅パターンの信号を検出処理部
８３に入力し、メインビームのピークの方向を検出し、
目標物の方向を認識できる。又目標物追尾等の制御を行
うことも可能となる。

【００４９】アンテナ素子Ｒ０〜Ｒ８による素子放射パ
ターンと、加算器６３による合成放射パターンとを図９
に示す。ここで、合成振幅パターン１と合成振幅パター
ン２とは同一数のアンテナ素子を用いた場合を示す。又
点線で示す素子放射パターン９０のピークを０度とした
時、実線で示すメインビーム由来のピーク９１が１５度
の場合、このピーク９１に直近の一点鎖線で示すグレー
ティング由来のピーク９２は、前述のように、相殺され
て除去されたものとなる。従って、従来に於いては、素
子放射パターン９０に対して同一レベルとなるグレーテ
ィング由来のピーク９２は、相殺されて存在しないの
で、誤判定が生じないことになる。即ち、走査範囲を拡
大することができる。

【００５０】又図８に示す実施の形態に於いて、合成振
幅パターン１は、奇数個のアンテナ素子を用いて形成
し、合成振幅パターン２は、偶数個のアンテナ素子を用
いて形成した場合を示すが、同一数のアンテナ素子とし
て、それぞれ基準位相をｄ／２相当ずらして、合成振幅
パターン１と合成振幅パターン２とを形成して合成する
ことにより、２Ｎ個のアンテナ素子と同様なグレーティ
ング特性を有することになり、メインビームのピーク直
近のグレーティング由来の信号を相殺することができ
る。

【００５１】又合成振幅パターン１と合成振幅パターン
２とを形成する時の基準位相がｄ／２相当ずらした関係
とするならば、アンテナ素子Ｒ０〜Ｒ８の任意のアンテ
ナ素子を位相の基準とすることができる。その場合に
は、一般に複素数となるが、メインビームのピークの直
近のグレーティングの位相は互いに逆位相となるから、
合成振幅パターン１と合成振幅パターン２とを合成する
ことにより、グレーティングを相殺することができる。
又合成振幅パターン１と合成振幅パターン２とを比較
し、位相が一致している信号を有効とし、位相が不一致
の信号を無効とする処理を行うこともできる。

【００５２】又前述の実施の形態に於いては、アンテナ
素子Ｒ４，ＲＳを位相の基準とした場合を示すが、更に
多数の位相の基準を設定することができる。例えば、図
１又は図２に示すように、基準位相数をＭとし、ビーム
合成用素子としてのアンテナ素子数をＮとし、このアン
テナ素子の素子間隔をｄとすると、ｄ／Ｍの間隔で配置
したＭ個の位相基準素子としてのアンテナ素子の受信信
号の位相に相当する位相を基準として、各アンテナ素子
の受信信号の位相を調整して合成し、Ｍ個の合成振幅パ
ターンを形成することができる。なお、前述の実施の形
態に於いては、Ｍ＝2 とすることにより、合成振幅パタ
ーン２を形成している。

【００５３】又メインビームの方向（角度）をθ、到来
波の波長をλとし、位相の基準となる受信信号の受信位
置を一次元座標の原点とした時のｎ番目のビーム合成用
素子の位置をｙ_n とすると、ビーム合成用素子としての
アンテナ素子の受信信号に対して、それぞれ２π（ｙ_n
／λ）ｓｉｎθだけずらして和を求めて、合成振幅パタ
ーン１とし、この合成振幅パターン１を形成する時の基
準位相とした受信信号の受信位置から一次元座標上でｄ
（ｍ−１）／Ｍ離れた位置ｙ⁰ _m の受信信号を位相の基
準として、この受信信号の位相が０となるような位相分
だけ、ビーム合成用素子としてのアンテナ素子の受信の
位相をずらして補正し、各アンテナ素子の受信信号の振
幅を正規化又はテーパー処理する場合の係数による補正
を行い、それぞれの受信信号の位相を２π｛（ｙ_n −ｙ
⁰ _m ／λ）｝ｓｉｎθだけずらして和を求め、合成振幅
パターンｍとする。この合成振幅パターンｍを求めて総
和を求めると、前述のように、Ｍ・Ｎ個のアンテナ素子
をｄ／Ｍの素子間隔で配置したアレーアンテナと等価な
グレーティング特性を有するものとなり、グレーティン
グ由来の信号を除去することができる。

【００５４】又前述の各実施の形態に於いては、１個の
位相基準素子としてのアンテナ素子ＲＳをビーム合成用
素子としてのアンテナ素子Ｒ３，Ｒ４の中間、即ち、ｄ
／２離れた位置に設けた場合を示すが、前述のように、
合成振幅パターンｍを求める場合に、ビーム合成用素子
としてのアンテナ素子の中の一つを合成振幅パターン１
の位相基準とし、そのアンテナ素子からｄ（ｍ−１）／
Ｍ離れた位置に、合成振幅パターンｍの位相基準のアン
テナ素子をＭ−１個設けて、位相基準素子とすることが
できる。即ち、ビーム合成用素子としての複数のアンテ
ナ素子の任意の位置の一つのアンテナ素子を、基準素子
としてのアンテナ素子に兼用することができるものであ
り、又基準素子としてのアンテナ素子数Ｍは、ｄ／Ｍの
素子間隔で配置可能であれば、任意の数とすることがで
きる。

【００５５】又分配処理部８１は、アンテナ素子Ｒ０〜
Ｒ８，ＲＳ対応のサンプリング毎に高速フーリエ変換部
８２に分配することも可能であり、又三角波信号発生器
７５の三角波信号の周期毎にサンプリングデータをまと
めて高速フーリエ変換部８２に分配することも可能であ
る。又高速フーリエ変換部８２は、所定のサンプリング
データ長毎にフーリエ変換によるスペクトルデータを求
めることができる。又除算器２０〜２８，３０〜３８と
移相器４０〜４８，５０〜５８と加算器６１，６２，６
３による処理を、信号処理装置８０のソフトウェア処理
によって実現することも可能である。

【００５６】又本発明は、受信アレーアンテナとして使
用するものであるが、前述のように、ＦＭ−ＣＷレーダ
や説明を省略しているパルスレーダ等にも適用可能であ
る。又一般の通信端末や基地局に於ける信号の到来方向
を推定する用途にも適用可能である。又その場合の送信
アンテナは、図８に於いては１個のアンテナ素子により
構成した場合を示すが、複数のアンテナ素子により構成
することも可能である。又ビーム走査を行う場合のみで
なく、固定ビームとした受信アレーアンテナとしてグレ
ーティングを抑圧することも可能である。又図１に示す
ように、ビーム合成用素子としてのアンテナ素子を、基
準素子としてのアンテナ素子に兼用しない場合は、基準
素子としてのアンテナ素子は、ビーム合成用素子として
のアンテナ素子と同一の電波を受信できる位置であれば
任意の位置に、ｄ／Ｍの素子間隔で配置することができ
る。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ビーム
合成用素子としての等間隔で配置した複数のアンテナ素
子１と、このビーム合成用素子の素子間隔ｄに対して素
子間隔ｄ／Ｍで等間隔で配置したＭ個の基準素子として
のアンテナ素子２と、Ｍ個の基準素子のそれぞれの受信
信号を基準として、ビーム合成用素子としてのアンテナ
素子１の受信信号の位相を調整して合成したＭ個の合成
振幅パターンを形成するアレー合成部５等の手段と、Ｍ
個の合成振幅パターンを加算合成又は比較する加算合成
部（比較部）６等の手段を含み、又ビーム合成用素子と
してのアンテナ素子１の一つを基準素子と兼用して、こ
のアンテナ素子の近傍に、ｄ／Ｍの間隔で基準素子とし
てのアンテナ素子２を配置することができるもので、Ｍ
個の合成振幅パターンの加算合成又は比較により、メイ
ンビームのピークの直近の２（Ｍ−１）個のグレーティ
ングを抑圧することができる。従って、アンテナ素子数
を増加することなく、アンテナ素子数を増加した場合と
等価なアレーアンテナを構成することができ、比較的簡
単な構成で走査範囲の拡大及び分解能を向上を図ること
ができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】本発明の原理説明図である。

【図３】アレー合成部の説明図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態の説明図である。

【図５】合成振幅パターンの説明図である。

【図６】合成振幅パターンの説明図である。

【図７】本発明の第１の実施の形態の放射パターンの説
明図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態の説明図である。

【図９】本発明の第２の実施の形態の放射パターンの説
明図である。

【図１０】従来例の説明図である。

【図１１】従来例の放射パターンの説明図である。

【符号の説明】

１ ビーム合成用素子としてのアンテナ素子 ２ 基準素子としてのアンテナ素子 ３，４ 受信回路（ｒｅｃ） ５ アレー合成部 ６ 加算合成部（比較部） Ｒ０〜Ｒ８ ビーム合成用素子としてのアンテナ素子 ＲＳ 位相基準素子としてのアンテナ素子 １０〜１８，１Ｓ 受信回路 ２０〜２８，３０〜３８ 除算器 ４０〜４８，５０〜５８ 移相器 ６１〜６３ 加算器（Σ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J021 AA05 AA07 CA06 DB02 DB03 EA02 FA06 FA14 FA16 FA17 FA20 FA21 FA26 FA32 GA01 GA05 GA08 HA04 HA05

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 等間隔で配置した複数のアンテナ素子を
   有するアレーアンテナ装置に於いて、 ビーム合成用素子としての等間隔で配置した複数のアン
   テナ素子と、 前記ビーム合成用素子の素子間隔ｄに対して素子間隔ｄ
   ／Ｍで等間隔で配置したＭ個の基準素子としてのアンテ
   ナ素子と、 該Ｍ個の基準素子のそれぞれの受信信号を基準として前
   記ビーム合成用素子としてのアンテナ素子の受信信号の
   位相を調整して合成したＭ個の合成振幅パターンを形成
   する手段と、 該Ｍ個の合成振幅パターンを加算合成又は比較する手段
   とを備えたことを特徴とするアレーアンテナ装置。
2. 【請求項２】 前記ビーム合成用素子としての複数のア
   ンテナ素子の一つを基準素子と兼用し、該アンテナ素子
   の近傍に前記ｄ／Ｍの間隔に、前記基準素子としてのア
   ンテナ素子を配置したことを特徴とする請求項１記載の
   アレーアンテナ装置。
3. 【請求項３】 前記ビーム合成用素子としての複数のア
   ンテナ素子の受信信号の位相を前記基準素子としてのＭ
   個のアンテナ素子の受信信号を基に調整し、メインビー
   ムのピークの方向に合うように移相係数を乗算し且つ合
   成して前記Ｍ個の合成振幅パターンを形成する手段を備
   えたことを特徴とする請求項１又は２記載のアレーアン
   テナ装置。
4. 【請求項４】 等間隔で配置した複数のアンテナ素子を
   有するアレーアンテナ装置に於けるアレーアンテナ信号
   合成方法に於いて、 ビーム合成用素子としての素子間隔ｄで配置したアンテ
   ナ素子の受信信号の位相を、素子間隔ｄ／Ｍで配置した
   Ｍ個の基準素子としてのアンテナ素子からの受信信号の
   位相に相当する位相を基準に調整して合成し、Ｍ個の合
   成振幅パターンを形成する過程と、 前記Ｍ個の合成振幅パターンを加算合成又は比較する過
   程とを含むことを特徴とするアレーアンテナ信号合成方
   法。
5. 【請求項５】 前記ビーム合成用素子としての複数のア
   ンテナ素子の中の一つのアンテナ素子の受信信号を基準
   とし、該ビーム合成用素子と基準素子とを兼ねたアンテ
   ナ素子の近傍に、前記ビーム合成用素子の素子間隔ｄに
   対してｄ／Ｍの間隔で配置した基準素子としてのＭ−１
   個のアンテナ素子を設け、該基準素子としてのアンテナ
   素子の受信信号を基準として、前記ビーム合成用素子と
   してのアンテナ素子の受信信号の位相を調整して合成し
   たＭ個の合成振幅パターンを形成する過程を含むことを
   特徴とする請求項４記載のアレーアンテナ信号合成方
   法。