JP2004104751A - アンテナ装置及びアンテナ間結合によるパターン歪みを補正する較正方法、及びスーパーゲインアンテナ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数のアンテナが動作して所望のアンテナ特性を得るアンテナ装置における、各アンテナの相互結合によるアンテナ放射パターンのばらつきを抑え、アダプティブ動作を正確に行う。
【解決手段】回路群４（ウエイト演算回路、ＡＤ／ＤＡ変換器、アップコンバータ／ダウンコンバータ、ＲＦ回路部）、そしてアンテナ素子１までの全てを含んだ各アンテナ間の相互インピーダンス行列をＺｔ、所望入力信号行列をＳとして、相互インピーダンス行列Ｚｔの逆行列Ｚｔ−１を計算し、所望入力信号行列Ｓに、Ｚｔ−１をかけた信号行列Ｓ’（＝Ｚ−１・Ｓ）を各アンテナの入力信号とする補正演算部２を備える。
【選択図】図１
【解決手段】回路群４（ウエイト演算回路、ＡＤ／ＤＡ変換器、アップコンバータ／ダウンコンバータ、ＲＦ回路部）、そしてアンテナ素子１までの全てを含んだ各アンテナ間の相互インピーダンス行列をＺｔ、所望入力信号行列をＳとして、相互インピーダンス行列Ｚｔの逆行列Ｚｔ−１を計算し、所望入力信号行列Ｓに、Ｚｔ−１をかけた信号行列Ｓ’（＝Ｚ−１・Ｓ）を各アンテナの入力信号とする補正演算部２を備える。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアダプティブ動作を行うアレーアンテナ装置に関し、各アンテナの相互結合によるアンテナ放射パターンのばらつきを抑え、アダプティブ動作を正確に行うことができる、アンテナ間結合によるパターン歪みを補正したアンテナ装置及びアンテナ間結合によるパターン歪みを補正する較正方法、及び小型でありながら、高い指向性利得と実行利得をもつ、各アンテナの相互結合によるアンテナ効率の低下を抑え、最大の利得を得るスーパーゲインアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のアンテナシステム構成（１）を図１６に示す。
１１はアレーアンテナを構成する各アンテナ素子、１３はアレーアンテナの各入力端子である。
本アンテナはアンテナ素子をアレーに並べたものであり、各アンテナ素子にアンテナ装置の入力ポートが接続されていた。このため、各アンテナは相互結合の影響があり、本来単独で存在するアンテナパターンから変形し、さらに端のアンテナと中央のアンテナではアンテナパターンに違いが生じていた。さらに放射パターンの変形やアンテナ位置による違いは周波数特性を持ち、運用周波数の上限と下限、またはＦＤＤ（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｄｕｐｌｅｘ）の場合には送信と受信でパターンに違いがあった。このため、アダプティブアンテナ制御を行うため各アンテナ入力端子への信号ウエイトを計算するには、予めこのアンテナパターンの変形や位置による違い、周波数特性を見込んで計算する必要があった。しかし、これらの放射パターンに関する問題は相互結合が影響しており、相互結合はアンテナ間隔／素子数、アンテナ形式、アレー構成などで相互結合は違う値となる。このため、アダプティブ制御を正確に行うにはアレーアンテナの構成を予め決めて行う必要があり、個々のアレーアンテナに適合した制御プログラムが必要となる。このため、アダプティブアンテナの制御プログラムの作製が煩雑になり、また労力がかかるという欠点がある。一方、アダプティブアンテナの制御プログラムを統一すると、上記のようなアレー化による放射パターンの変形による影響を受けるため、特性が劣化するという欠点がある。
【０００３】
従来のアンテナシステム構成（２）を図１７に示す。
１１はアレーアンテナを構成する各アンテナ素子、１３はアレーアンテナの各入力端子である。
このアンテナは、アンテナの間隔をシステムの運用波長の０．４λ波長以下としてアレーに並べたものであり、４素子の例を示している。この状態で例えば各アンテナへの給電電圧をＳとすると、Ｓ＝｛１，−１，１，−１｝として、隣り合うアンテナ素子で逆位相とする。こうすることで、非常に高いアンテナ指向性利得が得られる（非特許文献１参照）。しかし、図１８に示すように実際はアンテナが近接しているため、非常に強い相互結合があり、アンテナの効率が落ちるとともに、各アンテナの位相も正確に逆位相とはならない。例えば図１７において、アンテナ間隔Ｌｎ＝０．１λ、アンテナ素子数を４とし、各アンテナへの給電電圧Ｓを｛１，−１，１，−１｝とした場合のモーメント法を用いシミュレーション結果を図１９に示す。指向性利得は約４．２ｄＢ、アンテナ実効利得は−９．２９ｄＢ（図１９）となり、指向性利得はあるものの実効利得は低いことがわかる。
すなわち、従来のスーパーゲインアンテナは、アンテナが近接しているためにアンテナ相互結合が非常に高く、アンテナ給電電圧を逆位相としても指向性利得は高いものの実効利得は得られなかった。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｂｌｏｃｈ， Ａ．， Ｍｅｄｈｕｒｓｔ， Ａ． ａｎｄ Ｐｏｏｌ，Ｓ． ：“Ａ ｎｅｗ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｕｐｅｒ ｄｉｒｅｃｔｉｖｅ ａｅｒｉａｌ ａｒｒａｙｓ ”，Ｐｒｏｃ．Ｉｎｓｔ． Ｅｌｅｃｔｒ．Ｅｍｇ．， １００，ｐａｒｔ ＩＩＩ， ６７， ｐ．３０３（ｓｐｔ．１９５３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアンテナ装置はアレー化による各アンテナパターンの変形があり、この現象を含めた制御を行うとアダプティブ制御ソフトが煩雑になる、または、この現象を無視して制御を行うと性能が落ちるという欠点があった。
また、従来のスーパーゲインアンテナ装置は、アンテナが近接しているためにアンテナ相互結合が非常に高く、アンテナ給電電圧を逆位相としても高い実効利得が得られないという欠点があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数のアンテナが動作して所望のアンテナ特性を得るアンテナ装置において、アンテナ間結合によるパターン歪みを補正するために、各アンテナの給電ウエイトを乗算する乗算回路からアンテナを見込んだ時の各アンテナ間の相互インピーダンス行列をＺ、所望入力信号行列をＳとして、相互インピーダンス行列Ｚの逆行列Ｚ−１を計算し、所望入力信号行列Ｓに、Ｚ−１をかけた信号行列Ｓ’（＝Ｚ−１・Ｓ）を乗算回路における各アンテナの入力信号とすることを特徴とする。
本発明は、複数のアンテナが動作して所望のアンテナ特性を得るアンテナ装置において、各アンテナ素子の給電点からアンテナを見込んだ時の各アンテナ間の相互インピーダンス行列をＺ、ウエイトを乗算する乗算回路から各アンテナ給電点までの伝送係数行列をＣ、所望入力信号行列をＳとして、相互インピーダンス行列Ｚの逆行列Ｚ−１を計算し、所望入力信号行列Ｓに、Ｚ−１をかけ、さらにＣで割った信号行列Ｓ’（＝１／Ｃ・Ｚ−１・Ｓ）を各アンテナの入力信号とすることを特徴とする。
【０００７】
本発明は、運用システム周波数の波長で規格化したアンテナ同士の間隔が０．４波長以下の複数のアンテナを配列して、隣り合うアンテナの位相をほぼ逆転させて動作させることで、非常に高い利得を得るスーパーゲインアンテナ装置において、各アンテナ間の相互インピーダンス行列をＺ、所望入力信号行列をＳとして、ここで、Ｓは隣り合うアンテナ同士の位相を逆転させるために、Ｓ≒｛１，−１，１，−１，・・・｝であり、そこで、相互インピーダンス行列Ｚの逆行列Ｚ−１を計算し、所望入力信号行列Ｓに、Ｚ−１をかけた信号行列Ｓ’（＝Ｚ−１・Ｓ）を各アンテナの入力信号とすることを特徴とする。
このような構成のアンテナ装置を使用することで、各アンテナの相互結合によるアンテナ効率の低下を抑え、最大の利得を得ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
本発明の第１実施例であるアンテナシステムの構成（１）を図１に示す。また、図２に一般のアダプティブアンテナの構成例を示す。
ここで１はアレーアンテナを構成する各アンテナ素子、２は相互インピーダンスを補正する補正演算部、３はアレーアンテナの各入力端子、４はウエイト乗算回路からアンテナ素子までの回路群、すなわち、図２に示すＡＤ／ＤＡ変換器（ＡＤ／ＤＡ）、ダウンコンバータ／アップコンバータ（ＤＣ／ＵＣ）、ＲＦ回路部などである。
基本的にはアダプティブアンテナはディジタル信号でウエイトの乗算を行っているので、所望信号Ｓはディジタル信号で形成される。ここで、アレーアンテナの相互結合行列Ｚは、ウエイト乗算回路からＡＤ／ＤＡ変換器、ダウンコンバータ／アップコンバータ、ＲＦ回路部、そしてアンテナ素子までの全てを含んだインピダンスＺｔ（＝Ｃ＋Ｚａ）と考える。この相互インピーダンス行列を測定するためにキャリブレーション回路を有する。
【０００９】
ウエイト乗算回路からアンテナを見込んだ時の各アンテナ間の相互インピーダンス行列、すなわちＡＤ／ＤＡ変換器、ダウンコンバータ／アップコンバータ、ＲＦ回路部を含めたアレーアンテナの各アンテナ素子間の相互インピーダンス行列Ｚｔは、キャリブレーション回路を備えており、この較正回路を用いて測定して判っている。測定には各アンテナの相互インピーダンスも測定しなくてはならないため、各アンテナ毎にキャリブレーション回路を接続して、Ｚｔ行列の各要素をひとつひとつ順番にアンテナ数の２乗回測定していくことになる。この状態でウエイト乗算回路において、アレーアンテナの入力に相互インピーダンス行列Ｚｔの逆行列Ｚｔ−１をかけて各アンテナの入力とする。このことを数式で表すと以下となる。
Ｓ’＝Ｚｔ−１・Ｓ （１）
ここで、本アンテナ装置への入力信号はＳ、各アンテナへのウエイト乗算回路における入力信号はＳ’である。
このようにしてアンテナから放射された電波信号Ｓ’は、アンテナ近傍の空間においてアンテナ間の相互結合Ｚを受けて遠方へ到達する。
【数１】
このように、アンテナ装置に入力された信号は相互結合の影響なく空間における電界（放射パターン）を形成することになる。
ここで、実際のアンテナにおける例を示す。
図３に示すようにダイポールアンテナが２本並列にならんでいる場合をモーメント法で計算した。ここで、アンテナ間相互インピーダンス（Ｚ２１，Ｚ１２）はアンテナ給電点から見た値を用いている。図４はアレーアンテナの１素子の振幅、図５は位相パターンである。インピーダンス補正を行った場合、その位置にアンテナが単独で存在した場合に近い振幅、位相パターンが得られることがわかる。すなわち、アンテナ相互結合があるにもかかわらず、その影響が低減されている。
【００１０】
次に、さらにアンテナに何らかの付加回路がついている場合の例を計算する。
図６に示すようにアンテナに並行２線の給電線がついており、その給電線から見込んだ相互インピーダンスを用いることとする。この場合の結果を図７、図８に示す。この場合も、インピーダンス補正を行った場合、その位置にアンテナが単独で存在した場合に近い振幅、位相パターンが得られることがわかる。
このことは、全てのアダプティブアンテナアルゴリズムにおいて、アレーアンテナ構造や形状に起因する相互結合の影響を考慮しないで設計できることを示している。従って、共通のアルゴリズムを使えることになり、ソフトの生産性が向上する。また、相互結合の影響を軽減できるので、アダプティブ動作において性能が劣化することが無く、理想的な正確な動作が期待できる。
この動作を具体的に実現する手法は、アンテナ信号を全てディジタル信号に変換し、ディジタル処理で行えば良い。また、ディジタル信号に変換するには、ＲＦ信号をベースバンド信号に落として行っても良い。この動作は近年のディジタル技術の進展に伴い、十分可能である。
【００１１】
（実施例２）
本発明の第２実施例であるアンテナシステムの構成（２）を図９に示す。
ここで、１はアレーアンテナを構成する各アンテナ素子、２は相互インピーダンスを補正する補正演算部、３はアレーアンテナの各入力端子、４はウエイト乗算回路からアンテナ素子までの回路群、すなわち、図２に示されたＡＤ／ＤＡ変換器、ダウンコンバータ／アップコンバータ、ＲＦ回路部である。
図２において、アレーアンテナのアンテナ素子のみの相互インピーダンス行列をＺａ、ウエイト乗算回路からＡＤ／ＤＡ変換器、ダウンコンバータ／アップコンバータ、ＲＦ回路部、そしてアンテナ給電部までの全ての回路の伝達係数行列をＣとする。
この図のように、アンテナ部分のみとアンテナ以下の回路部分を分離して各係数行列を考えた場合、アンテナのみの相互インピーダンスの測定と回路部に分けて測定ができる。このことで、殆ど変化がないアンテナのみの相互インピーダンスは予め製造段階で測定しておき、外部温度変化などで変化するアンテナに接続している回路部分は適宜キャリブレーション回路で較正することができる。これはアンテナ相互インピーダンスを測定する必要がないため、回路部分のみを１系統ずつ測定するのみで良く、測定回数はアンテナ数分の回数で良い。図２では、アンテナへの所望信号Ｓは以下の式のように変形されてアンテナ部へ伝送される。
Ｓ’＝１／Ｃ・Ｚａ−１・Ｓ （４）
ここで、本アンテナ装置への入力信号Ｓ、各アンテナへのウエイト乗算回路における入力信号はＳ’である。
まず、Ｓ’は各種回路を通る。ここで、Ｓ’は変形されて以下となる。
Ｓ”＝Ｃ・Ｓ’＝Ｃ・１／Ｃ・Ｚａ−１・Ｓ＝Ｚａ−１・Ｓ （５）
Ｓ”はアンテナ素子に入力される信号である。
【００１２】
以下は実施例１と同じく、アンテナから放射された信号Ｓ”は予めアンテナ相互インピーダンスの逆行列が掛けてあるので、空間でアンテナ間の相互インピーダンスの影響を受けることで、本来の信号Ｓに戻る。従って、本例でもアンテナ装置に入力された信号は相互結合の影響なく空間における電界（放射パターン）を形成することができる。
効果は全く実施例１と同様であり、さらにディジタル乗算部から見込んだアンテナ相互インピーダンス行列を求めずに、各アンテナに接続されている回路部分の伝送係数を求めるのみで良いので、アンテナ較正回路が簡易になる。
【００１３】
（実施例３）
本発明の第３実施例であるアンテナシステムの構成（３）を図１０に示す。
ここで、５は相互インピーダンスを補正する補正演算部で、相互インピーダンスの逆行列を変形したものである。実施例１または２に示したように基本的にアレーアンテナの相互結合をアンテナ給電部で補償することで、アンテナパターンの歪みなどは押さえられるが、さらに相互インピーダンスの逆行列を変形することで、よりアダプティブ動作に適切なアンテナパターンが得られる。この変形は全てのアンテナ給電端子へ入力した時の放射パターンがほぼ同じ形状となり、位相中心のみアレーアンテナ間隔にほぼ等しいことが望ましい。具体的には、このようになるアンテナウエイトを相互インピーダンスの逆行列を変形することで求め、その変形行列Ｗｃをアレーアンテナの入力と信号入力の間に挿入する。この場合もこの行列演算はディジタル的にソフトウエアなどで行うことが適当である。
【００１４】
（実施例４）
本発明の第４実施例であるアンテナシステムの構成（４）を図１１に示す。
ここで、６は相互インピーダンスを補正する補正演算部であり、周波数の関数である。この場合は各アンテナ素子間の相互結合の周波数特性を測定などで求める。そして、この周波数の関数のまま逆行列を求める。または、これを変形して補償行列を求め、これを用いる。これにより、本アンテナ装置は周波数による放射パターンの変形も補償できる。具体例としては、周波数の関数である相互インピーダンス行列Ｚ（ｆ）を、離散的ポイント周波数（Ｚ１（ｆ１），Ｚ２（ｆ２），・・・，Ｚｎ（ｆｎ））に分けて固定値とし、その各周波数での逆行列を計算する（Ｚ１−１（ｆ１），Ｚ２−１（ｆ２），・・・，Ｚｎ−１（ｆｎ））。これを補間して逆行列の周波数関数Ｚ−１（ｆ）とする。またはさらに変形して補償行列Ｗｃ（ｆ）を作成する。これは一例であり、周波数特性を補償するための逆行列関数または補償行列の作成方法はこれに限らない。
【００１５】
（実施例５）
本発明の第５実施例であるアンテナシステムの構成（５）を図１２に示す。
１はアレーアンテナを構成する各アンテナ素子、２は相互インピーダンスを補正する補正演算部、３はアレーアンテナの各入力端子である。通常スーパーゲインとするために、アンテナ間隔Ｌｎを０．０００１λ≦Ｌｎ≦０．４λ（λ：波長）とし、隣り合うアンテナで逆位相、すなわちＳ＝｛１，−１，１，−１，・・・，−１｝とする。
実施例１において図２を参照して説明したように、基本的にアダプティブアンテナはディジタル信号でウエイトの乗算を行っているので、所望信号Ｓはディジタル信号で形成される。ここで、アレーアンテナの相互結合行列Ｚはウエイト乗算回路から、ＡＤ／ＤＡ変換器、ダウンコンバータ（ＤＣ）、アップコンバータ（ＵＣ）、ＲＦ回路、そしてアンテナまでの全てを含んだインピーダンスＺｔと考える。この相互インピーダンス行列を測定するためにキャリブレーション回路を有する。
【００１６】
ウエイト乗算回路からアンテナ回路を見込んだ時の各アンテナ間の相互インピーダンス行列、すなわち、ＡＤ／ＤＡ変換器、ダウンコンバータ、アップコンバータ、ＲＦ回路を含めたアレーアンテナの各アンテナ素子間の相互インピーダンス行列Ｚｔは、キャリブレーション回路を備えており、この較正回路を用いて測定して判っている。測定には各アンテナの相互インピーダンスも測定しなくてはならないため、各アンテナごとにキャリブレーション回路を接続して、Ｚｔ行列の各要素をひとつひとつ順番にアンテナ数の２乗回測定していくことになる。この状態でウエイト乗算回路において、アレーアンテナの入力に相互インピーダンス行列Ｚｔの逆行列Ｚｔ−１をかけて各アンテナの入力とする。このことを数式で表すと以下となる。
Ｓ’＝Ｚｔ−１・Ｓ （１）
ここで、本アンテナ装置への入力信号はＳ、各アンテナへのウエイト乗算回路における入力信号はＳ’である。
このようにしてアンテナから放射された電波信号Ｓ’は、アンテナ近傍の空間においてアンテナ間の相互結合Ｚを受けて遠方へ到達する。
【数２】
このように、アンテナ装置に入力された信号は相互結合の影響なく空間における電界（放射パターン）を形成することになる。
このため、スーパーゲインアンテナとするとアンテナ同士の相互結合が消え去った状態で各アンテナに給電できるので、理想状態のスーパーゲインアンテナができることになる。
【００１７】
ここで、実際のアンテナにおける例を示す。図１３に示すようにダイポールアンテナが４本、０．１波長間隔で並列に並んでいる場合をモーメント法で計算した。ここで、アンテナ間相互インピーダンスはアンテナ給電点から見た値を用いている。図１４が放射パターンである。相互結合を無くした後で各アンテナで隣り合うもの同士に逆位相を与えている。すなわち、Ｓ＝｛１，−１，１，−１｝である。この場合の指向性利得は４．２ｄＢであるが、実効利得は−５．５１ｄＢ（図１４）となった。これは従来と全く同じアンテナ構成において、実効利得が約−９．３ｄＢであったことを考えると、３．８ｄＢ利得が向上したことがわかる。すなわち、明らかに高い利得が得られたことになる。
この動作を具体的に実現する手法は、アンテナ信号を全てディジタル信号に変換し、ディジタル処理を行えば良い。また、ディジタル信号に変換するには、ＲＦ信号をベースバンド信号に落として行っても良い。この動作は近年のディジタル技術の進展に伴い、十分可能である。
【００１８】
（実施例６）
本発明の第６実施例であるアンテナのシステム構成（６）を図１５に示す。
ここで、５は相互インピーダンスを補正する補正演算部であり、周波数の関数である。この場合は各アンテナ素子間の相互結合の周波数特性を測定などで求める。そして、この周波数の関数のまま逆行列を求める、またこれを変形して補償行列を求め、これを用いる。これにより、本アンテナ装置は周波数による放射パターンの変形も補償できる。具体例としては、周波数の関数である相互インピーダンス行列Ｚ（ｆ）を、離散的ポイント周波数（Ｚ１（ｆ１），Ｚ２（ｆ２），・・・，Ｚｎ（ｆｎ））に分けて固定値とし、その各周波数での逆行列を計算する（Ｚ１−１（ｆ１），Ｚ２−１（ｆ２），・・・，Ｚｎ−１（ｆｎ））。これを補間して逆行列の周波数関数Ｚ−１（ｆ）とする。または、さらに変形して補償行列Ｗｃ（ｆ）を作成する。これは例であり、周波数特性を補償するための逆行列関数または補償行列の作成方法はこれに限らない。
【００１９】
【発明の効果】
本発明のアンテナ装置は、各アンテナの給電ウエイトを乗算する乗算回路からアンテナを見込んだ時の各アンテナ間の相互インピーダンス行列をＺ、所望入力信号行列をＳとして、相互インピーダンス行列Ｚの逆行列Ｚ−１を計算し、所望入力信号行列Ｓに、Ｚ−１をかけた信号行列Ｓ’（＝Ｚ−１・Ｓ）を乗算回路における各アンテナの入力信号とすることにより、各アンテナの相互結合によるアンテナ放射パターンのばらつきを抑え、アダプティブ動作を正確に行うことができる。
【００２０】
本発明のスーパーゲインアンテナ装置は、運用システム周波数の波長で規格化したアンテナ同士の間隔が０．４波長以下の複数のアンテナを配列して、隣り合うアンテナの位相をほぼ逆転させて動作させることで、非常に高い利得を得るスーパーゲインアンテナ装置において、各アンテナ間の相互インピーダンス行列をＺ、所望入力信号行列をＳとして、ここで、Ｓは隣り合うアンテナ同士の位相を逆転させるために、Ｓ≒｛１，−１，１，−１，・・・｝であり、そこで、相互インピーダンス行列Ｚの逆行列Ｚ−１を計算し、所望入力信号行列Ｓに、Ｚ−１をかけた信号行列Ｓ’（＝Ｚ−１・Ｓ）を各アンテナの入力信号とすることにより、これによって、各アンテナの相互結合によるアンテナ効率の低下を抑え、最大の利得を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例のアンテナシステム構成（１）を示す図。
【図２】一般のアダプティブアンテナの構成例を示す図。
【図３】実際のダイポールアンテナが２本並列に並んでいるアンテナにおける例を示す図。
【図４】アレーアンテナの１素子の振幅パターン特性を示す図。
【図５】アレーアンテナの１素子の位相パターン特性を示す図。
【図６】実際のダイポールアンテナが２本並列に並んでいるアンテナに並行２線の給電線が接続されている例を示す図。
【図７】図６の例におけるアレーアンテナの１素子の振幅パターン特性を示す図。
【図８】図６の例におけるアレーアンテナの１素子の位相パターン特性を示す図。
【図９】本発明の第２実施例のアンテナシステム構成（２）を示す図。
【図１０】本発明の第３実施例のアンテナシステム構成（３）を示す図。
【図１１】本発明の第４実施例のアンテナシステム構成（４）を示す図。
【図１２】本発明の第５実施例のアンテナシステム構成（５）を示す図。
【図１３】実際のダイポールアンテナが０．１波長間隔で４本並列に並んでいるアンテナにおける例を示す図。
【図１４】図１３の例におけるアンテナの放射パターン特性を示す図。
【図１５】本発明の第６実施例のアンテナシステム構成（６）を示す図。
【図１６】従来のアンテナシステム構成（１）を示す図。
【図１７】従来のアンテナシステム構成（２）を示す図。
【図１８】従来のアンテナシステム構成（２）の放射パターンを示す図。
【図１９】従来のアンテナシステム構成（２）の放射パターン特性を示す図。
【符号の説明】
１・・・アンテナ素子、２、５、６・・・補正演算部、３・・・入力端子、４・・・回路群
【発明の属する技術分野】
本発明はアダプティブ動作を行うアレーアンテナ装置に関し、各アンテナの相互結合によるアンテナ放射パターンのばらつきを抑え、アダプティブ動作を正確に行うことができる、アンテナ間結合によるパターン歪みを補正したアンテナ装置及びアンテナ間結合によるパターン歪みを補正する較正方法、及び小型でありながら、高い指向性利得と実行利得をもつ、各アンテナの相互結合によるアンテナ効率の低下を抑え、最大の利得を得るスーパーゲインアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のアンテナシステム構成（１）を図１６に示す。
１１はアレーアンテナを構成する各アンテナ素子、１３はアレーアンテナの各入力端子である。
本アンテナはアンテナ素子をアレーに並べたものであり、各アンテナ素子にアンテナ装置の入力ポートが接続されていた。このため、各アンテナは相互結合の影響があり、本来単独で存在するアンテナパターンから変形し、さらに端のアンテナと中央のアンテナではアンテナパターンに違いが生じていた。さらに放射パターンの変形やアンテナ位置による違いは周波数特性を持ち、運用周波数の上限と下限、またはＦＤＤ（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｄｕｐｌｅｘ）の場合には送信と受信でパターンに違いがあった。このため、アダプティブアンテナ制御を行うため各アンテナ入力端子への信号ウエイトを計算するには、予めこのアンテナパターンの変形や位置による違い、周波数特性を見込んで計算する必要があった。しかし、これらの放射パターンに関する問題は相互結合が影響しており、相互結合はアンテナ間隔／素子数、アンテナ形式、アレー構成などで相互結合は違う値となる。このため、アダプティブ制御を正確に行うにはアレーアンテナの構成を予め決めて行う必要があり、個々のアレーアンテナに適合した制御プログラムが必要となる。このため、アダプティブアンテナの制御プログラムの作製が煩雑になり、また労力がかかるという欠点がある。一方、アダプティブアンテナの制御プログラムを統一すると、上記のようなアレー化による放射パターンの変形による影響を受けるため、特性が劣化するという欠点がある。
【０００３】
従来のアンテナシステム構成（２）を図１７に示す。
１１はアレーアンテナを構成する各アンテナ素子、１３はアレーアンテナの各入力端子である。
このアンテナは、アンテナの間隔をシステムの運用波長の０．４λ波長以下としてアレーに並べたものであり、４素子の例を示している。この状態で例えば各アンテナへの給電電圧をＳとすると、Ｓ＝｛１，−１，１，−１｝として、隣り合うアンテナ素子で逆位相とする。こうすることで、非常に高いアンテナ指向性利得が得られる（非特許文献１参照）。しかし、図１８に示すように実際はアンテナが近接しているため、非常に強い相互結合があり、アンテナの効率が落ちるとともに、各アンテナの位相も正確に逆位相とはならない。例えば図１７において、アンテナ間隔Ｌｎ＝０．１λ、アンテナ素子数を４とし、各アンテナへの給電電圧Ｓを｛１，−１，１，−１｝とした場合のモーメント法を用いシミュレーション結果を図１９に示す。指向性利得は約４．２ｄＢ、アンテナ実効利得は−９．２９ｄＢ（図１９）となり、指向性利得はあるものの実効利得は低いことがわかる。
すなわち、従来のスーパーゲインアンテナは、アンテナが近接しているためにアンテナ相互結合が非常に高く、アンテナ給電電圧を逆位相としても指向性利得は高いものの実効利得は得られなかった。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｂｌｏｃｈ， Ａ．， Ｍｅｄｈｕｒｓｔ， Ａ． ａｎｄ Ｐｏｏｌ，Ｓ． ：“Ａ ｎｅｗ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｕｐｅｒ ｄｉｒｅｃｔｉｖｅ ａｅｒｉａｌ ａｒｒａｙｓ ”，Ｐｒｏｃ．Ｉｎｓｔ． Ｅｌｅｃｔｒ．Ｅｍｇ．， １００，ｐａｒｔ ＩＩＩ， ６７， ｐ．３０３（ｓｐｔ．１９５３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアンテナ装置はアレー化による各アンテナパターンの変形があり、この現象を含めた制御を行うとアダプティブ制御ソフトが煩雑になる、または、この現象を無視して制御を行うと性能が落ちるという欠点があった。
また、従来のスーパーゲインアンテナ装置は、アンテナが近接しているためにアンテナ相互結合が非常に高く、アンテナ給電電圧を逆位相としても高い実効利得が得られないという欠点があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数のアンテナが動作して所望のアンテナ特性を得るアンテナ装置において、アンテナ間結合によるパターン歪みを補正するために、各アンテナの給電ウエイトを乗算する乗算回路からアンテナを見込んだ時の各アンテナ間の相互インピーダンス行列をＺ、所望入力信号行列をＳとして、相互インピーダンス行列Ｚの逆行列Ｚ−１を計算し、所望入力信号行列Ｓに、Ｚ−１をかけた信号行列Ｓ’（＝Ｚ−１・Ｓ）を乗算回路における各アンテナの入力信号とすることを特徴とする。
本発明は、複数のアンテナが動作して所望のアンテナ特性を得るアンテナ装置において、各アンテナ素子の給電点からアンテナを見込んだ時の各アンテナ間の相互インピーダンス行列をＺ、ウエイトを乗算する乗算回路から各アンテナ給電点までの伝送係数行列をＣ、所望入力信号行列をＳとして、相互インピーダンス行列Ｚの逆行列Ｚ−１を計算し、所望入力信号行列Ｓに、Ｚ−１をかけ、さらにＣで割った信号行列Ｓ’（＝１／Ｃ・Ｚ−１・Ｓ）を各アンテナの入力信号とすることを特徴とする。
【０００７】
本発明は、運用システム周波数の波長で規格化したアンテナ同士の間隔が０．４波長以下の複数のアンテナを配列して、隣り合うアンテナの位相をほぼ逆転させて動作させることで、非常に高い利得を得るスーパーゲインアンテナ装置において、各アンテナ間の相互インピーダンス行列をＺ、所望入力信号行列をＳとして、ここで、Ｓは隣り合うアンテナ同士の位相を逆転させるために、Ｓ≒｛１，−１，１，−１，・・・｝であり、そこで、相互インピーダンス行列Ｚの逆行列Ｚ−１を計算し、所望入力信号行列Ｓに、Ｚ−１をかけた信号行列Ｓ’（＝Ｚ−１・Ｓ）を各アンテナの入力信号とすることを特徴とする。
このような構成のアンテナ装置を使用することで、各アンテナの相互結合によるアンテナ効率の低下を抑え、最大の利得を得ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
本発明の第１実施例であるアンテナシステムの構成（１）を図１に示す。また、図２に一般のアダプティブアンテナの構成例を示す。
ここで１はアレーアンテナを構成する各アンテナ素子、２は相互インピーダンスを補正する補正演算部、３はアレーアンテナの各入力端子、４はウエイト乗算回路からアンテナ素子までの回路群、すなわち、図２に示すＡＤ／ＤＡ変換器（ＡＤ／ＤＡ）、ダウンコンバータ／アップコンバータ（ＤＣ／ＵＣ）、ＲＦ回路部などである。
基本的にはアダプティブアンテナはディジタル信号でウエイトの乗算を行っているので、所望信号Ｓはディジタル信号で形成される。ここで、アレーアンテナの相互結合行列Ｚは、ウエイト乗算回路からＡＤ／ＤＡ変換器、ダウンコンバータ／アップコンバータ、ＲＦ回路部、そしてアンテナ素子までの全てを含んだインピダンスＺｔ（＝Ｃ＋Ｚａ）と考える。この相互インピーダンス行列を測定するためにキャリブレーション回路を有する。
【０００９】
ウエイト乗算回路からアンテナを見込んだ時の各アンテナ間の相互インピーダンス行列、すなわちＡＤ／ＤＡ変換器、ダウンコンバータ／アップコンバータ、ＲＦ回路部を含めたアレーアンテナの各アンテナ素子間の相互インピーダンス行列Ｚｔは、キャリブレーション回路を備えており、この較正回路を用いて測定して判っている。測定には各アンテナの相互インピーダンスも測定しなくてはならないため、各アンテナ毎にキャリブレーション回路を接続して、Ｚｔ行列の各要素をひとつひとつ順番にアンテナ数の２乗回測定していくことになる。この状態でウエイト乗算回路において、アレーアンテナの入力に相互インピーダンス行列Ｚｔの逆行列Ｚｔ−１をかけて各アンテナの入力とする。このことを数式で表すと以下となる。
Ｓ’＝Ｚｔ−１・Ｓ （１）
ここで、本アンテナ装置への入力信号はＳ、各アンテナへのウエイト乗算回路における入力信号はＳ’である。
このようにしてアンテナから放射された電波信号Ｓ’は、アンテナ近傍の空間においてアンテナ間の相互結合Ｚを受けて遠方へ到達する。
【数１】
ここで、実際のアンテナにおける例を示す。
図３に示すようにダイポールアンテナが２本並列にならんでいる場合をモーメント法で計算した。ここで、アンテナ間相互インピーダンス（Ｚ２１，Ｚ１２）はアンテナ給電点から見た値を用いている。図４はアレーアンテナの１素子の振幅、図５は位相パターンである。インピーダンス補正を行った場合、その位置にアンテナが単独で存在した場合に近い振幅、位相パターンが得られることがわかる。すなわち、アンテナ相互結合があるにもかかわらず、その影響が低減されている。
【００１０】
次に、さらにアンテナに何らかの付加回路がついている場合の例を計算する。
図６に示すようにアンテナに並行２線の給電線がついており、その給電線から見込んだ相互インピーダンスを用いることとする。この場合の結果を図７、図８に示す。この場合も、インピーダンス補正を行った場合、その位置にアンテナが単独で存在した場合に近い振幅、位相パターンが得られることがわかる。
このことは、全てのアダプティブアンテナアルゴリズムにおいて、アレーアンテナ構造や形状に起因する相互結合の影響を考慮しないで設計できることを示している。従って、共通のアルゴリズムを使えることになり、ソフトの生産性が向上する。また、相互結合の影響を軽減できるので、アダプティブ動作において性能が劣化することが無く、理想的な正確な動作が期待できる。
この動作を具体的に実現する手法は、アンテナ信号を全てディジタル信号に変換し、ディジタル処理で行えば良い。また、ディジタル信号に変換するには、ＲＦ信号をベースバンド信号に落として行っても良い。この動作は近年のディジタル技術の進展に伴い、十分可能である。
【００１１】
（実施例２）
本発明の第２実施例であるアンテナシステムの構成（２）を図９に示す。
ここで、１はアレーアンテナを構成する各アンテナ素子、２は相互インピーダンスを補正する補正演算部、３はアレーアンテナの各入力端子、４はウエイト乗算回路からアンテナ素子までの回路群、すなわち、図２に示されたＡＤ／ＤＡ変換器、ダウンコンバータ／アップコンバータ、ＲＦ回路部である。
図２において、アレーアンテナのアンテナ素子のみの相互インピーダンス行列をＺａ、ウエイト乗算回路からＡＤ／ＤＡ変換器、ダウンコンバータ／アップコンバータ、ＲＦ回路部、そしてアンテナ給電部までの全ての回路の伝達係数行列をＣとする。
この図のように、アンテナ部分のみとアンテナ以下の回路部分を分離して各係数行列を考えた場合、アンテナのみの相互インピーダンスの測定と回路部に分けて測定ができる。このことで、殆ど変化がないアンテナのみの相互インピーダンスは予め製造段階で測定しておき、外部温度変化などで変化するアンテナに接続している回路部分は適宜キャリブレーション回路で較正することができる。これはアンテナ相互インピーダンスを測定する必要がないため、回路部分のみを１系統ずつ測定するのみで良く、測定回数はアンテナ数分の回数で良い。図２では、アンテナへの所望信号Ｓは以下の式のように変形されてアンテナ部へ伝送される。
Ｓ’＝１／Ｃ・Ｚａ−１・Ｓ （４）
ここで、本アンテナ装置への入力信号Ｓ、各アンテナへのウエイト乗算回路における入力信号はＳ’である。
まず、Ｓ’は各種回路を通る。ここで、Ｓ’は変形されて以下となる。
Ｓ”＝Ｃ・Ｓ’＝Ｃ・１／Ｃ・Ｚａ−１・Ｓ＝Ｚａ−１・Ｓ （５）
Ｓ”はアンテナ素子に入力される信号である。
【００１２】
以下は実施例１と同じく、アンテナから放射された信号Ｓ”は予めアンテナ相互インピーダンスの逆行列が掛けてあるので、空間でアンテナ間の相互インピーダンスの影響を受けることで、本来の信号Ｓに戻る。従って、本例でもアンテナ装置に入力された信号は相互結合の影響なく空間における電界（放射パターン）を形成することができる。
効果は全く実施例１と同様であり、さらにディジタル乗算部から見込んだアンテナ相互インピーダンス行列を求めずに、各アンテナに接続されている回路部分の伝送係数を求めるのみで良いので、アンテナ較正回路が簡易になる。
【００１３】
（実施例３）
本発明の第３実施例であるアンテナシステムの構成（３）を図１０に示す。
ここで、５は相互インピーダンスを補正する補正演算部で、相互インピーダンスの逆行列を変形したものである。実施例１または２に示したように基本的にアレーアンテナの相互結合をアンテナ給電部で補償することで、アンテナパターンの歪みなどは押さえられるが、さらに相互インピーダンスの逆行列を変形することで、よりアダプティブ動作に適切なアンテナパターンが得られる。この変形は全てのアンテナ給電端子へ入力した時の放射パターンがほぼ同じ形状となり、位相中心のみアレーアンテナ間隔にほぼ等しいことが望ましい。具体的には、このようになるアンテナウエイトを相互インピーダンスの逆行列を変形することで求め、その変形行列Ｗｃをアレーアンテナの入力と信号入力の間に挿入する。この場合もこの行列演算はディジタル的にソフトウエアなどで行うことが適当である。
【００１４】
（実施例４）
本発明の第４実施例であるアンテナシステムの構成（４）を図１１に示す。
ここで、６は相互インピーダンスを補正する補正演算部であり、周波数の関数である。この場合は各アンテナ素子間の相互結合の周波数特性を測定などで求める。そして、この周波数の関数のまま逆行列を求める。または、これを変形して補償行列を求め、これを用いる。これにより、本アンテナ装置は周波数による放射パターンの変形も補償できる。具体例としては、周波数の関数である相互インピーダンス行列Ｚ（ｆ）を、離散的ポイント周波数（Ｚ１（ｆ１），Ｚ２（ｆ２），・・・，Ｚｎ（ｆｎ））に分けて固定値とし、その各周波数での逆行列を計算する（Ｚ１−１（ｆ１），Ｚ２−１（ｆ２），・・・，Ｚｎ−１（ｆｎ））。これを補間して逆行列の周波数関数Ｚ−１（ｆ）とする。またはさらに変形して補償行列Ｗｃ（ｆ）を作成する。これは一例であり、周波数特性を補償するための逆行列関数または補償行列の作成方法はこれに限らない。
【００１５】
（実施例５）
本発明の第５実施例であるアンテナシステムの構成（５）を図１２に示す。
１はアレーアンテナを構成する各アンテナ素子、２は相互インピーダンスを補正する補正演算部、３はアレーアンテナの各入力端子である。通常スーパーゲインとするために、アンテナ間隔Ｌｎを０．０００１λ≦Ｌｎ≦０．４λ（λ：波長）とし、隣り合うアンテナで逆位相、すなわちＳ＝｛１，−１，１，−１，・・・，−１｝とする。
実施例１において図２を参照して説明したように、基本的にアダプティブアンテナはディジタル信号でウエイトの乗算を行っているので、所望信号Ｓはディジタル信号で形成される。ここで、アレーアンテナの相互結合行列Ｚはウエイト乗算回路から、ＡＤ／ＤＡ変換器、ダウンコンバータ（ＤＣ）、アップコンバータ（ＵＣ）、ＲＦ回路、そしてアンテナまでの全てを含んだインピーダンスＺｔと考える。この相互インピーダンス行列を測定するためにキャリブレーション回路を有する。
【００１６】
ウエイト乗算回路からアンテナ回路を見込んだ時の各アンテナ間の相互インピーダンス行列、すなわち、ＡＤ／ＤＡ変換器、ダウンコンバータ、アップコンバータ、ＲＦ回路を含めたアレーアンテナの各アンテナ素子間の相互インピーダンス行列Ｚｔは、キャリブレーション回路を備えており、この較正回路を用いて測定して判っている。測定には各アンテナの相互インピーダンスも測定しなくてはならないため、各アンテナごとにキャリブレーション回路を接続して、Ｚｔ行列の各要素をひとつひとつ順番にアンテナ数の２乗回測定していくことになる。この状態でウエイト乗算回路において、アレーアンテナの入力に相互インピーダンス行列Ｚｔの逆行列Ｚｔ−１をかけて各アンテナの入力とする。このことを数式で表すと以下となる。
Ｓ’＝Ｚｔ−１・Ｓ （１）
ここで、本アンテナ装置への入力信号はＳ、各アンテナへのウエイト乗算回路における入力信号はＳ’である。
このようにしてアンテナから放射された電波信号Ｓ’は、アンテナ近傍の空間においてアンテナ間の相互結合Ｚを受けて遠方へ到達する。
【数２】
このため、スーパーゲインアンテナとするとアンテナ同士の相互結合が消え去った状態で各アンテナに給電できるので、理想状態のスーパーゲインアンテナができることになる。
【００１７】
ここで、実際のアンテナにおける例を示す。図１３に示すようにダイポールアンテナが４本、０．１波長間隔で並列に並んでいる場合をモーメント法で計算した。ここで、アンテナ間相互インピーダンスはアンテナ給電点から見た値を用いている。図１４が放射パターンである。相互結合を無くした後で各アンテナで隣り合うもの同士に逆位相を与えている。すなわち、Ｓ＝｛１，−１，１，−１｝である。この場合の指向性利得は４．２ｄＢであるが、実効利得は−５．５１ｄＢ（図１４）となった。これは従来と全く同じアンテナ構成において、実効利得が約−９．３ｄＢであったことを考えると、３．８ｄＢ利得が向上したことがわかる。すなわち、明らかに高い利得が得られたことになる。
この動作を具体的に実現する手法は、アンテナ信号を全てディジタル信号に変換し、ディジタル処理を行えば良い。また、ディジタル信号に変換するには、ＲＦ信号をベースバンド信号に落として行っても良い。この動作は近年のディジタル技術の進展に伴い、十分可能である。
【００１８】
（実施例６）
本発明の第６実施例であるアンテナのシステム構成（６）を図１５に示す。
ここで、５は相互インピーダンスを補正する補正演算部であり、周波数の関数である。この場合は各アンテナ素子間の相互結合の周波数特性を測定などで求める。そして、この周波数の関数のまま逆行列を求める、またこれを変形して補償行列を求め、これを用いる。これにより、本アンテナ装置は周波数による放射パターンの変形も補償できる。具体例としては、周波数の関数である相互インピーダンス行列Ｚ（ｆ）を、離散的ポイント周波数（Ｚ１（ｆ１），Ｚ２（ｆ２），・・・，Ｚｎ（ｆｎ））に分けて固定値とし、その各周波数での逆行列を計算する（Ｚ１−１（ｆ１），Ｚ２−１（ｆ２），・・・，Ｚｎ−１（ｆｎ））。これを補間して逆行列の周波数関数Ｚ−１（ｆ）とする。または、さらに変形して補償行列Ｗｃ（ｆ）を作成する。これは例であり、周波数特性を補償するための逆行列関数または補償行列の作成方法はこれに限らない。
【００１９】
【発明の効果】
本発明のアンテナ装置は、各アンテナの給電ウエイトを乗算する乗算回路からアンテナを見込んだ時の各アンテナ間の相互インピーダンス行列をＺ、所望入力信号行列をＳとして、相互インピーダンス行列Ｚの逆行列Ｚ−１を計算し、所望入力信号行列Ｓに、Ｚ−１をかけた信号行列Ｓ’（＝Ｚ−１・Ｓ）を乗算回路における各アンテナの入力信号とすることにより、各アンテナの相互結合によるアンテナ放射パターンのばらつきを抑え、アダプティブ動作を正確に行うことができる。
【００２０】
本発明のスーパーゲインアンテナ装置は、運用システム周波数の波長で規格化したアンテナ同士の間隔が０．４波長以下の複数のアンテナを配列して、隣り合うアンテナの位相をほぼ逆転させて動作させることで、非常に高い利得を得るスーパーゲインアンテナ装置において、各アンテナ間の相互インピーダンス行列をＺ、所望入力信号行列をＳとして、ここで、Ｓは隣り合うアンテナ同士の位相を逆転させるために、Ｓ≒｛１，−１，１，−１，・・・｝であり、そこで、相互インピーダンス行列Ｚの逆行列Ｚ−１を計算し、所望入力信号行列Ｓに、Ｚ−１をかけた信号行列Ｓ’（＝Ｚ−１・Ｓ）を各アンテナの入力信号とすることにより、これによって、各アンテナの相互結合によるアンテナ効率の低下を抑え、最大の利得を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例のアンテナシステム構成（１）を示す図。
【図２】一般のアダプティブアンテナの構成例を示す図。
【図３】実際のダイポールアンテナが２本並列に並んでいるアンテナにおける例を示す図。
【図４】アレーアンテナの１素子の振幅パターン特性を示す図。
【図５】アレーアンテナの１素子の位相パターン特性を示す図。
【図６】実際のダイポールアンテナが２本並列に並んでいるアンテナに並行２線の給電線が接続されている例を示す図。
【図７】図６の例におけるアレーアンテナの１素子の振幅パターン特性を示す図。
【図８】図６の例におけるアレーアンテナの１素子の位相パターン特性を示す図。
【図９】本発明の第２実施例のアンテナシステム構成（２）を示す図。
【図１０】本発明の第３実施例のアンテナシステム構成（３）を示す図。
【図１１】本発明の第４実施例のアンテナシステム構成（４）を示す図。
【図１２】本発明の第５実施例のアンテナシステム構成（５）を示す図。
【図１３】実際のダイポールアンテナが０．１波長間隔で４本並列に並んでいるアンテナにおける例を示す図。
【図１４】図１３の例におけるアンテナの放射パターン特性を示す図。
【図１５】本発明の第６実施例のアンテナシステム構成（６）を示す図。
【図１６】従来のアンテナシステム構成（１）を示す図。
【図１７】従来のアンテナシステム構成（２）を示す図。
【図１８】従来のアンテナシステム構成（２）の放射パターンを示す図。
【図１９】従来のアンテナシステム構成（２）の放射パターン特性を示す図。
【符号の説明】
１・・・アンテナ素子、２、５、６・・・補正演算部、３・・・入力端子、４・・・回路群
Claims (10)
- 複数のアンテナが動作して所望のアンテナ特性を得るアンテナ装置において、
各アンテナの給電ウエイトを乗算する乗算回路からアンテナを見込んだ時の各アンテナ間の相互インピーダンス行列をＺ、所望入力信号行列をＳとして、相互インピーダンス行列Ｚの逆行列Ｚ−１を計算し、所望入力信号行列Ｓに、Ｚ−１をかけた信号行列Ｓ’（＝Ｚ−１・Ｓ）を乗算回路における各アンテナの入力信号とする補正演算部を備えたことを特徴とするアンテナ装置。 - 複数のアンテナが動作して所望のアンテナ特性を得るアンテナ装置において、
各アンテナ素子の給電点からアンテナを見込んだ時の各アンテナ間の相互インピーダンス行列をＺ、ウエイトを乗算する乗算回路から各アンテナ給電点までの伝送係数行列をＣ、所望入力信号行列をＳとして、相互インピーダンス行列Ｚの逆行列Ｚ−１を計算し、所望入力信号行列Ｓに、Ｚ−１をかけ、さらにＣで割った信号行列Ｓ’（＝１／Ｃ・Ｚ−１・Ｓ）を各アンテナの入力信号とする補正演算部を備えたことを特徴とするアンテナ装置。 - 請求項１又は２に記載のアンテナ装置において、
補正演算部は、相互インピーダンス行列Ｚの逆行列Ｚ−１を変形し、各所望信号Ｓｎの入力に対応するアンテナ放射パターンＰｎが全てほぼ同じビーム幅またはパターン形状、または同じ位相パターンとなるようしたことを特徴とするアンテナ装置。 - 請求項１又は２に記載のアンテナ装置において、
補正演算部は、周波数の関数として相互インピーダンス行列Ｚ（ｆ）を求め、その相互インピーダンス行列関数Ｚ（ｆ）の逆行列関数Ｚ−１（ｆ）を計算し、これを用いる、またはこれを変形して用いることを特徴とするアンテナ装置。 - 複数のアンテナが動作して所望のアンテナ特性を得るアンテナ装置における、アンテナ間結合によるパターン歪みを補正する較正方法において、
各アンテナの給電ウエイトを乗算する乗算回路からアンテナを見込んだ時の各アンテナ間の相互インピーダンス行列をＺ、所望入力信号行列をＳとして、相互インピーダンス行列Ｚの逆行列Ｚ−１を計算し、所望入力信号行列Ｓに、Ｚ−１をかけた信号行列Ｓ’（＝Ｚ−１・Ｓ）を乗算回路における各アンテナの入力信号とすることを特徴とするアンテナ間結合によるパターン歪みを補正する較正方法。 - 複数のアンテナが動作して所望のアンテナ特性を得るアンテナ装置における、アンテナ間結合によるパターン歪みを補正する較正方法において、
各アンテナ素子の給電点からアンテナを見込んだ時の各アンテナ間の相互インピーダンス行列をＺ、ウエイトを乗算する乗算回路から各アンテナ給電点までの伝送係数行列をＣ、所望入力信号行列をＳとして、相互インピーダンス行列Ｚの逆行列Ｚ−１を計算し、所望入力信号行列Ｓに、Ｚ−１をかけ、さらにＣで割った信号行列Ｓ’（＝１／Ｃ・Ｚ−１・Ｓ）を各アンテナの入力信号とすることを特徴とするアンテナ間結合によるパターン歪みを補正する較正方法。 - 請求項５又は６に記載のアンテナ間結合によるパターン歪みを補正する較正方法において、
各アンテナの入力信号を相互インピーダンス行列Ｚの逆行列Ｚ−１を変形し、各所望信号Ｓｎの入力に対応するアンテナ放射パターンＰｎが全てほぼ同じビーム幅またはパターン形状、または同じ位相パターンとなるようにすることを特徴とするアンテナ間結合によるパターン歪みを補正する較正方法。 - 請求項５又は６に記載のアンテナ間結合によるパターン歪みを補正する較正方法において、
周波数の関数として相互インピーダンス行列Ｚ（ｆ）を求め、その相互インピーダンス行列関数Ｚ（ｆ）の逆行列関数Ｚ−１（ｆ）を計算し、これを用いる、またはこれを変形して用いることを特徴とするアンテナ間結合によるパターン歪みを補正する較正方法。 - 運用システム周波数の波長で規格化したアンテナ同士の間隔が０．４波長以下の複数のアンテナを配列して、隣り合うアンテナの位相をほぼ逆転させて動作させることで、非常に高い利得を得るスーパーゲインアンテナ装置において、
各アンテナ間の相互インピーダンス行列をＺ、所望入力信号行列をＳとして、ここで、Ｓは隣り合うアンテナ同士の位相を逆転させるために、Ｓ≒｛１，−１，１，−１，・・・｝であり、そこで、相互インピーダンス行列Ｚの逆行列Ｚ−１を計算し、所望入力信号行列Ｓに、Ｚ−１をかけた信号行列Ｓ’（＝Ｚ−１・Ｓ）を各アンテナの入力信号とすることを特徴とするスーパーゲインアンテナ装置。 - 請求項９に記載のスーパーゲインアンテナ装置において、
周波数の関数として相互インピーダンス行列Ｚ（ｆ）を求め、その相互インピーダンス行列関数Ｚ（ｆ）の逆行列関数Ｚ−１（ｆ）を計算し、この関数を用いることを特徴とするスーパーゲインアンテナ装置。
Priority Applications (1)
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