JP2005110231A - アレーアンテナ装置とその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 無線信号を送受信するための励振素子から所定の間隔だけ離れて設けられた複数本の非励振素子と、励振素子と非励振素子との間に接続された可変リアクタンス素子とを備え、複数本の非励振素子に少なくとも1対の間に可変リアクタンス素子を接続した。ここで、励振素子と、複数本の非励振素子とを1直線上に並置することによりコリニアアレーアンテナを構成した。各可変リアクタンス素子に設定する各リアクタンス値を変化させることにより、各非励振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。
【選択図】図1
Description
無線信号を送受信するための励振素子と、
上記励振素子から所定の間隔だけ離れて設けられた少なくとも1本の非励振素子と、
上記励振素子と上記非励振素子との間に接続された可変リアクタンス素子とを備え、
上記可変リアクタンス素子に設定するリアクタンス値を変化させることにより、上記非励振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ことを特徴とする。
上記複数本の非励振素子の少なくとも1対の間に可変リアクタンス素子を接続し、上記各可変リアクタンス素子に設定する各リアクタンス値を変化させることにより、上記各非励振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ことを特徴とする。
上記励振素子装置から所定の間隔だけ離れて設けられた少なくとも1本の非励振素子と、
上記各非励振素子のうちの所定数の非励振素子に接続された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に設定する各リアクタンス値を変化させることにより、上記各非励振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ことを特徴とする。
上記可変リアクタンス素子と、上記可変リアクタンス素子を制御する制御信号を伝送する線路は上記誘電体基板の第2の面上に形成されたことを特徴とする。
上記各アンテナ素子ユニットは、アンテナ素子と、上記アンテナ素子の一端に接続された可変リアクタンス素子と、上記可変リアクタンス素子を制御する制御信号を伝送する線路とを備え、
上記延長ユニットは上記アンテナ素子ユニット上の線路を延長するための延長線路を備え、
上記複数のアンテナ素子ユニットのうちの互いに隣接する2つのアンテナ素子ユニットは、互いに隣接するアンテナ素子が可変リアクタンス素子を介して接続されるように連結され、
上記延長ユニットは、上記複数のアンテナ素子ユニットのうちの少なくとも1つにおける上記線路を延長するように上記少なくとも1つのアンテナ素子ユニットに連結されることを特徴とする。
上記各可変リアクタンス素子のリアクタンス値を所定の初期値からランダムに摂動して設定したときに、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の信号パターンを有して発生された学習シーケンス信号との間の摂動前後の所定の相互相関係数を演算し、摂動前後の相互相関係数が増大するときに対応するリアクタンス値を選択して設定した後、上記選択された各可変リアクタンス素子のリアクタンス値から上記ランダムに摂動して設定することを繰り返すステップを含むことを特徴とする。
上記各可変リアクタンス素子が採り得るリアクタンス値の範囲を分割し、その分割後の各範囲の代表値をそれぞれ上記各可変リアクタンス素子に設定したときに、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の信号パターンを有して発生された学習シーケンス信号との間の所定の相互相関係数を演算し、上記分割後の各範囲の代表値に対応する2つの相互相関係数のうち大きい相互相関係数に対応する上記各可変リアクタンス素子のリアクタンス値を初期値として選択して設定する第1のステップと、
上記選択されたリアクタンス値に属する範囲を分割し、その分割後の各範囲の代表値をそれぞれ上記各可変リアクタンス素子に設定したときに上記相互相関係数を演算し、上記分割後の各範囲の代表値に対応する2つの相互相関係数のうち大きい相互相関係数に対応する上記各可変リアクタンス素子のリアクタンス値を選択して設定する第2のステップとを含み、
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ように制御することを特徴とする。
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ステップ幅だけ摂動させ、各リアクタンス値に対して所定の評価関数値を計算し、各可変リアクタンス素子に対して、摂動前後で上記計算された評価関数値が改善するときは上記リアクタンス値を摂動後の値に設定する一方、摂動前後で上記計算された評価関数値が改善しないときは上記リアクタンス値を摂動前の値に設定し、上記評価関数値が改善しなかった可変リアクタンス素子のリアクタンス値に対する、次の反復の処理のステップ幅を減少させかつ当該ステップ幅の符号を逆にする処理を反復して実行するように制御することにより、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ステップを含むことを特徴とする。
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差分幅ΔXだけ摂動させ、各リアクタンス値に対して所定の評価関数値を計算し、上記計算された評価関数値に基づいて、ステップ幅μを有する最急勾配法を用いて、当該評価関数値が最大又は最小となるように各可変リアクタンス素子のリアクタンス値を反復して計算することにより、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ときに、上記差分幅ΔXと上記ステップ幅μを、所定の減少関数を用いて上記評価関数値f又は上記評価関数値fから計算される信号対干渉雑音電力比SINRに依存して減少するように制御することを特徴とする。
上記受信された無線信号に基づいて所定の評価関数値を計算し、上記計算された評価関数値に基づいて、所定のマルカート数を有するマルカート法を用いて上記各可変リアクタンス素子の差分リアクタンス値を計算し、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差分リアクタンス値だけ摂動させることを繰り返すことにより、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の最適解を計算して設定することを特徴とする。
上記励振素子によって受信された受信信号に基づいて、非線形計画法における反復的な数値解法を用いて、上記受信信号のみで表された目的関数の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。ここで、上記目的関数は、所定の期間における、上記受信信号の絶対値の時間平均値の二乗値を、上記受信信号の絶対値の二乗値の時間平均値で除算した関数であることを特徴とする。もしくは、上記目的関数は、所定の期間における、上記受信信号の絶対値の時間平均値の二乗値を、上記受信信号の絶対値の二乗値の時間平均値で除算した関数であることを特徴とする。
上記送信された無線信号はディジタル振幅変調を含む変調方法で変調され、上記無線信号の互いに異なる2つの信号点の電力値のうち大きい電力値を小さい電力値で除算した商の値を電力比Rとしたとき、上記無線信号は上記ディジタル振幅変調の複数の信号点においてそれぞれ所定の離散電力比R1,R2,…,Rmaxを有し、
上記励振素子によって受信された受信信号に基づいて、所定の期間において上記受信信号の互いに異なる組み合わせの各2つの信号点の電力値についてそれぞれ上記電力比Rを計算し、上記計算された各電力比Rから上記離散電力比R1,R2,…,Rmaxをそれぞれ減算した値の絶対値のうちの最小値を目的関数値として計算し、上記目的関数値が実質的に最小又は最大となるように、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。ここで、上記目的関数値は、上記期間において上記受信信号の互いに異なる組み合わせの各2つの信号点の電力値についてそれぞれ上記電力比Rを計算し、上記計算された各電力比Rから上記離散電力比R1,R2,…,Rmaxをそれぞれ減算した値の絶対値のうちの最小値の時間平均値又はアンサンブル平均値であることを特徴とする。
上記送信された無線信号はm相PSK変調され(ここで、mは2以上の整数である。)、上記励振素子によって受信された受信信号に基づいて、非線形計画法における反復的な数値解法を用いて、上記受信信号のm乗を用いて表された規範関数の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。
図1(a)は本発明の第1の実施形態に係るコリニアアレーアンテナ装置100の構成を示す正面図であり、図1(b)は図1(a)のコリニアアレーアンテナ装置100のモデル回路を示す回路図である。本実施形態に係るコリニアアレーアンテナ装置100は、図1(a)に示すように、
(a)1/4波長の長さを有する円柱形状のアンテナ素子11−5と、
(b)1/2波長の長さを有する円柱形状のアンテナ素子11−3と、
(c)1/2波長の長さを有する円柱形状のアンテナ素子11−1と、
(d)1/2波長の長さを有する円柱形状のアンテナ素子11−2と、
(e)1/2波長の長さを有する円柱形状のアンテナ素子11−4と、
(f)1/4波長の長さを有する円柱形状のアンテナ素子11−6とを、
これらのアンテナ素子の順序でかつ天頂方向(鉛直方向に平行なX軸方向)を向く1直線上で並置し、
(g)アンテナ素子11−1の一端と、アンテナ素子11−2の一端との間の端子対を、無線送受信機を接続する給電点6の給電ポートP0とするとともに、
(h)アンテナ素子11−1の他端と、アンテナ素子11−3の一端との間の端子対をポートP1とし、ポートP1に可変リアクタンス素子12−1を接続し、
(i)アンテナ素子11−3の他端と、アンテナ素子11−5の一端との間の端子対をポートP3とし、ポートP3に可変リアクタンス素子12−3を接続し、
(j)アンテナ素子11−2の他端と、アンテナ素子11−4の一端との間の端子対をポートP2とし、ポートP2に可変リアクタンス素子12−2を接続し、
(k)アンテナ素子11−4の他端と、アンテナ素子11−6の一端との間の端子対をポートP4とし、ポートP4に可変リアクタンス素子12−4を接続する
ことにより構成したことを特徴としている。
[im]
=([Zmm]+diag[zs,x1,jx2,…,jxM])−1[vsn]
(1)
[数2]
[vsn]=[vs,0,0,…,0]T (2)
E(θ)
=[um i(θ)]
([Zmm]+diag[zs,jx1,jx2,…,jxM])−1
[vs,0,0,…,0]T
(3)
[im]
=([Zmm]+diag[zs,jx1,jx2,…,jxM])−1[vsn]
(4)
[数5]
E(θ)=[um i(θ)][im] (5)
E(θ)
=[um i(θ)]
([Zmm]+diag[zs,jx1,jx2,…,jxM])−1
[vs,0,0,…,0]T
(6)
zin=vs/i0−zs (7)
[数8]
γ=(zin−zs)/(zin+zs) (8)
[数9]
M=1/(1−|γ|2) (9)
D(θ)=|E(θ)|2M (10)
(a)2本のアンテナ素子121,122からなりアンテナ素子121,122の端子対間に可変リアクタンス素子512−1が装荷されたダイポールアンテナの非励振素子A201と、
(b)2本のアンテナ素子131,132からなりアンテナ素子131,132の端子対間に可変リアクタンス素子512−2が装荷されたダイポールアンテナの非励振素子A202とが所定の間隔で並置されている。
(a)アンテナ素子111,112間を結合素子301を用いて結合し、
(b)アンテナ素子111,122間を結合素子302を用いて結合し、
(c)アンテナ素子112,132間を結合素子303,304を用いて結合した
ことを特徴としている。
(a)アンテナ素子111の先端側一端と、アンテナ素子121の先端側一端とを、2本のアンテナ素子141,142からなりアンテナ素子141,142の端子対間に可変リアクタンス素子512−3が装荷されたダイポールアンテナの非励振素子A203により結合した。
(b)アンテナ素子112の先端側一端と、アンテナ素子122の先端側一端とを、2本のアンテナ素子151,152からなりアンテナ素子151,152の端子対間に可変リアクタンス素子512−4が装荷されたダイポールアンテナの非励振素子A204により結合した。
(c)アンテナ素子111の先端側一端と、アンテナ素子131の先端側一端とを、2本のアンテナ素子161,162からなりアンテナ素子161,162の端子対間に可変リアクタンス素子512−5が装荷されたダイポールアンテナの非励振素子A205により結合した。
(d)アンテナ素子112の先端側一端と、アンテナ素子132の先端側一端とを、2本のアンテナ素子171,172からなりアンテナ素子171,172の端子対間に可変リアクタンス素子512−6が装荷されたダイポールアンテナの非励振素子A206により結合した。
(a)非励振素子A201は、2本のアンテナ素子121,122からなりアンテナ素子121,122の端子対間に可変リアクタンス素子512−1が装荷されたダイポールアンテナである。
(b)非励振素子A202は、2本のアンテナ素子131,132からなりアンテナ素子131,132の端子対間に可変リアクタンス素子512−2が装荷されたダイポールアンテナである。
(c)非励振素子A203は、2本のアンテナ素子141,142からなりアンテナ素子141,142の端子対間に可変リアクタンス素子512−3が装荷されたダイポールアンテナである。
(d)非励振素子A204は、2本のアンテナ素子151,152からなりアンテナ素子151,152の端子対間に可変リアクタンス素子512−4が装荷されたダイポールアンテナである。
(e)非励振素子A205は、2本のアンテナ素子161,162からなりアンテナ素子161,162の端子対間に可変リアクタンス素子512−5が装荷されたダイポールアンテナである。
(f)非励振素子A206は、2本のアンテナ素子171,172からなりアンテナ素子171,172の端子対間に可変リアクタンス素子512−6が装荷されたダイポールアンテナである。
(1)受信信号の出力が1系統であること、
(2)素子間結合を積極的に利用すること、
(3)アンテナ素子と可変リアクタンス素子とが一体化されていること
の3点である。これらはアレーアンテナ装置100にとって動作の本質であり、アンテナの設計段階ならびに制御理論の構築段階において考慮されなければならない。
V(n)=R(n);(n=1,2,…,N) (11)
V(n+1)=V(n)+(1/2)
×{1+sgn[J(V(n)+R(n))−J(V(n))]}R(n);
n=1,2,…,N−1 (12)
b(n)=b0/{1+n/(τV)} (13)
[数14]
σ(n)=σ0/{1+n/(τV)} (14)
Rmax(xnomax)
←max(Rmax(xnomax),R(xno))
(17)
[数16]
xnomax
←argmax(Rmax(xnomax),R(xno))
xno
(18)
Δ=211−n (19)
ΔVD0≧VDmax/(N−1) (20)
ΔVDmin=|ΔVD0|/qN/2 (21)
(2)図21のステップS204に代えて、探索順序パラメータpodr(ii)の値を素子パラメータiに代入するステップS204Aとしたこと。
(3)図21のステップS206と、ステップS207との間に、ステップS206Aを挿入したこと。ステップS206Aにおいて、評価関数値の差分である勾配値(f−f0)を計算し、その計算値を勾配値g(i)に代入する。
(4)図21のステップS213でYESであるときは、ステップS215の処理を実行してステップS203に戻る。ステップS215においては、探索順序パラメータpodr(sort(|g(i)|))(i=1,2,…,M)の値をiに代入し、ここで、podr(sort(|g(i)|))は、勾配値g(i)の絶対値をi=1,2,…,Mの間で降順に(より大きな値から先に)並び替え、降順に並び替えられた勾配値g(i)の引数(素子パラメータ)iを順次出力するものであり、探索順序パラメータpodr(sort(|g(i)|))(i=1,2,…,M)の計算は具体的には、以下の通りである。
(b)勾配値の絶対値|g(i)|(i=1,2,…,M)のうちの第2番目に大きな値のときの引数(素子パラメータ)iをi2とすると、podr(2)=i2;
(c)勾配値の絶対値|g(i)|(i=1,2,…,M)のうちの第3番目に大きな値のときの引数(素子パラメータ)iをi2とすると、podr(3)=i3;
(d)以下、同様であり、podr(4)=i4;podr(5)=i5;…;podr(M)=iMとなる。
F=E・u0・a (23)
[数21]
E=(Y−1+X)−1 (24)
(1)ステップS206とS207との間に、第2の方法と同様に、ステップS206Aを挿入して勾配値g(i)を計算すること。
(2)ステップS211とS212の間に、図24に図示するサブルーチンである最急勾配法による適応制御処理(ステップS216)を挿入したこと。
C←C+{g(jj)/ΔVDjjk}2 (25)
[数23]
ΔVav←ΔVav+(ΔVDjjk)2 (26)
くてもよい。
Xn+1=Xn+μ(∇ΔXf/|∇ΔXf|) (28)
X(n+1)=X(n)+ΔX(n) (30)
(JnJnH+αI)ΔX(n)=−JnH(X(n))
(31)
H(X(n))=[h1,h2,…,htmax] (32)
[数28]
ht≡Qt 1/2(X(n)) (33)
Jn=[∇h1(X(n)),∇h2(X(n)),…,∇htmax(X(n))]
(34)
J=m1 2/m2→max→1 (36)
m1=E|y(ts)| (37)
[数32]
m2=E|y(ts)|2 (38)
次いで、最急勾配法を用いたアンテナビームの適応制御について説明する。最急勾配法を用いるときの可変リアクタンス素子12−1乃至12−6のリアクタンス値のセット(リアクタンスベクトル)xに対する漸化式は次式で表される。
x(n+1)=x(n)+μ∇Jn ・・・(39)
(ii)次いで、この初期値(n=1のとき)又は現在の推定値(n≧2のとき)を使用して、反復数パラメータn(すなわち、n回目の反復)における目的関数Jnの勾配ベクトル∇Jnを計算する。
(iii)勾配ベクトル∇Jn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xにおける次の推定値を計算する。
(iv)反復数パラメータnを1だけインクリメントし、ステップ(ii)に戻って処理を繰り返す。この繰り返し処理は、リアクタンスベクトルxが実質的に収束する反復数まで実行される。
(i)最初に、反復数パラメータn(すなわち、n回目の反復)を1に設定し、リアクタンスベクトルの所定の初期値x(1)(例えば、当該アレーアンテナ装置100をオムニアンテナに設定にするときのリアクタンスベクトル)によって処理を開始する。
(ii)次いで、この初期値(n=1のとき)又は現在の推定値(n≧2のとき)を使用して、反復数パラメータn(すなわち、n回目の反復)における推定値への加算値を所定の存在範囲内で乱数を発生させて計算する。
(iii)計算された加算値を上記推定値に加算することにより、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)反復数パラメータnを1だけインクリメントし、ステップ(ii)に戻って処理を繰り返す。この繰り返し処理は、目的関数Jの値が所定のしきい値(例えば0.9)以上になるまで実行される。
(i)最初に、リアクタンスベクトルの所定の初期値x(1)(例えば、当該アレーアンテナ装置100をオムニアンテナに設定にするときのリアクタンスベクトル)によって処理を開始する。
(ii)次いで、この初期値を使用して、当該初期値への加算値を所定の存在範囲内で乱数を発生させて計算する。
(iii)計算された加算値を上記初期値に加算することにより、リアクタンスベクトルにおける推定値を計算する。
(iv)計算された推定値における目的関数Jの値が所定のしきい値(例えば0.9)以上であれば、当該推定値を設定すべきリアクタンスベクトルとするが、NOであれば、ステップ(ii)に戻って処理を繰り返す。
(i)最初に、反復数パラメータn(すなわち、n回目の反復)を1に設定して処理を開始する。
(ii)次いで、リアクタンスベクトルの各リアクタンス値の所定の存在範囲(なお、2回目以降は、前に選択された推定値の存在範囲)を均等に二分し、二分された各存在範囲の平均値(各可変リアクタンス素子12−1乃至12−6に対して2つの平均値)を計算する。
(iii)この2つの平均値に対する目的関数Jの値を計算し、目的関数Jの値が大きい方を、リアクタンスベクトルにおける次の推定値とする。
(iv)反復数パラメータnを1だけインクリメントし、ステップ(ii)に戻って処理を繰り返す。この繰り返し処理は、目的関数Jの値が所定のしきい値(例えば0.9)以上になるまで実行される。
P=(2m−1)2+(2n−1)2 (41)
16QAMのときの瞬時電力値P
――――――――――――――――――――
m 1 3
n
――――――――――――――――――――
1 2 10
3 10 18
――――――――――――――――――――
R=max(P1,P2)/min(P1,P2)
(42)
16QAMのときの標本化された信号点での電力比
――――――――――――――――――――――――――
P1 2 10 18
P2
――――――――――――――――――――――――――
2 1 5 9
10 5 1 1.8
18 9 1.8 1
――――――――――――――――――――――――――
R=1.0,1.8,5.0,9.0 ・・・(43)
Q=min{|R−1.0|,|R−1.8|,|R−5.0|,|R−9.0|}
(44)
J=E(Q)→min→0 (45)
64QAMのときの瞬時電力値P
―――――――――――――――――――――――――――
m 1 3 5 7
n
―――――――――――――――――――――――――――
1 2 10 26 50
3 10 18 34 58
5 26 34 50 74
7 50 58 74 98
―――――――――――――――――――――――――――
以上の実施例においては、最急勾配法を用いて各可変リアクタンス素子12のリアクタンス値を計算しているが、本発明はこれに限らず、上述の順次ランダム法、ランダム法、高次元二分法などの非線形計画法における反復的な数値解法を用いてもよい。
以上の実施例においては、規範関数Jを適応制御のためのリアクタンス値を求めるための規範関数とし、それを最大となるようにリアクタンスベクトルの最適解を計算しているが、本発明はこれに限らず、規範関数Jの逆数を適応制御のためのリアクタンス値を求めるための規範関数とし、それを最小となるようにリアクタンスベクトルの最適解を計算してもよい。
図39は、本発明の第2の実施形態に係るコリニアアレーアンテナ装置100Aの構成を示す正面図であり、図40は、図39のコリニアアレーアンテナ装置100Aの背面図である。このコリニアアレーアンテナ装置100Aは、図1のコリニアアレーアンテナ装置100を実装する1つの例であり、アンテナ素子611−1乃至611−6及び他の回路がプリント配線基板等の誘電体基板10上に形成されたことを特徴とする。
(a)1/4波長の長さと幅wとを有するストリップ形状のアンテナ素子611−5と、
(b)1/2波長の長さを幅wと有するストリップ形状のアンテナ素子611−3と、
(c)1/2波長の長さを幅wと有するストリップ形状のアンテナ素子611−1と、
(d)1/2波長の長さを幅wと有するストリップ形状のアンテナ素子611−2と、
(e)1/2波長の長さを幅wと有するストリップ形状のアンテナ素子611−4と、
(f)1/4波長の長さを幅wと有するストリップ形状のアンテナ素子611−6とを、
公知のプリント配線基板のプロセス技術を用いて形成することによって構成される。このとき、各アンテナ素子611−1乃至611−6は、それらの長手方向が誘電体基板10の長手方向に平行であって、かつ上記の順序で一直線上に延在するように誘電体基板10上に形成される。コリニアアレーアンテナ装置100Aはさらに、
(g)アンテナ素子611−1の一端と、アンテナ素子611−2の一端との間の端子対を、無線送受信機を接続する給電点とするとともに、
(h)アンテナ素子611−1の他端と、アンテナ素子611−3の一端との間の端子対に、可変リアクタンス素子12−1を含む可変リアクタンス素子回路を設け、
(i)アンテナ素子611−3の他端と、アンテナ素子611−5の一端との間の端子対に、可変リアクタンス素子12−3を含む可変リアクタンス素子回路を設け、
(j)アンテナ素子611−2の他端と、アンテナ素子611−4の一端との間の端子対に、可変リアクタンス素子12−2を含む可変リアクタンス素子回路を設け、
(k)アンテナ素子611−4の他端と、アンテナ素子611−6の一端との間の端子対に、可変リアクタンス素子12−4を含む可変リアクタンス素子回路を設ける
ことにより構成される。
図41乃至図43は、本発明の第3の実施形態に係るユニット型コリニアアレーアンテナ装置の構成を示す正面図であり、図41(a)は、ユニット型コリニアアレーアンテナ装置を構成するためのアンテナ素子ユニットU1を示す正面図であり、図41(b)は、ユニット型コリニアアレーアンテナ装置を構成するための直流線路延長ユニットU2を示す正面図である。本実施形態では、アンテナ素子ユニットU1と直流線路延長ユニットU2とを組み合わせることにより、コリニアアレーアンテナ装置を構成することを特徴とする。
2…ダウンコンバータ、
3…A/D変換器、
4…復調器、
6…給電点、
7…無線送信機、
8…出力インピーダンス、
10,10A,10B…誘電体基板、
11−1乃至11−6,611−1乃至611−6…アンテナ素子、
12−1乃至12−6,512−1乃至512−6…可変リアクタンス素子、
P0乃至P4…ポート、
20,20A、20B,20C,20D,20E,20F,1120,1120A…適応制御型コントローラ、
21…学習シーケンス信号発生器、
22…バイアス電圧テーブルメモリ、
100,100A…コリニアアレーアンテナ装置、
111,112,121,122,131,132,141,142,151,152,161,162,171,172…アンテナ素子、
180乃至184…ループアンテナ素子、
301乃至304…連結素子、
606−1,606−2…給電線路、
711,711a、712,712a、713,713a、714,714a、715,715a,716,716a…スルーホール導体、
1101…低雑音増幅器(LNA)、
1102−1,1102−2…混合器、
1103…局部発振器、
1104…90度移相器、
1105−1,1105−2…A/D変換器、
1120,1120A…適応制御型コントローラ、
A200…励振素子、
A201乃至A206…非励振素子、
B1乃至B5,T1,T2,T11,T12…端子、
BT…端子群、
D1,D2…可変容量ダイオード、
L1,L2,L3,L3a,L4,L4a,L5…制御線、
PT…給電端子、
R0,R0−1乃至R0−6,R1,R2,R3,R3a,R4,R4a,R5…高周波阻止用抵抗、
U1,U1−1,U1−2…アンテナ素子ユニット、
U2,U2−1,U2−2…直流線路延長ユニット。
Claims (18)
- 無線信号を送受信するための励振素子と、
上記励振素子から所定の間隔だけ離れて設けられた少なくとも1本の非励振素子と、
上記励振素子と上記非励振素子との間に接続された可変リアクタンス素子とを備え、
上記可変リアクタンス素子に設定するリアクタンス値を変化させることにより、上記非励振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ことを特徴とするアレーアンテナ装置。 - 複数本の非励振素子を備え、
上記複数本の非励振素子の少なくとも1対の間に可変リアクタンス素子を接続し、上記各可変リアクタンス素子に設定する各リアクタンス値を変化させることにより、上記各非励振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ことを特徴とする請求項1記載のアレーアンテナ装置。 - 上記複数本の非励振素子の少なくとも1対の間を連結する連結素子をさらに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。
- 上記励振素子と、上記複数本の非励振素子とを1直線上に並置することによりコリニアアレーアンテナを構成したことを特徴とする請求項2記載のアレーアンテナ装置。
- 請求項4記載のアレーアンテナ装置を励振素子装置として用い、
上記励振素子装置から所定の間隔だけ離れて設けられた少なくとも1本の非励振素子と、
上記各非励振素子のうちの所定数の非励振素子に接続された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に設定する各リアクタンス値を変化させることにより、上記各非励振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ことを特徴とするアレーアンテナ装置。 - 上記励振素子と、上記非励振素子は誘電体基板の第1の面上に形成され、
上記可変リアクタンス素子と、上記可変リアクタンス素子を制御する制御信号を伝送する線路は上記誘電体基板の第2の面上に形成されたことを特徴とする請求項1乃至5のうちのいずれか1つに記載のアレーアンテナ装置。 - 複数のアンテナ素子ユニットと、少なくとも1つの延長ユニットとを備え、
上記各アンテナ素子ユニットは、アンテナ素子と、上記アンテナ素子の一端に接続された可変リアクタンス素子と、上記可変リアクタンス素子を制御する制御信号を伝送する線路とを備え、
上記延長ユニットは上記アンテナ素子ユニット上の線路を延長するための延長線路を備え、
上記複数のアンテナ素子ユニットのうちの互いに隣接する2つのアンテナ素子ユニットは、互いに隣接するアンテナ素子が可変リアクタンス素子を介して接続されるように連結され、
上記延長ユニットは、上記複数のアンテナ素子ユニットのうちの少なくとも1つにおける上記線路を延長するように上記少なくとも1つのアンテナ素子ユニットに連結されることを特徴とする請求項1、2又は4記載のアレーアンテナ装置。 - 請求項1乃至7のうちのいずれか1つに記載のアレーアンテナ装置を制御するためのアレーアンテナの制御方法であって、
上記各可変リアクタンス素子のリアクタンス値を所定の初期値からランダムに摂動して設定したときに、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の信号パターンを有して発生された学習シーケンス信号との間の摂動前後の所定の相互相関係数を演算し、摂動前後の相互相関係数が増大するときに対応するリアクタンス値を選択して設定した後、上記選択された各可変リアクタンス素子のリアクタンス値から上記ランダムに摂動して設定することを繰り返す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。 - 請求項1乃至7のうちのいずれか1つに記載のアレーアンテナ装置を制御するためのアレーアンテナの制御方法であって、
上記各可変リアクタンス素子が採り得るリアクタンス値の範囲を分割し、その分割後の各範囲の代表値をそれぞれ上記各可変リアクタンス素子に設定したときに、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の信号パターンを有して発生された学習シーケンス信号との間の所定の相互相関係数を演算し、上記分割後の各範囲の代表値に対応する2つの相互相関係数のうち大きい相互相関係数に対応する上記各可変リアクタンス素子のリアクタンス値を初期値として選択して設定する第1のステップと、
上記選択されたリアクタンス値に属する範囲を分割し、その分割後の各範囲の代表値をそれぞれ上記各可変リアクタンス素子に設定したときに上記相互相関係数を演算し、上記分割後の各範囲の代表値に対応する2つの相互相関係数のうち大きい相互相関係数に対応する上記各可変リアクタンス素子のリアクタンス値を選択して設定する第2のステップとを含み、
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ように制御することを特徴とするアレーアンテナの制御方法。 - 請求項1乃至7のうちのいずれか1つに記載のアレーアンテナ装置を制御するためのアレーアンテナの制御方法であって、
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ステップ幅だけ摂動させ、各リアクタンス値に対して所定の評価関数値を計算し、各可変リアクタンス素子に対して、摂動前後で上記計算された評価関数値が改善するときは上記リアクタンス値を摂動後の値に設定する一方、摂動前後で上記計算された評価関数値が改善しないときは上記リアクタンス値を摂動前の値に設定し、上記評価関数値が改善しなかった可変リアクタンス素子のリアクタンス値に対する、次の反復の処理のステップ幅を減少させかつ当該ステップ幅の符号を逆にする処理を反復して実行するように制御することにより、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。 - 請求項1乃至7のうちのいずれか1つに記載のアレーアンテナ装置を制御するためのアレーアンテナの制御方法であって、
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差分幅ΔXだけ摂動させ、各リアクタンス値に対して所定の評価関数値を計算し、上記計算された評価関数値に基づいて、ステップ幅μを有する最急勾配法を用いて、当該評価関数値が最大又は最小となるように各可変リアクタンス素子のリアクタンス値を反復して計算することにより、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ときに、上記差分幅ΔXと上記ステップ幅μを、所定の減少関数を用いて上記評価関数値f又は上記評価関数値fから計算される信号対干渉雑音電力比SINRに依存して減少するように制御することを特徴とするアレーアンテナの制御方法。 - 請求項1乃至7のうちのいずれか1つに記載のアレーアンテナ装置を制御するためのアレーアンテナの制御方法であって、
上記受信された無線信号に基づいて所定の評価関数値を計算し、上記計算された評価関数値に基づいて、所定のマルカート数を有するマルカート法を用いて上記各可変リアクタンス素子の差分リアクタンス値を計算し、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差分リアクタンス値だけ摂動させることを繰り返すことにより、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の最適解を計算して設定することを特徴とするアレーアンテナの制御方法。 - 請求項1乃至7のうちのいずれか1つに記載のアレーアンテナ装置を制御するためのアレーアンテナの制御方法であって、
上記励振素子によって受信された受信信号に基づいて、非線形計画法における反復的な数値解法を用いて、上記受信信号のみで表された目的関数の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。 - 上記目的関数は、所定の期間における、上記受信信号の絶対値の時間平均値の二乗値を、上記受信信号の絶対値の二乗値の時間平均値で除算した関数であることを特徴とする請求項13記載のアレーアンテナの制御方法。
- 上記目的関数は、所定の期間における、上記受信信号の絶対値の時間平均値の二乗値を、上記受信信号の絶対値の二乗値の時間平均値で除算した関数であることを特徴とする請求項13記載のアレーアンテナの制御方法。
- 請求項1乃至7のうちのいずれか1つに記載のアレーアンテナ装置を制御するためのアレーアンテナの制御方法であって、
上記送信された無線信号はディジタル振幅変調を含む変調方法で変調され、上記無線信号の互いに異なる2つの信号点の電力値のうち大きい電力値を小さい電力値で除算した商の値を電力比Rとしたとき、上記無線信号は上記ディジタル振幅変調の複数の信号点においてそれぞれ所定の離散電力比R1,R2,…,Rmaxを有し、
上記励振素子によって受信された受信信号に基づいて、所定の期間において上記受信信号の互いに異なる組み合わせの各2つの信号点の電力値についてそれぞれ上記電力比Rを計算し、上記計算された各電力比Rから上記離散電力比R1,R2,…,Rmaxをそれぞれ減算した値の絶対値のうちの最小値を目的関数値として計算し、上記目的関数値が実質的に最小又は最大となるように、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。 - 上記目的関数値は、上記期間において上記受信信号の互いに異なる組み合わせの各2つの信号点の電力値についてそれぞれ上記電力比Rを計算し、上記計算された各電力比Rから上記離散電力比R1,R2,…,Rmaxをそれぞれ減算した値の絶対値のうちの最小値の時間平均値又はアンサンブル平均値であることを特徴とする請求項16記載のアレーアンテナの制御方法。
- 請求項1乃至7のうちのいずれか1つに記載のアレーアンテナ装置を制御するためのアレーアンテナの制御方法であって、
上記送信された無線信号はm相PSK変調され(ここで、mは2以上の整数である。)、上記励振素子によって受信された受信信号に基づいて、非線形計画法における反復的な数値解法を用いて、上記受信信号のm乗を用いて表された規範関数の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。
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