JP2006101260A - アンテナ装置及びアンテナ素子の選択方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来のサーキュラアレイアンテナでは、最適なアンテナ素子を選択する際に全てのアンテナ素子の受信レベルの測定が必要であり、処理の効率が悪く時間がかかるという問題点があり、短時間で迅速に最適な受信アンテナ素子を選択できるアンテナ装置及びアンテナ素子の選択方法を提供する。
【解決手段】 制御装置３が、複数のアンテナ素子が等間隔に円環状に配列されたアンテナ部１の、任意の位置から連続して配置された半数のアンテナ素子１１について受信レベルを測定し、当該半数の中で最も受信レベルが大きいアンテナ素子１１を「候補１」とし、次に、アンテナ部１の円環の中心に対して「第１の候補」と点対称の関係にあるアンテナ素子１１を「候補２」として特定し、「候補２」の受信レベルを測定して、「候補１」と「候補２」の受信レベルを比較していずれか大きい方を最適受信アンテナ素子として選択するアンテナ装置である。
【選択図】 図３

Description

本発明は、指向性を持つアンテナ素子を円環状に配列した短波帯の電波を受信するサーキュラアレイアンテナに係り、特に、受信感度が最良のアンテナ素子を効率よく選択できるアンテナ装置及びアンテナ素子の選択方法に関する。

サーキュラアレイアンテナは、短波帯の電波発信源の特定を目的とする装置として広く用いられている。サーキュラアレイアンテナは、電波を受信するログペリオディックアンテナ（以下、ＬＰアンテナという）をアンテナ素子として、複数等間隔に円環状に配置したものであり、電波を受信したアンテナ素子の部位をほぼそのまま電波の到来方向とみなすことができるものである。

サーキュラアレイアンテナは、電波の到来方向及び発信時間の長短によらず確実に電波を受信することができ、単体で瞬時に電波の発信方向を特定することができるという特長を備えたものである。

そして、従来のサーキュラアレイアンテナの制御装置では、受信感度が最良のアンテナを選択するために、複数あるアンテナ素子の各々について、順次受信レベル（受信電界強度）を測定して、最も受信レベルが高いアンテナ素子を判定して選択するようになっていた。

従来のアンテナ素子の選択に関する技術としては、平成９年１１月２８日公開の特開平９−３０７４９２号「ダイバーシチ受信回路」（出願人：国際電気株式気社、発明者：占部健三他、特許文献１参照）がある。
この従来技術は、ｎ個の指向性アンテナを備えた受信回路で、ｎ個の指向性アンテナの受信レベルを順次測定して比較し、ｎ個の中から最大の受信レベルのアンテナと次に大きな受信レベルのアンテナとを選択し、これら２つのアンテナの受信信号の位相及び振幅を、最適な受信状態が得られるように制御して、２つのアンテナからの受信信号を合成するものであり、位相制御回路及び振幅制御回路の回路規模を大きくせずに最適な受信状態を得るものである。

また、従来のサーキュラアレイアンテナに関する技術としては、平成１４年２月２８日公開の特開２０００−６２３４３「電波発信源位置探知装置」（出願人：株式会社日立国際電気、発明者：及川将、特許文献２参照）がある。
この従来技術は、電波の水平偏派成分を補足するサーキュラアレイアンテナに、電波の垂直偏派成分を受信するアンテナエレメントを設置して水平偏派成分又は垂直偏派成分を交互に切り替えて出力し、受信するようにしたものであり、単体で電波発生源の位置を特定できるものである。

特開平９−３０７４９２号公報（第３−５頁） 特開２０００−６２３４３号公報（第３−７頁）

しかしながら、従来のサーキュラアレイアンテナでは、最適なアンテナ素子を選択するまでに全てのアンテナ素子について受信レベルの測定が必要となり、処理の効率が悪く、時間がかかるという問題点があった。

本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、最適なアンテナ素子を選択する処理の効率を向上させ、短時間で迅速に最適な受信アンテナ素子を選択できるアンテナ装置及びアンテナ素子の選択方法を提供することを目的とする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、指向性を備えた複数のアンテナ素子が円環状に等間隔に配置されたアンテナ部と、当該複数のアンテナ素子の内、最適な受信アンテナ素子を選択する制御装置とを備えたアンテナ装置であって、制御装置が、アンテナ部の任意のアンテナ素子から連続して配置された半数のアンテナ素子の受信信号を順次入力し、入力された各々の受信信号の受信レベルを測定し、当該半数のアンテナ素子の受信レベルを比較して半数のアンテナ素子の中で受信レベルが最大であったアンテナ素子を第１の候補とし、アンテナ部の円環の中心に対して、第１の候補と点対称の位置にあるアンテナ素子を第２の候補とし、第２の候補のアンテナ素子の受信信号を入力してその受信レベルを測定し、第１の候補の受信レベルと第２の候補の受信レベルとを比較して、いずれか大きい方のアンテナ素子を最適な受信アンテナ素子として選択する制御装置であることを特徴としている。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、指向性を備えた複数のアンテナ素子が円環状に等間隔に配置されたアンテナ装置において最適な受信アンテナ素子を選択するアンテナ素子の選択方法であって、任意のアンテナ素子から連続して配置された半数のアンテナ素子の受信信号の受信レベルを測定し、当該半数のアンテナ素子の中で受信レベルが最大であったアンテナ素子を第１の候補とし、円環の中心に対して第１の候補と点対称の位置にあるアンテナ素子を第２の候補とし、第１の候補の受信レベルと第２の候補の受信レベルとを比較して、いずれか大きい方のアンテナ素子を最適な受信アンテナ素子として選択することを特徴としている。

本発明によれば、指向性を備えた複数のアンテナ素子が円環状に等間隔に配置されたアンテナ部と、当該複数のアンテナ素子の内、最適な受信アンテナ素子を選択する制御装置とを備えたアンテナ装置であって、制御装置が、アンテナ部の任意のアンテナ素子から連続して配置された半数のアンテナ素子の受信信号を順次入力し、入力された各々の受信信号の受信レベルを測定し、当該半数のアンテナ素子の受信レベルを比較して半数のアンテナ素子の中で受信レベルが最大であったアンテナ素子を第１の候補とし、アンテナ部の円環の中心に対して、第１の候補と点対称の位置にあるアンテナ素子を第２の候補とし、第２の候補のアンテナ素子の受信信号を入力してその受信レベルを測定し、第１の候補の受信レベルと第２の候補の受信レベルとを比較して、いずれか大きい方のアンテナ素子を最適な受信アンテナ素子として選択する制御装置であるアンテナ装置としているので、全てのアンテナ素子について受信レベルを測定することなく、少ない測定回数で迅速に最適な受信アンテナ素子を選択することができ、通信を行うまでの時間を短縮できる効果がある。

本発明によれば、指向性を備えた複数のアンテナ素子が円環状に等間隔に配置されたアンテナ装置において最適な受信アンテナ素子を選択するアンテナ素子の選択方法であって、任意のアンテナ素子から連続して配置された半数のアンテナ素子の受信信号の受信レベルを測定し、当該半数のアンテナ素子の中で受信レベルが最大であったアンテナ素子を第１の候補とし、円環の中心に対して第１の候補と点対称の位置にあるアンテナ素子を第２の候補とし、第１の候補の受信レベルと第２の候補の受信レベルとを比較して、いずれか大きい方のアンテナ素子を最適な受信アンテナ素子として選択するアンテナ素子の選択方法としているので、全てのアンテナ素子について受信レベルを測定することなく、少ない測定回数で迅速に最適な受信アンテナ素子を選択することができる効果がある。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
本発明のアンテナ装置及びアンテナ素子の選択方法は、ＬＰアンテナから成るアンテナ素子が円環状に等間隔に複数配置されたサーキュラアレイアンテナにおいて、連続して配列された半数のアンテナ素子について受信レベルを測定して、その中で最大受信レベルのアンテナ素子（候補１）を特定し、次に、円の中心に対して当該最大受信レベルのアンテナ素子と対向する位置に設置されているアンテナ素子（候補２）の受信レベルを測定し、候補１の受信レベルと候補２の受信レベルとを比較して、受信レベルの大きいほうを最大受信レベルのアンテナとして選択するアンテナ装置及びアンテナ素子の選択方法であり、多数のアンテナ素子が設けられていても、その内の約半数のアンテナ素子についてのみ受信レベルの測定を行うだけでよく、短時間で迅速に最適な受信アンテナ素子を選択することができるものである。

本発明の実施の形態に係るアンテナ装置の構成について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るアンテナ装置の概略構成ブロック図である。
図１に示すように、本発明の実施の形態に係るアンテナ装置（本装置）は、艦艇等からの短波帯の電波信号を受信する複数のアンテナ素子１１を備えたサーキュラアレイアンテナであるアンテナ部１と、アンテナ部１のアンテナ素子１１を切り替える空中線共有器２と、空中線共有器２に対してアンテナ素子１１を切り替える選択信号を出力し、選択されたアンテナ素子１１での受信信号を入力する制御装置３とから構成されている。

アンテナ部１のアンテナ素子１１は、従来のアンテナ装置と同様のＬＰアンテナであり、同一のアンテナ素子１１が複数等間隔に円環状に配列されている。本装置では８個のアンテナ素子１１が円環状に配置されてアンテナ部１を構成しているものである。そして、各アンテナ素子１１における受信信号は空中線共有器２によって切り替えられて制御装置３に出力されるようになっている。

空中線共有器２は、制御装置３からのアンテナ選択信号に基づいてアンテナ部１のアンテナ素子１１を切り替えて、いずれかのアンテナ素子１１における受信信号を制御装置３に出力するものである。

制御装置３は、空中線共有器２に対して、どのアンテナ素子１１からの受信信号を入力するかを指示するアンテナ選択信号を出力し、空中線共有器２から入力された受信信号の受信レベルを測定して、受信レベルが最大となる最適なアンテナ素子１１を選択する制御を行うものである。

そして、制御装置３には、アンテナ選択信号を出力する選択手段と、入力された受信信号の受信レベル（受信電界強度）を測定する受信レベル測定手段と、測定された受信レベルの比較を行って最適な受信アンテナ素子１１を選択する比較手段とを備えている。

尚、制御装置３は、処理を行うＣＰＵ及びプログラムを記憶した記憶部（ハードディスク）及びＣＰＵのワークエリアとしてのメモリを備えたコンピュータで構成されており、各手段は、ＣＰＵが各手段に相当するプログラムを読み込んでメモリ上に展開して実行することにより実現されるものである。

次に、アンテナ素子１１について図２を用いて具体的に説明する。図２は、アンテナ素子１１の模式説明図である。
図２に示すように、各アンテナ素子１１は、略扇面形のＬＰアンテナであり、外側の円弧との中点と内側の円弧の中点とを結ぶ直線上に受信指向性がある。この方向は、アンテナ素子１１を円環状に複数等間隔に配列してアンテナ部１を形成した場合に、当該円の半径方向と一致するものである。

特に、アンテナ素子１１は、図２に示すように、外側方向に大きく長く延びたローブ（メインローブ）を備えているため、外側方向から到来する電波に対して感度がよく、この方向を「正面」と称する。一方、内側の円弧方向には小さく短いローブを備え、内側方向からの電波も受信できるが外側に比べて感度は低く、この方向を「背面」と称する。つまり、同一の電波を受信した場合には、正面で受信しているアンテナ素子１１のほうが、背面で受信しているアンテナ素子１１よりも受信レベルが大きくなる。
本願発明のアンテナ装置は、このことを利用して、少ない処理で最適な受信アンテナ素子を選択するものである。

次に、本装置におけるアンテナ素子の選択方法（本方法）について図３を用いて説明する。図３は、本装置のアンテナ素子の選択方法を示す模式説明図である。
図３に示すように、本装置のアンテナ部１は、Ａ〜Ｈの８個のアンテナ素子１１で構成されているものとする。そして、本装置では、まず、アンテナ部１に円環状に配列された指向性のあるアンテナ素子１１について、予め設定された特定位置（ここではＡ）から連続して配置された、アンテナ素子総数の半数のアンテナ素子からの受信信号を順次切り替えて受信し、その受信レベルを測定する。

つまり、アンテナ部１を構成するアンテナ素子の総数を２ｎ個とすると、その半数はｎ個となり、連続して配置されたｎ個のアンテナ素子について受信レベルを測定するものである。連続して配置された半数のアンテナ素子１１の配置は、アンテナ部１全体を円に見立てた場合に、ちょうど半円に相当する部分に配置されており、半円部分に相当する中心角は１８０度となる。

図３の例では、アンテナ部１が８個のアンテナ素子で構成されているので、Ａから連続して配置された８／２個のアンテナ素子、つまりＡ〜Ｄの４個のアンテナ素子１１を順次選択して、各アンテナ素子１１の受信レベルを測定する。尚、処理を容易にするために、ここでは「特定位置から順次受信レベルを測定する」ものとしているが、任意の位置から連続して配置された半数のアンテナ素子を選択してもよいし、測定順番が必ずしも配列順でなくても構わない。

そして、測定した受信レベルを比較して、その中で受信レベルが最大のアンテナ素子を特定し、これを「候補１」とする。ここで、例えば図３の左下方向から電波が到来したとすると、Ａ〜Ｄの中では、アンテナ素子１１の指向性に最も一致しているＣの受信レベルが最大となり、Ｃが「候補１」として特定される。

次に、アンテナ部１の円環の中心に対して「候補１」と対向する位置、つまり円の中心に対して「候補１」と点対称の位置にあるアンテナ素子１１を選択し、これを「候補２」とする。ここではＣと向かい合わせに位置するＧが「候補２」として特定される。そして、制御装置３は「候補２」の受信レベルを測定する。尚、制御装置３には、予め互いに点対称の関係にあるアンテナ素子１１の組合せが記憶されている。
そして、本装置は、「候補１」と「候補２」の受信レベルを比較して大きい方を最適な受信アンテナ素子として選択する。

ここで、「候補１」のＣのアンテナ素子は、測定したＡ〜Ｄの中では最大受信レベルとなるが、到来電波をアンテナの背面で受信している。一方、Ｃのアンテナ素子に対向して設置されている「候補２」のＧのアンテナ素子は、到来電波を正面で受信している。従って、図３の例では、候補１（Ｃ）の受信レベル＜候補２（Ｇ）の受信レベルとなり、Ｇのアンテナ素子が最適アンテナ素子として選択されるものである。

つまり、本装置では、円環状に配列されたアンテナ素子の内、連続して配置された半数について受信レベルを測定することで、まず指向性の軸が電波の到来方向に最も近いアンテナ素子を「候補１」として特定し、次に、「候補１」のアンテナ素子１１と指向性の軸が一致していて反対向きのアンテナ素子「候補２」について受信レベルを測定して比較することにより、電波の到来方向に指向性の軸が最も近く、且つ正面が向いているアンテナ素子１１を選択することができるものである。そして、同一電波に対しては、どのアンテナ素子１１から始めて半数のアンテナ素子を選択しても、同じ結果が得られるものである。

また、本装置では約半数弱のアンテナ素子１１について受信レベルを測定しないが（図３の例では、Ｅ、Ｆ、Ｈ）、測定しなかったアンテナ素子１１は、電波の到来方向に指向性の軸の方向が近似していないため、アンテナの正面でも背面でも効率よく受信できないものであり、従って、測定しなかったアンテナ素子の受信レベルが、「候補１」又は「候補２」のいずれか大きい方の受信レベルよりも更に大きくなることはない。
このようにして、本装置では、全アンテナ素子数の半数＋１回の受信レベル測定で、最適アンテナ素子を選択できるものである。

次に、本装置の制御装置３における処理について図４を用いて説明する。図４は、制御装置３における最適アンテナ素子の選択処理を示すフローチャート図である。
電波を受信すると、制御装置３の選択手段が、予め設定されている特定のアンテナ素子（例えば図３の「Ａ」）を選択するアンテナ選択信号を空中線共有器２に出力する。そして、空中線共有器２から「Ａ」のアンテナ素子における受信信号が入力されると、制御装置３の受信レベル測定手段が受信信号の受信レベルを測定し、「Ａ」の受信レベルの測定値を内部のメモリに記憶する。

次に、制御装置３の選択手段が、「Ａ」に隣接する「Ｂ」のアンテナ素子を選択するアンテナ選択信号を出力して、受信レベル測定手段が「Ｂ」からの受信信号を入力し、受信レベルを測定する。以下同様にして、隣接して配置されているアンテナ素子１１の受信レベルを順次測定していき、図４に示すように、連続して配置された、アンテナ部１を構成するアンテナ素子数の半数のアンテナ素子１１について（図３の例ではＡ〜Ｄの４個）受信レベルの測定を行う（１００）。これにより、アンテナ部１の円環の半分に相当する部分を占めるアンテナ素子１１の受信レベル測定を行うことになる。
尚、上述したように、本発明では受信レベルの測定を行う半数のアンテナ素子１１を予め特定せずに、その都度任意に選択したアンテナ素子１１から連続して設置された半数のアンテナ素子１１について受信レベルを測定しても構わない。

そして、制御装置３の比較手段は、メモリに記憶されている半数のアンテナ素子１１の受信レベルの測定値を比較し、その中で測定受信レベルが最大のアンテナ素子１１を「候補１」として特定する（１０２）。

次に、制御装置３の選択手段は、アンテナ部１の円環の中心に対して、「候補１」と対向する（点対称の関係にある）アンテナ素子１１を「候補２」として選択し、「候補２」を選択するアンテナ選択信号を空中線共有器２に出力する。そして、空中線共有器２から「候補２」のアンテナ素子１１における受信信号が入力されると制御装置３の受信レベル測定手段が受信レベルを測定してメモリに記憶する（１０４）。

そして、制御装置３の比較手段が、「候補１」の受信レベルと、「候補２」の受信レベルとを比較する（１０６）。
受信レベルの比較の結果、「候補１」のほうが「候補２」よりも受信レベルが大きければ、「候補１」を最適な受信アンテナ素子として選択する（１１０）。反対に、「候補２」のほうが「候補１」よりも受信レベルが大きければ、「候補２」を最適な受信アンテナ素子として選択する（１１２）。このようにして、本装置における最適受信アンテナ素子の選択処理が行われるものである。

本発明の実施の形態に係るアンテナ装置及びアンテナ素子の選択方法によれば、指向性を備えた複数のアンテナ素子が等間隔に円環状に配列されたアンテナ部１を備え、制御装置３が、任意の位置から連続して配置された、アンテナ素子総数の半数のアンテナ素子１１について受信レベルを測定し、当該半数の中で最も受信レベルが大きいアンテナ素子１１を「候補１」として特定し、次に、アンテナ部１の円環の中心に対して「候補１」と点対称の関係にあるアンテナ素子１１を「候補２」として特定し、「候補２」の受信レベルを測定して、「候補１」と「候補２」の受信レベルを比較していずれか大きい方を最適受信アンテナ素子として選択するアンテナ装置及びアンテナ素子の選択方法としているので、アンテナ部１を構成する全てのアンテナ素子１１について受信レベルを測定しなくても、アンテナ素子１１の総数の半分＋１回の受信レベルの測定で最適受信アンテナ素子を選択することができ、最適受信アンテナ素子の選択に要する時間を大幅に短縮することができる効果がある。

本発明は、サーキュラーアレイアンテナにおいて、受信感度が最良のアンテナ素子を効率よく短時間で選択できるアンテナ装置及びアンテナ素子の選択方法に適している。

本発明の実施の形態に係るアンテナ装置の概略構成ブロック図である。 アンテナ素子１１の模式説明図である。 本装置のアンテナ素子の選択方法を示す模式説明図である。 制御装置３における最適アンテナ素子の選択処理を示すフローチャート図である。

符号の説明

１…アンテナ部、 ２…空中線共有器、 ３…制御装置、 １１…アンテナ素子

Claims (2)

1. 指向性を備えた複数のアンテナ素子が円環状に等間隔に配置されたアンテナ部と、
   前記複数のアンテナ素子の内、最適な受信アンテナ素子を選択する制御装置とを備えたアンテナ装置であって、
   前記制御装置が、前記アンテナ部の任意のアンテナ素子から連続して配置された半数のアンテナ素子の受信信号を順次入力し、前記入力された各々の受信信号の受信レベルを測定し、前記半数のアンテナ素子の受信レベルを比較して前記半数のアンテナ素子の中で受信レベルが最大であったアンテナ素子を第１の候補とし、前記アンテナ部の円環の中心に対して、前記第１の候補と点対称の位置にあるアンテナ素子を第２の候補とし、前記第２の候補のアンテナ素子の受信信号を入力してその受信レベルを測定し、前記第１の候補の受信レベルと前記第２の候補の受信レベルとを比較して、いずれか大きい方のアンテナ素子を最適な受信アンテナ素子として選択する制御装置であることを特徴とするアンテナ装置。
2. 指向性を備えた複数のアンテナ素子が円環状に等間隔に配置されたアンテナ装置において最適な受信アンテナ素子を選択するアンテナ素子の選択方法であって、
   任意のアンテナ素子から連続して配置された半数のアンテナ素子の受信信号の受信レベルを測定し、前記半数のアンテナ素子の中で受信レベルが最大であったアンテナ素子を第１の候補とし、前記円環の中心に対して前記第１の候補と点対称の位置にあるアンテナ素子を第２の候補とし、前記第１の候補の受信レベルと前記第２の候補の受信レベルとを比較して、いずれか大きい方のアンテナ素子を最適な受信アンテナ素子として選択することを特徴とするアンテナ素子の選択方法。

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