JP2013030914A - フェーズドアレイアンテナ及びその位相制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナパネルによる情報の送信に異常が生じても、該異常の影響が他のアンテナパネルに伝播することを防止する、ことを目的とする。
【解決手段】複数のアンテナ素子２０が配列配置された複数のアンテナパネルを平面状に接続した構成を有し、各アンテナ素子２０に入出力する信号の位相を制御することにより、受信設備から送信されたパイロット信号の到来方向に対し送電マイクロ波を放射するフェーズドアレイアンテナ１は、各アンテナパネル毎に備えられた演算処理部５０によって、アンテナ素子２０から放射させる送電マイクロ波の移相量を演算する。そして、演算処理部５０によって演算された移相量を示す位相情報は、各アンテナパネル毎に備えられた送受信部９４によって、少なくとも３つ以上の隣接する他のアンテナパネルへ送信される。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、ＳＳＰＳ（Ｓｐａｃｅ Ｓｏｌａｒ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ）に適用されるフェーズドアレイアンテナに関し、特に、受電設備への電力送電ビーム方向を高精度で制御することのできるフェーズドアレイアンテナ及びその位相制御方法に関するものである。

近年、化石燃料の利用による二酸化炭素排出量の増加に伴い、地球温暖化などの環境問題や化石燃料枯渇などのエネルギー問題がクローズアップされている。このためクリーンエネルギーの需要は年々高まっており、それらの問題に対する解決方法の一つとしてＳＳＰＳ計画が挙げられている。
ＳＳＰＳ計画とは、図８に示すように、巨大な太陽電池パネルを搭載した人口衛星を赤道上空に打ち上げ、太陽光によって発電した電力を太陽電池パネルの中の発信モジュールによりマイクロ波に変換する。そして、マイクロ波１００をマイクロ波送電部１０１から地上に設けた受電設備１０２へ送電し、地上において再び電力に変換して利用するという計画である。

これにより太陽発電の欠点である天候や時間帯に左右されること無く、クリーンなエネルギーを安定して供給することができる。この計画の実現のためには、大電力送電、マイクロ波ビーム制御、運用コストの低減などが技術課題として挙げられ、それらを満足させる方法の一つとして、上記マイクロ波送電部１０１に積層アクティブ集積アンテナ（Ａｃｔｉｖｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ａｎｔｅｎｎａ：ＡＩＡ）を用いる方法が挙げられている。また、送電の更なる高効率化を図るために、上記積層アクティブ集積アンテナにレトロディレクティブ機能を搭載することなどが検討されている。
上記レトロディレクティブ機能とは、地上に設けられた受電設備１０２から送られてくるパイロット信号（誘導信号）をマイクロ波送電部１０１が備える送電アンテナにより受信し、受信したパイロット信号の位相情報を送電アンテナから放射させる送信波に反映させることによって、この送信波をパイロット信号の到来方向に指向させる機能である。

また、ＳＳＰＳにおける送電アンテナでは、二次元配列された約１ｍ四方のアンテナパネルがそれぞれ結合点にて結合されることにより、大面積のアンテナを構築している。この大面積のアンテナは、結合点を中心に折れ曲がったりすることにより、各アンテナパネルから放射させるマイクロ波の位相面が異なり、電力レベルの高い不要波が目標地点以外に放射されることもあるため、位相面を揃える方法が提案されている。
例えば、特許文献１には、レトロディレクティブ機能の一例が開示されており、パイロット信号の到来方向とアンテナパネルとがなす到来方向角度に基づいて、パイロット信号の到来方向に直交するアンテナ基準線と各アンテナ素子との間の距離を算出し、算出されたそれぞれの距離に応じて、各アンテナ素子から放射させるマイクロ波の移相量を決定し、補正している。

特開２００６−２８７４５１号公報

上記特許文献１の方法では、基準とするパネルを起点として、順に隣のアンテナパネルから出力されるマイクロ波の移相量を決定し、補正している。
各アンテナパネルが、移相量を決定する場合、他のアンテナパネルの通信機能に故障が発生していると、該アンテナパネルに隣接する他のアンテナパネルに移相量を送信できず、一部のアンテナパネルの通信故障が他のアンテナパネルに影響を与える可能性がある。また、一部のアンテナパネルが誤った移相量を送信すると、該アンテナパネルに隣接するパネルが誤った移相量を受信することとなり、誤った移相量が他のアンテナパネルに伝播する可能性がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、アンテナパネルによる情報の送信に異常が生じても、該異常の影響が他のアンテナパネルに伝播することを防止できるフェーズドアレイアンテナ及びその位相制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のフェーズドアレイアンテナ及びその位相制御方法は以下の手段を採用する。

すなわち、本発明に係るフェーズドアレイアンテナは、複数のアンテナ素子が配列配置された複数のアンテナパネルを平面状に接続した構成を有し、各前記アンテナ素子に入出力する信号の位相を制御することにより、受信設備から送信されたパイロット信号の到来方向に対し信号を放射するフェーズドアレイアンテナであって、各前記アンテナパネル毎に備えられ、前記アンテナ素子から放射させる信号の移相量を演算する演算手段と、各前記アンテナパネル毎に備えられ、前記演算手段による前記移相量の演算に用いる演算情報を隣接する他の前記アンテナパネルから受信する受信手段と、各前記アンテナパネル毎に備えられ、少なくとも３つ以上の隣接する他の前記アンテナパネルへ、前記演算手段によって演算した前記演算情報を送信する送信手段と、を備える。

本発明によれば、フェーズドアレイアンテナは、複数のアンテナ素子が配列配置された複数のアンテナパネルを平面状に接続した構成を有し、各前記アンテナ素子に入出力する信号の位相を制御することにより、受信設備から送信されたパイロット信号の到来方向に対し信号を放射する。

そして、各アンテナパネル毎に備えられた演算手段によって、アンテナ素子から放射させる信号の移相量が演算される。演算手段は、隣接する他のアンテナパネルから送信される演算情報を用いて移相量を演算するが、演算情報は、各アンテナパネル毎に備えられた受信手段によって受信される。
なお、信号とは、例えば送電マイクロ波であり、演算情報とは、例えば演算手段によって演算された移相量を示す情報である。
演算手段によって演算された演算情報は、各アンテナパネル毎に備えられた送信手段によって、少なくとも３つ以上の隣接する他のアンテナパネルへ送信される。

ここで、２以下の隣接する他のアンテナパネルへ演算情報を送信するのでは、一部のアンテナパネルに通信機能の故障が生じている場合、通信機能が故障しているアンテナパネルに隣接した、通信機能が故障していないアンテナパネルへ演算情報が送信されない場合がある。
しかし、少なくとも３つ以上の隣接する他のアンテナパネルに演算情報を送信することによって、送信経路が冗長となり、通信機能が故障しているアンテナパネルを迂回して演算情報が送信されるので、通信機能が故障していないアンテナパネルに演算情報が送信されないことを防ぐことができる。

従って、本発明は、アンテナパネルによる情報の送信に異常が生じても、該異常の影響が他のアンテナパネルに伝播することを防止できる。

また、本発明のフェーズドアレイアンテナは、前記演算手段が、２つ以上の隣接する他の前記アンテナパネルからの前記演算情報を受信した後に、受信した前記演算情報毎に複数の演算を行い、多数決により演算の結果としての前記演算情報を決定し前記送信手段が、多数決により決定された前記演算情報を隣接する他の前記アンテナパネルへ送信する。

本発明によれば、アンテナパネルが２つ以上の隣接する他のアンテナパネルからの演算情報を受信すると、演算手段によって、受信した演算情報毎に複数の演算が行われ、多数決により演算の結果としての演算情報が決定される。すなわち、演算の結果として異なる演算情報が複数得られた場合、同一の演算情報がより多い方が、正しい演算情報として決定される。なお、同一の演算情報には、完全に同一な演算情報の他に、差が所定範囲内に含まれる演算情報も含まれる。
このため、アンテナパネルが、誤った演算情報を受信したとしても、他のアンテナパネルから受信した正しい演算情報を用いて演算された演算情報を得ることとなるので、誤った演算情報が他のアンテナパネルに更に送信されること、すなわち、誤った演算情報の伝播が防止される。

従って、本発明は、アンテナパネルによる情報の送信に異常が生じても、該異常の影響が他のアンテナパネルに伝播することを防止できる。

また、本発明のフェーズドアレイアンテナは、前記演算手段が、隣接する他の前記アンテナパネルからの前記演算情報を２つ受信すると、受信した前記演算情報毎に演算を行い、演算の結果としての２つの前記演算情報が一致するか否かを判定し、前記送信手段が、２つの前記演算情報が一致しない場合、不一致を示す不一致情報を隣接する他の前記アンテナパネルへ送信し、２つの前記演算情報が一致した場合、該演算情報を隣接する他の前記アンテナパネルへ送信する。

本発明によれば、隣接する他のアンテナパネルからの演算情報を２つ受信すると、演算手段によって、受信した演算情報毎に演算が行われ、演算の結果としての２つの演算情報が一致するか否かが判定され、２つの演算情報が一致しない場合に、送信手段によって、不一致を示す不一致情報が隣接する他のアンテナパネルへ送信される。
なお、演算手段は、不一致情報を受信した場合、受信した一つの演算情報で演算を行い、該演算による演算情報が送信手段によって隣接する他のアンテナパネルへ送信される。

このように、演算の結果としての２つの演算情報の一致、不一致にかかわらず、隣接する他のアンテナパネルへ情報を送信することとなるので、本発明は、隣接する他のアンテナパネルへの情報の送受信が滞ることを防ぐことができる。

また、本発明のフェーズドアレイアンテナは、前記演算手段が、演算の結果としての２つの前記演算情報が一致せず、その後、隣接する他の前記アンテナパネルから３つ目の前記演算情報を受信すると、該３つ目の前記演算情報を用いて演算を行い、多数決により演算情報を決定し、前記送信手段が、多数決により決定された前記演算情報を、隣接する他の前記アンテナパネルへ新たに送信する。

本発明によれば、演算の結果としての２つの演算情報が一致せず、その後、隣接する他のアンテナパネルから３つ目の演算情報を受信すると、演算手段によって、３つ目の演算情報を用いて演算が行われ、多数決により演算の結果としての演算情報が決定される。そして、送信手段によって、３多数決により決定された演算情報が隣接する他のアンテナパネルへ新たに送信される。

従って、本発明は、誤った演算情報の伝播を防止すると共に、正しい演算情報を伝播させることができる。

一方、本発明に係るフェーズドアレイアンテナの位相制御方法は、複数のアンテナ素子が配列配置された複数のアンテナパネルを平面状に接続した構成を有し、各前記アンテナ素子に入出力する信号の位相を制御することにより、受信設備から送信されたパイロット信号の到来方向に対し信号を放射するフェーズドアレイアンテナの位相制御方法であって、各前記アンテナパネル毎に備えられた受信手段によって、前記アンテナ素子から放射させる信号の移相量の演算に用いる演算情報を隣接する他の前記アンテナパネルから受信し、該演算情報を用いて前記移相量を演算する第１工程と、各前記アンテナパネル毎に備えられた送信手段によって、少なくとも３つ以上の隣接する他の前記アンテナパネルへ前記第１工程で演算した前記演算情報を送信する第２工程と、を含む。

本発明によれば、アンテナパネルによる情報の送信に異常が生じても、該異常の影響が他のアンテナパネルに伝播することを防止できる、という優れた効果を有する。

本発明の実施形態に係るフェーズドアレイアンテナにおけるアンテナパネル及びアンテナ素子の配列を示した図である。 本発明の実施形態に係るフェーズドアレイアンテナの電気的構成を示すブロック図である。 図１に示したフェーズドアレイアンテナの一部を抜き出して示した図である。 アンテナパネルから２つの隣接する他のアンテナパネルへ位相情報が送信される例を示した模式図である。 本発明の実施形態に係るアンテナパネルから３つの隣接する他のアンテナパネルへ位相情報が送信される例を示した模式図である。 本発明の実施形態に係る通信アルゴリズムの処理の流れを示す模式図である。 本発明の実施形態に係る通信アルゴリズムの処理の具体的な一例を示す模式図である。 宇宙太陽発電システムについて示した説明図である。

以下に、本発明に係るフェーズドアレイアンテナ及びその位相制御方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態では、本発明に係るフェーズドアレイアンテナをＳＳＰＳに適用した場合を例に挙げて説明する。

図１は、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナ１の概略構成を示した図である。図１に示されるように、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナ１は、Ｏ−ＸＹＺの直交座標系において、Ｘ−Ｙ平面上にＮ行Ｎ列で二次元配列された複数のアンテナパネルＣを備えている。隣接するアンテナパネルＣは、各結合点（図示略）において、結合されている。各アンテナパネルＣは、例えば、一辺がＡ（例えば、１ｍ程度）の正方形であり、このようなアンテナパネルＣが互いに結合されていることにより、パネル全体として約２ｋｍ四方の大型フェーズドアレイアンテナ１が構築されている。

各アンテナパネルＣには、複数のアンテナ素子２０がＸ軸方向及びＹ軸方向に所定の距離間隔で、二次元配列されている。例えば、各アンテナパネルＣには、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に、互いの距離間隔がいずれもａとなるように、アンテナ素子２０が２次元配列されている。なお、アンテナパネルＣの端面とその端面に最も近いアンテナ素子２０との距離は、いずれもａ／２とされている。

また、図１に示されるように、フェーズドアレイアンテナ１が有する複数のアンテナパネルＣのうち、基準となるアンテナパネルＣを基準パネルＰとした場合に、基準パネルＰの面上から所定高さｈの位置に指示送信部（指示送信手段）３２を備えている。指示送信部３２は、無線通信を介して、フェーズドアレイアンテナ１の各アンテナパネルＣに対して時刻同期パルスを送信する。

また、指示送信部３２の設けられる高さ位置ｈは、基準パネルＰと基準パネルＰ以外の他の各アンテナパネルＣとの時刻同期パルスの伝達距離差に基づいて算出される位相の誤差が、所定範囲内におさまるように設定することが好ましい。なお、指示送信部３２が設けられる高さ位置ｈは、特に限定されないが、基準パネルＰの面上からの距離（高さ）が大きくなるほど、基準パネルＰと他の各アンテナパネルＣとの間の時刻同期パルスの伝達距離差が短くなることから、本実施形態においては、基準パネルＰの面上から約１キロメートルの位置とする。

次に、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナ１の電気的構成について、図２を参照して説明する。なお、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナ１は、各アンテナパネルＣ毎に位相制御部９２が設けられている。
原振３１は、無線通信を介し、検出部４０によって各アンテナパネルＣ間の到達位相φを推定する場合の基準となる基準信号ｆ_ｐ＋Δｐを、各アンテナパネルＣに対して送信する。なお、原振３１によって、基準信号を送信する手法については、例えば、特開２００４−３２５１６２号公報に詳述されている。これらの周知技術を採用することにより、原振３１から基準信号を送信することが可能である。
指示送信部３２は、時刻を同期させるパルス（時刻同期パルス）を検出部４０に出力する。

位相制御部９２が備える受信回路３０は、各アンテナパネルＣの受信用アンテナ素子１２０により受信されたパイロット信号ｆ_ｐを所定の周波数とするべく基準信号ｆ_ｐ＋Δｐに基づいてダウンコンバートし、ダウンコンバートされたパイロット信号ｆ_ｐ´（＝ｆ_Δｐ＝ｆ_ｐ＋Δｐ−ｆ_ｐ）を検出部４０に出力する。ここで、所定の周波数は、アンテナの大きさが所定範囲内となる周波数である。また、パイロット信号ｆ_ｐをダウンコンバートした場合であっても、各アンテナパネルの受信回路３０で受信したパイロット信号ｆ_ｐの相対的な位相は維持されている。

検出部４０は、アンテナパネルＣにおける、アンテナパネル面とパイロット信号の到来方向とがなす到来方向角度θ、及びアンテナパネルＣにおけるパイロット信号の到達位相φをアンテナパネル毎に検出し、演算処理部５０に出力する。具体的には、検出部４０は、ＡＤ変換器４１、候補決定部４２、及び角度検出部４３を備えている。
ＡＤ変換器４１は、指示送信部３２から取得した時刻同期パルスをトリガとし、各アンテナパネルＣの受信回路３０においてダウンコンバートされたパイロット信号ｆ_ｐ´における到達位相φ検出のタイミング情報を候補決定部４２に出力する。

候補決定部４２は、基準信号ｆ_ｐ＋Δｐに基づいてダウンコンバートされたパイロット信号ｆ_ｐ´と、ＡＤ変換器４１から取得したタイミング情報とに基づいて、アンテナパネルＣ毎にパイロット信号ｆ_ｐ´の到達位相φを検出する。つまり、候補決定部４２は、タイミング情報を受信した時点における基準信号の位置により、パイロット信号ｆ_ｐ´の到達位相φを検出する。また、候補決定部４２は、アンテナパネルＣ毎に、パイロット信号ｆ_ｐの到達位相φに基づいてアンテナパネルＣの位置（以下「パネル位置」という）の候補Ｒを推定する。アンテナパネルＣの位置の候補Ｒは、波長の整数倍分の位置候補である。候補決定部４２は、到達位相φとパネル位置の候補Ｒとを演算処理部５０に出力する。

図３には、複数のアンテナパネルＣが、地上からのパイロット信号を受信する様子を示している。例えば、候補決定部４２は、基準パネルＰの隣に位置するアンテナパネルＣ_１ｊにおいて、パイロット信号ｆ_ｐの到達位相φ_１ｊの情報に基づいて、パイロット信号ｆ_ｐを波形の頂上で受信していると検出し、パイロット信号ｆ_ｐの位相が３６０°ずつ、ずれているＲ_１ｊ１，Ｒ_１ｊ２，Ｒ_１ｊ３をパネル位置の候補Ｒとして推定する。

角度検出部４３は、ＲＦ干渉計を備えており、各アンテナパネルＣが備える複数の受信用アンテナ素子１２０により受信されたパイロット信号ｆ_ｐの位相差を測ることにより、パイロット信号を送信した受電設備１０２（例えば、図８参照）の方向を求める。また、角度検出部４３は、アンテナパネルＣ毎に、上記受信設備１０２の方向を示す到来方向角度θを推定し、演算処理部５０へ出力する。

演算処理部５０は、マイクロコンピュータを備えており、入力された到来方向角度θ、到達位相φ、パネル位置の候補Ｒ、及び隣接する他のアンテナパネルＣの位相情報（アンテナパネルＣに配列配置された複数のアンテナ素子２０から放射させる送電マイクロ波の移相量を示す情報）に基づいて、位相制御処理を実行することにより、各アンテナ素子２０から送出させる送電マイクロ波の移相量を演算し、移相量を示す位相情報を各可変移相器８０へ出力する。なお、位相制御処理とは、各アンテナパネルＣにおいてパイロット信号ｆ_ｐの到達位相φを検出し、到達位相φに基づいた位相制御処理を行うことにより、全アンテナ素子２０から出力される送電マイクロ波の位相面を揃える処理である。
具体的には、演算処理部５０は、位置特定部５１及び移相量決定部５２を備えている。

位置特定部５１は、到達位相φ及び到来方向角度θに基づいて、複数のアンテナパネルのうち、基準パネルＰに対する各アンテナパネルの位置を特定する。また、基準パネルＰは固定的に設定されている。

ここで、図３を用いて、基準パネルＰの１つ隣のアンテナパネルＣ_１ｊの位置を推定する場合を例に挙げて説明する。位置特定部５１は、アンテナパネルＣ_１ｊの到達位相φ_１ｊを求めた際に推定されたパネル位置の候補Ｒ（例えば、Ｒ_１ｊ１，Ｒ_１ｊ２，Ｒ_１ｊ３・・・）のうち、基準パネルＰの位置から到来方向角度θ_１ｊの位置となるパネル位置を選定し、選定されたパネル位置Ｒ_１ｊ１をアンテナパネルＣ_１ｊの位置と特定する。

このように、位置特定部５１は、アンテナパネルＣのパネル位置を特定するとともに、パネル位置の情報を移相量決定部５２に出力する。なお、ここでは、アンテナパネルの到来方向角度θの誤差が、波長よりも小さいこととする。
移相量決定部５２は、位置特定部５１によって特定されたパネル位置の情報に基づいて、各アンテナ素子２０から放射させる信号の移相量をそれぞれ決定する。例えば、移相量決定部５２は、隣接する他のアンテナパネルＣの位相情報に基づいて、アンテナ素子２０から放射させる送電マイクロ波の移相量を決定する。
また、移相量決定部５２は、送電マイクロ波の移相量を決定すると、各アンテナパネルＣに対応する可変移相器８０に移相量の情報を出力する。

送受信部９４は、隣接する他のアンテナパネルＣで演算された位相情報を、該アンテナパネルＣから受信し、演算処理部５０で演算した結果としての位相情報を隣接する他のアンテナパネルＣへ送信する。なお、本実施形態では、正方形とされたアンテナパネルＣの各辺に隣接する他のアンテナパネルＣ間で位相情報を送受信する。

一方、マイクロ波発生部６０は、基準マイクロ波信号を生成して分波回路７０へ出力する。分波回路７０は、入力された基準マイクロ波信号を分波して、各アンテナ素子２０にそれぞれ対応して設けられている可変移相器８０に出力する。
各可変移相器８０は、演算処理部５０からそれぞれ入力された位相情報に基づいて、分波回路７０から入力された基準位相の送電マイクロ波に移相量を生じさせ、電力増幅器９０に出力する。
電力増幅器９０は、アンテナ素子２０にそれぞれ対応して設けられ、外部電源（宇宙太陽発電部）より供給された電力を可変移相器８０から出力される信号の位相及び周波数の送電マイクロ波へ増幅し、アンテナ素子２０へ出力する。
アンテナ素子２０は、それぞれ電力増幅された各位相差を有する送電マイクロ波を受電設備１０２（図８参照）に向けて放射する。

ここで、２以下の隣接する他のアンテナパネルＣへ位相情報を送信するのでは、一部のアンテナパネルＣに通信機能の故障、すなわち送受信部９４に故障が生じている場合、通信機能が故障しているアンテナパネルＣに隣接する、通信機能が故障していないアンテナパネルＣへ位相情報が送信されない可能性がある。
図４は、２つの隣接する他のアンテナパネルＣへ位相情報が送信される例を示している。
図４のアンテナパネルＣ１，Ｃ２は、通信機能が故障したアンテナパネルＣであり、図４の矢印は、位相情報が送信される方向である。そして、図４に示すように、基準パネルＰから順に隣接するアンテナパネルＣへ位相情報が送信されても、アンテナパネルＣ１，Ｃ２に隣接するアンテナパネルＣ３へは位相情報が送信されない。

そこで、本実施形態に係る送受信部９４は、演算処理部５０で演算した位相情報を、少なくとも３つ以上の隣接する他のアンテナパネルＣへ送信する。これにより、アンテナパネルＣの送信経路が冗長となり、通信機能が故障しているアンテナパネルＣを迂回して位相情報が送信されるので、通信機能が故障していないアンテナパネルＣに位相情報が送信されないことを防ぐことができる。
図５は、３つの隣接する他のアンテナパネルＣへ位相情報が送信される例を示している。図５に示すように、３つの隣接する他のアンテナパネルＣへ位相情報を送信することによって、通信機能が故障したアンテナパネルＣ２を回り込んで、通信機能が故障していないアンテナパネルＣ３へ位相情報が送信されることとなる。
なお、図５では、位相情報を送信する３つの隣接する他のアンテナパネルＣに、位相情報を受信した他のアンテナパネルＣを含まない。すなわち、アンテナパネルＣは、位相情報を受信した他のアンテナパネルＣにも、演算の結果としての位相情報を送信すると、４つの隣接する他のアンテナパネルＣへ位相情報を送信することとなる。

また、アンテナパネルＣが備える送受信部９４又は演算処理部５０の故障により、誤った位相情報が、隣接する他のアンテナパネルＣへ送信される場合がある。このような場合、誤った位相情報が他のパネルに伝播する可能性がある。
そこで、本実施形態に係る演算処理部５０は、２つ以上の隣接する他のアンテナパネルＣからの位相情報を受信した後に、受信した位相情報毎に複数の演算を行い、多数決により位相情報を決定する。そして、送受信部９４は、多数決により決定した位相情報を隣接する他のアンテナパネルＣへ送信する。すなわち、演算の結果として異なる位相情報が複数得られた場合、同一の位相情報がより多い方が、正しい位相情報として決定される。なお、同一の位相情報には、完全に同一な位相情報の他に、差が所定範囲内に含まれる位相情報も含まれる。
このように、アンテナパネルＣが、他のアンテナパネルＣから誤った位相情報を受信したとしても、他のアンテナパネルＣから受信した正しい位相情報を用いて、位相情報を演算することとなるので、誤った位相情報が他のアンテナパネルＣに更に送信されること、すなわち、誤った位相情報の伝播が防止される。

図６は、本実施形態に係る通信アルゴリズムの処理の流れを示す模式図である。なお、図６において、「Ａ」を正しい位相情報とし、「Ｂ」を誤った位相情報とし、正しい位相情報「Ａ」を用いた演算の結果としての位相情報を「Ａ」とする。しかし、実際には、位相情報は、他のアンテナパネルＣから受信した位相情報を用いて演算された結果であるため、演算の結果としての位相情報と受信した位相情報は異なる場合がある。
なお、基準パネルＰ及び基準パネルＰに隣接し２つ以上の位相情報を受信できないアンテナパネルＣは、通信アルゴリズムによる処理を行うことなく、位相情報を演算する。

通信アルゴリズムでは、まず、演算処理部５０が、２つの隣接する他のアンテナパネルＣから位相情報を受信するまで待機する（ステップ１）。
そして、演算処理部５０は、２つの隣接する他のアンテナパネルＣからの位相情報を受信する（ステップ２）と、受信した位相情報毎に演算を行い（ステップ３Ａ，３Ｂ，３Ｃ）、演算の結果としての２つの位相情報が一致するか否かを判定する。

演算の結果としての２つの位相情報が一致しない場合、すなわち、正しい位相情報「Ａ」と誤った位相情報「Ｂ」とを受信した場合、演算処理部５０は、位相情報の決定を保留し（ステップ３Ａ）する。そして、送受信部９４は、不一致を示す不一致情報（図６の「？」）を隣接する他のアンテナパネルＣへ送信する（ステップ４Ａ）。
そして、演算処理部５０は、その後、隣接する他のアンテナパネルＣから３つ目の位相情報を受信すると、３つ目の位相情報を用いて演算を行い、多数決により位相情報を決定する（ステップ５Ａ）。
そして、送受信部９４が、多数決によって決定された位相情報を隣接する他のアンテナパネルＣへ新たに送信する（ステップ６）。

一方、送受信部９４が不一致情報「？」を受信した場合、演算処理部５０は、受信した一つの位相情報「Ａ」を用いて演算を行う（ステップ３Ｂ）。そして、送受信部９４は、位相情報「Ａ」を用いた演算の結果としての位相情報「Ａ」を、隣接する他のアンテナパネルＣへ送信する（ステップ６）。

また、２つの演算の結果としての位相情報「Ａ」が一致した場合、すなわち、正しい位相情報「Ａ」を２つ受信した場合（ステップ３Ｃ）、演算処理部５０による位相情報毎の演算の結果としての２つの位相情報は、一致する。そのため、送受信部９４は、一致した位相情報「Ａ」を隣接する他のアンテナパネルＣへ送信する（ステップ６）。

図７は、本実施形態に係る通信アルゴリズムの処理の具体的な一例を示す模式図である。アンテナパネルＣ上に表示されている「Ａ」は、正しい位相情報を送信したアンテナパネルＣを示し、「？」は、保留状態となっているアンテナパネルＣを示している。また、「待」は、位相情報の受信待ち状態となっているアンテナパネルＣを示し、「Ｂ」は、誤った位相情報を送信したアンテナパネルＣを示している。
図７（Ａ）は、初期状態の一例である。
図７（Ｂ）は、受信待ち状態となっているアンテナパネルＣ１が、位相情報「Ａ」と位相情報「？」を受信し、演算の結果を位相情報「Ａ」と決定した状態である。
図７（Ｃ）は、アンテナパネルＣ１が、位相情報「Ａ」を隣り合う他のアンテナパネルＣへ送信した状態である。
図７（Ｄ）は、保留状態となっていたアンテナパネルＣ２が、アンテナパネルＣ１から受信した位相情報「Ａ」によって、演算の結果を位相情報「Ａ」と決定し、決定した位相情報「Ａ」を隣り合う他のアンテナパネルＣへ送信した状態である。

以上説明したように、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナ１は、各アンテナパネルＣ毎に備えられた演算処理部５０によって、アンテナ素子２０から放射させる送電マイクロ波の移相量を演算する。そして、演算処理部５０で演算された移相量を示す位相情報は、各アンテナパネルＣ毎に備えられた送受信部９４によって、少なくとも３つ以上の隣接する他のアンテナパネルＣへ送信される。
従って、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナ１は、アンテナパネルＣによる位相情報の送信に異常が生じても、該異常の影響が他のアンテナパネルＣに伝播することを防止できる。

また、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナ１は、アンテナパネルＣが２つ以上の隣接する他のアンテナパネルＣからの位相情報を受信すると、演算処理部５０によって、受信した位相情報毎に複数の演算を行い、多数決により演算の結果としての位相情報を決定し、送受信部９４によって、多数決により決定した位相情報を隣接する他のアンテナパネルＣへ送信する。
従って、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナ１は、誤った位相情報が他のアンテナパネルＣに更に送信されること、すなわち、誤った位相情報の伝播を防止できるので、アンテナパネルＣによる位相情報の送信に異常が生じても、該異常の影響が他のアンテナパネルＣに伝播することを防止できる。

また、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナ１は、隣接する他のアンテナパネルＣからの位相情報を２つ受信すると、演算処理部５０によって、受信した位相情報毎に演算を行い、演算の結果としての２つの位相情報が一致するか否かを判定し、２つの位相情報が一致しない場合に、送受信部９４によって、不一致を示す不一致情報を隣接する他のアンテナパネルＣへ送信する。
従って、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナ１は、演算の結果としての２つの位相情報の一致、不一致にかかわらず、隣接する他のアンテナパネルＣへ情報を送信することとなるので、隣接する他のアンテナパネルＣへの情報の送受信が滞ることを防ぐことができる。

また、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナ１は、演算の結果としての２つの位相情報が一致せず、その後、隣接する他のアンテナパネルＣから３つ目の位相情報を受信すると、演算処理部５０によって、３つ目の位相情報を用いて演算を行い、多数決により演算の結果としての位相情報を決定し、送受信部９４によって、多数決により決定された位相情報を隣接する他のアンテナパネルＣへ新たに送信する。
従って、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナ１は、誤った位相情報の伝播を防止すると共に、正しい位相情報を伝播させることができる。

以上、本発明を、上記実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、該変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

例えば、上記実施形態では、位相情報を隣接する他のアンテナパネルＣへ送信し、受信した位相情報を用いて演算する形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、パイロット信号に基づいて演算したアンテナパネルＣの位置を示す位置情報及びアンテナパネルＣの角度を示す角度情報を隣接する他のアンテナパネルＣへ送信し、受信した位置情報及び角度情報を用いて、アンテナ素子２０から放射させる送電マイクロ波の移相量を演算する形態としてもよい。

また、上記実施形態では、正方形とされたアンテナパネルＣの各辺に隣接する他のアンテナパネルＣ間で位相情報を送受信する形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、アンテナパネルＣの角で隣接する他のアンテナパネルＣ間で位相情報を送受信する形態としてもよい。この形態の場合、５つ以上の隣接する他のアンテナパネルＣへの位相情報の送信が可能となる。

また、上記実施形態では、アンテナパネルＣを正方形とする形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、アンテナパネルＣを五角形以上の多角形とする形態としてもよい。この形態の場合、５つ以上の隣接する他のアンテナパネルＣへの位相情報の送信が可能となる。

１ フェーズドアレイアンテナ
５０ 演算処理部
５１ 位置特定部
５２ 移相量決定部
９２ 位相制御部
９４ 送受信部
Ｃ アンテナパネル

Claims (5)

1. 複数のアンテナ素子が配列配置された複数のアンテナパネルを平面状に接続した構成を有し、各前記アンテナ素子に入出力する信号の位相を制御することにより、受信設備から送信されたパイロット信号の到来方向に対し信号を放射するフェーズドアレイアンテナであって、
   各前記アンテナパネル毎に備えられ、前記アンテナ素子から放射させる信号の移相量を演算する演算手段と、
   各前記アンテナパネル毎に備えられ、前記演算手段による前記移相量の演算に用いる演算情報を隣接する他の前記アンテナパネルから受信する受信手段と、
   各前記アンテナパネル毎に備えられ、少なくとも３つ以上の隣接する他の前記アンテナパネルへ、前記演算手段によって演算した前記演算情報を送信する送信手段と、
   を備えたフェーズドアレイアンテナ。
2. 前記演算手段は、２つ以上の隣接する他の前記アンテナパネルからの前記演算情報を受信した後に、受信した前記演算情報毎に複数の演算を行い、多数決により演算の結果としての前記演算情報を決定し、
   前記送信手段は、多数決により決定された前記演算情報を隣接する他の前記アンテナパネルへ送信する請求項１記載のフェーズドアレイアンテナ。
3. 前記演算手段は、隣接する他の前記アンテナパネルからの前記演算情報を２つ受信すると、受信した前記演算情報毎に演算を行い、演算の結果としての２つの前記演算情報が一致するか否かを判定し、
   前記送信手段は、２つの前記演算情報が一致しない場合、不一致を示す不一致情報を隣接する他の前記アンテナパネルへ送信し、２つの前記演算情報が一致した場合、該演算情報を隣接する他の前記アンテナパネルへ送信する請求項２記載のフェーズドアレイアンテナ。
4. 前記演算手段は、演算の結果としての２つの前記演算情報が一致せず、その後、隣接する他の前記アンテナパネルから３つ目の前記演算情報を受信すると、該３つ目の前記演算情報を用いて演算を行い、多数決により演算情報を決定し、
   前記送信手段は、多数決により決定された前記演算情報を、隣接する他の前記アンテナパネルへ新たに送信する請求項３記載のフェーズドアレイアンテナ。
5. 複数のアンテナ素子が配列配置された複数のアンテナパネルを平面状に接続した構成を有し、各前記アンテナ素子に入出力する信号の位相を制御することにより、受信設備から送信されたパイロット信号の到来方向に対し信号を放射するフェーズドアレイアンテナの位相制御方法であって、
   各前記アンテナパネル毎に備えられた受信手段によって、前記アンテナ素子から放射させる信号の移相量の演算に用いる演算情報を隣接する他の前記アンテナパネルから受信し、該演算情報を用いて前記移相量を演算する第１工程と、
   各前記アンテナパネル毎に備えられた送信手段によって、少なくとも３つ以上の隣接する他の前記アンテナパネルへ前記第１工程で演算した前記演算情報を送信する第２工程と、
   を含むフェーズドアレイアンテナの位相制御方法。

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