JP2013197943A

JP2013197943A - アンテナ装置、電波到来方向推定装置、及び電波到来方向推定プログラム

Info

Publication number: JP2013197943A
Application number: JP2012063679A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Nakano; 雅之中野; Takahiro Hayashi; 高弘林; Hiromi Matsuno; 宏己松野; Hiroyuki Arai; 宏之新井; Koichi Ichige; 弘一市毛
Original assignee: KDDI Corp; Yokohama National University NUC
Current assignee: KDDI Corp; Yokohama National University NUC
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2013-09-30
Anticipated expiration: 2032-03-21
Also published as: JP5904465B2

Abstract

【課題】電波の到来方向を推定するための消費電力を抑えることができるアンテナ装置、電波到来方向推定装置、及び電波到来方向推定プログラムを提供する。
【解決手段】アンテナ装置１００は、水平面内に一様に感度を有するアンテナ素子であって、多角錐の天頂に備えられた天頂素子１１０と、垂直面内に指向性を有するアンテナ素子であって、前記多角錐に周囲から到来する電波を検出するよう前記多角錐の側面に備えられた側面素子１２０〜１２２、１３０〜１３２、１４０〜１４２及び１５０〜１５２と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ装置、電波到来方向推定装置、及び電波到来方向推定プログラムに関する。

アンテナ装置では、アンテナ素子群は、アレーと呼ばれる。また、細分化されたアレーは、サブアレーと呼ばれる。アンテナ装置では、２行２列の四つの矩形サブアレーを切り替えることで、４行４列の矩形アレーを仮想的に構成することができる。特許文献１には、アレーを用いて電波の到来方向を推定する電波到来方向推定装置が開示されている。

特開２００７−６４９４１号公報

しかしながら、電波の到来方向を推定するには、まず電波の到来の有無を検出する必要がある。特許文献１に開示された電波到来方向推定装置は、サブアレーを高速に常に切り替えることで、電波の到来の有無を検出している。このため、特許文献１に開示された電波到来方向推定装置は、電波の到来方向を推定するための消費電力が増大してしまうという問題がある。

本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、電波の到来方向を推定するための消費電力を抑えることができるアンテナ装置、電波到来方向推定装置、及び電波到来方向推定プログラムを提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、水平面内に一様に感度を有するアンテナ素子であって、多角錐の天頂に備えられた天頂素子と、垂直面内に指向性を有するアンテナ素子であって、前記多角錐に周囲から到来する電波を検出するよう前記多角錐の側面に備えられた複数の側面素子と、を備えることを特徴とするアンテナ装置である。

また、本発明は、前記複数の側面素子が、前記多角錐の側面毎に多角形の頂点を成すように備えられることを特徴とするアンテナ装置である。

また、本発明は、前記垂直面内に指向性を有するアンテナ素子が、前記天頂にも備えられることを特徴とするアンテナ装置である。

また、本発明は、前記天頂素子が、ダイポールアンテナであることを特徴とするアンテナ装置である。

また、本発明は、前記側面素子が、パッチアンテナであることを特徴とするアンテナ装置である。

また、本発明は、水平面内に一様に感度を有するアンテナ素子であって、多角錐の天頂に備えられた天頂素子と、垂直面内に指向性を有するアンテナ素子であって、前記多角錐に周囲から到来する電波を検出するよう前記多角錐の側面に備えられた複数の側面素子と、を備えるアンテナ装置に対し、前記天頂素子の受信強度が所定閾値以上であるか否かを判定する判定部と、前記天頂素子の受信強度が前記所定閾値以上である場合、前記側面素子の受信強度に応じて、前記側面素子から成るアンテナ素子群、又は、前記天頂素子及び前記側面素子から成るアンテナ素子群を選択する選択部と、前記選択部により選択された前記アンテナ素子群の受信強度に基づいて、電波の到来方向を推定する推定部と、を備えることを特徴とする電波到来方向推定装置である。

また、本発明は、前記選択部が、異なる前記側面で隣接する二つの前記側面素子の受信強度が、前記天頂素子及び全ての前記側面素子の受信強度のうち、受信強度の強いほうから所定順位内にある場合、前記隣接する二つの前記側面素子を含むアンテナ素子群を選択し、一方、前記隣接する二つの前記側面素子の受信強度が、前記天頂素子及び全ての前記側面素子の受信強度のうち、受信強度の強いほうから前記所定順位内にない場合、前記隣接する二つの前記側面素子のうち受信強度のより強い側面素子と、前記天頂素子と、を含むアンテナ素子群を選択することを特徴とする電波到来方向推定装置である。

また、本発明は、前記複数の側面素子が、前記多角錐の側面毎に多角形の頂点を成すように備えられ、前記選択部が、異なる前記側面の底辺側で隣接する二つの前記側面素子の受信強度に応じて、アンテナ素子群を選択することを特徴とする電波到来方向推定装置である。

また、本発明は、水平面内に一様に感度を有するアンテナ素子であって、多角錐の天頂に備えられた天頂素子と、垂直面内に指向性を有するアンテナ素子であって、前記多角錐に周囲から到来する電波を検出するよう前記多角錐の側面に備えられた複数の側面素子と、を備えるアンテナ装置に到来した電波の到来方向を推定する電波到来方向推定装置のコンピュータに、前記天頂素子の受信強度が所定閾値以上であるか否かを判定する手順と、前記天頂素子の受信強度が前記所定閾値以上である場合、前記側面素子の受信強度に応じて、前記側面素子から成るアンテナ素子群、又は、前記天頂素子及び前記側面素子から成るアンテナ素子群を選択する手順と、選択された前記アンテナ素子群の受信強度に基づいて、電波の到来方向を推定する手順と、を実行させるための電波到来方向推定プログラムである。

本発明によれば、アンテナ装置は、水平面内に一様に感度を有するアンテナ素子であって、多角錐の天頂に備えられた天頂素子と、垂直面内に指向性を有するアンテナ素子であって、前記多角錐に周囲から到来する電波を検出するよう前記多角錐の側面に備えられた複数の側面素子と、を備える。これにより、アンテナ装置は、電波の到来方向を推定するための消費電力を抑えることができる。

本発明の一実施形態における、アンテナ装置及び電波到来方向推定装置の構成例を示す図である。本発明の一実施形態における、アンテナ装置の外観図である。本発明の一実施形態における、水平面内に一様に感度を有するアンテナ素子の指向性パターンを示す図である。本発明の一実施形態における、天頂素子の指向性パターンと、アンテナ装置の構成例とを示す図である。本発明の一実施形態における、垂直面内に指向性を有するアンテナ素子の指向性パターンを示す図である。本発明の一実施形態における、側面素子の指向性パターンと、アンテナ装置の構成例とを示す図である。本発明の一実施形態における、第１構成のサブアレーの例を示す図である。本発明の一実施形態における、第２構成のサブアレーの例を示す図である。本発明の一実施形態における、電波到来方向推定装置の動作手順を示すフローチャートである。

本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１には、アンテナ装置及び電波到来方向推定装置の構成例が示されている。電波到来方向推定システムは、アンテナ装置１００に到来する電波の到来方向を推定するシステムである。電波到来方向推定システムは、アンテナ装置１００と、スイッチ２００と、受信部３００と、ＡＤ変換部４００と、電波到来方向推定装置５００とを備える。

図２には、アンテナ装置の外観図が示されている。ここで、図２の上段には、アンテナ装置１００の上面図が示されている。また、図２の下段には、アンテナ装置１００の側面図が示されている。アンテナ装置１００は、多角錐の形状を有する。

例えば、側面素子のそれぞれの水平面内ビーム幅が、一例として、１２０［度］ある場合、側面が３面あれば側面素子群が全周（＝１２０［度］×３）をカバーできるので、アンテナ装置１００は、三角錐の形状を有していてもよい。

以下では、側面素子１２０〜１２２、１３０〜１３２、１４０〜１４２及び１５０〜１５２のそれぞれの水平面内ビーム幅は、一例として、９０［度］であるものとする。この場合、側面が４面あれば側面素子群が全周（＝９０［度］×４）をカバーできるので、アンテナ装置１００は、一例として、四角錐であるものとして説明を続ける。

アンテナ装置１００は、水平面内に一様に感度を有するアンテナ素子である天頂素子１１０と、垂直面内に指向性を有するアンテナ素子である側面素子１２０〜１２２、１３０〜１３２、１４０〜１４２及び１５０〜１５２と、を備える。

ここで、天頂素子１１０は、アンテナ装置１００の天頂に備えられる。また、側面素子１２０〜１２２は、アンテナ装置１００の第１の側面に、三角形の頂点を成すように備えられる。また、側面素子１３０〜１３２は、アンテナ装置１００の第２の側面に、三角形の頂点を成すように備えられる。また、側面素子１４０〜１４２は、アンテナ装置１００の第３の側面に、三角形の頂点を成すように備えられる。また、側面素子１５０〜１５２は、アンテナ装置１００の第４の側面に、三角形の頂点を成すように備えられる。

図３には、水平面内に一様に感度を有するアンテナ素子の指向性パターンが示されている。水平面内に一様に感度を有するアンテナ素子である天頂素子１１０は、天頂素子指向性パターン１１−１及び１１−２に示される「８の字指向性」を有する。天頂素子１１０は、例えば、ダイポールアンテナである。

図４には、天頂素子の指向性パターンと、アンテナ装置の構成例とが示されている。天頂素子１１０は、斜め仰角から到来する電波７０１に対する受信感度と比較して、天頂から到来する電波７００に対する受信感度が低い。すなわち、天頂素子１１０は、天頂から到来する電波７００に対する受信感度と比較して、斜め仰角から到来する電波７０１に対する受信感度が高い。また、天頂素子１１０は、天頂から到来する電波７００に対する受信感度と比較して、水平方向又は俯角方向から到来する電波７０２に対する受信感度が高い。

図５には、垂直面内に指向性を有するアンテナ素子の指向性パターンが示されている。垂直面内に指向性を有するアンテナ素子である側面素子１２０は、側面素子指向性パターン１２に示される指向性を有する。側面素子１２１〜１２２、１３０〜１３２、１４０〜１４２及び１５０〜１５２についても同様である。側面素子１２１〜１２２、１３０〜１３２、１４０〜１４２及び１５０〜１５２のそれぞれは、例えば、パッチアンテナである。

図６には、側面素子の指向性パターンと、アンテナ装置の構成例とが示されている。側面素子１２０は、天頂から到来する電波７００に対する受信感度と比較して、水平方向又は俯角方向から到来する電波７０２に対する受信感度が低い。すなわち、側面素子１２０は、水平方向又は俯角方向から到来する電波７０２に対する受信感度と比較して、天頂から到来する電波７００に対する受信感度が高い。また、側面素子１２０は、水平方向又は俯角方向から到来する電波７０２に対する受信感度と比較して、斜め仰角から到来する電波７０１に対する受信感度が高い。

なお、垂直面内に指向性を有するアンテナ素子は、アンテナ装置１００の天頂にも備えられてよい。これにより、アンテナ装置１００は、天頂から到来する電波７００に対する受信感度を有するので、天頂から電波が到来した場合でも、電波の到来方向を電波到来方向推定装置５００に推定させることができる。

図１に戻り、電波到来方向推定システムの構成例の説明を続ける。スイッチ２００は、全アンテナ素子（天頂素子１１０、並びに、側面素子１２０〜１２２、１３０〜１３２、１４０〜１４２及び１５０〜１５２）のうち、電波到来方向推定装置５００により選択されたサブアレーを構成するアンテナ素子群と、受信部３００とを接続する。

受信部３００には、スイッチ２００を介して接続されたサブアレーを構成するアンテナ素子群から、アンテナ素子に到来した電波に応じたアナログ信号が、アンテナ素子毎に入力される。ここで、電波に応じたアナログ信号とは、例えば、電波の受信強度に応じて振幅が変化するアナログ信号である。以下、アンテナ素子に到来した電波に応じたアナログ信号を、「ＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号」という。ＲＦ信号のアンテナ素子毎の入力タイミングには、各アンテナ素子の配置に応じた時間差があってもよい。受信部３００は、ＲＦ信号をアンテナ素子毎にＡＤ変換部４００に転送する。

ＡＤ変換部４００は、転送されたＲＦ信号にアナログ・デジタル（ＡＤ）変換を施し、到来した電波に応じたデジタル信号を、アンテナ素子に対応付けて電波到来方向推定装置５００に転送する。

電波到来方向推定装置５００は、アンテナ装置１００に到来した電波の到来方向を、到来した電波に応じたデジタル信号に基づいて推定する。電波到来方向推定装置５００は、判定部５１０と、選択部５２０と、推定部５３０とを備える。

判定部５１０には、到来した電波に応じたデジタル信号が、アンテナ素子に対応付けられてＡＤ変換部４００から入力される。判定部５１０は、到来した電波に応じたデジタル信号に基づいて、天頂素子１１０の受信強度が、予め定められた閾値Ａ以上であるか否かを判定し、この判定結果を示す情報を選択部５２０に出力する。

選択部５２０は、天頂素子１１０の受信強度が、予め定められた閾値Ａ以上である場合、側面素子１２０〜１２２、１３０〜１３２、１４０〜１４２及び１５０〜１５２を順次選択し（サーチ処理）、選択した側面素子と受信部３００とを接続するよう、スイッチ２００を高速に切り替える。ここで、選択部５２０は、同時に一つの側面素子を選択してもよいし、同時に複数の側面素子を選択してもよい。

選択部５２０は、隣り合う側面で隣接する側面素子を含むアンテナ素子群（第１構成のサブアレー）、又は、天頂素子１１０及び同一の側面に属する側面素子を含むアンテナ素子群（第２構成のサブアレー）を、選択した側面素子の受信強度に応じて選択する（スイッチング処理）。ここで、選択部５２０は、選択した側面素子の受信強度と、予め定められた閾値Ｂ〜Ｄとのそれぞれの比較結果に基づいて、サブアレー（アンテナ素子群）を構成するアンテナ素子の組み合わせを選択する。この選択手順については、図９に示すフローチャートを用いて後述する。

図７には、第１構成のサブアレーの例が示されている。選択部５２０は、隣り合う側面で隣接する二つの側面素子の受信強度の両方が、全てのアンテナ素子の受信強度のうち、受信強度の強いほうから所定順位内にある場合、その隣接する二つの側面素子を含むサブアレー（アンテナ素子群）を選択する。ここで、所定順位は、例えば、サブアレーを構成するアンテナ素子の個数として予め定められた値と等しい。以下、サブアレーを構成するアンテナ素子の個数、つまり、所定順位は、値４であるものとして説明を続ける。

図７では、第１構成のサブアレーには、側面素子１２０、１２１、１５１及び１５２から成る第１構成のサブアレー６００−１と、側面素子１２１、１２２、１３０及び１３１から成る第１構成のサブアレー６００−２と、側面素子１３１、１３２、１４０及び１４１から成る第１構成のサブアレー６００−３と、側面素子１４１、１４２、１５０及び１５１から成る第１構成のサブアレー６００−４とがある。

また、図７には、第１構成のサブアレー６００−１で、アンテナ装置１００の側面の底辺側に在る隣接する側面素子１２０及び側面素子１５２の両方の受信強度が、全てのアンテナ素子の受信強度のうち、受信強度の強いほうから所定順位（４位）以内にある場合が示されている。

この場合、選択部５２０は、隣り合う側面で隣接する側面素子１２０及び側面素子１５２を含む第１構成のサブアレー６００−１を選択し、選択した第１構成のサブアレー６００−１と受信部３００とを接続するよう、スイッチ２００を切り替える。

なお、各サブアレーに共通する側面素子に到来している電波の到来タイミングを基準にして、各サブアレーへの電波の到来タイミングの同期を検出してもよい。例えば、第１構成のサブアレー６００−１及び第１構成のサブアレー６００−２に共通する側面素子１２１に到来している電波の到来タイミングを基準にして、第１構成のサブアレー６００−１及び第１構成のサブアレー６００−２への電波の到来タイミングの同期を検出してもよい。

図８には、第２構成のサブアレーの例が示されている。選択部５２０は、隣り合う側面で隣接する二つの側面素子のいずれかの受信強度が、全てのアンテナ素子の受信強度のうち、受信強度の強いほうから所定順位（４位）以内にない場合、その隣接する二つの側面素子のうち受信強度のより強い側面素子と天頂素子１１０とを含むサブアレーを選択する。

図８では、第２構成のサブアレーには、天頂素子１１０及び側面素子１２０〜１２２から成る第２構成のサブアレー６１０−１と、天頂素子１１０及び側面素子１３０〜１３２から成る第２構成のサブアレー６１０−２と、天頂素子１１０及び側面素子１４０〜１４２から成る第２構成のサブアレー６１０−３と、天頂素子１１０及び側面素子１５０〜１５２から成る第２構成のサブアレー６１０−４とがある。

また、図８には、第２構成のサブアレー６１０−１で、アンテナ装置１００の側面の底辺側に在る隣接する側面素子１２０及び側面素子１５２のいずれかの受信強度が、全てのアンテナ素子の受信強度のうち、受信強度の強いほうから所定順位（４位）以内にない場合が示されている。

この場合、選択部５２０は、隣り合う側面で隣接する側面素子１２０及び側面素子１５２のうち、受信強度のより強い側面素子１２０と、この側面素子１２０と同一側面に属する側面素子１２１及び１２２と、天頂素子１１０とを含む第２構成のサブアレー６１０−１を選択し、選択した第２構成のサブアレー６１０−１と受信部３００とを接続するよう、スイッチ２００を切り替える。

なお、各サブアレーに共通する天頂素子１１０に到来している電波の到来タイミングを基準にして、各サブアレーへの電波の到来タイミングの同期を検出してもよい。例えば、第１構成のサブアレー６００−１〜６００−４に共通する天頂素子１１０に到来している電波の到来タイミングを基準にして、第１構成のサブアレー６００−１〜６００−４への電波の到来タイミングの同期を検出してもよい。

推定部５３０は、選択部５２０により選択されたアンテナ素子群（サブアレー）の受信強度に基づいて、電波の到来方向を推定する。ここで、サブアレーを構成する各側面素子には、水平方向、仰角方向及び俯角方向にそれぞれ時間差をもって、電波が到来する。推定部５３０は、この時間差に基づいて、水平方向、仰角方向及び俯角方向について、電波の到来方向を推定する。

なお、アンテナ装置１００の１側面につき１側面素子のみが備えられている場合、推定部５３０は、アンテナ装置１００の側面単位（例えば、東西南北の単位）で、電波の到来方向を推定することができる。

次に、電波到来方向推定装置５００の動作手順を説明する。
図９は、電波到来方向推定装置の動作手順を示すフローチャートである。判定部５１０は、天頂素子１１０の受信強度が、予め定められた閾値Ａ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１）。天頂素子１１０の受信強度が閾値Ａ以上でない場合（ステップＳ１−Ｎｏ）、判定部５１０は、ステップＳ１の処理を繰り返す。

一方、天頂素子１１０の受信強度が閾値Ａ以上である場合（ステップＳ１−Ｙｅｓ）、選択部５２０は、スイッチング処理を実行する。また、判定部５１０は、天頂素子１１０の受信強度が、予め定められた閾値Ｂ以上であるか否かを判定する（ステップＳ２）。ここで、閾値Ｂは、閾値Ａより大きい値である。

天頂素子１１０の受信強度が閾値Ｂ以上である場合（ステップＳ２−Ｙｅｓ）、判定部５１０は、側面素子１２０〜１２２、１３０〜１３２、１４０〜１４２及び１５０〜１５２のうち、スイッチング処理により選択された側面素子の受信強度が、予め定められた閾値Ｃ以上であるか否かを判定する（ステップＳ３）。

選択された側面素子の受信強度が閾値Ｃ以上である場合（ステップＳ３−Ｙｅｓ）、推定部５３０は、水平方向又は低仰角方向から電波が到来していると判定する（ステップＳ４）。そして、判定部５１０は、隣り合う側面で隣接する二つの側面素子の受信強度が、天頂素子１１０及び全ての側面素子の受信強度のうち、受信強度の強いほうから所定順位内にあるか否かを判定する（ステップＳ５）。

隣り合う側面で隣接する二つの側面素子の両方の受信強度が所定順位内にある場合（ステップＳ５−Ｙｅｓ）、選択部５２０は、この隣接する二つの側面素子を含むサブアレーを、スイッチにより選択する。そして、推定部５３０は、選択部５２０により選択されたサブアレーの受信強度に基づいて、電波の到来方向を推定する（ステップＳ６）。

一方、ステップＳ５において、隣り合う側面で隣接する二つの側面素子のいずれかの受信強度が所定順位内にない場合（ステップＳ５−Ｎｏ）、選択部５２０は、これら隣接する二つの側面素子のうち受信強度のより強い側面素子と、この側面素子と同一の側面に属する他の側面素子と、天頂素子１１０とを含むサブアレーを、スイッチにより選択する。そして、推定部５３０は、選択部５２０により選択されたサブアレーの受信強度に基づいて、電波の到来方向を推定する（ステップＳ６）。

ステップＳ２において、天頂素子１１０の受信強度が閾値Ｂ以上でない場合（ステップＳ２−Ｎｏ）、判定部５１０は、側面素子１２０〜１２２、１３０〜１３２、１４０〜１４２及び１５０〜１５２のうち、スイッチング処理により選択された側面素子の受信強度が、予め定められた閾値Ｄ以上であるか否かを判定する（ステップＳ８）。

選択された側面素子の受信強度が閾値Ｄ以上である場合（ステップＳ８−Ｙｅｓ）、判定部５１０は、高仰角方向から電波が到来していると判定する（ステップＳ９）。そして、推定部５３０は、ステップＳ５に処理を進める。一方、ステップ８において、選択された側面素子の受信強度が閾値Ｄ以上でない場合（ステップＳ８−Ｎｏ）、推定部５３０は、電波の到来方向を推定せず、例えば、アンテナ装置１００を移動させる（ステップＳ１０）。そして、推定部５３０は、ステップＳ２に処理を戻す。

ステップＳ３において、選択された側面素子の受信強度が閾値Ｃ以上でない場合（ステップＳ３−Ｎｏ）、判定部５１０は、俯角方向から電波（地面反射波）が到来していると判定する（ステップＳ１１）。また、推定部５３０は、電波の到来方向を推定せず、例えば、アンテナ装置１００を移動させる（ステップＳ１２）。そして、推定部５３０は、ステップＳ２に処理を戻す。

以上のように、アンテナ装置１００は、水平面内に一様に感度を有するアンテナ素子（例えば、８の字指向性を有するダイポールアンテナ）であって、多角錐の天頂に備えられた天頂素子１１０と、垂直面内に指向性を有するアンテナ素子（例えば、パッチアンテナ）であって、前記多角錐の側面に備えられた複数の側面素子１２０〜１２２、１３０〜１３２、１４０〜１４２及び１５０〜１５２と、を備える。

この構成により、アンテナ装置１００は、水平面内に一様に感度を有するアンテナ素子であって、多角錐の天頂に備えられた天頂素子１１０と、垂直面内に指向性を有するアンテナ素子であって、前記多角錐に周囲から到来する電波を検出するよう前記多角錐の側面に備えられた側面素子１２０〜１２２、１３０〜１３２、１４０〜１４２及び１５０〜１５２とを備える。したがって、アンテナ装置１００は、サブアレーが高速に切り替えられなくても、天頂素子１１０により電波の到来の有無を常に検出する。これにより、アンテナ装置１００は、電波の到来方向を推定するための消費電力を抑えることができる。また、アンテナ装置１００は、サブアレーの切り替えタイミングにより電波の到来有無の検出を逃してしまうということがない（捕捉精度の向上）。また、アンテナ装置１００は、天頂素子１１０と側面素子群との指向性（感度）パターンの違いにより、地面反射波を切り分けることができる。

また、側面素子１２０〜１２２、１３０〜１３２、１４０〜１４２及び１５０〜１５２は、前記多角錐の側面毎に多角形の頂点を成すように備えられる。例えば、前記多角錐の側面には、側面素子１２０〜１２２により三角形が構成される。他の側面素子についても同様である（図２を参照）。
この構成により、多角形に配置された各側面素子には、水平方向、仰角方向及び俯角方向にそれぞれ時間差をもって、電波が到来する。これにより、アンテナ装置１００は、水平方向、仰角方向及び俯角方向について、電波の到来方向を高精度に推定させることができる。

また、垂直面内に指向性を有するアンテナ素子（例えば、パッチアンテナ）は、前記天頂にも備えられる。これにより、アンテナ装置１００は、天頂から電波が到来した場合でも、電波の到来方向を推定させることができる。

また、前記天頂素子は、ダイポールアンテナでもよい。また、前記側面素子は、パッチアンテナでもよい。

電波到来方向推定装置５００（図１を参照）は、水平面内に一様に感度を有するアンテナ素子であって、多角錐の天頂に備えられた天頂素子１１０と、垂直面内に指向性を有するアンテナ素子であって、前記多角錐に周囲から到来する電波を検出するよう前記多角錐の側面に備えられた側面素子１２０〜１２２、１３０〜１３２、１４０〜１４２及び１５０〜１５２と、を備えるアンテナ装置１００に対し、天頂素子１１０の受信強度が所定閾値以上であるか否かを判定する判定部５１０と、天頂素子１１０の受信強度が前記所定閾値以上である場合、側面素子１２０〜１２２、１３０〜１３２、１４０〜１４２及び１５０〜１５２のいずれか一つ以上の受信強度に応じて、側面素子１２０〜１２２、１３０〜１３２、１４０〜１４２及び１５０〜１５２のいずれか一つ以上から成るアンテナ素子群（サブアレー）、又は、天頂素子１１０並びに側面素子１２０〜１２２、１３０〜１３２、１４０〜１４２及び１５０〜１５２のいずれか一つ以上から成るアンテナ素子群（サブアレー）を選択する選択部５２０と、選択部５２０により選択された前記アンテナ素子群の受信強度に基づいて、電波の到来方向を推定する推定部５３０と、を備える。

この構成により、推定部５３０は、天頂素子１１０の受信強度が所定閾値以上である場合、電波の到来方向を推定する。したがって、電波到来方向推定装置５００は、サブアレーを高速に切り替えることなく、天頂素子１１０により電波の到来の有無を常に検出する。これにより、電波到来方向推定装置５００は、電波の到来方向を推定するための消費電力を抑えることができる。また、電波到来方向推定装置５００は、サブアレーの切り替えタイミングにより電波の到来有無の検出を逃してしまうということがない（捕捉精度の向上）。

また、選択部５２０は、異なる前記側面で隣接する二つの前記側面素子（例えば、側面素子１２０及び１５２）の受信強度が、天頂素子１１０及び全ての前記側面素子の受信強度のうち、受信強度の強いほうから所定順位内にある場合、前記隣接する二つの前記側面素子を含むアンテナ素子群を選択し（図７及び図９を参照）、一方、前記隣接する二つの前記側面素子の受信強度が、天頂素子１１０及び全ての前記側面素子の受信強度のうち、受信強度の強いほうから前記所定順位内にない場合、前記隣接する二つの前記側面素子のうち受信強度のより強い側面素子（例えば、側面素子１２０）と、天頂素子１１０と、を含むアンテナ素子群を選択する（図８及び図９を参照）。
この構成により、選択部５２０は、受信強度に基づいて、アンテナ素子群を選択する。選択されたアンテナ素子群には、水平方向、仰角方向及び俯角方向にそれぞれ時間差をもって、受信電力の強い電波が到来する。これにより、電波到来方向推定装置５００は、水平方向、仰角方向及び俯角方向について、電波の到来方向を高精度に推定することができる。

また、側面素子１２０〜１２２、１３０〜１３２、１４０〜１４２及び１５０〜１５２は、前記多角錐の側面毎に多角形（例えば、三角形）を成すように備えられ、選択部５２０は、異なる前記側面の底辺側で隣接する二つの前記側面素子（例えば、側面素子１２０及び１５２）の受信強度に応じて、アンテナ素子群（サブアレー）を選択する（図７〜図９を参照）
この構成により、選択部５２０は、受信強度に基づいて、アンテナ素子群を選択する。選択されたアンテナ素子群には、水平方向、仰角方向及び俯角方向にそれぞれ時間差をもって、受信電力の強い電波が到来する。これにより、電波到来方向推定装置５００は、水平方向、仰角方向及び俯角方向について、電波の到来方向を高精度に推定することができる。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

例えば、選択部５２０は、天頂素子１１０の受信強度が閾値Ａ以上でない場合でも（図９のステップＳ１を参照）、スイッチング処理（図９では、ステップＳ２以降）を、予め定められた周期毎に実行してもよい。

なお、以上に説明した電波到来方向推定装置を実現するためのプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録し、そのプログラムをコンピュータシステムに読み込ませて実行するようにしてもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

１００…アンテナ装置、１１…天頂素子指向性パターン、１２…側面素子指向性パターン、１１０…天頂素子、１２０〜１２２…側面素子、１３０〜１３２…側面素子、１４０〜１４２…側面素子、１５０〜１５２…側面素子、２００…スイッチ、３００…受信部、４００…ＡＤ変換部、５００…電波到来方向推定装置、５１０…判定部、５２０…選択部、５３０…推定部、６００…第１構成のサブアレー、６１０…第２構成のサブアレー、７００〜７０４…電波

Claims

水平面内に一様に感度を有するアンテナ素子であって、多角錐の天頂に備えられた天頂素子と、
垂直面内に指向性を有するアンテナ素子であって、前記多角錐に周囲から到来する電波を検出するよう前記多角錐の側面に備えられた複数の側面素子と、
を備えることを特徴とするアンテナ装置。
前記複数の側面素子は、前記多角錐の側面毎に多角形の頂点を成すように備えられることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
前記垂直面内に指向性を有するアンテナ素子は、前記天頂にも備えられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置。
前記天頂素子は、ダイポールアンテナであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
前記側面素子は、パッチアンテナであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
水平面内に一様に感度を有するアンテナ素子であって、多角錐の天頂に備えられた天頂素子と、垂直面内に指向性を有するアンテナ素子であって、前記多角錐に周囲から到来する電波を検出するよう前記多角錐の側面に備えられた複数の側面素子と、を備えるアンテナ装置に対し、
前記天頂素子の受信強度が所定閾値以上であるか否かを判定する判定部と、
前記天頂素子の受信強度が前記所定閾値以上である場合、前記側面素子の受信強度に応じて、前記側面素子から成るアンテナ素子群、又は、前記天頂素子及び前記側面素子から成るアンテナ素子群を選択する選択部と、
前記選択部により選択された前記アンテナ素子群の受信強度に基づいて、電波の到来方向を推定する推定部と、
を備えることを特徴とする電波到来方向推定装置。
前記選択部は、異なる前記側面で隣接する二つの前記側面素子の受信強度が、前記天頂素子及び全ての前記側面素子の受信強度のうち、受信強度の強いほうから所定順位内にある場合、前記隣接する二つの前記側面素子を含むアンテナ素子群を選択し、一方、前記隣接する二つの前記側面素子の受信強度が、前記天頂素子及び全ての前記側面素子の受信強度のうち、受信強度の強いほうから前記所定順位内にない場合、前記隣接する二つの前記側面素子のうち受信強度のより強い側面素子と、前記天頂素子と、を含むアンテナ素子群を選択することを特徴とする請求項６に記載の電波到来方向推定装置。
前記複数の側面素子は、前記多角錐の側面毎に多角形の頂点を成すように備えられ、
前記選択部は、異なる前記側面の底辺側で隣接する二つの前記側面素子の受信強度に応じて、アンテナ素子群を選択することを特徴とする請求項７に記載の電波到来方向推定装置。
水平面内に一様に感度を有するアンテナ素子であって、多角錐の天頂に備えられた天頂素子と、垂直面内に指向性を有するアンテナ素子であって、前記多角錐に周囲から到来する電波を検出するよう前記多角錐の側面に備えられた複数の側面素子と、を備えるアンテナ装置に到来した電波の到来方向を推定する電波到来方向推定装置のコンピュータに、
前記天頂素子の受信強度が所定閾値以上であるか否かを判定する手順と、
前記天頂素子の受信強度が前記所定閾値以上である場合、前記側面素子の受信強度に応じて、前記側面素子から成るアンテナ素子群、又は、前記天頂素子及び前記側面素子から成るアンテナ素子群を選択する手順と、
選択された前記アンテナ素子群の受信強度に基づいて、電波の到来方向を推定する手順と、
を実行させるための電波到来方向推定プログラム。