JP2016045073A - 方位検出装置および方位検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】到来電波の方位検出の精度を向上させる。
【解決手段】第１のアンテナ素子２１ａの給電点および第２のアンテナ素子２１ｂの給電点はそれぞれ、第１のアンテナ素子２１ａの形状の重心の位置および第２のアンテナ素子２１ｂの形状の重心の位置より互いに近い位置にある。受信部１１、１２はそれぞれ、第１のアンテナ素子２１ａおよび第２のアンテナ素子２１ｂで受信した信号に周波数変換等の処理を行い、周波数信号を出力する。振幅差検出部１３は、受信部１１および受信部１２が出力した周波数信号の振幅差を検出する。位相差検出部１４は、受信部１１および受信部１２が出力した周波数信号の位相差を検出する。粗測部１５は、振幅差から到来電波の方位が取り得る範囲を特定する。方位検出部１６は、位相差から角度を検出し、検出した角度の内、粗測部１５が特定した到来電波の方位が取り得る範囲にある角度を、到来電波の方位として検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、方位検出装置および方位検出方法に関する。

到来電波の方位を検出する方位検出システムの中には、広い周波数帯域に亘る任意の偏波を受信するために、スパイラルアンテナを用いるものがある。例えば特許文献１に開示される複数のスパイラルエレメントを有するアンテナを用いて、各スパイラルエレメントでの受信信号の位相差に基づき、電波の到来方向を推定することができる。

特開２００１−０６０８２１号公報

超広帯域に亘り、到来電波の方位検出を行う場合、高域周波数においては、スパイラルアンテナ間の距離（方位検出システムの位相中心に対する距離）が波長に対して、例えば１波長程度大きくなるために、到来電波の方位を示す角度に対する受信信号の位相の変化が急峻になる。このため、到来電波の方位の曖昧性、すなわち方位アンビギュイティが生じる。一方、方位アンビギュイティを生じさせないような間隔、例えば０．５波長以下、でスパイラルアンテナを並べた場合には、低域周波数における利得の低下や、軸比特性の劣化が生じるため、超広帯域に亘り所望のアンテナ特性を維持することが困難であった。

方位アンビギュイティを生じさせないため、一般的な方位検出システムでは、少なくとも３つのスパイラルアンテナを不等間隔に配列する。３つのスパイラルアンテナをアンテナＡ、Ｂ、Ｃとすると、方位検出システムはアンテナＡ、Ｂの受信信号の位相差、アンテナＢ、Ｃの受信信号の位相差、およびアンテナＣ、Ａの受信信号の位相差を用い、位相差の違いから到来電波の方位を推定する。しかし、３つのスパイラルアンテナを用いる場合には、３つのスパイラルアンテナを設置するスペースが必要となり、方位検出システムの小型化が困難であるという課題があった。

本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、到来電波の方位検出の精度を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る方位検出装置は、到来電波の方位を検出する方位検出装置であって、互いに異なる方位に向けられた平面アンテナである第１のアンテナ素子および第２のアンテナ素子、振幅差検出部、位相差検出部、粗測部、および方位検出部を備える。第１のアンテナ素子の給電点は、第１のアンテナ素子の形状の重心より第２のアンテナ素子の形状の重心に近い位置にあり、第２のアンテナ素子の給電点は、第２のアンテナ素子の形状の重心より第１のアンテナ素子の形状の重心に近い位置にある。振幅差検出部は、第１のアンテナ素子で受信した信号と第２のアンテナ素子で受信した信号の振幅差を検出する。位相差検出部は、第１のアンテナ素子で受信した信号と第２のアンテナ素子で受信した信号の位相差を検出する。粗測部は、振幅差検出部で検出された振幅差から到来電波の方位が取り得る範囲を特定する。方位検出部は、位相差検出部で検出された位相差から得られる角度の内、粗測部で特定された到来電波の方位が取り得る範囲内にある角度を、到来電波の方位として検出する。

本発明によれば、アンテナ素子の給電点の位置をアンテナ素子の形状の重心から他方のアンテナ素子の形状の重心に近づけ、受信信号の振幅差および位相差に基づき到来電波の方位を検出することで、到来電波の方位検出の精度を向上させることが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る方位検出装置の構成例を示すブロック図である。 実施の形態１に係るアンテナの斜視図である。 実施の形態１に係るアンテナの平面図である。 実施の形態１に係るアンテナの断面図である。 実施の形態１における振幅と角度の関係を示す図である。 実施の形態１における振幅差と角度の関係を示す図である。 実施の形態１における位相差と角度の関係を示す図である。 実施の形態１に係る方位検出装置が行う到来電波方位検出の動作の一例を示すフローチャートである。 実施の形態１に係るアンテナの変形例の断面図である。 実施の形態１に係るアンテナの変形例の断面図である。 本発明の実施の形態２に係るアンテナの斜視図である。 実施の形態２に係る方位検出装置の構成例を示すブロック図である。 実施の形態２に係る方位検出装置が行う到来電波方位検出の動作の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る方位検出装置の構成例を示すブロック図である。方位検出装置１は、アンテナ２が備える、互いに異なる方位に向けられた平面アンテナである第１のアンテナ素子２１ａおよび第２のアンテナ素子２１ｂで受信した信号の振幅差および位相差に基づき、到来電波の方位を検出する。

方位検出装置１は、到来電波を受信する、第１のアンテナ素子２１ａおよび第２のアンテナ素子２１ｂから成るアンテナ２、第１のアンテナ素子２１ａで受信した信号に対し周波数変換等の処理を行う受信部１１、および、第２のアンテナ素子２１ｂで受信した信号に対して受信部１１と同様の処理を行う受信部１２を備える。また方位検出装置１は、受信部１１および受信部１２の出力信号の振幅差を検出する振幅差検出部１３、受信部１１および受信部１２の出力信号の位相差を検出する位相差検出部１４、振幅差に基づき到来電波の方位が取り得る範囲を特定する粗測部１５、および位相差検出部１４で検出された位相差および粗測部１５により特定された到来電波の方位が取り得る範囲に基づき到来電波の方位を検出する方位検出部１６を備える。方位検出装置１の各部について以下に説明する。

図２は、実施の形態１に係るアンテナの斜視図である。図３は、実施の形態１に係るアンテナの平面図である。アンテナ２は、第１のアンテナ素子２１ａおよび第２のアンテナ素子２１ｂを有する。山型状土台２０は、外向きの法線が互いに離反する方向を向いている２つの斜面を有する。第１のアンテナ素子２１ａは上記２つの斜面の一方の斜面に沿って設けられ、第２のアンテナ素子２１ｂは他方の斜面に沿って設けられる。実施の形態１においては、山型状土台２０の各斜面はそれぞれ水平面に対して３０度傾斜している。実施の形態１においては、第１のアンテナ素子２１ａおよび第２のアンテナ素子２１ｂの形状は長方形であり、第１のアンテナ素子２１ａおよび第２のアンテナ素子２１ｂはスパイラルアンテナである。

第１のアンテナ素子２１ａは誘電体基板２３ａの上に形成され、第２のアンテナ素子２１ｂは誘電体基板２３ｂの上に形成される。第１のアンテナ素子２１ａの給電点２２ａは、第１のアンテナ素子２１ａの形状の重心より第２のアンテナ素子２１ｂの形状の重心に近い位置にあり、第２のアンテナ素子２１ｂの給電点２２ｂは、第２のアンテナ素子２１ｂの形状の重心より第１のアンテナ素子２１ａの形状の重心に近い位置にある。第１のアンテナ素子２１ａの形状の重心とは、第１のアンテナ素子２１ａの最外形の形状の平面図形の重心である。実施の形態１においては、第１のアンテナ素子２１ａの最外形の形状の平面図形は長方形であるため、第１のアンテナ素子２１ａの形状の重心とは、該長方形の重心である。第２のアンテナ素子２１ｂの形状の重心も同様に、第２のアンテナ素子２１ｂの最外形の形状の平面図形の重心である。

給電点２２ａおよび給電点２２ｂをそれぞれ、第１のアンテナ素子２１ａの形状の重心および第２のアンテナ素子２１ｂの形状の重心から移動させる距離は、アンテナ特性に基づいて任意に定めることができる。

給電点２２ａ、２２ｂを第１のアンテナ素子２１ａの形状の重心の位置および第２のアンテナ素子２１ｂの形状の重心の位置から互いに近づけた、偏心給電の状態にすることにより、後述するように到来電波の方位の曖昧性、すなわち方位アンビギュイティの発生を防止することが可能となる。

実施の形態１では、給電点２２ａは、第１のアンテナ素子２１ａの内、第２のアンテナ素子２１ｂの形状の重心に最も近い点と第１のアンテナ素子２１ａの形状の重心との中点より第２のアンテナ素子２１ｂに近い位置にある。また給電点２２ｂは、第２のアンテナ素子２１ｂの内、第１のアンテナ素子２１ａの形状の重心に最も近い点と第２のアンテナ素子２１ｂの形状の重心との中点より第１のアンテナ素子２１ａに近い位置にある。

図４は、実施の形態１に係るアンテナの断面図である。図４は、図３に示すアンテナ２のＡ−Ａ線の断面図である。山型状土台２０の斜面の内部にはキャビティ２４ａ、２４ｂが形成される。給電点２２ａには、給電ピン２２１ａが接続され、給電ピン２２１ａには給電構造２２２ａが接続される。給電構造２２２ａには同軸コネクタの芯線２２３ａが接続され、同軸コネクタの芯線２２３ａは外導体２２４ａで覆われている。給電構造２２２ａは、キャビティ２４ａを通って給電ピン２２１ａを介して給電点２２ａに接続される。給電点２２ｂには、給電ピン２２１ｂが接続され、給電ピン２２１ｂには給電構造２２２ｂが接続される。給電構造２２２ｂには同軸コネクタの芯線２２３ｂが接続され、同軸コネクタの芯線２２３ｂは外導体２２４ｂで覆われている。給電構造２２２ｂは、キャビティ２４ｂを通って給電ピン２２１ｂを介して給電点２２ｂに接続される。

受信部１１は、第１のアンテナ素子２１ａで受信した信号を中間周波数に周波数変換し、Ａ−Ｄ（Analog-to-Digital）変換した後に、高速フーリエ変換を行い、周波数信号を出力する。受信部１２は、第２のアンテナ素子２１ｂで受信した信号に対し、受信部１１と同様の処理を行い、周波数信号を出力する。

振幅差検出部１３は、受信部１１および受信部１２が出力した周波数信号の振幅差を検出し、粗測部１５に送る。位相差検出部１４は、受信部１１および受信部１２が出力した周波数信号の位相差を検出し、方位検出部１６に送る。粗測部１５は、振幅差から到来電波の方位が取り得る範囲を特定し、方位検出部１６に送る。方位検出部１６は、位相差から角度を検出し、検出した角度の内、粗測部１５が特定した到来電波の方位が取り得る範囲にある角度を、到来電波の方位として検出する。

電磁界シミュレータによって算出したアンテナ２の特性を用いて、到来電波の方位の検出について説明する。

図５は、実施の形態１における振幅と角度の関係を示す図である。横軸が到来電波の方位を示す角度（単位：度）、縦軸が周波数信号の振幅（単位：ｄＢ）である。第１のアンテナ素子２１ａで受信した信号を上述のように受信部１１で処理をして生成した周波数信号の振幅と角度の関係を実線で示し、第２のアンテナ素子２１ｂで受信した信号を上述のように受信部１２で処理をして生成した周波数信号の振幅と角度の関係を破線で示す。第１のアンテナ素子２１ａおよび第２のアンテナ素子２１ｂがそれぞれ斜面に沿って形成され、かつ、偏心給電のため、図５に示すように、受信部１１が出力する周波数信号の振幅と角度の関係と、受信部１２が出力する周波数信号の振幅と角度の関係とは異なる。

図６は、実施の形態１における振幅差と角度の関係を示す図である。図５に示す振幅の差を算出し、振幅差と角度の関係を算出した。横軸が到来電波の方位を示す角度（単位：度）、縦軸が周波数信号の振幅差（単位：ｄＢ）である。図６に示す範囲において、振幅差と角度の関係は概ね線形性を有する。山型状土台２０の斜面の傾斜を３０度から大きくすると、図５において、受信部１１が出力した周波数信号の振幅がピークとなる角度は−９０度側に移動し、受信部１２が出力した周波数信号の振幅がピークとなる角度は９０度側に移動する。すなわち、図６に示す振幅差と角度の関係の傾きが大きくなる。

図６に示すように、振幅差と角度の関係は線形性を有するので、振幅差を求めることで、例えば角度が、−９０度から０度までの範囲および０度から９０度までの範囲のいずれにあるのかを特定することができる。すなわち、粗測部１５は、振幅差から到来電波の方位が取り得る範囲を特定することが可能となる。

図７は、実施の形態１における位相差と角度の関係を示す図である。偏心給電の状態における位相差と角度の関係を実線で示した。横軸が到来電波の方位を示す角度（単位：度）、縦軸が周波数信号の位相差（単位：度）である。また比較のため、給電点２２ａ、２２ｂをそれぞれ第１のアンテナ素子２１ａの形状の重心および第２のアンテナ素子２１ｂの形状の重心に設けた、中央給電の状態における位相差と角度の関係を破線で示した。角度が−９０度から９０度まで変化する間の位相回転は、中央給電の場合は５πであるのに対し、偏心給電の場合は４πである。すなわち、中央給電に比べて、偏心給電の場合の角度に対する位相差の変化は緩やかである。これは、偏心給電にすることで、位相中心距離が縮まったことによる効果である。

例えば位相差検出部１４で位相差を６０度と検出した場合、中央給電の場合に位相差から算出される角度は、−５０度、１０度、７０度であるのに対し、偏心給電の場合に位相差から算出される角度は、−７０度、１５度である。すなわち、偏心給電の場合には、中央給電の場合と比べて、位相差から算出される角度の候補が少なくなる。偏心給電の場合には、中央給電の場合と比べて、位相差から算出される角度の曖昧性は低減されるが、−９０度から０度の間、および０度から９０度の間のそれぞれに位相差から算出される角度が存在する。

そこで実施の形態１に係る方位検出装置１では、振幅差に基づき到来電波の方位が取り得る範囲を特定する。例えば振幅差検出部１３で振幅差を３ｄＢと検出した場合には、振幅差検出部１３は、到来電波の方位は０度から９０度までの範囲にあると特定する。そして方位検出部１６は、到来電波の方位を１５度として検出することができる。すなわち、実施の形態１に係る方位検出装置１によれば、振幅差および位相差に基づき到来電波の方位を検出することで、方位アンビギュイティの発生を防止することが可能となる。

図８は、実施の形態１に係る方位検出装置が行う到来電波方位検出の動作の一例を示すフローチャートである。第１のアンテナ素子２１ａおよび第２のアンテナ素子２１ｂは信号を受信し、受信部１１は、第１のアンテナ素子２１ａで受信した信号を中間周波数に周波数変換し、Ａ−Ｄ変換した後に、高速フーリエ変換を行って周波数信号を出力し、受信部１２は、第２のアンテナ素子２１ｂで受信した信号に対し、受信部１１と同様の処理を行い、周波数信号を出力する（ステップＳ１１）。

振幅差検出部１３は、受信部１１および受信部１２が出力した周波数信号の振幅差を検出する（ステップＳ１２）。粗測部１５は、振幅差から到来電波の方位が取り得る範囲を特定する（ステップＳ１３）。位相差検出部１４は、受信部１１および受信部１２が出力した周波数信号の位相差を検出する（ステップＳ１４）。方位検出部１６は、位相差から角度を検出し、検出した角度の内、粗測部１５が特定した到来電波の方位が取り得る範囲にある角度を、到来電波の方位として検出する（ステップＳ１５）。なおステップＳ１２の処理とステップＳ１４の処理とは並行して行ってもよいし、ステップＳ１３の処理の前にステップＳ１４の処理を行ってもよい。方位検出装置１は、任意に定められたタイミングで上述の処理を行い、到来電波の方位を検出する。

図９は、実施の形態１に係るアンテナの変形例の断面図である。図４に示すアンテナ２の給電構造２２２ａ、２２２ｂには、平衡−不平衡変換器を設けてもよい。図９に示すアンテナ２は、平衡−不平衡変換器として、テーパ状導体２２６ａを両面に形成した誘電体基板２２５ａおよびテーパ状導体２２６ｂを両面に形成した誘電体基板２２５ｂを備える。なお平衡−不平衡変換器は、この構造に限られず、アンテナ２は任意の平衡−不平衡変換器を備えることができる。

図１０は、実施の形態１に係るアンテナの変形例の断面図である。図１０に示すアンテナ２は、誘電体基板２２５ａ、２２５ｂとの干渉を防止するために、キャビティ２４ａ、２４ｂのそれぞれの内部に電波吸収体２５ａ、２５ｂを備える。なお図４に示すアンテナ２において、給電構造２２２ａ、２２２ｂとの干渉を防止するために、図１０と同様にキャビティ２４ａ、２４ｂのそれぞれの内部に電波吸収体２５ａ、２５ｂを設けてもよい。

以上説明した通り、実施の形態１に係る方位検出装置１によれば、偏心給電の状態である第１のアンテナ素子２１ａおよび第２のアンテナ素子２１ｂで受信した信号の振幅差および位相差に基づき、到来電波の方位を検出することで、方位アンビギュイティの発生を防止し、到来電波の方位の検出精度を向上させることが可能である。また一般的な方位検出システムのように不等間隔にアンテナ装置を３つ配置する必要がなく、アンテナ２のみで方位検出ができるため、方位検出装置１の小型化が可能である。実施の形態１においては第１のアンテナ素子２１ａおよび第２のアンテナ素子２１ｂが斜面に沿って形成されており、第１のアンテナ素子２１ａおよび第２のアンテナ素子２１ｂが並ぶ方向である配列方向のＲＣＳ（Radar Cross Section：レーダ反射断面積）を低減することが可能となる。このため、ステルス化が求められる航空機や艦船用のＥＳＭ（Electronic Support Measures：電子戦支援）アンテナとして用いることができる。

（実施の形態２）
図１１は、本発明の実施の形態２に係るアンテナの斜視図である。実施の形態２においては、第１のアンテナ素子２１ａおよび第２のアンテナ素子２１ｂが並ぶ方向である配列方向と直交する方向（以下、直交方向）に、不等間隔に複数のアンテナ装置が設けられる。図１１の例では、直交方向にアンテナ２、４、６が設けられているが、アンテナ装置の数は任意である。また図１１の例では、アンテナ２とアンテナ４との間隔およびアンテナ４とアンテナ６との間隔は異なる。直交方向に複数のアンテナ装置を備えることで、直交方向に亘って到来電波の方位を検出することが可能となる。実施の形態２においては、実施の形態１と同様に配列方向に亘って到来電波の方位が検出され、さらに直交方向に位置するアンテナ２、４、６のそれぞれの位相差に基づき直交方向に亘って到来電波の方位が検出される。

アンテナ４、６の構成はアンテナ２と同様である。アンテナ４は、山型状土台４０の２つの斜面のそれぞれに沿う、誘電体基板４３ａに形成された第１のアンテナ素子４１ａおよび誘電体基板４３ｂに形成された第２のアンテナ素子４１ｂを備える。第１のアンテナ素子４１ａの給電点４２ａおよび第２のアンテナ素子４１ｂの給電点４２ｂは偏心給電の状態にある。アンテナ６は、山型状土台６０の２つの斜面のそれぞれに沿う、誘電体基板６３ａに形成された第１のアンテナ素子６１ａおよび誘電体基板６３ｂに形成された第２のアンテナ素子６１ｂを備える。第１のアンテナ素子６１ａの給電点６２ａおよび第２のアンテナ素子６１ｂの給電点６２ｂは偏心給電の状態にある。

図１２は、実施の形態２に係る方位検出装置の構成例を示すブロック図である。実施の形態２に係る方位検出装置１は、実施の形態１に係る方位検出装置１の構成に加え、第１のアンテナ素子４１ａで受信した信号に対して周波数変換などの処理を行う受信部３１、第２のアンテナ素子４１ｂで受信した信号に対して周波数変換などの処理を行う受信部３２、受信部３１、３２が出力する周波数信号の振幅差を検出する振幅差検出部３３、受信部３１、３２が出力する周波数信号の位相差を検出する位相差検出部３４、振幅差に基づき到来電波の方位が取り得る範囲を特定する粗測部３５、および位相差検出部３４で検出された位相差および粗測部３５により特定された到来電波の方位が取り得る範囲に基づき到来電波の方位を検出する方位検出部３６を備える。

また実施の形態２に係る方位検出装置１は、第１のアンテナ素子６１ａで受信した信号に対して周波数変換などの処理を行う受信部５１、第２のアンテナ素子６１ｂで受信した信号に対して周波数変換などの処理を行う受信部５２、受信部５１、５２が出力する周波数信号の振幅差を検出する振幅差検出部５３、受信部５１、５２が出力する周波数信号の位相差を検出する位相差検出部５４、振幅差に基づき到来電波の方位が取り得る範囲を特定する粗測部５５、および位相差検出部５４で検出された位相差および粗測部５５により特定された到来電波の方位が取り得る範囲に基づき到来電波の方位を検出する方位検出部５６を備える。

また実施の形態２に係る方位検出装置１は、受信部１１および受信部３１が出力する周波数信号の位相差を検出する直交方向位相差検出部７１、受信部３１および受信部５１が出力する周波数信号の位相差を検出する直交方向位相差検出部７２、受信部１１および受信部５１が出力する周波数信号の位相差を検出する直交方向位相差検出部７３、直交方向位相差検出部７１、７２、７３で検出した位相差に基づき直交方向に亘って到来電波の方位を検出する直交方向方位検出部７４、および方位検出部１６、３６、５６および直交方向方位検出部７４の検出結果に基づき到来電波の方位を特定する信号処理部７５を備える。実施の形態１と異なる、方位検出装置１の各部について以下に説明する。

受信部３１は第１のアンテナ素子４１ａで受信した信号、受信部３２は第２のアンテナ素子４１ｂで受信した信号、に対してそれぞれ、受信部１１と同様の処理を行い、周波数信号を出力する。振幅差検出部３３は、受信部３１および受信部３２が出力した周波数信号の振幅差を検出し、粗測部３５に送る。位相差検出部３４は、受信部３１および受信部３２が出力した周波数信号の位相差を検出し、方位検出部３６に送る。粗測部３５は、振幅差から到来電波の方位が取り得る範囲を特定し、方位検出部３６に送る。方位検出部３６は、位相差から角度を検出し、検出した角度の内、粗測部３５が特定した到来電波の方位が取り得る範囲にある角度を、到来電波の方位として検出する。

受信部５１は第１のアンテナ素子６１ａで受信した信号、受信部５２は第２のアンテナ素子６１ｂで受信した信号、に対してそれぞれ、受信部１１と同様の処理を行い、周波数信号を出力する。振幅差検出部５３は、受信部５１および受信部５２が出力した周波数信号の振幅差を検出し、粗測部５５に送る。位相差検出部５４は、受信部５１および受信部５２が出力した周波数信号の位相差を検出し、方位検出部５６に送る。粗測部５５は、振幅差から到来電波の方位が取り得る範囲を特定し、方位検出部５６に送る。方位検出部５６は、位相差から角度を検出し、検出した角度の内、粗測部５５が特定した到来電波の方位が取り得る範囲にある角度を、到来電波の方位として検出する。

直交方向位相差検出部７１は、受信部１１および受信部３１が出力した周波数信号の位相差を検出し、直交方向方位検出部７４に送る。直交方向位相差検出部７２は、受信部３１および受信部５１が出力した周波数信号の位相差を検出し、直交方向方位検出部７４に送る。直交方向位相差検出部７３は、受信部１１および受信部５１が出力した周波数信号の位相差を検出し、直交方向方位検出部７４に送る。

直交方向方位検出部７４は、受信部１１および受信部３１が出力した周波数信号の位相差、受信部３１および受信部５１が出力した周波数信号の位相差、および受信部１１および受信部５１が出力した周波数信号の位相差に基づき、直交方向に亘って到来電波の方位を検出する。直交方向に亘る方位検出においては、３つの位相差に基づき到来電波の方位を検出するため、方位アンビギュイティは発生しない。信号処理部７５は、方位検出部１６、３６、５６、および直交方向方位検出部７４の出力に基づき、到来電波の方位を検出する。例えば信号処理部７５は、配列方向に亘る到来電波の方位については、方位検出部１６、３６、５６のいずれかの検出結果を選択して到来電波の方位を特定し、直交方向に亘る到来電波の方位については、直交方向方位検出部７４が検出した方位を到来電波の方位として特定する。

図１３は、実施の形態２に係る方位検出装置が行う到来電波方位検出の動作の一例を示すフローチャートである。第１のアンテナ素子２１ａおよび第２のアンテナ素子２１ｂは信号を受信し、受信部１１は、第１のアンテナ素子２１ａで受信した信号を中間周波数に周波数変換し、Ａ−Ｄ変換した後に、高速フーリエ変換を行って周波数信号を出力し、受信部１２は、第２のアンテナ素子２１ｂで受信した信号に対し、受信部１１と同様の処理を行い、周波数信号を出力する。第１のアンテナ素子４１ａおよび第２のアンテナ素子４１ｂは信号を受信し、受信部３１は第１のアンテナ素子４１ａで受信した信号、受信部３２は第２のアンテナ素子４１ｂで受信した信号、に対してそれぞれ、受信部１１と同様の処理を行い、周波数信号を出力する。第１のアンテナ素子６１ａおよび第２のアンテナ素子６１ｂは信号を受信し、受信部５１は第１のアンテナ素子６１ａで受信した信号、受信部５２は第２のアンテナ素子６１ｂで受信した信号、に対してそれぞれ、受信部１１と同様の処理を行い、周波数信号を出力する（ステップＳ２１）。

振幅差検出部１３は、受信部１１および受信部１２が出力した周波数信号の振幅差を検出し、振幅差検出部３３は、受信部３１および受信部３２が出力した周波数信号の振幅差を検出し、振幅差検出部５３は、受信部５１および受信部５２が出力した周波数信号の振幅差を検出する（ステップＳ２２）。粗測部１５、３５、５５は、振幅差から到来電波の方位が取り得る範囲を特定する（ステップＳ２３）。位相差検出部１４は、受信部１１および受信部１２が出力した周波数信号の位相差を検出し、位相差検出部３４は、受信部３１および受信部３２が出力した周波数信号の位相差を検出し、位相差検出部５４は、受信部５１および受信部５２が出力した周波数信号の位相差を検出する（ステップＳ２４）。

方位検出部１６、３６、５６はそれぞれ、位相差から角度を検出し、検出した角度の内、粗測部１５、３５、５５が特定した到来電波の方位が取り得る範囲にある角度を、到来電波の方位として検出する（ステップＳ２５）。

直交方向位相差検出部７１は、受信部１１および受信部３１が出力した周波数信号の位相差を検出し、直交方向位相差検出部７２は、受信部３１および受信部５１が出力した周波数信号の位相差を検出し、直交方向位相差検出部７３は、受信部１１および受信部５１が出力した周波数信号の位相差を検出する（ステップＳ２６）。直交方向方位検出部７４は、受信部１１および受信部３１が出力した周波数信号の位相差、受信部３１および受信部５１が出力した周波数信号の位相差、および受信部１１および受信部５１が出力した周波数信号の位相差に基づき、直交方向に亘って到来電波の方位を検出する（ステップＳ２７）。信号処理部７５は、方位検出部１６、３６、５６、および直交方向方位検出部７４の出力に基づき、到来電波の方位を特定する（ステップＳ２８）。

なおステップＳ２２の処理、ステップＳ２４の処理、およびステップＳ２６の処理は並行して行ってもよいし、ステップＳ２３の処理の前にステップＳ２４、Ｓ２６の処理を行ってもよい。またステップＳ２３からステップＳ２５までの処理と、ステップＳ２６、Ｓ２７の処理は並行して行ってもよい。方位検出装置１は、任意に定められたタイミングで上述の処理を行い、到来電波の方位を検出する。

以上説明した通り、実施の形態２に係る方位検出装置１によれば、配列方向に亘る到来電波の方位検出に加えて、直交方向に亘って到来電波の方位を検出することが可能となり、到来電波の方位の検出精度を向上させることが可能である。

本発明の実施の形態は上述の実施の形態に限られない。実施の形態１においては、第１のアンテナ素子２１ａおよび第２のアンテナ素子２１ｂの形状は長方形であったが、第１のアンテナ素子２１ａおよび第２のアンテナ素子２１ｂの形状は任意であり、例えば正方形、三角形、円、楕円でもよい。また第１のアンテナ素子２１ａおよび第２のアンテナ素子２１ｂはスパイラルアンテナに限られず、例えばミアンダ状のアンテナ素子でもよい。アンテナ２の背面に受信部１１、１２、振幅差検出部１３、および位相差検出部１４を設けてもよい。アンテナ２と受信部１１、１２とは例えば同軸ケーブルによって接続される。

１ 方位検出装置、２、４、６ アンテナ、１１、１２、３１、３２、５１、５２ 受信部、１３、３３、５３ 振幅差検出部、１４、３４、５４ 位相差検出部、１５、３５、５５ 粗測部、１６、３６、５６ 方位検出部、２０、４０、６０ 山型状土台、２１ａ、４１ａ、６１ａ 第１のアンテナ素子、２１ｂ、４１ｂ、６１ｂ 第２のアンテナ素子、２２ａ、２２ｂ、４２ａ、４２ｂ、６２ａ、６２ｂ 給電点、２３ａ、２３ｂ、４３ａ、４３ｂ、６３ａ、６３ｂ、２２５ａ、２２５ｂ 誘電体基板、２４ａ、２４ｂ キャビティ、２５ａ、２５ｂ 電波吸収体、７１、７２、７３ 直交方向位相差検出部、７４ 直交方向方位検出部、７５ 信号処理部、２２１ａ、２２１ｂ 給電ピン、２２２ａ、２２２ｂ 給電構造、２２３ａ、２２３ｂ 同軸コネクタの芯線、２２４ａ、２２４ｂ 外導体、２２６ａ、２２６ｂ テーパ状導体。

Claims (7)

1. 到来電波の方位を検出する方位検出装置であって、
   互いに異なる方位に向けられた平面アンテナである第１のアンテナ素子および第２のアンテナ素子と、
   前記第１のアンテナ素子で受信した信号と前記第２のアンテナ素子で受信した信号の振幅差を検出する振幅差検出部と、
   前記第１のアンテナ素子で受信した信号と前記第２のアンテナ素子で受信した信号の位相差を検出する位相差検出部と、
   前記振幅差検出部で検出された前記振幅差から前記到来電波の方位が取り得る範囲を特定する粗測部と、
   前記位相差検出部で検出された前記位相差から得られる角度の内、前記粗測部で特定された前記到来電波の方位が取り得る範囲内にある角度を、前記到来電波の方位として検出する方位検出部と、
   を備え、
   前記第１のアンテナ素子の給電点は、前記第１のアンテナ素子の形状の重心より前記第２のアンテナ素子の形状の重心に近い位置にあり、
   前記第２のアンテナ素子の給電点は、前記第２のアンテナ素子の形状の重心より前記第１のアンテナ素子の形状の重心に近い位置にある、
   方位検出装置。
2. 前記第１のアンテナ素子の給電点は、前記第１のアンテナ素子の内、前記第２のアンテナ素子の形状の重心に最も近い点と前記第１のアンテナ素子の形状の重心との中点より前記第２のアンテナ素子の形状の重心に近い位置にあり、
   前記第２のアンテナ素子の給電点は、前記第２のアンテナ素子の内、前記第１のアンテナ素子の形状の重心に最も近い点と前記第２のアンテナ素子の形状の重心との中点より前記第１のアンテナ素子の形状の重心に近い位置にある、
   請求項１に記載の方位検出装置。
3. 外向きの法線が違いに離反する方向を向いている２つの斜面を有する山型の台の一方の斜面に沿って前記第１のアンテナ素子が設けられ、他方の斜面に沿って前記第２のアンテナ素子が設けられる請求項１または２に記載の方位検出装置。
4. 前記第１のアンテナ素子および前記第２のアンテナ素子が設けられるそれぞれの斜面の内部にキャビティが形成され、前記キャビティの内部に電波吸収体が設けられ、平衡−不平衡変換器を有する給電構造が前記キャビティを通って前記第１のアンテナ素子の給電点および前記第２のアンテナ素子の給電点にそれぞれ接続される請求項３に記載の方位検出装置。
5. 前記第１のアンテナ素子および前記第２のアンテナ素子が並ぶ方向である配列方向と直交する方向に、前記第１のアンテナ素子および前記第２のアンテナ素子を複数組備え、
   複数組の前記第１のアンテナ素子および前記第２のアンテナ素子の内、異なる組に属するアンテナ素子の組み合わせのそれぞれに対し、前記アンテナ素子で受信した信号の位相差を検出する直交方向位相検出部と、
   前記直交方向位相検出部で検出された位相差の組み合わせから、前記配列方向と直交する方向に亘って前記到来電波の方位を検出する直交方向方位検出部と、
   を備える請求項１から４のいずれか１項に記載の方位検出装置。
6. 第１のアンテナ素子で受信した信号と第２のアンテナ素子で受信した信号の振幅差から到来電波の方位が取り得る範囲を特定する粗測ステップと、
   前記第１のアンテナ素子で受信した信号と前記第２のアンテナ素子で受信した信号の位相差から得られる角度の内、前記粗測ステップで特定された前記到来電波の方位が取り得る範囲内にある角度を、前記到来電波の方位として検出する方位検出ステップと、
   を備える方位検出方法。
7. 複数組の前記第１のアンテナ素子および前記第２のアンテナ素子の内、異なる組に属するアンテナ素子の組み合わせのそれぞれに対し、前記アンテナ素子で受信した信号の位相差から、前記第１のアンテナ素子および前記第２のアンテナ素子が並ぶ方向と直交する方向に亘って前記到来電波の方位を検出する直交方向方位検出ステップ、
   を備える請求項６に記載の方位検出方法。

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