JP2016176772A

JP2016176772A - アンテナ装置、電波到来方向追従アンテナ装置、及び電波到来方向推定方法

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Publication number: JP2016176772A
Application number: JP2015056174A
Authority: JP
Inventors: 淳竹内; Atsushi Takeuchi; 明彦枚田; Akihiko Hirata
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2015-03-19
Filing date: 2015-03-19
Publication date: 2016-10-06
Anticipated expiration: 2035-03-19
Also published as: JP5969648B1

Abstract

【課題】平面アンテナにおいて、より少ない部品点数で低コストに電波到来方向を推定することができるアンテナ装置を提供する。【解決手段】最大利得が得られる方向を正面方向に向けた平面アレーアンテナ１１と、平面アレーアンテナ１１の一辺に沿って配列され、最大利得を得られる方向が平面アレーアンテナ１１と異なる向きの１次元アレーアンテナ１２と、平面アレーアンテナ１１と１次元アレーアンテナ１２との指向特性を記録したメモリ４０と、平面アレーアンテナ１１で受信した受信信号を検波する第１検波部２０と、１次元アレーアンテナ１２で受信した受信信号を検波する第２検波部３０と、第１検波部２０が出力する検波出力電圧と、第２検波部３０が出力する検波出力電圧と、指向特性とを用いて電波の到来角度を計算する計算部５０とを具備する。【選択図】図１

Description

本発明は、電波の到来方向を推定できるアンテナ装置、電波到来方向追従アンテナ装置、及び電波到来方向推定方法に関する。

近年、無線通信の大容量化に対応すべく、ミリ波を用いた無線通信システムが開発されている。たとえば60GHz帯を用いた通信速度1.25Gbpsを有するギガビットイーサネット（ＧｂＥ）信号の伝送が可能な無線通信システムも既に開発されている。しかし、屋外で利用するミリ波無線では、指向性の高いアンテナを使用するため、アンテナのわずかな軸ずれが大きな受信電力の低下につながるという課題がある。アンテナの軸ずれを自動的に補整するためには、電波の到来方向を推定する必要がある。しかし、一般的なパラボラアンテナには、アンテナの軸ずれ方向を検出する機能は有していない。

一方、アレーアンテナでは、特許文献１に開示されているように、平面スロットアンテナアレーの周りの４つの辺に１次元のスロットアレーアンテナを配置し、そのアレーアンテナの各素子への給電線の線路長を変えることで１次元アレーアンテナの指向性を、正面方向から各アレーアンテナごとに違う方向にずらし、４つの１次元アレーアンテナの受信電力を比較することにより、電波の到来方向を推定する技術が開示されている。

また、非特許文献１に開示されたミリ波アレーアンテナは、分岐回路により各アンテナに給電するアレーアンテナである。

特開２０１３−２２１８３２号公報

J. Hirokawa, J. D. Kim, K. SAKURAI, M. ANDO, T. TAKADA, and T. NAGATSUMA, "Designs and measurements of plate-laminated waveguide slot array antennas for 120GHz band and 350GHz band" , 2011 Asia Pacific Microwave Conference, pp. 445-448, 2011.

しかしながら、特許文献１に示された技術では、４つの１次元アレーアンテナに対して４つのミリ波検波器を必要とするため、アンテナ装置が高価になるという課題がある。また、非特許文献１に開示されたミリ波アレーアンテナの場合は、分岐回路により各アンテナ素子に給電するアレーアンテナであるため、アンテナ素子毎に可変位相器を設けることは困難であり、電波の到来方向を推定する用途に不向きである。

この発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、平面アンテナにおいて、より少ない部品点数で低コストに電波到来方向を推定することができるアンテナ装置、電波到来方向追従アンテナ装置、及び電波到来方向推定方法を提供することを目的とする。

本発明のアンテナ装置は、最大利得が得られる方向を正面方向に向けた平面アレーアンテナと、前記平面アレーアンテナの一辺に沿って配列され、最大利得を得られる方向が前記平面アレーアンテナと異なる向きの１次元アレーアンテナと、前記平面アレーアンテナと前記１次元アレーアンテナとの指向特性を記録したメモリと、前記平面アレーアンテナで受信した受信信号を検波する第１検波部と、前記１次元アレーアンテナで受信した受信信号を検波する第２検波部と、前記第１検波部が出力する検波出力電圧と、前記第２検波部が出力する検波出力電圧と、前記指向特性とを用いて電波の到来角度を計算する計算部とを具備することを要旨とする。

また、本発明の電波到来方向追従アンテナ装置は、最大利得が得られる方向を正面方向に向けた平面アレーアンテナと、前記平面アレーアンテナの一辺に沿って配列され、最大利得を得られる方向が前記平面アレーアンテナと異なる向きの１次元アレーアンテナと、前記平面アレーアンテナと前記１次元アレーアンテナとの指向特性を記録したメモリと、前記平面アレーアンテナで受信した受信信号を検波する第１検波部と、前記１次元アレーアンテナで受信した受信信号を検波する第２検波部と、前記第１検波部が出力する検波出力電圧と、前記第２検波部が出力する検波出力電圧と、前記指向特性とを用いて電波の到来角度を計算する計算部とを具備するアンテナ装置と、前記アンテナ装置の姿勢を変化させる電動雲台と、前記到来角度を用いて前記電動雲台を制御する電動雲台制御部とを具備することを要旨とする。

また、本発明の電波到来方向推定方法は、アンテナ装置が行う電波到来方向推定方法であって、最大利得が得られる方向を正面方向に向けた平面アレーアンテナで受信した受信信号を検波する第１検波ステップと、前記平面アレーアンテナの一辺に沿って配列され、最大利得を得られる方向が前記平面アレーアンテナと異なる向きの１次元アレーアンテナで受信した受信信号を検波する第２検波ステップと、前記第１検波ステップで得られた検波出力電圧と、前記第２検波ステップで得られた検波出力電圧と、メモリに記録された前記平面アレーアンテナと前記１次元アレーアンテナとの指向特性とを用いて電波の到来角度を計算する計算ステップとを行うことを要旨とする。

この発明によれば、少ない部品点数で低コストに電波到来方向（到来角度）を推定することができる。

第１実施形態のアンテナ装置１の機能構成例を示す図である。アンテナ装置１の平面アレーアンテナ１１の指向方向を定義する図である。アンテナ装置１の動作フローを示す図である。第２実施形態のアンテナ装置２の機能構成例を示す図である。第３実施形態の電波到来方向追従アンテナ装置３の機能構成例を示す図である。第４実施形態の電波到来方向追従アンテナ装置４の機能構成例を示す図である。第５実施形態の電波到来方向追従アンテナ装置５の機能構成例を示す図である。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。複数の図面中同一のものには
同じ参照符号を付し、説明は繰り返さない。

〔第１実施形態〕
図１に、本発明の第１実施形態のアンテナ装置１の機能構成例を示す。アンテナ装置１は、平面アレーアンテナ１１と、１次元アレーアンテナ１２と、第１検波部２０と、第２検波部３０と、メモリ４０と、計算部５０とを具備する。

平面アレーアンテナ１１は、最大利得が得られる方向を正面方向に向けた平面アレーアンテナである。平面アレーアンテナは、ＸＹ平面上に複数のアンテナ素子（スロットアンテナ）が２次元に配置された矩形（正方形を含む）の平面スロットアレイアンテナであり、高い指向性を有する。

１次元アレーアンテナ１２は、平面アレーアンテナ１１の一辺に沿って配列され、最大利得を得られる方向が平面アレーアンテナ１１と異なっている。平面アレーアンテナ１１と１次元アレーアンテナ１２とは、例えばメタル層の平板１０によって一体に形成される。

平面アレーアンテナ１１のアレイ状に配置されたアンテナ素子（開孔部）には、図示しない１つの給電端子から等しい長さの給電線（給電用導波管）によって給電される。よって、平面アレーアンテナ１１の最大利得方向（指向性）は、アンテナ平面１０ａに対して垂直な方向（正面方向）に形成される。平面アレーアンテナ１１上に破線で示す凸形状は、平面アレーアンテナ１１の指向性を模式的に表す。

１次元アレーアンテナ１２は、電波の到来方向を推定するためのアンテナであって、平面アレーアンテナ１１の一辺に沿って一列に配置される。アンテナ素子の形状及び給電線の基本構造は平面アレーアンテナ１１と同じである。但し、給電点Ａ０からの各アンテナ素子を接続する給電線の長さは、隣接するアンテナ素子毎に順次増加するように形成されている。

ここで図２を用いて、平面アレーアンテナ１１の指向方向を定義する。平面アレーアンテナ１１のアンテナ平面１０ａは、図２のＸＹ平面である。Ｙ軸を中心に回転する方向を水平方向、Ｘ軸を中心に回転する方向を仰角方向とする。水平方向の＋（プラス）はＹ軸を中心とした反時計方向、仰角方向の−（マイナス）はＸ軸を中心とした俯角方向である。

１次元アレーアンテナ１２の給電線は、給電点Ａ０に一番近い給電線Ａ７の長さが最も短い。隣のアンテナ素子に給電する給電線は、Ａ７＋Ａ６の長さである。更に隣のアンテナ素子に給電する給電線は、Ａ７＋Ａ６＋Ａ５の長さである。例えば、各給電線の長さは等しいものとする（Ａ７＝Ａ６＝Ａ５＝…）。

このように隣接するアンテナ素子間で、給電線の長さを順次等しい長さ長くすると、１次元アレーアンテナ１２の最大利得方向は、Ｙ軸に対して−（マイナス）方向に傾く。１次元アレーアンテナ１２上に示す破線で示す凸形状は、１次元アレーアンテナ１２の指向性を模式的に表す。

平面アレーアンテナ１１の正面方向からα°指向性を傾けた１次元アレーアンテナ１１を作成する場合は、隣接するアンテナ素子間で異なる給電線の経路長を0.5×sin（α）×λとする。λは波長である。例えば、120GHz帯で30°の傾き（偏向角）を持つ方向推定用アンテナを作成するには、隣に配置されたアンテナ素子との経路長差を0.625mmに設定する。

給電点Ａ０から一番遠い１次元アレーアンテナ１２の他方の端のアンテナ素子に給電する給電線の長さは、給電線Ａ７より3.75mm（0.625×6）長い。なお、この実施形態の給電線２２は給電用導波管で構成されるものであり、アンテナ平面１０ａ上で目視することはできない。

第１検波部２０は、平面アレーアンテナ１１で受信した受信信号を検波する。第１検波部２０は、平面アレーアンテナ１１に到来する電波の電磁エネルギー密度Ｑに関連付けられた検波出力電圧を出力する。

第２検波部３０は、１次元アレーアンテナ１２で受信した受信信号を検波する。第２検波部３０は、１次元アレーアンテナ１２に到来する電波の電磁エネルギー密度Ｑに関連付けられた検波出力電圧を出力する。

メモリ４０は、平面アレーアンテナ１１と１次元アレーアンテナ１２との指向特性を記録する。この指向特性は、上記の凸形状で模式的に表したそれぞれのアンテナのアンテナパタンである。平面アレーアンテナ１１のアンテナパタンは、アンテナ利得の関数と称することもでき、Ｇ１（θ）と表記する。また、１次元アレーアンテナ１２のアンテナパタンを、Ｇ２（θ）と表記する。

計算部５０は、第１検波部２０が出力する検波出力電圧と、第２検波部３０が出力する検波出力電圧と、アンテナパタンＧ１（θ），Ｇ２（θ）とを用いて電波の到来角度を計算する。電波の到来角度は、式（１）と式（２）とに含まれる角度θである。

角度θは、平面アレーアンテナ１１の正面方向からのずれ角である。つまり、ずれ角を補正すれば平面アレーアンテナ１１の正面は電波の到来方向に向くので、角度θを電波の到来角度とみなすことができる。

ここで、Ｐ１は平面アレーアンテナ１１の受信電力、Ｐ２は１次元アレーアンテナ１２の受信電力であり、それぞれ検波出力電圧から求められる既知の値である。また、アンテナパタンＧ１（θ），Ｇ２（θ）も、角度θごとの値がメモリに記録されているので既知である。また、Ｗ（ｔ）は電波の電磁エネルギー密度である。Ｗ（ｔ）の単位はジュール/秒である。

Ｐ１とＰ２を同時に計測することで、２つの変数である電波の電磁エネルギー密度Ｗ（ｔ）と電波の到来角度θに対して２つの関係式が得られるため、この２つの式より計測時点の電波の電磁エネルギー密度Ｗ（ｔ）と電波の到来角度θを計算することができる。到来角度θは、式（１）と式（２）が成立するアンテナパタンＧ１（θ）とＧ２（θ）とを代入して計算して求める。

図３に、アンテナ装置１の動作フローを示す。図３を参照してアンテナ装置１が行う電波到来方向推定方法を説明する。

アンテナ装置１が動作を開始すると、第１検波部２０は、平面アレーアンテナ１１で受信した受信信号を検波する（ステップＳ１）。ステップＳ１は、第１検波ステップに相当する。

第２検波部３０は、１次元アレーアンテナで受信した受信信号を検波する（ステップＳ２）。ステップＳ２は、第２検波ステップに相当する。

計算部５０は、第１検波部２０が出力する検波出力電圧から平面アレーアンテナ１１の受信電力Ｐ１を算出する（ステップＳ３）。次に計算部５０は、第２検波部３０が出力する検波出力電圧から１次元アレーアンテナ１２の受信電力Ｐ２を算出する（ステップＳ４）。なお、検波出力電圧から受信電力は、例えば、予め求めた検波出力電圧と受信電力との相関関係から算出する。算出は予め求めた一覧表を参照する方式でもよいし、相関式から算出するようにしてもよい。

そして、計算部５０は、受信電力Ｐ１とＰ２と、メモリに記録されている平面アレーアンテナ１１と１次元アレーアンテナ１２のアンテナパタンＧ１（θ），Ｇ２（θ）とを用いて電波の到来角度θを計算する（ステップＳ５）。ステップＳ３〜Ｓ５は、計算ステップに相当する。

以上説明したようにアンテナ装置１によれば、従来の同じ目的のアンテナ装置（特許文献１）よりも少ない部品点数で、電波の到来角度を計算することができる。

なお、アンテナ装置１は、Ｘ軸を中心軸とする仰角方向の電波の到来角度を計算するアンテナ装置である。次に、仰角方向と水平方向の２方向の電波の到来角度を計算できるようにしたアンテナ装置２を説明する。

〔第２実施形態〕
図４に、本発明の第２実施形態のアンテナ装置２の機構構成例を示す。本実施形態のアンテナ装置２は、第２の１次元アレーアンテナ２２と、第３検波部２３と、メモリ２４と、計算部２５とを具備する点でアンテナ装置１（図１）と異なる。

第２の１次元アレーアンテナ２２は、１次元アレーアンテナ１２の配列方向と直交する向きで、平面アレーアンテナ１１の一辺に沿って配列される。第２の１次元アレーアンテナ２２の最大利得が得られる方向は、平面アレーアンテナ１１と異なる向きである。第２の１次元アレーアンテナ２２は、第１アレーアンテナ１２と同様に各アンテナ素子の給電線の長さが、隣接するアンテナ素子毎に順次増加するように形成されている。その最大利得の方向は、第２の１次元アレーアンテナ２２上に破線の凸形状で示すように、Ｙ軸を中心とする水平方向の＋（プラス）に設定されている。

第３検波部２３は、第２の１次元アレーアンテナ２２で受信した受信信号を検波する。第３検波部２３は、第２の１次元アレーアンテナ２２に到来する電波の電磁エネルギー密度Ｑに関連付けられた検波出力電圧を出力する。

メモリ２４は、平面アレーアンテナ１１と１次元アレーアンテナ１２と第２の１次元アレーアンテナ２２の指向特性を記録する。メモリ２４は、第１実施形態のメモリ４０が記憶する情報に加えて、第２の１次元アレーアンテナ２２のアンテナパタンＧ３（θ）も記録する。

計算部２５は、第１検波部２０が出力する検波出力電圧と、第２検波部３０が出力する検波出力電圧と、第３検波部２３が出力する検波出力電圧と、各アンテナの指向特性とを用いて電波の到来角度を計算する。本実施形態では、第１実施形態の仰角方向に加えて水平方向についての電波の到来角度も計算する。

平面アレーアンテナ１１の仰角方向の回転角度（ずれ角）をθ、水平方向の回転角度（ずれ角）をφとし、アンテナパタンをθとφの関数とする。平面アレーアンテナ１１のアンテナパタンＧ１（θ，φ）、１次元アレーアンテナ１２のアンテナパタンＧ２（θ，φ）、第２の１次元アレーアンテナ２２のアンテナパタンＧ３（θ，φ）である。

計算部２５は、各々のアンテナの受信電力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を計算し、下記する３式から、測定時点における電波の電磁エネルギー密度Ｗ（ｔ）とアンテナの仰角方向のずれ角θと水平方向のずれ角φとを計算する。

このように、受信電力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を同時に測定すれば、２つの変数Ｗ（ｔ）とθ，φとに対して３つの関係式が得られる。この３の式から、仰角方向と水平方向の２方向の電波の到来角度θ，φを計算することができる。

なお、アンテナ装置２が行う電波到来方向推定方法は、上記のアンテナ装置１が行う電波到来方向推定方法に対して、第２の１次元アレーアンテナ２２の受信信号を第３検波部２３で検波する第３検波ステップが追加される点で異なる。また、計算部２５が行う計算ステップが第３検波ステップで得られた検波出力電圧と、メモリ２４に記録されたアンテナパタンＧ３（θ）を用いる点で異なるが、電波到来方向推定方法としての基本的な考えは同じである。よって、図面を参照したアンテナ装置２の電波到来方向推定方法の説明については省略する。

以上説明した電波到来方向推定方法を利用することで、平面アレーアンテナ１１の到来電波に対する方向のずれを自動的に補正することが可能な電波到来方向追従アンテナ装置３を構成することができる。次に、その電波到来方向追従アンテナ装置３について説明する。

〔第３実施形態〕
図５に、本発明の第３実施形態の電波到来方向追従アンテナ装置３の機能構成例を示す。本実施形態の電波到来方向追従アンテナ装置３は、第１実施形態のアンテナ装置１を用いて平面アレーアンテナ１１の仰角方向の到来電波に対する方向のずれを自動的に補正するアンテナ装置である。なお、図５において、アンテナ装置１は平面アレーアンテナ１１と１次元アレーアンテナ１２のみを示し、他の機能構成例の表記は省略している。

電波到来方向追従アンテナ装置３は、アンテナ装置１と、電動雲台３１と、雲台制御部３２とを具備する。電動雲台３１は、アンテナ装置１の姿勢を変化させる。この例のアンテナ装置１は仰角方向の回転角度（ずれ角）を出力するので、電動雲台３１は仰角方向に回転する一軸の雲台である。アンテナ装置１は、アンテナ平面１０ａのＸ軸を中心とした水平方向に固定され、仰角方向に回転可能な台の上に固定される。

雲台制御部３２は、電動雲台３１を制御する。雲台制御部３２は、アンテナ装置１が出力する電波の到来角度の情報を用いて、電動雲台の仰角方向の回転角度を制御し、アンテナ装置１のアンテナ平面１０ａの正面方向を電波の到来方向に一致させる。

このように、本実施形態の電波到来方向追従アンテナ装置３は、平面アレーアンテナ１１の方向を自動的に電波の到来方向に合わせることができる。次に、平面アレーアンテナ１１の水平方向の姿勢を制御する電波到来方向追従アンテナ装置４について説明する。

〔第４実施形態〕
図６に、本発明の第４実施形態の電波到来方向追従アンテナ装置４の機能構成例を示す。電波到来方向追従アンテナ装置４は、平面アレーアンテナ１１の水平方向の姿勢を制御するようにしたアンテナである。

電波到来方向追従アンテナ装置４は、アンテナ装置４４と、電動雲台４５とを具備する点で電波到来方向追従アンテナ装置３と異なる。アンテナ装置４４は、アンテナ装置２の平面アレーアンテナ１１から１次元アレーアンテナ１２の構成を削除したものである。アンテナ装置４４は、平面アレーアンテナ１１の水平方向の回転角度（ずれ角）を、電波の到来角度として出力する。

電動雲台４５は、Ｙ軸を中心に水平方向に回転する一軸の雲台である。アンテナ装置４４は、アンテナ平面４２ａのＹ軸を中心とした仰角方向に固定され、水平方向に回転可能な台の上に固定される。雲台制御部３２は、アンテナ装置４４が出力する電波の到来角度の情報を用いて、電動雲台の仰角方向の回転角度を制御し、アンテナ装置４４のアンテナ平面４２ａの正面方向を電波の到来方向に一致させる。

次に、平面アレーアンテナの仰角方向と水平方向の２つの姿勢を制御する電波到来方向追従アンテナ装置５について説明する。

〔第５実施形態〕
図７に、本発明の第５実施形態の電波到来方向追従アンテナ装置５の機能構成例を示す。本実施形態の電波到来方向追従アンテナ装置５は、第２実施形態のアンテナ装置２を用いて平面アレーアンテナ１１の仰角方向のずれ角を自動的に補正するものである。なお、図７において、アンテナ装置２は平面アレーアンテナ１１と１次元アレーアンテナ１２と第２の１次元アレーアンテナ２２のみを示し、他の機能構成例の表記は省略している。

電波到来方向追従アンテナ装置５は、アンテナ装置２と、電動雲台５１と、雲台制御部５２とを具備する。電動雲台５１は、アンテナ装置２の姿勢を変化させる。アンテナ装置２は、仰角方向の回転角度（ずれ角θ）と水平方向の回転角度（ずれ角φ）を出力するので、電動雲台５１は仰角方向と水平方向の２方向に回転する二軸の雲台である。アンテナ装置２は、２方向に回転可能な電動雲台５１の台の上に固定される。

雲台制御部５２は、電動雲台５１を制御する。雲台制御部５２は、アンテナ装置２が出力する電波の到来角度の情報を用いて、電動雲台５１の仰角方向と水平方向の回転角度を制御し、アンテナ装置２のアンテナ平面２１ａの正面方向を電波の到来方向に一致させる。

以上説明したように、アンテナ装置１（図１）とアンテナ装置２（図４）は、従来の同じ目的のアンテナ装置（特許文献１）より少ない部品点数で低コストに電波到来方向を推定することができる。また、アンテナ装置１と２が行う電波到来方向推定方法を用いることで、平面アレーアンテナ１１の方向を自動的に電波の到来方向に合わせられる電波到来方向追従アンテナ装置を実現することができる。

なお、上記した実施形態では、導波型平面アンテナを用いた例で説明を行ったが、他の例えば、スロットアンテナやパッチアンテナ等の他の種類のアンテナに対しても、本発明の技術思想を適用することが可能である。また、１次元アレーアンテナ１２と第２の１次元アレーアンテナ２２とは、平面アレーアンテナ１１を挟んで反対側の一辺に沿って形成してもよい。

また、雲台制御部３２等は、例えば、マイクロコンピュータで構成することが可能である。その場合、雲台制御部３２が実行する処理は、プログラムで実現することになる。また、プログラム処理内容の一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。

このように本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。

１：アンテナ装置
２：アンテナ装置
３：電波到来方向追従アンテナ装置
４：電波到来方向追従アンテナ装置
５：電波到来方向追従アンテナ装置
１０：平板
１０ａ：アンテナ平面
１１：平面アレーアンテナ
１２：１次元アレーアンテナ
２０：第１検波部
３０：第２検波部
４０：メモリ
５０：計算部
２１：平板
２１ａ：アンテナ平面
２２：第２の１次元アレーアンテナ
２３：第３検波器
２４：メモリ
２５：計算部
３１：電動雲台
３２：雲台制御部
４２：平板
４２ａ：アンテナ平面
４４：アンテナ装置
５１：電動雲台
５２：雲台制御部

本発明のアンテナ装置は、最大利得が得られる方向を正面方向に向けた平面アレーアンテナと、前記平面アレーアンテナの一辺に沿って配列され、最大利得を得られる方向が前記平面アレーアンテナと異なる向きの１次元アレーアンテナと、前記平面アレーアンテナと前記１次元アレーアンテナにおける受信電力に対する到来角度と電磁エネルギー密度の関数を記録したメモリと、前記平面アレーアンテナで、前記アレーアンテナの受信と同時に受信した受信信号を検波する第１検波部と、前記１次元アレーアンテナで受信した受信信号を検波する第２検波部と、前記到来角度を計算する計算部とを具備し、前記計算部は、前記第１検波部が出力する第１検波出力電圧と、前記第２検波部が出力する第２検波出力電圧と、前記受信電力に対する到来角度と電磁エネルギー密度の関数とからアンテナ装置に到来した電波の到来角度を計算する計算部とを具備することを要旨とする。

また、本発明の電波到来方向追従アンテナ装置は、上記のアンテナ装置と、前記アンテナ装置の姿勢を変化させる電動雲台と、前記電動雲台を制御する電動雲台制御部とを具備し、前記電動雲台制御部は、前記到来角度に基づいて前記電動雲台を前記平面アレーアンテナの正面方向を電波の到来方向に一致させるように制御することを要旨とする。

また、本発明の電波到来方向推定方法は、アンテナ装置が行う電波到来方向推定方法であって、最大利得が得られる方向を正面方向に向けた平面アレーアンテナで受信した受信信号を検波する第１検波ステップと、前記平面アレーアンテナの一辺に沿って配列され、最大利得を得られる方向が前記平面アレーアンテナと異なる向きの１次元アレーアンテナで受信した受信信号を検波する第２検波ステップと、前記第１検波ステップで得られた第１検波出力電圧と、前記第２検波ステップで得られた第２検波出力電圧と、メモリに記録された前記平面アレーアンテナと前記１次元アレーアンテナにおける受信電力に対する到来角度と電磁エネルギー密度の関数を用いてアンテナ装置に到来した電波の到来角度を計算する計算ステップとを行うことを要旨とする。

Claims

最大利得が得られる方向を正面方向に向けた平面アレーアンテナと、
前記平面アレーアンテナの一辺に沿って配列され、最大利得を得られる方向が前記平面アレーアンテナと異なる向きの１次元アレーアンテナと、
前記平面アレーアンテナと前記１次元アレーアンテナとの指向特性を記録したメモリと、
前記平面アレーアンテナで受信した受信信号を検波する第１検波部と、
前記１次元アレーアンテナで受信した受信信号を検波する第２検波部と、
前記第１検波部が出力する検波出力電圧と、前記第２検波部が出力する検波出力電圧と、前記指向特性とを用いて電波の到来角度を計算する計算部と
を具備することを特徴とするアンテナ装置。
最大利得が得られる方向を正面方向に向けた平面アレーアンテナと、
前記平面アレーアンテナの一辺に沿って配列され、最大利得を得られる方向が前記平面アレーアンテナと異なる向きの第１の１次元アレーアンテナと、
前記１次元アレーアンテナの配列方向と直交する向きに配列され、最大利得を得られる方向が前記平面アレーアンテナと異なる向きの第２の１次元アレーアンテナと、
前記平面アレーアンテナと前記第１の１次元アレーアンテナと前記第２の１次元アレーアンテナとの指向特性を記録したメモリと、
前記平面アレーアンテナで受信した受信信号を検波する第１検波部と、
前記第１の１次元アレーアンテナで受信した受信信号を検波する第２検波部と、
前記第２の１次元アレーアンテナで受信した受信信号を検波する第３検波部と、
前記第１検波部が出力する検波出力電圧と、前記第２検波部が出力する検波出力電圧と、前記第３検波部が出力する検波出力電圧と、前記指向特性とを用いて電波の到来角度を計算する計算部と
を具備することを特徴とするアンテナ装置。
請求項１又は２に記載したアンテナ装置において、
前記１次元アレーアンテナの指向性を、前記平面アレーアンテナの正面方向からα°偏向させる場合、隣接して配置される前記１次元アレーアンテナのアンテナ素子の経路長差を、電波の波長をλとした場合に0.5×sin(α)×λとすることを特徴とするアンテナ装置。
請求項１乃至３の何れかに記載したアンテナ装置において、
前記平面アレーアンテナと前記１次元アレーアンテナとは、同一平面上に形成されることを特徴とするアンテナ装置。
最大利得が得られる方向を正面方向に向けた平面アレーアンテナと、
前記平面アレーアンテナの一辺に沿って配列され、最大利得を得られる方向が前記平面アレーアンテナと異なる向きの１次元アレーアンテナと、
前記平面アレーアンテナと前記１次元アレーアンテナとの指向特性を記録したメモリと、
前記平面アレーアンテナで受信した受信信号を検波する第１検波部と、
前記１次元アレーアンテナで受信した受信信号を検波する第２検波部と、
前記第１検波部が出力する検波出力電圧と、前記第２検波部が出力する検波出力電圧と、前記指向特性とを用いて電波の到来角度を計算する計算部とを具備するアンテナ装置と、
前記アンテナ装置の姿勢を変化させる電動雲台と、
前記到来角度を用いて前記電動雲台を制御する電動雲台制御部とを具備する
ことを特徴とする電波到来方向追従アンテナ装置。
アンテナ装置が行う電波到来方向推定方法であって、
最大利得が得られる方向を正面方向に向けた平面アレーアンテナで受信した受信信号を検波する第１検波ステップと、
前記平面アレーアンテナの一辺に沿って配列され、最大利得を得られる方向が前記平面アレーアンテナと異なる向きの１次元アレーアンテナで受信した受信信号を検波する第２検波ステップと、
前記第１検波ステップで得られた検波出力電圧と、前記第２検波ステップで得られた検波出力電圧と、メモリに記録された前記平面アレーアンテナと前記１次元アレーアンテナとの指向特性とを用いて電波の到来角度を計算する計算ステップと
を行うことを特徴とする電波到来方向推定方法。
アンテナ装置が行う電波到来方向推定方法であって、
最大利得が得られる方向を正面方向に向けた平面アレーアンテナで受信した受信信号を検波する第１検波ステップと、
前記平面アレーアンテナの一辺に沿って配列され、最大利得を得られる方向が前記平面アレーアンテナと異なる向きの第１の１次元アレーアンテナで受信した受信信号を検波する第２検波ステップと、
前記１次元アレーアンテナの配列方向と直交する向きに配列され、最大利得を得られる方向が前記平面アレーアンテナと異なる向きの第２の１次元アレーアンテナで受信した受信信号を検波する第３検波ステップと、
前記第１検波ステップで得られた検波出力電圧と、前記第２検波ステップで得られた検波出力電圧と、前記第３検波ステップで得られた検波出力電圧と、メモリに記録された前記平面アレーアンテナと前記第１の１次元アレーアンテナと前記第２の１次元アレーアンテナの指向特性とを用いて電波の到来角度を計算する計算ステップと
を行うことを特徴とする電波到来方向推定方法。