JP2024004787A - 高周波装置用アンテナアレイ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】任意のビーム角において、グレーディングローブの追従・抑圧機能および、サイドローブ性能を維持しながら低消費電力化できるようにした高周波装置用アンテナアレイ制御装置を提供する。【解決手段】ベースデザイン２０７ａは二次元的な配列の中で縦方向又は横方向の特定方向に沿って隣接してグルーピングして構成され同一の移相器により制御されるオンエレメント２１１ａを備えると共に、オンエレメント２１１ａとは別に孤立して設けられると共に特定方向（グルーピングと同一方向）に特定間隔を有して配置されるオンエレメント２１１ｃを備える。制御回路は、オフエレメント２１１ａｂ、２１１ｃｂに設定するオンエレメント２１１ａ、２１１ｃをベースデザイン２０７ａよりも増すことでオンエレメント２１１ａ、２１１ｃの個数をベースデザイン２０７ａよりも少なくしてアンテナアレイ２０７を動作させる。【選択図】図８

Description

本発明は、高周波装置用アンテナアレイ制御装置に関する。

高周波装置用にフェーズドアレイアンテナの技術開発が進められている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１記載のフェーズドアレイアンテナによれば、二次元的に個別アレイ要素（以下、オンエレメント）を配列すると共に、当該個別アレイ要素を８個単位、例えば４×２、８×１の方形サブアレイとしてグルーピングしている。そして、複数の方形サブアレイは、位相中心の周期性を低減するようにタイリングされており、これにより、グレーティングローブを低減している。

特表２０１９－５０３６２１号公報

特許文献１記載の技術では、グレーティングローブを抑圧するため、位相中心の周期性を低減している。しかし、グレーティングローブ自体は未だ残存（－１０ｄＢｃ程度）しており、サイドローブ・グレーティングローブを抑圧したビーム走査範囲は±１０°程度にとどまる。また、位相中心の周期性を低減することが原因で、位相中心が全てエレメント座標から不規則にシフトすることになり、位相値の計算やテーパリングの計算を複雑化してしまう。つまり、位相中心位置が縦横方向共にオフグリッドが増えると、隣接するオンエレメントの間隔が０．５λとなる理想距離から変化し、前提がなくなることから位相値の計算が複雑化してしまう。

また発明者は、移相器数削減とシステム簡素化のため隣接した個別アレイ要素を縦または横方向にグルーピングすることで、グルーピングと同じ縦または横方向スキャン時にグレーティングローブを発生させてしまうことを突き止めている。また、発明者らは、本願に先立つ先願にて、特定間隔に配置したシングルエレメントのペアを用いることでヌルフィルタを形成し、グレーティングローブをキャンセル可能な技術を提案している。他方、例えばスキャン型のレーダセンサでは、コスト削減とシステムの簡素化のため、フェイズドアレイのエレメントに電気的に接続する移相器の個数のさらなる削減が特に求められている。さらに、周囲の不要波抑圧のためサイドローブ抑圧可能な技術が求められている。

本発明の目的は、任意のビーム角において、グレーディングローブの追従・抑圧する能力および、サイドローブ性能を維持しながら低消費電力化できるようにした高周波装置用アンテナアレイ制御装置を提供することにある。

請求項１記載の発明によれば、アンテナアレイは、二次元的な配列の中で縦方向又は横方向の特定方向に沿って隣接してグルーピングして構成され同一の移相器により制御される有効エレメントに設定されると共に、有効エレメントとは別に孤立して設けられると共に特定方向（グルーピングと同じ方向）に特定間隔を有して点対称配置されるシングル・オンエレメントに設定されるベースデザインに基づいて構成されるものである。エレメント制御部は、移相器に電気的に接続されないオフエレメントに設定するエレメントをベースデザインよりも増すことでオンエレメントの個数をより少なくしてアンテナアレイを動作させるようにしているため、オンエレメントとして動作させる移相器の個数を削減できるようになり、低消費電力化できる。

第１実施形態について概略的に示すレーダ装置の電気的構成図 第１実施形態について送信部を概略的に示す電気的構成図 第１実施形態について受信部を概略的に示す電気的構成図 第１実施形態について受信アンテナアレイを構成するエレメントの配置態様を模式的に示す図（ベースデザイン） 第１実施形態について受信アンテナアレイを構成するエレメントの配置寸法の説明図 第１実施形態について送信アンテナアレイを構成するエレメントの配置態様を模式的に示す図 第１実施形態について送信アンテナアレイを構成するエレメントの配置寸法の説明図 第１実施形態の有効エレメントを減らした最適化パターンを模式的に示す図のその１ 第１実施形態の有効エレメントを減らした最適化パターンを模式的に示す図のその２ 第１実施形態のE-plane正面方向のビームパターン・シミュレーション比較結果のその１（64CH all ON vs. 45CH ON(低消費電力動作）) 第１実施形態のE-plane 17.5°のビームパターン・シミュレーション比較結果のその２（64CH all ON vs. 45CH ON(低消費電力動作）） 第１実施形態のH-plane正面方向のビームパターン・シミュレーション比較結果のその３（64CH all ON vs. 45CH ON(低消費電力動作)） 第１実施形態のH-plane 60°方向のビームパターン・シミュレーション比較結果のその４（64CH all ON vs. 45CH ON(低消費電力動作)） 比較例の配置パターンを模式的に示す図

以下、高周波アンテナアレイ制御装置をレーダ装置１に用いた一実施形態について図面を参照しながら説明する。レーダ装置１は、車両の所定箇所に取付けられるもので、１０ｍ～数百ｍ程度の所定範囲をスキャンする長距離レーダ（Long Range Radar：ＬＲＲ）用途、又は短距離レーダとして用いられる。

図１に例示したように、車両用のレーダ装置１は、制御回路２、信号生成部３、送信部４、受信部５、信号処理部６、送信アンテナアレイ１０７、及び受信アンテナアレイ２０７を備える。レーダ装置１の受信アンテナアレイ２０７は、例えば受信ＲＸのチャンネル数を複数とし、各受信ＲＸのチャンネルの信号を合成処理することで物標８までの距離、存在角度などを算出する。

制御回路２は、所定の制御ロジックを実行することで本願に係るエレメント制御部として機能する構成であり、信号生成部３、送信部４、受信部５の各種制御を実行する。このときレーダ装置１に関する周波数、増幅度、位相値φなどを制御する。

信号生成部３は、図示しないが例えばＰＬＬ、逓倍器を備えており、送信部４に出力するローカル信号を生成すると共に、受信部５に出力するローカル信号を生成する。このとき、同一のＰＬＬから受信ＲＸのチャンネルの混合器７にローカル信号を供給する。ローカル信号は、例えば、７７ＧＨｚ帯の信号を示す。

送信部４は、図２に示すように、可変利得増幅器１１、移相器１２、及び増幅器１３を備え、パッド１０を通じて送信アンテナアレイ１０７に接続される。可変利得増幅器１１は、制御回路２の制御に基づいて増幅度を調整可能に構成され、信号生成部３のＴＸ信号を入力する。移相器１２は、可変利得増幅器１１の出力位相を移相するもので、制御回路２の制御に基づいてその位相値φを変更可能になっている。増幅器１３は、所謂パワーアンプによるもので移相器１２の出力信号を増幅する。

移相器１２には増幅器１３を介して送信アンテナアレイ１０７が電気的に接続されている。送信アンテナアレイ１０７は、詳細を後述するがフェーズドアレイアンテナにより構成され、レーダを物標８に向けて出力できる。物標８に反射した受信波は受信アンテナアレイ２０７に入力される。

図１に示す受信部５は、図３に示すパッド２０を通じて受信アンテナアレイ２０７に接続されている。受信部５は、複数の受信ＲＸのチャンネル毎に同一の形態を備えている。それぞれの受信部５は、図３に示すように、可変利得増幅器１４、移相器１５、及び増幅器１６、を備える。移相器１５は、可変利得増幅器１４を通じて受信アンテナアレイ２０７に電気的に接続されている。

受信部５は、受信アンテナアレイ２０７から信号を受信すると、可変利得増幅器１４が受信アンテナアレイ２０７から受信した信号を増幅し、移相器１５は、可変利得増幅器１４の増幅信号を位相値φだけ移相する。そして増幅器１６が移相器１５の移相信号を増幅して受信ＲＸのチャンネル毎の混合器７に出力する。

他方、信号生成部３は、ローカル信号を受信部５に出力すると、ＬＯアンプ９がローカル信号を増幅し混合器７に出力する。混合器７は、増幅器１６の出力とＬＯアンプ９の出力とを混合しＩＦ信号として信号処理部６に出力する。図１に示す信号処理部６は、制御回路２と同様にプロセッサ又は所定の電子制御ロジックにより構成されている。

信号処理部６は、混合器７により処理されたＩＦ信号について、図示しないＩＦフィルタによりフィルタ処理した後にＡ／Ｄ変換し、その後ＦＦＴ結果を用いてデジタルビーム形成（ＤＢＦ）等の信号処理を行うことで、物標８までの距離や、物標８との相対速度、物標８の存在角度を測定できる。

制御回路２は、送信部４の移相器１２の位相値φｔｘ、及び、各受信チャンネルの受信部５の移相器１５の位相値φｒｘを制御することでビーム走査角を制御できる。このときセクタ領域の中に狭い仮想ビームを形成し、より高い分解能でスキャンの物標８を識別できる。セクタ領域に視野を絞りこむことができるため、従来のＭＩＭＯレーダに比較して計算量を削減できる。ハイブリッド方式は、スキャン時間短縮と高分解能能力のトレードオフを緩和した効率の良いスキャン手法と言える。また、複数の物標８に対して前述のＤＢＦより高い分離能が得られる多信号分類処理（MUltiple SIgnal Classification： ＭＵＳＩＣ）などを適用することもできる。

以下、このようなレーダ装置１に用いられる受信アンテナアレイ２０７のベースデザイン２０７ａ、送信アンテナアレイ１０７のベースデザイン１０７ａのエレメント配置について説明する。図４に示すように、受信アンテナアレイ２０７はフェーズドアレイアンテナとして用いられ、それぞれ受信部５に電気的に接続されるオンエレメント２１１ａ、２１１ｃ、受信部５に電気的に接続されないオフエレメント２１１ｂを組み合わせて構成されている。

オンエレメント２１１ａは第２グルーピング・オンエレメント、有効エレメント相当であり、オンエレメント２１１ｃは第２シングル・オンエレメント、有効エレメント相当である。オンエレメント２１１ｃは、特定方向となるＹ方向に離間して一対に設けられるが、この一対のオンエレメント２１１ｃが一対の第２シングル・オンエレメントに相当する。オフエレメント２１１ｂは、ダミーエレメント相当である。各オンエレメント２１１ａ、２１１ｃから受信部５の混合器１７に至るまでの電気的な線路長は等位相になるよう互いに等長経路に構成すると良い。

図４に示したように、受信アンテナアレイ２０７のエレメント２１１ａ～２１１ｃはそれぞれ金属矩形面を備える。受信アンテナアレイ２０７の外枠は方形に構成されており、受信アンテナアレイ２０７の外枠の中の格子状の頂点の領域に矩形状のエレメント２１１ａ～２１１ｃを配置している。本実施形態では、図４に示すように、オンエレメント２１１ａ、２１１ｃが１６行１２列に区画された二次元的な所定領域内に配置されている形態を説明するが、これに限られない。また受信アンテナアレイ２０７と送信アンテナアレイ１０７とは、外枠が同一形状とされている。なお、図５には図４に示す受信アンテナアレイ２０７の一部を抜き出して示している。

また図６に示すように、送信アンテナアレイ１０７もまた、フェーズドアレイアンテナとして用いられるもので、送信部４に電気的に接続されるオンエレメント１１１ａ、１１１ｃ、送信部４に電気的に接続されないオフエレメント１１１ｂを組み合わせて構成されている。オンエレメント１１１ａは、第１グルーピング・オンエレメント、有効エレメント相当であり、オンエレメント１１１ｃは、第１シングル・オンエレメント、有効エレメント相当である。オンエレメント１１１ｃは、特定方向となるＹ方向に離間して一対に設けられるが、この一対のオンエレメント１１１ｃが一対の第１シングル・オンエレメントに相当する。またオフエレメント１１１ｂは、ダミーエレメント相当である。送信部４の移相器１２の出力から各オンエレメント１１１ａ、１１１ｃに至るまでの電気的な線路長は等位相になるよう互いに等長経路に構成すると良い。

図６に示したように、送信アンテナアレイ１０７のエレメント１１１ａ～１１１ｃはそれぞれ金属矩形面を備える。送信アンテナアレイ１０７の外枠は方形に構成されており、送信アンテナアレイ１０７の外枠の中の格子状の頂点の領域に矩形状のエレメント１１１ａ～１１１ｃを配置している。

送信アンテナアレイ１０７のエレメント１１１ａ～１１１ｃ、受信アンテナアレイ２０７のエレメント２１１ａ～２１１ｃは、それぞれ、隣り合うエレメント１１１ａ～１１１ｃ、２１１ａ～２１１ｃの間の中心間隔をレーダ波長λの２分の１に設定しており、各エレメント１１１ａ～１１１ｃ、２１１ａ～２１１ｃの形状をそれぞれ四角形状に構成している。ここでは、四角形状に構成した形態を示すが、六角形状に構成しても良いし八角形状に構成しても良い。送信アンテナアレイ１０７、受信アンテナアレイ２０７は、それぞれＸＹ平面に配置されており、ＸＹ平面に直交した＋Ｚ軸方向からビームを送受信する。

本形態では図３～図６に簡略的に示したが、送信アンテナアレイ１０７、受信アンテナアレイ２０７の二次元的な配列の最外周にダミーエレメント（図示せず）を別途配置しても良い。ここでいうダミーエレメントは、オフエレメント１１１ｂ、２１１ｂと同様に送信部４、受信部５には接続されていない。二次元的な配列の最外周にダミーエレメントを配置することで、送信アンテナアレイ１０７、受信アンテナアレイ２０７を用いた送受信信号の品質を向上できる。本形態では、オンエレメント１１１ａ、１１１ｃ、２１１ａ、２１１ｃ及びオフエレメント１１１ｂ、２１１ｂの二次元配置を工夫することで、移相制御すべきオンエレメント１１１ａ、１１１ｃ、２１１ａ、２１１ｃの個数を減らし、移相制御をより簡単化している。

以下の説明では、図４、図６に示したように、送信アンテナアレイ１０７、受信アンテナアレイ２０７の列を列Ｘ１～Ｘ１２と称する。また送信アンテナアレイ１０７、受信アンテナアレイ２０７の行を行Ｙ１～Ｙ１６と称する。

そして、エレメント１１１ａ～１１１ｃ、２１１ａ～２１１ｃの配置領域を示す場合、座標（Ｘ，Ｙ）の表記をもって表す。また、図６に示したように、例えば、列Ｘ３において、行Ｙ２のオンエレメント１１１ａと行Ｙ３のオンエレメント１１１ａが電気的に接続されており、グルーピングされている場合、「Ｙ２－Ｙ３」のように、マイナス符号により結合することで、オンエレメント１１１ａがグルーピングされていることを表す。

図６に示す送信アンテナアレイ１０７のオンエレメント１１１ａ、１１１ｃは、プリント配線基板を用いた伝送線路により送信部４に接続されており、これにより、送信アンテナアレイ１０７のグルーピングしたオンエレメント１１１ａ、およびシングル・オンエレメント１１１ｃからビームのエネルギーを合成し放射することで、指向性を持たせた送信ビームを形成できる。また、図４に示す受信アンテナアレイ２０７のベースデザイン２０７ａのオンエレメント２１１ａ、２１１ｃは、プリント配線基板を用いた伝送線路により受信部５に接続されており、これにより受信アンテナアレイ２０７のオンエレメント２１１ａ、２１１ｃから信号を所望の角度にエネルギーを合成し受信することで、指向性を持たせた受信ビームを形成できる。

＜受信アンテナアレイ２０７のベースデザイン２０７ａにおけるオンエレメント２１１ａ、２１１ｃの配列構造の詳細説明＞
次に、図４を参照し、ベースデザイン２０７ａにおけるオンエレメント２１１ａ、２１１ｃの配置構造を詳細に説明する。図４に示すように、受信アンテナアレイ２０７は、行Ｙ８と行Ｙ９との間に全行の中心部が位置しており、列Ｘ６と列Ｘ７との間に全列の中心部が位置している。オンエレメント２１１ａ、２１１ｃは、これらの行の中心部に対して上下対称で、且つ、列の中心部に対して左右対称に配置されている。また、オンエレメント２１１ａ、２１１ｃは、受信アンテナアレイ２０７の中心部に対し点対称となるように配置されている。

具体的に、ベースデザイン２０７ａの中で図示左半領域のオンエレメント２１１ａは、
座標（Ｘ１，Ｙ３－Ｙ４）及び座標（Ｘ１，Ｙ１３－Ｙ１４）、
座標（Ｘ２，Ｙ２－Ｙ３）及び座標（Ｘ２，Ｙ１４－Ｙ１５）、
座標（Ｘ２，Ｙ５－Ｙ６）及び座標（Ｘ２，Ｙ１１－Ｙ１２）、
座標（Ｘ２，Ｙ８－Ｙ９）、
座標（Ｘ３，Ｙ４－Ｙ５）及び座標（Ｘ３，Ｙ１２－Ｙ１３）、
座標（Ｘ３，Ｙ７－Ｙ８）及び座標（Ｘ３，Ｙ９－Ｙ１０）、
に位置して上下対称に配置されている。

また、オンエレメント２１１ａは、
座標（Ｘ４，Ｙ１－Ｙ２）及び座標（Ｘ４，Ｙ１５－Ｙ１６）、
座標（Ｘ４，Ｙ３－Ｙ４）及び座標（Ｘ４，Ｙ１３－Ｙ１４）、
座標（Ｘ４，Ｙ６－Ｙ７）及び座標（Ｘ４，Ｙ１０－Ｙ１１）、
座標（Ｘ５，Ｙ４－Ｙ５）及び座標（Ｘ５，Ｙ１２－Ｙ１３）、
座標（Ｘ５，Ｙ６－Ｙ７）及び座標（Ｘ５，Ｙ１０－Ｙ１１）、
座標（Ｘ５，Ｙ８－Ｙ９）、
座標（Ｘ６，Ｙ２－Ｙ３）及び座標（Ｘ６，Ｙ１４－Ｙ１５）、
座標（Ｘ６，Ｙ７－Ｙ８）及び座標（Ｘ６，Ｙ９－Ｙ１０）、
に位置して上下対称に配置されている。

さらに、ベースデザイン２０７ａの中で図示右半領域のオンエレメント２１１ａは、
座標（Ｘ１２，Ｙ３－Ｙ４）及び座標（Ｘ１２，Ｙ１３－Ｙ１４）、
座標（Ｘ１１，Ｙ２－Ｙ３）及び座標（Ｘ１１，Ｙ１４－Ｙ１５）、
座標（Ｘ１１，Ｙ５－Ｙ６）及び座標（Ｘ１１，Ｙ１１－Ｙ１２）、
座標（Ｘ１１，Ｙ８－Ｙ９）、
座標（Ｘ１０，Ｙ４－Ｙ５）及び座標（Ｘ１０，Ｙ１２－Ｙ１３）、
座標（Ｘ１０，Ｙ７－Ｙ８）及び座標（Ｘ１０，Ｙ９－Ｙ１０）、
に位置して上下対称に配置されている。

また、オンエレメント２１１ａは、
座標（Ｘ９，Ｙ１－Ｙ２）及び座標（Ｘ９，Ｙ１５－Ｙ１６）、
座標（Ｘ９，Ｙ３－Ｙ４）及び座標（Ｘ９，Ｙ１３－Ｙ１４）、
座標（Ｘ９，Ｙ６－Ｙ７）及び座標（Ｘ９，Ｙ１０－Ｙ１１）、
座標（Ｘ８，Ｙ４－Ｙ５）及び座標（Ｘ８，Ｙ１２－Ｙ１３）、
座標（Ｘ８，Ｙ６－Ｙ７）及び座標（Ｘ８，Ｙ１０－Ｙ１１）、
座標（Ｘ８，Ｙ８－Ｙ９）、
座標（Ｘ７，Ｙ２－Ｙ３）及び座標（Ｘ７，Ｙ１４－Ｙ１５）、
座標（Ｘ７，Ｙ７－Ｙ８）及び座標（Ｘ７，Ｙ９－Ｙ１０）、
に位置して上下対称に配置されている。

オンエレメント２１１ａのグルーピング方向はＹ方向を特定方向として構成しており、Ｘ方向にはグルーピングされていない。したがって、Ｘ方向には、λ／２ピッチで有効エレメントが配置されており、グレーティングローブは原理的に発生しない。なお本実施形態において、Ｘ方向は、第２方向、横方向に相当し、Ｙ方向は、第１方向、縦方向に相当する。

伝送線路は、一対のオンエレメント２１１ａを接続した接続中央部を受信給電点としており、グルーピングされた一対のオンエレメント２１１ａの位相中心はその接続中央部に位置している。伝送線路は、プリント基板に構成される配線を用いて構成されるが、このとき、ＩＣパッドと一対のオンエレメント２１１ａとを接続する伝送線路の電気的な線路長は、等位相になるよう互いに等長又は互いにｐ×λ（但し、ｐは整数）の関係性とすることが望ましい。

また図４に例示したように、オンエレメント２１１ｃは受信アンテナアレイ２０７の中に特定間隔（第２間隔相当）を有するペアで配置されている。単一のオンエレメント２１１ｃは、オンエレメント２１１ａがグルーピングされたＹ方向と同一方向に離間して２つ配置されており、行の中央部を基準として線対称に配置されている。

オンエレメント２１１ｃは、座標（Ｘ６，Ｙ５）、座標（Ｘ６，Ｙ１２）にて一対に設けられている。オンエレメント２１１ｃは、座標（Ｘ７，Ｙ５）、座標（Ｘ７，Ｙ１２）にて一対に設けられている。行Ｙ５と行Ｙ１２のオンエレメント２１１ｃの間の中心間の距離ｄ１は３．５λとなる。これらの特定間隔の３．５λ離間したオンエレメント２１１ｃは、第１のグレーティングローブ発生角度にヌルを発生可能なヌルフィルタ（steerable null filter）として作用する。

またオンエレメント２１１ｃは、座標（Ｘ５，Ｙ１）、座標（Ｘ５，Ｙ１６）にて一対に設けられている。同様に、オンエレメント２１１ｃは、座標（Ｘ８，Ｙ１）、座標（Ｘ８，Ｙ１６）にて一対に設けられている。行Ｙ１と行Ｙ１６のオンエレメント２１１ｃの間の中心間の距離ｄ２は７．５λとなる。これらの７．５λ離間したオンエレメント２１１ｃは、第２のヌルフィルタとして作用する。

オンエレメント２１１ｃは、座標（Ｘ３，Ｙ２）、座標（Ｘ３，Ｙ１５）にて一対に設けられている。同様にオンエレメント２１１ｃは、座標（Ｘ１０，Ｙ２）、座標（Ｘ１０，Ｙ１５）にて一対に設けられている。隣接するエレメント２１１ａ～２１１ｃの間の行間距離又は列間距離が０．５λであるため、行Ｙ３と行Ｙ１５のオンエレメント２１１ｃの間の中心間の距離ｄ３は６．５λとなる。これらの６．５λ離間したオンエレメント２１１ｃは、第３のヌルフィルタとして作用する。

このように、オンエレメント２１１ｃは、単一のエレメントを離間して配置しているが、これらのオンエレメント２１１ｃの中心間のＹ方向距離ｄ１～ｄ３は、特定間隔の（０．５＋ｍ）λ（但しｍは整数）に設定されている。すなわち、オンエレメント２１１ｃは、受信アンテナアレイ２０７の列中央から線対称で（０.５＋ｍ）λの間隔（但し、ｍ＝１、２、…）にて配置されている。

また、中央部のオンエレメント２１１ａ、２１１ｃの密度を高めるためには、意図的に、ｍを３以上とすることが望ましい。ｍを３以上とすることで、受信アンテナアレイ２０７の中央部の有効エレメントを密にすることができサイドローブ対策できる。なお図６では、ｍ＝３、６、７の例を示している。さらに、ヌルフィルタの特性を変えるため、受信アンテナアレイ２０７の中でｍの値が互いに異なる条件を満たすオンエレメント２１１ｃを複数組設けることが望ましい。グレーティングローブは角度幅を持っているため、グレーティングローブの発生角度近傍に異なる減衰特性を有するヌルフィルタを重ねることで角度幅を有するグレーティングローブ抑圧が可能となる。

図５には、列Ｘ６、Ｘ７のエレメント配置を抜き出して示している。Ｙ方向に隣接する行Ｙ７－Ｙ８のオンエレメント２１１ａには、それぞれ送信ＴＸの移相器１２と受信ＲＸの移相器１５による位相値φが同一値となるように制御される。このため、行Ｙ７－Ｙ８のオンエレメント２１１ａの位相中心は行Ｙ７－Ｙ８の間の中間位置となる。行Ｙ９－Ｙ１０のオンエレメント２１１ａにも同様の信号が与えられるため、行Ｙ９－Ｙ１０のオンエレメント２１１ａの位相中心は行Ｙ９－Ｙ１０の間の中間位置となる。

行Ｙ７－Ｙ８、行Ｙ９－Ｙ１０のそれぞれのエレメント間距離はλ／２であるため、行Ｙ７－Ｙ８と行Ｙ９－Ｙ１０におけるオンエレメント２１１ａの位相中心間隔ｄはλ／２の２倍のλとなる。メインビーム角を変化させたときの理論的なグレーティングローブ角を算出すると、位相中心間隔ｄとレーダ波長λとの関係をｄ＝１λで設計した場合と等価なグレーティングローブ発生角度となり、原理的にグレーティングローブを強く発生させてしまう虞がある。

これは、移相器１２、１５の数の削減のためにＹ方向の隣接エレメントをグルーピングするように設計した弊害により生じている現象であるが、前述したように単一のオンエレメント２１１ｃを挟むことで、位相中心間隔ｄのλ周期性を崩すことができる。これにより、グレーティングローブを数ｄＢ程度低減できることが確認されている。さらに、オンエレメント２１１ｃがヌルフィルタ（steerable null filter）として減衰特性を有し、グレーティングローブを追従・抑圧できることが確認されている。

言い換えると、隣接した一対のオンエレメント２１１ａは、受信アンテナアレイ２０７の中でＹ方向に線対称に配置されているが、そのＹ方向に位置して当該Ｙ方向両側をオフエレメント２１１ｂで挟んだ状態で単一のオンエレメント２１１ｃを配置している。このため、隣接したオンエレメント２１１ａを一対にグルーピングしたとしても位相中心の周期性を崩すことができると言える。

Ｙ方向に沿って隣接した一対のオンエレメント２１１ａに離間して単一のオンエレメント２１１ｃを配置しているため、オンエレメント２１１ａをグルーピングした時の位相中心間隔の一様性を低減でき、グレーティングローブを追従・抑圧できる。

本形態の受信アンテナアレイ２０７のベースデザイン２０７ａの構成によれば、オンエレメント２１１ａの密度を中央部で高くしつつ四隅で低く配置設計することにより、少ない移相器数で構成できると共にサイドローブ性能を低く抑えることができる。テーパリングの観点でも四隅にオンエレメント２１１ａ、２１１ｃを無くした設計は有効に作用する。何故なら受信アンテナアレイ２０７の中央部からの距離が離れているため、テーパリング実現のために、内部の可変利得増幅器１４に大きな減衰量が必要になってしまうためである。

＜送信アンテナアレイ１０７のベースデザイン１０７ａにおけるオンエレメント１１１ａ、１１１ｃの配列構造の詳細説明＞
次に、図６及び図７を参照しベースデザイン１０７ａにおけるオンエレメント１１１ａ、１１１ｃの配列構造を詳細に説明する。オンエレメント１１１ａは、Ｙ方向に隣接した状態にて一対で電気的に送信部４に接続されるエレメントであり、オンエレメント１１１ｃは、Ｙ方向に特定間隔で離間した状態にて一対で電気的に送信部４に接続されるエレメントである。このため、オンエレメント１１１ａ、１１１ｃに付す符号を分けて示している。図６及び図７において、矩形枠を塗りつぶした領域がオンエレメント１１１ａを示しており、孤立したオンエレメント１１１ｃにはハッチングを付して示している。また、オフエレメント１１１ｂは、実線枠にて示しており内部にハッチングを施していない。

図６に示すように、送信ＴＸ用のオンエレメント１１１ａも受信ＲＸ用のオンエレメント２１１ａと同様に、これらの行の中心部に対して上下対称で、且つ、列の中心部に対して左右対称に配置されている。また、オンエレメント１１１ａ、１１１ｃは、送信アンテナアレイ１０７の中心部に対し点対称となるように配置されている。

具体的に、ベースデザイン１０７ａの中で図示左半領域のオンエレメント１１１ａは、
座標（Ｘ１，Ｙ５－Ｙ６）及び座標（Ｘ１，Ｙ１１－Ｙ１２）、
座標（Ｘ２，Ｙ４－Ｙ５）及び座標（Ｘ２，Ｙ１２－Ｙ１３）、
座標（Ｘ２，Ｙ６－Ｙ７）及び座標（Ｘ２，Ｙ１０－Ｙ１１）、
座標（Ｘ２，Ｙ８－Ｙ９）、
座標（Ｘ３，Ｙ２－Ｙ３）及び座標（Ｘ３，Ｙ１４－Ｙ１５）、
座標（Ｘ３，Ｙ５－Ｙ６）及び座標（Ｘ３，Ｙ１１－Ｙ１２）、
座標（Ｘ３，Ｙ８－Ｙ９）、
に位置して上下対称に配置されている。

また、オンエレメント１１１ａは、
座標（Ｘ４，Ｙ５－Ｙ６）及び座標（Ｘ４，Ｙ１１－Ｙ１２）、
座標（Ｘ４，Ｙ７－Ｙ８）及び座標（Ｘ４，Ｙ９－Ｙ１０）、
座標（Ｘ５，Ｙ１－Ｙ２）及び座標（Ｘ５，Ｙ１５－Ｙ１６）、
座標（Ｘ５，Ｙ３－Ｙ４）及び座標（Ｘ５，Ｙ１３－Ｙ１４）、
座標（Ｘ５，Ｙ８－Ｙ９）、
座標（Ｘ６，Ｙ４－Ｙ５）及び座標（Ｘ６，Ｙ１２－Ｙ１３）、
座標（Ｘ６，Ｙ６－Ｙ７）及び座標（Ｘ６，Ｙ１０－Ｙ１１）、
座標（Ｘ６，Ｙ８－Ｙ９）、
に位置して上下対称に配置されている。

さらに、ベースデザイン１０７ａの中で図示右半領域のオンエレメント１１１ａは、
座標（Ｘ１２，Ｙ５－Ｙ６）及び座標（Ｘ１２，Ｙ１１－Ｙ１２）、
座標（Ｘ１１，Ｙ４－Ｙ５）及び座標（Ｘ１１，Ｙ１２－Ｙ１３）、
座標（Ｘ１１，Ｙ６－Ｙ７）及び座標（Ｘ１１，Ｙ１０－Ｙ１１）、
座標（Ｘ１１，Ｙ８－Ｙ９）、
座標（Ｘ１０，Ｙ２－Ｙ３）及び座標（Ｘ１０，Ｙ１４－Ｙ１５）、
座標（Ｘ１０，Ｙ５－Ｙ６）及び座標（Ｘ１０，Ｙ１１－Ｙ１２）、
座標（Ｘ１０，Ｙ８－Ｙ９）、
に位置して上下対称に配置されている。

また、オンエレメント１１１ａは、
座標（Ｘ９，Ｙ５－Ｙ６）及び座標（Ｘ９，Ｙ１１－Ｙ１２）、
座標（Ｘ９，Ｙ７－Ｙ８）及び座標（Ｘ９，Ｙ９－Ｙ１０）、
座標（Ｘ８，Ｙ１－Ｙ２）及び座標（Ｘ８，Ｙ１５－Ｙ１６）、
座標（Ｘ８，Ｙ３－Ｙ４）及び座標（Ｘ８，Ｙ１３－Ｙ１４）、
座標（Ｘ８，Ｙ８－Ｙ９）、
座標（Ｘ７，Ｙ４－Ｙ５）及び座標（Ｘ７，Ｙ１２－Ｙ１３）、
座標（Ｘ７，Ｙ６－Ｙ７）及び座標（Ｘ７，Ｙ１０－Ｙ１１）、
座標（Ｘ７，Ｙ８－Ｙ９）、
に位置して上下対称に配置されている。

送信ＴＸ用のオンエレメント１１１ａのグルーピング方向は、受信ＲＸ用のオンエレメント１１１ａと同一方向のＹ方向となっておりＸ方向にはグルーピングされていない。したがって、Ｘ方向には、理想的なλ／２ピッチで有効エレメントが配置されており、グレーティングローブは原理的に発生しない。

グルーピングされた一対のオンエレメント１１１ａの位相中心はその接続中央部に位置している。伝送線路は、プリント配線基板に構成される配線を用いて構成されるが、このとき、ＩＣパッドと一対のオンエレメント１１１ａとを接続する伝送線路の電気的な線路長は、等位相になるよう互いに等長又は互いにｐ×λ（但し、ｐは整数）の関係性とすることが望ましい。

また図６に例示したように、オンエレメント１１１ｃも中に配置されているが、Ｙ方向にオフエレメント１１１ｂに挟まれた状態で一つ孤立して配置されている。単一のオンエレメント１１１ｃは、オンエレメント１１１ａがグルーピングされたＹ方向と同一方向に離間して第１間隔で２つ配置されており、全行の中央部を基準として線対称に配置されている。

オンエレメント１１１ｃは、座標（Ｘ４，Ｙ３）、（Ｘ４，Ｙ１４）にて一対に設けられている。同様に、オンエレメント１１１ｃは、座標（Ｘ９，Ｙ３）、（Ｘ９，Ｙ１４）にて一対に設けられている。行Ｙ３と行Ｙ１４のオンエレメント１１１ｃの間の中心間の距離ｄ４は５．５λの特定間隔となる。これらの特定間隔の５．５λ離間したオンエレメント１１１ｃは、第４のヌルフィルタとして作用する。

またオンエレメント１１１ｃは、座標（Ｘ５，Ｙ６）、座標（Ｘ５，Ｙ１１）にて一対に設けられている。同様に、オンエレメント１１１ｃは、座標（Ｘ８，Ｙ６）、座標（Ｘ８，Ｙ１１）にて一対に設けられている。行Ｙ６と行Ｙ１１のオンエレメント１１１ｃの間の中心間の距離ｄ５は２．５λの特定間隔となる。これらの２．５λ離間したオンエレメント１１１ｃは、第５のヌルフィルタとして作用する。

またオンエレメント１１１ｃは、座標（Ｘ６，Ｙ２）、座標（Ｘ６，Ｙ１５）にて一対に設けられている。同様に、オンエレメント１１１ｃは、座標（Ｘ７，Ｙ２）、座標（Ｘ６，Ｙ１５）にて一対に設けられている。行Ｙ２と行Ｙ１５のオンエレメント１１１ｃの間の中心間の距離ｄ６は６．５λの特定間隔となる。これらの６．５λ離間したオンエレメント１１１ｃは、第６のヌルフィルタとして作用する。

このように、オンエレメント１１１ｃは、移相器１２に電気的に接続される単一のエレメントを離間して配置しているが、これらのオンエレメン１１１ｃの中心間のＹ方向の距離ｄ４～ｄ６は、互いに異なる特定間隔の（０．５＋ｍ）λ（但しｍは整数）になるよう設計している。すなわち、オンエレメント１１１ｃは、送信アンテナアレイ１０７の列中央から線対称で（０.５＋ｍ）λの間隔（但し、ｍ＝１、２、…）にて配置されている。

なお図６では、ｍ＝２、５、６の例を示している。さらに、ヌルフィルタの特性を変えるため、送信アンテナアレイ１０７の中でｍの値が互いに異なる条件を満たすオンエレメント１１１ｃを複数組設けることが望ましい。グレーティングローブも角度幅を持っているため、グレーティングローブの発生角度近傍に異なる減衰特性を有するヌルフィルタを重ねることで角度幅を有するグレーティングローブ抑圧が可能となる。

図７には、列Ｘ６、Ｘ７のエレメント配置を抜き出して示している。Ｙ方向に隣接する行Ｙ８－Ｙ９のオンエレメント１１１ａは、それぞれ移相器１２による位相値φが同一値となるように制御される。このため、行Ｙ８－Ｙ９のオンエレメント１１１ａの位相中心は行Ｙ８－Ｙ９の間の中間位置となる。同様に、Ｙ方向に隣接する行Ｙ４－Ｙ５、Ｙ６－Ｙ７、Ｙ１０－Ｙ１１、Ｙ１２－Ｙ１３のオンエレメント１１１ａは、それぞれ移相器１２による位相値φが同一値となるように制御される。

このため、それぞれ行Ｙ４－Ｙ５、Ｙ６－Ｙ７、Ｙ１０－Ｙ１１、Ｙ１２－Ｙ１３のオンエレメント１１１ａの位相中心は、それぞれ行Ｙ４－Ｙ５、Ｙ６－Ｙ７、Ｙ１０－Ｙ１１、Ｙ１２－Ｙ１３の間の中間位置となる。またＹ方向、ここでは縦方向にオンエレメント１１１ａを２個ずつグルーピングすることで、移相器１２の個数を約半分に削減できる。

図６に示すように、送信アンテナアレイ１０７の中央部付近におけるオンエレメント１１１ａ、１１１ｃの占有密度を四隅の占有密度よりも高く構成しているため、ランダム配置構成に比較してオンエレメント１１１ａ、１１１ｃの配置個数を少なくしつつサイドローブレベルを抑圧できる。したがって、オンエレメント１１１ａ、１１１ｃの配置個数を少なくしながらサイドローブレベルを抑圧できる。

また、オフエレメント１１１ｂにより挟まれたオンエレメント１１１ｃを配置し、オンエレメント１１１ａをグルーピングした後の位相中心の周期性を低減すると共に、オンエレメント１１１ｃを特定の間隔ｄ４～ｄ６になるように線対称、点対称に配置することで第４～第６のヌルフィルタを構成でき、グレーティングローブを追従・抑圧できる。

オンエレメント１１１ａ／オフエレメント１１１ｂの設計において中央部側のオンエレメント１１１ａの占有密度を高め四隅の密度を低くすることで、移相制御をより簡単化できることから移相器１２の数を削減でき、さらにサイドローブレベルを低減できる。また、隣接したオンエレメント１１１ａをグルーピングすることで、同一の移相器１２に対応して複数のオンエレメント１１１ａをまとめて制御できるようになり、移相器１２の配置個数を約半分に削減できる。その際に発生するグレーティングローブを必要な全てのスキャン角度において抑圧できる。

このように受信アンテナアレイ２０７、送信アンテナアレイ１０７は、それぞれベースデザイン２０７ａ、１０７ａにより構成されているが、発明者らはさらにオンエレメント２１１ａ、２１１ｃに接続する移相器１５を削減する試みを行っている。オンエレメント２１１ａ、２１１ｃに接続される移相器１５を削減すれば、移相器１５の動作個数を減らすことができ、低消費電力化を図ることができるためである。

発明者は、このような大規模の送信アンテナアレイ１０７、受信アンテナアレイ２０７のベースデザイン２０７ａ、１０７ａにモンテカルロエレメント不良解析を適用し、主要なビーム角度において性能に強く関係するオンエレメント配置を学習すると共に、ＯＦＦしても性能劣化が少ないエレメントを抽出することで、低消費電力モードの有効エレメント配置を最適化するコンピュータシミュレーションを実施している。

送信アンテナアレイ１０７と受信アンテナアレイ２０７の各エレメントを互いに補うように配置したベースデザイン１０７ａ、２０７ａを適用した条件下において、特に受信アンテナアレイ２０７について諸特性を最適化しながらオフエレメント２１１ｂに可能なオンエレメント２１１ａ、２１１ｃを算出するようにしている。

モンテカルロ法によるエレメント不良解析では、前述したベースデザイン１０７ａ、２０７ａによるグレーティングローブ、サイドローブの抑圧効果の特徴を踏襲するための制約条件（ヌルフィルタの上下ペアを維持し、かつ複数のヌルフィルタを有すること。）を設けると共に、当該制約条件下で受信アンテナアレイ２０７のベースデザイン２０７ａの中のオンエレメント２１１ａ、２１１ｃをランダムに削減しながら諸特性が最適となる条件を探索した。

なお発明者は、このシミュレーション手法において、移相器ＩＣでオンするチャンネル数に依存した利得劣化の確からしさを検証するためCoherency testを行っている。このテスト手法は、送信アンテナアレイ１０７の全てのオンエレメント１１１ａ、１１１ｃに電気的に通電オフした状態を初期状態とし、そして、一対のオンエレメント１１１ａ－１１１ａ、１１１ｃ－１１１ｃを一組として各チャンネルを付与し１から６４チャンネルまで順にオンさせる。

すると、１から６４チャンネルまで順にオンした場合の相対利得を得ることができる。このとき、各チャンネルの相対位相が揃っていれば、理想的には理論値２０ｌｏｇ_１０Ｎのアレイ利得が得られる。この手法を用いることで理論値と実測値とで傾向が一致していることを確認できている。

シミュレーション手法の制約条件の一つ目は、グルーピングと同じ方向の最大ビーム角としてE-plane １７．５°Ｖを適用して本形態によりオンするチャネル数を減らした状態でグレーティングローブを抑圧した性能を維持できることである。これは一般的な車両レーダに適用した場合に実用的な範囲で実行することを想定しているためである。また、広いＦｏＶを確保可能であるか否かを検証するため、H-plane ６０°Ｈの角度まで最大ビーム角を適用したシミュレーションも実行している。

制約条件の二つ目は、ベースデザイン２０７ａに対して孤立したシングルオン・エレメント２１１ｃをオフ設定する際には、Ｙ方向に一対に設けられたシングルオン・エレメント２１１ｃをペアとして削減することを条件としている。このオンエレメント２１１ｃは一対で特定間隔で設けることでヌルフィルタとして機能するためである。

前述した制約条件下において、モンテカルロ法によるエレメント不良解析を実行することで、オンエレメント２１１ａ、２１１ｃをランダムに削減したオフエレメント２１１ａｂ、２１１ａｃに変更してビーム解析を実行し、性能劣化を最小限に抑えつつオフ設定可能なオンエレメント２１１ａ、２１１ｃの配置を蓄積、学習してスコア化している。これにより、オフに変更可能なオンエレメント２１１ａ、２１１ｃを抽出し、移相器１５のチャンネル数を減らしたとしても諸特性を適切に維持又は最適化できるようにしたオンエレメント２１１ａ、２１１ｃの配置を導出できる。

最適化したエレメントの配置結果を最適化配置２０７ｂとして図８、図９に示している。モンテカルロ法により多数の試行を重ねてオンエレメント２１１ａ、２１１ｃの配置を最適化した結果、図８の右上図、右下図のようにオンエレメント２１１ａ、２１１ｃ、オフエレメント２１１ｂ、２１１ａｂの配置を得ている。図９には、これらのオンエレメント２１１ａ、２１１ｃ、オフエレメント２１１ｂ、２１１ａｂの結果を重ねて示すが、ベースデザイン２０７ａのオンエレメント２１１ａのうちオフに変更されたオフエレメント２１１ａｂを黒枠により示している。

オンエレメント２１１ｃのうちオフに変更されたオフエレメント２１１ｃｂを黒枠（塗りつぶしなし）により示している。このような最適化配置２０７ｂでも、シングル・オンエレメント２１１ｃはＹ方向に特定間隔で離間してペアにて残存している。

図４のベースデザイン２０７ａと図９の最適化配置２０７ｂを比較する。最適化配置２０７ｂではオンエレメント２１１ｃは座標（Ｘ６，Ｙ５）と座標（Ｘ６，Ｙ１２）にてペアで残存しており、座標（Ｘ７，Ｙ５）と座標（Ｘ７，Ｙ１２）にてペアで残存している。また、最適化配置２０７ｂでは、オンエレメント２１１ｃは座標（Ｘ５，Ｙ１）と座標（Ｘ５，Ｙ１６）にてペアで残存しているものの、座標（Ｘ８，Ｙ１）と座標（Ｘ８，Ｙ１６）にはペアで残存していない。

さらに最適化配置２０７ｂでは、オンエレメント２１１ｃは座標（Ｘ１０，Ｙ２）と座標（Ｘ１０，Ｙ１５）にてペアで残存しているものの、座標（Ｘ３，Ｙ２）と座標（Ｘ３，Ｙ１５）にはペアで残存していない。モンテカルロ計算の試行を重ねた結果、スコアが低くペアで存在できないシングルオン・エレメント２１１ｃは、グレーティングローブの抑圧効果を失ってしまうことが確認されている。このため、シングル・オンエレメント２１１ｃをペア毎にオン又はオフに設定すると良い。特に複数ペアだけは残存させることが望ましい。このようにすることで、ヌルフィルタによるグレーティングローブの抑圧効果を維持できる。

なお、ベースデザイン２０７ａを採用した場合には、動作させる移相器１５を６４チャンネル分、すなわち６４個用意することで動作可能となっており、このベースデザイン２０７ａでも従来技術に比較して移相器１５の動作個数を３３％削減可能になっている。さらにモンテカルロシミュレーション法を適用し、動作させる移相器１５の個数を４５チャンネルに減らすように最適化すれば従来比で２４％に削減可能になる。仮に、受信アンテナアレイ２０７を６４チャンネルで動作させることなく、最適化配置２０７ｂにて４５チャンネルにて動作させる場合には、移相器１５を設置する個数を削減でき無駄を省くこともできる。

６４チャンネル動作に比較して４５チャンネルに減らすと、挿入損失が増加し、受信アンテナアレイ２０７の受信電力が低下する。図１０、図１１に、E－planeにおける角度変化に応じた損失シミュレーション結果を示している。メインローブの挿入損失のシミュレーション結果は、６４チャンネルから４５チャンネルに減らすことで、boresightにメインローブを設けたときにも角度θ＝１７．５°ＶとしたときにもΔ＝約－１．５ｄＢ程度となる。

１６×１２アレイのエレメントから送信部４及び受信部５まで延びる配線の電磁界解析結果を仮想的に考慮すると、実質的には－３ｄＢ程度の挿入損失と考えられる。しかしながら、図１０の角度領域θｌ１、θｈ１、図１１の角度領域θｌ２、θｈ２に示すように、４５チャンネルのメインローブの脇のサイドローブレベルが、６４チャンネルの場合のサイドローブレベルに比較してさらに改善されていることがわかる。つまり、オフエレメント２１１ｂにランダム性を加えたことにより、１７．５°Ｖにおけるサイドローブレベルを改善できることがわかる。

このシミュレーション結果によれば、６４チャンネル動作と比較して－３．１ｄＢの損失が増加する。しかし受信部５の中で動作させる移相器１５の個数を従来比２３．４％に削減できるため７１％（＝２４％／３３％）程度の低消費電力化を達成できる。なお、前述したCoherency testにおいても実測値と理論計算値とで良い一致傾向が得られている。

図１２、図１３にH－planeにおける角度変化に応じた損失シミュレーション結果を示している。挿入損失のシミュレーション結果は、boresightにメインローブを設けるとΔ＝－１．５ｄＢ程度、角度θ＝６０°ＨのときにΔ＝－１．３ｄＢと得られている。これにより、メインローブの劣化を最小限に抑えることができ、広いＦｏＶを維持できることを確認している。

また、このシミュレーションではベースデザイン２０７ａのうち四隅のオンエレメント２１１ａを中央よりも多くオフ設定することで中央の密度をより高められるという結果が得られている。

＜比較例の説明＞
比較例を図１４に示すように、例えば受信アンテナアレイ２０７の全体のうち右上領域のみをバルク状に単純に削減することで、移相器１５に電気的に接続するオンエレメント２１１ａを削減することが考えられる。しかしながら、ベースデザイン２０７ａではＹ方向にペアで存在していたシングル・オンエレメント２１１ｃが片側だけ残ってしまうことになる。図１４中のオンエレメント２１１ｃからオフに変更した座標（Ｘ８，Ｙ１）、（Ｘ１０，Ｙ２）のオフエレメント２１１ｃｂ、及び、一対性が崩れたペアＰｂを参照。この場合、サイドローブの抑制効果が得られていない。

これに対し本実施形態によれば、ランダムにオフエレメント２１１ａｂ、２１１ｃｂに設定しながらその配置を最適化しており、オフエレメント２１１ａｂ、２１１ｃｂに設定するエレメントをベースデザイン２０７ａより増すことでオンエレメント２１１ａ、２１１ｃの個数を少なくし４５チャンネルにて受信アンテナアレイ２０７を動作させることができる。これにより、最適化配置２０７ｂにて示したオンエレメント２１１ａ、２１１ｃだけを動作させて通信でき、この場合、効率良く低消費電力化できる。

チャンネル数を４５チャンネルに減らした後であっても、移相器１５に電気的に接続されるシングル・オンエレメント２１１ｃは特定間隔で特定のＹ方向に複数ペア構成してヌルフィルタを構成している。シングル・オンエレメント２１１ｃが、複数ペア設けられてヌルフィルタを構成することで、任意のビーム角に応じたグレーティングローブの追従、抑圧機能を維持できる。

本実施形態の受信アンテナアレイ２０７によれば、ベースデザイン２０７ａを採用した場合でも最適化配置２０７ｂを採用した場合でもグレーティングローブ抑圧効果の特徴を維持できる。しかも最適化配置２０７ｂを採用するとランダム性が加わることで更にサイドローブを低減できる。この場合、動作させる移相器１５を接続するオンエレメント２１１ａ、２１１ｃの個数を削減することで、移相器１５を非動作状態で運用できるようになり低消費電力化できる。

前述したベースデザイン２０７ａをそのまま採用した場合、制御回路２は、通常のチャンネル数である６４チャンネル分の移相器１５を動作させることでベースデザイン２０７ａの全オンエレメント２１１ａ、２１１ｃを有効化してビームを入力できる。ベースデザイン２０７ａに基づいてオンさせるエレメントを減らしたオンエレメント２１１ａ、２１１ｃの配置としながら、受信アンテナアレイ２０７を動作させることもできる。

また例えば、チャンネル数を６４チャンネル用いることなく、制御回路２がチャンネル数を４５チャンネルに減らした後の最適化配置２０７ｂのみを用いて制御することとすれば、移相器１５の実装個数を削減することでコストダウンを実現できる。

受信アンテナアレイ２０７の構成を考慮すれば、制御回路２が、ベースデザイン２０７ａの中で各オンエレメント２１１ａ、２１１ｃへの電気的接続のオン・オフを制御することで、同一の受信アンテナアレイ２０７の配置を用いてチャンネル数を６４チャンネルから４５チャンネルに切り替えて、近距離用レーダとして、僅かな利得の損失と引き換えに低消費電力モードで動作させる等、同じアレイ配置のまま適応的に切り替えるようにしても良い。

例えば、制御回路２が、ベースデザイン２０７ａの全てのオンエレメント２１１ａ、２１１ｃに受信部５を電気的に接続すると、オフエレメント２１１ｂを比較的減らすことで受信特性をより高めることができ、より遠方に位置する物標８に適応できる。逆に、制御回路２が、ベースデザイン２０７ａよりオフエレメント２１１ａｂ、２１１ｃｂを増やして４５チャンネルに最適化したオンエレメント２１１ａ、２１１ｃに受信部５を電気的に接続した場合、受信特性を近方に位置する物標８に適応しつつ低消費電力化を図ることができる。これによりトレードオフで適応制御できる。

制御回路２が、ベースデザイン２０７ａをそのまま採用したフルパワーモード（６４ｃｈ）、ベースデザイン２０７ａからオフエレメント２０７ａｂ、２０７ｃｂを増やした低消費電力モード（４５ｃｈ）のように適応的にモードを切替えて受信部５の接続を切り替えることで、同一の受信アンテナアレイ２０７のエレメント配置を用いて複数のビームパターンを生成できる。状況、周囲の受信環境又はアプリケーションに応じて、同じアレイ配置のままシステムを適応的に変更でき適応電力制御に適用できる。

前述の構成では、主に受信アンテナアレイ２０７について説明したが、送信アンテナアレイ１０７について最適化配置を求めるようにしても良い。このとき、送信アンテナアレイ１０７及び受信アンテナアレイ２０７の各オンエレメント１１１ａ、１１１ｃ、２１１ａ、２１１ｃを互いに補うように配置した条件下において、制御回路２は、送信アンテナアレイ１０７及び受信アンテナアレイ２０７についてそれぞれ求められたオフ可能なオンエレメント１１１ａ、１１１ｃ、２１１ａ、２１１ｃをオフすることでオンエレメント１１１ａ、１１１ｃ、２１１ａ、２１１ｃの個数をベースデザイン１０７ａ、２０７ａよりも少なくして送信アンテナアレイ１０７及び受信アンテナアレイ２０７を動作させるようにすると良い。すると、送信アンテナアレイ１０７及び受信アンテナアレイ２０７の特性を相補的に補い総合的な特性を維持しながら、動作させる移相器１２、１５の個数を減らすことができる。

＜付記＞
本開示は、下記に列挙する態様を含む。
（第１態様）
移相器（１２、１５）に電気的にオン接続又はオフ接続に設定可能に構成されるエレメント（１１１ａ～１１１ｃ、２１１ａ～２１１ｃ）を制御する高周波アンテナアレイの制御装置であって、アンテナアレイ（１０７、２０７）は、二次元的な配列の中で縦方向又は横方向の特定方向に沿って隣接してグルーピングして構成され同一の移相器（１２、１５）により制御される有効エレメント（１１１ａ、２１１ａ）に設定されると共に、前記有効エレメントとは別にグルーピングされずにエレメント単体で移相器と接続されると共に前記特定方向に特定間隔を有して配置されるシングル・オンエレメント（１１１ｃ、２１１ｃ）に設定されるベースデザイン（１０７ａ、２０７ａ）に基づいて構成されるものであり、移相器（１２、１５）に電気的に接続されないオフエレメント（１１１ａｂ、１１１ｃｂ）に設定するエレメントをベースデザイン（１０７ａ、２０７ａ）よりも増すことで有効エレメント（１１１ａ、２１１ａ）又はシングルオン・エレメント（１１１ｃ、２１１ｃ）の個数をベースデザイン（１０７ａ、２０７ａ）よりも少なくしてアンテナアレイ（１０７、２０７）を動作させるエレメント制御部（２）を備える高周波装置用アンテナアレイ制御装置。

（第２態様）
エレメント制御部（２）は、ベースデザイン（１０７ａ、２０７ａ）に基づいて当該ベースデザイン（１０７ａ、２０７ａ）からグルーピング・有効（オン）・エレメント（１１１ａ、２１１ａ）又はシングルオン・エレメント（１１１ｃ、２１１ｃ）をランダム性を有し、かつより少ないエレメント数で最適化されたオン・エレメント配置でアンテナアレイ（１０７、２０７）を動作させる第１態様記載の高周波装置用アンテナアレイ制御装置。

（第３態様）
移相器（１２、１５）に接続されるシングル・オンエレメント（１１１ｃ、２１１ｃ）は、特定間隔で特定方向（グルーピングと同じ方向）にペア構成してかつ複数種類の特定間隔を有する複数のヌルフィルタを構成する請求項１又は２記載の高周波装置用アンテナアレイ制御装置。

（第４態様）
エレメント制御部（２）は、（１１１ａ、２１１ａ）又はシングルオン・エレメント（１１１ｃ、２１１ｃ）への電気的な接続のオンオフを制御することで、同一のアンテナアレイ（１０７、２０７）のエレメント配置を用いてレーダの検知距離と消費電力とのトレードオフで適応的に切り替え可能にした第１態様から第３態様の何れか一項に記載の高周波装置用アンテナアレイ制御装置。

（第５態様）
エレメント（１１１ａ～１１１ｃ、２１１ａ～２１１ｃ）は、レーダを出力する送信アンテナアレイ（１０７）、レーダを受信する受信アンテナアレイ（２０７）にそれぞれ構成され、エレメント制御部（２）は、送信アンテナアレイ（１０７）及び受信アンテナアレイ（２０７）の各エレメントを互いに補うように配置した条件下において、送信アンテナアレイ（１０７）及び受信アンテナアレイ（２０７）についてそれぞれ求められたオフ可能な有効エレメント（１１１ａ、２１１ａ）又はシングル・オンエレメント（１１１ｃ、２１１ｃ）をオフすることで有効エレメント（１１１ａ、２１１ａ）又はシングルオン・エレメント（１１１ｃ、２１１ｃ）の個数をベースデザイン（１０７ａ、２０７ａ）よりも少なくして送信アンテナアレイ（１０７）及び受信アンテナアレイ（２０７）を動作させる第１態様から第４態様の何れか一項に記載の高周波装置用アンテナアレイ制御装置。

（他の実施形態）
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができ、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。例えば、以下のように変形可能である。

オンエレメント１１ａをＹ方向、すなわち縦方向に２個グルーピングした形態を説明したが、これに限られるものではない。オンエレメント１１ａをＸ方向、すなわち横方向に２個グルーピングして構成しても良い。単一のオンエレメント１１ｃをＹ方向、すなわち縦方向に離間して２個配置した形態を説明したが、これに限られるものではない。オンエレメント１１ｃをＹ方向に孤立した状態でペアが特定間隔になるよう４以上シングルエレメントを同一方向に配置しても良い。

本発明は、前述した実施形態に準拠して記述したが、本発明は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本発明は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本発明の範畴や思想範囲に入るものである。

図面中、２は制御回路（エレメント制御部）、５は受信部、１０７は送信アンテナアレイ（アンテナアレイ）、２０７は受信アンテナアレイ（アンテナアレイ）、１１１ａは送信アンテナのオンエレメント（有効エレメント）、１１１ｂは送信アンテナのオフエレメント、１１１ｃは送信アンテナのオンエレメント（シングル・オンエレメント）、２１１ａは受信アンテナのオンエレメント（有効エレメント）、２１１ｃは受信アンテナのオンエレメント（シングル・オンエレメント）、２１１ｂは受信アンテナのオフエレメント、１５は移相器、を示す。

Claims (5)

1. 移相器（１２、１５）に電気的にオン接続又はオフ接続に設定可能に構成されるエレメント（１１１ａ～１１１ｃ、２１１ａ～２１１ｃ）を備えたアンテナアレイ（１０７、２０７）を制御する高周波アンテナアレイの制御装置であって、
   前記アンテナアレイは、二次元的な配列の中で縦方向又は横方向の特定方向に沿って隣接してグルーピングして構成され同一の前記移相器により制御される有効エレメント（１１１ａ、２１１ａ）に設定されると共に、前記有効エレメントとは別にグルーピングされずにエレメント単体で前記移相器と接続されると共に前記特定方向に特定間隔を有して配置されるシングル・オンエレメント（１１１ｃ、２１１ｃ）に設定されるベースデザイン（１０７ａ、２０７ａ）に基づいて構成されるものであり、
   前記移相器（１２、１５）に電気的に接続されないオフエレメント（１１１ａｂ、１１１ｃｂ）に設定する前記エレメントを前記ベースデザイン（１０７ａ、２０７ａ）よりも増すことで前記有効エレメント（１１１ａ、２１１ａ）又は前記シングル・オンエレメント（１１１ｃ、２１１ｃ）の個数を前記ベースデザインよりも少なくしてアンテナアレイ（１０７、２０７）を動作させるエレメント制御部（２）を備える高周波装置用アンテナアレイ制御装置。
2. 前記エレメント制御部は、前記ベースデザインに基づいて前記グルーピングした有効エレメント又は前記シングル・オンエレメントにランダム性を有し、かつ、より少ないエレメント数で最適化されたオンエレメント配置で前記アンテナアレイを動作させる請求項１記載の高周波装置用アンテナアレイ制御装置。
3. 前記移相器に接続される前記シングル・オンエレメントは、前記特定間隔で前記特定方向にペア構成してかつ複数種類の特定間隔を有する複数のヌルフィルタを構成する請求項１又は２記載の高周波装置用アンテナアレイ制御装置。
4. 前記エレメント制御部は、前記有効エレメント又は前記シングル・オンエレメントへの電気的な接続のオンオフを制御することで、同一の前記アンテナアレイの配置を用いてレーダの検知距離と消費電力とのトレードオフで適応的に切り替え可能にした請求項１または２記載の高周波装置用アンテナアレイ制御装置。
5. 前記エレメントは、レーダを出力する送信アンテナアレイ（１０７）、レーダを受信する受信アンテナアレイ（２０７）にそれぞれ構成され、
   前記エレメント制御部は、前記送信アンテナアレイ及び前記受信アンテナアレイの各エレメントを互いに補うように配置した条件下において、前記送信アンテナアレイ及び前記受信アンテナアレイについてそれぞれ求められたオフ可能な前記有効エレメント又は前記シングル・オンエレメントをオフすることで前記有効エレメント又は前記シングル・オンエレメントの個数を前記ベースデザインよりも少なくして前記送信アンテナアレイ及び前記受信アンテナアレイを動作させる請求項１または２記載の高周波装置用アンテナアレイ制御装置。

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