JP3160823B2

JP3160823B2 - アレーアンテナ

Info

Publication number: JP3160823B2
Application number: JP04573093A
Authority: JP
Inventors: 豊今泉; 浩二堀川
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1993-02-10
Filing date: 1993-02-10
Publication date: 2001-04-25
Anticipated expiration: 2016-04-25
Also published as: JPH06237115A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、任意の角度方向に２
個の零点を合成する簡易な構成のアレーアンテナに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】１次元配列アレーアンテナの指向性に２
個の零点を合成するには、例えば稲垣による昭和６３年
電子情報通信学会論文誌Ｂ vol.J71-B No.9 pp.1044-1
052 ，“指向性の積の原理に基づく零点合成”に示され
るように、アレー端部４素子の素子重み（振幅・位相）
を制御するだけで良く、また、この素子重みを制御する
だけで零点の形成位置を制御することができる。

【０００３】従来技術により、この種のアレーアンテナ
を構成した場合の一例を、図２に示す。

【０００４】図において、１は１つの入力信号を等振幅
・同位相で（Ｎ＋２）分配する電力分配回路、２−０，
２−１，２−Ｎ，２−Ｎ＋１は可変位相器、３−２，
…，３−Ｎ−１は固定位相器、４−０，４−１，４−
Ｎ，４−Ｎ＋１は利得可変器、５−２，…，５−Ｎ−１
は利得調整器、６−０，…，６−Ｎ＋１はアンテナ素
子、７は可変位相器２−０，２−１，２−Ｎ，２−Ｎ＋
１及び利得可変器４−０，４−１，４−Ｎ，４−Ｎ＋１
を制御する制御手段である。

【０００５】次に動作について説明する。前記稲垣の論
文によれば、各アンテナ素子の励振重みＢ_n （ｎ＝０，
…，Ｎ＋１）を次の（１）〜（５）式のように設定する
ことにより、２個の零点を合成できる。

【０００６】

【数１】

【０００７】

【数２】

【０００８】

【数３】

【０００９】

【数４】

【００１０】

【数５】

【００１１】ここで、Ｉ_n （ｎ＝０，…，Ｎ−１）はＮ
個の素子から成る直線アレーの素子重みであり、ｕ₁ 及
びｕ₂ はアンテナ素子間隔ｄ，波長λ，零点形成位置θ
₁ 及びθ₂ により（６）式で定義される。

【００１２】

【数６】

【００１３】また、このときの指向性は（７）式のよう
になる。

【００１４】

【数７】

【００１５】（７）式において、ｆ₀ （ｕ）はＮ個の素
子から成る直線アレーの素子重みＩ_n （ｎ＝０，…，Ｎ
−１）による指向性である。いま（７）式を（８）式の
ように定義する。

【００１６】

【数８】

【００１７】（８）式から総合の指向性ｆ（ｕ）は、Ｎ
個の等方性素子から成る直線アレーの素子重みＩ_n （ｎ
＝０，…，Ｎ−１）による元の指向性ｆ₀ （ｕ）と、ア
レー端部の素子の重みを変化させたことにより得られる
指向性ｆ₁ （ｕ）の積であることがわかる。

【００１８】そこで、電力分配回路１により等振幅・同
位相で（Ｎ＋２）分配された信号の内、アンテナ素子６
−２，…，６−Ｎ−１に給電する信号は固定位相器３−
２，…，３−Ｎ−１及び利得調整器５−２，…，５−Ｎ
−１により、素子重みＢ_n （ｎ＝２，…，Ｎ−１）に調
整し、アレー端部素子６−０，６−１，６−Ｎ，６−Ｎ
＋１に給電する信号は、所望の位置に零点が形成される
ような素子重みＢ₀ ，Ｂ₁ ，Ｂ_N ，Ｂ_N+1 になるよう制
御手段７により可変位相器２−０，２−１，２−Ｎ，２
−Ｎ＋１及び利得可変器４−０，４−１，４−Ｎ，４−
Ｎ＋１を調整し、それぞれアンテナ端部素子６−０，６
−１，６−Ｎ，６−Ｎ＋１に給電する。このように、各
アンテナ素子の励振重みＢ_n （ｎ＝０，…，Ｎ＋１）を
調整することによりθ₁ 及びθ₂ の位置に零点を合成す
ることができる。

【００１９】また、アレー端部４素子の励振重みが
（２）〜（５）式を満足するように制御することにより
零点形成位置θ₁ 及びθ₂ を制御することができる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】従来のアレーアンテナ
は図２のように構成されるので、零点の形成位置θ₁ 及
びθ₂ を変化させる場合には、このアレー端部素子の励
振重みを（２）〜（５）式の関係を保ちながら同時に制
御する必要がある。

【００２１】従来構成では可変位相器２−０，２−１，
２−Ｎ，２−Ｎ＋１及び利得可変器４−０，４−１，４
−Ｎ，４−Ｎ＋１の計８箇所で位相と振幅を制御する。
従って、従来構成ではアレー端部素子６−０，６−１，
６−Ｎ，６−Ｎ＋１に給電する信号が（２）〜（５）式
の関係を保つようにするために、制御手段７により可変
位相器２−０，２−１，２−Ｎ，２−Ｎ＋１及び利得可
変器４−０，４−１，４−Ｎ，４−Ｎ＋１の計８箇所で
位相と振幅を同時に制御する必要がある。そのため、制
御系が大きくなり、またその制御法が複雑になるという
問題点がある。

【００２２】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、簡単な制御により１次元配列ア
レーアンテナ指向性上に合成される２個の零点の位置を
任意の位置に制御するアレーアンテナを得ることを目的
とするものである。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の特徴は、複数のアンテナ素子と電力分配回路
間で各アンテナ素子の励振振幅位相を制御して所望のア
ンテナ指向性を実現するアレーアンテナにおいて、電力
分配回路のひとつのポートと端部の４つのアンテナ素子
との間に重み付け回路をもうけ、他のアンテナ素子は他
のポートに直接又は振幅位相調整手段を介して接続し、
前記重み付け回路は、入力信号に対し、出力信号の実部
が１／（２√２）で虚部が互いに共役な２組の信号を出
力する複素共役信号発生回路と、該複素共役信号発生回
路の異なる出力に接続され、出力信号の実部が１／２で
虚部が互いに共役な１組の信号を出力する２個の複素共
役信号発生器と、２入力１出力の２個の電力合成器と、
入力信号の振幅を１／√２にする減衰器２個とがもうけ
られ、複素共役信号発生回路の互いに複素共役な信号の
１組の内、一方の出力を第一の複素共役信号発生器に入
力し、他を第一の電力合成器の第二の入力端子に入力
し、且つ、もう一方の互いに複素共役な１組の信号の
内、前複素共役信号発生回路の出力信号で第一の電力合
成器に接続した信号と同相の信号を、第二の共役信号発
生器に入力し、他を第二の電力合成器の第一の入力端子
に入力し、第一の複素共役信号発生器の第一の出力信号
を第一の減衰器に入力し、第二の出力信号を第一の電力
合成器の第一の入力端子に入力し、第二の複素共役信号
発生器の第一の出力信号を第二の電力合成器の第二の入
力端子に入力し、第二の出力信号を第二の減衰器に入力
し、出力端子として、上記減衰器出力端子が計２個、合
成器出力端子が計２個で合計４個となるよう構成され、
該重み付け回路内の第１及び第２の減衰器の出力端子
は、アンテナ素子の２つの端部素子にそれぞれ接続さ
れ、上記重み付け回路内の第１の電力合成器の出力端子
は、該重み付け回路内の第２の減衰器の出力端子が接続
されたアンテナ端部素子に隣接するアンテナ素子に接続
され、上記重み付け回路内の第２の電力合成器の出力端
子は、該重み付け回路内の第１の減衰器の出力端子が接
続されたアンテナ端部素子に隣接するアンテナ素子に接
続され、上記重み付け回路の複素共役信号発生回路と第
１及び第２の複素共役信号発生器の各出力信号の位相と
振幅を制御することによりアンテナ指向性上の任意の２
角度方向に零点を実現するアレーアンテナにある。

【００２４】

【実施例】図１は本発明の構成を示す。

【００２５】図において、３−２，…，３−Ｎ−１は固
定位相器、５−２，…，５−Ｎ−１は利得調整器、６−
０，６−１，…，６−Ｎ＋１はアンテナ素子、８は１入
力信号を同相で（Ｎ−１）分配（Ｎ≧２）し、かつ（Ｎ
−１）個の出力のうち１つの出力信号振幅が残り（Ｎ−
２）個の出力信号振幅に対して２倍となる電力分配回
路、９は重み付け回路、１０は複素共役信号発生回路、
１１−１は第１の複素共役信号発生器、１１−２は第２
の複素共役信号発生器、１２−１は振幅を１／√２倍す
る第１の減衰器、１２−２は振幅を１／√２倍する第２
の減衰器、１３−１は第１の同相電力合成器、１３−２
は第２の同相電力合成器、１４は複素共役信号発生回路
と第１及び第２の複素共役信号発生器の各出力信号を制
御する制御手段である。

【００２６】また、ａは複素共役信号発生回路の入力端
子、ｂ，ｃ，ｄ，ｅは複素共役信号発生回路の出力端
子、ｋ，ｌは第１の複素共役信号発生器の出力端子、
ｍ，ｎは第２の複素共役信号発生器の出力端子、ｐは第
１の減衰器の出力端子、ｑは第１の電力合成器の出力端
子、ｒは第２の電力合成器の出力端子、ｓは第２の減衰
器の出力端子を示し、これら各端子での信号をそれぞれ
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓ
とする。

【００２７】説明においては、説明を簡単化するために
特に決められた位相量を有する回路素子部品以外の位相
の偏移はないものとし、同様に特に決められた振幅変化
量を有する回路素子部品以外の振幅の変化量はないもの
とする。

【００２８】また以下の説明においては、ある信号を基
準信号とした時、出力信号の実部が等しく、基準信号に
対して虚部が互いに共役な２信号のことを『ある信号に
対して互いに複素共役な関係にある２信号』と標記する
ものとする。

【００２９】入力信号を（Ｎ−１）出力端子（Ｎ≧２）
に分配する電力分配回路８の各出力のうち、（Ｎ−２）
個の同じ出力信号をＩ₀ 、残り１個の出力信号を２Ｉ₀
とする。

【００３０】元の指向性ｆ₀ （ｕ）の特定の位置に零点
を合成したいときには、電力分配回路８にて得られる
（Ｎ−２）個の同じ出力信号Ｉ₀ をアンテナ素子６−
２，…，６−Ｎ−１に給電し、元の指向性ｆ₀ （ｕ）が
得られるように固定位相器３−２，…，３−Ｎ−１及び
利得調整器５−２，…，５−Ｎ−１を調整し、アンテナ
素子６−２，…，６−Ｎ−１を励振する。

【００３１】また、電力分配回路８にて分配される残り
１つの信号２Ｉ₀ を重み付け回路９に入力する。この信
号は複素共役信号発生回路１０にて入力信号２Ｉ₀ に対
して互いに複素共役な関係にある２出力信号２組に分配
される。即ちこの複素共役信号発生回路１０の４つの出
力端子ｂ，ｃ，ｄ，ｅでの各信号Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、
（９）式のような信号となる。

【００３２】

【数９】

【００３３】４つの出力端子ｂ，ｃ，ｄ，ｅに現われる
信号Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは（９）式の右辺第２の因子の行列
の各行の順番を入れ替えた組み合わせ全てについて成立
するが、ここでは説明を簡単にするために上式に示した
信号が得られるように複素共役信号発生回路１０の４つ
の各出力端子名を定義するものとし、４つの出力端子
ｂ，ｃ，ｄ，ｅの順にそれぞれ複素共役信号発生回路１
０の第１の出力端子、第２の出力端子、第３の出力端
子、第４の出力端子と対応するものとする。（本説明に
おいてはこのような対応のさせ方をしたが、同じ出力信
号が得られる端子間の端子名を入れ替えても以下の説明
は成り立つ。）

【００３４】また、（９）式におけるＧ₁ とは、複素共
役信号発生回路に含まれる利得可変器により設定される
利得可変量（真値）である。

【００３５】複素共役信号発生回路１０の４つの出力端
子のうち、相異なる出力信号を得る２つの出力端子（本
説明においては出力端子ｂ，ｅの組み合わせとする）に
それぞれ第１の複素共役信号発生器１１−１及び第２の
複素共役信号発生器１１−２を接続する。ここで用いる
第１及び第２の複素共役信号発生器１１−１と１１−２
は同一のものである。

【００３６】複素共役信号発生器の入出力関係は次式で
表すことができる。

【００３７】

【数１０】

【００３８】又は、

【数１１】

【００３９】上式におけるＧ₂ とは、第１及び第２の複
素共役信号発生器１１−１及び１１−２に含まれる利得
可変器により設定される利得可変量（真値）である。

【００４０】いま複素共役信号発生器の入出力関係が
（１０）式で表される場合について説明する。

【００４１】複素共役信号発生回路１０の第１の出力端
子ｂに接続された第１の複素共役信号発生器１１−１の
２つの出力端子ｋ，ｌには（１２）式で表される各信号
Ｋ，Ｌが得られる。

【００４２】

【数１２】

【００４３】また同様に、複素共役信号発生回路１０の
第４の出力端子ｅに接続された複素共役信号発生器１１
−２の２つの出力端子ｍ，ｎには（１３）式で表される
各信号Ｍ，Ｎが得られる。

【００４４】

【数１３】

【００４５】（１２）及び（１３）式で表される２個の
複素共役信号発生器１１−１及び１１−２の４出力のう
ち、（１２）及び（１３）式の右辺第２の因子及び第３
の因子内の虚部の符号が同一の信号が得られる２出力端
子（本説明においては端子ｋ及びｎ）には、それぞれ入
力信号の振幅量を１／√２倍する減衰器１２−１及び１
２−２を接続する。これらの各出力端子をそれぞれｐ，
ｓとする。

【００４６】また、第１の複素共役信号発生器１１−１
の２出力端子のうち、（１２）式の右辺第２の因子内の
虚部の符号と第３の因子内の虚部の符号が異なる信号が
得られる出力端子（本説明においては端子１）と、複素
共役信号発生回路１０の出力端子のうち、第１の複素共
役信号発生器１１−１を接続した端子で得られる信号と
異なる信号を得る端子の中で第２の複素共役信号発生器
１１−２を接続しない出力端子（本説明においては端子
ｃ）とを入力端子とし、これら２入力端子から入力され
た２信号を電力合成して１出力端子に出力する第１の電
力合成器１３−１を接続する。この出力端子をｑとす
る。

【００４７】同様に、第２の複素共役信号発生器１１−
２の２出力端子のうち、（１３）式の右辺第２の因子内
の虚部の符号と第３の因子内の虚部の符号が異なる信号
が得られる出力端子（本説明においては端子ｍ）と、複
素共役信号発生回路１０の出力端子のうち、第２の複素
共役信号発生器１１−２を接続した端子で得られる信号
と異なる信号を得る端子の中で第１の複素共役信号発生
器１１−１を接続しない出力端子（本説明においては端
子ｄ）とを入力端子とし、これら２入力端子から入力さ
れた２信号を電力合成して１出力端子に出力する第２の
電力合成器１３−２を接続する。この出力端子をｒとす
る。

【００４８】したがって、重み付け回路９に入力された
信号は、最終的に４分配され、その４つの出力端子ｐ，
ｑ，ｒ，ｓには（１４）式で示されるような出力信号
Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓが得られる。

【００４９】

【数１４】

【００５０】１次元アレーアンテナにおいては、等振幅
励振，低サイドローブ化のためのテイラー分布励振等ア
レーの中心に対して線対称な励振重みを各素子に付加す
ることが一般的である。このときには、（１）〜（５）
式において、Ｉ_N-1 はＩ₀ と、またＩ_N-2 はＩ₁ と等し
くなる。

【００５１】また等振幅励振はもちろんのこと、低サイ
ドローブ化のためのテイラー分布励振等アレーの中心に
対して線対称な励振重みを各素子に付加する場合でも各
隣り合わせの素子に付ける励振重みは滑らかに変化する
ので、Ｉ₀ とＩ₁ は等しいものと近似できる。このとき
（１）〜（５）式は（１５）〜（１９）式で表される。

【００５２】

【数１５】

【００５３】

【数１６】

【００５４】

【数１７】

【００５５】

【数１８】

【００５６】

【数１９】

【００５７】（１４）式と、（１６）〜（１９）式を比
較すると、

【数２０】

【００５８】かつ、

【数２１】

【００５９】と、対応させれば、（１４）式と、（１
６）〜（１９）式は一致する。

【００６０】しかし、（２０）式よりＧ₁ ，Ｇ₂ を［ｄ
Ｂ］（デシベル）で考えるとｕ₁ ，ｕ₂ はそれぞれ正の
値の領域しか定義されない。即ちθ₁ ＞０，θ₂ ＞０の
領域にしか零点を形成することができない。

【００６１】そこで、いまθ₁ ＞０，θ₂ ＜０の領域に
それぞれ零点を形成することを考える。このときｕ₁ ，
ｕ₂ はそれぞれｕ₁ ＞０，ｕ₂ ＜０となり、cot （ｕ₁/
２）＞０，cot(ｕ₂/２）＜０となる。したがって、Ｇ
₁ ，Ｇ₂ を（２２）式のように定義する。

【００６２】

【数２２】

【００６３】このとき、（１６）〜（１９）式は（２
３）式のように書き換えられる。

【００６４】

【数２３】

【００６５】（２３）式と、（１４）式を比較すると、
両式は一致しない。つまりθ₁ ＞０，θ₂ ＜０のときに
はこのままの回路では零点を合成できない。

【００６６】以上については、複素共役信号発生器の入
出力関係が（１０）式で表される場合について考えてき
たが、次に複素共役信号発生器の入出力関係が（１１）
式で表される場合について考える。

【００６７】このとき複素共役信号発生回路１０の第１
の出力端子ｂに接続された第１の複素共役信号発生器１
１−１の２つの出力端子ｋ，ｌには（２４）式で表され
る各信号Ｋ，Ｌが得られる。

【００６８】

【数２４】

【００６９】また同様に、複素共役信号発生回路１０の
第４の出力端子ｅに接続された複素共役信号発生器１１
−２の２つの出力端子ｍ，ｎには（２５）式で表される
各信号Ｍ，Ｎが得られる。

【００７０】

【数２５】

【００７１】（２４）および（２５）式で表される２個
の複素共役信号発生器１１−１及び１１−２の４出力の
うち、（２４）及び（２５）式の右辺第２の因子及び第
３の因子内の虚部の符号が異なる信号が得られる２出力
端子（本説明においては端子ｋ及びｎ）には、それぞれ
入力信号の振幅量を１／√２倍する減衰器１２−１及び
１２−２を接続する。これらの各出力端子をそれぞれ
ｐ，ｓとする。

【００７２】また、第１の複素共役信号発生器１１−１
の２出力端子のうち、（２４）式の右辺第２の因子内の
虚部の符号と第３の因子内の虚部の符号が同一の信号が
得られる出力端子（本説明においては端子１）と、複素
共役信号発生回路１０の出力端子のうち、第１の複素共
役信号発生器１１−１を接続した端子で得られる信号と
異なる信号を得る端子の中で第２の複素共役信号発生器
１１−２を接続しない出力端子（本説明においては端子
ｃ）とを入力端子とし、これら２入力端子から入力され
た２信号を電力合成して１出力端子に出力する第１の電
力合成器１３−１を接続する。この出力端子をｑとす
る。

【００７３】同様に、第２の複素共役信号発生器１１−
２の２出力端子のうち、（２５）式の右辺第２の因子内
の虚部の符号と第３の因子内の虚部の符号が同一の信号
が得られる出力端子（本説明においては端子ｍ）と、複
素共役信号発生回路１０の出力端子のうち、第２の複素
共役信号発生器１１−２を接続した端子で得られる信号
と異なる信号を得る端子の中で第１の複素共役信号発生
器１１−１を接続しない出力端子（本説明においては端
子ｄ）とを入力端子とし、これら２入力端子から入力さ
れた２信号を電力合成して１出力端子に出力する第２の
電力合成器１３−２を接続する。この出力端子をｒとす
る。

【００７４】したがって、重み付け回路９に入力された
信号は、最終的に４分配され、その４つの出力端子ｐ，
ｑ，ｒ，ｓには（２６）式で示されるような出力信号
Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓが得られる。

【００７５】

【数２６】

【００７６】（２６）式と（１６）〜（１９）式を比較
しても一致させることはできないが、（２６）式と（２
３）式とを比較すると、

【００７７】

【数２７】と、対応させることで両式は一致する。

【００７８】（６）式及び（２２）式からもわかるよう
に、第１の利得可変器の利得Ｇ₁ はθ₁ だけで決定さ
れ、同様に第２の利得可変器の利得Ｇ₂ はθ₂ だけで決
定されるので、２個の零点の位置関係がθ₁ ＜０，θ₂
＞０の場合については、θ₁ ′＝θ₂ ＞０，θ₂ ′＝θ
₁ ＜０と置き換えて考えると、上述した２個の零点の位
置関係がθ₁ ＞０，θ₂ ＜０の場合と同じになる。

【００７９】同様に２個の零点の位置関係がθ₁ ＜０，
θ₂ ＜０の場合は、（２１）式で表される対応関係を
（２８）式のようにすれば、２個の零点の位置関係がθ
₁ ＞０，θ₂ ＞０の場合と同じになる。

【００８０】

【数２８】

【００８１】以上をまとめると、回路構成は同一で、２
個の複素共役信号発生器の２出力端子の接続関係を変え
ることにより同一サイドローブ側に２個の零点ができる
場合と、主ビーム方向を軸として対称のサイドローブ側
にそれぞれ１個づつの零点ができる場合とがある。

【００８２】従って、複素共役信号発生回路１０の４出
力信号を図２に示すようにアレー素子６−０，６−１，
６−Ｎ，６−Ｎ＋１に給電することにより、零点を合成
した指向性ｆ（ｕ）を得ることができる。また（１４）
式及び（２６）式の４信号のＧ₁ ，Ｇ₂ を変化させるこ
とにより、２個の零点形成位置θ₁ 及びθ₂ を制御する
ことができる。

【００８３】図３にアンテナ素子間隔ｄをパラメータと
したときの重み付け回路９内の複素共役信号発生回路１
０内の利得可変器の利得Ｇ₁ 及び２個の複素共役信号発
生器１１−１，１１−２内の利得可変器の利得Ｇ₂ と零
点形成位置θ₁ ，θ₂ との関係を示す。

【００８４】この図から重み付け回路９内の複素共役信
号発生回路１０及び２個の複素共役信号発生器１１−
１，１１−２内の利得可変器の利得を同時に変えるだけ
で零点合成位置を可変させることができることがわか
る。

【００８５】以上より、アレー端部４素子に給電する４
信号は、重み付け回路９内の複素共役信号発生回路１０
及び２個の複素共役信号発生器１１−１，１１−２内の
利得可変器だけで変化させることができるので、アンテ
ナ指向性上の任意の位置に２個の零点を合成するための
励振重みを変化させる制御手段１４が簡易になり、また
その制御法が簡単になる。

【００８６】

【複素共役信号発生器の実施例】図４は複素共役信号発
生器１１−１及び１１−２の一実施例を示す図である。

【００８７】図において、１５は同相電力２分配器、１
６は利得可変器、１７は３ｄＢ９０°ハイブリッド、１
８は固定位相器である。

【００８８】いま、同相電力２分配器１５の入力端子ｘ
に入力される信号をＸとする。同相電力２分配器１５に
より２分配された信号は次式で記述できる。

【００８９】

【数２９】

【００９０】また、同相電力２分配器１５と３ｄＢ９０
°ハイブリッド１７の間の入出力関係は、利得可変器１
６の利得をＧ₂ として、

【００９１】

【数３０】

【００９２】と、記述できる。３ｄＢ９０°ハイブリッ
ド１７の入出力関係は次式で記述できる。

【００９３】

【数３１】

【００９４】また、固定位相器１８を２７０°に設定す
ると、３ｄＢ９０°ハイブリッド１７の出力端側での入
出力関係は、

【００９５】

【数３２】

【００９６】と、記述できる。

【００９７】従って、複素共役信号発生器の２つの出力
端子ｙ，ｚでの各信号Ｙ，Ｚは、

【数３３】

【００９８】となる。上式において、

【数３４】

【００９９】，Ｙ＝Ｋ，Ｚ＝Ｌとすれば（１２）式が、
Ｙ＝Ｌ，Ｚ＝Ｋとすれば（２４）式が成り立ち、また、

【数３５】

【０１００】，Ｙ＝Ｍ，Ｚ＝Ｎとすれば（１３）式が、
Ｙ＝Ｎ，Ｚ＝Ｍとすれば（２５）式が成り立つ。

【０１０１】

【複素共役信号発生回路の実施例】図５Ａは本発明に用
いる重み付け回路に使用している複素共役信号発生回路
１０の一実施例を示す図である。

【０１０２】図において１９−１，１９−２，１９−３
は同相電力２分配器、２０は利得可変器、２１−１，２
１−２は３ｄＢ９０°ハイブリッド、２２−１，２２−
２は固定位相器である。

【０１０３】いま、同相電力２分配器１９−１の入力端
子ａに入力される信号をＡとする。同相電力２分配器１
９−１により２分配された信号は次式で記述できる。

【０１０４】

【数３６】

【０１０５】また、同相電力２分配器１９−１と同相電
力２分配器１９−２，１９−３の間の入出力関係は、利
得可変器２０の利得をＧ₁ として、

【０１０６】

【数３７】

【０１０７】と、記述できる。同相電力２分配器１９−
２，１９−３の入力端子と３ｄＢ９０°ハイブリッド２
１−１，２１−２の出力端子間の入出力関係は次式で記
述できる。

【０１０８】

【数３８】

【０１０９】また固定位相器２２−１，２２−２を２７
０°に設定すると、３ｄＢ９０°ハイブリッド２１−
１，２１−２の出力端側での入出力関係は、

【０１１０】

【数３９】

【０１１１】と、記述できる。従って、複素共役信号発
生回路の４つの出力端子ｂ，ｃ，ｄ，ｅでの各信号Ｂ，
Ｃ，Ｄ，Ｅは、次式のようになる。

【０１１２】

【数４０】

【０１１３】となる。上式において、Ａ＝２Ｉ₀ とすれ
ば（９）式が成り立つ。

【０１１４】また、同様の効果が得られる別の回路構成
の一実施例を図５Ｂに示す。

【０１１５】図において２３は上記（ａ）で説明した複
素共役信号発生器、２４−１，２４−２は同相電力２分
配器である。

【０１１６】いま、複素共役信号発生器２３の入力端子
ａに入力される信号をＡとする。複素共役信号発生器２
３の入出力関係は複素共役信号発生器２３に含まれる利
得可変器の利得可変量をＧ₁ （真値）とすると次式で記
述できる。

【０１１７】

【数４１】

【０１１８】複素共役信号発生器２３の出力端子と同相
電力２分配器２４−１，２４−２の出力端子間の入出力
関係は次式で記述できる。

【０１１９】

【数４２】

【０１２０】また、同相電力２分配器２４−１，２４−
２の出力端子から複素共役信号発生回路の出力端子まで
の入出力関係は次式で記述できる。

【０１２１】

【数４３】

【０１２２】従って、複素共役信号発生回路の４つの出
力端子ｂ，ｃ，ｄ，ｅでの各信号Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、次
式のようになる。

【０１２３】

【数４４】

【０１２４】上式において、Ａ＝２Ｉ₀ とすれば（９）
式が成り立つ。

【０１２５】

【重み付け回路の実施例】図６は重み付け回路の一実施
例を示す図である。図において、１０は複素共役信号発
生回路、１１−１，１１−２は第１及び第２の複素共役
信号発生器、１２−１，１２−２は入力信号の振幅量を
１／√２倍する第１及び第２の減衰器、１３−１，１３
−２は第１及び第２の同相電力合成器である。

【０１２６】重み付け回路に入力される信号をＡとする
と、この信号を入力信号とする複素共役信号発生回路１
０の各出力端子ｂ，ｃ，ｄ，ｅでの各信号Ｂ，Ｃ，Ｄ，
Ｅは、上記（ｂ）に述べたように次式のようになる。

【０１２７】

【数４５】

【０１２８】端子ｂ，ｅにはそれぞれ第１及び第２の複
素共役信号発生器１１−１及び１１−２がそれぞれ接続
される。複素共役信号発生器１１−１及び１１−２の各
出力端子ｋ，ｌ及びｍ，ｎでの各出力Ｋ，Ｌ及びＭ，Ｎ
は、上記（ａ）に述べた動作により次式のようになる。

【０１２９】

【数４６】

【０１３０】端子ｋ及びｎでの各出力Ｋ及びＮは、それ
ぞれ減衰器１２−１及び１２−２により振幅量を１／√
２倍される。従って、出力端子ｐ，ｓの各出力Ｐ，Ｓは
次式のようになる。

【０１３１】

【数４７】

【０１３２】一方、端子ｌ及びｃに接続された同相電力
合成器１３−１により端子ｑでの出力信号Ｑは次式のよ
うになる。

【０１３３】

【数４８】

【０１３４】同様に、端子ｄ及びｍに接続された同相電
力合成器１３−２により端子ｒでの出力信号Ｒは次式の
ようになる。

【０１３５】

【数４９】

【０１３６】以上を整理すると、重み付け回路の４出力
端子ｐ，ｑ，ｒ，ｓには次式で表される各出力信号Ｐ，
Ｑ，Ｒ，Ｓが得られる。

【０１３７】

【数５０】上式において、Ａ＝２Ｉ₀ とすれば、（１４）式が成り
立つ。

【０１３８】また同様に、複素共役信号発生器１１−１
及び１１−２の各出力端子ｋ，ｌ及びｍ，ｎでの各出力
Ｋ，Ｌ及びＭ，Ｎが次式のようになる場合について説明
する。

【０１３９】

【数５１】

【０１４０】端子ｋ及びｎでの各出力Ｋ及びＮは、それ
ぞれ減衰器１２−１及び１２−２により振幅量を１／√
２倍される。従って、出力端子ｐ，ｓの各出力Ｐ，Ｓは
次式のようになる。

【０１４１】

【数５２】

【０１４２】一方、端子ｌ及びｃに接続された同相電力
合成器１３−１により端子ｑでの出力信号Ｑは次式のよ
うになる。

【０１４３】

【数５３】

【０１４４】同様に、端子ｄ及びｍに接続された同相電
力合成器１３−２により端子ｒでの出力信号Ｒは次式の
ようになる。

【０１４５】

【数５４】

【０１４６】以上を整理すると、重み付け回路の４出力
端子ｐ，ｑ，ｒ，ｓには次式で表される各出力信号Ｐ，
Ｑ，Ｒ，Ｓが得られる。

【０１４７】

【数５５】上式において、Ａ＝２Ｉ₀ とすれば、（２６）式が成り
立つ。

【０１４８】

【本発明によるアレーアンテナの実施例】図７は本発明
によるアレーアンテナの一実施例を示す図であり、（Ｎ
＋２）個（Ｎ≧２）のアンテナ素子を１次元に配列し、
元の指向性ｆ₀ （ｕ）として各アンテナ素子を等振幅・
同相で励振した均一励振指向性の場合のアレーアンテナ
について示した図である。

【０１４９】図において、６−０，６−１，…，６−Ｎ
＋１はアンテナ素子、８は１入力信号を同相で（Ｎ−
１）分配し、かつ（Ｎ−１）個の出力のうち１つの出力
信号振幅が残り（Ｎ−２）個の出力信号振幅に対して２
倍となる電力分配回路、９は重み付け回路、１０は複素
共役信号発生回路、１１−１，１１−２は第１及び第２
の複素共役信号発生器、１２−１，１２−２は入力信号
の振幅を１／√２倍する第１及び第２の減衰器、１３−
１，１３−２は第１及び第２の電力合成器、１４は複素
共役信号発生回路１０及び第１及び第２の複素共役信号
発生器１１−１，１１−２内の利得可変器の利得を制御
する制御手段である。

【０１５０】図７の本発明の一実施例の動作について説
明する。本実施例においては、元の指向性ｆ₀ （ｕ）と
して、各アンテナ素子を等振幅・同相で励振した均一励
振指向性の場合についてであるので、アンテナ素子６−
２，…，６−Ｎ−１には、電力分配回路８で得られる
（Ｎ−２）個の同一出力信号をそのまま用いることがで
きる。

【０１５１】電力分配回路８の（Ｎ−２）個の同一出力
信号をＩ₀ とし、残り１個の出力信号を２Ｉ₀ とする。
電力分配回路８にて等振幅・同相で（Ｎ−２）分配され
た信号Ｉ₀ はそのまま、アンテナ素子６−２，…，６−
Ｎ−１の励振重みとして給電する。また、電力分配回路
８にて分配された残り１個の信号２Ｉ₀ は、重み付け回
路９により（１６）〜（１９）式の各信号に４分配され
て、アレー端部素子６−０，６−１，６−Ｎ，６−Ｎ＋
１に給電する。

【０１５２】即ち、６−０には重み付け回路９のｓ出力
端子を、６−１にはｑ出力端子を、６−Ｎにはｒ出力端
子を、６−Ｎ＋１にはｐ出力端子をそれぞれ接続する。
これにより、元の均一励振指向性ｆ₀ （ｕ）上に２個の
零点が合成された指向性ｆ（ｕ）を得る。

【０１５３】また、制御手段１４にて複素共役信号発生
回路１０と第１及び第２の複素共役信号発生器１１−
１，１１−２内の利得可変器の利得を制御することで、
（１６）〜（１９）式に示される４信号のＧ₁ ，Ｇ₂ を
前記図３のように変化させることにより、２個の零点形
成位置θ₁ 及びθ₂ を制御することができる。

【０１５４】図８は、本発明によるアレーアンテナに
て、アンテナ素子数Ｎ＝２０，アンテナ素子間隔ｄ＝
０．５λ，均一励振指向性のθ₁ ＝−４０°及びθ₂ ＝
＋２０°の位置に零点合成した一例を示した図である。
図中、実線は本発明による零点合成した場合の指向性を
示し、点線は元の均一励振指向性を示す。

【０１５５】また、元の指向性ｆ₀ （ｕ）として、テイ
ラー指向性等各アンテナ素子に励振重みを設定する場合
には、図２のように電力分配回路８とアンテナ素子６−
２，…，６−Ｎ−１の間に固定位相器、利得調整器を挿
入して励振重み付けを行えばよい。

【０１５６】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば重み付
け回路内の３個の利得可変器の利得を制御するだけで１
次元配列アレーアンテナ両端部４素子の励振信号重みを
変化させ、零点の形成位置を制御することができるの
で、簡単な制御系の構成及び簡単な制御法でアンテナ指
向性上の任意の位置に２個の零点を形成し、かつその零
点形成位置を制御できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成例を示す。

【図２】従来技術によるアレーアンテナの構成例であ
る。

【図３】アンテナ素子間隔ｄをパラメータとしたときの
重み付け回路内の利得可変器の利得と零点合成位置との
関係を示す図である。

【図４】複素共役信号発生器の一実施例を示す構成図で
ある。

【図５Ａ】複素共役信号発生回路の一実施例を示す構成
図である。

【図５Ｂ】複素共役信号発生回路の別の例を示す。

【図６】重み付け回路の一実施例を示す構成図である。

【図７】本発明のアレーアンテナの一実施例を示す構成
図である。

【図８】図７の本発明のアレーアンテナにおいて、アン
テナ素子数Ｎ＝２０，アンテナ素子間隔ｄ＝０．５λと
したときの均一励振指向性と、この均一励振指向性の＋
４０°と−２０°の位置に零点合成した場合の指向性を
示した図である。

【符号の説明】

１１つの入力信号を等振幅・同位相で（Ｎ＋２）分配
する電力分配回路２−０，２−１，２−Ｎ，２−Ｎ＋１可変位相器３−２，…，３−Ｎ−１固定位相器４−０，４−１，４−Ｎ，４−Ｎ＋１利得可変器５−２，…，５−Ｎ−１利得調整器６−０，６−１，…，６−Ｎ＋１アンテナ素子７可変位相器２−０，２−１，２−Ｎ，２−Ｎ＋１及
び利得可変器４−０，４−１，４−Ｎ，４−Ｎ＋１を制
御する制御手段８１入力信号を同相で（Ｎ−１）分配し、かつ（Ｎ−
１）個の分配出力のうち１つの出力信号振幅が残り（Ｎ
−２）個の出力信号振幅に対して２倍となる電力分配回
路９重み付け回路１０複素共役信号発生回路１１−１，１１−２第１及び第２の複素共役信号発生
器１２−１，１２−２入力信号の振幅を１／√２倍する
第１及び第２の減衰器１３−１，１３−２第１及び第２の同相電力合成器１４複素共役信号発生回路１０と第１及び第２の複素
共役信号発生器１１−１，１１−２内の利得可変器の利
得を制御する制御手段１５同相電力２分配器１６利得可変器１７３ｄＢ９０°ハイブリッド１８固定位相器１９−１，１９−２，１９−３同相電力２分配器２０利得可変器２１−１，２１−２３ｄＢ９０°ハイブリッド２２−１，２２−２固定位相器２３複素共役信号発生器２４−１，２４−２同相電力２分配器

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のアンテナ素子と電力分配回路間で
各アンテナ素子の励振振幅位相を制御して所望のアンテ
ナ指向性を実現するアレーアンテナにおいて、電力分配回路のひとつのポートと端部の４つのアンテナ
素子との間に重み付け回路をもうけ、他のアンテナ素子は他のポートに直接又は振幅位相調整
手段を介して接続し、前記重み付け回路は、入力信号に対し、出力信号の実部が１／（２√２）で虚
部が互いに共役な２組の信号を出力する複素共役信号発
生回路と、該複素共役信号発生回路の異なる出力に接続され、出力
信号の実部が１／２で虚部が互いに共役な１組の信号を
出力する２個の複素共役信号発生器と、２入力１出力の２個の電力合成器と、入力信号の振幅を１／√２にする減衰器２個とがもうけ
られ、複素共役信号発生回路の互いに複素共役な信号の１組の
内、一方の出力を第一の複素共役信号発生器に入力し、
他を第一の電力合成器の第二の入力端子に入力し、且
つ、もう一方の互いに複素共役な１組の信号の内、前複
素共役信号発生回路の出力信号で第一の電力合成器に接
続した信号と同相の信号を、第二の共役信号発生器に入
力し、他を第二の電力合成器の第一の入力端子に入力
し、第一の複素共役信号発生器の第一の出力信号を第一の減
衰器に入力し、第二の出力信号を第一の電力合成器の第
一の入力端子に入力し、第二の複素共役信号発生器の第一の出力信号を第二の電
力合成器の第二の入力端子に入力し、第二の出力信号を
第二の減衰器に入力し、出力端子として、上記減衰器出力端子が計２個、合成器出力端子が計２個
で合計４個となるよう構成され、該重み付け回路内の第１及び第２の減衰器の出力端子
は、アンテナ素子の２つの端部素子にそれぞれ接続さ
れ、上記重み付け回路内の第１の電力合成器の出力端子は、
該重み付け回路内の第２の減衰器の出力端子が接続され
たアンテナ端部素子に隣接するアンテナ素子に接続さ
れ、上記重み付け回路内の第２の電力合成器の出力端子は、
該重み付け回路内の第１の減衰器の出力端子が接続され
たアンテナ端部素子に隣接するアンテナ素子に接続さ
れ、上記重み付け回路の複素共役信号発生回路と第１及び第
２の複素共役信号発生器の各出力信号の位相と振幅を制
御することによりアンテナ指向性上の任意の２角度方向
に零点を実現することを特徴とするアレーアンテナ。
【請求項２】前記複素共役信号発生回路１０が、入力信号に対し、出力信号の実部が１／２で虚部が互い
に共役な１組（２種）の信号を出力する複素共役信号発
生器と、その２つの出力端子に、それぞれ１入力信号を
等振幅・同位相で２分配する２つの電力分配器により構
成されることを特徴とする請求項１記載のアレーアンテ
ナ。
【請求項３】前記複素共役信号発生回路１０が、入力信号を２出力信号に分配する電力分配器と、該電力分配器の一方の出力端子へ出力される信号の振幅
を制御する利得可変器と、２入力端子と４出力端子を有する電力分配合成回路とを
具備し、該利得可変器の出力端子と該電力分配合成回路の一方の
入力端子が接続され、該電力分配器の他方の出力端子と該電力分配合成回路の
他方の入力端子が接続され、かつ、前記電力分配器の入力端子から前記電力分配合成
回路の２つの入力端子までの経路間位相差が同相又は逆
相、或いは９０°となるようにそれぞれ接続され、該経路間位相差が同相又は逆相の場合には、上記電力分配合成回路として、前記電力分配器の出力端子から直接入力される信号は、
同位相で４出力端子に出力され、前記利得可変器を介して入力される信号は、他方の入力
端子から入力される信号が前記電力分配合成回路を通過
して出力される信号の位相に対して、９０°遅れ或いは
２７０°進みと、９０°進み或いは２７０°遅れの位相
関係の出力信号がそれぞれ２出力づつ４出力端子に出力
される電力分配合成回路を備え、該経路間位相差が９０°の場合には、上記電力分配合成回路として、前記電力分配器の出力端子から直接入力される信号は、
同位相で４出力端子に出力され、前記利得可変器を介して入力される信号は、他方の入力
端子から入力される信号が前記電力分配合成回路を通過
して出力される信号の位相に対して、同相と逆相の位相
関係の信号がそれぞれ２出力づつ４出力端子に出力され
る電力分配合成回路を備えることを特徴とする請求項１記
載のアレーアンテナ。
【請求項４】前記複素共役信号発生器が、入力信号を２出力信号に分配する電力分配器と、該電力分配器の一方の出力端子に出力される信号の振幅
を制御する利得可変器と、２入力端子と２出力端子を有する９０°ハイブリッド電
力合成器とを具備し、前記利得可変器の出力端子と前記電力合成器の一方の入
力端子が接続され、前記電力分配器の他方の出力端子と前記電力合成器の他
方の入力端子が接続され、かつ、前記電力分配器の入力端子から前記電力合成器の
２入力端子までの経路間位相差が０°または１８０°と
なるように前記電力分配器と前記電力合成器がそれぞれ
接続され、前記９０°ハイブリッド電力合成器の２つの出力端子の
どちらか一方に９０°又は２７０°の位相器を接続して
構成されることを特徴とする請求項１記載のアレーアン
テナ。
【請求項５】前記複素共役信号発生器が、入力信号を２出力信号に分配する電力分配器と、該電力分配器の一方の出力端子に出力される信号の振幅
を制御する利得可変器と、２入力端子と２出力端子を有する１８０°ハイブリッド
電力合成器とを具備し、前記利得可変器の出力端子と前記電力合成器の一方の入
力端子が接続され、前記電力分配器の他方の出力端子と前記電力合成器の他
方の入力端子が接続され、かつ、前記電力分配器の入力端子から前記電力合成器の
２つの入力端子までの経路間位相差が９０°となるよう
に前記電力分配器と前記電力合成器がそれぞれ接続さ
れ、前記１８０°ハイブリッド電力合成器の出力端子のどち
らか一方に１８０°の位相器が接続されることを特徴と
する請求項１記載のアレーアンテナ。