JP4071501B2 - アレーアンテナ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、アレーアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のアレーアンテナ装置について図面を参照しながら説明する。図５は、例えば特開平１１−４１０２４号公報に示された従来のアレーアンテナ装置の構成を示す図である。
【０００３】
図５において、１８はアンテナカバー、１９１〜１９６は複数個のアンテナ素子よりなるアンテナブロック、２０１〜２０２４はアンテナ素子、２１１〜２１６は給電ケーブル、２２はアンテナ給電部、２３は１入力３出力の移相装置、２４１〜２４３は移相器、２５１〜２５６は第２の位相調整ケーブル、２６は装置側端子、２７１〜２７３は２分岐器、２８１〜２８３は第１の位相調整ケーブルである。
【０００４】
つぎに、従来のアレーアンテナ装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【０００５】
装置側端子２６より入力された入力電力は、移相装置２３内の移相器２４１〜２４３および第１の位相調整ケーブル２８１〜２８３で所定の振幅位相に分配される。
【０００６】
次に、２分岐器２７１〜２７３で２分岐され、さらに、第２の位相調整ケーブル２５１〜２５６で位相調整される。
【０００７】
その後、アンテナカバー１８内の各アンテナブロック１９１〜１９６に送られ、各ブロック内でさらに分配されてアンテナ素子２０１〜２０２４に至り、放射される。
【０００８】
アンテナ素子２０１〜２０２４の励振位相は、移相装置２３内の移相器２４１〜２４３および第１の位相調整ケーブル２８１〜２８３、第２の位相調整ケーブル２５１〜２５６、ならびに各アンテナブロック１９１〜１９６の振幅位相特性の加算によっておおむね定まる。このとき、所望の放射特性を実現するためには、上記加算位相特性が各アンテナ素子で所望の励振位相になるように位相調整ケーブルの長さを変更する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来のアレーアンテナ装置は、励振電界の位相量を変化させて、上記のようになされていた。しかしながら、各アンテナ素子、各給電ケーブル、及びアンテナ給電部からの多重反射により、励振位相は所望値からのずれを生じる。特に、アンテナ素子間の結合が強い場合や、アンテナ給電部にアイソレーションがない場合は誤差が大きくなるため、さらに複数回の調整を必要とするという問題点があった。
【００１０】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、位相調整ケーブルの長さを複数回変更したり、調整することなく、最適な位相調整ケーブルの長さを決定し、所望の励振振幅位相を実現することができるアレーアンテナ装置を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係るアレーアンテナ装置は、複数の素子アンテナと、前記複数の素子アンテナに電力を分配する分配回路と、前記素子アンテナの実際の励振電界、及び所望値として予め規定する励振電界の差を示す評価関数の値を最小にする前記分配回路の入力波を求め、装置側端子からの入力波と前記分配回路の入力波との関係から決定したケーブル長を有し、前記装置側端子から入力された入力電力を位相調整した後、前記分配回路へ送る位相調整ケーブルとを備えたものである。
【００１２】
この発明の請求項２に係るアレーアンテナ装置は、複数の素子アンテナと、前記複数の素子アンテナに電力を分配する分配回路と、前記素子アンテナからの反射量、及び所望値として予め規定する反射量の差を示す評価関数の値を最小にする前記分配回路の入力波を求め、装置側端子からの入力波と前記分配回路の入力波との関係から決定したケーブル長を有し、前記装置側端子から入力された入力電力を位相調整した後、前記分配回路へ送る位相調整ケーブルとを備えたものである。
【００１３】
この発明の請求項３に係るアレーアンテナ装置は、複数の素子アンテナと、前記複数の素子アンテナに電力を分配する分配回路と、前記分配回路からの反射量、及び所望値として予め規定する反射量の差を示す評価関数の値を最小にする前記分配回路の入力波を求め、装置側端子からの入力波と前記分配回路の入力波との関係から決定したケーブル長を有し、前記装置側端子から入力された入力電力を位相調整した後、前記分配回路へ送る位相調整ケーブルとを備えたものである。
【００１４】
この発明の請求項４に係るアレーアンテナ装置は、請求項１において、前記装置側端子と前記位相調整ケーブルの間に接続され、前記位相調整ケーブルに所定の励振振幅位相を分配する移相器をさらに備えたものである。
【００１５】
この発明の請求項５に係るアレーアンテナ装置は、請求項２において、前記装置側端子と前記位相調整ケーブルの間に接続され、前記位相調整ケーブルに所定の励振振幅位相を分配する移相器をさらに備えたものである。
【００１６】
この発明の請求項６に係るアレーアンテナ装置は、請求項３において、前記装置側端子と前記位相調整ケーブルの間に接続され、前記位相調整ケーブルに所定の励振振幅位相を分配する移相器をさらに備えたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るアレーアンテナ装置について図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係るアレーアンテナ装置の構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００１８】
図１において、１１〜１ｎ−１は素子アンテナ、２ｎ〜２Ｎはサブアレー、３ｎ〜３Ｎは分配回路、４ｎ〜４Ｎは給電ケーブル、５ｎ〜５Ｎは位相調整ケーブル（振幅位相制御手段）、６ｎ〜６Ｎは装置側端子である。
【００１９】
つぎに、この実施の形態１に係るアレーアンテナ装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００２０】
装置側端子６ｎ〜６Ｎから入力された入力電力は、位相調整ケーブル５ｎ〜５Ｎにより位相調整された後、給電ケーブル４ｎ〜４Ｎを介して分配回路３ｎ〜３Ｎに送られ、この分配回路３ｎ〜３Ｎにより分配されて素子アンテナ１１〜１ｎ−１から放射される。
【００２１】
素子アンテナ１１〜１ｎ−１の励振振幅位相は、装置側端子６ｎ〜６Ｎからの入力電力に対して、位相調整ケーブル５ｎ〜５Ｎ、給電ケーブル４ｎ〜４Ｎ、分配回路３ｎ〜３Ｎおよび各サブアレー２ｎ〜２Ｎの位相特性の相乗値によって定まり、全体として所望の放射特性が得られるようにされている。
【００２２】
上記位相調整ケーブル５の長さを決定する方法について、図２を用いて説明する。図２は、素子アンテナ１１〜１ｎ−１、分配回路３ｎ〜３Ｎ、給電ケーブル４ｎ〜４Ｎの特性をＳパラメータで表し、各々の入出力の関係を示したものである。
【００２３】
図２において、７は素子アンテナ１１〜１ｎ−１全体の特性を表す放射部Ｓパラメータ、８は分配回路３ｎ〜３Ｎの特性を表す分配回路部Ｓパラメータ、９は給電ケーブル４ｎ〜４Ｎの特性を表す給電ケーブル部Ｓパラメータである。
【００２４】
また、同図において、１０１〜１０ｎ−１は放射部反射波、１１１〜１１ｎ−１は放射部入力波、１２ｎ〜１２Ｎは分配回路入力波、１３ｎ〜１３Ｎは分配回路反射波、１４Ｎ＋１〜１４Ｍは給電ケーブル部反射波、１５Ｎ＋１〜１５Ｍは給電ケーブル部入力波、１６Ｎ＋１〜１６Ｍは位相調整ケーブル、１７Ｎ＋１〜１７Ｍは装置側からの入力波である。
【００２５】
放射部Ｓパラメータ７、分配回路部Ｓパラメータ８、及び給電ケーブル部Ｓパラメータ９のそれぞれのＳパラメータについて、入出力の関係を行列式で表すと、放射部Ｓパラメータ７については式（１）、分配回路部Ｓパラメータについては式（２）、給電ケーブル部Ｓパラメータについては式（３）のようになる。
【００２６】
【数１】
【００２７】
【数２】
【００２８】
【数３】
【００２９】
式（１）〜式（３）において、ａ１，ａ２，・・・，ａｎ−１は放射部反射波１０１〜１０ｎ−１、ｂ１，ｂ２，・・・，ｂｎ−１は放射部入力波１１１〜１１ｎ−１、ａｎ，ａｎ＋１，・・・，ａＮは分配回路部入力波１２ｎ〜１２Ｎ、ｂｎ，ｂｎ＋１，・・・，ｂＮは分配回路部反射波１３ｎ〜１３Ｎ、ａＮ＋１，ａＮ＋２，・・・，ａＭは給電ケーブル部反射波１４Ｎ＋１〜１４Ｍ、ｂＮ＋１，ｂＮ＋２，・・・，ｂＭは給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍを表している。
【００３０】
また、α１１，α１２，・・・，αｎ−１，ｎ−１は放射部Ｓパラメータ７の各成分、Ｓ１１，Ｓ１２，・・・，ＳＮＮは分配回路部Ｓパラメータ８の各成分、Ｓｎｎ，Ｓｎ，ｎ＋１，・・・，ＳＭＭは給電ケーブル部Ｓパラメータ９の各成分を表している。
【００３１】
式（１）〜式（３）より、放射部入力波１１１〜１１ｎ−１を給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍについて行列式で表すと、式（４）のようになる。
【００３２】
【数４】
【００３３】
式（４）において、ｂ１，ｂ２，・・・，ｂｎ−１は放射部入力波１１１〜１１ｎ−１、ｂＮ＋１，ｂＮ＋２，・・・，ｂＭは給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍ、Ｄ１，Ｎ＋１，Ｄ１，Ｎ＋２，・・・，Ｄｎ−１，Ｍは放射部Ｓパラメータ７の各成分、分配回路部Ｓパラメータ８の各成分、及び給電ケーブル部Ｓパラメータ９の各成分を用いて表すことができる行列の各成分である。
【００３４】
各素子アンテナ１１〜１ｎ−１の所望の励振振幅位相を実現するための給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍは、例えば所望の励振振幅位相をｂ０ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ−１）とすると、下記の式（５）に示す評価関数ｆ１を最小にするような入力波として求まる。
【００３５】
【数５】
【００３６】
式（５）において、ｂｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ−１）は給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍで表された放射部入力波、ｂ０ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ−１）は各素子アンテナ１１〜１ｎ−１の所望の励振振幅位相である。
【００３７】
式（５）の評価関数ｆ１を最小にする給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍを求めることで、入力波１７Ｎ＋１〜１７Ｍと給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋ １〜１５Ｍとの関係から、各素子アンテナ１１〜１ｎ−１に所望の励振位相を実現するための位相調整ケーブル１６Ｎ＋１〜１６Ｍの長さを決定することができる。これにより、位相調整用ケーブルの長さを複数回変更したり、調整することなく、最適な位相調整用ケーブルの長さを決定し、所望の励振振幅位相を実現することができる。なお、式（５）の評価関数ｆ１を最小にする給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍは最小二乗法等の最適化法で求めることができる。また、図１に示す位相調整ケーブル５ｎ〜５Ｎの代わりに、増幅回路等（振幅位相制御手段）を挿入することにより、同様に、所望の励振振幅位相を実現することができる。
【００３８】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るアレーアンテナ装置について説明する。
【００３９】
上記実施の形態１では放射部入力波１１１〜１１ｎ−１について所望の励振振幅位相を実現するための振幅位相制御手段（位相調整ケーブル、増幅回路等）１６Ｎ＋１〜１６Ｍを決定したが、上記放射部入力波１１１〜１１ｎ−１の代わりに放射部反射波１０１〜１０ｎ−１について考える。
【００４０】
式（１）〜式（３）より、放射部反射波１０１〜１０ｎ−１を給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍについて行列式で表すと、下記の式（６）のようになる。
【００４１】
【数６】
【００４２】
式（６）において、ａ１，ａ２，・・・，ａｎ−１は放射部反射波１０１〜１０ｎ−１、ｂＮ＋１，ｂＮ＋２，・・・，ｂＭは給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍ、β１，Ｎ＋１，β１，Ｎ＋２，・・・，βｎ−１，Ｍは放射部Ｓパラメータ７の各成分、分配回路部Ｓパラメータ８の各成分、及び給電ケーブル部Ｓパラメータ９の各成分を用いて表すことができる行列の各成分である。
【００４３】
放射部反射波１０１〜１０ｎ−１の所望の反射量を実現するための給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍは、例えば所望の反射量をε１ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ−１）とすると、下記の式（７）に示す評価関数ｆ２を最小にするような入力波として求まる。
【００４４】
【数７】
【００４５】
式（７）においてａｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ−１）は給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍで表された放射部反射波、ε１ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ−１）は各素子アンテナ１１〜１ｎ−１からの反射量である。
【００４６】
式（７）の評価関数ｆ２を最小にする給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍを求めることで、入力波１７Ｎ＋１〜１７Ｍと給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍとの関係から、各素子アンテナ１１〜１ｎ−１からの所望の反射量を実現するための位相調整ケーブル１６Ｎ＋１〜１６Ｍの長さを決定することができる。これにより、位相調整用ケーブルの長さを複数回変更したり、調整することなく、最適な位相調整用ケーブルの長さを決定し、所望の反射量を実現することができ、各素子アンテナ１１〜１ｎ−１からの反射を少なくすることができる。これは各素子アンテナ１１〜１ｎ−１間の相互結合が強い場合に特に有効である。なお、式（７）の評価関数ｆ２を最小にする給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋ １〜１５Ｍは最小二乗法等の最適化法で求めることができる。また、図１に示す位相調整ケーブル５ｎ〜５Ｎの代わりに、増幅回路等（振幅位相制御手段）を挿入することにより、同様に、所望の反射量を実現することができる。
【００４７】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係るアレーアンテナ装置について説明する。
【００４８】
上記実施の形態１では放射部入力波１１１〜１１ｎ−１について所望の励振振幅位相を実現するための振幅位相制御手段（位相調整ケーブル、増幅回路等）１６Ｎ＋１〜１６Ｍを決定したが、上記放射部入力波１１１〜１１ｎ−１の代わりに分配回路部反射波１３ｎ〜１３Ｎについて考える。
【００４９】
式（１）〜式（３）より、放射部反射波１０１〜１０ｎ−１を給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍについて行列式で表すと、下記の式（８）のようになる。
【００５０】
【数８】
【００５１】
式（８）において、ｂｎ，ｂｎ＋１，・・・，ｂＮは分配回路部反射波１３ｎ〜１３Ｎ、ｂＮ＋１，ｂＮ＋２，・・・，ｂＭは給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍ、γｎ，Ｎ＋１，γｎ，Ｎ＋２，・・・，γＮＭは放射部Ｓパラメータ７の各成分、分配回路部Ｓパラメータ８の各成分、及び給電ケーブル部Ｓパラメータ９の各成分を用いて表すことができる行列の各成分である。
【００５２】
分配回路部反射波１３ｎ〜１３Ｎの所望の反射量を実現するための給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍは、例えば所望の反射量をε２ｊ（ｊ＝ｎ，ｎ＋１，・・・，Ｎ）とすると、下記の式（９）に示す評価関数ｆ３を最小にするような入力波として求まる。
【００５３】
【数９】
【００５４】
式（９）においてｂｊ（ｊ＝ｎ，ｎ＋１，・・・，Ｎ）は給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍで表された放射部反射波、ε２ｊ（ｊ＝ｎ，ｎ＋１，・・・，Ｎ）は各分配回路３ｎ〜３Ｎからの反射量である。
【００５５】
式（９）の評価関数ｆ３を最小にする給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍを求めることで、入力波１７Ｎ＋１〜１７Ｍと給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍとの関係から、各分配回路３ｎ〜３Ｎからの所望の反射量を実現するための位相調整ケーブル１６Ｎ＋１〜１６Ｍの長さを決定することができる。これにより、位相調整用ケーブルの長さを複数回変更したり、調整することなく、最適な位相調整用ケーブルの長さを決定し、所望の反射量を実現することができ、各分配回路３ｎ〜３Ｎからの反射を少なくすることができる。これは各分配回路３ｎ〜３Ｎにアイソレーションがない場合に特に有効である。なお、式（９）の評価関数ｆ３を最小にする給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍは最小二乗法等の最適化法で求めることができる。また、図１に示す位相調整ケーブル５ｎ〜５Ｎの代わりに、増幅回路等（振幅位相制御手段）を挿入することにより、同様に、所望の反射量を実現することができる。
【００５６】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係るアレーアンテナ装置について図面を参照しながら説明する。図３は、この発明の実施の形態４に係るアレーアンテナ装置の構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００５７】
図３において、１１〜１ｎ−１は素子アンテナ、２ｎ〜２Ｎはサブアレー、３ｎ〜３Ｎは分配回路、４ｎ〜４Ｎは給電ケーブル、５ｎ〜５Ｎは位相調整ケーブル（振幅位相制御手段）、２９は移相器、３０は装置側端子である。
【００５８】
つぎに、この実施の形態４に係るアレーアンテナ装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００５９】
装置側端子３０から入力された入力電力は、移相器２９により所定の振幅位相に分配されて位相調整ケーブル５Ｎ＋１〜５Ｍに送られ、この位相調整ケーブル５Ｎ＋１〜５Ｍにより位相調整された後、給電ケーブル４ｎ〜４Ｎを介して分配回路３ｎ〜３Ｎに送られ、この分配回路３ｎ〜３Ｎにより分配されて素子アンテナ１１〜１ｎ−１から放射される。
【００６０】
素子アンテナ１１〜１ｎ−１の励振振幅位相は、装置側端子３０からの入力電力に対して、移相器２９、位相調整ケーブル５Ｎ＋１〜５Ｍ、給電ケーブル４ｎ〜４Ｎ、分配回路３ｎ〜３Ｎおよび各サブアレー２ｎ〜２Ｎの位相特性の相乗値によって定まり、全体として所望の放射特性が得られるようにされている。
【００６１】
上記位相調整ケーブルの長さを決定する方法について図４を用いて説明する。
【００６２】
図４は、素子アンテナ１１〜１ｎ−１、分配回路３ｎ〜３Ｎ、給電ケーブル４ｎ〜４Ｎ、移相器２９の特性をＳパラメータで表し、各々の入出力の関係を示したものである。
【００６３】
図４において、７は素子アンテナ１１〜１ｎ−１全体の特性を表す放射部Ｓパラメータ、８は分配回路３ｎ〜３Ｎの特性を表す分配回路部Ｓパラメータ、９は給電ケーブル４ｎ〜４Ｎの特性を表す給電ケーブル部Ｓパラメータ、３１は移相器２９の特性を表す移相器部Ｓパラメータである。
【００６４】
また、同図において、１０１〜１０ｎ−１は放射部反射波、１１１〜１１ｎ−１は放射部入力波、１２ｎ〜１２Ｎは分配回路入力波、１３ｎ〜１３Ｎは分配回路反射波、１４Ｎ＋１〜１４Ｍは給電ケーブル部反射波、１５Ｎ＋１〜１５Ｍは給電ケーブル部入力波、１６Ｎ＋１〜１６Ｍは位相調整ケーブル、３２Ｎ＋１〜３２Ｍは位相調整ケーブルへの入力波、３３Ｎ＋１〜３３Ｍは位相調整ケーブルからの反射波、３４は移相器部入力波、３５は移相器部反射波である。
【００６５】
放射部Ｓパラメータ７、分配回路部Ｓパラメータ８、給電ケーブル部Ｓパラメータ９、移相器部Ｓパラメータ３１のそれぞれのＳパラメータについて、入出力の関係を行列式で表すと、放射部Ｓパラメータ７については式（１）、分配回路部Ｓパラメータ８については式（２）、給電ケーブル部Ｓパラメータ９については式（３）と同様である。また、移相器部Ｓパラメータ３１については式（１０）のようになる。
【００６６】
【数１０】
【００６７】
【数１１】
【００６８】
式（１０）及び式（１１）において、ｃＮ＋１，ｃＮ＋２，・・・，ｃＭは位相調整ケーブルへの入力波３２Ｎ＋１〜３２Ｍ、ｄＮ＋１，ｄＮ＋２，・・・，ｄＭは位相調整ケーブルへの反射波３３Ｎ＋１〜３３Ｍ、ｃＭ＋１は移相器部反射波３５、ｄＭは移相器部入力波３４、ＧＮ＋１，Ｎ＋１，ＧＮ＋１，Ｎ＋２，・・・，ＧＭ＋１，Ｍ＋１は移相器部Ｓパラメータ３１の各成分、ｅｊｋｌＮ＋１，ｅｊｋｌＮ＋２，・・・，ｅｊｋｌＭは位相調整ケーブルの位相変化量を表している。
【００６９】
式（１）〜式（３）、式（１０）、式（１１）より、放射部入力波１１１〜１１ｎ−１を位相調整ケーブル１６Ｎ＋１〜１６Ｍについて行列式で表すと、式（１２）のようになる。
【００７０】
【数１２】
【００７１】
式（１２）において、ｂ１，ｂ２，・・・，ｂｎ−１は放射部入力波１１１〜１１ｎ−１、ｅｊｋｌＮ＋１，ｅｊｋｌＮ＋２，・・・，ｅｊｋｌＭは位相調整ケーブルの位相変化量、Ｄ１，Ｎ＋１，Ｄ１，Ｎ＋２，・・・，Ｄｎ−１，Ｍは放射部Ｓパラメータ７の各成分、分配回路部Ｓパラメータ８の各成分、給電ケーブル部Ｓパラメータ９の各成分、移相器部Ｓパラメータ３１の各成分および移相器部入力波３４を用いて表すことができる行列の各成分である。
【００７２】
各素子アンテナ１１〜１ｎ−１の所望の励振振幅位相を実現するための位相調整ケーブル１６Ｎ＋１〜１６Ｍは、例えば所望の励振振幅位相をｂ０ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ−１）とすると、後述の式（１３）に示す評価関数ｆ４を最小にするような位相変化量として求まる。
【００７３】
【数１３】
【００７４】
式（１３）において、ｂｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ−１）は位相調整ケーブル１６Ｎ＋１〜１６Ｍで表される放射部入力波、ｂ０ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ−１）は各素子アンテナ１１〜１ｎ−１の所望の励振振幅位相である。
【００７５】
式（１３）の評価関数ｆ４を最小にする位相調整ケーブル１６Ｎ＋１〜１６Ｍを求めることで、各素子アンテナ１１〜１ｎ−１に所望の励振振幅位相を実現するための位相調整ケーブル１６Ｎ＋１〜１６Ｍを決定することができる。これにより、位相調整用ケーブルの長さを複数回変更し、調整することなく最適な位相調整用ケーブルの長さを決定し、所望の励振振幅位相を実現することができる。なお、式（１３）の評価関数ｆ４を最小にする位相調整ケーブル１６Ｎ＋１〜１６Ｍは、最小二乗法等の最適化法で求めることができる。
【００７６】
実施の形態５．
上記実施の形態４では放射部入力波１１１〜１１ｎ−１について所望の励振振幅位相を実現するための振幅位相制御手段（位相調整ケーブル、増幅回路等）１６Ｎ＋１〜１６Ｍを決定したが、上記放射部入力波１１１〜１１ｎ−１の代わりに放射部反射波１０１〜１０ｎ−１について考える。
【００７７】
式（１）〜式（３）、式（１０）、式（１１）より、放射部反射波１０１〜１０ｎ−１を振幅位相制御手段１６Ｎ＋１〜１６Ｍについて行列式で表すと、式（１４）のようになる。
【００７８】
【数１４】
【００７９】
式（１４）において、ａ１，ａ２，・・・，ａｎ−１は放射部反射波１０１〜１０ｎ−１、ｅｊｋｌＮ＋１，ｅｊｋｌＮ＋２，・・・，ｅｊｋｌＭは振幅位相制御手段の位相変化量、β１，Ｎ＋１，β１，Ｎ＋２，・・・，βｎ−１，Ｍは放射部Ｓパラメータ７の各成分、分配回路部Ｓパラメータ８の各成分、及び給電ケーブル部Ｓパラメータ９の各成分を用いて表すことができる行列の各成分である。
【００８０】
放射部反射波１０１〜１０ｎ−１の所望の反射量を実現するための振幅位相制御手段１６Ｎ＋１〜１６Ｍは、例えば所望の反射量をε１ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ−１）とすると、下記の式（１５）に示す評価関数ｆ５を最小にするような入力波として求まる。
【００８１】
【数１５】
【００８２】
式（１５）においてａｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ−１）は振幅位相制御手段１６Ｎ＋１〜１６Ｍで表された放射部反射波、ε１ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ−１）は各素子アンテナ１１〜１ｎ−１からの反射量である。
【００８３】
式（１５）の評価関数ｆ５を最小にする振幅位相制御手段１６Ｎ＋１〜１６Ｍを求めることで、各素子アンテナ１１〜１ｎ−１からの所望の反射量を実現するための振幅位相制御手段（位相調整ケーブル）１６Ｎ＋１〜１６Ｍの長さを決定することができる。これにより、位相調整用ケーブルの長さを複数回変更し、調整することなく、最適な位相調整用ケーブルの長さを決定し、所望の反射量を実現することができ、各素子アンテナ１１〜１ｎ−１からの反射を少なくすることができる。これは各素子アンテナ１１〜１ｎ−１間の相互結合が強い場合に特に有効である。なお、式（１５）の評価関数ｆ５を最小にする振幅位相制御手段１６Ｎ＋１〜１６Ｍは、最小二乗法等の最適化法で求めることができる。
【００８４】
実施の形態６．
上記実施の形態４では放射部入力波１１１〜１１ｎ−１について所望の励振振幅位相を実現するための振幅位相制御手段１６Ｎ＋１〜１６Ｍを決定したが、上記放射部入力波１１１〜１１ｎ−１の代わりに分配回路部反射波１３ｎ〜１３Ｎについて考える。
【００８５】
式（１）〜式（３）、式（１０）、式（１１）より、放射部反射波１０１〜１０ｎ−１を振幅位相制御手段１６Ｎ＋１〜１６Ｍについて行列式で表すと、式（１６）のようになる。
【００８６】
【数１６】
【００８７】
式（１６）において、ｂ１，ｂ２，・・・，ｂｎ−１は分配回路部反射波１３１〜１３ｎ−１、ｅｊｋｌＮ＋１，ｅｊｋｌＮ＋２，・・・，ｅｊｋｌＭは振幅位相制御手段の位相変化量、γｎ，Ｎ＋１，γｎ，Ｎ＋２，・・・，γＮ，Ｍは放射部Ｓパラメータ７の各成分、分配回路部Ｓパラメータ８の各成分、給電ケーブル部Ｓパラメータ９の各成分、移相器部Ｓパラメータ３１の各成分および移相器部入力波３４を用いて表すことができる行列の各成分である。
【００８８】
分配回路部反射波１３１〜１３ｎ−１の所望の反射量を実現するための振幅位相制御手段１６Ｎ＋１〜１６Ｍは、例えば所望の反射量をε２ｊ（ｊ＝ｎ，ｎ＋１，・・・，Ｎ）とすると、下記の式（１７）に示す評価関数ｆ６を最小にするような入力波として求まる。
【００８９】
【数１７】
【００９０】
式（１７）においてｂｊ（ｊ＝１，２，・・・，ｎ−１）は振幅位相制御手段１６Ｎ＋１〜１６Ｍで表された放射部反射波、ε２ｊ（ｊ＝ｎ，ｎ＋１，・・・，Ｎ）は各分配回路３ｎ〜３Ｎからの反射量である。
【００９１】
式（１７）の評価関数ｆ６を最小にする振幅位相制御手段１６Ｎ＋１〜１６Ｍを求めることで、各分配回路３ｎ〜３Ｎからの所望の反射量を実現するための振幅位相制御手段（位相調整ケーブル）１６Ｎ＋１〜１６Ｍの長さを決定することができる。これにより、位相調整用ケーブルの長さを複数回変更し、調整することなく、最適な位相調整用ケーブルの長さを決定し、所望の反射量を実現することができ、各分配回路３ｎ〜３Ｎからの反射を少なくすることができる。これは各分配回路３ｎ〜３Ｎにアイソレーションがない場合に特に有効である。なお、式（１７）の評価関数ｆ６を最小にする振幅位相制御手段１６Ｎ＋１〜１６Ｍは、最小二乗法等の最適化法で求めることができる。
【００９２】
【発明の効果】
この発明の請求項１に係るアレーアンテナ装置は、以上説明したとおり、複数の素子アンテナと、前記複数の素子アンテナに電力を分配する分配回路と、前記素子アンテナの実際の励振電界、及び所望値として予め規定する励振電界の差を示す評価関数の値を最小にする前記分配回路の入力波を求め、装置側端子からの入力波と前記分配回路の入力波との関係から決定したケーブル長を有し、前記装置側端子から入力された入力電力を位相調整した後、前記分配回路へ送る位相調整ケーブルとを備えたので、位相調整ケーブルの長さを複数回変更したり、調整することなく、最適な位相調整ケーブルの長さを決定し、所望の励振振幅位相を実現することができるという効果を奏する。
【００９３】
この発明の請求項２に係るアレーアンテナ装置は、以上説明したとおり、複数の素子アンテナと、前記複数の素子アンテナに電力を分配する分配回路と、前記素子アンテナからの反射量、及び所望値として予め規定する反射量の差を示す評価関数の値を最小にする前記分配回路の入力波を求め、装置側端子からの入力波と前記分配回路の入力波との関係から決定したケーブル長を有し、前記装置側端子から入力された入力電力を位相調整した後、前記分配回路へ送る位相調整ケーブルとを備えたので、位相調整ケーブルの長さを複数回変更したり、調整することなく、最適な位相調整ケーブルの長さを決定し、所望の励振振幅位相を実現することができるという効果を奏する。
【００９４】
この発明の請求項３に係るアレーアンテナ装置は、以上説明したとおり、複数の素子アンテナと、前記複数の素子アンテナに電力を分配する分配回路と、前記分配回路からの反射量、及び所望値として予め規定する反射量の差を示す評価関数の値を最小にする前記分配回路の入力波を求め、装置側端子からの入力波と前記分配回路の入力波との関係から決定したケーブル長を有し、前記装置側端子から入力された入力電力を位相調整した後、前記分配回路へ送る位相調整ケーブルとを備えたので、位相調整ケーブルの長さを複数回変更したり、調整することなく、最適な位相調整ケーブルの長さを決定し、所望の励振振幅位相を実現することができるという効果を奏する。
【００９５】
この発明の請求項４に係るアレーアンテナ装置は、以上説明したとおり、請求項１において、前記装置側端子と前記位相調整ケーブルの間に接続され、前記位相調整ケーブルに所定の励振振幅位相を分配する移相器をさらに備えたので、位相調整ケーブルの長さを複数回変更したり、調整することなく、最適な位相調整ケーブルの長さを決定し、所望の励振振幅位相を実現することができるという効果を奏する。
【００９６】
この発明の請求項５に係るアレーアンテナ装置は、以上説明したとおり、請求項２において、前記装置側端子と前記位相調整ケーブルの間に接続され、前記位相調整ケーブルに所定の励振振幅位相を分配する移相器をさらに備えたので、位相調整ケーブルの長さを複数回変更したり、調整することなく、最適な位相調整ケーブルの長さを決定し、所望の励振振幅位相を実現することができるという効果を奏する。
【００９７】
この発明の請求項６に係るアレーアンテナ装置は、以上説明したとおり、請求項３において、前記装置側端子と前記位相調整ケーブルの間に接続され、前記位相調整ケーブルに所定の励振振幅位相を分配する移相器をさらに備えたので、位相調整ケーブルの長さを複数回変更したり、調整することなく、最適な位相調整ケーブルの長さを決定し、所望の励振振幅位相を実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係るアレーアンテナ装置の構成を示す図である。
【図２】 この発明の実施の形態１に係るアレーアンテナ装置の素子アンテナ、分配回路、及び給電ケーブルの特性をＳパラメータで表し、各々の入出力の関係を示した図である。
【図３】 この発明の実施の形態４に係るアレーアンテナ装置の構成を示す図である。
【図４】 この発明の実施の形態４に係るアレーアンテナ装置の素子アンテナ、分配回路、給電ケーブル、及び移相器の特性をＳパラメータで表し、各々の入出力の関係を示した図である。
【図５】 従来のアレーアンテナ装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 素子アンテナ、２ サブアレー、３ 分配回路、４ 給電ケーブル、５ 位相調整ケーブル（振幅位相制御手段）、６ 装置側端子、２９ 移相器、３０装置側端子。
【発明の属する技術分野】
この発明は、アレーアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のアレーアンテナ装置について図面を参照しながら説明する。図５は、例えば特開平１１−４１０２４号公報に示された従来のアレーアンテナ装置の構成を示す図である。
【０００３】
図５において、１８はアンテナカバー、１９１〜１９６は複数個のアンテナ素子よりなるアンテナブロック、２０１〜２０２４はアンテナ素子、２１１〜２１６は給電ケーブル、２２はアンテナ給電部、２３は１入力３出力の移相装置、２４１〜２４３は移相器、２５１〜２５６は第２の位相調整ケーブル、２６は装置側端子、２７１〜２７３は２分岐器、２８１〜２８３は第１の位相調整ケーブルである。
【０００４】
つぎに、従来のアレーアンテナ装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【０００５】
装置側端子２６より入力された入力電力は、移相装置２３内の移相器２４１〜２４３および第１の位相調整ケーブル２８１〜２８３で所定の振幅位相に分配される。
【０００６】
次に、２分岐器２７１〜２７３で２分岐され、さらに、第２の位相調整ケーブル２５１〜２５６で位相調整される。
【０００７】
その後、アンテナカバー１８内の各アンテナブロック１９１〜１９６に送られ、各ブロック内でさらに分配されてアンテナ素子２０１〜２０２４に至り、放射される。
【０００８】
アンテナ素子２０１〜２０２４の励振位相は、移相装置２３内の移相器２４１〜２４３および第１の位相調整ケーブル２８１〜２８３、第２の位相調整ケーブル２５１〜２５６、ならびに各アンテナブロック１９１〜１９６の振幅位相特性の加算によっておおむね定まる。このとき、所望の放射特性を実現するためには、上記加算位相特性が各アンテナ素子で所望の励振位相になるように位相調整ケーブルの長さを変更する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来のアレーアンテナ装置は、励振電界の位相量を変化させて、上記のようになされていた。しかしながら、各アンテナ素子、各給電ケーブル、及びアンテナ給電部からの多重反射により、励振位相は所望値からのずれを生じる。特に、アンテナ素子間の結合が強い場合や、アンテナ給電部にアイソレーションがない場合は誤差が大きくなるため、さらに複数回の調整を必要とするという問題点があった。
【００１０】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、位相調整ケーブルの長さを複数回変更したり、調整することなく、最適な位相調整ケーブルの長さを決定し、所望の励振振幅位相を実現することができるアレーアンテナ装置を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係るアレーアンテナ装置は、複数の素子アンテナと、前記複数の素子アンテナに電力を分配する分配回路と、前記素子アンテナの実際の励振電界、及び所望値として予め規定する励振電界の差を示す評価関数の値を最小にする前記分配回路の入力波を求め、装置側端子からの入力波と前記分配回路の入力波との関係から決定したケーブル長を有し、前記装置側端子から入力された入力電力を位相調整した後、前記分配回路へ送る位相調整ケーブルとを備えたものである。
【００１２】
この発明の請求項２に係るアレーアンテナ装置は、複数の素子アンテナと、前記複数の素子アンテナに電力を分配する分配回路と、前記素子アンテナからの反射量、及び所望値として予め規定する反射量の差を示す評価関数の値を最小にする前記分配回路の入力波を求め、装置側端子からの入力波と前記分配回路の入力波との関係から決定したケーブル長を有し、前記装置側端子から入力された入力電力を位相調整した後、前記分配回路へ送る位相調整ケーブルとを備えたものである。
【００１３】
この発明の請求項３に係るアレーアンテナ装置は、複数の素子アンテナと、前記複数の素子アンテナに電力を分配する分配回路と、前記分配回路からの反射量、及び所望値として予め規定する反射量の差を示す評価関数の値を最小にする前記分配回路の入力波を求め、装置側端子からの入力波と前記分配回路の入力波との関係から決定したケーブル長を有し、前記装置側端子から入力された入力電力を位相調整した後、前記分配回路へ送る位相調整ケーブルとを備えたものである。
【００１４】
この発明の請求項４に係るアレーアンテナ装置は、請求項１において、前記装置側端子と前記位相調整ケーブルの間に接続され、前記位相調整ケーブルに所定の励振振幅位相を分配する移相器をさらに備えたものである。
【００１５】
この発明の請求項５に係るアレーアンテナ装置は、請求項２において、前記装置側端子と前記位相調整ケーブルの間に接続され、前記位相調整ケーブルに所定の励振振幅位相を分配する移相器をさらに備えたものである。
【００１６】
この発明の請求項６に係るアレーアンテナ装置は、請求項３において、前記装置側端子と前記位相調整ケーブルの間に接続され、前記位相調整ケーブルに所定の励振振幅位相を分配する移相器をさらに備えたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るアレーアンテナ装置について図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係るアレーアンテナ装置の構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００１８】
図１において、１１〜１ｎ−１は素子アンテナ、２ｎ〜２Ｎはサブアレー、３ｎ〜３Ｎは分配回路、４ｎ〜４Ｎは給電ケーブル、５ｎ〜５Ｎは位相調整ケーブル（振幅位相制御手段）、６ｎ〜６Ｎは装置側端子である。
【００１９】
つぎに、この実施の形態１に係るアレーアンテナ装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００２０】
装置側端子６ｎ〜６Ｎから入力された入力電力は、位相調整ケーブル５ｎ〜５Ｎにより位相調整された後、給電ケーブル４ｎ〜４Ｎを介して分配回路３ｎ〜３Ｎに送られ、この分配回路３ｎ〜３Ｎにより分配されて素子アンテナ１１〜１ｎ−１から放射される。
【００２１】
素子アンテナ１１〜１ｎ−１の励振振幅位相は、装置側端子６ｎ〜６Ｎからの入力電力に対して、位相調整ケーブル５ｎ〜５Ｎ、給電ケーブル４ｎ〜４Ｎ、分配回路３ｎ〜３Ｎおよび各サブアレー２ｎ〜２Ｎの位相特性の相乗値によって定まり、全体として所望の放射特性が得られるようにされている。
【００２２】
上記位相調整ケーブル５の長さを決定する方法について、図２を用いて説明する。図２は、素子アンテナ１１〜１ｎ−１、分配回路３ｎ〜３Ｎ、給電ケーブル４ｎ〜４Ｎの特性をＳパラメータで表し、各々の入出力の関係を示したものである。
【００２３】
図２において、７は素子アンテナ１１〜１ｎ−１全体の特性を表す放射部Ｓパラメータ、８は分配回路３ｎ〜３Ｎの特性を表す分配回路部Ｓパラメータ、９は給電ケーブル４ｎ〜４Ｎの特性を表す給電ケーブル部Ｓパラメータである。
【００２４】
また、同図において、１０１〜１０ｎ−１は放射部反射波、１１１〜１１ｎ−１は放射部入力波、１２ｎ〜１２Ｎは分配回路入力波、１３ｎ〜１３Ｎは分配回路反射波、１４Ｎ＋１〜１４Ｍは給電ケーブル部反射波、１５Ｎ＋１〜１５Ｍは給電ケーブル部入力波、１６Ｎ＋１〜１６Ｍは位相調整ケーブル、１７Ｎ＋１〜１７Ｍは装置側からの入力波である。
【００２５】
放射部Ｓパラメータ７、分配回路部Ｓパラメータ８、及び給電ケーブル部Ｓパラメータ９のそれぞれのＳパラメータについて、入出力の関係を行列式で表すと、放射部Ｓパラメータ７については式（１）、分配回路部Ｓパラメータについては式（２）、給電ケーブル部Ｓパラメータについては式（３）のようになる。
【００２６】
【数１】
【数２】
【数３】
式（１）〜式（３）において、ａ１，ａ２，・・・，ａｎ−１は放射部反射波１０１〜１０ｎ−１、ｂ１，ｂ２，・・・，ｂｎ−１は放射部入力波１１１〜１１ｎ−１、ａｎ，ａｎ＋１，・・・，ａＮは分配回路部入力波１２ｎ〜１２Ｎ、ｂｎ，ｂｎ＋１，・・・，ｂＮは分配回路部反射波１３ｎ〜１３Ｎ、ａＮ＋１，ａＮ＋２，・・・，ａＭは給電ケーブル部反射波１４Ｎ＋１〜１４Ｍ、ｂＮ＋１，ｂＮ＋２，・・・，ｂＭは給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍを表している。
【００３０】
また、α１１，α１２，・・・，αｎ−１，ｎ−１は放射部Ｓパラメータ７の各成分、Ｓ１１，Ｓ１２，・・・，ＳＮＮは分配回路部Ｓパラメータ８の各成分、Ｓｎｎ，Ｓｎ，ｎ＋１，・・・，ＳＭＭは給電ケーブル部Ｓパラメータ９の各成分を表している。
【００３１】
式（１）〜式（３）より、放射部入力波１１１〜１１ｎ−１を給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍについて行列式で表すと、式（４）のようになる。
【００３２】
【数４】
式（４）において、ｂ１，ｂ２，・・・，ｂｎ−１は放射部入力波１１１〜１１ｎ−１、ｂＮ＋１，ｂＮ＋２，・・・，ｂＭは給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍ、Ｄ１，Ｎ＋１，Ｄ１，Ｎ＋２，・・・，Ｄｎ−１，Ｍは放射部Ｓパラメータ７の各成分、分配回路部Ｓパラメータ８の各成分、及び給電ケーブル部Ｓパラメータ９の各成分を用いて表すことができる行列の各成分である。
【００３４】
各素子アンテナ１１〜１ｎ−１の所望の励振振幅位相を実現するための給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍは、例えば所望の励振振幅位相をｂ０ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ−１）とすると、下記の式（５）に示す評価関数ｆ１を最小にするような入力波として求まる。
【００３５】
【数５】
式（５）において、ｂｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ−１）は給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍで表された放射部入力波、ｂ０ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ−１）は各素子アンテナ１１〜１ｎ−１の所望の励振振幅位相である。
【００３７】
式（５）の評価関数ｆ１を最小にする給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍを求めることで、入力波１７Ｎ＋１〜１７Ｍと給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋ １〜１５Ｍとの関係から、各素子アンテナ１１〜１ｎ−１に所望の励振位相を実現するための位相調整ケーブル１６Ｎ＋１〜１６Ｍの長さを決定することができる。これにより、位相調整用ケーブルの長さを複数回変更したり、調整することなく、最適な位相調整用ケーブルの長さを決定し、所望の励振振幅位相を実現することができる。なお、式（５）の評価関数ｆ１を最小にする給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍは最小二乗法等の最適化法で求めることができる。また、図１に示す位相調整ケーブル５ｎ〜５Ｎの代わりに、増幅回路等（振幅位相制御手段）を挿入することにより、同様に、所望の励振振幅位相を実現することができる。
【００３８】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るアレーアンテナ装置について説明する。
【００３９】
上記実施の形態１では放射部入力波１１１〜１１ｎ−１について所望の励振振幅位相を実現するための振幅位相制御手段（位相調整ケーブル、増幅回路等）１６Ｎ＋１〜１６Ｍを決定したが、上記放射部入力波１１１〜１１ｎ−１の代わりに放射部反射波１０１〜１０ｎ−１について考える。
【００４０】
式（１）〜式（３）より、放射部反射波１０１〜１０ｎ−１を給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍについて行列式で表すと、下記の式（６）のようになる。
【００４１】
【数６】
式（６）において、ａ１，ａ２，・・・，ａｎ−１は放射部反射波１０１〜１０ｎ−１、ｂＮ＋１，ｂＮ＋２，・・・，ｂＭは給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍ、β１，Ｎ＋１，β１，Ｎ＋２，・・・，βｎ−１，Ｍは放射部Ｓパラメータ７の各成分、分配回路部Ｓパラメータ８の各成分、及び給電ケーブル部Ｓパラメータ９の各成分を用いて表すことができる行列の各成分である。
【００４３】
放射部反射波１０１〜１０ｎ−１の所望の反射量を実現するための給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍは、例えば所望の反射量をε１ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ−１）とすると、下記の式（７）に示す評価関数ｆ２を最小にするような入力波として求まる。
【００４４】
【数７】
式（７）においてａｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ−１）は給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍで表された放射部反射波、ε１ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ−１）は各素子アンテナ１１〜１ｎ−１からの反射量である。
【００４６】
式（７）の評価関数ｆ２を最小にする給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍを求めることで、入力波１７Ｎ＋１〜１７Ｍと給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍとの関係から、各素子アンテナ１１〜１ｎ−１からの所望の反射量を実現するための位相調整ケーブル１６Ｎ＋１〜１６Ｍの長さを決定することができる。これにより、位相調整用ケーブルの長さを複数回変更したり、調整することなく、最適な位相調整用ケーブルの長さを決定し、所望の反射量を実現することができ、各素子アンテナ１１〜１ｎ−１からの反射を少なくすることができる。これは各素子アンテナ１１〜１ｎ−１間の相互結合が強い場合に特に有効である。なお、式（７）の評価関数ｆ２を最小にする給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋ １〜１５Ｍは最小二乗法等の最適化法で求めることができる。また、図１に示す位相調整ケーブル５ｎ〜５Ｎの代わりに、増幅回路等（振幅位相制御手段）を挿入することにより、同様に、所望の反射量を実現することができる。
【００４７】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係るアレーアンテナ装置について説明する。
【００４８】
上記実施の形態１では放射部入力波１１１〜１１ｎ−１について所望の励振振幅位相を実現するための振幅位相制御手段（位相調整ケーブル、増幅回路等）１６Ｎ＋１〜１６Ｍを決定したが、上記放射部入力波１１１〜１１ｎ−１の代わりに分配回路部反射波１３ｎ〜１３Ｎについて考える。
【００４９】
式（１）〜式（３）より、放射部反射波１０１〜１０ｎ−１を給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍについて行列式で表すと、下記の式（８）のようになる。
【００５０】
【数８】
式（８）において、ｂｎ，ｂｎ＋１，・・・，ｂＮは分配回路部反射波１３ｎ〜１３Ｎ、ｂＮ＋１，ｂＮ＋２，・・・，ｂＭは給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍ、γｎ，Ｎ＋１，γｎ，Ｎ＋２，・・・，γＮＭは放射部Ｓパラメータ７の各成分、分配回路部Ｓパラメータ８の各成分、及び給電ケーブル部Ｓパラメータ９の各成分を用いて表すことができる行列の各成分である。
【００５２】
分配回路部反射波１３ｎ〜１３Ｎの所望の反射量を実現するための給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍは、例えば所望の反射量をε２ｊ（ｊ＝ｎ，ｎ＋１，・・・，Ｎ）とすると、下記の式（９）に示す評価関数ｆ３を最小にするような入力波として求まる。
【００５３】
【数９】
式（９）においてｂｊ（ｊ＝ｎ，ｎ＋１，・・・，Ｎ）は給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍで表された放射部反射波、ε２ｊ（ｊ＝ｎ，ｎ＋１，・・・，Ｎ）は各分配回路３ｎ〜３Ｎからの反射量である。
【００５５】
式（９）の評価関数ｆ３を最小にする給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍを求めることで、入力波１７Ｎ＋１〜１７Ｍと給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍとの関係から、各分配回路３ｎ〜３Ｎからの所望の反射量を実現するための位相調整ケーブル１６Ｎ＋１〜１６Ｍの長さを決定することができる。これにより、位相調整用ケーブルの長さを複数回変更したり、調整することなく、最適な位相調整用ケーブルの長さを決定し、所望の反射量を実現することができ、各分配回路３ｎ〜３Ｎからの反射を少なくすることができる。これは各分配回路３ｎ〜３Ｎにアイソレーションがない場合に特に有効である。なお、式（９）の評価関数ｆ３を最小にする給電ケーブル部入力波１５Ｎ＋１〜１５Ｍは最小二乗法等の最適化法で求めることができる。また、図１に示す位相調整ケーブル５ｎ〜５Ｎの代わりに、増幅回路等（振幅位相制御手段）を挿入することにより、同様に、所望の反射量を実現することができる。
【００５６】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係るアレーアンテナ装置について図面を参照しながら説明する。図３は、この発明の実施の形態４に係るアレーアンテナ装置の構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００５７】
図３において、１１〜１ｎ−１は素子アンテナ、２ｎ〜２Ｎはサブアレー、３ｎ〜３Ｎは分配回路、４ｎ〜４Ｎは給電ケーブル、５ｎ〜５Ｎは位相調整ケーブル（振幅位相制御手段）、２９は移相器、３０は装置側端子である。
【００５８】
つぎに、この実施の形態４に係るアレーアンテナ装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００５９】
装置側端子３０から入力された入力電力は、移相器２９により所定の振幅位相に分配されて位相調整ケーブル５Ｎ＋１〜５Ｍに送られ、この位相調整ケーブル５Ｎ＋１〜５Ｍにより位相調整された後、給電ケーブル４ｎ〜４Ｎを介して分配回路３ｎ〜３Ｎに送られ、この分配回路３ｎ〜３Ｎにより分配されて素子アンテナ１１〜１ｎ−１から放射される。
【００６０】
素子アンテナ１１〜１ｎ−１の励振振幅位相は、装置側端子３０からの入力電力に対して、移相器２９、位相調整ケーブル５Ｎ＋１〜５Ｍ、給電ケーブル４ｎ〜４Ｎ、分配回路３ｎ〜３Ｎおよび各サブアレー２ｎ〜２Ｎの位相特性の相乗値によって定まり、全体として所望の放射特性が得られるようにされている。
【００６１】
上記位相調整ケーブルの長さを決定する方法について図４を用いて説明する。
【００６２】
図４は、素子アンテナ１１〜１ｎ−１、分配回路３ｎ〜３Ｎ、給電ケーブル４ｎ〜４Ｎ、移相器２９の特性をＳパラメータで表し、各々の入出力の関係を示したものである。
【００６３】
図４において、７は素子アンテナ１１〜１ｎ−１全体の特性を表す放射部Ｓパラメータ、８は分配回路３ｎ〜３Ｎの特性を表す分配回路部Ｓパラメータ、９は給電ケーブル４ｎ〜４Ｎの特性を表す給電ケーブル部Ｓパラメータ、３１は移相器２９の特性を表す移相器部Ｓパラメータである。
【００６４】
また、同図において、１０１〜１０ｎ−１は放射部反射波、１１１〜１１ｎ−１は放射部入力波、１２ｎ〜１２Ｎは分配回路入力波、１３ｎ〜１３Ｎは分配回路反射波、１４Ｎ＋１〜１４Ｍは給電ケーブル部反射波、１５Ｎ＋１〜１５Ｍは給電ケーブル部入力波、１６Ｎ＋１〜１６Ｍは位相調整ケーブル、３２Ｎ＋１〜３２Ｍは位相調整ケーブルへの入力波、３３Ｎ＋１〜３３Ｍは位相調整ケーブルからの反射波、３４は移相器部入力波、３５は移相器部反射波である。
【００６５】
放射部Ｓパラメータ７、分配回路部Ｓパラメータ８、給電ケーブル部Ｓパラメータ９、移相器部Ｓパラメータ３１のそれぞれのＳパラメータについて、入出力の関係を行列式で表すと、放射部Ｓパラメータ７については式（１）、分配回路部Ｓパラメータ８については式（２）、給電ケーブル部Ｓパラメータ９については式（３）と同様である。また、移相器部Ｓパラメータ３１については式（１０）のようになる。
【００６６】
【数１０】
【数１１】
式（１０）及び式（１１）において、ｃＮ＋１，ｃＮ＋２，・・・，ｃＭは位相調整ケーブルへの入力波３２Ｎ＋１〜３２Ｍ、ｄＮ＋１，ｄＮ＋２，・・・，ｄＭは位相調整ケーブルへの反射波３３Ｎ＋１〜３３Ｍ、ｃＭ＋１は移相器部反射波３５、ｄＭは移相器部入力波３４、ＧＮ＋１，Ｎ＋１，ＧＮ＋１，Ｎ＋２，・・・，ＧＭ＋１，Ｍ＋１は移相器部Ｓパラメータ３１の各成分、ｅｊｋｌＮ＋１，ｅｊｋｌＮ＋２，・・・，ｅｊｋｌＭは位相調整ケーブルの位相変化量を表している。
【００６９】
式（１）〜式（３）、式（１０）、式（１１）より、放射部入力波１１１〜１１ｎ−１を位相調整ケーブル１６Ｎ＋１〜１６Ｍについて行列式で表すと、式（１２）のようになる。
【００７０】
【数１２】
式（１２）において、ｂ１，ｂ２，・・・，ｂｎ−１は放射部入力波１１１〜１１ｎ−１、ｅｊｋｌＮ＋１，ｅｊｋｌＮ＋２，・・・，ｅｊｋｌＭは位相調整ケーブルの位相変化量、Ｄ１，Ｎ＋１，Ｄ１，Ｎ＋２，・・・，Ｄｎ−１，Ｍは放射部Ｓパラメータ７の各成分、分配回路部Ｓパラメータ８の各成分、給電ケーブル部Ｓパラメータ９の各成分、移相器部Ｓパラメータ３１の各成分および移相器部入力波３４を用いて表すことができる行列の各成分である。
【００７２】
各素子アンテナ１１〜１ｎ−１の所望の励振振幅位相を実現するための位相調整ケーブル１６Ｎ＋１〜１６Ｍは、例えば所望の励振振幅位相をｂ０ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ−１）とすると、後述の式（１３）に示す評価関数ｆ４を最小にするような位相変化量として求まる。
【００７３】
【数１３】
式（１３）において、ｂｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ−１）は位相調整ケーブル１６Ｎ＋１〜１６Ｍで表される放射部入力波、ｂ０ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ−１）は各素子アンテナ１１〜１ｎ−１の所望の励振振幅位相である。
【００７５】
式（１３）の評価関数ｆ４を最小にする位相調整ケーブル１６Ｎ＋１〜１６Ｍを求めることで、各素子アンテナ１１〜１ｎ−１に所望の励振振幅位相を実現するための位相調整ケーブル１６Ｎ＋１〜１６Ｍを決定することができる。これにより、位相調整用ケーブルの長さを複数回変更し、調整することなく最適な位相調整用ケーブルの長さを決定し、所望の励振振幅位相を実現することができる。なお、式（１３）の評価関数ｆ４を最小にする位相調整ケーブル１６Ｎ＋１〜１６Ｍは、最小二乗法等の最適化法で求めることができる。
【００７６】
実施の形態５．
上記実施の形態４では放射部入力波１１１〜１１ｎ−１について所望の励振振幅位相を実現するための振幅位相制御手段（位相調整ケーブル、増幅回路等）１６Ｎ＋１〜１６Ｍを決定したが、上記放射部入力波１１１〜１１ｎ−１の代わりに放射部反射波１０１〜１０ｎ−１について考える。
【００７７】
式（１）〜式（３）、式（１０）、式（１１）より、放射部反射波１０１〜１０ｎ−１を振幅位相制御手段１６Ｎ＋１〜１６Ｍについて行列式で表すと、式（１４）のようになる。
【００７８】
【数１４】
式（１４）において、ａ１，ａ２，・・・，ａｎ−１は放射部反射波１０１〜１０ｎ−１、ｅｊｋｌＮ＋１，ｅｊｋｌＮ＋２，・・・，ｅｊｋｌＭは振幅位相制御手段の位相変化量、β１，Ｎ＋１，β１，Ｎ＋２，・・・，βｎ−１，Ｍは放射部Ｓパラメータ７の各成分、分配回路部Ｓパラメータ８の各成分、及び給電ケーブル部Ｓパラメータ９の各成分を用いて表すことができる行列の各成分である。
【００８０】
放射部反射波１０１〜１０ｎ−１の所望の反射量を実現するための振幅位相制御手段１６Ｎ＋１〜１６Ｍは、例えば所望の反射量をε１ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ−１）とすると、下記の式（１５）に示す評価関数ｆ５を最小にするような入力波として求まる。
【００８１】
【数１５】
式（１５）においてａｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ−１）は振幅位相制御手段１６Ｎ＋１〜１６Ｍで表された放射部反射波、ε１ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ−１）は各素子アンテナ１１〜１ｎ−１からの反射量である。
【００８３】
式（１５）の評価関数ｆ５を最小にする振幅位相制御手段１６Ｎ＋１〜１６Ｍを求めることで、各素子アンテナ１１〜１ｎ−１からの所望の反射量を実現するための振幅位相制御手段（位相調整ケーブル）１６Ｎ＋１〜１６Ｍの長さを決定することができる。これにより、位相調整用ケーブルの長さを複数回変更し、調整することなく、最適な位相調整用ケーブルの長さを決定し、所望の反射量を実現することができ、各素子アンテナ１１〜１ｎ−１からの反射を少なくすることができる。これは各素子アンテナ１１〜１ｎ−１間の相互結合が強い場合に特に有効である。なお、式（１５）の評価関数ｆ５を最小にする振幅位相制御手段１６Ｎ＋１〜１６Ｍは、最小二乗法等の最適化法で求めることができる。
【００８４】
実施の形態６．
上記実施の形態４では放射部入力波１１１〜１１ｎ−１について所望の励振振幅位相を実現するための振幅位相制御手段１６Ｎ＋１〜１６Ｍを決定したが、上記放射部入力波１１１〜１１ｎ−１の代わりに分配回路部反射波１３ｎ〜１３Ｎについて考える。
【００８５】
式（１）〜式（３）、式（１０）、式（１１）より、放射部反射波１０１〜１０ｎ−１を振幅位相制御手段１６Ｎ＋１〜１６Ｍについて行列式で表すと、式（１６）のようになる。
【００８６】
【数１６】
式（１６）において、ｂ１，ｂ２，・・・，ｂｎ−１は分配回路部反射波１３１〜１３ｎ−１、ｅｊｋｌＮ＋１，ｅｊｋｌＮ＋２，・・・，ｅｊｋｌＭは振幅位相制御手段の位相変化量、γｎ，Ｎ＋１，γｎ，Ｎ＋２，・・・，γＮ，Ｍは放射部Ｓパラメータ７の各成分、分配回路部Ｓパラメータ８の各成分、給電ケーブル部Ｓパラメータ９の各成分、移相器部Ｓパラメータ３１の各成分および移相器部入力波３４を用いて表すことができる行列の各成分である。
【００８８】
分配回路部反射波１３１〜１３ｎ−１の所望の反射量を実現するための振幅位相制御手段１６Ｎ＋１〜１６Ｍは、例えば所望の反射量をε２ｊ（ｊ＝ｎ，ｎ＋１，・・・，Ｎ）とすると、下記の式（１７）に示す評価関数ｆ６を最小にするような入力波として求まる。
【００８９】
【数１７】
式（１７）においてｂｊ（ｊ＝１，２，・・・，ｎ−１）は振幅位相制御手段１６Ｎ＋１〜１６Ｍで表された放射部反射波、ε２ｊ（ｊ＝ｎ，ｎ＋１，・・・，Ｎ）は各分配回路３ｎ〜３Ｎからの反射量である。
【００９１】
式（１７）の評価関数ｆ６を最小にする振幅位相制御手段１６Ｎ＋１〜１６Ｍを求めることで、各分配回路３ｎ〜３Ｎからの所望の反射量を実現するための振幅位相制御手段（位相調整ケーブル）１６Ｎ＋１〜１６Ｍの長さを決定することができる。これにより、位相調整用ケーブルの長さを複数回変更し、調整することなく、最適な位相調整用ケーブルの長さを決定し、所望の反射量を実現することができ、各分配回路３ｎ〜３Ｎからの反射を少なくすることができる。これは各分配回路３ｎ〜３Ｎにアイソレーションがない場合に特に有効である。なお、式（１７）の評価関数ｆ６を最小にする振幅位相制御手段１６Ｎ＋１〜１６Ｍは、最小二乗法等の最適化法で求めることができる。
【００９２】
【発明の効果】
この発明の請求項１に係るアレーアンテナ装置は、以上説明したとおり、複数の素子アンテナと、前記複数の素子アンテナに電力を分配する分配回路と、前記素子アンテナの実際の励振電界、及び所望値として予め規定する励振電界の差を示す評価関数の値を最小にする前記分配回路の入力波を求め、装置側端子からの入力波と前記分配回路の入力波との関係から決定したケーブル長を有し、前記装置側端子から入力された入力電力を位相調整した後、前記分配回路へ送る位相調整ケーブルとを備えたので、位相調整ケーブルの長さを複数回変更したり、調整することなく、最適な位相調整ケーブルの長さを決定し、所望の励振振幅位相を実現することができるという効果を奏する。
【００９３】
この発明の請求項２に係るアレーアンテナ装置は、以上説明したとおり、複数の素子アンテナと、前記複数の素子アンテナに電力を分配する分配回路と、前記素子アンテナからの反射量、及び所望値として予め規定する反射量の差を示す評価関数の値を最小にする前記分配回路の入力波を求め、装置側端子からの入力波と前記分配回路の入力波との関係から決定したケーブル長を有し、前記装置側端子から入力された入力電力を位相調整した後、前記分配回路へ送る位相調整ケーブルとを備えたので、位相調整ケーブルの長さを複数回変更したり、調整することなく、最適な位相調整ケーブルの長さを決定し、所望の励振振幅位相を実現することができるという効果を奏する。
【００９４】
この発明の請求項３に係るアレーアンテナ装置は、以上説明したとおり、複数の素子アンテナと、前記複数の素子アンテナに電力を分配する分配回路と、前記分配回路からの反射量、及び所望値として予め規定する反射量の差を示す評価関数の値を最小にする前記分配回路の入力波を求め、装置側端子からの入力波と前記分配回路の入力波との関係から決定したケーブル長を有し、前記装置側端子から入力された入力電力を位相調整した後、前記分配回路へ送る位相調整ケーブルとを備えたので、位相調整ケーブルの長さを複数回変更したり、調整することなく、最適な位相調整ケーブルの長さを決定し、所望の励振振幅位相を実現することができるという効果を奏する。
【００９５】
この発明の請求項４に係るアレーアンテナ装置は、以上説明したとおり、請求項１において、前記装置側端子と前記位相調整ケーブルの間に接続され、前記位相調整ケーブルに所定の励振振幅位相を分配する移相器をさらに備えたので、位相調整ケーブルの長さを複数回変更したり、調整することなく、最適な位相調整ケーブルの長さを決定し、所望の励振振幅位相を実現することができるという効果を奏する。
【００９６】
この発明の請求項５に係るアレーアンテナ装置は、以上説明したとおり、請求項２において、前記装置側端子と前記位相調整ケーブルの間に接続され、前記位相調整ケーブルに所定の励振振幅位相を分配する移相器をさらに備えたので、位相調整ケーブルの長さを複数回変更したり、調整することなく、最適な位相調整ケーブルの長さを決定し、所望の励振振幅位相を実現することができるという効果を奏する。
【００９７】
この発明の請求項６に係るアレーアンテナ装置は、以上説明したとおり、請求項３において、前記装置側端子と前記位相調整ケーブルの間に接続され、前記位相調整ケーブルに所定の励振振幅位相を分配する移相器をさらに備えたので、位相調整ケーブルの長さを複数回変更したり、調整することなく、最適な位相調整ケーブルの長さを決定し、所望の励振振幅位相を実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係るアレーアンテナ装置の構成を示す図である。
【図２】 この発明の実施の形態１に係るアレーアンテナ装置の素子アンテナ、分配回路、及び給電ケーブルの特性をＳパラメータで表し、各々の入出力の関係を示した図である。
【図３】 この発明の実施の形態４に係るアレーアンテナ装置の構成を示す図である。
【図４】 この発明の実施の形態４に係るアレーアンテナ装置の素子アンテナ、分配回路、給電ケーブル、及び移相器の特性をＳパラメータで表し、各々の入出力の関係を示した図である。
【図５】 従来のアレーアンテナ装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 素子アンテナ、２ サブアレー、３ 分配回路、４ 給電ケーブル、５ 位相調整ケーブル（振幅位相制御手段）、６ 装置側端子、２９ 移相器、３０装置側端子。
Claims (6)
- 複数の素子アンテナと、
前記複数の素子アンテナに電力を分配する分配回路と、
前記素子アンテナの実際の励振電界、及び所望値として予め規定する励振電界の差を示す評価関数の値を最小にする前記分配回路の入力波を求め、装置側端子からの入力波と前記分配回路の入力波との関係から決定したケーブル長を有し、前記装置側端子から入力された入力電力を位相調整した後、前記分配回路へ送る位相調整ケーブルと
を備えたことを特徴とするアレーアンテナ装置。 - 複数の素子アンテナと、
前記複数の素子アンテナに電力を分配する分配回路と、
前記素子アンテナからの反射量、及び所望値として予め規定する反射量の差を示す評価関数の値を最小にする前記分配回路の入力波を求め、装置側端子からの入力波と前記分配回路の入力波との関係から決定したケーブル長を有し、前記装置側端子から入力された入力電力を位相調整した後、前記分配回路へ送る位相調整ケーブルと
を備えたことを特徴とするアレーアンテナ装置。 - 複数の素子アンテナと、
前記複数の素子アンテナに電力を分配する分配回路と、
前記分配回路からの反射量、及び所望値として予め規定する反射量の差を示す評価関数の値を最小にする前記分配回路の入力波を求め、装置側端子からの入力波と前記分配回路の入力波との関係から決定したケーブル長を有し、前記装置側端子から入力された入力電力を位相調整した後、前記分配回路へ送る位相調整ケーブルと
を備えたことを特徴とするアレーアンテナ装置。 - 前記装置側端子と前記位相調整ケーブルの間に接続され、前記位相調整ケーブルに所定の励振振幅位相を分配する移相器
をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ装置。 - 前記装置側端子と前記位相調整ケーブルの間に接続され、前記位相調整ケーブルに所定の励振振幅位相を分配する移相器
をさらに備えたことを特徴とする請求項２記載のアレーアンテナ装置。 - 前記装置側端子と前記位相調整ケーブルの間に接続され、前記位相調整ケーブルに所定の励振振幅位相を分配する移相器
をさらに備えたことを特徴とする請求項３記載のアレーアンテナ装置。
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