JP6157087B2 - アンテナ装置及びアンテナ励振方法 - Google Patents

Description

この発明は、複数の素子アンテナの励振振幅及び位相を時分割で変化させて、時間積分による不要波抑圧を行うアンテナ装置及びアンテナ励振方法に関するものである。

時間積分による不要波抑圧を行うアンテナ装置は、例えば、以下の非特許文献１に開示されている。
図３２は非特許文献１に開示されている従来のアンテナ装置を示す構成図である。
以下、従来のアンテナ装置の動作を説明するが、ここでは、受信アンテナを想定して説明する。

まず、振幅分布設定装置１０１が、所望の放射パターンを実現する振幅分布を設定する。
ここでは、低サイドローブ化を実現するテイラー分布を設定するものとする。従来のアンテナ構成の放射パターンは以下の式（１）で与えられる。

従来のアンテナ構成では、スイッチのＯＮ／ＯＦＦ制御によって、励振分布が決まるので、単位パルス関数を用いると、以下の式（２）で与えられる。

スイッチ時間算出装置１０２は、振幅分布設定装置１０１が振幅分布を設定すると、その振幅分布から各素子のスイッチのＯＮ時間τ_ｎを算出し、各素子のスイッチのＯＮ時間τ_ｎをスイッチ制御装置１０３に出力する。
図３３は所望の振幅分布の一例を示す説明図であり、図３４は各素子のスイッチのＯＮ時間τ_ｎの一例を示す説明図である。
ここでは、アンテナ構成が、８素子の等間隔リニアアレーアンテナである例を示している。

Ｎ個の低雑音増幅器１０５は、Ｎ個の素子アンテナ１０４が信号を受信すると、その信号を増幅して、増幅後の信号を移相器１０６に出力する。
Ｎ個の移相器１０６は、低雑音増幅器１０５による増幅後の信号を受けると、その信号の位相を調整して、予め設定した位相にする。
スイッチ制御装置１０３は、スイッチ時間算出装置１０２から出力された各素子のスイッチのＯＮ時間τ_ｎだけＮ個のスイッチ１０７がＯＮになるように、Ｎ個のスイッチ１０７のＯＮ／ＯＦＦを繰り返し制御する。

スイッチ１０７がＯＮになっている間は、移相器１０６の出力信号が合成器１０８に入力され、スイッチ１０７がＯＦＦになっている間は、移相器１０６の出力信号が合成器１０８に入力されない。これにより、Ｎ個のスイッチ１０７がＯＮしている時間で放射パターンが変化する。
図３５は各時間における放射パターンの一例を示す説明図である。
図３５において、Ａは図３４の素子番号（４）（５）のスイッチ１０７がＯＮしているときの放射パターンであり、Ｂは図３４の素子番号（３）（４）（５）（６）のスイッチ１０７がＯＮしているときの放射パターンである。
また、Ｃは図３４の素子番号（２）（３）（４）（５）（６）（７）のスイッチ１０７がＯＮしているときの放射パターンであり、Ｄは図３４の全ての素子番号のスイッチ１０７がＯＮしているときの放射パターンである。

各時間において、図３６に示すような放射パターンが合成器１０８で得られる。
受信機１０９は、合成器１０８により合成された信号を受信し、その受信信号をスイッチ１０７のＯＮ時間で時間平均することで、所望の低サイドローブ分布を得る。
図３６において、Ｅは図３３の振幅分布を付けた場合の放射パターンであり、Ｆは時間平均による放射パターンである。
これにより、時分割で開口分布が変化し、時間平均で低サイドローブ特性が得られるので、不要波の抑圧が可能になる。

ここで、スイッチ１０７のＯＮ／ＯＦＦ制御は、周期Ｔで繰り返されるので、複素フーリエ級数展開を用いると、式（３）は、以下の式（４）のように表される。

ただし、ω_ｐはスイッチ１０７の周期に対応する角周波数（ω_ｐ＝２π／Ｔ）である。

式（４）を式（１）に代入すると、以下の式（６）が得られる。

式（６）より、中心角周波数ω_０以外の高調波成分ｈω_ｐが発生していることが分かる。

ここで、図３７は高調波成分の放射パターンの一例を示す説明図である。
図３７において、Ｇは中心角周波数での放射パターンであり、Ｈはｈ＝±１のときの高調波の放射パターンである。
また、Ｉはｈ＝±２のときの高調波の放射パターンであり、Ｊはｈ＝±３のときの高調波の放射パターンである。
図３７より、スイッチ１０７の周期に対応する高調波成分が発生し、これらの高調波が使用周波数帯域内に入ると、不要な周波数成分が受信機１０９に入力され、所望の信号を探知できなくなることがある。

W. Kummer他, Ultra-Low Sidelobes from Time-Modulated Arrays, IEEE Transaction on Antennas and Propagation, 1963, Vol. 11, Iss. 6, pp.633-639.

従来のアンテナ装置は以上のように構成されているので、スイッチ１０７をＯＮ／ＯＦＦ制御することで所望の分布を実現して、不要波を抑圧することができる。しかし、スイッチ１０７の周期に対応する高調波成分が発生し、これらの高調波が使用周波数帯域内に入ると、不要な周波数成分が受信機１０９に入力されて、所望の信号を探知できなくなることがある課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、高調波の発生を抑圧することができるアンテナ装置及びアンテナ励振方法を得ることを目的とする。

この発明に係るアンテナ装置は、アンテナ開口を形成する複数の素子アンテナと、素子アンテナにより受信された信号の振幅を調整する複数の振幅調整手段と、素子アンテナにより受信された信号の位相を調整する複数の位相調整手段と、複数の振幅調整手段による振幅調整及び複数の位相調整手段による位相調整後の信号を合成する信号合成手段と、所望の励振分布を設定するとともに、その励振分布を時分割で切り換える切換数を設定する励振分布設定手段と、励振分布設定手段により設定された励振分布から、時分割で切り換える切換数分の振幅分布及び位相分布を算出するとともに、その振幅分布及び位相分布の励振時間を算出する振幅位相分布・励振時間算出手段と、振幅位相分布・励振時間算出手段により算出された励振時間毎に、切換数分の振幅分布及び位相分布の中から、１つの振幅分布と１つの位相分布を選択し、その振幅分布にしたがって振幅調整手段の振幅調整量を制御するとともに、その位相分布にしたがって位相調整手段の位相調整量を制御する振幅分布・位相分布制御手段とを設け、時間積分手段が、振幅分布・位相分布制御手段により選択される振幅分布及び位相分布が切り換わる毎に、振幅位相分布・励振時間算出手段により算出された励振時間で信号合成手段による合成信号を時間積分するようにしたものである。

この発明によれば、所望の励振分布を設定するとともに、その励振分布を時分割で切り換える切換数を設定する励振分布設定手段と、励振分布設定手段により設定された励振分布から、時分割で切り換える切換数分の振幅分布及び位相分布を算出するとともに、その振幅分布及び位相分布の励振時間を算出する振幅位相分布・励振時間算出手段と、振幅位相分布・励振時間算出手段により算出された励振時間毎に、切換数分の振幅分布及び位相分布の中から、１つの振幅分布と１つの位相分布を選択し、その振幅分布にしたがって振幅調整手段の振幅調整量を制御するとともに、その位相分布にしたがって位相調整手段の位相調整量を制御する振幅分布・位相分布制御手段とを設け、時間積分手段が、振幅分布・位相分布制御手段により選択される振幅分布及び位相分布が切り換わる毎に、振幅位相分布・励振時間算出手段により算出された励振時間で信号合成手段による合成信号を時間積分するように構成したので、高調波の発生を抑圧することができる効果がある。

この発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態１によるアンテナ装置の処理内容（アンテナ励振方法）を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１によるアンテナ装置の切換装置１２を示す構成図である。 この発明の実施の形態１によるアンテナ装置の時間積分装置１３を示す構成図である。 所望の励振分布を示す説明図である。 Ｍ＝３としたときの切り換える振幅分布を示す説明図である。 Ｍ＝３としたときの切り換える位相分布を示す説明図である。 切換スイッチ２１，２２の端子に接続される励振分布の励振時間を示す説明図である。 Ｍ＝３の場合に、図６の振幅分布と図７の位相分布を与えたとき、メモリ３３−１〜３３−３に格納される合成信号の放射パターンを示す説明図である。 Ｍ＝３の場合に、時間積分処理された放射パターンを示す説明図である。 Ｍ＝３の場合の高調波成分の放射パターンを示す説明図である。 切り換える位相分布を示す説明図である。 Ｍ＝８として、切り換える振幅分布が図６、切り換える位相分布が図１２であるときの放射パターンを示す説明図である。 ｈ＝±１に対応する高調波の放射パターンを示す説明図である。 ｈ＝±２に対応する高調波の放射パターンを示す説明図である。 ｈ＝±３に対応する高調波の放射パターンを示す説明図である。 ｈ＝±１に対応する高調波の放射パターンを示す説明図である。 ｈ＝±３に対応する高調波の放射パターンを示す説明図である。 ｈ＝±２に対応する高調波の放射パターンを示す説明図である。 ｈ＝±４に対応する高調波の放射パターンである。 この発明の実施の形態５よるアンテナ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態５よるアンテナ装置の処理内容（アンテナ励振方法）を示すフローチャートである。 下限値を−６ｄＢとしたときの固定減衰器４０の設定値を示す説明図である。 Ｍ＝２としたときの切り換える位相分布を示す説明図である。 Ｍ＝２の場合に、図２３の振幅分布と図２４の位相分布を与えたとき、メモリ３３−１〜３３−３に格納される合成信号の放射パターンを示す説明図である。 Ｍ＝２の場合の高調波成分の放射パターンを示す説明図である。 奇数回目に切り換える位相分布と、偶数回目に切り換える位相分布とを示す説明図である。 切り換える振幅分布ａ_ｎｍを示す説明図である。 奇数回目に切り換える放射パターン、偶数回目に切り換える放射パターン及び時間平均して得られる放射パターンを示す説明図である。 ｈ＝±１のときの高調波を示す説明図である。 この発明の実施の形態７よるアンテナ装置を示す構成図である。 非特許文献１に開示されている従来のアンテナ装置を示す構成図である。 所望の振幅分布の一例を示す説明図である。 各素子のスイッチのＯＮ時間τ_ｎの一例を示す説明図である。 各時間における放射パターンの一例を示す説明図である。 放射パターンの一例を示す説明図である。 高調波成分の放射パターンの一例を示す説明図である。

実施の形態１．
この実施の形態１では、アンテナ装置がＮ個の素子アンテナを備え、受信アンテナとして動作する場合を想定して説明する。
図１はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す構成図である。
図１において、１−１〜１−Ｎはアンテナ開口を形成するＮ個の素子アンテナである。
低雑音増幅器２−１〜２−Ｎは素子アンテナ１−１〜１−Ｎにより受信された信号を増幅する処理を実施する。

可変減衰器３−１〜３−Ｎは振幅分布制御装置９−１〜９−Ｍのうち、切換装置１２により選択された振幅分布制御装置９の制御の下で、低雑音増幅器２−１〜２−Ｎによる増幅後の信号の振幅を調整する処理を実施する。なお、可変減衰器３−１〜３−Ｎは振幅調整手段を構成している。
移相器４−１〜４−Ｎは位相分布制御装置１０−１〜１０−Ｍのうち、切換装置１２により選択された位相分布制御装置１０の制御の下で、可変減衰器３−１〜３−Ｎにより振幅が調整された信号の位相を調整する処理を実施する。なお、移相器４−１〜４−Ｎは位相調整手段を構成している。

分配合成器５は移相器４−１〜４−Ｎにより位相が調整された信号を合成し、その合成信号を時間積分装置１３に出力する処理を実施する。なお、分配合成器５は信号合成手段を構成している。

励振分布設定装置６は所望の励振分布Ａ_ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）を設定する処理を実施する。
切換分布数設定装置７は励振分布を時分割で切り換える切換数Ｍを設定する処理を実施する。
なお、励振分布設定装置６及び切換分布数設定装置７から励振分布設定手段が構成されている。

振幅位相分布・励振時間算出装置８は励振分布設定装置６により設定された励振分布Ａ_ｎから、切換分布数設定装置７により設定された切換数Ｍ分の振幅分布ａ_ｎｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）及び位相分布φ_ｎｍを算出するとともに、その振幅分布_ｎｍ及び位相分布φ_ｎｍの励振時間τ_ｍを算出する処理を実施する。なお、振幅位相分布・励振時間算出装置８は振幅位相分布・励振時間算出手段を構成している。

振幅分布制御装置９−１〜９−Ｍは振幅位相分布・励振時間算出装置８により算出された振幅分布ａ_ｎｍを記憶し（振幅分布制御装置９−１は振幅分布ａ_ｎ１を記憶し、振幅分布制御装置９−２は振幅分布ａ_ｎ２を記憶し、振幅分布制御装置９−Ｍは振幅分布ａ_ｎＭを記憶する）、切換装置１２により選択されると、記憶している振幅分布ａ_ｎｍにしたがって可変減衰器３−１〜３−Ｎの振幅調整量を制御する。
位相分布制御装置１０−１〜１０−Ｍは振幅位相分布・励振時間算出装置８により算出された位相分布φ_ｎｍを記憶し（位相分布制御装置１０−１は位相分布φ_ｎ１を記憶し、位相分布制御装置１０−２は位相分布φ_ｎ２を記憶し、位相分布制御装置１０−Ｍは位相分布φ_ｎＭを記憶する）、切換装置１２により選択されると、記憶している位相分布φ_ｎｍにしたがって移相器４−１〜４−Ｎの位相調整量を制御する。

励振時間制御装置１１は振幅位相分布・励振時間算出装置８により算出された励振時間τ_ｍ毎に、振幅分布_ｎｍ及び位相分布φ_ｎｍの切換を切換装置１２に指示するとともに、時間積分装置１３の積分処理時間を制御する処理を実施する。
切換装置１２は励振時間制御装置１１から切換指示を受けると、振幅分布制御装置９−１〜９−Ｍの中から、１つの振幅分布制御装置９を選択するとともに、位相分布制御装置１０−１〜１０−Ｍの中から、１つの位相分布制御装置１０を選択する処理を実施する。
なお、振幅分布制御装置９−１〜９−Ｍ、位相分布制御装置１０−１〜１０−Ｍ、励振時間制御装置１１及び切換装置１２から振幅分布・位相分布制御手段が構成されている。

時間積分装置１３は切換装置１２により選択される振幅分布制御装置９及び位相分布制御装置１０が切り換わる毎に、振幅位相分布・励振時間算出装置８により算出された励振時間τ_ｍで分配合成器５による合成信号の時間積分を行う。なお、時間積分装置１３は時間積分手段を構成している。
信号処理装置１４は時間積分装置１３の出力信号を入力して、例えば、所望の信号を探知する処理などを実施する。

図１の例では、アンテナ装置の構成要素である素子アンテナ１−１〜１−Ｎ、低雑音増幅器２−１〜２−Ｎ、可変減衰器３−１〜３−Ｎ、移相器４−１〜４−Ｎ、分配合成器５、励振分布設定装置６、切換分布数設定装置７、振幅位相分布・励振時間算出装置８、振幅分布制御装置９−１〜９−Ｍ、位相分布制御装置１０−１〜１０−Ｍ、励振時間制御装置１１、切換装置１２、時間積分装置１３及び信号処理装置１４のそれぞれが専用のハードウェアで構成（例えば、励振分布設定装置６、切換分布数設定装置７、振幅位相分布・励振時間算出装置８、振幅分布制御装置９−１〜９−Ｍ、位相分布制御装置１０−１〜１０−Ｍ、励振時間制御装置１１、切換装置１２、時間積分装置１３及び信号処理装置１４については、ＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどで構成）されているものを示したが、素子アンテナ１−１〜１−Ｎ以外の構成要素がコンピュータで構成されていてもよい。

素子アンテナ１−１〜１−Ｎ以外の構成要素をコンピュータで構成する場合、低雑音増幅器２−１〜２−Ｎ、可変減衰器３−１〜３−Ｎ、移相器４−１〜４−Ｎ、分配合成器５、励振分布設定装置６、切換分布数設定装置７、振幅位相分布・励振時間算出装置８、振幅分布制御装置９−１〜９−Ｍ、位相分布制御装置１０−１〜１０−Ｍ、励振時間制御装置１１、切換装置１２、時間積分装置１３及び信号処理装置１４の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図２はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置の処理内容（アンテナ励振方法）を示すフローチャートである。

図３はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置の切換装置１２を示す構成図である。
図３において、切換スイッチ２１は励振時間制御装置１１から出力された切換指示にしたがって、振幅分布制御装置９−１〜９−Ｍの中から、１つの振幅分布制御装置９を選択する処理を実施する。
切換スイッチ２２は励振時間制御装置１１から出力された切換指示にしたがって、位相分布制御装置１０−１〜１０−Ｍの中から、１つの位相分布制御装置１０を選択する処理を実施する。

図４はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置の時間積分装置１３を示す構成図である。
図４において、ＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）３１は分配合成器５による合成信号をアナログ信号からディジタル信号に変換する変換器である。
切換スイッチ３２は切換装置１２により選択される振幅分布制御装置９及び位相分布制御装置１０が切り換わる毎に、Ｍ個のメモリ３３−１〜３３−Ｍの中から、ＡＤＣ３１によりディジタル信号に変換された合成信号を格納するメモリ３３を切り換える処理を実施する。

メモリ３３−１〜３３−ＭはＡＤＣ３１によりディジタル信号に変換された合成信号を格納する記録媒体である。
加算器３４はメモリ３３−１〜３３−Ｍに格納されている合成信号を加算して、その加算結果である合成信号を平均処理装置３５に出力する処理を実施する。
平均処理装置３５は励振時間制御装置１１により算出された励振時間τ_ｍで、加算器３４から出力された合成信号を時間積分することで、放射パターンを得る積分処理回路である。

次に動作について説明する。
この実施の形態１では、Ｎ＝８として、アンテナ構成が８素子の等間隔リニアアレーアンテナである例を説明する。

まず、励振分布設定装置６は、所望の励振分布Ａ_ｎ（ｎ＝１，２，・・・，８）を設定する（図２のステップＳＴ１）。
この実施の形態１では、素子アンテナ１の本数が８本である例を示すので、素子アンテナ毎に、８個の励振分布Ａ_ｎを設定する。
次に、切換分布数設定装置７は、励振分布を時分割で切り換える切換数を設定する（ステップＳＴ２）。
この実施の形態１では、時分割で切り換える切換数を「Ｍ」に設定するものとする。

振幅位相分布・励振時間算出装置８は、励振分布設定装置６が所望の励振分布Ａ_ｎを設定し、切換分布数設定装置７が励振分布を時分割で切り換える切換数Ｍを設定すると、所望の励振分布Ａ_ｎ毎に、その励振分布Ａ_ｎから、切換数Ｍ分の振幅分布ａ_ｎｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）及び位相分布φ_ｎｍを算出する（ステップＳＴ３，ＳＴ４）。
また、振幅位相分布・励振時間算出装置８は、その振幅分布_ｎｍ及び位相分布φ_ｎｍの励振時間τ_ｍを算出する（ステップＳＴ５）。

ここで、励振分布Ａ_ｎ、振幅分布ａ_ｎｍ、位相分布φ_ｎｍ及び励振時間τ_ｍの間には、以下の式（７）に示す関係がある。
したがって、振幅位相分布・励振時間算出装置８は、励振分布設定装置６が所望の励振分布Ａ_ｎを設定すると、式（７）の関係を満足するような振幅分布ａ_ｎｍ、位相分布φ_ｎｍ及び励振時間τ_ｍを算出する。

時分割で切り換える振幅分布_ｎｍ及び位相分布φ_ｎｍの励振時間τ_ｍは、それぞれ異なっていてもよいが、この実施の形態１では、振幅位相分布・励振時間算出装置８が、時分割で切り換える振幅分布_ｎｍ及び位相分布φ_ｎｍの励振時間τ_ｍとして、全て等しい時間を算出するものとする。
「時分割で切り換える振幅分布_ｎｍ及び位相分布φ_ｎｍの励振時間τ_ｍの全てが等しい」という条件を考慮すると、式（７）は、以下の式（８）のように表される。

式（８）では、総励振時間を“１”で規格化している。

したがって、この実施の形態１では、上記の式（５）は、以下の式（９）で与えられる。

ここで、τ_ｍ−１からτ_ｍの時間、ｍ番目の振幅分布及び位相分布が励振分布として設定される。励振時間は全て等しいので、式（９）を解くと、以下の式（１０）が得られる。

式（１０）はｈが切換数Ｍの倍数のときに０となるので、この実施の形態１では、切り換える励振分布の数を設定することで、特定の高調波を抑圧することができる。
図５は所望の励振分布を示す説明図であり、図６はＭ＝３としたときの切り換える振幅分布を示す説明図である。ここでは、切り換える振幅分布は全て等しいものとしている。
また、図７はＭ＝３としたときの切り換える位相分布を示す説明図である。
図５、図６及び図７は、式（８）を満足している。

振幅位相分布・励振時間算出装置８は、上記のようにして、切換数Ｍ分の振幅分布ａ_ｎｍを算出すると、その振幅分布ａ_ｎｍを振幅分布制御装置９−１〜９−Ｍに出力する。
これにより、振幅分布制御装置９−１〜９−Ｍは、振幅位相分布・励振時間算出装置８から出力された振幅分布ａ_ｎｍを記憶する（ステップＳＴ６）。
即ち、振幅分布制御装置９−１は振幅分布ａ_ｎ１を記憶し、振幅分布制御装置９−２は振幅分布ａ_ｎ２を記憶し、振幅分布制御装置９−Ｍは振幅分布ａ_ｎＭを記憶する。

また、振幅位相分布・励振時間算出装置８は、切換数Ｍ分の位相分布φ_ｎｍを算出すると、その位相分布φ_ｎｍを位相分布制御装置１０−１〜１０−Ｍに出力する。
これにより、位相分布制御装置１０−１〜１０−Ｍは、振幅位相分布・励振時間算出装置８から出力された位相分布φ_ｎｍを記憶する（ステップＳＴ７）。
即ち、位相分布制御装置１０−１は位相分布φ_ｎ１を記憶し、位相分布制御装置１０−２は位相分布φ_ｎ２を記憶し、位相分布制御装置１０−Ｍは位相分布φ_ｎＭを記憶する。

また、振幅位相分布・励振時間算出装置８は、その振幅分布_ｎｍ及び位相分布φ_ｎｍの励振時間τ_ｍを算出すると、その励振時間τ_ｍを励振時間制御装置１１に設定する（ステップＳＴ８）。
励振時間制御装置１１は、振幅位相分布・励振時間算出装置８により励振時間τ_ｍの設定を受けると、その励振時間τ_ｍ毎に、振幅分布_ｎｍ及び位相分布φ_ｎｍを切り換えるため、その励振時間τ_ｍを切換装置１２に設定する（ステップＳＴ９）。
切換装置１２に対する励振時間τ_ｍの設定は、励振時間τ_ｍ毎に、振幅分布_ｎｍ及び位相分布φ_ｎｍを切り換える指示を切換装置１２に出力することに相当する。

切換装置１２は、励振時間τ_ｍの設定を受けると、その励振時間τ_ｍにしたがって、振幅分布制御装置９−１〜９−Ｍの中から、１つの振幅分布制御装置９を選択するとともに、位相分布制御装置１０−１〜１０−Ｍの中から、１つの位相分布制御装置１０を選択する。
ここで、切換装置１２は、図３に示すように、２つの切換スイッチ２１，２２から構成されており、図８は切換スイッチ２１，２２の端子に接続される励振分布の励振時間を示している。
図８の例では、総励振時間を“１”で規格化している。

切換装置１２の具体的な動作を説明すると、まず、切換スイッチ２１，２２が端子１に接続されて、振幅分布制御装置９−１に設定された振幅分布_ｎ１が選択されるとともに、位相分布制御装置１０−１に設定された位相分布φ_ｎ１が選択される。
切換スイッチ２１，２２が端子１に接続されてから、励振時間１／Ｍが経過すると、切換スイッチ２１，２２の接続が端子２に切り換わり、振幅分布制御装置９−２に設定された振幅分布_ｎ２が選択されるとともに、位相分布制御装置１０−２に設定された位相分布φ_ｎ２が選択される。
切換スイッチ２１，２２が端子２に接続されてから、励振時間１／Ｍが経過する毎に、以後同様に、切換スイッチ２１，２２が接続される端子が切り換わり、選択される振幅分布_ｎｍ及び位相分布φ_ｎｍが順次切り換わる。

励振時間制御装置１１は、振幅分布制御装置９−１〜９−Ｍに対する振幅分布_ｎｍや、位相分布制御装置１０−１〜１０−Ｍに対する位相分布φ_ｎｍ等の設定が完了すると、変数であるｍを“１”に初期設定する（ステップＳＴ１０）。
ｍ＝１の段階では、切換スイッチ２１，２２が端子１に接続されるため、振幅分布制御装置９−１及び位相分布制御装置１０−１が選択される（ステップＳＴ１１）。

低雑音増幅器２−１〜２−Ｎは、素子アンテナ１−１〜１−Ｎが信号を受信すると、その信号を増幅して、増幅後の信号を可変減衰器３−１〜３−Ｎに出力する（ステップＳＴ１２）。
可変減衰器３−１〜３−Ｎは、振幅分布制御装置９−１〜９−Ｍのうち、切換装置１２により選択された振幅分布制御装置９の制御の下で、低雑音増幅器２−１〜２−Ｎによる増幅後の信号の振幅を調整する（ステップＳＴ１３）。
ｍ＝１の段階では、振幅分布制御装置９−１が選択されているので、振幅分布制御装置９−１が、記憶している振幅分布ａ_ｎ１にしたがって可変減衰器３−１〜３−Ｎの振幅調整量を制御する。

移相器４−１〜４−Ｎは、位相分布制御装置１０−１〜１０−Ｍのうち、切換装置１２により選択された位相分布制御装置１０の制御の下で、可変減衰器３−１〜３−Ｎにより振幅が調整された信号の位相を調整する（ステップＳＴ１４）。
ｍ＝１の段階では、位相分布制御装置１０−１が選択されているので、位相分布制御装置１０−１が、記憶している位相分布φ_ｎ１にしたがって移相器４−１〜４−Ｎの位相調整量を制御する。

分配合成器５は、移相器４−１〜４−Ｎが信号の位相を調整すると、位相調整後の信号を合成し、その合成信号を時間積分装置１３に出力する（ステップＳＴ１５）。
時間積分装置１３のＡＤＣ３１は、分配合成器５から合成信号を受けると、その合成信号をアナログ信号からディジタル信号に変換する。
時間積分装置１３の切換スイッチ３２は、切換装置１２により選択される振幅分布制御装置９及び位相分布制御装置１０が切り換わる毎に、Ｍ個のメモリ３３−１〜３３−Ｍの中から、ＡＤＣ３１によりディジタル信号に変換された合成信号を格納するメモリ３３を切り換えるが、ｍ＝１の段階では、切換スイッチ３２が端子１に接続されるため、その合成信号をメモリ３３−１に格納する（ステップＳＴ１６）。
なお、切換スイッチ３２が端子１に接続される時間は、切換スイッチ２１，２２が端子１に接続される時間と同じである（図８を参照）。

励振時間制御装置１１は、変数ｍが切換数Ｍであるか否かを判定し（ステップＳＴ１７）、変数ｍが切換数Ｍに満たない場合（ｍ＜Ｍ）、変数ｍに１を加算して（ステップＳＴ１８）、ステップＳＴ１１の処理に戻り、ステップＳＴ１１〜ＳＴ１６の処理が繰り返し実施される。
一方、変数ｍが切換数Ｍに到達している場合（ｍ＝Ｍ）、ステップＳＴ１９の処理に移行する。

例えば、ｍ＝２の段階では、振幅分布制御装置９−２が振幅分布ａ_ｎ２にしたがって可変減衰器３−１〜３−Ｎの振幅調整量を制御するとともに、位相分布制御装置１０−２が位相分布φ_ｎ２にしたがって移相器４−１〜４−Ｎの位相調整量を制御し、ディジタル信号に変換された合成信号が時間積分装置１３のメモリ３３−２に格納される。
同様に、ｍ＝Ｍの段階では、振幅分布制御装置９−Ｍが振幅分布ａ_ｎＭにしたがって可変減衰器３−１〜３−Ｎの振幅調整量を制御するとともに、位相分布制御装置１０−Ｍが位相分布φ_ｎＭにしたがって移相器４−１〜４−Ｎの位相調整量を制御し、ディジタル信号に変換された合成信号が時間積分装置１３のメモリ３３−Ｍに格納される。

ここで、図９はＭ＝３の場合に、図６の振幅分布と図７の位相分布を与えたとき、メモリ３３−１〜３３−３に格納される合成信号の放射パターンを示す説明図である。
Ａはメモリ３３−１に格納される合成信号の放射パターン、Ｂはメモリ３３−２に格納される合成信号の放射パターン、Ｃはメモリ３３−３に格納される合成信号の放射パターンである。

励振時間制御装置１１の加算器３４は、メモリ３３−１〜３３−Ｍに格納されている合成信号を加算し、その加算結果である合成信号を平均処理装置３５に出力する。
励振時間制御装置１１の平均処理装置３５は、加算器３４から合成信号を受けると、励振時間制御装置１１により算出された励振時間τ_ｍで、その合成信号を時間積分することで、放射パターンを得る（ステップＳＴ１９）。
図１０はＭ＝３の場合に、時間積分処理された放射パターンを示す説明図である。
Ｄは所望の分布による放射パターンであり、Ｅは時間平均処理により得られた放射パターンである。
これより、励振分布を時分割で切り換えることで、所望の放射パターンが得られることが分かる。

図１１はＭ＝３の場合の高調波成分の放射パターンを示す説明図である。即ち、式（６）において、ｈ＝±３に対応する高調波の放射パターンである。
図１１のＦが従来の高調波の放射パターンであり、Ｇがこの実施の形態１の高調波の放射パターンである。
これより、従来の時間平均によるアンテナ構成より、高調波が抑圧されていることが分かる。
信号処理装置１４は、時間積分装置１３の出力信号を入力して、例えば、所望の信号を探知する処理などを実施する。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、励振分布設定装置６により設定された励振分布Ａ_ｎから、切換数Ｍ分の振幅分布ａ_ｎｍ及び位相分布φ_ｎｍを算出するとともに、その振幅分布_ｎｍ及び位相分布φ_ｎｍの励振時間τ_ｍを算出する振幅位相分布・励振時間算出装置８と、振幅位相分布・励振時間算出装置８により算出された励振時間τ_ｍ毎に、切換数Ｍ分の振幅分布_ｎｍ及び位相分布φ_ｎｍの中から、１つの振幅分布と１つの位相分布を選択し、その振幅分布にしたがって可変減衰器３−１〜３−Ｎの振幅調整量を制御するとともに、その位相分布にしたがって移相器４−１〜４−Ｎの位相調整量を制御する振幅分布・位相分布制御手段とを設け、時間積分装置１３が、切換装置１２により選択される振幅分布及び位相分布が切り換わる毎に、その励振時間τ_ｍで分配合成器５による合成信号を時間積分するように構成したので、高調波の発生を抑圧することができる効果を奏する。
即ち、Ｍ個の励振分布を時分割で切り換えることで、所望の放射パターンが得られ、式（６）において、ｈがＭの倍数の高調波の抑圧が可能になる。

なお、この実施の形態１では、「時分割で切り換える振幅分布_ｎｍ及び位相分布φ_ｎｍの励振時間τ_ｍの全てが等しい」という条件を付加しているものを示したが、式（８）を満足する分布であれば、この限りではない。また、位相分布も式（８）を満足する分布であれば、この限りではない。
また、この実施の形態１では、切換装置１２が２つの切換スイッチ２１，２２から構成されているものを示したが、振幅分布_ｎｍ及び位相分布φ_ｎｍを切り換える動作が得られれば、切換スイッチ２１，２２以外の要素で構成してもよいことは言うまでもない。
また、時間積分装置１３が図４のように構成されているものを示したが、時間積分処理が可能であれば、他の構成でもよいことは言うまでもない。

この実施の形態１では、アンテナ装置が、受信アンテナとして動作する例を示したが、送信アンテナとして動作するものであってもよい。
送信アンテナとして動作する場合、信号の流れが、受信アンテナの場合と逆向きになる（送信アンテナとして動作する場合、図１の例では、信号は下から上に流れる）点で相違するが、個々の処理部の動作は同じである。
ただし、送信アンテナとして動作する場合、時間積分装置１３は不要になり、分配合成器５は、信号処理装置１４から出力された送信信号を移相器４−１〜４−Ｎに分配する信号分配手段を構成する。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、切換分布数設定装置７が、励振分布を時分割で切り換える切換数をＭに設定するものを示したが、切換分布数設定装置７が、励振分布を時分割で切り換える切換数を「８以上の２のべき乗」に設定するようにしてもよい。
アンテナ装置の構成は上記実施の形態１と同様であり、図１である。

この実施の形態２では、振幅位相分布・励振時間算出装置８が振幅分布_ｎｍ及び位相分布φ_ｎｍを算出する際、以下の関係を満足するように、振幅分布_ｎｍ及び位相分布φ_ｎｍを算出する。
（１）時分割で切り換える励振分布の励振時間τ_ｍは全て等しい
（２）ｍ回目（ｍ＝１，・・・，Ｍ／２）に切り換える振幅分布及び位相分布と、
（ｍ＋Ｍ／２）回目に切り換える振幅分布及び位相分布とが等しい

上記の（１）（２）の関係を満足する場合、上記の式（１０）は、以下の式（１１）のように書き換えられる。

式（１１）はｈが（Ｍ／２）より小さいときに、中括弧の中が０になるので、（Ｍ／２）より小さい次数の高調波を抑圧することができる。
Ｍ＝８として、切り換える振幅分布を図６のようにし、切り換える位相分布を図１２のようにすると、放射パターンは図１３のようになる。
ここで、切り換える振幅分布は全て等しく、奇数回目に切り換える位相分布を図１２のＨ、偶数回目に切り換える位相分布を図１２のＩとしている。これらの振幅分布と位相分布は、上記の（１）（２）の関係を満足する。
また、奇数回目に切り換える位相分布と偶数回目に切り換える位相分布は共役の関係にある。図１３のＪが奇数回目に切り換える励振分布の放射パターンであり、図１３のＫが偶数回目に切り換える励振分布の放射パターンである。
これらの放射パターンを時間積分処理すると、所望の分布の放射パターンが得られる。

図１４はｈ＝±１に対応する高調波の放射パターンを示す説明図であり、図１５はｈ＝±２に対応する高調波の放射パターンを示す説明図であり、図１６はｈ＝±３に対応する高調波の放射パターンを示す説明図である。
図１４のＬが従来の高調波の放射パターン、Ｍがこの実施の形態２の高調波の放射パターンであり、図１５のＯが従来の高調波の放射パターン、Ｐがこの実施の形態２の高調波の放射パターン、図１６のＱが従来の高調波の放射パターン、Ｒがこの実施の形態２の高調波の放射パターンである。
これより、従来の時間平均によるアンテナ構成より、高調波が抑圧されていることが分かる。

以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、Ｍ個の励振分布を時分割で切り換えることで、所望の放射パターンが得られ、式（６）において、ｈが下記のＬより小さい次数の高調波の抑圧が可能になる。

なお、Ｍ＝８の場合、Ｌ＝３になり、ｈが３の次数の高調波を抑圧することができる。

実施の形態３．
上記実施の形態１では、切換分布数設定装置７が、励振分布を時分割で切り換える切換数をＭに設定するものを示したが、切換分布数設定装置７が、励振分布を時分割で切り換える切換数を「４」に設定するようにしてもよい。この場合、発生する高調波の半分を抑圧することができ、装置を簡略化することができる。
アンテナ装置の構成は上記実施の形態１と同様であり、図１である。

この実施の形態３では、振幅位相分布・励振時間算出装置８が振幅分布_ｎｍ及び位相分布φ_ｎｍを算出する際、以下の関係を満足するように、振幅分布_ｎｍ及び位相分布φ_ｎｍを算出する。
（１）時分割で切り換える励振分布の励振時間τ_ｍは全て等しい
（２）奇数回目に切り換える振幅分布及び位相分布は全て等しく、偶数回目に切り換える
振幅分布及び位相分布は全て等しい

上記の（１）（２）の関係を満足する場合、上記の式（１０）は、以下の式（１３）のように書き換えられる。

式（１３）はｈが奇数のときに０になるので、この実施の形態３では、奇数次の高調波の抑圧が可能になる。
図１７はｈ＝±１に対応する高調波の放射パターンを示す説明図であり、図１８はｈ＝±３に対応する高調波の放射パターンを示す説明図である。
図１７のＳが従来の高調波の放射パターン、Ｔがこの実施の形態３の高調波の放射パターンであり、図１８のＵが従来の高調波の放射パターン、Ｖがこの実施の形態３の高調波の放射パターンである。
これより、従来の時間平均によるアンテナ構成より、高調波が抑圧されていることが分かる。

実施の形態４．
上記実施の形態１では、切換分布数設定装置７が、励振分布を時分割で切り換える切換数をＭに設定するものを示したが、切換分布数設定装置７が、励振分布を時分割で切り換える切換数を「２」に設定するようにしてもよい。この場合、発生する高調波の半分を抑圧することができ、装置をさらに簡略化することができる。
アンテナ装置の構成は上記実施の形態１と同様であり、図１である。

この実施の形態４では、振幅位相分布・励振時間算出装置８が振幅分布_ｎｍ及び位相分布φ_ｎｍを算出する際、以下の関係を満足するように、振幅分布_ｎｍ及び位相分布φ_ｎｍを算出する。
（１）時分割で切り換える励振分布の励振時間τ_ｍは全て等しい

上記の（１）の関係を満足する場合、上記の式（１０）は、以下の式（１４）のように書き換えられる。

式（１４）はｈが偶数のときに０になるので、この実施の形態４では、偶数次の高調波の抑圧が可能になる。
図１９はｈ＝±２に対応する高調波の放射パターンを示す説明図であり、図２０はｈ＝±４に対応する高調波の放射パターンである。
図１９のＷが従来の高調波の放射パターン、Ｘがこの実施の形態４の高調波の放射パターンであり、図２０のＹが従来の高調波の放射パターン、Ｚがこの実施の形態４の高調波の放射パターンである。
これより、従来の時間平均によるアンテナ構成より、高調波が抑圧されていることが分かる。

実施の形態５．
図２１はこの発明の実施の形態５によるアンテナ装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
固定減衰器４０−１〜４０−Ｎは振幅分布制御装置９−１の制御の下で、低雑音増幅器２−１〜２−Ｎによる増幅後の信号の振幅を調整する処理を実施する。なお、固定減衰器４０−１〜４０−Ｎは振幅調整手段を構成している。

振幅位相分布・励振時間算出装置４１は励振分布設定装置６により設定された励振分布Ａ_ｎから、固定の振幅分布ａ_ｎと時分割で切り換える切換数Ｍ（切換分布数設定装置７により設定された切換数Ｍ）分の位相分布φ_ｎｍを算出するとともに、その位相分布φ_ｎｍの励振時間τ_ｍを算出する処理を実施する。なお、振幅位相分布・励振時間算出装置４１は振幅位相分布・励振時間算出手段を構成している。

図２１の例では、アンテナ装置の構成要素である素子アンテナ１−１〜１−Ｎ、低雑音増幅器２−１〜２−Ｎ、固定減衰器４０−１〜４０−Ｎ、移相器４−１〜４−Ｎ、分配合成器５、励振分布設定装置６、切換分布数設定装置７、振幅位相分布・励振時間算出装置４１、振幅分布制御装置９−１、位相分布制御装置１０−１〜１０−Ｍ、励振時間制御装置１１、切換装置１２、時間積分装置１３及び信号処理装置１４のそれぞれが専用のハードウェアで構成（例えば、励振分布設定装置６、切換分布数設定装置７、振幅位相分布・励振時間算出装置４１、振幅分布制御装置９−１〜９−Ｍ、位相分布制御装置１０−１〜１０−Ｍ、励振時間制御装置１１、切換装置１２、時間積分装置１３及び信号処理装置１４については、ＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどで構成）されているものを示したが、素子アンテナ１−１〜１−Ｎ以外の構成要素がコンピュータで構成されていてもよい。

素子アンテナ１−１〜１−Ｎ以外の構成要素をコンピュータで構成する場合、低雑音増幅器２−１〜２−Ｎ、固定減衰器４０−１〜４０−Ｎ、移相器４−１〜４−Ｎ、分配合成器５、励振分布設定装置６、切換分布数設定装置７、振幅位相分布・励振時間算出装置４１、振幅分布制御装置９−１〜９−Ｍ、位相分布制御装置１０−１〜１０−Ｍ、励振時間制御装置１１、切換装置１２、時間積分装置１３及び信号処理装置１４の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図２２はこの発明の実施の形態５によるアンテナ装置の処理内容（アンテナ励振方法）を示すフローチャートである。

次に動作について説明する。
この実施の形態５では、Ｎ＝８として、アンテナ構成が８素子の等間隔リニアアレーアンテナである例を説明する。

まず、励振分布設定装置６は、所望の励振分布Ａ_ｎ（ｎ＝１，２，・・・，８）を設定する（図２２のステップＳＴ２１）。
この実施の形態５では、素子アンテナ１の本数が８本である例を示すので、素子アンテナ毎に、８個の励振分布Ａ_ｎを設定する。
次に、切換分布数設定装置７は、励振分布を時分割で切り換える切換数を設定する（ステップＳＴ２２）。
この実施の形態５では、時分割で切り換える切換数を「Ｍ」に設定するものとする。

次に、振幅位相分布・励振時間算出装置４１は、固定の振幅分布ａ_ｎを算出する（ステップＳＴ２３）。振幅分布ａ_ｎの算出方法は以下の通りである。
（１）固定減衰器４０−１〜４０−Ｎの最大減衰値を決める。
（２）上記の最大減衰値と所望分布を比較して、最大減衰値以上の素子アンテナ１の振幅
は所望分布と等しくし、最大減衰値を超える素子アンテナ１の振幅は最大減衰値と等
しくする。
ここで、振幅の最大減衰値は、実現可能な減衰量や分解能などによって決まる。

振幅位相分布・励振時間算出装置４１は、励振分布設定装置６が所望の励振分布Ａ_ｎを設定し、切換分布数設定装置７が励振分布を時分割で切り換える切換数Ｍを設定すると、所望の励振分布Ａ_ｎ毎に、その励振分布Ａ_ｎと上記振幅分布の算出方法で求めた固定の振幅分布ａ_ｎから位相分布φ_ｎｍを算出する（ステップＳＴ２４）。
また、振幅位相分布・励振時間算出装置４１は、その振幅分布ａ_ｎ及び位相分布φ_ｎｍの励振時間τ_ｍを算出する（ステップＳＴ２５）。

ここで、励振分布Ａ_ｎ、振幅分布ａ_ｎ、位相分布φ_ｎｍ及び励振時間τ_ｍの間には、下記の式（１５）に示す関係がある。
したがって、振幅位相分布・励振時間算出装置４１は、励振分布設定装置６が所望の励振分布Ａ_ｎと振幅分布ａ_ｎを設定すると、式（７）の関係を満足するような位相分布φ_ｎｍ及び励振時間τ_ｍを算出する。

時分割で切り換える位相分布φ_ｎｍの励振時間τ_ｍは、それぞれ異なっていてもよいが、この実施の形態５では、振幅位相分布・励振時間算出装置４１が、時分割で切り換える位相分布φ_ｎｍの励振時間τ_ｍとして、全て等しい時間を算出するものとする。
「時分割で切り換える位相分布φ_ｎｍの励振時間τ_ｍの全てが等しい」という条件を考慮すると、式（１５）は、以下の式（１６）のように表される。

式（１５）では、総励振時間を“１”で規格化している。
ここで、一部の素子アンテナ１の振幅分布ａ_ｎが所望分布Ａ_ｎに等しいので、式（１６）は、以下の式（１７）に書き換えられる。

式（１７）は２番目の素子アンテナ１−２の振幅ａ_２が所望分布と等しい場合を示しており、切り換える位相分布は０となる。
したがって、この実施の形態５では、上記の式（５）は、以下の式（１８）で与えられる。

ここで、τ_ｍ−１からτ_ｍの時間、ｍ番目の位相分布が各移相器４に設定される。励振時間は全て等しいので、式（１７）を解くと、以下の式（１９）が得られる。

式（１９）は、ｈが切換数Ｍの倍数のときに０となるので、この実施の形態５では、切り換える位相分布φ_ｎｍの数を設定することで、特定の高調波を抑圧することができる。
また、所望分布と固定の振幅が等しい素子アンテナ１については、式（１９）は高調波の次数を示すｈに関係なく０となるので、高調波の低減が可能になる。
図２３は下限値を−６ｄＢとしたときの固定減衰器４０の設定値を示しており、図５は所望の励振分布を示している。

振幅位相分布・励振時間算出装置４１は、上記のようにして、固定の振幅分布ａ_ｎを算出すると、その振幅分布ａ_ｎを振幅分布制御装置９−１に出力する。
これにより、振幅分布制御装置９−１は、振幅位相分布・励振時間算出装置４１から出力された振幅分布ａ_ｎを記憶する（ステップＳＴ２６）。
また、振幅位相分布・励振時間算出装置４１は、切換数Ｍ分の位相分布φ_ｎｍを算出すると、その位相分布φ_ｎｍを位相分布制御装置１０−１〜１０−Ｍに出力する。
これにより、位相分布制御装置１０−１〜１０−Ｍは、振幅位相分布・励振時間算出装置４１から出力された位相分布φ_ｎｍを記憶する（ステップＳＴ２７）。
即ち、位相分布制御装置１０−１は位相分布φ_ｎ１を記憶し、位相分布制御装置１０−２は位相分布φ_ｎ２を記憶し、位相分布制御装置１０−Ｍは位相分布φ_ｎＭを記憶する。

また、振幅位相分布・励振時間算出装置４１は、その位相分布φ_ｎｍの励振時間τ_ｍを算出すると、その励振時間τ_ｍを励振時間制御装置１１に設定する（ステップＳＴ２８）。
励振時間制御装置１１は、振幅位相分布・励振時間算出装置４１により励振時間τ_ｍの設定を受けると、その励振時間τ_ｍ毎に、位相分布φ_ｎｍを切り換えるため、その励振時間τ_ｍを切換装置１２に設定する（ステップＳＴ２９）。
切換装置１２に対する励振時間τ_ｍの設定は、励振時間τ_ｍ毎に、位相分布φ_ｎｍを切り換える指示を切換装置１２に出力することに相当する。

切換装置１２は、励振時間制御装置１１から励振時間τ_ｍの設定を受けると、その励振時間τ_ｍにしたがって、位相分布制御装置１０−１〜１０−Ｍの中から、１つの位相分布制御装置１０を選択する。
切換装置１２の処理内容は、上記実施の形態１と同様であるため、詳細な説明を省略する。
振幅分布制御装置９−１は、記憶している固定の振幅分布ａ_ｎを固定減衰器４０−１〜４０−Ｎに設定する（ステップＳＴ３０）。

励振時間制御装置１１は、位相分布制御装置１０−１〜１０−Ｍに対する位相分布φ_ｎｍ等の設定が完了すると、変数であるｍを“１”に初期設定する（ステップＳＴ３１）。
ｍ＝１の段階では、切換装置１２の切換スイッチ２１，２２が端子１に接続されるため、位相分布制御装置１０−１が選択される（ステップＳＴ３２）。

低雑音増幅器２−１〜２−Ｎは、素子アンテナ１−１〜１−Ｎが信号を受信すると、その信号を増幅して、増幅後の信号を固定減衰器４０−１〜４０−Ｎに出力する（ステップＳＴ３３）。
固定減衰器４０−１〜４０−Ｎは、低雑音増幅器２−１〜２−Ｎから増幅後の信号を受けると、振幅分布制御装置９−１により記憶されている固定の振幅分布ａ_ｎにしたがって低雑音増幅器２−１〜２−Ｎによる増幅後の信号の振幅を調整する（ステップＳＴ３４）。
移相器４−１〜４−Ｎは、位相分布制御装置１０−１〜１０−Ｍのうち、切換装置１２により選択された位相分布制御装置１０の制御の下で、固定減衰器４０−１〜４０−Ｎにより振幅が調整された信号の位相を調整する（ステップＳＴ３５）。
ｍ＝１の段階では、位相分布制御装置１０−１が選択されているので、位相分布制御装置１０−１が、記憶している位相分布φ_ｎ１にしたがって移相器４−１〜４−Ｎの位相調整量を制御する。

分配合成器５は、移相器４−１〜４−Ｎが信号の位相を調整すると、位相調整後の信号を合成し、その合成信号を時間積分装置１３に出力する（ステップＳＴ３６）。
時間積分装置１３のＡＤＣ３１は、分配合成器５から合成信号を受けると、その合成信号をアナログ信号からディジタル信号に変換する。
時間積分装置１３の切換スイッチ３２は、切換装置１２により選択される位相分布制御装置１０が切り換わる毎に、Ｍ個のメモリ３３−１〜３３−Ｍの中から、ＡＤＣ３１によりディジタル信号に変換された合成信号を格納するメモリ３３を切り換えるが、ｍ＝１の段階では、切換スイッチ３２が端子１に接続されるため、その合成信号をメモリ３３−１に格納する（ステップＳＴ３７）。
なお、切換スイッチ３２が端子１に接続される時間は、切換スイッチ２１，２２が端子１に接続される時間と同じである（図８を参照）。

励振時間制御装置１１は、変数ｍが切換数Ｍであるか否かを判定し（ステップＳＴ３８）、変数ｍが切換数Ｍに満たない場合（ｍ＜Ｍ）、変数ｍに１を加算して（ステップＳＴ３９）、ステップＳＴ３２の処理に戻り、ステップＳＴ３２〜ＳＴ３７の処理が繰り返し実施される。
一方、変数ｍが切換数Ｍに到達している場合（ｍ＝Ｍ）、ステップＳＴ４０の処理に移行する。
例えば、ｍ＝２の段階では、位相分布制御装置１０−２が位相分布φ_ｎ２にしたがって移相器４−１〜４−Ｎの位相調整量を制御し、ディジタル信号に変換された合成信号が時間積分装置１３のメモリ３３−２に格納される。
同様に、ｍ＝Ｍの段階では、位相分布制御装置１０−Ｍが位相分布φ_ｎＭにしたがって移相器４−１〜４−Ｎの位相調整量を制御し、ディジタル信号に変換された合成信号が時間積分装置１３のメモリ３３−Ｍに格納される。

ここで、図２５はＭ＝２の場合に、図２３の振幅分布と図２４の位相分布を与えたとき、メモリ３３−１〜３３−３に格納される合成信号の放射パターンを示す説明図である。
図２５において、Ｃはメモリ３３−１に格納される合成信号の放射パターン、Ｄはメモリ３３−２に格納される合成信号の放射パターンである。
励振時間制御装置１１の加算器３４は、メモリ３３−１〜３３−Ｍに格納されている合成信号を加算し、その加算結果である合成信号を平均処理装置３５に出力する。平均処理によって得られた放射パターンは図２５のＥである。これにより、所望の分布を実現できていることがわかる。

励振時間制御装置１１の平均処理装置３５は、加算器３４から合成信号を受けると、励振時間制御装置１１により算出された励振時間τ_ｍで、その合成信号を時間積分することで、放射パターンを得る（ステップＳＴ４０）。平均処理によって得られた放射パターンは図２５のＥである。所望の分布を実現できていることがわかる。

図２６はＭ＝２の場合の高調波成分の放射パターンを示す説明図である。即ち、式（６）において、ｈ＝±１に対応する高調波の放射パターンである。
図２６のＧが従来の高調波の放射パターンであり、Ｆが上記実施の形態４の高調波放射パターンであり、Ｈがこの実施の形態５の高調波の放射パターンである。
これより、従来の時間平均によるアンテナ構成や、上記実施の形態４によるアンテナ構成より高調波が低減していることが分かる。
ｈ＝±２、ｈ＝±４に対応する高調波の放射パターンは、上記実施の形態４で示した放射パターンと同じとなり、抑圧されている。
信号処理装置１４は、時間積分装置１３の出力信号を入力して、例えば、所望の信号を探知する処理などを実施する。

以上で明らかなように、この実施の形態５では、Ｍ個の励振分布を時分割で切り換えることで、所望の放射パターンが得られ、式（６）において、ｈがＭの倍数の高調波の抑圧が可能となり、ｈがＭの倍数でない高調波の低減が可能になる。

この実施の形態５では、アンテナ装置が、受信アンテナとして動作する例を示したが、送信アンテナとして動作するものであってもよい。
送信アンテナとして動作する場合、信号の流れが、受信アンテナの場合と逆向きになる（送信アンテナとして動作する場合、図２１の例では、信号は下から上に流れる）点で相違するが、個々の処理部の動作は同じである。
ただし、送信アンテナとして動作する場合、時間積分装置１３は不要になり、分配合成器５は、信号処理装置１４から出力された送信信号を移相器４−１〜４−Ｎに分配する信号分配手段を構成する。

実施の形態６．
上記実施の形態１〜５では、切り換える位相分布を、所望の分布と切り換える振幅分布（もしくは、固定の振幅分布）から求めるものを示したが、以下に示す位相分布とすることで、残留する高調波の低減が可能になる。
アンテナ装置の構成は、上記実施の形態１と同様であり、図１である。

この実施の形態６では、振幅位相分布・励振時間算出装置８が振幅分布ａ_ｎｍ及び位相分布φ_ｎｍを算出する際、以下の関係を満足するように、振幅分布ａ_ｎｍ及び位相分布φ_ｎｍを算出する。
（１）時分割で切り換える励振分布の励振時間τ_ｍは全て等しい
（２）奇数回目と偶数回目の振幅分布は等しい
（３）偶数回目と奇数回目の位相分布は共役の関係

切換数Ｍを２としたとき、上記の（１）の関係を満足する場合、上記の式（１０）は、以下の式（２０）のように書き換えられる。

さらに、この実施の形態６では、切り換えるそれぞれの位相分布において、以下の条件を満足する。
（１）アンテナ開口の原点対称に共役の関係
（２）素子位置に応じて位相を反転させる

図２７は切り換える振幅分布ａ_ｎｍを図２８としたときの上記条件を満足する切り換える位相分布を示している。
図２７において、Ａは奇数回目に切り換える位相分布、Ｂは偶数回目に切り換える位相分布である。
図２７の位相分布は、それぞれ共役の関係で素子位置に応じて位相が反転している。

図２９はそれぞれの放射パターンを示す説明図である。
図２９において、Ｃは奇数回目に切り換える放射パターン、Ｄは偶数回目に切り換える放射パターン、Ｅはそれぞれを時間平均して得られる放射パターンである。
これより、所望の低サイドローブ分布が得られているのがわかる。

また、式（２０）は、ｈが偶数のときに０になるので、この実施の形態６では、偶数次の高調波の抑圧が可能になる。
図３０はｈ＝±１のときの高調波を示す説明図である。
図３０において、Ｇは従来の高調波の放射パターンであり、Ｆは上記実施の形態４の高調波放射パターンであり、Ｈはこの実施の形態６の高調波の放射パターンである。
これより、偶数時の高調波を抑圧できて、さらに、従来より奇数次の高調波の低減ができることがわかる。

実施の形態７．
上記実施の形態１〜６では、励振分布を切り換えることで高調波を抑圧するものを示したが、各素子アンテナ１にフィルタを装荷することで高調波を抑圧するようにしてもよい。
図３１はこの発明の実施の形態７によるアンテナ装置を示す構成図である。
図３１において、５０−１がフィルタを示している。
フィルタ５０−１の帯域を選択することで、任意の高調波を抑圧することができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１−１〜１−Ｎ 素子アンテナ、２−１〜２−Ｎ 低雑音増幅器、３−１〜３−Ｎ 可変減衰器（振幅調整手段）、４−１〜４−Ｎ 移相器（位相調整手段）、５ 分配合成器（信号合成手段、信号分配手段）、６ 励振分布設定装置（励振分布設定手段）、７ 切換分布数設定装置（励振分布設定手段）、８ 振幅位相分布・励振時間算出装置（振幅位相分布・励振時間算出手段）、９−１〜９−Ｍ 振幅分布制御装置（振幅分布・位相分布制御手段）、１０−１〜１０−Ｍ 位相分布制御装置（振幅分布・位相分布制御手段）、１１ 励振時間制御装置（振幅分布・位相分布制御手段）、１２ 切換装置（振幅分布・位相分布制御手段）、１３ 時間積分装置（時間積分手段）、１４ 信号処理装置、２１，２２ 切換スイッチ、３１ ＡＤＣ（変換器）、３２ 切換スイッチ、３３−１〜３３−Ｍ メモリ、３４ 加算器、３５ 平均処理装置（積分処理回路）、４０−１〜４０−Ｎ 固定減衰器（振幅調整手段）、４１ 振幅位相分布・励振時間算出装置（振幅位相分布・励振時間算出手段）、５０−１ フィルタ、１０１ 振幅分布設定装置、１０２ スイッチ時間算出装置、１０３ スイッチ制御装置、１０４ 素子アンテナ、１０５ 低雑音増幅器、１０６ 移相器、１０７ スイッチ、１０８ 合成器、１０９ 受信機。

Claims (19)

1. アンテナ開口を形成する複数の素子アンテナと、
   上記素子アンテナにより受信された信号の振幅を調整する複数の振幅調整手段と、
   上記素子アンテナにより受信された信号の位相を調整する複数の位相調整手段と、
   上記複数の振幅調整手段による振幅調整及び上記複数の位相調整手段による位相調整後の信号を合成する信号合成手段と、
   所望の励振分布を設定するとともに、上記励振分布を時分割で切り換える切換数を設定する励振分布設定手段と、
   上記励振分布設定手段により設定された励振分布から、時分割で切り換える上記切換数分の振幅分布及び位相分布を算出するとともに、上記振幅分布及び上記位相分布の励振時間を算出する振幅位相分布・励振時間算出手段と、
   上記振幅位相分布・励振時間算出手段により算出された励振時間毎に、上記切換数分の振幅分布及び位相分布の中から、１つの振幅分布と１つの位相分布を選択し、上記振幅分布にしたがって上記振幅調整手段の振幅調整量を制御するとともに、上記位相分布にしたがって上記位相調整手段の位相調整量を制御する振幅分布・位相分布制御手段と、
   上記振幅分布・位相分布制御手段により選択される振幅分布及び位相分布が切り換わる毎に、上記振幅位相分布・励振時間算出手段により算出された励振時間で上記信号合成手段による合成信号を時間積分する時間積分手段とを備えたアンテナ装置。
2. 送信信号を複数の信号に分配する信号分配手段と、上記信号分配手段により分配された信号の位相を調整する複数の位相調整手段と、上記信号分配手段により分配された信号の振幅を調整する複数の振幅調整手段と、上記位相調整手段による位相調整及び上記振幅調整手段による振幅調整後の信号を送信する複数の素子アンテナと、所望の励振分布を設定するとともに、上記励振分布を時分割で切り換える切換数を設定する励振分布設定手段と、上記励振分布設定手段により設定された励振分布から、時分割で切り換える上記切換数分の振幅分布及び位相分布を当該振幅分布及び位相分布の積分結果と所望の励振分布が等しくなるように算出するとともに、上記振幅分布及び上記位相分布の励振時間を算出する振幅位相分布・励振時間算出手段と、上記振幅位相分布・励振時間算出手段により算出された励振時間毎に、上記切換数分の振幅分布及び位相分布の中から、１つの振幅分布と１つの位相分布を選択し、上記位相分布にしたがって上記位相調整手段の位相調整量を制御するとともに、上記振幅分布にしたがって上記振幅調整手段の振幅調整量を制御する振幅分布・位相分布制御手段とを備えたアンテナ装置。
3. 上記時間積分手段は、
   上記信号合成手段による合成信号をディジタル信号に変換する変換器と、
   上記励振分布設定手段により設定された切換数分のメモリと、
   上記振幅分布・位相分布制御手段により選択される振幅分布及び位相分布が切り換わる毎に、切換数分のメモリの中から、上記変換器により変換されたディジタル信号を格納するメモリを切り換えるスイッチと、
   上記切換数分のメモリに格納されているディジタル信号を合成する加算器と、
   上記振幅位相分布・励振時間算出手段により算出された励振時間で上記加算器により合成されたディジタル信号を時間積分する積分処理回路と
   から構成されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
4. 上記振幅分布・位相分布制御手段は、
   上記振幅位相分布・励振時間算出手段により算出された振幅分布を記憶する切換数分の振幅分布制御装置と、
   上記振幅位相分布・励振時間算出手段により算出された位相分布を記憶する切換数分の位相分布制御装置と、
   上記振幅位相分布・励振時間算出手段により算出された励振時間毎に、上記切換数分の振幅分布制御装置及び上記切換数分の位相分布制御装置の中から、１つの上記振幅分布制御装置と１つの上記位相分布制御装置を選択する切換装置とから構成され、
   上記切換装置により選択された上記振幅分布制御装置が、記憶している振幅分布にしたがって上記振幅調整手段の振幅調整量を制御し、上記切換装置により選択された上記位相分布制御装置が、記憶している位相分布にしたがって上記位相調整手段の位相調整量を制御する
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。
5. 上記振幅位相分布・励振時間算出手段は、時分割で切り換える切換数分の振幅分布及び位相分布の励振時間として、全て等しい時間を算出することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。
6. 上記励振分布設定手段は、励振分布を時分割で切り換える切換数をＭ（Ｍは８以上の２のべき乗）に設定し、
   上記振幅位相分布・励振時間算出手段は、上記励振分布設定手段により設定された励振分布から、時分割で切り換える切換数分の振幅分布及び位相分布を算出する際、ｍ回目（ｍ＝１，・・・，Ｍ／２）に切り換える振幅分布及び位相分布と、（ｍ＋Ｍ／２）回目に切り換える振幅分布及び位相分布とを等しくする
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。
7. 上記励振分布設定手段は、励振分布を時分割で切り換える切換数を４に設定し、
   上記振幅位相分布・励振時間算出手段は、上記励振分布設定手段により設定された励振分布から、時分割で切り換える切換数分の振幅分布及び位相分布を算出する際、奇数回目に切り換える振幅分布及び位相分布を全て等しくするとともに、偶数回目に切り換える振幅分布及び位相分布を全て等しくする
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。
8. 上記励振分布設定手段は、励振分布を時分割で切り換える切換数を２に設定することを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。
9. 上記振幅位相分布・励振時間算出手段は、上記励振分布設定手段により設定された励振分布から、時分割で切り換える切換数分の振幅分布及び位相分布を算出する際、切換数分の振幅分布を全て等しくし、奇数回目で切り換える位相分布と偶数回目で切り換える位相分布を共役の関係にすることを特徴とする請求項６から請求項８のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。
10. 振幅調整手段が、アンテナ開口を形成する複数の素子アンテナにより受信された信号の振幅を調整する振幅調整ステップと、位相調整手段が、上記振幅調整ステップで振幅が調整された複数の信号の位相を調整する位相調整ステップと、信号合成手段が、上記位相調整ステップで位相が調整された複数の信号を合成する信号合成ステップと、励振分布設定手段が、所望の励振分布を設定するとともに、上記励振分布を時分割で切り換える切換数を設定する励振分布設定ステップと、振幅位相分布・励振時間算出手段が、上記励振分布設定ステップで設定された励振分布から、時分割で切り換える上記切換数分の振幅分布及び位相分布を算出するとともに、上記振幅分布及び上記位相分布の励振時間を算出する振幅位相分布・励振時間算出ステップと、振幅分布・位相分布制御手段が、上記振幅位相分布・励振時間算出ステップで算出された励振時間毎に、上記切換数分の振幅分布及び位相分布の中から、１つの振幅分布と１つの位相分布を選択し、上記振幅分布にしたがって上記振幅調整ステップでの振幅調整量を制御するとともに、上記位相分布にしたがって上記位相調整ステップでの位相調整量を制御する振幅分布・位相分布制御ステップと、時間積分手段が、上記振幅分布・位相分布制御ステップで選択される振幅分布及び位相分布が切り換わる毎に、上記振幅位相分布・励振時間算出ステップで算出された励振時間で上記信号合成ステップでの合成信号を時間積分する時間積分ステップとを備えたアンテナ励振方法。
11. 信号分配手段が、送信信号を複数の信号に分配する信号分配ステップと、位相調整手段が、上記信号分配ステップで分配された複数の信号の位相を調整する位相調整ステップと、振幅調整手段が、上記位相調整ステップで位相が調整された複数の信号の振幅を調整して複数の素子アンテナに出力する振幅調整ステップと、励振分布設定手段が、所望の励振分布を設定するとともに、上記励振分布を時分割で切り換える切換数を設定する励振分布設定ステップと、振幅位相分布・励振時間算出手段が、上記励振分布設定ステップで設定された励振分布から、時分割で切り換える上記切換数分の振幅分布及び位相分布を当該振幅分布及び位相分布の積分結果と所望の励振分布が等しくなるように算出するとともに、上記振幅分布及び上記位相分布の励振時間を算出する振幅位相分布・励振時間算出ステップと、振幅分布・位相分布制御手段が、上記振幅位相分布・励振時間算出ステップで算出された励振時間毎に、上記切換数分の振幅分布及び位相分布の中から、１つの振幅分布と１つの位相分布を選択し、上記位相分布にしたがって上記位相調整ステップでの位相調整量を制御するとともに、上記振幅分布にしたがって上記振幅調整ステップでの振幅調整量を制御する振幅分布・位相分布制御ステップとを備えたアンテナ励振方法。
12. アンテナ開口を形成する複数の素子アンテナと、上記素子アンテナにより受信された信号の振幅を調整する複数の振幅調整手段と、上記素子アンテナにより受信された信号の位相を調整する複数の位相調整手段と、上記複数の振幅調整手段による振幅調整及び上記複数の位相調整手段による位相調整後の信号を合成する信号合成手段と、所望の励振分布を設定するとともに、上記励振分布を時分割で切り換える切換数を設定する励振分布設定手段と、上記励振分布設定手段により設定された励振分布から、固定の振幅分布と時分割で切り換える上記切換数分の位相分布を算出するとともに、上記位相分布の励振時間を算出する振幅位相分布・励振時間算出手段と、上記振幅位相分布・励振時間算出手段により算出された励振時間毎に、上記切換数分の位相分布の中から、１つの位相分布を選択し、上記固定の振幅分布にしたがって上記振幅調整手段の振幅調整量を制御するとともに、上記位相分布にしたがって上記位相調整手段の位相調整量を制御する振幅分布・位相分布制御手段と、上記振幅分布・位相分布制御手段により選択される位相分布が切り換わる毎に、上記振幅位相分布・励振時間算出手段により算出された励振時間で上記信号合成手段による合成信号を時間積分する時間積分手段とを備えたアンテナ装置。
13. 送信信号を複数の信号に分配する信号分配手段と、上記信号分配手段により分配された信号の位相を調整する複数の位相調整手段と、上記信号分配手段により分配された信号の振幅を調整する複数の振幅調整手段と、上記位相調整手段による位相調整及び上記振幅調整手段による振幅調整後の信号を送信する複数の素子アンテナと、所望の励振分布を設定するとともに、上記励振分布を時分割で切り換える切換数を設定する励振分布設定手段と、上記励振分布設定手段により設定された励振分布から、固定の振幅分布と時分割で切り換える上記切換数分の位相分布を当該振幅分布及び位相分布の積分結果が所望の励振分布と等しくなるように算出するとともに、上記位相分布の励振時間を算出する振幅位相分布・励振時間算出手段と、上記振幅位相分布・励振時間算出手段により算出された励振時間毎に、上記切換数分の位相分布の中から、１つの位相分布を選択し、上記位相分布にしたがって上記位相調整手段の位相調整量を制御するとともに、上記固定の振幅分布にしたがって上記振幅調整手段の振幅調整量を制御する振幅分布・位相分布制御手段とを備えたアンテナ装置。
14. 一部の固定の振幅分布が所望の分布と等しいことを特徴とする請求項１２または請求項１３記載のアンテナ装置。
15. 切り換える位相分布がアンテナ開口の中心に対して共役の関係にあることを特徴とする請求項１から請求項９、請求項１２から請求項１４のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。
16. 切り換える位相分布が素子位置によって反転していることを特徴とする請求項１から請求項９、請求項１２から請求項１５のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。
17. 各々の素子アンテナにフィルタが装荷されていることを特徴とする請求項１から請求項９、請求項１２から請求項１６のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。
18. 振幅調整手段が、アンテナ開口を形成する複数の素子アンテナにより受信された信号の振幅を調整する振幅調整ステップと、位相調整手段が、上記振幅調整ステップで振幅が調整された複数の信号の位相を調整する位相調整ステップと、信号合成手段が、上記位相調整ステップで位相が調整された複数の信号を合成する信号合成ステップと、励振分布設定手段が、所望の励振分布を設定するとともに、上記励振分布を時分割で切り換える切換数を設定する励振分布設定ステップと、振幅位相分布・励振時間算出手段が、上記励振分布設定ステップで設定された励振分布から、固定の振幅分布と時分割で切り換える上記切換数分の位相分布を算出するとともに、上記位相分布の励振時間を算出する振幅位相分布・励振時間算出ステップと、振幅分布・位相分布制御手段が、上記振幅位相分布・励振時間算出ステップで算出された励振時間毎に、上記切換数分の位相分布の中から、１つの位相分布を選択し、上記固定の振幅分布にしたがって上記振幅調整ステップでの振幅調整量を制御するとともに、上記位相分布にしたがって上記位相調整ステップでの位相調整量を制御する振幅分布・位相分布制御ステップと、時間積分手段が、上記振幅分布・位相分布制御ステップで選択される位相分布が切り換わる毎に、上記振幅位相分布・励振時間算出ステップで算出された励振時間で上記信号合成ステップでの合成信号を時間積分する時間積分ステップとを備えたアンテナ励振方法。
19. 信号分配手段が、送信信号を複数の信号に分配する信号分配ステップと、位相調整手段が、上記信号分配ステップで分配された複数の信号の位相を調整する位相調整ステップと、振幅調整手段が、上記位相調整ステップで位相が調整された複数の信号の振幅を調整して複数の素子アンテナに出力する振幅調整ステップと、励振分布設定手段が、所望の励振分布を設定するとともに、上記励振分布を時分割で切り換える切換数を設定する励振分布設定ステップと、振幅位相分布・励振時間算出手段が、上記励振分布設定ステップで設定された励振分布から、固定の振幅分布と時分割で切り換える上記切換数分の位相分布を当該振幅分布及び位相分布の積分結果が所望の励振分布と等しくなるように算出するとともに、上記位相分布の励振時間を算出する振幅位相分布・励振時間算出ステップと、振幅分布・位相分布制御手段が、上記振幅位相分布・励振時間算出ステップで算出された励振時間毎に、上記切換数分の位相分布の中から、１つの位相分布を選択し、上記位相分布にしたがって上記位相調整ステップでの位相調整量を制御するとともに、上記固定の振幅分布にしたがって上記振幅調整ステップでの振幅調整量を制御する振幅分布・位相分布制御ステップとを備えたアンテナ励振方法。

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