JP6509464B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

この発明は、送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナを有するアンテナ装置に関するものである。

送信アンテナ及び受信アンテナを有するアンテナ装置は、例えば、以下の特許文献１に開示されている。
特許文献１に開示されているアンテナ装置は、送信アンテナからみて受信アンテナを反射器のように動作させることで、送信アンテナから放射される電波の前方方向への利得を高めている。前方方向は、送信アンテナの前面０度の方向である。

特開２００２−２６６４２号公報

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、送信アンテナから放射される電波の前方方向への利得を高めることができる。しかし、前面０度の方向から角度がずれている広角方向の利得が下がってしまうという課題があった。

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、送信アンテナから放射される電波の広角方向の利得を高めることができるアンテナ装置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、電波を空間に放射する送信アンテナと、送信アンテナの前面及び後面のうち、観測対象が存在していない後面の側に設置され、観測対象に反射されて戻ってきた電波の反射波を受信する受信アンテナとを備え、送信アンテナにおける１つ以上の送信素子アンテナが、一直線上に並んで配置されており、受信アンテナにおける複数の受信素子アンテナの中の１つの受信素子アンテナを中心にして、残りの受信素子アンテナの位置が対称になるように配置され、かつ、残りの受信素子アンテナのうち、１つの受信素子アンテナからの距離が遠い位置の受信素子アンテナほど、１つ以上の送信素子アンテナが配置されている位置を通る直線に対して垂直に交わる位置までの距離が長くなるように配置されているようにしたものである。

この発明によれば、受信アンテナにおける複数の受信素子アンテナの中の１つの受信素子アンテナを中心にして、残りの受信素子アンテナの位置が対称になるように配置され、かつ、残りの受信素子アンテナのうち、１つの受信素子アンテナからの距離が遠い位置の受信素子アンテナほど、１つ以上の送信素子アンテナが配置されている位置を通る直線に対して垂直に交わる位置までの距離が長くなるように配置されている構成であるので、送信アンテナから放射される電波の広角方向の利得を高め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スイッチ制御部１３を示す構成図である。 図１のアンテナ装置における送信アンテナ１及び受信アンテナ２の配置を示す説明図である。 複数の受信素子アンテナ２ａが図３に示す直線Ｂ上に配置されている場合の送信アンテナ１及び受信アンテナ２の配置を示す説明図である。 送信アンテナ１における放射パターンのシミュレーション結果を示す説明図である。 受信アンテナ２における放射パターンのシミュレーション結果を示す説明図である。 図１のアンテナ装置における送信アンテナ１及び受信アンテナ２の配置を示す説明図である。 この発明の実施の形態２によるアンテナ装置を示す構成図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。

実施の形態１．
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り、図２はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置のスイッチ制御部１３を示す構成図である。
図３は図１のアンテナ装置における送信アンテナ１及び受信アンテナ２の配置を示す説明図である。
図１から図３において、送信アンテナ１は１つ以上の送信素子アンテナ１ａを有しており、電波を空間に放射する。送信アンテナ１は２つ以上の送信素子アンテナ１ａを有している場合、アレーアンテナとして動作する。

送信アンテナ１における１つ以上の送信素子アンテナ１ａは、図３に示すように、一直線上に並んで配置されているダイポールアンテナである。
図３の例では、送信アンテナ１が３つの送信素子アンテナ１ａを有しているが、送信素子アンテナ１ａの数は、受信アンテナ２が有している受信素子アンテナ２ａの数よりも少なければよく、送信素子アンテナ１ａの数が１つであってもよい。送信素子アンテナ１ａの数が受信素子アンテナ２ａの数よりも多い場合、送信アンテナ１からみた受信アンテナ２を反射器のように動作させる際の反射効率が劣化する。
図３では、送信アンテナ１の前面及び後面のうち、観測対象である目標が存在している前面の側を１ｂで表し、目標が存在していない後面の側を１ｃで表している。

受信アンテナ２は送信アンテナ１の後面側１ｃに設置されており、複数の受信素子アンテナ２ａを有しているアレーアンテナである。
受信アンテナ２は送信アンテナ１から電波が放射された後、目標に反射されて戻ってきた当該電波の反射波を受信する。
受信アンテナ２における複数の受信素子アンテナ２ａは反射波を受信するダイポールアンテナである。
図３の例では、受信アンテナ２が有している受信素子アンテナ２ａの数が１５であり、これらの受信素子アンテナ２ａの中で、配置されている位置が中心の受信素子アンテナ２ａを「受信素子アンテナ２ａ_{ｃｅｎｔｅｒ}」のように表記している。
また、受信素子アンテナ２ａ_{ｃｅｎｔｅｒ}から左方向にｎ番目（ｎ＝１，２，・・・，７）の受信素子アンテナ２ａ及び右方向にｎ番目（ｎ＝１，２，・・・，７）の受信素子アンテナ２ａを「受信素子アンテナ２ａ_ｎ」のように表記している。
図３では、受信素子アンテナ２ａの数が１５である例を示しているが、送信素子アンテナ１ａの数よりも多ければよく、受信素子アンテナ２ａの数が１５未満でもよいし、１６以上でもよい。

この実施の形態１では、複数の受信素子アンテナ２ａの中の１つの受信素子アンテナ２ａ_{ｃｅｎｔｅｒ}を中心にして、残りの受信素子アンテナ２ａ_ｎの位置が対称になるように配置されている。また、残りの受信素子アンテナ２ａ_ｎのうち、受信素子アンテナ２ａ_{ｃｅｎｔｅｒ}からの距離が遠い位置の受信素子アンテナ２ａ_ｎほど、３つの送信素子アンテナ１ａが配置されている位置を通る直線Ａに対して垂直に交わる位置までの距離Ｌ_ｎ（ｎ＝１，２，・・・，７）が長くなるように配置されている。
したがって、Ｌ_{ｃｅｎｔｅｒ}＜Ｌ_１＜Ｌ_２＜・・・＜Ｌ_７である。
Ｌ_{ｃｅｎｔｅｒ}は、受信素子アンテナ２ａ_{ｃｅｎｔｅｒ}から直線Ａに対して垂直に交わる位置までの距離であり、送信素子アンテナ１ａから放射される電波の波長の４分の１の長さである。

また、この実施の形態１では、複数の受信素子アンテナ２ａは、後述するビーム形成回路１８により形成されるビームの方向と重ならない位置に配置されている。
図３では、受信素子アンテナ２ａ_{ｃｅｎｔｅｒ}よりも左側に配置されている複数の受信素子アンテナ２ａ_ｎ及び受信素子アンテナ２ａ_{ｃｅｎｔｅｒ}の配列方向の角度α_１は、送信アンテナ１から放射される電波の放射方向の角度θと相違している。
また、受信素子アンテナ２ａ_{ｃｅｎｔｅｒ}よりも右側に配置されている複数の受信素子アンテナ２ａ_ｎ及び受信素子アンテナ２ａ_{ｃｅｎｔｅｒ}の配列方向の角度α_２は、送信アンテナ１から放射される電波の放射方向の角度θと相違している。
図３の例では、θ＜α_１＝α_２である。
これにより、受信素子アンテナ２ａ_{ｃｅｎｔｅｒ}からの距離が遠い位置の受信素子アンテナ２ａ_ｎが受信する反射波が、受信素子アンテナ２ａ_{ｃｅｎｔｅｒ}からの距離が近い位置の受信素子アンテナ２ａ_ｎに遮られる状況を回避することができる。

図３では、受信素子アンテナ２ａ_{ｃｅｎｔｅｒ}から左方向に２番目の受信素子アンテナ２ａ_２についての距離Ｌ_２、右方向に４番目の受信素子アンテナ２ａ_４についての距離Ｌ_４、左方向に７番目の受信素子アンテナ２ａ_７についての距離Ｌ_７を例示している。
２番目の受信素子アンテナ２ａ、４番目の受信素子アンテナ２ａ及び７番目の受信素子アンテナ２ａの中で、受信素子アンテナ２ａ_{ｃｅｎｔｅｒ}から一番近い受信素子アンテナ２ａが２番目の受信素子アンテナ２ａであり、次に近い受信素子アンテナ２ａが４番目の受信素子アンテナ２ａである。最も遠い受信素子アンテナ２ａが７番目の受信素子アンテナ２ａである。
このため、２番目の受信素子アンテナ２ａ、４番目の受信素子アンテナ２ａ及び７番目の受信素子アンテナ２ａについては、Ｌ_２＜Ｌ_４＜Ｌ_７の関係が成立する。

信号生成器１１は例えば周波数ｆの送信信号を生成し、その送信信号をパルス変調することでパルス信号を生成する。
信号生成器１１は生成したパルス信号を送信器１２に出力し、送信信号と同一周波数の局部発振信号を受信器１９に出力する。
送信器１２は信号生成器１１から出力されたパルス信号を送信アンテナ１の送信素子アンテナ１ａから放射させる電波として切換器１４に出力するとともに、そのパルス信号をスイッチ制御部１３に出力する。

スイッチ制御部１３はアナログデジタル変換器であるＡ／Ｄ変換器１３ａ、信号解析部１３ｂ及び制御信号生成部１３ｃを備えている。
スイッチ制御部１３は送信器１２からパルス信号が出力されている期間中は、そのパルス信号を分配器１５に出力させるとともに、受信アンテナ２における複数の受信素子アンテナ２ａを終端器１４ｂと接続させる旨を示す制御信号を切換器１４に出力する。
スイッチ制御部１３は送信器１２からパルス信号が出力されていない期間は、複数の受信素子アンテナ２ａにより受信された反射波を位相制御部１７の移相器１７ａに出力させるとともに、送信素子アンテナ１ａを分配器１５を介して終端器１４ｄと接続させる旨を示す制御信号を切換器１４に出力する。

スイッチ制御部１３のＡ／Ｄ変換器１３ａは送信器１２の出力信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。
スイッチ制御部１３の信号解析部１３ｂはＡ／Ｄ変換器１３ａにより変換されたデジタル信号の信号レベルがスレッショルドレベル以上である場合、現在、送信器１２からパルス信号が出力されている期間中であると判断する。
また、信号解析部１３ｂはＡ／Ｄ変換器１３ａにより変換されたデジタル信号の信号レベルがスレッショルドレベルよりも低い場合、現在、送信器１２からパルス信号が出力されていない期間中であると判断する。

スイッチ制御部１３の制御信号生成部１３ｃは信号解析部１３ｂによりパルス信号が出力されている期間中であると判断されると、パルス信号を分配器１５に出力させるとともに、複数の受信素子アンテナ２ａを終端器１４ｂと接続させる旨を示す制御信号Ｓ１を切換器１４に出力する。
制御信号生成部１３ｃは信号解析部１３ｂによりパルス信号が出力されていない期間中であると判断されると、複数の受信素子アンテナ２ａにより受信された反射波を位相制御部１７の移相器１７ａに出力させるとともに、送信素子アンテナ１ａを分配器１５を介して終端器１４ｄと接続させる旨を示す制御信号Ｓ２を切換器１４に出力する。

切換器１４は切換スイッチ１４ａ，１４ｃ及び終端器１４ｂ，１４ｄを備えている。
切換器１４はスイッチ制御部１３の制御信号生成部１３ｃから制御信号Ｓ１を受けると、送信器１２と分配器１５を接続するとともに、受信素子アンテナ２ａと終端器１４ｂを接続する。
切換器１４はスイッチ制御部１３の制御信号生成部１３ｃから制御信号Ｓ２を受けると、受信素子アンテナ２ａと移相器１７ａを接続するとともに、分配器１５と終端器１４ｄを接続する。

切換器１４の切換スイッチ１４ａは制御信号生成部１３ｃから出力された制御信号が制御信号Ｓ１であれば、受信素子アンテナ２ａと終端器１４ｂを接続し、制御信号Ｓ２であれば、受信素子アンテナ２ａと移相器１７ａを接続する。
切換器１４の切換スイッチ１４ｃは制御信号生成部１３ｃから出力された制御信号が制御信号Ｓ１であれば、送信器１２と分配器１５を接続し、制御信号Ｓ２であれば、分配器１５と終端器１４ｄを接続する。

分配器１５は切換器１４の切換スイッチ１４ｃを通過してきたパルス信号を１つ以上の送信素子アンテナ１ａに分配する。
位相設定部１６は受信素子アンテナ２ａ_{ｃｅｎｔｅｒ}が配置されている位置を通り、かつ、直線Ａと平行な直線Ｂ上に複数の受信素子アンテナ２ａが配置されていると仮定した場合に、複数の受信素子アンテナ２ａに設定される位相φと同じ位相が直線Ｂ上に現れるように、複数の受信素子アンテナ２ａの位相を設定する。位相φは、所望の方向にビームを形成するための位相である。
位相制御部１７は複数の移相器１７ａを備えており、複数の移相器１７ａを用いて、複数の受信素子アンテナ２ａにより受信された反射波の位相のそれぞれを位相設定部１６により設定された位相に調整する。

ビーム形成回路１８は位相制御部１７の複数の移相器１７ａにより位相が調整された反射波を合成して、所望の方向にビームを形成する第１のビーム形成回路である。
受信器１９はビーム形成回路１８により合成された反射波を受信する。
また、受信器１９は信号生成器１１から出力された局部発振信号を用いて、受信した反射波の受信信号の周波数を変換し、周波数変換後の受信信号を出力する。
アナログデジタル変換器であるＡ／Ｄ変換器２０は受信器１９から出力された受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号を信号処理部２１に出力する。
信号処理部２１は例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）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。
信号処理部２１はＡ／Ｄ変換器２０から出力されたデジタル信号を解析して、目標までの距離、目標の速度、目標が存在している方位などを算出する処理を実施する。

次に動作について説明する。
この実施の形態１では、送信アンテナ１からみて受信アンテナ２が反射器のように動作するため、送信アンテナ１から前面側１ｂへ放射される電波の利得が高められる。
また、この実施の形態１では、受信アンテナ２を反射器として動作させたときの反射効率を高めるため、受信素子アンテナ２ａ_{ｃｅｎｔｅｒ}から直線Ａまでの距離Ｌ_{ｃｅｎｔｅｒ}が、送信素子アンテナ１ａから放射される電波の波長の４分の１の長さとなる位置に、受信素子アンテナ２ａ_{ｃｅｎｔｅｒ}を配置している。
ただし、距離Ｌ_{ｃｅｎｔｅｒ}は、電波の波長の４分の１の長さと完全に一致している必要はなく、概ね４分の１波長の長さであればよい。

図４は複数の受信素子アンテナ２ａが図３に示す直線Ｂ上に配置されている場合の送信アンテナ１及び受信アンテナ２の配置を示す説明図である。
この実施の形態１では、複数の受信素子アンテナ２ａが図３のように配置されているので、複数の受信素子アンテナ２ａが図４のように配置されている場合と比べて、送信アンテナ１から放射される電波の広角方向の利得を高めることができる。広角方向とは、前面０度の方向から角度がずれている方向を意味する。

ここで、図５は送信アンテナ１における放射パターンのシミュレーション結果を示す説明図である。
図５において、Ｒ_１は複数の受信素子アンテナ２ａが図３のように配置されている場合の送信アンテナ１における放射パターンを示し、Ｒ_２は複数の受信素子アンテナ２ａが図４のように配置されている場合の送信アンテナ１における放射パターンを示している。
放射パターンＲ_１と放射パターンＲ_２を比較すると明らかなように、複数の受信素子アンテナ２ａが図４のように配置されている場合よりも、複数の受信素子アンテナ２ａが図３のように配置されている場合の方が、広角方向の利得が高くなっている。これにより、広範囲に亘って電波であるパルス信号を送信することが可能になる。
複数の受信素子アンテナ２ａを送信アンテナ１の後方に配置することによって、送信アンテナ１のイメージアンテナが受信アンテナ２の後方に生じ、送信アンテナ１とイメージアンテナが合成されることで放射パターンが変化する。この実施の形態１の場合、受信アンテナ２の配置に応じたイメージアンテナと送信アンテナ１が合成されて、広角方向の利得が上昇している。

信号生成器１１は、例えば周波数ｆの送信信号を生成し、その送信信号をパルス変調することでパルス信号を生成する。
信号生成器１１は、パルス信号を生成すると、そのパルス信号を送信器１２に出力し、送信信号と同一周波数の局部発振信号を受信器１９に出力する。
送信器１２は、信号生成器１１からパルス信号を受けると、そのパルス信号を送信アンテナ１の送信素子アンテナ１ａから放射させる電波として切換器１４に出力するとともに、そのパルス信号をスイッチ制御部１３に出力する。

スイッチ制御部１３のＡ／Ｄ変換器１３ａは、送信器１２から出力されている信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。
スイッチ制御部１３の信号解析部１３ｂは、Ａ／Ｄ変換器１３ａからデジタル信号を受けると、そのデジタル信号の信号レベルを事前に設定されているスレッショルドレベルと比較する。
信号解析部１３ｂは、デジタル信号の信号レベルがスレッショルドレベル以上であれば、現在、送信器１２からパルス信号が出力されている期間中であると判断する。
信号解析部１３ｂは、デジタル信号の信号レベルがスレッショルドレベルよりも低くければ、現在、送信器１２からパルス信号が出力されていない期間中であると判断する。

スイッチ制御部１３の制御信号生成部１３ｃは、信号解析部１３ｂによりパルス信号が出力されている期間中であると判断されると、パルス信号を分配器１５に出力させるとともに、複数の受信素子アンテナ２ａを終端器１４ｂと接続させる旨を示す制御信号Ｓ１を切換器１４に出力する。
制御信号生成部１３ｃは、信号解析部１３ｂによりパルス信号が出力されていない期間中であると判断されると、複数の受信素子アンテナ２ａにより受信された反射波を移相器１７ａに出力させるとともに、送信素子アンテナ１ａを分配器１５を介して終端器１４ｄと接続させる旨を示す制御信号Ｓ２を切換器１４に出力する。

切換器１４の切換スイッチ１４ｃは、制御信号生成部１３ｃから制御信号Ｓ１を受けると、送信器１２と分配器１５を接続する。
これにより、送信器１２から出力されたパルス信号が切換スイッチ１４ｃを通過して分配器１５に出力される。
分配器１５は、切換器１４の切換スイッチ１４ｃを通過してきたパルス信号を３つの送信素子アンテナ１ａに分配する。
これにより、３つの送信素子アンテナ１ａから電波であるパルス信号が空間に放射される。
このとき、切換器１４の切換スイッチ１４ａは、制御信号生成部１３ｃから出力された制御信号Ｓ１に従って受信素子アンテナ２ａと終端器１４ｂを接続するので、３つの送信素子アンテナ１ａからパルス信号が放射されている期間中は、反射波を受信することはない。したがって、不要な電波の受信を回避することができる。

切換器１４の切換スイッチ１４ｃは、制御信号生成部１３ｃから制御信号Ｓ２を受けると、分配器１５と終端器１４ｄを接続する。これにより、３つの送信素子アンテナ１ａからパルス信号が空間に放射されない。
このとき、切換器１４の切換スイッチ１４ａは、制御信号生成部１３ｃから出力された制御信号Ｓ２に従って受信素子アンテナ２ａと移相器１７ａを接続する。
これにより、複数の受信素子アンテナ２ａにより受信された反射波は、切換スイッチ１４ａを通過して位相制御部１７の移相器１７ａに出力される。

位相設定部１６は、複数の受信素子アンテナ２ａが図４のように配置されていると仮定した場合に、複数の受信素子アンテナ２ａに設定される位相φと同じ位相が図３に示す直線Ｂ上に現れるように、図３のように配置されている複数の受信素子アンテナ２ａの位相を設定する。位相φは、所望の方向にビームを形成するための位相である。
位相制御部１７は、複数の移相器１７ａを用いて、複数の受信素子アンテナ２ａにより受信された反射波の位相のそれぞれを位相設定部１６により設定された位相に調整する。
これにより、複数の受信素子アンテナ２ａが図３のように配置されていても、受信アンテナ３の放射パターンは、複数の受信素子アンテナ２ａが図４のように配置されている場合と概ね同様になる。
ただし、この実施の形態１では、受信素子アンテナ２ａ_{ｃｅｎｔｅｒ}からの距離が遠い位置の受信素子アンテナ２ａ_ｎほど、直線Ａまでの距離Ｌ_ｎが長くなるように配置されているので、受信アンテナ２の後方である角度が±１８０度（図３では、紙面下側）からの不要波の受信が抑えられる。

ここで、図６は受信アンテナ２における放射パターンのシミュレーション結果を示す説明図である。
図６において、Ｒ_３は複数の受信素子アンテナ２ａが図３のように配置されている場合の受信アンテナ２における放射パターンを示し、Ｒ_４は複数の受信素子アンテナ２ａが図４のように配置されている場合の受信アンテナ２における放射パターンを示している。図６では、電波の所望の放射方向が０度である例を示している。
放射パターンＲ_３と放射パターンＲ_４を比較すると明らかなように、複数の受信素子アンテナ２ａが図４のように配置されている場合よりも、複数の受信素子アンテナ２ａが図３のように配置されている場合の方が、受信アンテナ２の後方である±１８０度の角度での利得が低くなっている。
これにより、この実施の形態１では、複数の受信素子アンテナ２ａが図４のように配置されている場合よりも、受信アンテナ２の後方からの不要波の受信を抑えることができる。
各々の受信素子アンテナ２ａに入ってくる前方方向からの電波の位相が共相となるように設定しているため、後方からの電波については位相が揃わずに利得が低下する。したがって、位相設定部１６を備えることで、後方からの不要波の受信を抑えることができる。

ビーム形成回路１８は、位相制御部１７の複数の移相器１７ａにより位相が調整された反射波を合成して、所望の方向にビームを形成する。
受信器１９は、ビーム形成回路１８により合成された反射波を受信し、信号生成器１１から出力された局部発振信号を用いて、反射波の受信信号の周波数を変換し、周波数変換後の受信信号をＡ／Ｄ変換器２０に出力する。
Ａ／Ｄ変換器２０は、受信器１９から受信信号を受けると、その受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号を信号処理部２１に出力する。
信号処理部２１は、Ａ／Ｄ変換器２０からデジタル信号を受けると、そのデジタル信号を解析して、目標までの距離、目標の速度、目標が存在している方位などを算出する。
目標までの距離、目標の速度、目標が存在している方位などを算出方法は、公知の技術であるため、詳細な説明を省略する。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、受信アンテナ２における複数の受信素子アンテナ２ａの中の１つの受信素子アンテナ２ａ_{ｃｅｎｔｅｒ}を中心にして、残りの受信素子アンテナ２ａ_ｎの位置が対称になるように配置され、かつ、残りの受信素子アンテナ２ａ_ｎのうち、１つの受信素子アンテナ２ａ_{ｃｅｎｔｅｒ}からの距離が遠い位置の受信素子アンテナ２ａ_ｎほど、１つ以上の送信素子アンテナ１ａが配置されている位置を通る直線Ａに対して垂直に交わる位置までの距離Ｌ_ｎが長くなるように配置されている構成であるので、送信アンテナ１から放射される電波の広角方向の利得を高めることができる効果を奏する。

また、この実施の形態１によれば、複数の受信素子アンテナ２ａを図３のように配置している。また、位相設定部１６が、受信素子アンテナ２ａ_{ｃｅｎｔｅｒ}が配置されている位置を通り、かつ、直線Ａと平行な直線Ｂ上に複数の受信素子アンテナ２ａが配置されていると仮定した場合に、複数の受信素子アンテナ２ａに設定される位相φと同じ位相が直線Ｂ上に現れるように、複数の受信素子アンテナ２ａの位相を設定している。
これにより、複数の受信素子アンテナ２ａが図４のように配置されている場合よりも、受信アンテナ２の後方からの不要波の受信を抑えることができる効果を奏する。

この実施の形態１では、送信素子アンテナ１ａ及び受信素子アンテナ２ａがダイポールアンテナである例を示しているが、送信素子アンテナ１ａ及び受信素子アンテナ２ａは、ダイポールアンテナに限るものではなく、例えば、モノポールアンテナであってもよい。
送信素子アンテナ１ａ及び受信素子アンテナ２ａがモノポールアンテナである場合も同様の効果を奏することができる。

この実施の形態１では、複数の受信素子アンテナ２ａが図３のように配置されている例を示しているが、複数の受信素子アンテナ２ａは、ビーム形成回路１８により形成されるビームの方向と重ならない位置に配置されていればよい。
このため、受信素子アンテナ２ａ_{ｃｅｎｔｅｒ}よりも左側の複数の受信素子アンテナ２ａ_ｎ及び右側の複数の受信素子アンテナ２ａ_ｎは、それぞれ一直線上に配置されているものに限るものではなく、例えば、図７に示すように、曲線上に配置されているものであってもよい。
図７は図１のアンテナ装置における送信アンテナ１及び受信アンテナ２の配置を示す説明図である。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、ビーム形成回路１８が、位相制御部１７による位相調整後の複数の反射波を合成して、所望の方向にビームを形成する例を示している。
この実施の形態２では、複数のアナログデジタル変換器であるＡ／Ｄ変換器３１から出力されたデジタル信号の位相のそれぞれを調整し、位相調整後の複数のデジタル信号を合成して、所望の方向にビームを形成する例を説明する。

図８はこの発明の実施の形態２によるアンテナ装置を示す構成図であり、図８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。
Ａ／Ｄ変換器３１は図１の受信器１９の機能を有しており、信号生成器１１から出力された局部発振信号を用いて、受信素子アンテナ２ａにより受信された反射波の周波数を変換する。
また、Ａ／Ｄ変換器３１は周波数変換後の反射波をアナログ信号からデジタル信号に変換し、そのデジタル信号をデジタルビームフォーミング回路３２に出力する。
デジタルビームフォーミング回路３２は位相設定部１６を内蔵しており、複数のＡ／Ｄ変換器３１から出力されたデジタル信号の位相のそれぞれを位相設定部１６により設定された位相に調整し、位相調整後の複数のデジタル信号を合成して、所望の方向にビームを形成する第２のビーム形成回路である。

次に動作について説明する。
位相制御部１７及びビーム形成回路１８の代わりに、複数のＡ／Ｄ変換器３１及びデジタルビームフォーミング回路３２が設けられている点でのみ、上記実施の形態１と相違している。
したがって、送信アンテナ１及び受信アンテナ２の配置は、上記実施の形態１と同様であり、複数の受信素子アンテナ２ａは、デジタルビームフォーミング回路３２により形成されるビームの方向と重ならない位置に配置されている。

Ａ／Ｄ変換器３１は、スイッチ制御部１３から制御信号Ｓ２が出力されているとき、受信素子アンテナ２ａにより受信された反射波が切換スイッチ１４ａを通過するため、その反射波が入力される。
Ａ／Ｄ変換器３１は、信号生成器１１から出力された局部発振信号を用いて、入力された反射波の周波数を変換する。
また、Ａ／Ｄ変換器３１は、周波数変換後の反射波をアナログ信号からデジタル信号に変換し、そのデジタル信号をデジタルビームフォーミング回路３２に出力する。

デジタルビームフォーミング回路３２は、位相設定部１６を内蔵しており、複数のＡ／Ｄ変換器３１から出力されたデジタル信号の位相のそれぞれを位相設定部１６により設定された位相に調整する。
また、デジタルビームフォーミング回路３２は、位相調整後の複数のデジタル信号を合成して、所望の方向にビームを形成する。

この実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様に、複数の受信素子アンテナ２ａが図４のように配置されている場合よりも、送信アンテナ１から放射される電波の広角方向の利得を高めることができるとともに、受信アンテナ２の後方からの不要波の受信を抑えることができる効果を奏する。
また、この実施の形態２によれば、デジタルビームフォーミング回路３２がデジタル処理で、位相の調整処理を行うので、上記実施の形態１よりも位相の調整処理の精度を高めることができる。

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。

この発明は、送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナを有するアンテナ装置に適している。

１ 送信アンテナ、１ａ 送信素子アンテナ、１ｂ 前面側、１ｃ 後面側、２ 受信アンテナ、２ａ，２ａ_{ｃｅｎｔｅｒ}，２ａ_ｎ 受信素子アンテナ、１１ 信号生成器、１２ 送信器、１３ スイッチ制御部、１３ａ Ａ／Ｄ変換器、１３ｂ 信号解析部、１３ｃ 制御信号生成部、１４ 切換器、１４ａ，１４ｃ 切換スイッチ、１４ｂ，１４ｄ 終端器、１５ 分配器、１６ 位相設定部、１７ 位相制御部、１７ａ 移相器、１８ ビーム形成回路（第１のビーム形成回路）、１９ 受信器、２０ Ａ／Ｄ変換器、２１ 信号処理部、３１ Ａ／Ｄ変換器（アナログデジタル変換器）、３２ デジタルビームフォーミング回路（第２のビーム形成回路）。

Claims (13)

1. 電波を空間に放射する送信アンテナと、
   前記送信アンテナの前面及び後面のうち、観測対象が存在していない後面の側に設置され、前記観測対象に反射されて戻ってきた前記電波の反射波を受信する受信アンテナとを備え、
   前記送信アンテナにおける１つ以上の送信素子アンテナは、一直線上に並んで配置されており、
   前記受信アンテナにおける複数の受信素子アンテナの中の１つの受信素子アンテナを中心にして、残りの受信素子アンテナの位置が対称になるように配置され、かつ、前記残りの受信素子アンテナのうち、前記１つの受信素子アンテナからの距離が遠い位置の受信素子アンテナほど、前記１つ以上の送信素子アンテナが配置されている位置を通る直線に対して垂直に交わる位置までの距離が長くなるように配置されていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記１つの受信素子アンテナが配置されている位置を通り、かつ、前記送信アンテナと平行な直線上に前記複数の受信素子アンテナが配置されていると仮定した場合に、前記複数の受信素子アンテナに設定される位相と同じ位相が前記平行な直線上に現れるように、前記複数の受信素子アンテナの位相を設定する位相設定部を備えたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
3. 前記１つの受信素子アンテナは、前記１つ以上の送信素子アンテナが配置されている位置を通る直線に対して垂直に交わる位置までの距離が、前記電波の波長の４分の１の長さとなるように配置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. 前記送信素子アンテナの数が、前記受信素子アンテナの数よりも少ないことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
5. 前記送信素子アンテナの数が１つであることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
6. 前記１つ以上の送信素子アンテナから電波が放射されている期間中は、前記複数の受信素子アンテナを終端器と接続し、前記複数の受信素子アンテナが反射波を受信している期間中は、前記１つ以上の送信素子アンテナを終端器と接続する切換器を備えたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
7. 前記送信アンテナから放射させる電波としてパルス信号を生成し、前記パルス信号を出力する信号生成器と、
   前記信号生成器からパルス信号が出力されている期間中は、前記パルス信号を前記１つ以上の送信素子アンテナに出力させるとともに、前記複数の受信素子アンテナを終端器と接続させる旨を示す制御信号を前記切換器に出力し、前記信号生成器からパルス信号が出力されていない期間中は、前記複数の受信素子アンテナにより受信された反射波を通過させるとともに、前記１つ以上の送信素子アンテナを終端器と接続させる旨を示す制御信号を前記切換器に出力するスイッチ制御部と
   を備えたことを特徴とする請求項６記載のアンテナ装置。
8. 前記複数の受信素子アンテナにより受信された反射波の位相のそれぞれを前記位相設定部により設定された位相に調整する位相制御部と、
   前記位相制御部により位相が調整された複数の反射波を合成してビームを形成する第１のビーム形成回路と
   を備えたことを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
9. 前記複数の受信素子アンテナは、前記第１のビーム形成回路により形成されるビームの方向と重ならない位置に配置されていることを特徴とする請求項８記載のアンテナ装置。
10. 前記複数の受信素子アンテナにより受信された反射波のそれぞれをアナログ信号からデジタル信号に変換する複数のアナログデジタル変換器と、
    前記位相設定部を内蔵しており、前記複数のアナログデジタル変換器により変換されたデジタル信号の位相のそれぞれを前記位相設定部により設定された位相に調整し、位相調整後の複数のデジタル信号を合成してビームを形成する第２のビーム形成回路と
    を備えたことを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
11. 前記複数の受信素子アンテナは、前記第２のビーム形成回路により形成されるビームの方向と重ならない位置に配置されていることを特徴とする請求項１０記載のアンテナ装置。
12. 前記送信素子アンテナ及び前記受信素子アンテナは、ダイポールアンテナであることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
13. 前記送信素子アンテナ及び前記受信素子アンテナは、モノポールアンテナであることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。

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