JPH06334428A

JPH06334428A - アンテナ装置

Info

Publication number: JPH06334428A
Application number: JP11868093A
Authority: JP
Inventors: Haruichi Higuchi; 晴一樋口; Masaya Yamada; 雅也山田; Yoshizo Shibano; 儀三芝野
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1993-05-20
Filing date: 1993-05-20
Publication date: 1994-12-02

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な構成で到来電波を速やかに捕捉すること
ができるアンテナ装置を提供する。【構成】アンテナ素子Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の出力信
号は、移相器Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４を介して合成器１
に入力されて合成される。移相器Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ
４における移相量を制御することで、合成放射指向性の
主ビーム方向が制御される。主ビーム方向は所定の量子
化間隔で量子化される。そして、量子化された主ビーム
方向に対応したモード番号が、ＣＰＵ２０から生成され
る。初期捕捉動作時には、まず、モードの走査が荒く行
われ、合成受信レベルが大きい初期把握モードが求めら
る。その後に、初期把握モードの周辺のモードが詳細に
走査され、合成受信レベルが最大となる初期捕捉モード
が求められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車などの移動体に
搭載されて用いられ通信衛星や地上に固定設置された通
信中継局などのような電波発生源からの電波を捕捉する
ことができるアンテナ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】地上に固定設置された通信中継局と自動
車などの移動体との間で通信を行う移動体通信において
は、移動体の移動に伴って移動体から見た通信中継局の
方向が刻々と変化する。そのため、移動体に搭載される
通信用アンテナには、無指向性に近い広い放射指向性を
有するものが適用され、電波の到来方向によらずに通信
中継局からの電波を受信できるようにするのが通常であ
る。

【０００３】ところが、広い指向性のアンテナを用いる
と、どの方向からの電波も受信され、また、どの方向に
対しても電波が放射される。そのため、マルチパス等に
よるフェーディングが発生し、通信品質が劣化が避けら
れない。通信中継局ではなく通信衛星を利用した移動体
通信の場合、たとえば、放送衛星からの電波を自動車に
おいて受信する場合においても、事情は同じである。

【０００４】したがって、移動体のアンテナには指向性
を持たせるとともに、通信中継局や通信衛星を追尾する
機能を持たせることが好ましい。すなわち、移動体の移
動に伴って移動体に対する通信中継局または通信衛星の
方向が変化しても、放射指向性の主ビーム方向が通信中
継局または通信衛星の方向を向くようにすることで、安
定した送受信を継続することができ、通信品質を向上す
ることができると考えられる。

【０００５】また、固定通信の場合であっても、長期的
に見れば、送受信アンテナ間の電波の伝搬経路は環境に
よって左右される。したがって、移動体通信に限らず、
固定通信であっても、受信アンテナの放射指向性の主ビ
ーム方向を送信アンテナからの電波の到来方向に自動的
に向くようにすることが好ましい。また、アンテナビー
ムの方向を電波の到来方向に自動的に向けることができ
れば、アンテナの初期設定時において精密な方向調整を
行う必要がなくなるから、アンテナの初期設定作業を軽
減できる。

【０００６】このように、通信用アンテナの指向性の主
ビームの方向を自動的に電波到来方向に合致させること
ができれば、種々の効果を生むことが期待される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようない
わば自動追尾機能を備えることは、アンテナ装置の構成
を複雑化するとともに、コストの増大に繋がるという問
題を生じさせる。そこで、本発明の目的は、上述の技術
的課題を解決し、簡単な構成でアンテナの指向性の主ビ
ーム方向を電波到来方向に自動的に向けることができる
アンテナ装置を提供することである。

【０００８】また、本発明の他の目的は、アンテナの指
向性の主ビーム方向を速やかに電波到来方向に向けるこ
とができるアンテナ装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段および作用】上記の目的を
達成するための請求項１記載のアンテナ装置は、複数の
アンテナ素子と、各アンテナ素子にそれぞれ接続され、
移相量を可変制御することができる複数の移相手段と、
上記複数のアンテナ素子の上記複数の移相手段でそれぞ
れ移相された各出力を合成する合成手段と、この合成手
段の出力レベルを検出するレベル検出手段と、所定の量
子化間隔で量子化された上記複数のアンテナ素子の合成
放射指向性の主ビーム方向のいずれかに対応したモード
情報を生成するモード情報生成手段と、このモード情報
生成手段が生成したモード情報に基づいて上記複数の移
相手段の各移相量を制御し、上記複数のアンテナ素子の
合成放射指向性の主ビーム方向を制御するビーム方向制
御手段と、上記モード情報生成手段が生成することがで
きる全モード情報のなかから所定の規則に従って選択さ
れた全モード情報数よりも少ない所定数の初期把握用モ
ード情報のうちで、所定の電波を上記複数のアンテナ素
子に受信させたときに上記レベル検出手段が検出する上
記合成手段の出力レベルが最大となる初期把握用モード
情報を求める初期把握手段と、この初期把握手段によっ
て求められた初期把握用モード情報に対応する上記主ビ
ーム方向の近傍の所定の第１範囲内に主ビーム方向が存
在するモード情報のなかから、上記所定の電波を上記複
数のアンテナ素子に受信させたときに上記レベル検出手
段が検出する上記合成手段の出力レベルが最大となるモ
ード情報を初期捕捉モード情報として求める初期捕捉手
段とを含むことを特徴とする。

【００１０】上記の構成によれば、複数のアンテナ素子
の出力を合成手段で合成したときの合成放射指向性の主
ビーム方向は、各アンテナ素子にそれぞれ接続された複
数の移相手段の各移相量を制御することによって、変化
させることができる。本発明では、上記の主ビーム方向
は、所定の量子化間隔で量子化されており、そのいずれ
かに対応したモード情報がモード情報生成手段から生成
される。

【００１１】モード情報生成手段が生成したモード情報
は、ビーム方向制御手段に与えられる。ビーム方向制御
手段は、与えられたモード情報に対応する移相量を各移
相手段に設定し、これによって、モード情報に対応した
方向に上記主ビーム方向を制御する。合成手段の出力レ
ベルはレベル検出手段で検出されており、このレベル検
出手段の出力に基づいて電波の初期捕捉が行われる。す
なわち、レベル検出手段が検出する合成手段の出力レベ
ル（すなわち、受信レベル）が最大となるように、上記
モード情報が決定される。この決定されたモード情報を
上記モード情報生成手段が生成することによって、初期
捕捉が達成される。すなわち、合成放射指向性の主ビー
ム方向が自動的に電波到来方向を向く。

【００１２】上記の初期捕捉は、本発明では、初期把握
手段と初期捕捉手段とによって２段階に行われる。すな
わち、初期把握手段による第１段階の初期捕捉では、全
モード情報のなかから所定の規則に従って選択された初
期把握用モード情報のうちで、受信レベルが最大となる
モード情報が求められる。つまり、全モード情報を走査
するのではなく、予め選択された所定数の初期把握用モ
ード情報のみが走査され、その中で最大受信レベルが得
られるものが求められる。したがって、この初期把握手
段による第１段階の初期捕捉は速やかに行える。

【００１３】初期捕捉手段によって行われる第２段階の
初期捕捉では、初期把握手段によって求められた初期把
握用モード情報に対応した主ビーム方向の近傍の所定の
第１範囲内に主ビーム方向を有するモード情報のなかか
ら、最大受信レベルのモード情報が求められる。すなわ
ち、上記第１範囲内の全てのモード情報が走査され、最
大受信レベルのモード情報が初期捕捉モード情報とされ
る。この初期捕捉モード情報は、全モード情報のうちで
受信レベルが最大のモード情報である。

【００１４】このようにして、本発明では、第１段階で
はモード情報を荒く走査して初期捕捉モード情報の存在
範囲を絞り込み、第２段階では絞り込まれた範囲内にお
いて詳細にモード情報を走査して初期捕捉モード情報を
求めるようにしている。そのため、全モード情報を詳細
に走査する場合に比較して、極めて短時間で初期捕捉を
達成できる。

【００１５】請求項２記載のアンテナ装置は、上記初期
捕捉手段によって上記初期捕捉モード情報が求められた
後に、この初期捕捉捕捉モードに対応した主ビーム方向
の近傍の所定の第２範囲内に主ビーム方向が存在するモ
ード情報のなかから、上記所定の電波を上記複数のアン
テナ素子に受信させたときに上記レベル検出手段が検出
する上記合成手段の出力レベルが最大となるモード情報
を検出する手段と、検出されたモード情報と上記初期捕
捉モード情報とが一致するかどうかを判定する手段と、
上記検出されたモード情報と上記初期捕捉モード情報と
が一致する場合に、上記初期捕捉モード情報を確定させ
る手段と、上記検出されたモード情報と上記初期捕捉モ
ード情報とが一致しない場合に、上記初期把握手段およ
び上記初期捕捉手段を再び動作させる手段とをさらに含
むことを特徴とする。

【００１６】この構成では、初期捕捉モードの再確認が
行われる。すなわち、初期捕捉モード情報に対応した主
ビーム方向の近傍の所定の第２範囲内に主ビーム方向を
有するモード情報が走査され、これらのモード情報のな
かで受信レベルが最大となるものが検出される。この検
出されたモード情報が初期捕捉モード情報と一致した場
合には、初期捕捉モードが正しいものとして確定させら
れる。もしも、一致しなければ、初期捕捉動作が再度行
われる。

【００１７】なお、上記の第２範囲は上述の第１範囲よ
りも狭く設定されることが好ましい。このようにすれ
ば、初期捕捉モードの再確認を短時間で行えるから、と
りわけ、当該アンテナ装置が移動体に搭載されて用いら
れる場合に好適である。請求項３記載のアンテナ装置
は、上記モード情報生成手段から複数種類のモード情報
を生成させたときの上記レベル検出手段の検出結果と、
上記複数のアンテナ素子の合成放射指向性のパターンと
を照合して、上記初期捕捉モード情報に対応した主ビー
ム方向が上記所定の電波の到来方向に向いているかどう
かを判定する手段と、上記初期捕捉モード情報に対応し
た主ビーム方向が上記所定の電波の到来方向に向いてい
ると判定されたときに、上記初期捕捉モード情報を確定
させる手段と、上記初期捕捉モード情報に対応した主ビ
ーム方向が上記所定の電波の到来方向に向いていないと
判定されたときに、上記初期把握手段および上記初期捕
捉手段を再び動作させる手段とをさらに含むことを特徴
とする。

【００１８】この構成でも、初期捕捉モード情報の再確
認が行われる。複数のアンテナ素子の合成放射指向性の
パターンはアンテナ素子の配置などによって定まるか
ら、複数種類のモード情報に対応した合成手段の出力レ
ベルを合成放射指向性のパターンと照合すれば、初期捕
捉モード情報に対応した主ビーム方向が電波到来方向に
向いているかどうかを調べることができる。

【００１９】このような照合は、たとえば、合成放射指
向性のパターンが主ビームとその周辺にサブビームとを
有するものである場合には、初期捕捉モード情報に対応
した主ビーム方向にサブビームを向けることができる他
のモード情報の受信レベルが所定の閾値以上であるかど
うかを調べることによって行える。請求項４記載のアン
テナ装置は、上記合成手段に入力される前の上記移相手
段を介した各アンテナ素子の出力信号と上記合成手段で
合成された信号との位相差を検出する位相差検出手段
と、この位相差検出手段が各アンテナ素子毎に検出した
位相差に基づいて、上記モード情報生成手段が生成して
いるモード情報が適切か不適切かを判定する手段と、上
記モード情報生成手段が生成しているモード情報が不適
切であると判定されたときに、この不適切なモード情報
に対応した主ビーム方向よりも電波が到来する方向に近
い方向に主ビーム方向を設定することができる他のモー
ド情報を上記モード情報生成手段に生成させるモード情
報更新手段とをさらに含むことを特徴とする。

【００２０】この構成では、電波源の自動追尾を行え
る。すなわち、移相手段を介したアンテナ素子の出力信
号と合成手段で合成された信号との位相差が検出され、
この位相差に基づいてモード情報の適否が判定される。
そして、モード情報が不適切であると判定されると、モ
ード情報更新手段はモード情報を更新する。すなわち、
モード情報生成手段に、電波到来方向に近い方向に上記
主ビーム方向を設定することができる他のモード情報を
生成させる。これにより、主ビーム方向を常に電波到来
方向に向けることができる。

【００２１】請求項５記載のアンテナ装置は、上記モー
ド更新手段は、上記合成手段の出力レベルが所定の受信
レベル判定閾値未満のときに、上記モード情報生成手段
が生成しているモード情報に対応した主ビーム方向の近
傍の所定の第３範囲内に主ビーム方向が存在するモード
情報のなかから、上記合成手段の出力レベルが最大とな
るモード情報を求め、このモード情報を上記モード情報
生成手段に生成させる手段を含むものであることを特徴
とする。

【００２２】この構成では、合成手段の出力レベルが所
定の受信レベル判定閾値未満になると、モード情報の更
新が行われる。すなわち、現在のモード情報に対応した
主ビーム方向の近傍の所定の第３範囲内に主ビーム方向
を有するモード情報のうちで、最大受信レベルのモード
情報が新たなモード情報となる。請求項６記載のアンテ
ナ装置は、移動体に搭載されて用いられるとともに、上
記モード更新手段は、上記移動体の姿勢変動に基づい
て、上記モード情報生成手段に生成させるべきモード情
報を更新する手段を含むものであることを特徴とする。

【００２３】この構成では、移動体の姿勢変動によらず
に電波源の追尾を達成するために、移動体の姿勢変動に
基づいてモード情報の更新が行われる。

【００２４】

【実施例】以下では、本発明の実施例を、添付図面を参
照して詳細に説明する。１．基本構成図１は本発明の一実施例の全体の構成を示すブロック図
であり、車両などの移動体に搭載されるアンテナ装置の
構成が示されている。通信衛星などからの電波を受信す
るためアンテナ素子Ａ１，Ａ２，Ａ３およびＡ４は、た
とえば図２に示されているように、水平面に沿ったｘｙ
平面上に、電波伝搬特性の相関関係が小さくなるように
等間隔で配置される。

【００２５】アンテナ素子Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４はそ
れぞれ移相器Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４を介して合成器１
に接続されている。この合成器１で合成されて得られた
信号は通信端子Ｔに導出される。通信端子Ｔは、図示し
ない受信機に接続される。移相器Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ
４は、後述するようにその移相量を可変制御することが
できるものである。移相器Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４は、
それぞれ移相器ドライバＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４によっ
て駆動される。

【００２６】移相器ドライバＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４に
は、記憶手段としてのＲＯＭ（リード・オンリ・メモ
リ）１０から移相量に対応した制御信号が入力される。
ＲＯＭ１０のアドレス入力端子にはラッチング回路１１
に保持されたアドレスデータが入力されており、このＲ
ＯＭ１０は入力されたアドレスに格納されたデータを移
相器ドライバＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４に与える。ラッチ
ング回路１１には、モード情報生成手段、初期把握手
段、初期捕捉手段、モード情報更新手段、およびビーム
方向制御手段などとして機能するＣＰＵ（中央処理装
置）２０の出力ポートＰ５，Ｐ６からのデータが与えら
れる。また、ラッチング回路１１には、保持データを不
変に保つ保持状態と、ＣＰＵ２０から与えられるデータ
を内部に読み込む設定許可状態とを切り換えるための制
御端子ＣＴＲが設けられている。この制御端子ＣＴＲ
は、ＣＰＵ２０の出力ポートＰ７に接続されている。

【００２７】一方、合成器１の出力信号は、切換えスイ
ッチＳ１を通って、レベル検出手段としての振幅検出回
路２と位相差検出回路３とに選択的に入力される。振幅
検出回路２の出力は、ＣＰＵ２０の振幅入力ポートＰ１
に入力され、位相差検出回路３の出力は位相差入力ポー
トＰ２に入力されている。スイッチＳ１は、ＣＰＵ２０
が出力ポートＰ４に導出する制御信号に基づきドライバ
５によって切り換えられる。

【００２８】位相差検出回路３には、スイッチＳ１から
の信号のほかに、切換えスイッチＳ２からの信号も入力
されている。このスイッチＳ２は、合成器１に入力され
る以前のアンテナ素子Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の出力信
号（正確には移相器Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４の出力信
号）を切り換えて順に出力するものである。その切換え
は、ＣＰＵ２０が出力ポートＰ３に導出する制御信号に
基づき、ドライバ５によって行われる。

【００２９】なお、ＣＰＵ２０にはバス２１が接続され
ており、このバス２１には、ワークエリアなどとして用
いられるＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）２２、
図外のナビゲーションシステム等から車輪速データ等を
取得するためのインタフェース（Ｉ／Ｆ）２３などが接
続されている。車輪速データとは、車両の前後四輪の各
回転速度に対応したデータである。

【００３０】上述のような構成によって、当該装置の動
作開始時にはアンテナ素子Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の合
成放射指向性の主ビーム方向を電波到来方向に向けるた
めの初期捕捉動作が行われる。そして、初期捕捉動作が
行われた後には、電波到来方向の変化に応じてその方向
に合成放射指向性の主ビーム方向を向けるための追尾動
作が行われる。合成放射指向性の主ビーム方向の制御
は、移相器Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４における各移相量を
制御することによって行われる。

【００３１】たとえば、任意のアンテナ素子Ａｋ（ｋ＝
１，２，３，４）が図３に示すようにｘｙ平面上に配置
されているとすると、放射指向性の主ビーム方向をベク
トルＰ方向に向けるためには、アンテナ素子Ａｋに接続
された移相器Ｂｋの移相量Φ _kを下記第(1) 式に示すよ
うに定めればよい。 Φ_k＝−βＲ_ksinθ_Pcos（φ_P−φ_k）・・・・ (1) ただし、Ｒ_kは原点Ｏからアンテナ素子Ａｋまでの距離
（図２の配置では、Ｒ₁＝Ｒ₂＝Ｒ₃＝Ｒ₄＝Ｒ） φ_kはアンテナ素子Ａｋの水平角 θ_PはベクトルＰの垂直角 φ_PはベクトルＰの水平角 β＝２π／λ、λは自由空間波長この第(1) 式に示された移相量Φ_kはθ_P，φ_Pの連続
関数であるが、これをデータ制御が容易に行えるように
適当に定めた移相ステップＤΦで量子化する。このと
き、量子化された移相量Φ_kは下記第(2) 式のように表
される。

【００３２】

【数１】

【００３３】なお、移相ステップＤΦは、放射指向性の
主ビーム方向切換え角度間隔、量子化による方位誤差お
よび不要放射ローブ等の指向性性能などを考慮して定め
られる。通常、ＤΦ＝３０度程度に設定することが妥当
な場合が多い。図４(a) および(b) は、移相量を３０度
ずつ変化させることができる移相器Ｂｋの構成例を示す
ブロック図である。図４(a) の構成例では、移相量がそ
れぞれ３０度（＝ＤΦ）、６０度（＝２・ＤΦ）、１２
０度（＝２²・ＤΦ）、２４０度（＝２³・ＤΦ）の移
相器ユニット３１，３２，３３，３４がカスケード接続
されている。各移相器ユニット３１，３２，３３，３４
は、ドライバ３６，３７，３８，３９から制御端子３１
ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａにバイアス電圧を加えるこ
とにより、非バイアス時に比較してそのユニットに割り
当てられた値だけ位相遅れが生じるように構成されてい
る。バイアス電圧を加える移相器ユニット３１，３２，
３３，３４の組合せによって、０度乃至４５０度の間で
３０度間隔で移相量を設定することができる。たとえ
ば、移相器ユニット３２と移相器ユニット３４とを同時
に駆動し、移相器ユニット３１，３３を非バイアス状態
とすれば、３００度の位相遅れを生じさせることができ
る。

【００３４】図４(b) の構成では、３０度、６０度、９
０度、・・・・・・・・、３００度、３３０度のように、３０度
間隔で駆動端子を設けた移相器４０が用いられる。各駆
動端子は、ドライバｄ１，ｄ２，ｄ３，・・・・，ｄ１２に
よって駆動される。この構成では、ドライバｄ１，ｄ
２，ｄ３，・・・・，ｄ１２でいずれか１つの駆動端子を駆
動することによって、３０度間隔で設定された任意の位
相遅れを生じさせることができる。２．ビーム方向の設定方法次に、放射指向性の主ビーム方向を設定する方法につい
て説明する。放射指向性の主ビーム方向を設定すること
は、図３のベクトルＰの垂直角θ_Pおよび水平角φ_Pを
設定することにほかならない。２−１．設定ビーム方向の量子化ビーム方向をＣＰＵ２０によるディジタル処理によって
設定するためには、垂直角θ_Pおよび水平角φ_Pを量子
化することが必要である。ここでは、垂直角θ _Pは量子
化ステップｄθ_Pで量子化し、水平角φ_Pは量子化ステ
ップｄφ_Pで量子化するものとする。

【００３５】垂直角θ_Pには、当該アンテナ装置の適用
システムによって規定される範囲が存在する。たとえ
ば、静止衛星からの電波を日本全国で受信することを目
的としたシステムでは、垂直角θ_Pは２０度〜７０度の
範囲内の値をとることができればよい。この角度範囲外
に放射指向性の主ビーム方向を設定することは意味がな
いからである。垂直角θ_Pが採りうる角度範囲がθ₁〜
θ₂であるとすると、垂直角θ_Pの量子化の結果とし
て、設定されうる垂直角θ_Pの値は、θ₁，θ₁＋ｄθ
_P，θ₁＋２ｄθ_P，・・・・，θ₂となる。これを一般的
に表現すれば、下記第(3) 式のとおりとなる。

【００３６】 θ_Pj＝θ₁＋（ｊ−１）ｄθ_P ・・・・ (3) ただし、ｊ＝１，２，３，・・・・である。水平角φ_Pに関
しても同様であり、φ₁〜φ₂（移動体通信の場合には
φ₁＝０°、φ₂＝３６０°−ｄφ_P）の角度範囲で、
下記第(4) 式のとおりに量子化される。

【００３７】 φ_Pi＝φ₁＋（ｉ−１）ｄφ_P ・・・・ (4) ただし、ｉ＝１，２，３，・・・・である。間隔ｄθ_Pおよ
びｄφ_Pは、アンテナ装置の総合指向性の観点から決定
される。たとえば、垂直角θ_Pの間隔ｄθ_Pは主放射ビ
ームの垂直半値角程度に設定され、水平角φ_Pの間隔ｄ
φ_Pは主放射ビームの水平半値角程度に設定される。２−２．ビーム方向の指定方法ＣＰＵ２０によって、合成放射指向性の主ビーム方向を
指定する方法について説明する。

【００３８】上述のように主ビーム方向を量子化する
と、ｊおよびｉを定めれば主ビーム方向が決まる。そこ
で、ｊおよびｉによって定まるビーム状態をモード
（ｊ，ｉ）と定義し、ｊおよびｉをモード番号と定義す
る。この場合、ＣＰＵ２０からモード番号ｊおよびｉを
出力したときに、各移相器Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４にモ
ード（ｊ，ｉ）に対応した移相量を設定することができ
る制御信号をＲＯＭ１０から出力させるようにしておけ
ば、ＣＰＵ２０によるビーム方向の指定が達成される。

【００３９】たとえば、ＣＰＵ２０の出力としては、モ
ード番号ｊおよびｉをそれぞれ並列出力型の２進数Ｂ
(j) ，Ｂ(i) で表現するものとし、Ｂ(j) を表現するた
めにＪ本の出力端子を割り当て、Ｂ(i) を表現するため
にＩ本の出力端子を割り当てる。そして、たとえば、図
５に示されているように、ＲＯＭ１０のアドレス入力端
子Ａ₀〜Ａ_I-1をＢ(i) に対応させ、アドレス入力端子
Ａ_I〜Ａ_I+J-1をＢ(j)に対応させる。２進数Ｂ(j) ，
Ｂ(i) とＲＯＭ１０のアドレス入力端子との上位／下位
の対応付けは、図５の場合と逆に設定されてもよい。た
だし、以下では、図５のような対応関係を前提として説
明する。

【００４０】なお、図５では、Ｉ＝７、Ｊ＝３の場合が
示されている。また、この図５のＲＯＭ１０は、１６ビ
ットのアドレスデータが入力される１６本のアドレス入
力端子Ａ₀〜Ａ₁₅を備えている。アドレス入力端子Ａ₀
〜Ａ₁₅に与えられたアドレス信号はデコーダ５１でデコ
ードされて記憶部５２に入力される。そして、記憶部５
２に記憶された１６ビットのデータが出力端子Ｏ₀〜Ｏ
₁₅に導出されることになる。

【００４１】ＲＯＭ１０のアドレス入力端子Ａ₀〜Ａ₁₅
に入力される入力アドレスＩＡＤＤ（ｊ，ｉ）は、結
局、下記第(5) 式で表されることになる。ＩＡＤＤ（ｊ，ｉ）＝Ｂ（ｉ＋ｊ・２^I）・・・・ (5) ただし、ｉは水平角φ_Pを指定するモード数（１０進
数）ｊは垂直角θ_Pを指定するモード数（１０進数）Ｂ（）は（）内の数値を２進数表現することを表す
記号なお、ＲＯＭ１０の残りのアドレス入力端子は全てロー
レベルに固定されているものとする（ただし、正論理で
ある。）。

【００４２】すなわち、ＣＰＵ２０からはモード（ｊ，
ｉ）を指定するために並列型でＢ(j) ，Ｂ(i) を出力
し、ＲＯＭ１０には入力アドレスとして第(5) 式の値を
与えるものとする。２−３．移相器ドライブデータ移相器Ｂｋを駆動するためのデータは、移相器Ｂｋの具
体的な構成によって異なる。

【００４３】まず、図４(a) の構成の移相器Ｂｋを用い
る場合の移相器ドライブデータについて説明する。アン
テナ素子数（移相器の数）が４であり、ＤΦ＝３０°で
あり、ＲＯＭ１０のデータ出力端子が１６本の場合、移
相器Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４とＲＯＭ１０のデータ出力
端子Ｏ₀〜Ｏ₁₅との対応関係は、たとえば、図６のよう
に設定される。すなわち、最初の４ビット分の出力端子
Ｏ₀〜Ｏ₃が移相器Ｂ１に割り当てられ、次の４ビット
分の出力端子Ｏ₄〜Ｏ₇が移相器Ｂ２に割り当てられ、
さらに次の４ビット分の出力端子Ｏ₈〜Ｏ₁₁が移相器Ｂ
３に割り当てられ、上位の４ビット分の出力端子Ｏ₁₂〜
Ｏ₁₅が移相器Ｂ４に割り当てられる。

【００４４】移相器Ｂｋのモード（ｊ，ｉ）に対する量
子化された移相量Φ_kは、上記第(2) 式に第(3) 式およ
び第(4) 式を代入することによって定められる。ここ
で、下記第(6) 式で表されるＮ_kを計算してみると、こ
のＮ_kは移相器Ｂｋをドライブするために割り当てられ
たＲＯＭ１０の４本の出力端子の状態を２進数表現した
ものとなっている。

【００４５】Ｎ_k（ｊ，ｉ）＝Ｂ（｜Φ_k(j,i)/ＤΦ｜）・・・・ (6) たとえば、Φ_k（ｊ，ｉ）＝−２１０°であるとする
と、｜Φ_k(j,i)/ＤΦ｜＝２１０／３０＝７であるから、Ｎ_k（ｊ，ｉ）＝Ｂ（７）＝（０１１１）₂ ・・・・ (7) となる。この場合には、Ｎ_kの最下位ビットによって図
４(a) の移相器ユニット３１（位相遅れは３０°）、下
から２位のビットによって移相器ユニット３２（位相遅
れは６０°）、下から３位のビットによって移相器ユニ
ット３３（位相遅れは１２０°）が励振される。その結
果、合計で２１０°の位相遅れが設定される。このよう
に、Ｎ_k（ｊ，ｉ）は、移相器Ｂｋの励振状態を２進数
で表現したものであることがわかる。

【００４６】ここで、図６を参照すると、移相器Ｂｋを
駆動するＲＯＭ１０の出力端子は最下位ビット（端子Ｏ
₀に相当する。）よりも４（ｋ−１）ビットだけ上位に
シフトしていることがわかる。したがって、ＲＯＭ１０
が出力端子Ｏ₀〜Ｏ₁₅に出力する全体のデータは、下記
第(8) 式で表現されることになる。

【００４７】

【数２】

【００４８】一方、移相器Ｂｋを図４(b) の構成で実現
する場合には、移相器Ｂｋに与えられるＲＯＭ１０の出
力データＯＴＤＡＤＡは、下記第(9) 式で表される（こ
の第(9) 式が正しいことは、容易に検証されるから、式
の誘導および証明は省略する。）。

【００４９】

【数３】

【００５０】この場合には、図４(b) の構成から理解さ
れるように、１つの移相器Ｂｋを駆動するために１２ビ
ットを要するから、図６に示されたような１６ビット出
力のＲＯＭを用いる場合には、同様なＲＯＭが各移相器
Ｂｋごとに必要となり、全体で４個のＲＯＭを要する。
ＲＯＭの有効利用という観点からは図４(a) の構成の方
が図４(b) の構成よりも優れていると言えるが、いずれ
の構成を採用するかについては、移相器の構成およびＲ
ＯＭの有効利用の観点を勘案して総合的に判断すること
が好ましい。２−４．ＲＯＭデータの設定次に、ＲＯＭ１０へのデータの設定について説明する。

【００５１】ＲＯＭ１０の入力データ（入力アドレス）
と出力データとが定まると、ＲＯＭ１０に必要なデータ
を書き込む必要がある。必要な全てのｊ，ｉについて、
まず、上記第(5) 式によって、ＲＯＭ１０への入力アド
レスＩＡＤＤ（ｊ，ｉ）を計算する。次に、ＩＡＤＤ
（ｊ，ｉ）によってアプローチされるＲＯＭ１０のアド
レスを確認する。これは、使用するＲＯＭの取扱説明書
に従って確認することになるが、図５や図６に例示され
たような入力１６ビット出力１６ビットのＲＯＭでは、
２・ＩＡＤＤ（ｊ，ｉ）および２・ＩＡＤＤ（ｊ，ｉ）
＋１が対応するメモリアドレスであることが多い。

【００５２】このようにして決定されるＲＯＭ１０のメ
モリアドレスに、移相器構成に応じて、上記第(8) 式ま
たは上記第(9) 式によって定まるＯＴＤＡＴＡまたはＯ
ＴＤＡＴＡ_k（ｋ＝１，２，３，４）を書き込めば良
い。データの書込方法については、使用するＲＯＭの仕
様により定まる。２−５．ビーム方向の設定上述のようにして装置を構成することにより、主ビーム
方向の設定は、基本的には、ＣＰＵ２０が出力ポートＰ
５，Ｐ６にモード番号ｊ，ｉ（すなわち、上記第(5) 式
のデータ）を出力するだけで行われることになる。

【００５３】ところが、当該アンテナ装置が車両などの
移動体に搭載される場合には、移動体の移動に伴ってビ
ーム方向を変化させる必要があり、また、当該アンテナ
装置が固定的に設置される場合であっても環境の変化に
伴ってビーム方向を変化させる必要が生じる。このよう
な動作を実現するために、後述するようにＣＰＵ２０
は、その内部でビーム方向をどちらの方向に向けるのが
一番よいかを検討するための処理を行う。この処理中に
ＣＰＵ２０の出力が不所望な変化を示すと、それに応じ
てアンテナのビーム方向が変化し、通信の連続性が保証
されなくなるおそれがある。

【００５４】この問題を避けるために、本実施例では、
図７に示す構成が採用されている。すなわち、ＣＰＵ２
０とＲＯＭ１０との間にラッチング回路１１が接続され
ている。このラッチング回路１１は、データの設定を許
容する設定許可状態と、保持データを不変に保つ保持状
態との２つの状態を選択的にとることができるものであ
り、この動作状態を指定するための制御端子ＣＴＲを備
えている。この制御端子ＣＴＲには、ＣＰＵ２０の出力
ポートＰ７から動作指定信号が与えられる。たとえば、
制御端子ＣＴＲにローレベルの信号を与えるとラッチン
グ回路１１は設定許可状態となり、ハイレベルの信号を
与えると保持状態となる。

【００５５】したがって、出力ポートＰ７にハイレベル
の動作指定信号を出力させておけば、ＣＰＵ２０の出力
データが変化しても、ラッチング回路１１の出力は不変
に保たれる。その結果、ＲＯＭ１０の出力データは不変
に保たれ、移相器Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４の動作状態は
変化しないから、ビーム方向が変化することがない。図
８は、ＣＰＵ２０の動作を説明するためのフローチャー
トである。ＣＰＵ２０は、通常は、出力ポートＰ７にハ
イレベルの動作指定信号を導出しておき（ステップｍ
１）、ラッチング回路１１を保持状態としておいて、モ
ードを決定するための処理などを行う（ステップｍ
２）。そして、モードを変化させる必要がある場合に
は、新たに決定されたモード番号を出力ポートＰ５，Ｐ
６に出力し（ステップｍ３）、動作指定信号をローレベ
ルとする（ステップｍ４）。これにより、ラッチング回
路１１には新たなデータが取り込まれ、アンテナの放射
ビームモードは、瞬間的に新たな指定状態に変化する。
その後、ＣＰＵ２０は直ちに動作指定信号をハイレベル
とし（ステップｍ１）、次のプロセスに移る。

【００５６】すなわち、モードが決定する以前の期間に
は、ラッチング回路１１は保持状態となり、ビーム方向
は不変に保たれる。そして、モードが決定した時点で、
ラッチング回路１１は設定許可状態に制御される。この
ようにして、モード変更時の過渡的なビームの乱れを防
ぎつつ、安定した通信状態を保つことができる。なお、
ＣＰＵ２０の内部処理の影響によるビーム方向の変化を
防止するためには、図９に示す構成を採用することもで
きる。すなわち、この構成では、ＲＯＭ１０の入力側に
はラッチング回路１１を設ける代わりに、ＲＯＭ１０の
出力側と移相器ドライバＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４との間
に、ラッチング回路１１Ａが設けられている。このラッ
チング回路１１Ａは、ラッチング回路１１と同様な構成
を有する。そして、ラッチング回路１１Ａの制御端子Ｃ
ＴＲには、ＣＰＵ２０の出力ポートＰ７からの信号が入
力されている。ＣＰＵ２０の動作は、図７に示された構
成の場合と同様である。

【００５７】この構成では、ＣＰＵ２０の内部処理に応
じて出力ポートＰ５，Ｐ６に導出されるデータの変化に
伴い、ＲＯＭ１０への入力アドレスは変化する。しか
し、移相器ドライバＤ１〜Ｄ４に与えられるデータは、
ラッチング回路１１によって不変に保つことができる。
これにより、結果的に、図７の構成の場合と同様な動作
が達成される。３．アンテナの制御動作次に、アンテナ素子Ａ１〜Ａ４の信号の位相を変化させ
ることにより、合成放射指向性の主ビーム方向を電波到
来方向に向けるための制御動作について説明する。この
制御動作は、当該アンテナ装置を設置して動作開始させ
るときに最初に電波源を捕捉するための初期捕捉動作
と、初期捕捉動作の後に移動体の移動や環境の変化に応
じて電波源を自動追尾するための追尾動作とを含む。３−１．初期捕捉動作先ず、初期捕捉動作について説明する。

【００５８】通信を開始する以前には、アンテナの放射
ビームの方向がいずれの方向を向いているかが不明であ
る。そのため、電波を受信することができるようにアン
テナのをモードを設定する必要がある。そこで、アンテ
ナのモードを初期設定するに当たり、ＣＰＵ２０は、ド
ライバ５を制御して、切換えスイッチＳ１を振幅検出回
路２側に接続させる。そして、振幅検出回路２で検出さ
れる受信レベルが最大となるモードを見出す。この受信
レベルが最大値をとるモードが、初期捕捉のためのモー
ドとして決定されることになる。

【００５９】このような初期捕捉は、設定可能な全モー
ドを順に走査して、受信レベルが最大となるモードを見
出すことによって行えると考えられる。しかし、全モー
ドを走査すると、初期捕捉に要する時間が長くなるた
め、あまり好ましくない。とりわけ、当該アンテナ装置
が車両などの移動体に搭載されて用いられる場合には、
移動体が常時動くことや、移動体が電波の受信が不可能
な場所（たとえば高層ビルの影など）に移動する可能性
があることなどを考えると、初期捕捉時間はできるだけ
短時間で行われることが好ましい。

【００６０】そこで、アンテナの主ビーム方向を量子化
する際に、量子化ステップを荒く設定して、全モード数
を少なくすることが考えられる。しかし、初期捕捉時間
が充分に短縮されるほど量子化ステップを荒く設定する
と、モード間のいわば谷間における受信レベルが過度に
低下するおそれがあり、電波を受信する際の信頼性の低
下を招く。

【００６１】このような問題を解決するために、本実施
例では、(a) モードの谷間における受信レベルの低下が
極力抑制されるように主ビーム方向の量子化ステップが
設定され、(b) 初期捕捉動作は一定の間隔でモードを走
査してモードの範囲を絞り込む第１段階と、第１段階で
絞り込まれた範囲内の全モードを走査して１つのモード
を選択する第２段階と、第２段階で選択された１つのモ
ードを再確認するための第３段階とからなる。

【００６２】水平角φ_Pに関する初期捕捉動作を例にと
って具体的に説明する。モード間の谷間における受信レ
ベル低下量を１dB以内にするには、４度単位の方位検索
が必要である。すなわち、水平角φ_Pに対する量子化ス
テップｄφ_Pを４度とする必要がある。この場合、任意
の垂直角θ_Pに対して、それぞれ９０（＝３６０／４）
個のモードが存在することになる。

【００６３】図１０は、本実施例のアンテナ装置の放射
指向性を表すテーブルであり、このテーブルは図１１に
グラフ化されている。図１０には、水平角が０°の方向
から電波をアンテナ素子Ａ１〜Ａ４に与え、このアンテ
ナ素子Ａ１〜Ａ４の合成放射指向性の主ビーム方向の水
平角φ_Pを−１８０°〜１８０°の範囲において０．５
°間隔で変化させたときの受信レベルの変化が示されて
いる。なお、図１０において、受信レベルを表す数値は
１６進数で表されている。

【００６４】図１０から、水平角φ_Pの量子化ステップ
ｄφ_Pを４°に設定しておけば、モード間の谷間におけ
る受信レベルの低下量を１dB以内にできることが理解さ
れる。この場合、量子化された水平角φ_Pは、上記第
(4) 式より、モード番号ｉを用いて下記第(10)式によっ
て表されることになる。 φ_Pi＝φ₁＋４（ｉ−１）・・・・ (10) ただし、ｉ＝１，２，・・・・，９０である。

【００６５】一方、放射指向性パターンは、図１１から
判るように、主ビームＭＢを中心とした左右対象のパタ
ーンとなり、主ビームＭＢの両側にサイドローブと呼ば
れるサブビームＳＢ１，ＳＢ２（総称するときには「サ
ブビームＳＢ」という。）が存在する。図１１の例で
は、主ビームＭＢとサブビームＳＢとの間の方位差は１
５°である。 3-1-1. 第１段階の初期捕捉（初期把握動作）第１段階の初期捕捉動作としての初期把握動作は、主ビ
ームＭＢまたはサブビームＳＢを捕捉する動作である。
この初期把握動作は図１２のステップａ１１，ステップ
ａ１２に示されている。

【００６６】すなわち、主ビーム方向の垂直角θ_Pを一
定にしておき、主ビーム方向の水平角φ_Pが２０°間隔
で設定されるように選択されたモードである初期把握用
モードが順に走査される（ステップａ１１）。具体的に
は、水平角φ_Pに対応したモード番号ｉのうち、たとえ
ば、ｉ＝５ｎ＋１（ｎ＝０，１，２，・・・・）を満たすモ
ード番号ｉが順に設定される。これにより、１８（＝９
０／５）個の初期把握用モードが走査されることにな
る。各初期把握用モード設定時における受信レベルは、
振幅検出回路２で検出されて、入力ポートＰ１からＣＰ
Ｕ２０内に取り込まれる。そして、この受信レベルは、
ＲＡＭ２２に格納される。

【００６７】１８個の初期把握用モードの全てが走査さ
れた後に、ＣＰＵ２０はＲＡＭ２２を参照して、最大受
信レベルの初期把握用モードを求めて、初期把握モード
とする（ステップａ１２）。図１３は、図１０のテーブ
ルを２０°間隔でグループ化して再配列したテーブルで
ある。０°の方位から電波が到来している状態では、上
記第(10)式における初期値φ₁を零とした場合に、ｉ＝
５ｎ＋１を満たす１８個のモード番号ｉを走査したする
と、図１３のテーブル中第１行の左右方向に配列された
１８個の値が受信レベルとしてＲＡＭ２２に格納される
ことになる。そして、受信レベルが最大である番号１に
対応したモードが初期把握モードとして決定され、初期
把握方位は０°となる。なお、図１３において左右方向
に配列された１８個の値のうちの最大値に対応した欄内
には斜線が付されている。

【００６８】一方、上記の初期値φ₁を０．５°，１．
０°，１．５°，・・・・としたときには、１８個の初期把
握用モードに対応した受信レベルの値は、図１３のテー
ブル中第２行、第３行、第４行、・・・・の左右方向に配列
された１８個の値になると期待される。いずれの場合に
も、番号１または番号１８に対応したモードが初期把握
モードとされることになる。このようにして、主ビーム
ＭＢまたはサブビームＳＢの近傍のモードが初期把握モ
ードとして求められる。

【００６９】なお、図１３に示されているように、初期
把握方位は±１７°の範囲内の値をとることになる。こ
のことは、初期把握動作によって決定されたモードに対
応した主ビーム方向は、電波到来方向に対して最大で±
１７°の誤差を有している可能性があることを示してい
る。初期把握用モードを２０°間隔に設定するのは、上
記のように主ビームＭＢとサブビームＳＢとの間の方位
差が１５°であるからである。すなわち、初期把握用モ
ードの角度間隔を主ビームＭＢとサブビームＳＢとの方
位差よりも若干大きめに設定しておけば、主ビームＭＢ
またはサブビームＳＢを確実に捕捉することができる。 3-1-2. 第２段階の初期捕捉動作第２段階の初期捕捉動作は、図１２のステップａ２１，
ａ２２に示されている。

【００７０】すなわち、初期把握動作によって得られた
初期把握モードに対応する初期把握方位の±約５０°の
範囲に渡って、全モードが走査される（垂直角のモード
番号ｊに関しても走査が行われてもよいが、処理を短時
間に行うためには垂直角のモード番号ｊは一定としてお
くことが好ましい。）。具体的には、初期把握モードを
中心とした±１２（≒５０／４）モードの２５個のモー
ドが走査される（ステップａ２１）。そして、各モード
設定時における受信レベルは、入力ポートＰ１からＣＰ
Ｕ２０に取り込まれ、ＲＡＭ２２に格納される。

【００７１】たとえば、初期把握モードのモード番号ｉ
が「６」であれば、モード番号ｉ＝８４，８５，・・・・，
９０，１，２，・・・・，１８のモードが走査される。もっ
とも、ｉ＝５ｎ＋１に対応したモードに関しては、初期
把握動作時に受信レベルがモニタされているから、これ
らのモードは必ずしも再走査する必要はない。さらに、
ステップａ２２では、ＣＰＵ２０は、ＲＡＭ２２を参照
し、初期把握モードを中心とした±１２モードの受信レ
ベルのうちで最大のものを見出し、その最大の受信レベ
ルに対応したモードを初期捕捉モードとする。

【００７２】なお、図１１に示されているように、本実
施例では主ビームＭＢとサブビームＳＢとの方位差が１
５°程度であるので、ステップａ２１における処理で
は、±２０°（±５モード）の範囲でモードの走査を行
えば初期捕捉を行えると考えられる。本実施例では、当
該アンテナ装置が搭載される移動体の揺動等による受信
レベルの変動の影響を考慮して、第２段階の初期捕捉動
作におけるモード走査範囲を広めに設定している。 3-1-3. 第３段階の初期捕捉動作（モード再確認動作）初期捕捉動作の第３段階は、第２段階で得られた初期捕
捉モードを再確認して確定させるための動作である。こ
の動作は、図１２のステップａ３１〜ａ３４に示されて
いる。

【００７３】まず、ステップａ３１では、初期捕捉モー
ドの左右±２モード（±約１０°）の範囲の５モードが
走査され、各モードの受信レベルが取得されてＲＡＭ２
２に格納される。そして、走査された５モードのうちで
最大の受信レベルのモードが見出される。ステップａ３
２では、ステップａ３１で得られたモードと、ステップ
ａ２２で求められた初期捕捉モードとが一致するかどう
かが判断される。一致しているときには、ステップａ３
３に処理が移り、不一致であれば、ステップａ１１に戻
る。

【００７４】たとえば、初期捕捉モードの水平角φ_Pに
対応したモード番号ｉが「９」である場合には、ｉ＝
７，８，９，１０，１１の５モードが走査される。そし
て、この５モードのなかで、ｉ＝９のモードの受信レベ
ルが最大である場合には、ステップａ３３に進み、ｉ＝
９以外のモードの受信レベルが最大であるときにはステ
ップａ１１に戻る。

【００７５】ステップａ３３では放射指向性パターンと
の照合が行われる。具体的には、ステップａ３２で一致
が確認された初期捕捉モードに対応した主ビームＭＢが
電波到来方向に向いていると仮定したときに、サブビー
ムＳＢ１，ＳＢ２が電波到来方向に向いていると予想さ
れる各モードに対応した受信レベルが調べられる。つま
り、初期捕捉モードの主ビーム方向にサブビームを向け
ることができるモードの受信レベルがＲＡＭ２２から読
み出される。それらのモードの受信レベルが所定の閾値
を超えている場合には、初期捕捉モードに対応した主ビ
ームＭＢが電波到来方向を向いているものとされ、初期
捕捉モードが確定される（ステップａ３４）。

【００７６】その後は、後述する追尾動作のために必要
な受信レベル判定閾値が定められ（ステップａ４０）、
追尾動作の移る。受信レベル判定閾値は、たとえば、最
大受信レベルよりも５dBだけ小さな値とされる。なお、
ステップａ３１において初期捕捉モードを中心とした５
モードの範囲を再走査して初期捕捉モードの再確認を行
うようにしているのは、モードの再確認処理を短時間で
行うためである。すなわち、移動中の移動体の状態は刻
々と変化しているから、初期捕捉されたモードの再確認
を短時間に行わなければ、初期捕捉モードと再確認処理
時における最大受信レベルのモードとを一致させること
ができなくなる。そこで、充分に少ないモード数の範囲
である５モードの範囲を再走査することとしている。

【００７７】なお、垂直角θ_Pに関する初期捕捉も同様
にして行えるが、たとえば車両において放送衛星からの
電波を受信するような場合には、垂直角θ_Pは一定の値
に固定してもよい。また、垂直角θ_Pを固定しない場合
であっても、垂直角θ_Pの量子化ステップｄθ_Pが充分
に大きい場合には、垂直角θ_Pに対応したモード番号ｊ
の全部に関してモードの走査を行ってもよい。３−２．追尾動作次に、移動体の移動や環境変化による電波到来方向の変
化に応じて、自動的に電波を捕捉するための追尾動作に
ついて、図１４のフローチャートを参照して説明する。

【００７８】ステップｂ１において、ＣＰＵ２０は、ド
ライバ５を制御し、切換えスイッチ路１を振幅検出回路
２側に接続させ、アンテナ素子Ａ１〜Ａ４の合成受信レ
ベルをモニタする。そして、合成受信レベルが、図１２
のステップａ４０において設定された受信レベル判定閾
値よりも小さいときには、ステップｂ８に進み、追尾が
不良かどうかを判定するためのカウンタをカウントアッ
プする。合成受信レベルが閾値以上なら、ステップｂ２
に進み、次項において詳述する主ビーム方向の誤差判定
処理が行われる。

【００７９】この場合に、ＣＰＵ２０は、ドライバ５を
制御して、切換えスイッチＳ１をアンテナ素子Ａ１，Ａ
２，Ａ３，Ａ４の出力（正確には移相器Ｂ１，Ｂ２，Ｂ
３，Ｂ４の出力）が順に位相差検出回路３に入力される
ように切り換える。これにより、位相差検出回路３で
は、合成器１の出力と各アンテナ素子Ａ１，Ａ２，Ａ
３，Ａ４の出力との位相差ΔΨ₁，ΔΨ₂，ΔΨ₃，Δ
Ψ₄が順に検出される。この位相差ΔΨ₁，ΔΨ₂，Δ
Ψ₃，ΔΨ₄は、入力ポートＰ２からＣＰＵ２０内に取
り込まれて自動追尾のために用いられる。3-2-1. 電波
到来方向に対する主ビーム方向の誤差判定（ステップｂ
２の処理）アンテナ装置がモード（ｊ，ｉ）で動作して
いるものとし、このときのアンテナ素子Ａ１〜Ａ４の合
成放射指向性の主ビーム方向の方位が（θ_Sj，φ_Si）で
あるとする。

【００８０】この場合、移相器Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４
の設定移相量Φ₁，Φ₂，Φ₃，Φ ₄は、アンテナ素子
Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４が図２のように配置されている
場合、下記第(11)式で表される。

【００８１】

【数４】

【００８２】実際の電波到来方向が（θ_S，φ_S）であ
るとすると、アンテナ素子Ａｋで受信されて、移相器Ｂ
ｋを通過した波ｅ_kは、常数を省略して、下記第(12)式
により与えられる。

【００８３】

【数５】

【００８４】よって、これらの波が合成器１で合成され
ると、合成器１の出力端子Ｔには、下記第(13)式で示さ
れる合成波ｅ_Oが出力される。

【００８５】

【数６】

【００８６】なお、上記第(13)式の他にも、系統の構成
によって定まる位相変移が存在するが、これらをΨ₀に
含めて考えておけば、以下の議論の一般性が失われるこ
とはない。上記第(12)式および第(13)式から、移相器Ｂ
ｋの出力ｅ_kと合成器１の出力ｅ _Oとの移相差ΔΨ
_kは、下記第(14)式で与えられる。

【００８７】

【数７】

【００８８】第(14)式により与えられる位相差ΔΨ_kを
ｋ＝１，２，３，４に関して総和をとると、下記第(15)
式のとおりとなり、これにより、下記第(16)式によって
Ψ₀を求めることができる。

【００８９】

【数８】

【００９０】よって、系統の物理的な構成により定まる
位相変移を除いた方位誤差と移相量Φ_kの量子化誤差と
にのみ起因する波ｅ_kの位相誤差ΔΨ_k0は、位相差ΔΨ
_kを検出し、さらに、上記第(16)式に従ってΨ₀を求め
ることにより、下記第(17)式によって決定することがで
きる。

【００９１】

【数９】

【００９２】実際の使用環境では、種々の原因により誤
差が発生することがあるので、測定をＮ回繰り返し、下
記第(18)式に従って位相誤差ΔΨ_k0を求めることによ
り、測定時の誤差の影響を低減することが好ましい。な
お、Ｎ回の測定値のなかから、異常値を取り除き、残余
の測定値の平均をとるようにしてもよい。

【００９３】

【数１０】

【００９４】合成放射指向性の主ビーム方向（θ_Sj，φ
_Si）と電波到来方向（θ_S，φ_S）とが一致している場
合でも、ΔΨ_k0の絶対値は、最大でＤΦ／２なる量子化
誤差を含む。そこで、誤差εを下記第(19)式で表し、下
記第(20)式に基づいて、主ビーム方向の適否を判定すれ
ばよい。すなわち、第(20)式が成立するときには、処理
は図１４のステップｂ２からステップｂ１０に移って上
記のカウンタがクリアされる。すなわち、主ビーム方向
は電波到来方向を向いているものとしてモードの変更は
行わない。また、第(20)式が不成立なら、図１４のステ
ップｂ３以下のモード変更処理を行って主ビーム方向を
電波到来方向に向ける。

【００９５】

【数１１】

【００９６】なお、第(20)式に基づく判定では、εにお
ける３６０°の整数倍のずれを除去しておくことが必要
である。また、定数ηが大きすぎるとアンテナビームの
方位が電波到来方向から大きくずれても、これを見逃す
おそれがある。すなわち、感度が悪くなる。また、定数
ηが小さすぎると、不必要なモード変更が繰り返される
おそれがある。そのため、量子化誤差を予め解析してお
き、ηを最適値に設定することが好ましい。 3-2-2. 追尾のためのモード変更（ステップｂ３以下の
処理）電波到来方向に対する主ビーム方向の誤差が大きいと判
断されて処理がステップｂ３に移ると、移動体の旋回方
向が調べられる。すなわち、たとえば、ＣＰＵ２０は、
インタフェース２３を介して車輪速度データを取得し、
前後四輪の車輪速データに基づいて、車両が右旋回中な
のか左旋回中であるのかを判断する。つまり、車両が旋
回しているときには内外輪差が生じることを理由して旋
回方向を判断する。

【００９７】ステップｂ４では、移動体の旋回方向とは
反対方向に主ビーム方向が変化するように、水平角φ_P
に対応したモード番号ｉが１だけシフトされる。次い
で、ステップｂ５では、ＣＰＵ２０はドライバ５を制御
して切換えスイッチＳ１を振幅検出回路２側に接続さ
せ、合成受信レベルを取得する。そして、取得された合
成受信レベルが受信レベル判定閾値以上かどうかを判定
する。合成受信レベルが閾値以上ならステップｂ１０に
進んでカウンタがクリアされ、合成受信レベルが閾値未
満なら、ステップｂ６に進む。

【００９８】ステップｂ６では、ステップｂ５で設定さ
れたモードの周辺の左右±２モードの５モード分につい
てモードの走査が行われ、そのときの受信レベルがモニ
タされてＲＡＭ２２に格納される。すなわち、モードの
変更が必要な場合であっても、掛け離れたモードへの変
更を要する場合は少ないと考えられ、周辺のモードにモ
ード変更すればよいのが通常である。そこで、現在のモ
ードの主ビーム方向の±１０°程度の範囲に対応した上
記の５モード分についてモードの走査が行われる。そし
て、最終的に、その５モードのなかで、最も受信レベル
の高いモードが設定される。なお、この場合、垂直角θ
_Pに関するモードの走査が行われてもよい。ただし、当
該アンテナ装置が車両において静止衛星からの電波を受
信するために用いられる場合には、垂直角θ_Pに関する
モードの走査は必ずしも必要ではない。

【００９９】ステップｂ７では、ステップｂ６で設定さ
れたモードに対応した合成受信レベルがＲＡＭ２２から
読み出され、受信レベル判定閾値と比較される。合成受
信レベルが受信レベル判定閾値以上なら、ステップｂ１
に戻り、合成受信レベルが受信レベル判定閾値未満な
ら、ステップｂ８において上述のカウンタがカウントア
ップされる。

【０１００】ステップｂ９では、カウンタの値が所定の
閾値ＴＨを超えたかどうかが判断される。そして、閾値
を超えたときには、追尾が行えない状態となったものと
判断して、上述の初期捕捉動作が再度行われる。また、
カウンタの値が閾値ＴＨを超えていない場合には、ステ
ップｂ１に戻る。このようにして、アンテナモードは、
電波到来方向に近いビーム方向に対応したモードに更新
されていき、電波源の追尾が達成される。４．むすび以上のように本実施例によれば、合成放射指向性の主ビ
ーム方向を量子化してモードで表し、このモードによっ
てアンテナ素子Ａ１〜Ａ４に接続された移相器Ｂ１〜Ｂ
４の制御を行っている。そのため、回路構成が簡単で、
かつ、主ビーム方向を不必要なゆらぎを生じさせること
なく安定に制御できるという利点がある。

【０１０１】また、移相器Ｂ１〜Ｂ４とＣＰＵ系とだけ
で制御系を構成しているため、構成が簡単であり、経済
的である。さらに、電波源を初期捕捉するための初期捕
捉動作は、一定の間隔でモードを走査してモードの範囲
を絞り込む第１段階と、第１段階で絞り込まれた範囲内
の全モードを走査して１つのモードを選択する第２段階
とを含む。そのため、全てのモードを走査する場合に比
較して、初期捕捉時間を格段に短縮することができる。

【０１０２】初期捕捉が行われた後には、モードを変更
しながら、電波源を追尾していくことができる。５．変形例本発明の実施例の説明は、以上のとおりであるが本発明
は上記の実施例に限定されるものではない。たとえば、
上記の実施例では、４個のアンテナ素子Ａ１〜Ａ４を用
いた構成を例にとったが、アンテナ素子の数は４個に限
定されるものではない。

【０１０３】また、グループアンテナをアンテナ素子と
して用いることもできる。この場合、各グループアンテ
ナは複数のアンテナ素子を有しており、この複数のアン
テナ素子の出力を合成した信号が移相器を経て図１の合
成器１に入力されてさらに合成されることになる。その
他、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の設計変更を
施すことができる。

【０１０４】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、複数のア
ンテナ素子の出力を合成手段で合成したときの合成放射
指向性の主ビーム方向は、所定の量子化間隔で量子化さ
れており、この量子化された主ビーム方向に対応したモ
ード情報によって移相手段の移相量が制御される。これ
により、移相手段の移相量を制御するための構成を簡単
にすることができ、また、主ビーム方向の制御も安定す
る。

【０１０５】さらに、電波の初期捕捉では、先ず、モー
ド情報を荒く走査して初期捕捉モード情報の存在範囲を
絞り込み、絞り込まれた範囲内において詳細にモード情
報を走査して初期捕捉モード情報を求めるようにしてい
る。そのため、全モード情報を詳細に走査する場合に比
較して、極めて短時間で初期捕捉を達成できる。請求項
２または請求項３記載の発明によれば、初期捕捉モード
の再確認が行われるので、初期捕捉を確実に行える。

【０１０６】請求項４記載の発明によれば、モード情報
を更新することで電波源の追尾が行えるので、簡単な構
成で電波源の追尾を行える。請求項５記載の発明によれ
ば、合成手段の出力レベルが低くなったことに基づき、
現在のモード情報の周辺のモード情報を検索することに
よって新たなモード情報が見出されるから、モード情報
の更新を簡単な処理で行える。

【０１０７】請求項６記載の発明によれば、移動体の姿
勢変動に基づいてモード情報の更新が行われる。これに
よって、モード情報を更新するための処理を簡素化でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のアンテナ装置の全体の構成
を示すブロック図である。

【図２】複数のアンテナ素子の配置を説明するための図
である。

【図３】アンテナ素子の位置と主ビーム方向との関係を
示す図である。

【図４】移相器の構成例を示すブロック図である。

【図５】ＲＯＭの入力端子とモード番号との対応関係を
説明するためのブロック図である。

【図６】ＲＯＭの出力端子と移相器との対応関係を説明
するためのブロック図である。

【図７】ＲＯＭに関連する詳しい構成例を示すブロック
図である。

【図８】ＣＰＵの動作を説明するためのフローチャート
である。

【図９】ＲＯＭに関連する別の構成例を示すブロック図
である。

【図１０】複数のアンテ素子の合成放射指向性を説明す
るための図である。

【図１１】複数のアンテナ素子の合成放射指向性を説明
するための特性図である。

【図１２】初期捕捉動作を説明するためのフローチャー
トである。

【図１３】初期捕捉動作時におけるモードの走査を説明
するための図である。

【図１４】追尾動作を説明するためのフローチャートで
ある。

【符号の説明】

１合成器２振幅検出回路３位相差検出回路１０ＲＯＭ１１ラッチング回路２０ＣＰＵ２２ＲＡＭＳ１切換えスイッチＳ２切換えスイッチＡ１〜Ａ４アンテナ素子Ｂ１〜Ｂ４移相器Ｄ１〜Ｄ４移相器ドライバ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のアンテナ素子と、各アンテナ素子にそれぞれ接続され、移相量を可変制御
することができる複数の移相手段と、上記複数のアンテナ素子の上記複数の移相手段でそれぞ
れ移相された各出力を合成する合成手段と、この合成手段の出力レベルを検出するレベル検出手段
と、所定の量子化間隔で量子化された上記複数のアンテナ素
子の合成放射指向性の主ビーム方向のいずれかに対応し
たモード情報を生成するモード情報生成手段と、このモード情報生成手段が生成したモード情報に基づい
て上記複数の移相手段の各移相量を制御し、上記複数の
アンテナ素子の合成放射指向性の主ビーム方向を制御す
るビーム方向制御手段と、上記モード情報生成手段が生成することができる全モー
ド情報のなかから所定の規則に従って選択された全モー
ド情報数よりも少ない所定数の初期把握用モード情報の
うちで、所定の電波を上記複数のアンテナ素子に受信さ
せたときに上記レベル検出手段が検出する上記合成手段
の出力レベルが最大となる初期把握用モード情報を求め
る初期把握手段と、この初期把握手段によって求められた初期把握用モード
情報に対応する上記主ビーム方向の近傍の所定の第１範
囲内に主ビーム方向が存在するモード情報のなかから、
上記所定の電波を上記複数のアンテナ素子に受信させた
ときに上記レベル検出手段が検出する上記合成手段の出
力レベルが最大となるモード情報を初期捕捉モード情報
として求める初期捕捉手段とを含むことを特徴とするア
ンテナ装置。
【請求項２】上記初期捕捉手段によって上記初期捕捉モ
ード情報が求められた後に、この初期捕捉捕捉モードに
対応した主ビーム方向の近傍の所定の第２範囲内に主ビ
ーム方向が存在するモード情報のなかから、上記所定の
電波を上記複数のアンテナ素子に受信させたときに上記
レベル検出手段が検出する上記合成手段の出力レベルが
最大となるモード情報を検出する手段と、検出されたモード情報と上記初期捕捉モード情報とが一
致するかどうかを判定する手段と、上記検出されたモード情報と上記初期捕捉モード情報と
が一致する場合に、上記初期捕捉モード情報を確定させ
る手段と、上記検出されたモード情報と上記初期捕捉モード情報と
が一致しない場合に、上記初期把握手段および上記初期
捕捉手段を再び動作させる手段とをさらに含むことを特
徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】上記モード情報生成手段から複数種類のモ
ード情報を生成させたときの上記レベル検出手段の検出
結果と、上記複数のアンテナ素子の合成放射指向性のパ
ターンとを照合して、上記初期捕捉モード情報に対応し
た主ビーム方向が上記所定の電波の到来方向に向いてい
るかどうかを判定する手段と、上記初期捕捉モード情報に対応した主ビーム方向が上記
所定の電波の到来方向に向いていると判定されたとき
に、上記初期捕捉モード情報を確定させる手段と、上記初期捕捉モード情報に対応した主ビーム方向が上記
所定の電波の到来方向に向いていないと判定されたとき
に、上記初期把握手段および上記初期捕捉手段を再び動
作させる手段とをさらに含むことを特徴とする請求項１
または２記載のアンテナ装置。
【請求項４】上記合成手段に入力される前の上記移相手
段を介した各アンテナ素子の出力信号と上記合成手段で
合成された信号との位相差を検出する位相差検出手段
と、この位相差検出手段が各アンテナ素子毎に検出した位相
差に基づいて、上記モード情報生成手段が生成している
モード情報が適切か不適切かを判定する手段と、上記モード情報生成手段が生成しているモード情報が不
適切であると判定されたときに、この不適切なモード情
報に対応した主ビーム方向よりも電波が到来する方向に
近い方向に主ビーム方向を設定することができる他のモ
ード情報を上記モード情報生成手段に生成させるモード
情報更新手段とをさらに含むことを特徴とする請求項１
乃至３のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項５】上記モード更新手段は、上記合成手段の出
力レベルが所定の受信レベル判定閾値未満のときに、上
記モード情報生成手段が生成しているモード情報に対応
した主ビーム方向の近傍の所定の第３範囲内に主ビーム
方向が存在するモード情報のなかから、上記合成手段の
出力レベルが最大となるモード情報を求め、このモード
情報を上記モード情報生成手段に生成させる手段を含む
ものであることを特徴とする請求項４記載のアンテナ装
置。
【請求項６】上記アンテナ装置は、移動体に搭載される
ものであり、上記モード更新手段は、上記移動体の姿勢変動に基づい
て、上記モード情報生成手段に生成させるべきモード情
報を更新する手段を含むものであることを特徴とする請
求項４または５記載のアンテナ装置。