WO2006095584A1

WO2006095584A1 - アレーアンテナ装置、指向性制御方法および指向性制御プログラム

Info

Publication number: WO2006095584A1
Application number: PCT/JP2006/303421
Authority: WO
Inventors: Kiyoshi Yajima
Original assignee: Pioneer Corporation
Priority date: 2005-03-09
Filing date: 2006-02-24
Publication date: 2006-09-14
Also published as: JP4682189B2; JPWO2006095584A1

Abstract

　角度制御部（１１）は、アレーアンテナ装置（１０）に対して電波を送信あるいは受信する角度を変更させる。リアクタンス値設定部（１４）は、角度制御部（１１）によって変更させた各角度毎に複数の可変リアクタンス素子（１３）のリアクタンス値を設定する。利得検出部（１５）は、各角度においてリアクタンス値設定部（１４）によって設定されたリアクタンス値毎に給電素子（１２ａ）の利得を検出する。パラメータ抽出部（１６）は、各角度毎のリアクタンス値と、利得とに基づいて、全角度における指向特性に影響する複数のパラメータを抽出する。評価値算出部（１７）は、パラメータ抽出部（１６）によって抽出されたパラメータを用いた所定の演算により、各角度毎の所定の評価値を算出する。

Description

明細書

アレーアンテナ装置、指向性制御方法および指向性制御プログラム技術分野

[0001] この発明は、無給電素子に設けた可変リアクタンス素子のリアクタンス値を変化させることで指向性制御を行うアレーアンテナ装置、指向性制御方法および指向性制御プログラムに関する。ただし本発明の利用は上述のアレーアンテナ装置、指向性制御方法および指向性制御プログラムに限らない。

背景技術

[0002] 近年、指向性の制御が可能なアンテナとして、アレーアンテナ装置が提供されて!ヽる。アレーアンテナ装置は、複数のポール力もなるアンテナ装置であり、送信アンテナとしても受信アンテナとしても利用可能である。このようなアレーアンテナ装置の中でもアンテナ部に電波を送受信する放射素子力なる給電素子である 1本のダイポール 'アンテナと、複数個の非励振素子力なる無給電素子とを組み合わせた比較的簡単な構造力もなる電子制御導波器アレーアンテナを取り入れた構成がある。このようなアレーアンテナの機能面の特徴としては、無給電素子に取り付けられた可変リアクタンス素子のリアクタンス値を変えることで、指向性を変化させることができる（例えば、下記特許文献 1参照。 ) o

[0003] アレーアンテナ装置は、実現される指向性によりォムニパターン（同心円状）、適応制御パターン、セクタパターンの 3つのパターンに分けられる。ォムニパターンは、全方向の送受利得が同一となる、いわゆる無指向性パターンの実現を目的とするァレ一アンテナ装置である。適応制御パターンは、所望の電波が強ぐもしくは所望の電波が弱くなるようビーム方向（他の方向と比較して送受利得が大きい方向）やヌル方向（ほとんど送受利得が得られない方向）を適応的に操作する指向性パターンの実現を目的とするアレーアンテナ装置である。セクタパターンは、任意の方向の送受信利得が高くなるような指向性のパターンの実現を目的とするアレーアンテナ装置である。特許文献 1は、セクタパターンのアレーアンテナ装置であり、各無給電素子の可変リアクタンス素子のリアクタンス値を適切に選択することにより、送受信利得が高くなるような指向性のパターンを実現でき、指向性制御が行える。

[0004] 特許文献 1 :特開 2001— 24431号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] し力しながら、上記特許文献 1に開示されたセクタパターンのアレーアンテナ装置では、リアクタンス値の決定方法や、所望する指向性を有するように制御する方法に関する技術が開示されていない。したがって、ユーザがアレーアンテナ装置に特定の角度 Θの方向に指向性をもたせたいとき、各無給電素子のリアクタンス値をどのように設定すればょヽのかわ力もなヽと、う問題が一例として挙げられる。

[0006] ここで、実際に角度 Θの方向に指向性をもたせるために必要なリアクタンス値の組み合わせは複数存在するため、リアクタンス値の設定により所望の指向性が得られたとしても、ユーザは、どの組み合わせが最適であるかを判断することができないという問題が一例として挙げられる。

課題を解決するための手段

[0007] 上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項 1の発明に力かるアレーアンテナ装置は、給電素子と、複数の無給電素子と、当該複数の無給電素子にそれぞれ接続された複数の可変リアクタンス素子とを有するアレーアンテナ装置にぉ、て、前記アレーアンテナ装置に対して電波を送信あるいは受信する角度を変更させる角度制御手段と、前記角度制御手段によって変更させた各角度毎に複数の前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値を設定するリアクタンス値設定手段と、前記各角度において前記リアクタンス値設定手段によって設定されたリアクタンス値毎に前記給電素子の利得を検出する利得検出手段と、前記各角度毎の前記リアクタンス値と、前記利得とに基づいて、全角度における指向特性に影響する複数のパラメータを抽出するパラメータ抽出手段と、前記パラメータ抽出手段によって抽出されたパラメータを用 V、た所定の演算により、前記各角度毎の所定の評価値を算出する評価値算出手段と、を備えたことを特徴とする。

[0008] また、請求項 8の発明にかかる指向性制御方法は、給電素子と、複数の無給電素子と、当該複数の無給電素子にそれぞれ接続された複数の可変リアクタンス素子とを有するアレーアンテナ装置の指向性を制御する指向性制御方法において、前記ァレーアンテナ装置に対して電波を送信あるいは受信する角度を変更させる角度制御工程と、前記角度制御工程によって変更させた各角度毎に複数の前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値を設定するリアクタンス値設定工程と、前記各角度において前記リアクタンス値設定工程によって設定されたリアクタンス値毎に前記給電素子の利得を検出する利得検出工程と、前記各角度毎の前記リアクタンス値と、前記利得とに基づいて、全角度における指向特性に影響する複数のパラメータを抽出するパラメータ抽出工程と、前記パラメータ抽出工程によって抽出されたパラメータを用いた所定の演算により、前記各角度毎の所定の評価値を算出する評価値算出工程と、を含むことを特徴とする。

[0009] また、請求項 9の発明に力かる指向性制御プログラムは、請求項 8に記載の方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。

図面の簡単な説明

[0010] [図 1]図 1は、この発明のアレーアンテナ装置の実施の形態を説明するブロック図である。

[図 2]図 2は、アレーアンテナ装置の指向性制御に用いる情報の処理内容を説明するフローチャートである。

[図 3]図 3は、この発明の実施例 1にかかるアレーアンテナ装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。

[図 4]図 4は、アレーアンテナを示す斜視図である。

[図 5]図 5は、アレーアンテナを示す上面図である。

[図 6]図 6は、給電素子と無給電素子の構成を示す図である。

[図 7]図 7は、受信測定系のハードウア構成の一例を示す図である。

[図 8]図 8は、あるリアクタンス値の設定における指向性を示すパターン図である。

[図 9]図 9は、リアクタンス値テーブル作成動作を示すフローチャートである。

[図 10]図 10は、可変リアクタンス素子のリアクタンス値と測定値の一例を示す図表である。

[図 11]図 11は、特定角度における測定値および評価値 Eの算出結果例を示す図表である。

[図 12]図 12は、リアクタンス値テーブルの一例を示す図表である。

[図 13]図 13は、アレーアンテナ装置利用時のディスプレイ表示例を示す図である,

[図 14]図 14は、送信測定系のハードウェア構成の一例を示す図である。

符号の説明

10, 100 アレーアンテナ装置

11 角度制御部

12, 101 アレーアンテナ

13 可変リアクタンス素子

14 リアクタンス値設定部

15 利得検出部

16 パラメータ抽出部

17 評価値算出部

18 表示部

19 記憶部

102 CPU

103 ROM

104 RAM

105 HDD

106 HD

107 測定 IZF

108 受信測定系

109 送信測定系

110 出力 IZF

111 ディスプレイ

112 入力 IZF

113 キーボード

114 送受信部発明を実施するための最良の形態

[0012] 以下に添付図面を参照して、この発明にかかるアレーアンテナ装置、指向性制御方法および指向性制御プログラムの好適な実施の形態を詳細に説明する。

[0013] (実施の形態）

図 1は、この発明のアレーアンテナ装置の実施の形態を説明するブロック図である。アレーアンテナ装置 10は、アレーアンテナ 12を備えている。アレーアンテナ 12は、例えば一つの給電素子 12aと、複数の無給電素子 (非励振素子） 12bとにより構成されている。このアレーアンテナ 12は、角度制御部 11により電波の受信角度 (あるいは送信角度)を全方向（360° )回転させ、変更することができる。

[0014] 複数の無給電素子 12bにはそれぞれ可変リアクタンス素子 13が接続されている。リァクタンス値設定部 14は、複数の可変リアクタンス素子 13それぞれに設定できるリアクタンス値のすべての組み合わせを設定できる。

[0015] 利得検出部 15は、角度制御部 11により変更された角度において給電素子 12aの利得を検出する。パラメータ抽出部 16は、複数の可変リアクタンス素子 13にそれぞれ設定できるリアクタンス値のすべての組み合わせのうち各組み合わせ毎に 360° の指向性を示すパターンを作成し、このパターンから、利得が最大となる角度と、最大利得と、半幅値と、指向性利得差の 4つ値をパラメータとして抽出する。

[0016] 抽出されたパラメータは、評価値算出部 17における評価値の算出に用いられる。

評価値算出部 17は、上記の 4つのパラメータのうち、ある角度 (利得が最大となる角度）における評価値を算出する。この算出には、残り 3つのパラメータ (最大利得、半幅値 (半幅角）、指向性利得差)を所定の式を用いて算出する。算出に用いる 3つのパラメータ (最大利得、半幅値、指向性利得差)に対しては、評価値算出時の重み付けとして所定の係数を用いることができる。また、ある角度において最大利得角度となるリアクタンス値の組み合わせは複数ある。このため、評価値算出部 17は、評価値の算出結果から、各角度毎に、評価値が最大値となる最良評価値を抽出する。

[0017] パラメータ抽出部 16によって抽出された上記 4つのパラメータ (利得が最大となる角度、最大利得、半幅値、指向性利得差)に関する情報と、このときの複数の可変リアクタンス素子 13のリアクタンス値と、評価値算出部 17によって算出された評価値は、表示部 18および記憶部 19に出力される。記憶部 19は、複数のリアクタンス値と、上記 4 つのパラメータ (利得が最大となる角度、最大利得、半幅値、指向性利得差)と、評価値とをテーブル形式で記憶する。

[0018] 表示部 18は、記憶部 19に記憶されている複数のリアクタンス値と、上記 4つのパラメータ (利得が最大となる角度、最大利得、半幅値、指向性利得差)と、評価値とを一覧表示する。表示内容としては、利得が最大となる角度 (あるひとつの角度）を基準にして複数のリアクタンス値と、最大利得と、半幅値と、指向性利得差と、評価値と、を表示する。

[0019] 記憶部 19に記憶されている記憶内容は、アレーアンテナ 12の全角度それぞれに対応したリアクタンス値の組み合わせと、パラメータと、評価値とからなる。したがって、アレーアンテナ 12の角度毎にリアクタンス値の組み合わせと、ノラメータと、評価値とを読み出し、表示部 18等に表示することができる。

[0020] 上記構成により、アレーアンテナ 12のリアクタンス値を変更したときの指向性に関する情報を設定することができる。そして、記憶部 19に記憶されている内容を読み出すことにより、アレーアンテナ 12を用いて所望する指向性に最適なリアクタンス値を設定することができるようになる。なお、アレーアンテナ 12に対する指向性の制御は、電波の受信時および送信時のいずれに対しても同様に適用することができる。

[0021] 図 2は、アレーアンテナ装置の指向性制御に用いる情報の処理内容を説明するフローチャートである。以下の説明では、電波を受信して処理を行う構成について記載してある。はじめに、角度制御部 11により電波の到来角度を変更する (ステップ S10)

。ここでは、アレーアンテナ 12の角度を全方向のうちある角度に設定する。例えば、 0

° 〜359° の範囲を所定角度ずつ設定する。

[0022] 次に、リアクタンス値設定部 14により、リアクタンス値を変更する (ステップ S 11)。ここでは、設定した角度において複数の可変リアクタンス素子 13に対するリアクタンス値の組み合わせを設定する。

[0023] 次に、利得検出部 15は、設定されたリアクタンス値に基づいて電波を受信したときの利得を検出する (ステップ S 12)。次に、パラメータ抽出部 16は、アレーアンテナ 12 の指向性の評価に影響するパラメータを抽出する (ステップ S13)。ここでは、角度制御部 11により設定された角度毎の複数のリアクタンス値と、利得と、半幅値と、指向性利得差を検出する。

[0024] 次に、評価値算出部 17により、設定された角度毎の評価値を算出する (ステップ S 14)。この評価値は、上述したように、各角度における利得と、半幅値と、指向性利得差と、これらに掛け合わせる係数とを用い算出する。その後、評価値算出部 17は、最良の評価値を抽出する (ステップ S 15)。ここでは、ステップ S 14によって求められた評価値の算出結果から、各角度毎に、評価値が最大値となる最良評価値を抽出する

[0025] 上記の処理によって得られたパラメータと評価値は、記憶部 19に記憶され (ステツプ S16)、処理を終了する。記憶部 19には、角度毎の複数のリアクタンス値の組み合わせが記憶される。そして、このリアクタンス値の組み合わせ毎に、利得と、半幅値と、指向性利得差と、評価値と、最良評価値がテーブル形式で記憶される。

[0026] 以上の一連の処理によって、アレーアンテナ 12の全方向の角度に対するパラメ一タと、評価値とを求めることができる。パラメータおよび評価値は、アレーアンテナ 12 に指向性を持たせた受信時あるいは送信時に記憶部 19から読み出し、複数の可変リアクタンス素子 13に対するリアクタンス値の設定を行う指向性制御時に用いられる。

[0027] 上記実施の形態によれば、アレーアンテナ 12の全方向における測定結果と、ユーザが設定した係数を用いて各角度毎の評価値を算出することができる。この評価値を用いることにより、所望する角度方向に指向性を持たせたいときの設定を用意にできるようになる。ユーザがアレーアンテナ装置に特定の角度 Θの方向に指向性をもたせたいとき、各無給電素子のリアクタンス値を最適な値に設定できるようになる。実施例 1

[0028] (ハードウェア構成）

図 3は、この発明の実施例 1にかかるアレーアンテナ装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図 3において、アレーアンテナ装置 100は、アレーアンテナ 101と、 CPU102と、 ROM103と、 RAM104と、 HDD (ノヽードディスクドライブ） 1 05と、 HD (ノ、ードディスク） 106と、測定 IZF107と、受信測定系 108と、送信測定系 109と、出力 IZFI IOと、ディスプレイ 111と、入力 IZF112と、キーボード 113と、送受信部 114とを備える。また、各構成部 101〜114は、バス 115によってそれぞれ接続されている。実施例 1では、受信測定系 108を用い、受信指向性制御を行うアレーアンテナ装置 100につ!/、て述べる。

[0029] アレーアンテナ 101は、無線信号の受信を行う。 CPU102は、アレーアンテナ装置 100全体の制御を司る。 ROM103は、指向性制御のための演算プログラムなどのプログラムを記憶している。 RAM104は、 CPU102のワークエリアとして使用される。 H DD105は、 CPUの命令にしたがって HD106に対するデータのリード/ライトを制御する。 HD106には、指向性制御のために作成したリアクタンス値テーブルが保存される。

[0030] 測定 IZF107には、受信測定系 108と、送信測定系 109が接続され、指向性制御テーブルを作成するためのアレーアンテナ 101の特性を測定する。受信測定系 108 と、送信測定系 109に関する詳細な構成については後述する。出力 IZF110には、ディスプレイ 111が接続され、各機能部から送られてきた表示情報を、ディスプレイ 1 11を用いて表示させる。入力 I/F112には、キーボード 113が接続され、キーボード 113から入力されたユーザの指示情報を CPU102へ送る。送受信部 114は、アレーアンテナ 101によって受信した無線信号をディスプレイ 111等に表示させるため、復号化等の処理を行う。なお、アレーアンテナ 101と、 HD106に保存するリアクタンス値テーブルに関しては後で詳しく述べる。

[0031] (アレーアンテナの構成）

図 4は、アレーアンテナを示す斜視図、図 5はアレーアンテナを示す上面図である。アレーアンテナ 101は、誘電体基板 400上に給電素子 Aと、 4本の無給電素子 Bl〜 B4とを備えた構成になっている。給電素子 Aと無給電素子 B1〜B4とは、給電素子 Aを中心とし、扱う電波の波長 fの 1Z4の長さ（fZ4)を半径とした円上に等間隔の角度で配置するのが一般的である。本発明に力かるアレーアンテナ装置 100では無給電素子を 4本用いるため、図 5に示すように無給電素子 B1〜B4を 90° 間隔で配置する。

[0032] 図 6は、給電素子と無給電素子の構成を示す図である。給電素子 Aは、アンテナ部となる放射素子 600と、送信用アンテナとして用いる場合の入力インピーダンスとなる抵抗 601と、送受信部からの送信信号に応じた高周波エネルギーを出力する交流電源 602が接続されている。また、給電素子 Aは、交流電源 602から接地されている。このような給電素子 Aによって受信した無線信号は、送受信部 114へ送られる。

[0033] 無給電素子 B1〜B4には、非励振素子 603に可変リアクタンス素子（素子 1〜素子 4)の一方が接続され、この可変リアクタンス素子 (素子 1〜素子 4)の他方は接地されている。可変リアクタンス素子（素子 1〜素子 4)のリアクタンス値は、 CPU102からの制御により個々に 10 Ω〜一 90 Ωの値に変化させることが可能である。実際に可変リアクタンス素子としては、可変ダイオード等が用いられる。なお図 6には素子 1、 3のみ図示してある。

[0034] (受信測定系のハードウェア構成）

図 7は、受信測定系のハードウェア構成の一例を示す図である。この実施例 1にか力る受信測定系 108は、電波暗室 700内に、回転台 701に備えられたアレーアンテナ 101aと、送信アンテナ 702と、送信アンテナ 702に接続された信号発生機 703と、回転台 701に接続された回転台制御装置 704と、アレーアンテナ 101aに接続されたアンテナ制御装置 705と、受信信号測定装置 706とから構成される。この測定用のアレーアンテナ 101aは、アレーアンテナ 101と同一の構成である。

[0035] 受信測定系 108は、まず信号発生機 703によって発生させた一定出力の信号を、送信アンテナ 702から無線信号として送信する。この無線信号は、測定用のアレーァンテナ 101aによって受信される。受信した無線信号は、受信信号測定装置 706において、無線信号の出力を表す利得として測定されるという仕組みになっている。このとき、アレーアンテナ 101aは、回転台制御装置 704によって、任意の角度に回転制御力アンテナ制御装置 705によって、無給電素子 B1〜B4の可変リアクタンス素子（素子 1〜素子 4)のリアクタンス値を、それぞれ制御できるようになつている（この実施例 1で述べる「利得」とは、受信信号測定装置 706における相対的な値である）。

[0036] 図 8は、あるリアクタンス値の設定における指向性を示すパターン図である。例えば、アンテナ制御装置 705によって、アレーアンテナ 101aの素子 1〜素子 4のリアクタンス値をすベて— 10 Ωに設定した後、回転台制御装置 704によって、アレーアンテナ 101aを 0° 〜359° の 1° 刻みで回転させながら各角度における利得を受信信号測定装置 706によって測定することで、図 8に示すような、あるリアクタンス値の設定におけるアレーアンテナ 101aの 360° の指向性を表すパターン図 800を作成することがでさる。

[0037] 図中のパターン線 810力当該角度におけるアレーアンテナ 101aの利得を表している。ここで述べる角度とは、例えば、送信アンテナ 702をアレーアンテナ 101aの正面に配したとき、送信アンテナ 702の延長線上に無給電素子 B1が位置する状態を 0 ° とするなど、ユーザによって定められた基準による相対的な角度を表している。

[0038] (指向性制御方法について）

次に、以上述べたアレーアンテナ装置 100により行われる指向性制御方法について説明する。本発明にかかる指向性制御方法は、受信測定系 108 (図 3参照)での測定結果力 4つのパラメータを抽出し、 0° 〜359° の角度においてユーザの用途に合わせた指向性をもたせるためのリアクタンス値テーブルを作成することで実現される。

[0039] 従来技術で述べたようにアレーアンテナ 101の指向性は、無給電素子 B1〜B4の素子 1〜素子 4のリアクタンス値によって変化する。よって、本発明では、まず素子 1 〜素子 4を— 10 Ω〜一 90 Ωの間で取りうるリアクタンス値のすべての組み合わせで設定を行い、各組み合わせ毎に 360° の指向性を示すパターン図を作成する（図 8 参照)。

[0040] 次に、各組み合わせにおける指向性を表すパターン図から、「利得が最大となる角度」、「最大利得」、「半幅角」、「指向性利得差」の 4つ値をパラメータとして抽出する。この 4つパラメータを図 8のパターン図 800を用いて説明する。「利得が最大となる角度」は、測定したパターン図 800においてパターン線 810の示す利得が最大になる角度であり、図示の例では角度 801に相当する。「最大利得」は角度 801における利得（図中の 802部分)を示す。

[0041] 「半幅角」は、最大利得 802の半分の利得を示す、角度 803aと角度 803bのなす角 804を示す。「指向性利得差」は、利得が最大となる角度 801の 180° 反対の角度 805〖こおける禾 IJ得 806と、最大禾 IJ得 802との差を示す。このとさ、最大禾 IJ得 802との比較対象は、図示したような利得が最大となる角度の反対角における利得であつてもよいし、図中の角度 807のような、パターン線 810において最も利得の少ない一般的に Null (ヌル）と呼ばれる角度における利得でもよ!/、。

[0042] 指向性制御方法の説明に戻り、次に、抽出した 4つのパラメータから、「利得が最大となる角度」つまり指向角度を基準に整理を行う。このとき同一の指向角度におけるノラメータが複数存在することがある。そこで、残りの 3つのパラメータを下記の（1)式に当てはめ、同一の指向角度における評価値 Eを算出する。

[0043] 評価値 E= a X (利得） + β Χ (半幅角） + γ X (指向性利得差） …ひ）

[0044] 各パラメータの係数 α , β , γは、ユーザによって以下に述べるような基準によって用途合わせ、設定される。利得の係数 αは、評価値 Εの基本となり、利得の大きさが用途の一因となっている場合、最も重視される項目であり、通常、正の値を設定する。半幅角の係数 |8は、狭い角度だけ高利得となる狭指向性を求めるか、幅広い角度において高利得となる広指向性を求めるかによつて値が変わる。狭指向性を求める場合は、負の値、広指向性を求める場合は、正の値を設定する。指向性利得差の係数 γは、指向性の強さを重視する力否かによって値を変化させる。例えば、図 8に示したパターン図 800のように利得が最大となる角の反対角における利得を、指向性利得差を測定する対象として選択している場合は、ユーザの所望する指向角度が反対の角度と比較し、どれだけ強い指向性を有しているかを示す。よって、所望する角度に強い指向性をもたせたい場合は、正の大きな値に、指向性の強さに重要性がない場合は、正の小さな値に設定する。

[0045] 指向性制御方法の説明に戻り、（1)式によって算出された評価値 Εが最も高いものがユーザの求める指向性を実現することから、同一指向角度における評価値 Εが最も高いパラメータを有する素子 1〜素子 4のリアクタンス値の組み合わせを 0° 〜359 ° の間を順に 1° 刻みで抽出する。この処理によって、リアクタンス値テーブルが作成される。リアクタンス値テーブルは、 HD106に保存される。ユーザは、キーボード 1 13から、指向性をもたせたい所望角度を入力すると CPU102は、 HDD105を制御し、 HD106のリアクタンス値テーブルから、ユーザの入力した所望角度に最も近い指向角度における素子 1〜素子 4のリアクタンス値を読み出し、アレーアンテナ 101 の素子 1〜素子 4のリアクタンス値に反映させる。こうして本発明に力かる指向性制御方法が実現される。

[0046] 図 9は、リアクタンス値テーブル作成動作を示すフローチャートである。図を用いて、受信測定系 108 (図 7参照）における測定からリアクタンス値テーブル作成までの動作を説明する。なお、この実施例では、アレーアンテナ 101aの測定角度は、 0° 〜3 59° まで 1° 刻みに行うため、リアクタンス値テーブルは、 360個の項目力もなる。しかしこれは一例であり、測定角度を何度刻みにするかは、ユーザによって設定可能であり、回転台 701 (図 7参照）の性能に依存して、詳細に設定できる。この測定角度の刻み幅が細力べなれば指向特性の精度も向上する。なお、アレーアンテナ 101aの形状カ点対称なので、 60° 〜120° 、 120° 〜180° 、 180° 〜240° 、 240° 〜 360° をそれぞれ 0° 〜60° の結果で代用することもできる。フローチャートに戻り、まず、アレーアンテナ 101aのリアクタンス値を初期値に設定する（ステップ S901)。ここでは、アンテナ制御装置 705を用い、初期値として無給電素子 B1〜B4それぞれの素子 1〜素子 4のリアクタンス値をすベて 10 Ωに設定する。

[0047] 次に、アレーアンテナ 101aと、送信アンテナ 702との角度 Θを初期値に設定する（ステップ S902)。先程述べたように、角度 0は、あら力じめユーザが指定した基準点を 0° とし、その基準点からの相対角度であり、回転台制御装置 704によって制御する。例えば、送信アンテナ 702の中心からアレーアンテナ 101aへの直線上に、ァレ一アンテナ 101aの無給電素子 Bl, B3と、給電素子 Aとが位置する状態を基準点 0 ° とし、時計回りに基準点力の相対角度を測定してもよい。

[0048] リアクタンス値と角度 Θの設定が終了すると、次に送信アンテナ 702からの無線信号に対しての受信測定を行い、測定結果とリアクタンス値を保存する (ステップ S903 ) o送信アンテナ 702からの無線信号の出力は信号発生機 703によって一定レベルを保つように管理されており、アレーアンテナ 101aの受信した無線信号の利得は、受信信号測定装置 706によって測定される。角度 Θにおける測定結果は、素子 1〜素子 4のリアクタンス値とともに、 HD106 (図 3参照）に保存される。

[0049] 角度 Θにおける受信測定が終了したら、次に、現在のアレーアンテナ 101aの角度

Θ≥360° であるか否かの判断を行う（ステップ S904)。この処理は、角度 Θとして、 0° 〜359° の間を 1° 刻みで受信測定を行うためである。よって、最初にステップ S 904に処理が行われる際、角度 Θは、初期値 0° に設定されていることから (ステップ S 904 : No)、次に角度 0 = 0 + 1° と設定する（ステップ S 905)。つまり、角度 0を「設定角度 + 1° 」に設定し直し、新しい角度 Θとしてステップ S903からの処理を再度行う。この処理により、リアクタンス値は同一のまま、アレーアンテナ 101aの角度 Θを 0° 〜359° で、 1° 刻みずつ変化させた場合の各角度 0における受信測定を行うことで、図 8に示したような 360° の指向性のパターンを作成することができる。

[0050] 角度 0≥360° となり角度 0 = 359° までの受信測定を終了させると (ステップ S9 04 : Yes)、次にリアクタンス値設定終了か否かの判断を行う（ステップ S906)。リアクタンス値の設定は、素子 1〜素子 4の各リアクタンス値を、—10 Ω〜一 90 Ωの間で 10 Ω刻みに変化させる。よって、リアクタンス値の設定は、全部で 6561通りの組み合わせがあり、いまだ設定していない組み合わせがある場合は (ステップ S 906 : No)、リアクタンス値の設定変更を行い（ステップ S907)、ステップ S902の処理に戻り、再度処理を行うことで、リアクタンス値のすべての組み合わせにおいて、角度 0の 0° 〜359° の受信測定を行う。

[0051] 図 10は、可変リアクタンス素子のリアクタンス値と測定値の一例を示す図表である。

ステップ S901〜ステップ S907の処理による測定結果は指向性のパターン力も抽出した値であり、 HD106において、図表 1000のように保存されている。素子 1〜素子 4 のリアクタンス値 [ Ω ]の組み合わせ毎に、利得最大角度 [° ]と利得 [dB]と、半幅角 [° ]と、指向性利得差 [dB]を保存している。

[0052] 利得最大角度とは、つまり、 0° 〜359° を、 1° 刻みで受信測定した結果、最も利得が大き力つたアレーアンテナ 101aの角度 Θを意味する。また、利得と、半幅値と、指向性利得差は、それぞれ利得最大角度を基準とした値である。なお、図表 1000 中の「omni directionjとは、利得最大角度が存在しな、無指向性の状態を表す。よって、「omni direction の場合は、半幅角が存在せず、指向性利得差は、 OdBという値になる。

[0053] 図 9のステップ S906に戻り、すべてのリアクタンス値設定が終了したら（ステップ S9 06 : Yes)、次にユーザ設定値を受信した力否かの判断を行う (ステップ S908)。ユーザ設定とは、式（1)おける各パラメータの係数 α , β , γのユーザによる設定値である。このユーザ設定は、キーボード 113によって入力されることで行われ、入力された値が CPU102に受信されることで (ステップ S908： Yes)、評価値 Eを算出するための準備として、まず角度 Θを初期値に設定する (ステップ S909)。初期値とは、ステツプ S902同様 0 =0° である。

[0054] また、ステップ S908にお、て、ユーザ設定が受信されな力つた場合 (ステップ S90 8 :No)、つまりユーザ力もの入力が行われな力つた場合は、ユーザ設定値を標準値に設定してから (ステップ S910)、角度 Θを初期値に設定する (ステップ S909)。標準値とは、あら力じめ定めてある値で、ユーザによって設定することもできる。よって、利用頻度の多!、設定値や、実施経験から最適な値を設定してもよヽ。

[0055] 図 11は、特定角度における測定値および評価値 Eの算出結果例を示す図表である。図中の図表 1100は、図 10で説明した最大利得角度が 90° の場合の各測定値と、評価値の算出結果例である。このように、ある特定の角度 Θが最大利得角度となるリアクタンス値の組み合わせは、複数あり、評価値の算出結果から、最大値となる最良評価値 1101を抽出しなければならない。以下、述べるステップ S911〜ステップ S 918は、角度 Θにおける最大評価値を抽出し、評価値として保存するための処理である。

[0056] 図 9に戻り、最良評価値 Ex=—∞に設定する (ステップ S911)。次に、角度 Θにおける測定結果とユーザ設定値力も評価値 Eを算出する (ステップ S912)。評価値 Eの算出時には、 HD106に保存してある図表 1000 (図 10参照）の値を読み出して行う。最初にステップ S912の処理を行う際の角度 Θは、初期値の 0° であるため、まず、最大利得角度が 0° である時の測定結果を順次読み出し、算出する。次に算出した評価値 E >最良評価値 Exか否かの判断を行う（ステップ S913)。

[0057] 評価値 Eが最良評価値 Exよりも大きければ (ステップ S913： Yes)、最良評価値 Ex

=評価値 Eと設定する (ステップ S914)。評価値 Eが最良評価値 Exと等しい、もしくは小さければ (ステップ S913 :No)最良評価値 Exは、変更せず、次に、すべての評価値 Eを算出したか否かの判断を行う（ステップ S915)。これは、図 11に示したような角度 Θが最大利得角度となった測定結果が複数存在した場合、これらの測定結果すべての評価値 Eを算出したかの判断である。

[0058] 角度 Θにおける評価値 Eの算出が残っている場合 (ステップ S915 :No)、次に測定結果の評価値 Eを行うため、ステップ S912の処理に戻る。このようにして、評価値 Eと最良評価値 Exとを比較し、算出終了時に最も値の大きい評価値 Eが最良評価値 Ex として設定される。角度 Θにおける評価値 Eの算出がすべて終了したら (ステップ S9 15 : Yes)、次に角度 Θ≥360° であるか否かの判断を行う（ステップ S916)。

[0059] 角度 Θ力 ¾59° 以下であれば (ステップ S916 :No)、角度 Θと、最良評価値 Exリァクタンス値をリアクタンス値テーブルに保存する (ステップ S917)。最良評価値 Exリァクタンス値とは、最良評価値 Exの指向性を実現した際の素子 1〜素子 4のリアクタンス値を意味する。保存が終了したら、次に角度 0を 0 = 0 + 1° と設定する (ステツプ S918)。つまり、角度 0の値を「設定角度 + 1° 」に設定し直し、ステップ S911からの処理を再度、行う。角度 Θ力^ 60° になるまで (ステップ S916 : Yes)、処理を繰り返し行うことで、 0° 〜359° の 1° 刻みの各角度における最良評価値 Exにおける、リアクタンス値テーブルが完成する。

[0060] 図 12は、リアクタンス値テーブルの一例を示す図表である。図表 1200は、図 9で説明した処理によって作成されたリアクタンス値テーブルの例であり、指向方向角度 [° ]に指向性を有し、なおかつユーザの所望する指向性パターンを実現させるときの素子 1〜素子 4のリアクタンス値力あわせて保存されている。

[0061] また、図 13は、アレーアンテナ装置利用時のディスプレイ表示例を示す図である。

表示面 1300は、指向性パターン表示部 1301と、リアクタンス値設定表示部 1302と、ユーザ設定部 1304とから構成される。まず、ユーザが入力したユーザ設定値 130 5からリアクタンス値テーブルを作成する。さらにユーザが指向性をもたせた、所望角度を入力することで、所望角度に最も近い指向方向角度と、指向方向角度に対応した素子 1〜素子 4のリアクタンス値を HD106 (図 3参照）力も読み出し、そのときの各測定値 1206を表示させる。このようにして、アレーアンテナ装置 100は、ユーザの所望する角度に指向性を制御できるアンテナ装置として利用される。

実施例 2

[0062] 図 14は、送信測定系のハードウェア構成の一例を示す図である。実施例 2では、図 3に示した送信測定系 109を用い、アレーアンテナ 101によって無線信号の送信を行うための、送信指向性制御を行うアレーアンテナ装置 100について述べる。また、送受信部 114は、キーボード 113から入力した情報等の送信情報を無線信号としてアレーアンテナ 101から送信させるため、符号ィ匕等の処理を行う。

[0063] 送信測定系 109は、電波暗室 700内に備えられた回転台 701の上に取り付けられた測定用のアレーアンテナ 101aと、受信アンテナ 1400と力もなる。アレーアンテナ 1 Olaには、アンテナ制御装置 705と、信号発生機 703とが接続されている。また、回転台 701には、回転台制御装置 704が接続されており、受信アンテナ 1400には、受信信号測定装置 706が接続されてヽる。

[0064] 測定を行う際には、信号発生機 703から発生される一定レベルの出力の信号により、アレーアンテナ 101aから無線信号が送信される。このときアンテナ制御装置 705によってアレーアンテナ 101aの 4つの可変リアクタンス素子（素子 1〜素子 4)のリアクタンス値の値が— 10 Ω〜― 90 Ωの間で 10 Ω刻みに制御できるようになって!/、る。また、アレーアンテナ 101aは、回転台 701によって 360° 回転が可能であり、回転角度は、回転台制御装置 704によって 1° 刻みで制御できるようになつている。しかしこれは一例であり、測定角度を何度刻みにするかは、ユーザによって設定可能であり、回転台 701 (図 7参照）の性能に依存して、詳細に設定できる。この測定角度の刻み幅が細力べなれば指向特性の精度も向上する。なお、アレーアンテナ 101aの形状が点対称なので、 60° 〜120° 、 120° 〜180° 、 180° 〜240° 、 240° 〜360° をそれぞれ 0° 〜60° の結果で代用することもできる。

[0065] 以上述べたような、送信測定系 109を用いることで、実施例 2では、 0° 〜359° の角度 Θにおける送信利得、つまり角度 Θにおける受信信号測定装置 706を測定する。実施例 1と同様に測定結果を角度 Θとともに保存し、ユーザがユーザ設定値を入力することで、図 9に示したフローチャートと同様の処理により、リアクタンス値テーブルが作成される。

[0066] このリアクタンス値テーブルは、 0。〜359° の 1° 刻みの角度 0ごとに、可変リアクタンス素子（素子 1〜素子 4)のリアクタンス値が保存されている。ある角度 Θ方向に指向性をもたせたいときは、 Θにおけるリアクタンス値を HD106から読み出し、ァレ一アンテナ 101を設定する。こうすることで、ユーザの所望する角度 Θにおける最も理想的な指向性を有した送信用のアレーアンテナ装置を実現することができる。

[0067] 以上、実施例 1および実施例 2で説明したように、アレーアンテナ装置、指向性制御方法および指向性制御プログラムによれば、測定結果とユーザ設定値力求めた評価値を用いてユーザが所望する指向性を設定し、用いることができる。

[0068] なお、本実施の形態で説明した指向性制御方法は、あらかじめ用意されたプロダラムをパーソナル 'コンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することにより実現することができる。このプログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク、 CD-ROM, MO、 DVD等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体力も読み出されることによって実行される。またこのプログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布することが可能な伝送媒体であってもよい。

Claims

請求の範囲

[1] 給電素子と、複数の無給電素子と、当該複数の無給電素子にそれぞれ接続された複数の可変リアクタンス素子とを有するアレーアンテナ装置において、

前記アレーアンテナ装置に対して電波を送信あるいは受信する角度を変更させる角度制御手段と、

前記角度制御手段によって変更させた各角度毎に複数の前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値を設定するリアクタンス値設定手段と、

前記各角度において前記リアクタンス値設定手段によって設定されたリアクタンス値毎に前記給電素子の利得を検出する利得検出手段と、

前記各角度毎の前記リアクタンス値と、前記利得とに基づいて、全角度における指向特性に影響する複数のパラメータを抽出するパラメータ抽出手段と、

前記パラメータ抽出手段によって抽出されたパラメータを用いた所定の演算により、前記各角度毎の所定の評価値を算出する評価値算出手段と、

を備えたことを特徴とするアレーアンテナ装置。

[2] 前記パラメータ抽出手段は、前記各角度毎の利得と、半幅値と、指向性利得差を抽出し、

前記評価値算出手段は、前記パラメータ抽出手段により抽出された前記各角度毎の利得と、半幅値と、指向性利得差に基づいて前記評価値を算出することを特徴とする請求項 1に記載のアレーアンテナ装置。

[3] 前記評価値算出手段は、前記パラメータ抽出手段により抽出された前記各角度毎の利得と、半幅値と、指向性利得差、のそれぞれに対し、所望する指向性パターンに対応した係数を用い前記所定の演算を行い前記評価値を算出することを特徴とする請求項 2に記載のアレーアンテナ装置。

[4] 前記評価値算出手段は、前記各角度毎に、最大の利得が得られる前記リアクタンス値の複数の組み合わせに対応してそれぞれ得られた複数の前記評価値のなかから最良の評価値を抽出することを特徴とする請求項 1に記載のアレーアンテナ装置。

[5] 前記各角度毎の複数の前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値と、前記各角度毎の利得と、半幅値と、指向性利得差と、を記憶する記憶手段を備えたことを特徴とする請求項 1に記載のアレーアンテナ装置。

[6] 前記記憶手段に記憶された前記各角度における複数の前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値と、前記利得と、前記半幅値と、前記指向性利得差に関する情報と、を表示する表示手段を備えたことを特徴とする請求項 5に記載のアレーアンテナ装置。

[7] 所望する送信角度あるいは受信角度を設定する設定手段と、

前記設定手段により設定された前記送信角度あるいは受信角度における前記各素子のリアクタンス値を前記記憶手段から読み出し、前記リアクタンス値設定手段に出力することを特徴とする請求項 1〜6のいずれか一つに記載のアレーアンテナ装置。

[8] 給電素子と、複数の無給電素子と、当該複数の無給電素子にそれぞれ接続された複数の可変リアクタンス素子とを有するアレーアンテナ装置の指向性を制御する指向性制御方法において、

前記アレーアンテナ装置に対して電波を送信あるいは受信する角度を変更させる角度制御工程と、

前記角度制御工程によって変更させた各角度毎に複数の前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値を設定するリアクタンス値設定工程と、

前記各角度において前記リアクタンス値設定工程によって設定されたリアクタンス値毎に前記給電素子の利得を検出する利得検出工程と、

前記各角度毎の前記リアクタンス値と、前記利得とに基づいて、全角度における指向特性に影響する複数のパラメータを抽出するパラメータ抽出工程と、

前記パラメータ抽出工程によって抽出されたパラメータを用いた所定の演算により、前記各角度毎の所定の評価値を算出する評価値算出工程と、

を含むことを特徴とする指向性制御方法。

[9] 請求項 8に記載の方法をコンピュータに実行させることを特徴とする指向性制御プログラム。