JP2003179424A - 超指向性アレイアンテナシステム、超指向性アレイアンテナ制御方法 - Google Patents
超指向性アレイアンテナシステム、超指向性アレイアンテナ制御方法Info
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- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
- H01Q3/2605—Array of radiating elements provided with a feedback control over the element weights, e.g. adaptive arrays
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- H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
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- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 多素子アレイアンテナにおいて超指向性利得
を実現する。 【解決手段】 超指向性が実現できる素子間隔（１／４
波長以下の間隔）で設けられた複数のアンテナ素子Ａ−
１〜Ａ−４から構成されるアレイアンテナを用いる。こ
のアレイアンテナを構成するアンテナ素子Ａ−１〜Ａ−
４それぞれの位相差及び振幅差と、各アンテナ素子Ａ−
１〜Ａ−４それぞれの指向性データとに応じて超指向性
ウェイト生成回路により、ウェイトデータを生成する。
この生成されたウェイトデータを用いて、各アンテナ素
子Ａ−１〜Ａ−４に対して重み付けを行う。
を実現する。 【解決手段】 超指向性が実現できる素子間隔（１／４
波長以下の間隔）で設けられた複数のアンテナ素子Ａ−
１〜Ａ−４から構成されるアレイアンテナを用いる。こ
のアレイアンテナを構成するアンテナ素子Ａ−１〜Ａ−
４それぞれの位相差及び振幅差と、各アンテナ素子Ａ−
１〜Ａ−４それぞれの指向性データとに応じて超指向性
ウェイト生成回路により、ウェイトデータを生成する。
この生成されたウェイトデータを用いて、各アンテナ素
子Ａ−１〜Ａ−４に対して重み付けを行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超指向性アレイアン
テナシステム、超指向性アレイアンテナ制御方法に関
し、特に小型・高指向性利得を実現することが可能な超
指向性アレイアンテナシステム、超指向性アレイアンテ
ナ制御方法に関する。
テナシステム、超指向性アレイアンテナ制御方法に関
し、特に小型・高指向性利得を実現することが可能な超
指向性アレイアンテナシステム、超指向性アレイアンテ
ナ制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般にアレイアンテナを小型化すると開
口面積（開口長）が小さくなるために利得が低下する。
ところが小型化された面積（長さ）内に狭間隔でアンテ
ナ素子を詰込んで、特定の位相関係及び振幅関係を与え
ると、利得低下を抑えることができる。このようなアン
テナは超指向性（スーパーゲイン）アンテナと呼ばれ
る。この超指向性アンテナは、通常をはるかに超える指
向性利得が得られるもので、その理論は古くから知られ
ている。例えば、Ｂｌｏｃｈ Ａ、Ｍｅｄｈｕｒｓｔ
Ａ ａｎｄ Ｐｏｏｌ Ｓによる文献“Ａ ｎｅｗ ａ
ｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ
Ｓｕｐｅｒ ｄｉｒｅｃｔｉｖｅ ａｅｒｉａｌ ａｒ
ｒａｙｓ”（ｐｒｏｃ．Ｉｎｓｔ．Ｅｌｅｃｔｒ．Ｅｎ
ｇ．、１００、Ｐａｒｔ III、６７、ｐ．３０３（Ｓｅ
ｐｔ．１９５３））や、文献「電子情報通信学会編アン
テナ工学ハンドブック」、ｐ．２１１、（１９８０）に
記載されている。ところが、後述のように物理的制約等
が厳しいため実用化されてはいない。
口面積（開口長）が小さくなるために利得が低下する。
ところが小型化された面積（長さ）内に狭間隔でアンテ
ナ素子を詰込んで、特定の位相関係及び振幅関係を与え
ると、利得低下を抑えることができる。このようなアン
テナは超指向性（スーパーゲイン）アンテナと呼ばれ
る。この超指向性アンテナは、通常をはるかに超える指
向性利得が得られるもので、その理論は古くから知られ
ている。例えば、Ｂｌｏｃｈ Ａ、Ｍｅｄｈｕｒｓｔ
Ａ ａｎｄ Ｐｏｏｌ Ｓによる文献“Ａ ｎｅｗ ａ
ｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ
Ｓｕｐｅｒ ｄｉｒｅｃｔｉｖｅ ａｅｒｉａｌ ａｒ
ｒａｙｓ”（ｐｒｏｃ．Ｉｎｓｔ．Ｅｌｅｃｔｒ．Ｅｎ
ｇ．、１００、Ｐａｒｔ III、６７、ｐ．３０３（Ｓｅ
ｐｔ．１９５３））や、文献「電子情報通信学会編アン
テナ工学ハンドブック」、ｐ．２１１、（１９８０）に
記載されている。ところが、後述のように物理的制約等
が厳しいため実用化されてはいない。
【０００３】図９（ａ）には、アレイアンテナの構成が
示されている。同図（ａ）に示されているアレイアンテ
ナは４つのアンテナ素子Ａ−１〜Ａ−４によって構成さ
れている。これら４つのアンテナ素子Ａ−１〜Ａ−４に
よる受信信号は、ＲＦ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃ
ｙ）合成されて出力される。このように構成されたアレ
イアンテナについての方向に対する指向性利得（以降、
指向性パターンと呼ぶ）が同図（ｂ）に示されている。
示されている。同図（ａ）に示されているアレイアンテ
ナは４つのアンテナ素子Ａ−１〜Ａ−４によって構成さ
れている。これら４つのアンテナ素子Ａ−１〜Ａ−４に
よる受信信号は、ＲＦ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃ
ｙ）合成されて出力される。このように構成されたアレ
イアンテナについての方向に対する指向性利得（以降、
指向性パターンと呼ぶ）が同図（ｂ）に示されている。
【０００４】同図（ａ）に示されているような素子間隔
の狭い（例えば波長λの１／４程度以下；以後λ／４と
略す）アレイアンテナに通常の同相合成を行うと、素子
間隔が減少するのに従い、指向性利得は低下する。すな
わち、図１０中の破線で示されているように、素子間隔
の狭いアレイアンテナに通常の同相合成を行うと、素子
間隔が減少するのに従い指向性利得は低下する。このと
きの指向性パターン及びリターンロス（Ｓ１１）が図９
（ｂ）及び図９（ｃ）に示されている。
の狭い（例えば波長λの１／４程度以下；以後λ／４と
略す）アレイアンテナに通常の同相合成を行うと、素子
間隔が減少するのに従い、指向性利得は低下する。すな
わち、図１０中の破線で示されているように、素子間隔
の狭いアレイアンテナに通常の同相合成を行うと、素子
間隔が減少するのに従い指向性利得は低下する。このと
きの指向性パターン及びリターンロス（Ｓ１１）が図９
（ｂ）及び図９（ｃ）に示されている。
【０００５】一方、図１１（ａ）に示されているように
アンテナ素子Ａ−１〜Ａ−４間の位相差を交互に反転さ
せるような給電を行い、超指向性アンテナを構成する場
合を考える。このような構成において、アンテナ素子を
Ｎ個（Ｎは２以上の整数）とし、Ｎ個のアンテナ素子の
素子間隔を零に近づけた場合、理論的にはＮ2 の指向性
利得が得られることが知られている。すなわち、図１０
中の実線で示されているように、素子数２のとき指向性
利得が２2 ＝４、素子数３のとき指向性利得が３2 ＝
９、素子数４のとき指向性利得が４2 ＝１６となる。こ
のときの指向性パターンが図１１（ｂ）に、リターンロ
ス（Ｓ１１）が図１１（ｃ）に示されている。両図を参
照すると、超指向性アンテナにおいては、ビーム幅が狭
くなりかつ帯域幅も狭くなることが分かる。
アンテナ素子Ａ−１〜Ａ−４間の位相差を交互に反転さ
せるような給電を行い、超指向性アンテナを構成する場
合を考える。このような構成において、アンテナ素子を
Ｎ個（Ｎは２以上の整数）とし、Ｎ個のアンテナ素子の
素子間隔を零に近づけた場合、理論的にはＮ2 の指向性
利得が得られることが知られている。すなわち、図１０
中の実線で示されているように、素子数２のとき指向性
利得が２2 ＝４、素子数３のとき指向性利得が３2 ＝
９、素子数４のとき指向性利得が４2 ＝１６となる。こ
のときの指向性パターンが図１１（ｂ）に、リターンロ
ス（Ｓ１１）が図１１（ｃ）に示されている。両図を参
照すると、超指向性アンテナにおいては、ビーム幅が狭
くなりかつ帯域幅も狭くなることが分かる。
【０００６】しかしながら、超指向性アンテナは高利得
化の代償として不可視域への電力放射が増大するためア
ンテナのＱ値が大きくなる。このため給電部を含めたア
ンテナ内部における導体損失が大きくなりアンテナの効
率低下が発生する。なお、指向性利得をＤとすると、Ｑ
＝Ｄ／Ｆ（Ｆは効率係数）である。このアンテナの効率
低下を改善するにはアンテナ及び給電回路を冷却し、導
体損失を抑えることが必要である。すなわち、図１１
（ａ）においては、Ｎ個のアンテナ素子は恒温容器内に
収容され、かつ、冷却装置が用意されている。
化の代償として不可視域への電力放射が増大するためア
ンテナのＱ値が大きくなる。このため給電部を含めたア
ンテナ内部における導体損失が大きくなりアンテナの効
率低下が発生する。なお、指向性利得をＤとすると、Ｑ
＝Ｄ／Ｆ（Ｆは効率係数）である。このアンテナの効率
低下を改善するにはアンテナ及び給電回路を冷却し、導
体損失を抑えることが必要である。すなわち、図１１
（ａ）においては、Ｎ個のアンテナ素子は恒温容器内に
収容され、かつ、冷却装置が用意されている。
【０００７】また、超指向性アンテナは放射電力よりア
ンテナ近傍のリアクテイブ電力のほうがはるかに大き
い。このため、極めて狭帯域なアンテナとなる。さら
に、この超指向性を得るのに必要な各アンテナ素子間で
の位相及び振幅の関係は、微妙であり僅かな位相のずれ
があっても超指向性状態が崩れてしまう。例えば、ある
アンテナ素子の位相を１度ずらしただけで超指向性では
なくなってしまうこともある。この微妙な位相及び振幅
をマイクロストリップ線路等の給電回路で実現（ＲＦ合
成）することは物理的制限（製作精度・安定度）より容
易ではなく、アンテナ素子数が増加するに従いその困難
度も高くなる。
ンテナ近傍のリアクテイブ電力のほうがはるかに大き
い。このため、極めて狭帯域なアンテナとなる。さら
に、この超指向性を得るのに必要な各アンテナ素子間で
の位相及び振幅の関係は、微妙であり僅かな位相のずれ
があっても超指向性状態が崩れてしまう。例えば、ある
アンテナ素子の位相を１度ずらしただけで超指向性では
なくなってしまうこともある。この微妙な位相及び振幅
をマイクロストリップ線路等の給電回路で実現（ＲＦ合
成）することは物理的制限（製作精度・安定度）より容
易ではなく、アンテナ素子数が増加するに従いその困難
度も高くなる。
【０００８】２素子ヘリカルアンテナを用いた超指向性
アンテナの実測例は報告されているが、ＲＦ合成に必要
な整合回路の微妙な調整が必須であるため、多素子化は
難しい。このことは、Ｋ．Ｉｔｏｈ、Ｏ．Ｉｓｈｉ、
Ｙ．Ｎａｇａｉ、Ｎ．Ｓｕｚｕｋｉ、Ｙ．Ｋｉｍａｃｈ
ｉ ａｎｄ Ｏ．Ｍｉｃｈｉｋａｍｉによる文献、“Ｈ
ｉｇｈ−Ｔｃ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｓｍ
ａｌｌ Ａｎｔｅｎｎａｓ”（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．
Ａｐｐｌｉｅｄ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔ
ｙ、Ｖｏｌ．３．Ｎｏ．１、Ｍａｒｃｈ １９９３）に
記載されている。このため、多素子アレイにおける超指
向性の実現例は報告されていない。
アンテナの実測例は報告されているが、ＲＦ合成に必要
な整合回路の微妙な調整が必須であるため、多素子化は
難しい。このことは、Ｋ．Ｉｔｏｈ、Ｏ．Ｉｓｈｉ、
Ｙ．Ｎａｇａｉ、Ｎ．Ｓｕｚｕｋｉ、Ｙ．Ｋｉｍａｃｈ
ｉ ａｎｄ Ｏ．Ｍｉｃｈｉｋａｍｉによる文献、“Ｈ
ｉｇｈ−Ｔｃ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｓｍ
ａｌｌ Ａｎｔｅｎｎａｓ”（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．
Ａｐｐｌｉｅｄ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔ
ｙ、Ｖｏｌ．３．Ｎｏ．１、Ｍａｒｃｈ １９９３）に
記載されている。このため、多素子アレイにおける超指
向性の実現例は報告されていない。
【０００９】一方、給電回路（ＲＦ合成）によって位相
及び振幅を固定的に与えるとアンテナ系全体が狭帯域と
なり、受信機を含めた系も狭帯域となってしまう。その
結果として広帯域の通信システムに適用することができ
なくなるという問題点もある。指向性合成に関しても重
要な問題が存在する。超指向性用アレイアンテナは、ア
ンテナ素子間隔が極めて狭いため、素子間の電磁的相互
結合が大きく各素子の指向性は一様とならない。これに
対し、素子間隔λ／２程度以上のアレイアンテナであれ
ば両端の素子を除きほぼ一様な指向性が得られ、指向性
合成に支障はない。超指向性合成は隣り合う素子間で反
転するような位相関係が必要であるため、各素子指向性
は重要な設計要因である。つまり、超指向性となる位相
及び振幅を得るには各素子の動作時の素子指向性が必要
である。
及び振幅を固定的に与えるとアンテナ系全体が狭帯域と
なり、受信機を含めた系も狭帯域となってしまう。その
結果として広帯域の通信システムに適用することができ
なくなるという問題点もある。指向性合成に関しても重
要な問題が存在する。超指向性用アレイアンテナは、ア
ンテナ素子間隔が極めて狭いため、素子間の電磁的相互
結合が大きく各素子の指向性は一様とならない。これに
対し、素子間隔λ／２程度以上のアレイアンテナであれ
ば両端の素子を除きほぼ一様な指向性が得られ、指向性
合成に支障はない。超指向性合成は隣り合う素子間で反
転するような位相関係が必要であるため、各素子指向性
は重要な設計要因である。つまり、超指向性となる位相
及び振幅を得るには各素子の動作時の素子指向性が必要
である。
【００１０】ここで、数学的には、無指向性のアンテナ
を仮定すると超指向性となる位相及び振幅を求めること
はできる。しかしながら、実際には素子間結合があり、
指向性を有するアンテナにそれらの値を適用しても超指
向性を実現することはできない。
を仮定すると超指向性となる位相及び振幅を求めること
はできる。しかしながら、実際には素子間結合があり、
指向性を有するアンテナにそれらの値を適用しても超指
向性を実現することはできない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】従来の給電回路を用い
た合成方法（ＲＦ合成）において動作状態、すなわち位
相及び振幅を与えた給電回路と接続され実装した状態で
の素子指向性を測定することができないために素子指向
性を考慮した超指向性合成は難しい。このように複数の
設計要素を全て考慮した上で多素子・高精度・広帯域の
超指向性アンテナ系ハードウェアを設計することは技術
的に困難であった。
た合成方法（ＲＦ合成）において動作状態、すなわち位
相及び振幅を与えた給電回路と接続され実装した状態で
の素子指向性を測定することができないために素子指向
性を考慮した超指向性合成は難しい。このように複数の
設計要素を全て考慮した上で多素子・高精度・広帯域の
超指向性アンテナ系ハードウェアを設計することは技術
的に困難であった。
【００１２】本発明は上述した従来技術の欠点を解決す
るためになされたものであり、その目的は多素子アレイ
アンテナにおいて超指向性利得を実現すること、素子指
向性を考慮したより高精度な超指向性を合成すること、
更に、アンテナシステム全体として広帯域性を確保する
ことのできる超指向性アレイアンテナシステム、超指向
性アレイアンテナ制御方法を提供することである。
るためになされたものであり、その目的は多素子アレイ
アンテナにおいて超指向性利得を実現すること、素子指
向性を考慮したより高精度な超指向性を合成すること、
更に、アンテナシステム全体として広帯域性を確保する
ことのできる超指向性アレイアンテナシステム、超指向
性アレイアンテナ制御方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１による
超指向性アレイアンテナシステムは、複数のアンテナ素
子から構成され超指向性が実現できる素子間隔を有する
アレイアンテナを含む超指向性アレイアンテナシステム
であって、前記アレイアンテナを構成する複数のアンテ
ナ素子それぞれの指向性データに応じてウェイトデータ
を生成するウェイト生成手段と、このウェイト生成手段
により生成されたウェイトデータを用いて、前記アレイ
アンテナを構成する複数のアンテナ素子に対して重み付
けを行う重み付け手段とを含むことを特徴とする。
超指向性アレイアンテナシステムは、複数のアンテナ素
子から構成され超指向性が実現できる素子間隔を有する
アレイアンテナを含む超指向性アレイアンテナシステム
であって、前記アレイアンテナを構成する複数のアンテ
ナ素子それぞれの指向性データに応じてウェイトデータ
を生成するウェイト生成手段と、このウェイト生成手段
により生成されたウェイトデータを用いて、前記アレイ
アンテナを構成する複数のアンテナ素子に対して重み付
けを行う重み付け手段とを含むことを特徴とする。
【００１４】本発明の請求項２による超指向性アレイア
ンテナシステムは、請求項１において、前記超指向性が
実現できる素子間隔は、受信及び送信の少なくとも一方
がなされる信号についての１／４波長以下の間隔である
ことを特徴とする。本発明の請求項３による超指向性ア
レイアンテナシステムは、請求項１又は２において、前
記ウェイト生成手段は、雑音に対する信号の比を最大に
するウェイトデータを生成することを特徴とする。
ンテナシステムは、請求項１において、前記超指向性が
実現できる素子間隔は、受信及び送信の少なくとも一方
がなされる信号についての１／４波長以下の間隔である
ことを特徴とする。本発明の請求項３による超指向性ア
レイアンテナシステムは、請求項１又は２において、前
記ウェイト生成手段は、雑音に対する信号の比を最大に
するウェイトデータを生成することを特徴とする。
【００１５】本発明の請求項４による超指向性アレイア
ンテナシステムは、請求項１乃至３のいずれか１項にお
いて、前記ウェイト生成手段は、複数のアンテナ素子に
ついてのキャリブレーション処理と、この処理部によっ
て取得される指向性データについての保存処理と、この
保存処理された指向性データを参照して前記ウェイトデ
ータを計算するウェイト計算処理とを行うことを特徴と
する。本発明の請求項５による超指向性アレイアンテナ
システムは、請求項１乃至４のいずれか１項において、
前記アレイアンテナに対する信号系統を複数に分岐し、
この分岐された複数の信号系統それぞれに前記ウェイト
生成手段を設けたことを特徴とする。
ンテナシステムは、請求項１乃至３のいずれか１項にお
いて、前記ウェイト生成手段は、複数のアンテナ素子に
ついてのキャリブレーション処理と、この処理部によっ
て取得される指向性データについての保存処理と、この
保存処理された指向性データを参照して前記ウェイトデ
ータを計算するウェイト計算処理とを行うことを特徴と
する。本発明の請求項５による超指向性アレイアンテナ
システムは、請求項１乃至４のいずれか１項において、
前記アレイアンテナに対する信号系統を複数に分岐し、
この分岐された複数の信号系統それぞれに前記ウェイト
生成手段を設けたことを特徴とする。
【００１６】本発明の請求項６による超指向性アレイア
ンテナシステムは、請求項１乃至４のいずれか１項にお
いて、前記アレイアンテナに対する信号系統を送信用及
び受信用に分岐し、この分岐された送信用及び受信用の
信号系統に共通に前記ウェイト生成手段を設けたことを
特徴とする。本発明の請求項７による超指向性アレイア
ンテナシステムは、請求項１乃至４のいずれか１項にお
いて、前記アレイアンテナを送信用及び受信用にそれぞ
れ設け、それらアレイアンテナに対して共通に設けられ
たウェイト生成手段により生成されたウェイトデータを
用いて、それらアレイアンテナを構成する複数のアンテ
ナ素子に対して重み付けを行うことを特徴とする。
ンテナシステムは、請求項１乃至４のいずれか１項にお
いて、前記アレイアンテナに対する信号系統を送信用及
び受信用に分岐し、この分岐された送信用及び受信用の
信号系統に共通に前記ウェイト生成手段を設けたことを
特徴とする。本発明の請求項７による超指向性アレイア
ンテナシステムは、請求項１乃至４のいずれか１項にお
いて、前記アレイアンテナを送信用及び受信用にそれぞ
れ設け、それらアレイアンテナに対して共通に設けられ
たウェイト生成手段により生成されたウェイトデータを
用いて、それらアレイアンテナを構成する複数のアンテ
ナ素子に対して重み付けを行うことを特徴とする。
【００１７】本発明の請求項８による超指向性アレイア
ンテナ制御方法は、複数のアンテナ素子から構成され超
指向性が実現できる素子間隔を有するアレイアンテナの
制御方法であって、前記アレイアンテナを構成する複数
のアンテナ素子それぞれの指向性データに応じてウェイ
トデータを生成するウェイト生成ステップと、このウェ
イト生成ステップにおいて生成されたウェイトデータを
用いて、前記アレイアンテナを構成する複数のアンテナ
素子に対して重み付けを行う重み付けステップとを含む
ことを特徴とする。
ンテナ制御方法は、複数のアンテナ素子から構成され超
指向性が実現できる素子間隔を有するアレイアンテナの
制御方法であって、前記アレイアンテナを構成する複数
のアンテナ素子それぞれの指向性データに応じてウェイ
トデータを生成するウェイト生成ステップと、このウェ
イト生成ステップにおいて生成されたウェイトデータを
用いて、前記アレイアンテナを構成する複数のアンテナ
素子に対して重み付けを行う重み付けステップとを含む
ことを特徴とする。
【００１８】本発明の請求項９による超指向性アレイア
ンテナ制御方法は、請求項８において、前記超指向性が
実現できる素子間隔は、受信及び送信の少なくとも一方
がなされる信号についての１／４波長以下の間隔である
ことを特徴とする。本発明の請求項１０による超指向性
アレイアンテナ制御方法は、請求項８又は９において、
前記ウェイト生成ステップにおいては、雑音に対する信
号の比を最大にするウェイトデータを生成することを特
徴とする。
ンテナ制御方法は、請求項８において、前記超指向性が
実現できる素子間隔は、受信及び送信の少なくとも一方
がなされる信号についての１／４波長以下の間隔である
ことを特徴とする。本発明の請求項１０による超指向性
アレイアンテナ制御方法は、請求項８又は９において、
前記ウェイト生成ステップにおいては、雑音に対する信
号の比を最大にするウェイトデータを生成することを特
徴とする。
【００１９】本発明の請求項１１による超指向性アレイ
アンテナ制御方法は、請求項８乃至１０のいずれか１項
において、前記ウェイト生成ステップにおいては、複数
のアンテナ素子についてのキャリブレーション処理と、
この処理部によって取得される指向性データについての
保存処理と、この保存処理された指向性データを参照し
て前記ウェイトデータを計算するウェイト計算処理とを
行うことを特徴とする。
アンテナ制御方法は、請求項８乃至１０のいずれか１項
において、前記ウェイト生成ステップにおいては、複数
のアンテナ素子についてのキャリブレーション処理と、
この処理部によって取得される指向性データについての
保存処理と、この保存処理された指向性データを参照し
て前記ウェイトデータを計算するウェイト計算処理とを
行うことを特徴とする。
【００２０】要するに、本システムでは、超指向性が実
現できる素子間隔を有するアレイアンテナと、各々の素
子に接続された受信機と、各々の素子指向性データを記
録・蓄積する装置と超指向性合成回路とを搭載し、ディ
ジタルビーム合成により多素子・広帯域の超指向性アレ
イアンテナを実現しているのである。
現できる素子間隔を有するアレイアンテナと、各々の素
子に接続された受信機と、各々の素子指向性データを記
録・蓄積する装置と超指向性合成回路とを搭載し、ディ
ジタルビーム合成により多素子・広帯域の超指向性アレ
イアンテナを実現しているのである。
【００２１】
【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。以下の説明において参照す
る各図においては、他の図と同等部分に同一符号が付さ
れている。以下、図１〜図８を参照し、本発明による超
指向性アレイアンテナシステムの実施例について説明す
る。 （第１の実施例）本発明による超指向性アレイアンテナ
システムの第１の実施例の構成が図１に示されている。
同図（ａ）においては、素子間隔λ／４以下のアレイア
ンテナを用いている。また、アレイアンテナは４素子の
ものを用いている。このアレイアンテナの各アンテナ素
子Ａ−１〜Ａ−４に受信機（Ｒｘ）Ｒ−１〜Ｒ−４が取
り付けられている。これら受信機Ｒ−１〜Ｒ−４は、各
アンテナ素子によって受信されるＲＦアナログ信号をベ
ースバンドディジタル信号に変換する装置である。
施の形態について説明する。以下の説明において参照す
る各図においては、他の図と同等部分に同一符号が付さ
れている。以下、図１〜図８を参照し、本発明による超
指向性アレイアンテナシステムの実施例について説明す
る。 （第１の実施例）本発明による超指向性アレイアンテナ
システムの第１の実施例の構成が図１に示されている。
同図（ａ）においては、素子間隔λ／４以下のアレイア
ンテナを用いている。また、アレイアンテナは４素子の
ものを用いている。このアレイアンテナの各アンテナ素
子Ａ−１〜Ａ−４に受信機（Ｒｘ）Ｒ−１〜Ｒ−４が取
り付けられている。これら受信機Ｒ−１〜Ｒ−４は、各
アンテナ素子によって受信されるＲＦアナログ信号をベ
ースバンドディジタル信号に変換する装置である。
【００２２】各々のアンテナ素子データは超指向性ウェ
イト生成回路１０に転送されキャリブレーション及び素
子指向性データとして処理・保存される。超指向性ウェ
イト生成回路１０は放射したい方向に対して上記指向性
データをもとにして超指向性ウェイト生成回路１０によ
りウェイトデータを生成する。生成されたウェイトデー
タはウェイト部３０に与えられ、各受信機Ｒ−１〜Ｒ−
４の出力に乗算される。この乗算後のベースバンド信号
が合成されて出力される。
イト生成回路１０に転送されキャリブレーション及び素
子指向性データとして処理・保存される。超指向性ウェ
イト生成回路１０は放射したい方向に対して上記指向性
データをもとにして超指向性ウェイト生成回路１０によ
りウェイトデータを生成する。生成されたウェイトデー
タはウェイト部３０に与えられ、各受信機Ｒ−１〜Ｒ−
４の出力に乗算される。この乗算後のベースバンド信号
が合成されて出力される。
【００２３】ここで、超指向性ウェイト生成回路１０は
アンテナの雑音に対する信号の比（ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ
−ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ；以下ＳＮＲと略す）を最大
にするように動作している。この超指向性ウェイト生成
回路１０の構成例について図２を参照して説明する。同
図を参照すると、超指向性ウェイト生成回路１０は、素
子指向性データメモリ１１と、超指向性ウェイト生成部
１２とを含んで構成されており、素子指向性データを入
力とし、アンテナウェイトデータを出力とする。
アンテナの雑音に対する信号の比（ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ
−ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ；以下ＳＮＲと略す）を最大
にするように動作している。この超指向性ウェイト生成
回路１０の構成例について図２を参照して説明する。同
図を参照すると、超指向性ウェイト生成回路１０は、素
子指向性データメモリ１１と、超指向性ウェイト生成部
１２とを含んで構成されており、素子指向性データを入
力とし、アンテナウェイトデータを出力とする。
【００２４】超指向性ウェイト生成回路１０における超
指向性合成手順について図３を参照して説明する。同図
に示されているように、超指向性合成手順には、素子間
キャリブレーション処理Ｓ１、及び素子指向性データ取
得・保存処理Ｓ２からなるフェーズ０と、素子指向性デ
ータ参照処理Ｓ３、超指向性ウェイト計算処理Ｓ４、及
び超指向性合成処理Ｓ５からなるフェーズ１とがある。
フェーズ０においては、まず、素子間キャリブレーショ
ン処理Ｓ１及び素子指向性データ取得・保存処理Ｓ２を
行う。アレイアンテナをベースバンドで合成する際（デ
ィジタルビームフォーミング）は、アンテナ素子から入
力されてベースバンドに変換される経路において、伝達
関数が各アンテナ素子間で同一になることが必要であ
る。ある電波が入力される時に、アンテナ素子間で生じ
る位相差及び振幅差がベースバンドにおいても維持され
ることは難しい。このため、予めアンテナ素子間の位相
差及び振幅差を測定し（Ｓ１）、これを保存する（Ｓ
２）。そして、この保存したデータを用いて運用時に補
正する。
指向性合成手順について図３を参照して説明する。同図
に示されているように、超指向性合成手順には、素子間
キャリブレーション処理Ｓ１、及び素子指向性データ取
得・保存処理Ｓ２からなるフェーズ０と、素子指向性デ
ータ参照処理Ｓ３、超指向性ウェイト計算処理Ｓ４、及
び超指向性合成処理Ｓ５からなるフェーズ１とがある。
フェーズ０においては、まず、素子間キャリブレーショ
ン処理Ｓ１及び素子指向性データ取得・保存処理Ｓ２を
行う。アレイアンテナをベースバンドで合成する際（デ
ィジタルビームフォーミング）は、アンテナ素子から入
力されてベースバンドに変換される経路において、伝達
関数が各アンテナ素子間で同一になることが必要であ
る。ある電波が入力される時に、アンテナ素子間で生じ
る位相差及び振幅差がベースバンドにおいても維持され
ることは難しい。このため、予めアンテナ素子間の位相
差及び振幅差を測定し（Ｓ１）、これを保存する（Ｓ
２）。そして、この保存したデータを用いて運用時に補
正する。
【００２５】素子指向性データメモリ１１に保存してお
くデータは、図４に示されているような、アレイアンテ
ナを構成する各アンテナ素子Ａ−１〜Ａ−４それぞれに
ついての指向性パターンについてのデータ（ディジタル
データ）である。同図に示されているデータは、横軸が
角度（アンテナを中心とする方向）で、縦軸が指向性利
得である。具体的には、図５に示されている構成を用い
てアンテナ素子Ａ−１〜Ａ−４それぞれの相互間の位相
差及び振幅差を測定し、保存する。すなわち、各アンテ
ナ素子Ａ−１〜Ａ−Ｎそれぞれに対応させて受信機Ｒ−
１〜Ｒ−Ｎを設ける。各アンテナ素子Ａ−１〜Ａ−Ｎと
受信機Ｒ−１〜Ｒ−Ｎとの間には、フィルタｆ−１〜ｆ
−Ｎ及びアンプｇ−１〜ｇ−Ｎを設けておく。かかる構
成において各アンテナ素子Ａ−１〜Ａ−Ｎによって受信
したアナログ信号を、フィルタｆ−１〜ｆ−Ｎ及びアン
プｇ−１〜ｇ−Ｎ並びに受信機Ｒ−１〜Ｒ−Ｎによって
ベースバンド信号に変換し、素子指向性データを得る。
このデータを素子指向性データメモリ１１に保存する。
くデータは、図４に示されているような、アレイアンテ
ナを構成する各アンテナ素子Ａ−１〜Ａ−４それぞれに
ついての指向性パターンについてのデータ（ディジタル
データ）である。同図に示されているデータは、横軸が
角度（アンテナを中心とする方向）で、縦軸が指向性利
得である。具体的には、図５に示されている構成を用い
てアンテナ素子Ａ−１〜Ａ−４それぞれの相互間の位相
差及び振幅差を測定し、保存する。すなわち、各アンテ
ナ素子Ａ−１〜Ａ−Ｎそれぞれに対応させて受信機Ｒ−
１〜Ｒ−Ｎを設ける。各アンテナ素子Ａ−１〜Ａ−Ｎと
受信機Ｒ−１〜Ｒ−Ｎとの間には、フィルタｆ−１〜ｆ
−Ｎ及びアンプｇ−１〜ｇ−Ｎを設けておく。かかる構
成において各アンテナ素子Ａ−１〜Ａ−Ｎによって受信
したアナログ信号を、フィルタｆ−１〜ｆ−Ｎ及びアン
プｇ−１〜ｇ−Ｎ並びに受信機Ｒ−１〜Ｒ−Ｎによって
ベースバンド信号に変換し、素子指向性データを得る。
このデータを素子指向性データメモリ１１に保存する。
【００２６】以上のように、素子間キャリブレーション
処理Ｓ１及び素子指向性データ取得・保存処理Ｓ２、す
なわち上記のフェーズ０においては、上記の指向性パタ
ーンデータを予め測定し、これを素子指向性データメモ
リ１１に保存する。次に、図２における超指向性ウェイ
ト生成部１２における処理、すなわち図３における素子
指向性データ参照処理Ｓ３、超指向性ウェイト計算処理
Ｓ４、及び超指向性合成処理Ｓ５について説明する。こ
れらの処理Ｓ３〜Ｓ５すなわち上記のフェーズ１におい
ては、素子指向性データメモリ１１に保存されている素
子指向性データを参照し、アレイアンテナについてのＳ
ＮＲを最大にするためのウェイトデータを求める。
処理Ｓ１及び素子指向性データ取得・保存処理Ｓ２、す
なわち上記のフェーズ０においては、上記の指向性パタ
ーンデータを予め測定し、これを素子指向性データメモ
リ１１に保存する。次に、図２における超指向性ウェイ
ト生成部１２における処理、すなわち図３における素子
指向性データ参照処理Ｓ３、超指向性ウェイト計算処理
Ｓ４、及び超指向性合成処理Ｓ５について説明する。こ
れらの処理Ｓ３〜Ｓ５すなわち上記のフェーズ１におい
ては、素子指向性データメモリ１１に保存されている素
子指向性データを参照し、アレイアンテナについてのＳ
ＮＲを最大にするためのウェイトデータを求める。
【００２７】本システムにおいては、アレイアンテナに
ついてのＳＮＲを最大にするための手法として、例え
ば、Ｒｏｂｅｒｔ Ｊ．Ｄｉｎｇｅｒ、Ｄｏｎａｌｄ
Ｒ．Ｂｏｗｌｉｎｇ、ａｎｄ Ａｎｎａ Ｍ．Ｍａｒｔ
ｉｎによる文献“Ａ Ｓｕｒｖｅｙ ｏｆ Ｐｏｓｓｉ
ｂｌｅ Ｐａｓｓｉｖｅ Ａｎｔｅｎｎａ Ａｐｐｌｉ
ｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｉｇｈ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒ
ｅ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ”、ＩＥＥＥ Ｔ
ＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＮ ＭＩＣＲＯＷＡＶＥ
ＴＨＥＯＲＹ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ、 ＶＯ
Ｌ．３９、ＮＯ．９、ｐ．１５０３、（Ｓｅｐｔ． １
９９１）に記載されている手法を用いる。同文献に記載
されている、ＳＮＲを最大にするためのウェイトデータ
を計算する手法について、以下説明する。
ついてのＳＮＲを最大にするための手法として、例え
ば、Ｒｏｂｅｒｔ Ｊ．Ｄｉｎｇｅｒ、Ｄｏｎａｌｄ
Ｒ．Ｂｏｗｌｉｎｇ、ａｎｄ Ａｎｎａ Ｍ．Ｍａｒｔ
ｉｎによる文献“Ａ Ｓｕｒｖｅｙ ｏｆ Ｐｏｓｓｉ
ｂｌｅ Ｐａｓｓｉｖｅ Ａｎｔｅｎｎａ Ａｐｐｌｉ
ｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｉｇｈ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒ
ｅ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ”、ＩＥＥＥ Ｔ
ＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＮ ＭＩＣＲＯＷＡＶＥ
ＴＨＥＯＲＹ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ、 ＶＯ
Ｌ．３９、ＮＯ．９、ｐ．１５０３、（Ｓｅｐｔ． １
９９１）に記載されている手法を用いる。同文献に記載
されている、ＳＮＲを最大にするためのウェイトデータ
を計算する手法について、以下説明する。
【００２８】まず、角度θの関数である指向性関数ｆ
（θ）は、式（１）のようになる。
（θ）は、式（１）のようになる。
【００２９】
【数１】
【００３０】ここで、Ｗn ＝Ａn ｅjθ、ｋ＝２π／λ
（λは波長）である。そして、式（１）におけるウェイ
トＷn は、式（２）のベクトルＷn で与えられる。
（λは波長）である。そして、式（１）におけるウェイ
トＷn は、式（２）のベクトルＷn で与えられる。
【００３１】
【数２】
【００３２】式（２）において、Ｔは転置行列であるこ
とを示している。素子指向性データをＡn （θ）とする
と、信号ベクトルは、
とを示している。素子指向性データをＡn （θ）とする
と、信号ベクトルは、
【００３３】
【数３】
【００３４】となる。式（１）を簡略化すると、式
（４）のようになる。
（４）のようになる。
【００３５】
【数４】
【００３６】角度θの関数である信号出力電力は、式
（５）のようになる。
（５）のようになる。
【００３７】
【数５】
【００３８】ここで、式（５）の右辺のＰは重なりスペ
クトル密度行列（ｃｒｏｓｓ−ｓｐｅｃｔｒａｌ ｄｅ
ｎｓｉｔｙ ｍａｔｒｉｘ）であり、Ｐ＝ＳＳ* で与え
られるテンソル積である。一方、ノイズ出力電力は式
（６）のようになる。
クトル密度行列（ｃｒｏｓｓ−ｓｐｅｃｔｒａｌ ｄｅ
ｎｓｉｔｙ ｍａｔｒｉｘ）であり、Ｐ＝ＳＳ* で与え
られるテンソル積である。一方、ノイズ出力電力は式
（６）のようになる。
【００３９】
【数６】
【００４０】ここで、式（６）の右辺のＲはノイズ共分
散行列（ｎｏｉｓｅ ｃｏｖａｒｉａｎｃｅ ｍａｔｒ
ｉｘ）であり、式（７）で与えられる。
散行列（ｎｏｉｓｅ ｃｏｖａｒｉａｎｃｅ ｍａｔｒ
ｉｘ）であり、式（７）で与えられる。
【００４１】
【数７】
【００４２】式（７）において、ｎi （ｔ）は素子ｉに
おけるノイズであり、時間（ｔ）の関数である。式
（５）及び式（６）を結合すると、θの関数であるＳＮ
Ｒ（θ）は式（８）で与えられる。
おけるノイズであり、時間（ｔ）の関数である。式
（５）及び式（６）を結合すると、θの関数であるＳＮ
Ｒ（θ）は式（８）で与えられる。
【００４３】
【数８】
【００４４】この式（８）で与えられるＳＮＲ（θ）を
最大とするＷは、
最大とするＷは、
【００４５】
【数９】
【００４６】ウェイトデータＷopt は式（１０）で与え
られる。
られる。
【００４７】
【数１０】
【００４８】
【数１１】
【００４９】以上が図３中の素子指向性データ参照処理
Ｓ３及び超指向性ウェイト計算処理Ｓ４である。上記の
式（１０）によって求められるウェイトデータＷopt を
用いて、図３中の超指向性合成処理Ｓ５が行われる。以
上のように、本システムによれば、素子間隔の狭い（超
指向性が実現できる素子間隔）アレイアンテナ、超指向
性ウェイト生成回路及びベースバンド受信・合成系統に
より、図１（ｂ）のような指向性パターン及び図１
（ｃ）のようなリターンロス特性を有する超指向性アン
テナを実現することができる。
Ｓ３及び超指向性ウェイト計算処理Ｓ４である。上記の
式（１０）によって求められるウェイトデータＷopt を
用いて、図３中の超指向性合成処理Ｓ５が行われる。以
上のように、本システムによれば、素子間隔の狭い（超
指向性が実現できる素子間隔）アレイアンテナ、超指向
性ウェイト生成回路及びベースバンド受信・合成系統に
より、図１（ｂ）のような指向性パターン及び図１
（ｃ）のようなリターンロス特性を有する超指向性アン
テナを実現することができる。
【００５０】なお、図１では、アレイアンテナは直線配
列となっているが、円環状や平面状等の任意の配列につ
いても本実施例を適用できることは明白である。 （第２の実施例）本発明による超指向性アレイアンテナ
システムの第２の実施例の構成が図６（ａ）に示されて
いる。本実施例においても素子間隔λ／４以下のアレイ
アンテナを用いる。本実施例は、上述した第１の実施例
（図１）において、各素子のベースバンドディジタル信
号が複数系統の処理装置に分配される構成である。本例
ではＮ個の系統＃１〜＃Ｎに分配されている。そして、
各系統それぞれについて、超指向性ウェイト生成回路１
０−１〜１０−Ｎ、及びウェイト部３０−１〜３０−Ｎ
を設けている。これら超指向性ウェイト生成回路１０−
１〜１０−Ｎ及びウェイト部３０−１〜３０−Ｎにおけ
る処理は、上述した第１の実施例の場合と同様である。
列となっているが、円環状や平面状等の任意の配列につ
いても本実施例を適用できることは明白である。 （第２の実施例）本発明による超指向性アレイアンテナ
システムの第２の実施例の構成が図６（ａ）に示されて
いる。本実施例においても素子間隔λ／４以下のアレイ
アンテナを用いる。本実施例は、上述した第１の実施例
（図１）において、各素子のベースバンドディジタル信
号が複数系統の処理装置に分配される構成である。本例
ではＮ個の系統＃１〜＃Ｎに分配されている。そして、
各系統それぞれについて、超指向性ウェイト生成回路１
０−１〜１０−Ｎ、及びウェイト部３０−１〜３０−Ｎ
を設けている。これら超指向性ウェイト生成回路１０−
１〜１０−Ｎ及びウェイト部３０−１〜３０−Ｎにおけ
る処理は、上述した第１の実施例の場合と同様である。
【００５１】かかる構成によれば、アンテナ素子及び受
信機が持ちうる帯域内において複数のサブ帯域用の合成
を複数の処理装置が分担することができる。つまり、本
実施例は、超指向性合成回路自体が狭帯域フィルタの機
能を有する構成である。この構成により、同図（ｂ）及
び（ｃ）に示されているように、システム全体での帯域
を拡大し、広帯域化を実現することができる。 （第３の実施例）本発明による超指向性アレイアンテナ
システムの第３の実施例の構成が図７に示されている。
本実施例においても素子間隔λ／４以下のアレイアンテ
ナを用いる。本実施例は、上述した第１の実施例（図
１）において、デュプレクサ２０を追加し、送信機（Ｔ
ｘ）Ｔ−１〜Ｔ−４及びウェイト部３０−Ｔを含む送信
系統を付加した構成である。すなわち、アンテナ素子Ａ
−１〜Ａ−４によるアンテナを、受信系統及び送信系統
について共通に用いている。超指向性ウェイト生成回路
１０並びにウェイト部３０−Ｔ及び３０−Ｒにおける処
理は、上述した第１の実施例の場合と同様である。
信機が持ちうる帯域内において複数のサブ帯域用の合成
を複数の処理装置が分担することができる。つまり、本
実施例は、超指向性合成回路自体が狭帯域フィルタの機
能を有する構成である。この構成により、同図（ｂ）及
び（ｃ）に示されているように、システム全体での帯域
を拡大し、広帯域化を実現することができる。 （第３の実施例）本発明による超指向性アレイアンテナ
システムの第３の実施例の構成が図７に示されている。
本実施例においても素子間隔λ／４以下のアレイアンテ
ナを用いる。本実施例は、上述した第１の実施例（図
１）において、デュプレクサ２０を追加し、送信機（Ｔ
ｘ）Ｔ−１〜Ｔ−４及びウェイト部３０−Ｔを含む送信
系統を付加した構成である。すなわち、アンテナ素子Ａ
−１〜Ａ−４によるアンテナを、受信系統及び送信系統
について共通に用いている。超指向性ウェイト生成回路
１０並びにウェイト部３０−Ｔ及び３０−Ｒにおける処
理は、上述した第１の実施例の場合と同様である。
【００５２】このような構成により、送信時においても
超指向性合成を実現できる。本実施例においては共通ア
ンテナを用いるので、アンテナ素子数を増加させずに、
受信系統及び送信系統を有するシステム全体を小型化で
きる。 （第４の実施例）本発明による超指向性アレイアンテナ
システムの第４の実施例の構成が図８に示されている。
本実施例においても素子間隔λ／４以下のアレイアンテ
ナを用いる。本実施例は、上述した第１の実施例（図
１）において、アンテナ素子Ａ−１Ｒ〜Ａ−４Ｒによる
受信系統とアンテナ素子Ａ−１Ｔ〜Ａ−４Ｔによる送信
系統とを別々に設け、両系統に共通に超指向性ウェイト
生成回路１０を設けた構成である。超指向性ウェイト生
成回路１０並びにウェイト部３０−Ｔ及び３０−Ｒにお
ける処理は、上述した第１の実施例の場合と同様であ
る。
超指向性合成を実現できる。本実施例においては共通ア
ンテナを用いるので、アンテナ素子数を増加させずに、
受信系統及び送信系統を有するシステム全体を小型化で
きる。 （第４の実施例）本発明による超指向性アレイアンテナ
システムの第４の実施例の構成が図８に示されている。
本実施例においても素子間隔λ／４以下のアレイアンテ
ナを用いる。本実施例は、上述した第１の実施例（図
１）において、アンテナ素子Ａ−１Ｒ〜Ａ−４Ｒによる
受信系統とアンテナ素子Ａ−１Ｔ〜Ａ−４Ｔによる送信
系統とを別々に設け、両系統に共通に超指向性ウェイト
生成回路１０を設けた構成である。超指向性ウェイト生
成回路１０並びにウェイト部３０−Ｔ及び３０−Ｒにお
ける処理は、上述した第１の実施例の場合と同様であ
る。
【００５３】このような構成により、送信時においても
超指向性合成を実現できる。本実施例においては共通の
超指向性ウェイト生成回路を用いるので、同回路の個数
を増加させず、受信系統及び送信系統を有するシステム
全体を小型化できる。ところで、以上説明した超指向性
アレイアンテナシステムにおいては、以下のような超指
向性アレイアンテナ制御方法が実現されている。すなわ
ち、複数のアンテナ素子から構成され超指向性が実現で
きる素子間隔を有するアレイアンテナの制御方法であ
り、上記アレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子
それぞれの指向性データに応じてウェイトデータを生成
するウェイト生成ステップと、このウェイト生成ステッ
プにおいて生成されたウェイトデータを用いて、上記ア
レイアンテナを構成する複数のアンテナ素子に対して重
み付けを行う重み付けステップとを含む制御方法が実現
されている。このとき、上記超指向性が実現できる素子
間隔は、受信及び送信の少なくとも一方がなされる信号
についての１／４波長以下の間隔である。
超指向性合成を実現できる。本実施例においては共通の
超指向性ウェイト生成回路を用いるので、同回路の個数
を増加させず、受信系統及び送信系統を有するシステム
全体を小型化できる。ところで、以上説明した超指向性
アレイアンテナシステムにおいては、以下のような超指
向性アレイアンテナ制御方法が実現されている。すなわ
ち、複数のアンテナ素子から構成され超指向性が実現で
きる素子間隔を有するアレイアンテナの制御方法であ
り、上記アレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子
それぞれの指向性データに応じてウェイトデータを生成
するウェイト生成ステップと、このウェイト生成ステッ
プにおいて生成されたウェイトデータを用いて、上記ア
レイアンテナを構成する複数のアンテナ素子に対して重
み付けを行う重み付けステップとを含む制御方法が実現
されている。このとき、上記超指向性が実現できる素子
間隔は、受信及び送信の少なくとも一方がなされる信号
についての１／４波長以下の間隔である。
【００５４】そして、上記ウェイト生成ステップにおい
ては、雑音に対する信号の比を最大にするウェイトデー
タを生成する。また、上記ウェイト生成ステップにおい
ては、複数のアンテナ素子についてのキャリブレーショ
ン処理と、この処理部によって取得される指向性データ
についての保存処理と、この保存処理された指向性デー
タを参照して上記ウェイトデータを計算するウェイト計
算処理とを行う。以上の制御方法を採用した場合、ディ
ジタルビーム合成により多素子・広帯域の超指向性アレ
イアンテナを実現することができる。
ては、雑音に対する信号の比を最大にするウェイトデー
タを生成する。また、上記ウェイト生成ステップにおい
ては、複数のアンテナ素子についてのキャリブレーショ
ン処理と、この処理部によって取得される指向性データ
についての保存処理と、この保存処理された指向性デー
タを参照して上記ウェイトデータを計算するウェイト計
算処理とを行う。以上の制御方法を採用した場合、ディ
ジタルビーム合成により多素子・広帯域の超指向性アレ
イアンテナを実現することができる。
【００５５】請求項の記載に関し、本発明は更に以下の
態様を採り得る。 （１）超指向性が実現できる素子間隔を有するアレイア
ンテナと、各々の素子に接続された受信機と、各々の素
子指向性データを記録・蓄積する装置と、超指向性合成
回路とを搭載しディジタルビーム合成により超指向性を
実現するアンテナ装置。 （２）超指向性が実現できる素子間隔を有するアレイア
ンテナと、アンテナ出力を分配する分配器と各々の素子
に接続された受信機と、各々の素子指向性データを記録
・蓄積する装置と超指向性合成回路を搭載しディジタル
ビーム合成により超指向性を実現するアンテナ装置。 （３）上記（１）のアンテナ装置において、各々の素子
にデュプレクサと、それに接続された送信機とを有する
アンテナ装置。 （４）上記（１）のアンテナ装置において、送信専用の
超指向性が実現できる素子間隔を有するアレイアンテナ
と、それに接続された送信機とを有するアンテナ装置。
態様を採り得る。 （１）超指向性が実現できる素子間隔を有するアレイア
ンテナと、各々の素子に接続された受信機と、各々の素
子指向性データを記録・蓄積する装置と、超指向性合成
回路とを搭載しディジタルビーム合成により超指向性を
実現するアンテナ装置。 （２）超指向性が実現できる素子間隔を有するアレイア
ンテナと、アンテナ出力を分配する分配器と各々の素子
に接続された受信機と、各々の素子指向性データを記録
・蓄積する装置と超指向性合成回路を搭載しディジタル
ビーム合成により超指向性を実現するアンテナ装置。 （３）上記（１）のアンテナ装置において、各々の素子
にデュプレクサと、それに接続された送信機とを有する
アンテナ装置。 （４）上記（１）のアンテナ装置において、送信専用の
超指向性が実現できる素子間隔を有するアレイアンテナ
と、それに接続された送信機とを有するアンテナ装置。
【００５６】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、超指向性
が実現できる素子間隔を有する複数のアンテナ素子それ
ぞれの位相差及び振幅差と指向性データとに応じてウェ
イトデータを生成し、生成されたウェイトデータを用い
て、各アンテナ素子に対して重み付けを行うことによ
り、従来不可能であった多素子超指向性アレイアンテナ
が実現できるという効果がある。また、このような構成
を、アンテナ素子に対して複数系統設けることにより、
広帯域通信システムに適用できるアンテナシステムを実
現できるという効果がある。さらに、送信側及び受信側
のアンテナを共通化するか、ウェイトデータの生成及び
重み付けを共通の構成で行うことにより、システム全体
を小型化できるという効果がある。
が実現できる素子間隔を有する複数のアンテナ素子それ
ぞれの位相差及び振幅差と指向性データとに応じてウェ
イトデータを生成し、生成されたウェイトデータを用い
て、各アンテナ素子に対して重み付けを行うことによ
り、従来不可能であった多素子超指向性アレイアンテナ
が実現できるという効果がある。また、このような構成
を、アンテナ素子に対して複数系統設けることにより、
広帯域通信システムに適用できるアンテナシステムを実
現できるという効果がある。さらに、送信側及び受信側
のアンテナを共通化するか、ウェイトデータの生成及び
重み付けを共通の構成で行うことにより、システム全体
を小型化できるという効果がある。
【図１】（ａ）は本発明による超指向性アレイアンテナ
システムの第１の実施例の構成を示すブロック図、
（ｂ）は指向性パターンを示す図、（ｃ）はリターンロ
ス特性を示す図である。
システムの第１の実施例の構成を示すブロック図、
（ｂ）は指向性パターンを示す図、（ｃ）はリターンロ
ス特性を示す図である。
【図２】図１中の超指向性ウェイト生成回路の構成例を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図３】図１中の超指向性ウェイト生成回路の処理手順
を示す図である。
を示す図である。
【図４】各アンテナ素子についての指向性データの例を
示す図である。
示す図である。
【図５】素子間キャリブレーション処理を行うための構
成を示す図である。
成を示す図である。
【図６】（ａ）は本発明による超指向性アレイアンテナ
システムの第２の実施例の構成を示すブロック図、
（ｂ）は指向性パターンを示す図、（ｃ）はリターンロ
ス特性を示す図である。
システムの第２の実施例の構成を示すブロック図、
（ｂ）は指向性パターンを示す図、（ｃ）はリターンロ
ス特性を示す図である。
【図７】（ａ）は本発明による超指向性アレイアンテナ
システムの第３の実施例の構成を示すブロック図、
（ｂ）は指向性パターンを示す図、（ｃ）はリターンロ
ス特性を示す図である。
システムの第３の実施例の構成を示すブロック図、
（ｂ）は指向性パターンを示す図、（ｃ）はリターンロ
ス特性を示す図である。
【図８】（ａ）は本発明による超指向性アレイアンテナ
システムの第４の実施例の構成を示すブロック図、
（ｂ）は指向性パターンを示す図、（ｃ）はリターンロ
ス特性を示す図である。
システムの第４の実施例の構成を示すブロック図、
（ｂ）は指向性パターンを示す図、（ｃ）はリターンロ
ス特性を示す図である。
【図９】（ａ）はアレイアンテナの一般的な構成を示す
ブロック図、（ｂ）は指向性パターンを示す図、（ｃ）
はリターンロス特性を示す図である。
ブロック図、（ｂ）は指向性パターンを示す図、（ｃ）
はリターンロス特性を示す図である。
【図１０】超指向性アレイアンテナの素子間隔と指向性
利得との関係を示す図である。
利得との関係を示す図である。
【図１１】（ａ）は超指向性合成アンテナの構成例を示
すブロック図、（ｂ）は指向性パターンを示す図、
（ｃ）はリターンロスを示す図である。
すブロック図、（ｂ）は指向性パターンを示す図、
（ｃ）はリターンロスを示す図である。
１０、１０−１〜１０−Ｎ 超指向性ウェイト生成回路
１１ 素子指向性データメモリ
１２ 超指向性ウェイト生成部
２０ デュプレクサ
３０、３０−１〜３０−Ｎ
３０−Ｔ、３０−Ｒ ウェイト部
Ａ−１〜Ａ−４
Ａ−１Ｒ〜Ａ−４Ｒ
Ａ−１Ｔ〜Ａ−４Ｔ アンテナ素子
Ｒ−１〜Ｒ−４ 受信機
Ｔ−１〜Ｔ−４ 送信機
フロントページの続き
(72)発明者 野島 俊雄
東京都千代田区永田町二丁目11番１号 株
式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ内
Ｆターム(参考） 5J021 AA04 AA06 AA11 DB01 EA02
FA13 FA23 FA26 FA30 FA32
GA04 GA08 HA05 JA02 JA07
Claims (11)
- 【請求項１】 複数のアンテナ素子から構成され超指向
性が実現できる素子間隔を有するアレイアンテナを含む
超指向性アレイアンテナシステムであって、前記アレイ
アンテナを構成する複数のアンテナ素子それぞれの指向
性データに応じてウェイトデータを生成するウェイト生
成手段と、このウェイト生成手段により生成されたウェ
イトデータを用いて、前記アレイアンテナを構成する複
数のアンテナ素子に対して重み付けを行う重み付け手段
とを含むことを特徴とする超指向性アレイアンテナシス
テム。 - 【請求項２】 前記超指向性が実現できる素子間隔は、
受信及び送信の少なくとも一方がなされる信号について
の１／４波長以下の間隔であることを特徴とする請求項
１記載の超指向性アレイアンテナシステム。 - 【請求項３】 前記ウェイト生成手段は、雑音に対する
信号の比を最大にするウェイトデータを生成することを
特徴とする請求項１又は２記載の超指向性アレイアンテ
ナシステム。 - 【請求項４】 前記ウェイト生成手段は、複数のアンテ
ナ素子についてのキャリブレーション処理と、この処理
部によって取得される指向性データについての保存処理
と、この保存処理された指向性データを参照して前記ウ
ェイトデータを計算するウェイト計算処理とを行うこと
を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超
指向性アレイアンテナシステム。 - 【請求項５】 前記アレイアンテナに対する信号系統を
複数に分岐し、この分岐された複数の信号系統それぞれ
に前記ウェイト生成手段を設けたことを特徴とする請求
項１乃至４のいずれか１項に記載の超指向性アレイアン
テナシステム。 - 【請求項６】 前記アレイアンテナに対する信号系統を
送信用及び受信用に分岐し、この分岐された送信用及び
受信用の信号系統に共通に前記ウェイト生成手段を設け
たことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記
載の超指向性アレイアンテナシステム。 - 【請求項７】 前記アレイアンテナを送信用及び受信用
にそれぞれ設け、それらアレイアンテナに対して共通に
設けられたウェイト生成手段により生成されたウェイト
データを用いて、それらアレイアンテナを構成する複数
のアンテナ素子に対して重み付けを行うことを特徴とす
る請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超指向性アレ
イアンテナシステム。 - 【請求項８】 複数のアンテナ素子から構成され超指向
性が実現できる素子間隔を有するアレイアンテナの制御
方法であって、前記アレイアンテナを構成する複数のア
ンテナ素子それぞれの指向性データに応じてウェイトデ
ータを生成するウェイト生成ステップと、このウェイト
生成ステップにおいて生成されたウェイトデータを用い
て、前記アレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子
に対して重み付けを行う重み付けステップとを含むこと
を特徴とする超指向性アレイアンテナ制御方法。 - 【請求項９】 前記超指向性が実現できる素子間隔は、
受信及び送信の少なくとも一方がなされる信号について
の１／４波長以下の間隔であることを特徴とする請求項
８記載の超指向性アレイアンテナ制御方法。 - 【請求項１０】 前記ウェイト生成ステップにおいて
は、雑音に対する信号の比を最大にするウェイトデータ
を生成することを特徴とする請求項８又は９記載の超指
向性アレイアンテナ制御方法。 - 【請求項１１】 前記ウェイト生成ステップにおいて
は、複数のアンテナ素子についてのキャリブレーション
処理と、この処理部によって取得される指向性データに
ついての保存処理と、この保存処理された指向性データ
を参照して前記ウェイトデータを計算するウェイト計算
処理とを行うことを特徴とする請求項８乃至１０のいず
れか１項に記載の超指向性アレイアンテナ制御方法。
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