JP6223244B2 - アンテナ装置及びアンテナ励振方法 - Google Patents

Description

この発明は、フェーズドアレーアンテナを構成する複数の素子アンテナの励振位相を調整して、低サイドローブ化を実現する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。

複数の素子アンテナから構成されているフェーズドアレーアンテナでは、複数の素子アンテナの励振分布（励振振幅位相）を制御することにより、単一のアンテナでは実現することが難しいアンテナ放射パターンを形成することができる。
フェーズドアレーアンテナでは、複数の素子アンテナに接続される移相器の移相量を制御することで、電子的にアンテナ放射パターンを制御することができるため、各種のレーダシステムや衛星搭載用アンテナとして広く利用されている。

上述の移相器には、移相量を連続的に可変するアナログ移相器と、移相量を離散的な値に切り換えるディジタル移相器とがある。
アナログ移相器では、高精度な制御が難しいため、一般的には、制御の点で有利なディジタル移相器が用いられることが多い。
ディジタル移相器を用いる場合、切り換えられる移相量が量子化ビット数に対応する離散的な値になるため、理想的な移相量とディジタル移相器で実現可能な移相量との間に量子化位相誤差が生じる。また、ディジタル移相器では、ダイオードやトランジスタなどの半導体スイッチによって移相量が切り換えられるため、半導体スイッチの個体毎の特性の違いに伴って通過振幅誤差及び通過位相誤差が生じる。上記の誤差の影響で、アンテナ特性の劣化が生じる。

以下の特許文献１には、上記の誤差の影響を低減するために、メインアンテナの受信信号Ｓ１とサブアンテナの受信信号の分配信号Ｓ２，Ｓ３とが合成された際の電力が最小となるように素子アンテナの励振振幅位相を制御するアンテナ装置が開示されている。
ただし、フェーズドアレーアンテナにおける励振振幅を自在に制御することは容易ではない。
また、素子アンテナの励振振幅位相を制御するには、可変減衰器等のハードウェアをフェーズドアレーアンテナに追加する必要があるため、製造コストが大きくなる。
以下の特許文献２には、フェーズドアレーアンテナの励振振幅を自在に制御できるようにするために、時間ウエイトの概念を利用している時間変調アレーアンテナが開示されている。
これは、複数の励振位相で受信又は送信した信号を時間平均することにより、等価的に所定の振幅分布を与えた状態と同じ放射パターンを得るものである。
（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１３−１１８６１３号公報（図１） 特開２０１３−２１９７４２号公報（図１）

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、特許文献２の場合、フェーズドアレーアンテナの励振振幅を自在に制御することができるが、ディジタル移相器の量子化誤差である振幅誤差や位相誤差を低減する手段を備えておらず、サイドローブレベルが劣化してしまうなどの課題があった。

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、可変減衰器等のハードウェアをフェーズドアレーアンテナに追加することなく、移相器の量子化誤差を低減して、低サイドローブ化を実現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、フェーズドアレーアンテナを構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位相を調整する複数の移相器と、素子アンテナの励振分布及び移相器の励振位相を時分割に切り換える切換回数を設定する設定手段と、移相器について設定可能な励振位相の中から、切換回数分の励振位相の組み合わせを複数選択し、その励振位相の組み合わせ毎に、切換回数分の励振位相が示す位相ベクトルの合成ベクトルを算出する合成ベクトル算出手段と、合成ベクトル算出手段により組み合わせ毎に算出された合成ベクトルの中から、設定手段により設定された励振分布を示す励振ベクトルと相関している合成ベクトルを選択する合成ベクトル選択手段と、合成ベクトル選択手段により選択された合成ベクトルが示す励振位相にしたがって移相器の移相量を制御する移相量制御手段と、複数の移相器により位相が調整された信号を合成する合成手段とを設け、時間平均処理手段が、合成手段により合成された信号の時間平均を算出するようにしたものである。

この発明によれば、移相器について設定可能な励振位相の中から、切換回数分の励振位相の組み合わせを複数選択し、その励振位相の組み合わせ毎に、切換回数分の励振位相が示す位相ベクトルの合成ベクトルを算出する合成ベクトル算出手段と、合成ベクトル算出手段により組み合わせ毎に算出された合成ベクトルの中から、設定手段により設定された励振分布を示す励振ベクトルと相関している合成ベクトルを選択する合成ベクトル選択手段とを備え、移相量制御手段が、合成ベクトル選択手段により選択された合成ベクトルが示す励振位相にしたがって移相器の移相量を制御するように構成したので、可変減衰器等のハードウェアをフェーズドアレーアンテナに追加することなく、移相器の量子化誤差を低減して、低サイドローブ化を実現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。 励振ベクトルＶ_dと最も相関している合成ベクトルなどを示す説明図である。 切換回数Ｍを増やすことで、量子化誤差の低減精度が向上する旨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。 この発明の実施の形態２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３によるアンテナ装置を示す構成図である。 式（３）の関係を示す概念図である。

実施の形態１．
この実施の形態１では、アンテナ装置がＮ本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本の素子アンテナである。
移相器２−１〜２−Ｎは移相器制御装置５の制御の下で、素子アンテナ１−１〜１−Ｎにより受信された信号の位相を調整する。
電力合成器３は移相器２−１〜２−Ｎにより位相が調整された信号を合成し、その合成信号を受信機１１に出力する合成手段である。
なお、素子アンテナ１−１〜１−Ｎ、移相器２−１〜２−Ｎ及び電力合成器３からフェーズドアレーアンテナ４が構成されている。

移相器制御装置５は例えば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から構成されており、移相器２−１〜２−Ｎの移相量を制御する装置である。
移相器制御装置５の励振分布設定部６は所望の放射パターンを実現するために、素子アンテナ１−１〜１−Ｎの理想的な励振分布である励振振幅位相を設定する設定部である。
位相切換回数設定部７は移相器２−１〜２−Ｎの励振位相を時分割で切り換える切換回数Ｍを設定する設定部である。
なお、励振分布設定部６及び位相切換回数設定部７から設定手段が構成されている。

合成ベクトル算出部８は移相器２−１〜２−Ｎについて設定可能な励振位相（移相器２−１〜２−Ｎの量子化ビット数から定まる全ての励振位相であり、例えば、量子化ビット数が５ビットであれば、設定可能な励振位相の個数は３２個である）の中から、切換回数分（Ｍ個分）の励振位相β_m,k（移相状態）の組み合わせを複数選択し、その励振位相β_m,kの組み合わせ毎に、切換回数分（Ｍ個分）の励振位相β_m,kが示す位相ベクトルの合成ベクトルｖ_kを算出する処理を実施する。なお、合成ベクトル算出部８は合成ベクトル算出手段を構成している。

ベクトル比較部９は合成ベクトル算出部８により組み合わせ毎に算出された合成ベクトルｖ_kの中から、励振分布設定部６により設定された励振振幅位相を示す励振ベクトルＶ_dと相関している合成ベクトルｖ_kを選択する処理を実施する。例えば、合成ベクトル算出部８により組み合わせ毎に算出された合成ベクトルｖ_kと、励振分布設定部６により設定された励振ベクトルＶ_dとのユークリッド距離を算出し、そのユークリッド距離が最小の合成ベクトルを選択する。なお、ベクトル比較部９は合成ベクトル選択手段を構成している。
移相器制御信号出力部１０は励振時間設定部１２により設定された励振時間の間、ベクトル比較部９により選択された合成ベクトルｖ_kが示す励振位相を移相器２−１〜２−Ｎに設定することで、その移相器２−１〜２−Ｎの移相量を制御する処理を実施する。なお、移相器制御信号出力部１０は移相量制御手段を構成している。

受信機１１は電力合成器３から出力された合成信号を検波して、その合成信号をディジタルデータに変換し、そのディジタルデータを時間平均処理部１３に出力する。
励振時間設定部１２は励振時間を設定する設定部である。
時間平均処理部１３は例えば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から構成されており、受信機１１から出力されたディジタルデータの時間平均を算出する処理を実施する。なお、時間平均処理部１３は時間平均処理手段を構成している。
信号処理部１４は時間平均処理部１３により時間平均の算出結果から、例えば、所望の信号を探知する処理などを実施する。
なお、この発明の各実施の形態では、処理するデータをディジタルデータとして処理するが、ディジタルデータに限らず、アナログデータで処理してもよい。

図１の例では、アンテナ装置の構成要素であるフェーズドアレーアンテナ４、移相器制御装置５、受信機１１、励振時間設定部１２、時間平均処理部１３及び信号処理部１４のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを示したが、例えば、フェーズドアレーアンテナ４及び受信機１１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。
フェーズドアレーアンテナ４及び受信機１１以外の構成要素をコンピュータで構成する場合、移相器制御装置５、励振時間設定部１２、時間平均処理部１３及び信号処理部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。

次に動作について説明する。
この実施の形態１では、Ｎ本の素子アンテナ１−１〜１−Ｎが等間隔に配置されているリニアアレーアンテナである例を説明する。
まず、移相器制御装置５の励振分布設定部６は、所望の放射パターンを実現するために、素子アンテナ１−１〜１−Ｎの理想的な励振分布である励振振幅位相Ａ_n（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）を設定する（図２のステップＳＴ１）。
例えば、素子アンテナ１の本数が８本であれば、素子アンテナ１毎に、８個の励振振幅位相Ａ_nを設定する。

次に、位相切換回数設定部７は、移相器２−１〜２−Ｎの励振位相を時分割で切り換える切換回数Ｍを設定する（ステップＳＴ２）。
また、励振時間設定部１２は、時分割で切り換えられる励振位相の励振時間を設定する（ステップＳＴ３）。時分割で切り換えられる励振位相の励振時間は、それぞれ異なる時間でもよいが、全て等しい時間であってもよい。

合成ベクトル算出部８は、位相切換回数設定部７が切換回数Ｍを設定すると、移相器２−１〜２−Ｎについて設定可能な励振位相の中から、切換回数分（Ｍ個分）の励振位相β_m,kの組み合わせを求める。ただし、ｍ＝１，２，・・・，Ｍ、ｋ＝１，２，・・・，Ｋであり、Ｋは励振位相の組み合わせ数である。
ここで、移相器２−１〜２−Ｎについて設定可能な励振位相は、移相器２−１〜２−Ｎの量子化ビット数から定まる全ての励振位相であり、例えば、量子化ビット数が５ビットであれば、設定可能な励振位相の個数は３２個であり、量子化ビット数が６ビットであれば、設定可能な励振位相の個数は６４個である。

合成ベクトル算出部８は、Ｋ個の励振位相β_m,kの組み合わせを求めると、下記の式（１）に示すように、その励振位相β_m,kの組み合わせ毎に、当該組み合わせに係るＭ個分の励振位相β_m,kが示す位相ベクトル（Ｍ本の位相ベクトル）の合成ベクトルｖ_kを算出する（ステップＳＴ４）。

式（２）のＶ_kは、合成ベクトル算出部８により算出されたＫ個の合成ベクトルｖ_kを表している。

ベクトル比較部９は、合成ベクトル算出部８がＫ個の合成ベクトルｖ_kを算出すると、Ｋ個の合成ベクトルｖ_kの中から、励振分布設定部６により設定された励振振幅位相を示す励振ベクトルＶ_dと最も相関している合成ベクトルを選択する（ステップＳＴ５）。
ここで、図３は励振ベクトルＶ_dと最も相関している合成ベクトルなどを示す説明図である。
以下、図３を参照しながら合成ベクトル算出部８及びベクトル比較部９の処理内容を具体的に説明する。

図３の横軸は、１つの移相器２における励振位相の実数軸Ｒｅを示し、縦軸は励振位相の虚数軸Ｉｍを表している。
図３では、説明の簡単化のため、励振位相の切換回数Ｍが２回（Ｍ＝２）である例を示している。
移相器２の量子化ビット数が５ビットであれば、上述したように、設定可能な励振位相β_m,kの個数は３２個であるが、図面の簡略化のために、図３では、３個の励振位相β_i-1、β_i、β_i+1だけを代表的に表記している。
図３において、２０は励振分布設定部６により設定された励振振幅位相Ａ_nを示す励振ベクトルＶ_d（実数軸Ｒｅとのなす角がφ₀のベクトル）であり、この励振振幅位相Ａ_nは、所望のアンテナ放射パターンを実現するための理想的な励振分布であるため、励振ベクトルＶ_dの長さが図３に示す円の半径と一致している。

位相ベクトル２１は励振位相β_iを示すベクトル（実数軸Ｒｅとのなす角がφ₁のベクトル）であり、位相ベクトル２１は量子化誤差があるため、ベクトル長が円の半径より長くなっている。また、なす角φ₁も量子化誤差がない場合のなす角とずれている。
位相ベクトル２２は励振位相β_i+1を示すベクトル（実数軸Ｒｅとのなす角がφ₂のベクトル）であり、位相ベクトル２２は量子化誤差があるため、ベクトル長が円の半径より短くなっている。また、なす角φ₂も量子化誤差がない場合のなす角とずれている。
位相ベクトル２３は励振位相β_i-1を示すベクトル（実数軸Ｒｅとのなす角がφ₃のベクトル）であり、位相ベクトル２３は量子化誤差があるため、ベクトル長が円の半径より長くなっている。また、なす角φ₃も量子化誤差がない場合のなす角とずれている。

合成ベクトル算出部８は、励振位相の切換回数Ｍが２回（Ｍ＝２）である場合、励振位相β_iを示す位相ベクトル２１と、励振位相β_i+1を示す位相ベクトル２２とを合成して、その合成ベクトル２４を算出したのち、その合成ベクトル２４を切換回数Ｍ（＝２）で平均化することで、合成ベクトル２５を算出する。
また、合成ベクトル算出部８は、励振位相β_iを示す位相ベクトル２１と、励振位相β_i-1を示す位相ベクトル２３とを合成して、その合成ベクトル２６を算出したのち、その合成ベクトル２６を切換回数Ｍ（＝２）で平均化することで、合成ベクトル２７を算出する。
なお、合成ベクトル算出部８は、励振位相β_i+1を示す位相ベクトル２２と、励振位相β_i-1を示す位相ベクトル２３とを合成して、合成ベクトル２５や合成ベクトル２７に相当する合成ベクトルも算出するが、この合成ベクトルについては、図面の簡略化や説明の簡単化のために、図３には表記していない。

ベクトル比較部９は、合成ベクトル算出部８が合成ベクトル２５，２７を算出すると、合成ベクトル２５と励振ベクトルＶ_d（ベクトル２０）のユークリッド距離Ｌ₁を算出するとともに、合成ベクトル２７と励振ベクトルＶ_d（ベクトル２０）のユークリッド距離Ｌ₂を算出する。
ベクトル比較部９は、ユークリッド距離Ｌ₁，Ｌ₂を算出すると、ユークリッド距離Ｌ₁とユークリッド距離Ｌ₂を比較し、励振ベクトルＶ_dと最も相関している合成ベクトルとして、そのユークリッド距離が最小の合成ベクトルを選択する。
図３の例では、Ｌ₁＜Ｌ₂であるため、励振ベクトルＶ_dと最も相関している合成ベクトルとして、合成ベクトル２５を選択する。
このように、合成ベクトル算出部８により算出された複数の合成ベクトルｖ_kの中から、励振分布設定部６により設定された励振振幅位相を示す励振ベクトルＶ_dと最も相関している合成ベクトルが選択されるため、移相器２の量子化誤差である振幅誤差や位相誤差が低減される。

移相器制御信号出力部１０は、ベクトル比較部９が励振ベクトルＶ_dと最も相関している合成ベクトル（図３の例では、合成ベクトル２５）を選択すると、励振時間設定部１２により設定された励振時間の間、ベクトル比較部９により選択された合成ベクトルが示す励振位相β（ベクトル比較部９により選択された合成ベクトルのベクトル長と、その合成ベクトルと実数軸Ｒｅのなす角とを示す位相情報）を移相器２−１〜２−Ｎに設定する（ステップＳＴ６）。

移相器２−１〜２−Ｎは、素子アンテナ１−１〜１−Ｎが信号を受信すると、移相器制御信号出力部１０により設定された励振位相が示す移相量だけ、素子アンテナ１−１〜１−Ｎにより受信された信号の位相を調整する（ステップＳＴ７）。
電力合成器３は、移相器２−１〜２−Ｎにより位相が調整された信号を合成し、その合成信号を受信機１１に出力する。
受信機１１は、電力合成器３から出力された合成信号を検波して、その合成信号をＡ／Ｄ変換し、ディジタルの合成信号（以下、「ディジタルデータ」と称する）を時間平均処理部１３に出力する。
時間平均処理部１３は、時間平均処理部１３からディジタルデータを受けると、そのディジタルデータを蓄積する（ステップＳＴ８）。

移相器２−１〜２−Ｎに設定する励振位相βは、励振時間設定部１２により設定された励振時間が経過する毎に、移相器制御信号出力部１０によって切り換えられ、その励振位相βの切換回数がＭ回に到達するまでは、ステップＳＴ７〜ＳＴ８の処理が繰り返し実行される。その励振位相β_m,kの切換回数がＭ回に到達すると、Ｍ個のディジタルデータが時間平均処理部１３に蓄積されて、ステップＳＴ１０の処理に移行する（ステップＳＴ９）。
時間平均処理部１３は、Ｍ個のディジタルデータを蓄積すると、Ｍ個のディジタルデータの平均値（時間積分値）を算出する（ステップＳＴ１０）。
信号処理部１４は、時間平均処理部１３からＭ個のディジタルデータの平均値を受けると、そのディジタルデータの平均値から、例えば、所望の信号を探知する処理などを実施する。

この実施の形態１では、励振位相の切換回数Ｍが２回（Ｍ＝２）である例を示したが、この切換回数Ｍは任意設定することが可能であり、この切換回数Ｍを増やせば、移相器２の量子化誤差の低減精度を上げることができる。
図４は切換回数Ｍを増やすことで、量子化誤差の低減精度が向上する旨を示す説明図である。
図４において、２０は、図３の場合と同様に、励振分布設定部６により設定された励振振幅位相Ａ_nを示す励振ベクトルＶ_d（理想のベクトル）である。
位相ベクトル３１，３２，３３は各々の励振位相を示すベクトルである。

合成ベクトル３４は位相ベクトル３１と位相ベクトル３２が合成されたベクトル（切換回数“２”で平均化された合成ベクトル）であって、切換回数Ｍが２回（Ｍ＝２）であるときの複数の合成ベクトルの中で、励振ベクトルＶ_d（理想のベクトル）とのユークリッド距離が最小の合成ベクトルである。
合成ベクトル３５は位相ベクトル３１と位相ベクトル３２と位相ベクトル３３が合成されたベクトル（切換回数“３”で平均化された合成ベクトル）であって、切換回数Ｍが３回（Ｍ＝３）であるときの複数の合成ベクトルの中で、励振ベクトルＶ_d（理想のベクトル）とのユークリッド距離が最小の合成ベクトルである。

図４の例では、切換回数Ｍが２回（Ｍ＝２）である場合、合成ベクトル算出部８により算出された複数の合成ベクトルｖ_kの中から、ベクトル比較部９によって合成ベクトル３４が選択される。
また、切換回数Ｍが３回（Ｍ＝３）である場合、合成ベクトル算出部８により算出された複数の合成ベクトルｖ_kの中から、ベクトル比較部９によって合成ベクトル３５が選択される。
このとき、図４からも明らかなように、切換回数Ｍが２回（Ｍ＝２）である場合に選択される合成ベクトル３４よりも、切換回数Ｍが３回（Ｍ＝３）である場合に選択される合成ベクトル３５の方が、ユークリッド距離が小さくて、より励振ベクトルＶ_d（理想のベクトル）に近づいている。
したがって、切換回数Ｍが多い方が、量子化誤差の低減精度が向上する。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、移相器２−１〜２−Ｎについて設定可能な励振位相の中から、切換回数分の励振位相β_m,kの組み合わせを複数選択し、その励振位相β_m,kの組み合わせ毎に、切換回数分の励振位相β_m,kが示す位相ベクトルの合成ベクトルｖ_kを算出する合成ベクトル算出部８と、合成ベクトル算出部８により組み合わせ毎に算出された合成ベクトルｖ_kの中から、励振分布設定部６により設定された励振振幅位相を示す励振ベクトルＶ_dと最も相関している合成ベクトルｖ_kを選択するベクトル比較部９とを設け、移相器制御信号出力部１０が、ベクトル比較部９により選択された合成ベクトルｖ_kが示す励振位相βを移相器２−１〜２−Ｎに設定することで、その移相器２−１〜２−Ｎの移相量を制御するように構成したので、可変減衰器等のハードウェアをフェーズドアレーアンテナ４に追加することなく、移相器２−１〜２−Ｎの量子化誤差を低減して、低サイドローブ化を実現することができる効果を奏する。

この実施の形態１では、合成ベクトル算出部８が、移相器２−１〜２−Ｎについて設定可能な励振位相の中から、切換回数分（Ｍ個分）の励振位相β_m,kの組み合わせを求め、その励振位相β_m,kの組み合わせ毎に、当該組み合わせに係るＭ個分の励振位相β_m,kが示す位相ベクトルの合成ベクトルｖ_kを算出する例を示したが、移相器２−１〜２−Ｎについて設定可能な励振位相のうち、理想のベクトルである励振ベクトルＶ_dとのユークリッド距離が予め設定された閾値より小さい位相ベクトルの励振位相だけを残し（励振ベクトルＶ_dとのユークリッド距離が閾値より大きい位相ベクトルの励振位相を除外する）、残っている励振位相の中から、切換回数分（Ｍ個分）の励振位相β_m,kの組み合わせを求め、その励振位相β_m,kの組み合わせ毎に、当該組み合わせに係るＭ個分の励振位相β_m,kが示す位相ベクトルの合成ベクトルｖ_kを算出するようにしてもよい。

実施の形態２．
この実施の形態２では、アンテナ装置がＮ本の素子アンテナを備え、送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５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。
送信機４１は送信信号を生成し、その送信信号を電力合成分配器４２に出力する。
電力合成分配器４２は送信機４１から送信信号を受けると、その送信信号の電力をＮ分配して、複数の信号を移相器２−１〜２−Ｎに出力する一方、移相器２−１〜２−Ｎが素子アンテナ１−１〜１−Ｎにより受信された信号の位相を調整すると、位相調整後の複数の信号を合成して、その合成信号を受信機１１に出力する。なお、電力合成分配器４２は合成手段及び分配手段を構成している。

図５の例では、アンテナ装置の構成要素であるフェーズドアレーアンテナ４、移相器制御装置５、受信機１１、送信機４１、励振時間設定部１２、時間平均処理部１３及び信号処理部１４のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを示したが、例えば、フェーズドアレーアンテナ４、受信機１１及び送信機４１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。
フェーズドアレーアンテナ４、受信機１１及び送信機４１以外の構成要素をコンピュータで構成する場合、移相器制御装置５、励振時間設定部１２、時間平均処理部１３及び信号処理部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６はこの発明の実施の形態２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。
まず、移相器制御装置５の励振分布設定部６は、上記実施の形態１と同様に、所望の放射パターンを実現するために、素子アンテナ１−１〜１−Ｎの理想的な励振分布である励振振幅位相Ａ_n（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）を設定する（図６のステップＳＴ１１）。
次に、位相切換回数設定部７は、上記実施の形態１と同様に、移相器２−１〜２−Ｎの励振位相を時分割で切り換える切換回数Ｍを設定する（ステップＳＴ１２）。
また、励振時間設定部１２は、上記実施の形態１と同様に、時分割で切り換えられる励振位相の励振時間を設定する（ステップＳＴ１３）。

合成ベクトル算出部８は、位相切換回数設定部７が切換回数Ｍを設定すると、上記実施の形態１と同様に、移相器２−１〜２−Ｎについて設定可能な励振位相の中から、切換回数分（Ｍ個分）の励振位相β_m,kの組み合わせを求める。
合成ベクトル算出部８は、Ｋ個の励振位相β_m,kの組み合わせを求めると、上記実施の形態１と同様に、その励振位相β_m,kの組み合わせ毎に、当該組み合わせに係るＭ個分の励振位相β_m,kが示す位相ベクトル（Ｍ本の位相ベクトル）の合成ベクトルｖ_kを算出する（ステップＳＴ１４）。

ベクトル比較部９は、合成ベクトル算出部８がＫ個の合成ベクトルｖ_kを算出すると、上記実施の形態１と同様に、Ｋ個の合成ベクトルｖ_kの中から、励振分布設定部６により設定された励振振幅位相を示す励振ベクトルＶ_dと最も相関している合成ベクトルｖ_kを選択する（ステップＳＴ１５）。
移相器制御信号出力部１０は、ベクトル比較部９が励振ベクトルＶ_dと最も相関している合成ベクトルｖ_kを選択すると、上記実施の形態１と同様に、励振時間設定部１２により設定された励振時間の間、ベクトル比較部９により選択された合成ベクトルｖ_kが示す励振位相βを移相器２−１〜２−Ｎに設定する（ステップＳＴ１６）。

送信機４１は、送信信号を生成し、その送信信号を電力合成分配器４２に出力する。
電力合成分配器４２は、送信機４１から送信信号を受けると、その送信信号の電力をＮ分配して、複数の信号を移相器２−１〜２−Ｎに出力する。
移相器２−１〜２−Ｎは、電力合成分配器４２により分配された信号を受けると、移相器制御信号出力部１０により設定された励振位相βが示す移相量だけ、その信号の位相を調整し、位相調整後の信号を素子アンテナ１−１〜１−Ｎに出力する（ステップＳＴ１７）。
これにより、素子アンテナ１−１〜１−Ｎから位相調整後の信号が空間に放射される（ステップＳＴ１８）。

素子アンテナ１−１〜１−Ｎから放射された信号の一部は、観測対象である目標物によって反射（あるいは散乱）されてフェーズドアレーアンテナ４に戻ってくる。
素子アンテナ１−１〜１−Ｎは、目標物により反射されて戻ってきた信号を受信する（ステップＳＴ１９）。

移相器２−１〜２−Ｎは、素子アンテナ１−１〜１−Ｎが信号を受信すると、移相器制御信号出力部１０により設定された励振位相βが示す移相量だけ、素子アンテナ１−１〜１−Ｎにより受信された信号の位相を調整する（ステップＳＴ２０）。
電力合成分配器４２は、移相器２−１〜２−Ｎにより位相が調整された信号を合成し、その合成信号を受信機１１に出力する。
受信機１１は、電力合成分配器４２から出力された合成信号を検波して、その合成信号をＡ／Ｄ変換し、ディジタルの合成信号であるディジタルデータを時間平均処理部１３に出力する。
時間平均処理部１３は、時間平均処理部１３からディジタルデータを受けると、そのディジタルデータを蓄積する（ステップＳＴ２１）。

移相器２−１〜２−Ｎに設定する励振位相βは、励振時間設定部１２により設定された励振時間が経過する毎に、移相器制御信号出力部１０によって切り換えられ、その励振位相βの切換回数がＭ回に到達するまでは、ステップＳＴ１７〜ＳＴ２１の処理が繰り返し実行される。その励振位相βの切換回数がＭ回に到達すると、Ｍ個のディジタルデータが時間平均処理部１３に蓄積されて、ステップＳＴ２３の処理に移行する（ステップＳＴ２２）。
時間平均処理部１３は、Ｍ個のディジタルデータを蓄積すると、Ｍ個のディジタルデータの平均値（時間積分値）を算出する（ステップＳＴ２３）。
信号処理部１４は、時間平均処理部１３からＭ個のディジタルデータの平均値を受けると、そのディジタルデータの平均値から、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２によれば、移相器２−１〜２−Ｎについて設定可能な励振位相の中から、切換回数分の励振位相β_m,kの組み合わせを複数選択し、その励振位相β_m,kの組み合わせ毎に、切換回数分の励振位相β_m,kが示す位相ベクトルの合成ベクトルｖ_kを算出する合成ベクトル算出部８と、合成ベクトル算出部８により組み合わせ毎に算出された合成ベクトルｖ_kの中から、励振分布設定部６により設定された励振振幅位相を示す励振ベクトルＶ_dと最も相関している合成ベクトルｖ_kを選択するベクトル比較部９とを設け、移相器制御信号出力部１０が、ベクトル比較部９により選択された合成ベクトルｖ_kが示す励振位相βを移相器２−１〜２−Ｎに設定することで、その移相器２−１〜２−Ｎの移相量を制御するように構成したので、可変減衰器等のハードウェアをフェーズドアレーアンテナ４に追加することなく、移相器２−１〜２−Ｎの量子化誤差を低減して、低サイドローブ化を実現す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、信号の送信と受信で連携しているので、時間平均処理部１３によるディジタルデータの平均化の効果が大きく、送受信合わせた量子化誤差（通過振幅誤差、通過位相誤差）の最小化を図ることができる効果を奏する。

実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３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。
校正行列設定部５１は素子アンテナ１−１〜１−Ｎの間の相互結合の影響を示す相互結合行列Ｇ（振幅と位相の情報を有する複素数）の逆行列である校正行列Ｇ^-1を設定する設定部である。
励振分布設定部５２は図１の励振分布設定部６と同様に、所望の放射パターンを実現するために、素子アンテナ１−１〜１−Ｎの理想的な励振分布である励振振幅位相Ｖ₁を設定したのち、校正行列設定部５１により設定された校正行列Ｇ^-1を用いて、素子アンテナ１−１〜１−Ｎの間の相互結合を校正している励振振幅位相Ｖ₀を算出する設定部である。
なお、位相切換回数設定部７、校正行列設定部５１及び励振分布設定部５２から設定手段が構成されている。

この実施の形態３では、校正行列設定部５１及び励振分布設定部５２を図１のアンテナ装置に適用する例を示しているが、校正行列設定部５１及び励振分布設定部５２を図５のアンテナ装置に適用するようにしてもよい。

次に動作について説明する。
ただし、校正行列設定部５１及び励振分布設定部５２以外は、上記実施の形態１，２と同様であるため、ここでは、校正行列設定部５１及び励振分布設定部５２の処理内容だけを説明する。
校正行列設定部５１は、素子アンテナ１−１〜１−Ｎの間の相互結合の影響を示す相互結合行列Ｇの逆行列である校正行列Ｇ^-1を設定する。

励振分布設定部５２は、図１の励振分布設定部６と同様に、所望の放射パターンを実現するために、素子アンテナ１−１〜１−Ｎの理想的な励振分布である励振振幅位相Ｖ₁を設定する。
ただし、励振振幅位相Ｖ₁は、素子アンテナ１−１〜１−Ｎの間の相互結合の影響を考慮していないため、素子アンテナ１−１〜１−Ｎの間の相互結合の影響が大きい場合には、移相器２−１〜２−Ｎの量子化誤差の低減精度が劣化する可能性がある。
励振分布設定部５２により設定された励振振幅位相Ｖ₁と、素子アンテナ１−１〜１−Ｎの間の相互結合の影響を示す相互結合行列Ｇと、素子アンテナ１−１〜１−Ｎの間の相互結合を校正している励振振幅位相Ｖ₀との間には、下記の式（３）に示す関係がある。
Ｖ₁＝ＧＶ₀ （３）
図８は式（３）の関係を示す概念図である。

式（３）を下記の式（４）のように変形すれば、励振分布設定部５２により設定された励振振幅位相Ｖ₁と、校正行列設定部５１により設定された校正行列Ｇ^-1（相互結合行列Ｇの逆行列）とを用いて、素子アンテナ１−１〜１−Ｎの間の相互結合を校正している励振振幅位相Ｖ₀を算出することができる。
Ｖ₀＝Ｇ^-1Ｖ₁ （４）
したがって、励振分布設定部５２は、式（４）にしたがって素子アンテナ１−１〜１−Ｎの間の相互結合を校正している励振振幅位相Ｖ₀を算出し、その励振振幅位相Ｖ₀をベクトル比較部９に出力する。

以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、励振分布設定部５２が、素子アンテナ１−１〜１−Ｎの理想的な励振分布である励振振幅位相Ｖ₁を設定したのち、校正行列設定部５１により設定された校正行列Ｇ^-1を用いて、素子アンテナ１−１〜１−Ｎの間の相互結合を校正している励振振幅位相Ｖ₀を算出するように構成したので、素子アンテナ１−１〜１−Ｎの間の相互結合の影響が大きい場合でも、移相器２−１〜２−Ｎの量子化誤差の低減精度を高めることができる効果を奏する。

実施の形態４．
上記実施の形態１〜３では、励振分布設定部６により設定された励振振幅位相を示す励振ベクトルＶ_dと最も相関している合成ベクトルｖ_kを選択する方法として、ベクトル比較部９が、合成ベクトル算出部８により組み合わせ毎に算出された合成ベクトルｖ_kと励振ベクトルＶ_dとのユークリッド距離Ｌを算出し、合成ベクトル算出部８により組み合わせ毎に算出された合成ベクトルｖ_kの中から、その励振ベクトルＶ_dとのユークリッド距離Ｌが最小の合成ベクトルを選択するものを示したが、合成ベクトル算出部８により組み合わせ毎に算出された合成ベクトルｖ_kと励振ベクトルＶ_dとの相関係数ｃｏｓθを算出し、合成ベクトル算出部８により組み合わせ毎に算出された合成ベクトルｖ_kの中から、その励振ベクトルＶ_dとの相関係数ｃｏｓθが最も１に近い合成ベクトルを選択するようにしてもよい。

具体的には、以下のようにして、励振ベクトルＶ_dと最も相関している合成ベクトルを選択する。
ベクトル比較部９は、合成ベクトル算出部８がＫ個の合成ベクトルｖ_kを算出すると、下記の式（５）に示すように、Ｋ個の合成ベクトルｖ_kと励振ベクトルＶ_dとの相関係数ｃｏｓθを算出する。

式（５）において、Ａは励振ベクトルＶ_d、Ｂ_kは合成ベクトルｖ_kである。

ベクトル比較部９は、Ｋ個の合成ベクトルｖ_kと励振ベクトルＶ_dとの相関係数ｃｏｓθを算出すると、それらの相関係数ｃｏｓθの中で、最も１に近い相関係数ｃｏｓθを特定し、励振ベクトルＶ_dと最も相関している合成ベクトルｖ_kとして、その励振ベクトルＶ_dとの相関係数ｃｏｓθが最も１に近い合成ベクトルを選択する。
この選択方法によれば、励振ベクトルＶ_dと最も相関している合成ベクトルｖ_kを簡易なアルゴリズムで選択することができる。

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 移相器、３ 電力合成器（合成手段）、４ フェーズドアレーアンテナ、５ 移相器制御装置、６ 励振分布設定部（設定手段）、７ 位相切換回数設定部（設定手段）、８ 合成ベクトル算出部（合成ベクトル算出手段）、９ ベクトル比較部（合成ベクトル選択手段）、１０ 移相器制御信号出力部（移相量制御手段）、１１ 受信機、１２ 励振時間設定部、１３ 時間平均処理部（時間平均処理手段）、１４ 信号処理部、２０ 励振ベクトルＶ_d、２１〜２３ 位相ベクトル、２４，２６ 合成ベクトル、２５，２７ 切換回数で平均化された合成ベクトル、３１，３２，３３ 位相ベクトル、３４，３５ 切換回数で平均化された合成ベクトル、４１ 送信機、４２ 電力合成分配器（合成手段、分配手段）、５１ 校正行列設定部（設定手段）、５２ 励振分布設定部（設定手段）。

Claims (8)

1. フェーズドアレーアンテナを構成する複数の素子アンテナと、
   前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移相器と、
   前記素子アンテナの励振分布及び前記移相器の励振位相を時分割に切り換える切換回数を設定する設定手段と、
   前記移相器について設定可能な励振位相の中から、前記切換回数分の励振位相の組み合わせを複数選択し、前記励振位相の組み合わせ毎に、前記切換回数分の励振位相が示す位相ベクトルの合成ベクトルを算出する合成ベクトル算出手段と、
   前記合成ベクトル算出手段により組み合わせ毎に算出された合成ベクトルの中から、前記設定手段により設定された励振分布を示す励振ベクトルと相関している合成ベクトルを選択する合成ベクトル選択手段と、
   前記合成ベクトル選択手段により選択された合成ベクトルが示す励振位相にしたがって前記移相器の移相量を制御する移相量制御手段と、
   前記複数の移相器により位相が調整された信号を合成する合成手段と、
   前記合成手段により合成された信号の時間平均を算出する時間平均処理手段と
   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分配手段と、
   上記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移相器と、
   前記複数の移相器により位相が調整された信号を送信する複数の素子アンテナと、
   前記素子アンテナの励振分布及び前記移相器の励振位相を時分割に切り換える切換回数を設定する設定手段と、
   前記移相器について設定可能な励振位相の中から、前記切換回数分の励振位相の組み合わせを複数選択し、前記励振位相の組み合わせ毎に、前記切換回数分の励振位相が示す位相ベクトルの合成ベクトルを算出する合成ベクトル算出手段と、
   前記合成ベクトル算出手段により組み合わせ毎に算出された合成ベクトルの中から、前記設定手段により設定された励振分布を示す励振ベクトルと相関している合成ベクトルを選択する合成ベクトル選択手段と、
   前記合成ベクトル選択手段により選択された合成ベクトルが示す励振位相にしたがって前記移相器の移相量を制御する移相量制御手段と
   を備えたアンテナ装置。
3. 前記複数の素子アンテナが、前記複数の移相器により位相が調整された信号を送信する送信アンテナとして用いられる他に、信号を受信する受信アンテナとして用いられる場合、
   前記複数の移相器は、前記分配手段により分配された信号の位相を調整する一方、前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機能を備え、
   前記複数の移相器により位相が調整された信号を合成する合成手段と、
   前記合成手段により合成された信号の時間平均を算出する時間平均処理手段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。
4. 前記設定手段は、前記複数の素子アンテナ間の相互結合を校正する校正行列を用いて、前記素子アンテナの励振分布を設定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. 前記合成ベクトル選択手段は、前記合成ベクトル算出手段により組み合わせ毎に算出された合成ベクトルと前記設定手段により設定された励振分布を示す励振ベクトルとのユークリッド距離を算出し、前記合成ベクトル算出手段により組み合わせ毎に算出された合成ベクトルの中から、前記励振ベクトルとのユークリッド距離に基づいて合成ベクトルを選択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. 前記合成ベクトル選択手段は、前記合成ベクトル算出手段により組み合わせ毎に算出された合成ベクトルと前記設定手段により設定された励振分布を示す励振ベクトルとの相関係数を算出し、前記合成ベクトル算出手段により組み合わせ毎に算出された合成ベクトルの中から、前記励振ベクトルとの相関係数に基づいて合成ベクトルを選択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。
7. 複数の移相器が、フェーズドアレーアンテナを構成する複数の素子アンテナにより受信された信号の位相を調整する位相調整処理ステップと、
   設定手段が、前記素子アンテナの励振分布及び前記移相器の励振位相を時分割に切り換える切換回数を設定する設定処理ステップと、
   合成ベクトル算出手段が、前記移相器について設定可能な励振位相の中から、前記切換回数分の励振位相の組み合わせを複数選択し、前記励振位相の組み合わせ毎に、前記切換回数分の励振位相が示す位相ベクトルの合成ベクトルを算出する合成ベクトル算出処理ステップと、
   合成ベクトル選択手段が、前記合成ベクトル算出処理ステップで組み合わせ毎に算出された合成ベクトルの中から、前記設定処理ステップで設定された励振分布を示す励振ベクトルと相関している合成ベクトルを選択する合成ベクトル選択処理ステップと、
   移相量制御手段が、前記合成ベクトル選択処理ステップで選択された合成ベクトルが示す励振位相にしたがって前記移相器の移相量を制御する移相量制御処理ステップと、
   合成手段が、前記位相調整処理ステップで位相が調整された複数の信号を合成する合成処理ステップと、
   時間平均処理手段が、前記合成処理ステップで合成された信号の時間平均を算出する時間平均処理ステップと
   を備えたアンテナ励振方法。
8. 分配手段が、送信信号を複数の信号に分配する分配処理ステップと、
   複数の移相器が、上記分配処理ステップで分配された信号の位相を調整し、位相調整後の信号を複数の素子アンテナに出力する位相調整処理ステップと、
   設定手段が、前記素子アンテナの励振分布及び前記移相器の励振位相を時分割に切り換える切換回数を設定する設定処理ステップと、
   合成ベクトル算出手段が、前記移相器について設定可能な励振位相の中から、前記切換回数分の励振位相の組み合わせを複数選択し、前記励振位相の組み合わせ毎に、前記切換回数分の励振位相が示す位相ベクトルの合成ベクトルを算出する合成ベクトル算出処理ステップと、
   合成ベクトル選択手段が、前記合成ベクトル算出処理ステップで組み合わせ毎に算出された合成ベクトルの中から、前記設定処理ステップで設定された励振分布を示す励振ベクトルと相関している合成ベクトルを選択する合成ベクトル選択処理ステップと、
   移相量制御手段が、前記合成ベクトル選択処理ステップで選択された合成ベクトルが示す励振位相にしたがって前記移相器の移相量を制御する移相量制御処理ステップと
   を備えたアンテナ励振方法。

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