JP2017011354A

JP2017011354A - 分散アレーアンテナ装置

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Publication number: JP2017011354A
Application number: JP2015121923A
Authority: JP
Inventors: 秀哉宗; Hideya So; 皓平須崎; Kohei Suzaki; 大介五藤; Daisuke Goto; 義規鈴木; Yoshinori Suzuki; 史洋山下; Fumihiro Yamashita; 隆利杉山; Takatoshi Sugiyama
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2015-06-17
Filing date: 2015-06-17
Publication date: 2017-01-12
Anticipated expiration: 2035-06-17
Also published as: JP6474691B2

Abstract

【課題】分散アレーアンテナ装置を移動体に適用する場合、移動局の向きによりサイドローブが変化し、サイドローブを十分に抑圧できないという問題があった。【解決手段】アレー状に配置された複数のアンテナと、メインローブ方向が同相合成となり、かつ、サイドローブ方向が抑圧されるように、各アンテナで送受信される信号の位相および振幅を制御するアレーアンテナ制御部と、を有する分散アレーアンテナ装置であって、複数のアンテナの少なくとも１つのアンテナの送受信方向に配置され、アンテナで送受信される信号に影響を与える特性を持つ構造体と、アンテナに対する構造体の相対位置を変更可能であり、構造体をアンテナに対して所望の相対位置で固定する保持機構とを有することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、分散アレーアンテナ装置に関する。

衛星通信システムのブロードバンド化に対応して、衛星通信システムに使用するアンテナ装置の高利得化が必要になっている。高利得のアンテナ装置は大型化により実現できるが、アンテナ装置の大型化による設置場所やコストの増大が問題となる。この問題を解決する方法として、複数のアンテナをアレー状に配置し、受信端で同相合成できるように送信信号の位相および振幅を制御する分散アレーアンテナ装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特許第５６０６２１７号

五藤大介, 山下史洋, 須崎皓平, 宗秀哉, 小林聖, "分散アレーにおける送信EIRPを改善するオフセットアンテナ配置方法の提案," 2015年電子情報通信学会総合大会, B-1-219, 2015年3月.

従来技術の分散アレーアンテナ装置は、受信端で同相合成できるように送信信号の位相および振幅を制御することにより、メインローブ方向の電力を増大させることが可能である。しかし、サイドローブ方向の電力がメインローブ方向と同様に同相合成されるため、メインローブの電力増加量と同等の電力がサイドローブ方向でも増加する。このため、増大したサイドローブ方向に、同一周波数帯域を使用する別のアンテナ装置が存在する場合、サイドローブ方向の電力の増大により、当該アンテナ装置に与える干渉が増大するという問題が生じる。

そこで、分散アレーアンテナ装置により増大するサイドローブの抑圧方法が検討されている（例えば非特許文献１参照）。この方法は、サイドローブが発生する方向にアレーファクタのヌルまたは限りなく小さい値となるようにアンテナを配置する。しかし、このような分散アレーアンテナ装置を船や航空機などの移動体に適用する場合、アンテナの配置が固定されているため、受信端に対するアンテナの配置関係が移動局の進行方向により変化する。このため、受信端に対する移動局の向きによりサイドローブが増減してしまい、十分な抑圧効果が期待できない、という問題が生じる。

上記課題に鑑み、本発明に係る分散アレーアンテナ装置は、受信端に対する移動局の向きにかかわらず同相合成によるメインローブ方向の電力を増大させながら、サイドローブ方向の電力を抑圧する技術を提供することを目的とする。

第１の発明は、アレー状に配置された複数のアンテナと、メインローブ方向が同相合成となり、かつ、サイドローブ方向が抑圧されるように、各アンテナで送受信される信号の位相および振幅を制御するアレーアンテナ制御部と、を有する分散アレーアンテナ装置であって、複数のアンテナの少なくとも１つのアンテナの送受信方向に配置され、アンテナで送受信される信号に影響を与える特性を持つ構造体と、アンテナに対する構造体の相対位置を変更可能であり、構造体をアンテナに対して所望の相対位置で固定する保持機構とを有することを特徴とする。

第２の発明は、分散アレーアンテナ装置と対向する通信局との相対位置に応じて、構造体の位置を変える制御を行う構造体位置制御部とを更に有することを特徴とする。

第３の発明は、構造体は、固有のパターンを周期的に配列した構造であることを特徴とする。

第４の発明は、構造体の固有のパターンは、金属および誘電体により形成されることを特徴とする。

第５の発明は、構造体は、アンテナの信号放射方向の軸上に配置されることを特徴とする。

第６の発明は、アンテナ毎に複数の構造体を配置し、保持機構は、構造体毎にアンテナに対する相対位置を変える機構を有することを特徴とする。

第７の発明は、アンテナは、平面アンテナであり、構造体の中心と平面アンテナの中心は同軸上にあることを特徴とする。

第８の発明は、保持機構は、構造体の中心と平面アンテナの中心との距離を一定にし、構造体の面を平面アンテナの面に対して予め決められた角度で傾けることを特徴とする。

本発明に係る分散アレーアンテナ装置は、受信端に対する移動局の向きにかかわらず同相合成によるメインローブ方向の電力を増大させながら、サイドローブ方向の電力を抑制して他のアンテナ装置への干渉等を防ぐことができる。

本実施形態に係る分散アレーアンテナ装置の一例を示す図である。分散アレーアンテナ装置の他の例を示す図である。２台の分散アレーアンテナ装置の一例を示す図である。分散アレーアンテナ装置の適用例を示す図である。角度制御部の一例を示す図である。平面アンテナと構造体の位置関係の一例を示す図である。構造体の角度調整例を示す図である。構造体の一例を示す図である。平面アンテナの一例を示す図である。分散アレーアンテナ装置の水平面の放射パターンの一例を示す図である。図１０に示した放射パターンの拡大図である。各サイドローブの比較例に対する改善量の一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明に係る分散アレーアンテナ装置の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態に係る分散アレーアンテナ装置１００の一例を示す。分散アレーアンテナ装置１００は、アンテナ装置１０１（１）、アンテナ装置１０１（２）、・・・、アンテナ装置１０１（Ｎ）のＮ台(Ｎは２以上の整数)のアンテナ装置を有する。

アンテナ装置１０１（１）は、平面アンテナ２０１（１）、構造体２０２（１）および保持機構２０３（１）を有する。同様に、アンテナ装置１０１（２）は、平面アンテナ２０１（２）、構造体２０２（２）および保持機構２０３（２）を有し、アンテナ装置１０１（Ｎ）は、平面アンテナ２０１（Ｎ）、構造体２０２（Ｎ）および保持機構２０３（Ｎ）を有する。

ここで、アンテナ装置１０１（１）、アンテナ装置１０１（２）およびアンテナ装置１０１（Ｎ）に共通の事項を説明する場合は、符号末尾の（番号）を省略してアンテナ装置１０１と表記する。平面アンテナ２０１（１）、平面アンテナ２０１（２）および平面アンテナ２０１（Ｎ）についても同様に表記する。また、構造体２０２（１）、構造体２０２（２）および構造体２０２（Ｎ）と、保持機構２０３（１）、保持機構２０３（２）および保持機構２０３（Ｎ）とについても同様に表記する。

図１において、分散アレーアンテナ装置１００は、アレー状に配置されたＮ台のアンテナ装置１０１、アレーアンテナ制御部１０２および変復調部１０３を有する。

アレーアンテナ制御部１０２は、Ｎ台のアンテナ装置１０１のそれぞれの平面アンテナ２０１で送受信する信号の振幅および位相を制御して、分散アレーアンテナ装置１００の指向特性におけるメインローブ方向を所定方向に調整することができる。例えば、アレーアンテナ制御部１０２は、各平面アンテナ２０１から送信する送信信号の位相および振幅を調整し、各平面アンテナ２０１のメインローブ方向の誤差を補償して所定方向における位相が空間で同相合成されるように制御する。これにより、メインローブ方向における等価等方輻射電力(EIRP:Equivalent Isotropic Radiated Power)を増大することができる。また、アレーアンテナ制御部１０２は、受信端の通信局の追尾機能を提供し、分散アレーアンテナ装置１００が船舶などの移動体に設置されている場合に、対向する通信局との相対位置の変化に応じてメインローブ方向の調整を行うことができる。ここで、アレーアンテナ制御部１０２は、メインローブ方向において同相合成を行うと共に、サイドローブ方向においてはサイドローブレベルを抑圧するように各平面アンテナ２０１に入出力する信号の位相および振幅を制御する。これにより、メインロープ方向と同様に増大するサイドロープ方向の電力を抑制して、他の通信局のアンテナへの干渉等を防ぐことができる。

変復調部１０３は、外部に接続される通信装置（不図示）との間で入出力する送受信データを変調または復調する処理を行う。例えば送信の場合、変復調部１０３は、外部に接続される通信装置から受け取る送信データを変調してアレーアンテナ制御部１０２に出力する。逆に受信の場合、変復調部１０３は、アレーアンテナ制御部１０２から受け取る受信データを復調して外部に接続される通信装置に出力する。

平面アンテナ２０１は、例えば誘電体上に銅箔などによる導体パターンが形成されたマイクロストリップアンテナが用いられ、予め決められた周波数帯域の信号を電磁波に変換して送受信する。

構造体２０２は、平面アンテナ２０１で送受信される信号の方向（放射方向）に配置され、平面アンテナ２０１で送受信される周波数の信号を減衰させる特性を有する。例えば、構造体２０２は、金属や誘電体を周期的に配列した部材が用いられる。なお、図１の例では、構造体２０２は、Ｎ台のアンテナ装置１０１の全てに配置されているが、Ｎ台のアンテナ装置１０１のうち少なくとも１台のアンテナ装置１０１に配置されていてもよい。例えばアンテナ装置１０１（２）からアンテナ装置１０１（Ｎ）までの構造体２０２（２）から構造体２０２（Ｎ）までを除去して、アンテナ装置１０１（１）にのみ構造体２０２（１）を配置するようにしてもよい。また、１つのアンテナ装置１０１に対して複数の構造体２０２が配置されてもよい。或いは、アンテナ装置１０１毎に配置する構造体２０２の枚数が異なってもよい。さらに、１つのアンテナ装置１０１に複数の構造体２０２が配置される場合、各構造体２０２に使用されるパターンや材質が異なっていてもよい。

保持機構２０３は、平面アンテナ２０１に対する構造体２０２の位置（角度を含む）を可動する機構を有し、分散アレーアンテナ装置１００のサイドローブが抑制されるように構造体２０２の位置を調整する。保持機構２０３には、平面アンテナ２０１で送受信される周波数の信号に与える影響が少ない部材が用いられる。ここで、本実施形態では、平面アンテナ２０１に対する構造体２０２の位置調整の例として、平面アンテナ２０１の設置面に対する構造体２０２の角度を調節する例について説明するが、平面アンテナ２０１の設置面の平面方向にアンテナを移動させて、平面アンテナ２０１の設置面に平行な面上での座標を調節するようにしてもよい。或いは、平面アンテナ２０１に対する角度と座標の両方を調節するようにしてもよい。

このようにして、アンテナ装置１０１は、平面アンテナ２０１で送受信を行う方向に構造体２０２を配置して、放射パターンを変えることができる。そして、Ｎ台のアンテナ装置１０１は、それぞれの構造体２０２の位置を独立して調整することができ、分散アレーアンテナ装置１００におけるサイドローブを抑圧することができる。
［自動調整の例］
図２は、図１に示した分散アレーアンテナ装置１００の他の例を示す。なお、図２において、図１と同符号のブロックは図１のブロックと同一又は同様の機能を有する。

図２に示した分散アレーアンテナ装置１００ａが図１の分散アレーアンテナ装置１００と異なる点は、図１に示した保持機構２０３の代わりに駆動機構２０３ａと、駆動機構２０３ａを制御して構造体２０２の位置を任意に自動調整する角度制御部１０４とを有することである。

駆動機構２０３ａは、例えば機械制御により、平面アンテナ２０１に対する構造体２０２の位置を調整する機構を有する。例えば、駆動機構２０３ａは、回転軸を中心に構造体２０２を回転させるモータや平面上の位置を調整する可動ステージなどを有する。そして、駆動機構２０３ａは、分散アレーアンテナ装置１００ａのサイドローブが抑制されるように構造体２０２の位置を調整する。

角度制御部１０４は、ＧＰＳ(Global Positioning System)やジャイロを有し、分散アレーアンテナ装置１００ａが船舶などの移動体に設置されている場合に、受信端（対向局）との相対位置の変化に応じて駆動機構２０３ａを介して構造体２０２の位置（本実施形態では角度）を調整する。なお、角度制御部１０４は、各アンテナ装置１０１の配置や放射パターンを事前情報として保持し、分散アレーアンテナ装置１００が搭載された移動局の移動方向や位置をＧＰＳなどによる位置情報により取得する機能と、アンテナ装置１０１毎に構造体２０２の位置を計算する機能とを有する。

このようにして、アンテナ装置１０１ａは、平面アンテナ２０１で送受信を行う方向に構造体２０２を配置し、Ｎ台のアンテナ装置１０１ａは、それぞれの構造体２０２の位置を独立して調整することができる。これにより、図２に示した本実施形態に係る分散アレーアンテナ装置１００ａは、サイドローブを抑圧するように、各アンテナ装置１０１の構造体２０２の位置を調整する。
［詳細例］
図３は、２台の分散アレーアンテナ装置１００ｂの一例を示す。なお、図３は、図２に示した分散アレーアンテナ装置１００ａのＮ＝２の場合の例を示す。また、図３において、図２と同符号のブロックは図２のブロックと同一又は同様の機能を有する。

図３において、アレーアンテナ制御部１０２は、合成/分配器３０１、位相器３０２（１）、位相器３０２（２）および位相振幅制御部３０３を有する。

合成/分配器３０１は、送信時には、変復調部１０３が出力する変調信号をアンテナ装置１０１（１）側とアンテナ装置１０１（２）側とに分配する。合成/分配器３０１は、受信時には複数（図３の例では２台）のアンテナ装置１０１が受信する信号を合成する。

位相器３０２（１）は、送信時には、合成/分配器３０１が出力する変調信号の振幅と位相を調整し、平面アンテナ２０１（１）に調整後の変調信号を出力する。また、位相器３０２（１）は、受信時には、平面アンテナ２０１（１）が受信する信号の振幅と位相を調整し、合成/分配器３０１に調整後の信号を出力する。同様に、位相器３０２（２）は、送信時には、合成/分配器３０１が出力する変調信号の振幅と位相を調整し、平面アンテナ２０１（２）に調整後の変調信号を出力する。また、位相器３０２（２）は、受信時には、平面アンテナ２０１（２）が受信する信号の振幅と位相を調整し、合成/分配器３０１に調整後の信号を出力する。ここで、位相器３０２（１）および位相器３０２（２）に共通の事項を説明する場合は、符号末尾の（番号）を省略して位相器３０２と表記する。

位相振幅制御部３０３は、各平面アンテナ２０１で送受信する信号の振幅および位相を制御して、分散アレーアンテナ装置１００の指向特性を調整する。これにより、分散アレーアンテナ装置１００が移動体に設置されている場合、位相振幅制御部３０３は、対向局との相対位置の変化に応じて指向方向を調整することができる。また、位相振幅制御部３０３は、指向方向の調整により、メインローブ方向においては同相合成を行い、かつサイドローブ方向においてはサイドローブを抑圧するように各平面アンテナ２０１に入出力する信号の位相および振幅を制御することができる。

このように、本実施形態に係る分散アレーアンテナ装置１００ｂは、サイドローブを抑圧するように各平面アンテナ２０１で送受信する信号の位相や振幅を調整する。しかし、サイドローブ方向の電力がメインローブ方向と同様に同相合成される場合、メインローブの電力増加量と同等の電力がサイドローブ方向でも増加する。このため、増大したサイドローブ方向に、同一周波数帯域を使用する別のアンテナ装置が存在する場合、サイドローブ方向の電力の増大により、当該アンテナ装置に与える干渉が増大するという問題が生じる。特に、分散アレーアンテナ装置１００を船や航空機などの移動体に適用する場合、アンテナの配置が固定されているため、受信端に対するアンテナの配置関係が移動局の進行方向により変化する。このため、受信端に対する移動局の向きによりサイドローブが増減してしまい、サイドローブの抑圧が十分に得られない場合がある。そこで、本実施形態に係る分散アレーアンテナ装置１００は、平面アンテナ２０１が信号を送受信する経路上に信号を減衰させる構造体２０２を配置して、構造体２０２の位置を調整することにより、所望のサイドローブを抑圧する機能を有する。なお、構造体２０２の位置に応じて抑圧されるサイドローブの場所は予め実測または計算などにより分かっているものとし、構造体２０２の位置と抑圧されるサイドローブの場所との対応関係を示す情報は、分散アレーアンテナ装置１００に予め保持されている。

図４は、本実施形態に係る分散アレーアンテナ装置１００の適用例を示す。

図４において、分散アレーアンテナ装置１００は、船舶などの移動局４０１に搭載され、陸上の通信局４０２との間で通信を行う。ここで、移動局４０１は、進行方向に応じて対向する通信局４０２の方向が変化するので、移動局４０１と通信局４０２との位置関係に応じて分散アレーアンテナ装置１００のメインローブ方向を変える必要がある。本実施形態では、アレーアンテナ制御部１０２は、ＧＰＳやジャイロなどにより移動局４０１の位置や移動局４０１および受信端の相対位置の情報を取得し、相対位置の変化に応じて各平面アンテナ２０１で送受信する信号の振幅および位相を制御して、分散アレーアンテナ装置１００のメインローブ方向を通信局４０２の方向に調整する。

一方、角度制御部１０４は、ＧＰＳやジャイロなどにより移動局４０１の位置や移動局４０１および受信端の相対位置の情報を取得し、相対位置の変化に応じて構造体２０２の位置を調整する。角度制御部１０４は、アンテナ装置１０１同士の位置関係やアンテナパターンを事前情報として保持し、構造体２０２の位置に応じたアンテナパターン特性を予め保持している。例えば分散アレーアンテナ装置１００は、分散アレーアンテナ装置１００に対する受信端の方向に対してサイドローブを抑圧可能な構造体２０２の設定位置の情報をテーブルなどにより予め保持しており、構造体２０２の位置を適切に調整することができる。

ここで、抑圧すべきサイドローブは、例えば干渉を与える可能性がある他の通信局の方向のサイドローブである。なお、分散アレーアンテナ装置１００は、他の通信局の位置情報を予め保持しており、どのサイドローブを抑圧すべきかを知ることができる。

図５は、角度制御部１０４の一例を示す。図５において、角度制御部１０４は、位置検出部５０１、回転制御部５０２および記憶部５０３を有する。

位置検出部５０１は、ＧＰＳやジャイロなどにより、分散アレーアンテナ装置１００が設置されている移動局４０１の位置を検出する。

回転制御部５０２は、位置検出部５０１が出力する移動局４０１の位置情報と、予め保持されたアンテナ装置１０１同士の位置関係や放射パターンなどの情報に応じて、構造体２０２の適切な位置を求める。そして、回転制御部５０２は、駆動機構２０３ａを制御して構造体２０２の回転角度を調整する。

記憶部５０３は、対向する通信局４０２の位置情報や対向する通信局４０２の方向に応じた分散アレーアンテナ装置１００のアンテナパターンの情報が予め記憶されている。特に、本実施形態では、対向する通信局４０２の方向（例えば分散アレーアンテナ装置１００に対する角度θ）と駆動機構２０３ａが回転させる構造体２０２の回転角度との対応関係を示す情報が記憶されたテーブルが、アンテナ装置１０１毎に記憶部５０３に予め記憶されている。図５の例では、記憶部５０３には、アンテナ装置１０１（１）のテーブルと、アンテナ装置１０１（２）のテーブルとが記憶されている。例えばアンテナ装置１０１（１）のテーブルには、対向局の方向θ＝１０度、２０度、３０度・・・に対して、駆動機構２０３ａによる構造体２０２の回転角度＝ａ１度、ａ２度、ａ３度、・・・が記憶されている。同様に、アンテナ装置１０１（２）のテーブルには、対向局の方向θ＝１０度、２０度、３０度・・・に対して、駆動機構２０３ａによる構造体２０２の回転角度＝ｂ１度、ｂ２度、ｂ３度、・・・が記憶されている。例えば、対向局の方向θ＝２０度の場合、回転制御部５０２は、アンテナ装置１０１（１）の構造体２０２をａ１度の角度だけ回転させ、アンテナ装置１０１（２）の構造体２０２をｂ１度の角度だけ回転させる。

このようにして、本実施形態に係る分散アレーアンテナ装置１００ｂは、平面アンテナ２０１が信号を送受信する経路上に配置された構造体２０２の位置を調整することにより、サイドローブを抑圧することができる。
［構造体２０２および平面アンテナ２０１の一例］
図６は、平面アンテナ２０１と構造体２０２の位置関係の一例を示す。なお、図６において、図３と同符号のブロックは図３のブロックと同一又は同様の機能を有する。

図６において、平面アンテナ２０１（１）および平面アンテナ２０１（２）は、方形状の形状であり、ＹＺ平面上に配置されている。また、構造体２０２（１）および構造体２０２（２）は、図６において、平面アンテナ２０１（１）および平面アンテナ２０１（２）のＸ軸方向の上方に配置されている。

なお、構造体２０２の中心軸と平面アンテナ２０１の中心軸とは、Ｘ軸上で同一とする。

図７は、構造体２０２の角度調整例を示す。なお、図７は、図６に示した平面アンテナ２０１（１）、平面アンテナ２０１（２）、構造体２０２（１）および構造体２０２（２）をＺ軸方向から見た図である。

図７において、平面アンテナ２０１（１）のＹ軸方向の幅はＤ１、平面アンテナ２０１（２）のＹ軸方向の幅はＤ２である。また、平面アンテナ２０１（１）の右端と、平面アンテナ２０１（２）の右端との間隔はＬである。

構造体２０２（１）は、ＸＹ平面上での長手方向長さ（構造体２０２（１）の幅）がＰ１で、平面アンテナ２０１（１）からＸ軸方向の位置Ｓ１に構造体２０２（１）の中心軸（Ｚ軸方向に延在する軸）が配置されている。さらに、図７に示す構造体２０２（１）は、中心軸を中心に回転角α１だけ反時計方向に回転している。

構造体２０２（２）は、ＸＹ平面上での長手方向長さ（構造体２０２（２）の幅）がＰ２で、平面アンテナ２０１（２）からＸ軸方向の位置Ｓ２に構造体２０２（２）の中心軸（Ｚ軸方向に延在する軸）が配置されている。さらに、図７に示す構造体２０２（２）は、中心軸を中心に回転角α２だけ反時計方向に回転している。

ここで、回転角α１および回転角α２は、分散アレーアンテナ装置１００ｂ全体のアンテナパターンの任意のサイドローブが抑圧される角度とは独立して調整される。なお、図７は、構造体２０２の中心軸の位置を変えずに平面アンテナ２０１との角度を変える例を示したが、二次元ステージなどの機構により構造体２０２の中心軸の位置自体を変えるようにしてもよい。或いは、角度と位置の両方が変えられるようにしてもよい。また、構造体２０２の位置を変える場合、ＹＺ平面上の位置だけでなく、Ｘ軸方向の位置（高さ）を変えられるようにしてもよい。

なお、図７の例では、構造体２０２の中心と平面アンテナ２０１の中心は同じ軸上にある。また、図７の例では、構造体２０２の中心と平面アンテナ２０１の中心との距離を一定にし、構造体２０２の面を平面アンテナ２０１の面に対して予め決められた角度（回転角α１および回転角α２）で傾けて調節する。

図８は、構造体２０２の一例を示す。図８の例では、構造体２０２は、例えば金属板６０１が用いられ、金属板６０１には、一辺が４３．６ｍｍで幅２．１ｍｍの正方形のスロット６０２がＹ軸方向およびＺ軸方向にそれぞれ３個ずつ周期的に配置されている。ここで、スロット６０２は、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に対称となる構造を有し、Ｙ軸方向およびＺ軸方向において、注目するスロット６０２の所定箇所（図８の例で右上隅のスロットの上辺）から所定方向に隣接するスロットの所定箇所（図８の例で１つ下のスロットの上辺）までの間隔（すなわちスロット６０２の配列周期）はそれぞれ５８．１ｍｍである。例えば、金属板６０１には、誘電体基板上に銅などの金属面を有するプリント基板が用いられ、エッチングなどでスロット６０２の部分の金属面が除去することにより構造体２０２が作成される。このように、構造体２０２は、平面アンテナ２０１で送受信する信号の周波数に影響を与える金属、誘電体などで形成された固有のパターンが周期的に配列された構造になっている。なお、図８に示した構造体２０２は一例であり、構造体２０２の部材、形状および周期的に配列する個々のパターンは、分散アレーアンテナ装置１００で使用する周波数の信号に影響を与える特性を有するものであれば適用可能である。

図９は、平面アンテナ２０１の一例を示す。平面アンテナ２０１は、例えば誘電体基板７０１上に銅などの金属パターン７０２で形成されたＭＳＡ(Micro Strip Antenna)である。図９の例では、平面アンテナ２０１には、一辺が４５．６ｍｍの正方形の４つのパッチが配置される。平面アンテナ２０１の各パッチには、Ｙ軸方向の中点位置でパッチをＺ軸方向に２６．８ｍｍと３０ｍｍとに内分する箇所に、図中右端の給電点から延長する幅２．２ｍｍの導体パターンがそれぞれ接続されている。なお、Ｙ軸方向およびＺ軸方向における正方形のパッチの配列周期はそれぞれ９０ｍｍである。

ここで、図９に示した平面アンテナ２０１は、２ＧＨｚで共振するように設計されている。
［分散アレーアンテナ装置１００の効果］
図１０は、分散アレーアンテナ装置１００の水平面の放射パターンの一例を示す。図１０の例は、図７に示した回転角α１＝０度に固定し、回転角α２を０度、１０度および２０度としたときの分散アレーアンテナ装置１００の放射パターンを示す。なお、平面アンテナ２０１（１）と平面アンテナ２０１（２）との間隔は、１５００ｍｍ（２ＧＨｚの１０波長）とする。

図１１は、図１０に示した放射パターンの水平面で±６０度の部分を拡大した放射パターンを示す。なお、図１０、図１１においては、比較例として、構造体２０２を用いない従来の分散アレーアンテナ装置のパターンも示す。図１１において、放射パターンの放射方向が±３０度から±６０度の領域のサイドローブが比較例のサイドローブに比べて減少しており、構造体２０２によるサイドローブの抑制効果が得られている。

図１２は、各サイドローブのピーク（極大値）毎の比較例に対する差（改善量）の一例を示す。なお、図１２において、回転角α１＝０度に固定し、回転角α２を−２０度、−１０度、０度、１０度および２０度としたときの各サイドローブの改善量を示す。図１２の例では、第±５サイドローブ以降のサイドローブにおいて、サイドローブレベルが比較例に対して減少しており、改善されていることを示している。

以上、説明したように、本実施形態に係る分散アレーアンテナ装置１００は、平面アンテナ２０１で送受信を行う方向に構造体２０２を配置して、放射パターンを変えることができる。そして、それぞれの平面アンテナ２０１の構造体２０２の位置を調整することにより、アレーアンテナ全体におけるサイドローブを抑制することができる。

１００,１００ａ,１００ｂ・・・分散アレーアンテナ装置；１０１,１０１（１）,１０１（２）,１０１（Ｎ）・・・アンテナ装置；１０２・・・アレーアンテナ制御部；１０３・・・変復調部；１０４・・・角度制御部；２０１・・・平面アンテナ,２０１（１）,２０１（２）,２０１（Ｎ）・・・平面アンテナ２０３・・・保持機構,２０３（１）,２０３（２）,２０３（Ｎ）・・・保持機構；２０３ａ,２０３ａ（１）,２０３ａ（２）,２０３ａ（Ｎ）・・・駆動機構；２０２,２０２（１）,２０２（２）,２０２（Ｎ）・・・構造体；３０２,３０２（１）,３０２（２）・・・位相器；３０１・・・合成/分配器；３０３・・・位相振幅制御部；４０１・・・移動局；４０２・・・通信局；５０１・・・位置検出部；５０２・・・回転制御部；５０３・・・記憶部；６０１・・・金属板；６０２・・・スロット；７０１・・・誘電体基板；７０２・・・金属パターン

Claims

アレー状に配置された複数のアンテナと、メインローブ方向が同相合成となり、かつ、サイドローブ方向が抑圧されるように、前記各アンテナで送受信される信号の位相および振幅を制御するアレーアンテナ制御部と、を有する分散アレーアンテナ装置であって、
前記複数のアンテナの少なくとも１つのアンテナの送受信方向に配置され、前記アンテナで送受信される信号に影響を与える特性を持つ構造体と、
前記アンテナに対する前記構造体の相対位置を変更可能であり、前記構造体を前記アンテナに対して所望の相対位置で固定する保持機構と
を有することを特徴とする分散アレーアンテナ装置。
請求項１に記載の分散アレーアンテナ装置において、
前記分散アレーアンテナ装置と対向する通信局との相対位置に応じて、前記構造体の位置を変える制御を行う構造体位置制御部と
を更に有することを特徴とする分散アレーアンテナ装置。
請求項１または請求項２に記載の分散アレーアンテナ装置において、
前記構造体は、固有のパターンを周期的に配列した構造である
ことを特徴とする分散アレーアンテナ装置。
請求項３に記載の分散アレーアンテナ装置において、
前記構造体の固有のパターンは、金属および誘電体により形成される
ことを特徴とする分散アレーアンテナ装置。
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の分散アレーアンテナ装置において、
前記構造体は、前記アンテナの信号放射方向の軸上に配置される
ことを特徴とする分散アレーアンテナ装置。
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の分散アレーアンテナ装置において、
前記アンテナ毎に複数の前記構造体を配置し、
前記保持機構は、前記構造体毎に前記アンテナに対する相対位置を変える機構を有する
ことを特徴とする分散アレーアンテナ装置。
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の分散アレーアンテナ装置において、
前記アンテナは、平面アンテナであり、
前記構造体の中心と前記平面アンテナの中心は同軸上にある
ことを特徴とする分散アレーアンテナ装置。
請求項７に記載の分散アレーアンテナ装置において、
前記保持機構は、前記構造体の中心と前記平面アンテナの中心との距離を一定にし、前記構造体の面を前記平面アンテナの面に対して予め決められた角度で傾ける
ことを特徴とする分散アレーアンテナ装置。