JPS62105A - アダプテイブアンテナの指向性パタ−ン制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は妨害波と所望信号波が同程度の強度で存在する
電波環境において、妨害波到来方向における空中線利得
を極小にしてこれを維持し、妨害波受信強度を抑圧する
ことにより所望信号受信レベル対妨害波受信レベルの比
（Ｓｉｇ＋＋ａｌ　ｔｏ　Ｎｏ１ｓｅＲａｔｉｏ：　Ｓ
　／　Ｎ　）をできるだけ大にしで受信することのでき
るパワーインバージョンアダプティブアレイアンテナに
関するものである。

（従来の技術） 従来、妨害波の存在する電波環境において妨害波の受信
レベルを抑圧して受信信号のＳ／Ｎを高める空中線方式
としてパワーインバージョンアダプティブアレイアンテ
ナ（Ｐｏｗｅｒ　Ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ　Ａｄａｐｔｉｖ
ｅ　Ａｒｒａｙ　Ａｎｔｅｎｎａ：以下ＰＩアダプティ
ブアレイアンテナという）がある、このアンテナは、複
数の無指向性アンテナ素子で受信されたそれぞれの受信
信号の振幅と位相を制御することによりアレイアンテナ
の合成受信パターンが種々の形に制御できることに着眼
して、到来方向と強度が異なる２つの電波が到来した時
にアレイアンテナの合成受信パターンの極小点を強度の
大なる到来電波の到来方向に向け、強度の小なる到来電
波の到来方向に対しては前記極小点の空中線利得よりも
大なる利得を有する部分が向くように制御することによ
り、強い電波のアンテナ受信レベルを低くし、弱い電波
のアンテナ受信レベルを高くするようにしたもので、強
い妨害電波の存在する電波環境において受信信号のＳ／
Ｎ改善に威力を発揮するものである。

第４図はアンテナ素子が２個の場合の従来のＰエアダプ
テイブアレイアンテナの構成例を示すブロック図である
。１．１’は所定の間隔を置いて配列されている無指向
性のアンテナ素子、３゜３′はアンテナ素子１および同
１′で受信された受信信号の振幅と位相の両者を制御す
るための重み付け回路であり乗算器で構成されている。

９は重み付け回路３および同３′からの出力信号を合成
する合成加算器、２．２′はアンテナ素子１および同１
′で受信された信号の複素共役の信号を取り出す複素共
役回路、８．８′は複素共役回路２および同２′からの
出力信号と合成加算器９の合成出力信号をそれぞれ乗算
する乗算回路、６．６’は低域通過ろ波器、５，５′は
加算器、１３．１３’はステアリング信号である。

そして、複素共役回路２および同２′、乗算回路８およ
び同８′、低域通過ろ波器６および同６′、加算器５お
よび同５′は帰還回路を形成している。この帰還回路は
各アンテナ素子の入力信号と、合成加算器９の出力信号
を受けて各アンテナ素子の受信信号の振幅および位相を
制御するための重み付け信号を発生し重み付け回路３お
よび同３′に加える。

このような構成を有するＰＩアダプティブアレイアンテ
ナは以下のような動作をする。今、到来電波が全く存在
しない場合、即ち電波の到来を待ち受けている状態では
、各アンテナ素子の受信信号はなく、従ってまた合成加
算器９の出力信号もないので低域通過ろ波器６および同
６′の出力信号もない、このため重み付け回路３および
同３′に加えられる信号は加算器５および同５′を経由
して加えられているステアリング信号１３および同１３
′のみとなる。このステアリング信号はアレイアンテナ
の待ち受け受信パターンが無指向性になるように、一方
が“１″、他方が“０″となるように定められている。

今、仮にステアリング信号１３を“０″としステアリン
グ信号１３′を“１ｎとすると重み付け回路３に加えら
れる重み付け信号は“Ｏｎとなり重み付け回路３′に加
えられる電み付け信号は“１τとなる０重み付け回路３
および同３′は乗算器であるので、アンテナ素子１およ
び同１′と合成加算器９との等節約な接続関係は第５図
（ａ）のようになる、即ち、待ち受け状態ではアンテナ
素子１′のみで待ち受けているようになり、第５図（ｂ
）の無指向性パターン１５即ち全方位に対する待ち受け
状態となっている。

次に、このような待ち受け状態にあるところへ電波が到
来すると第５図（ａ）のスイッチ１４が閉じたと同様に
なり第４図のＰＩアダプティブアレイアンテナは重み付
け信号を発生する帰還回路が作動し始め受信パターン上
に極小点を形成し始める。今、電波が第５図（ｂ）の矢
印で示すような２つの方向から到来し、矢印Ｂで示され
る方向からの電波（以下Ｂ波という）の強さが矢印Ａで
示される方向から到来する電波（以下Ａ波という）の強
さよりも強いと、合成加算器９の出力点でみたアレイア
ンテナの受信合成パターンは、無指向性のパターンから
時間の経過と共に第６図（ａ）に示、すようにＢ波の到
来方向と、アンテナ素子の配列軸を対称軸とする対称方
向に極小点ができるような受信パターンになる。

逆にＡ波の方が強い場合には第６図（ｂ）に示すように
Ａ波の到来方向とアンテナ素子の配列軸を対称軸とする
対称方向に極小点ができるような受信パターンになる。

このように、従来のＰＩアダプティブアレイアンテナは
複数の電波が到来した場合には強い電波の到来方向に極
小点を有する受信パターンになるように帰還制御されて
いる。

従って受信したい電波（以下り波という）と異なる方向
からＤ波よりも強い妨害電波（以下Ｕ波という）が到来
してもＵ波の受信レベルが抑圧されＤ波の受信レベルが
強調される結果Ｓ／Ｎが改善されるという優れた機能を
有している。

これに対して、Ｕ波よりもＤ波の方が強い場合には、上
に述べたＰＩアダプティブアレイアンテナの動作原理上
、Ｄ波の受信レベルが抑圧され、Ｕ波の受信レベルが強
調されかえってＳ／Ｎを劣化させてしまう方向に動作す
る。従って、このような場合にはＰＩ動作を停止させる
とか、バイパス経路を設けてこれに切り替えるなどの対
策が講じられている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来のＰＩアダプティブアレイアンテナ
は異なった方向から到来する電波の強さが同じである場
合にはその動作原理上、アンテナパターンにおける極小
点が両波の到来方向の中間方向に形成され且つ極小点を
中心として両側がほぼ対称なパターンであるためＤ波の
受信信号レベルもＵ波の受信信号レベルもほぼ同程度と
なりＰエアンテナとしての機能を果し得す従って受信信
号のＳ／Ｎの改善が全く得られないという問題がある。

本発明の目的は、上記の問題を解決し、Ｄ波とＵ波の強
度がほぼ同程度であっても、Ｕ波の到来方向に極小点を
有する受信パターンを形成できるアダプティブアンテナ
の指向性パターン制御方法を提供しようとするものであ
る。

（問題点を解決するための手段） 本発明のアダプティブアンテナの指向性パターン制御方
法は上記の目的を達成するために次の構成を有する。ｎ
（≧２）個のアンテナ素子を所定の間隔を置いて配列し
、ステアリング信号のみによる待ち受け指向性パターン
が無指向性であるパワーインバージョンアダプティブア
レイアンテナにおいて、電波の到来を検出する到来検出
器と、各アンテナ素子から重み付け回路を経由して合成
された受信合成信号のレベルが極小になった時に所定の
信号を出力する極小検出回路と、所定の伝達関数を有す
る帰還回路を経由させてステアリング信号を加算した場
合に指向性パターンの任意の方向に極小点を形成し得る
重み付け信号を出力する極小点形成回路と、前記帰還回
路への入力信号を切り替える切替回路と、前記極小点検
出回路がらの信号により重み付け回路へ加える重み付け
値を前記信号到来時の値に固定する重み付け値固定回路
とを設け、電波未到来時には前記極小点形成回路の出力
信号を前記帰還回路へ加え、電波到来時には前記帰還回
路への入力信号を各アンテナ素子からの信号の複素共役
信号と前記合成信号との積からなる帰還信号に切り替え
、時間の経過につれ前記合成信号のレベルが極小になっ
た時に重み付け値をその時点の値に固定するアダプティ
ブアンテナの指向性パターン制御方法である。

（作用） 以下、本発明方法の作用を説明する。

本発明方法の基本原理は、電波の到来していない待ち受
け状態の時に受信アンテナパターン上の選択された特定
の方向に予め極小点を強制的に形成しておき、２方自か
ら強さの等しい電波が到来した時に、その状態を開始点
として帰還回路を動作させ、極小点の向きが帰還回路の
時定数によって定まる速さで徐々に２つの到来電波の方
向の中間方向へ移動して行くことを利用して、極小点が
丁度抑圧したい到来電波の方向を向いた時に重み付け値
をその時点で固定することにより極小点を抑圧したい電
波の到来方向に向けようとするものである。そして、２
つの到来電波の方向のどちら側の方向に、待ち受け状態
時の極小点を設定するかを選択することにより、いずれ
の到来電波を抑圧するかを任意に選択できる。

待ち受け状態の受信アンテナパターンの任意の方向に極
小点を形成することは容易に実現し得る０例えば、２つ
のアンテナ素子が存在する場合に電波の到来方向によっ
て定まる到達距離の差に起因して生ずる受信信号の位相
差と受信後に付与される位相差の合計が１８０°の奇数
倍になるようにして合成すると合成出力は零となるので
その方向に極小点が形成されていることになる。

従って、２つのアンテナ素子の受信信号の位相差を制御
することにより任意の方向に極小点を形成することがで
きる。

簡単な例として、２つの無指向性アンテナ素子を２分の
１波長の間隔で配列し、受信信号間の位相差制御を付与
位相差が０°、即ち１：１になるようにして合成すると
、配列軸と直角の方向からの電波の受信信号は同相で受
信され合成されるので極大となり、配列軸と同じ方向か
らの電波の受信信号は１８０°の位相差を持って受信さ
れているのでこれを合成すると零となり、その方向に極
小点を有することになる。これを図示すると第２ｒｌｌ
Ｉ（ａ）のようになる０図中Ｘ印はアンテナ素子を示す
、これに対して、受信信号間の位相差制御を付与位相差
が１８０°、即ち１ニー１になるようにして合成すると
、合成信号は配列軸と同じ方向からの電波に対して極大
となり、配列軸と直角の方向からの電波に対して極小と
なる。

これを図示すると第２図（ｂ）のようになる。

一般にアンテナ素子がｎ個であっても、電波到来角度に
よって生ずる電波到達距離差による位相差に対して各ア
ンテナで受信された後の信号に対する位相遅延と振幅を
制御することにより当該方向から到来する電波の各アン
テナ素子の出力を合成した合成出力が零になるようにす
ることができる、即ちこのことは任意の方向に極小点を
設゛定することができることを意味している。

本発明方法においては、電波未到来時には、極小点形成
回路の出力信号が帰還回路へ加えられ帰還回路の出力信
号とステアリング信号が加算されて重み付け信号となり
重み付け回路に加えられる、そして、極小点形成回路の
出力を制御することにより指向性パターン上の任意の方
向に極小点を□形成することができる。

今、説明の便宜上、第５図（ｂ）のＸ方向に極小点を形
成して、待ち受けていた場合を考える。

この状態でＡ波とＢ波が同じ強さで到来すると、到来検
出器が電波の到来を検出し、その検出信号に基づいて切
替回路を動作させ帰還回路への入力信号を各アンテナ素
子からの複素共役信号と受信合成信号との積である帰還
信号に切り替える。

この動作によりＰＩアダプティブアレイアンテナとして
の帰還動作が開始し、Ｘ方向に形成されていた極小点は
Ａ波とＢ波の中間の方向に向けて、帰還回路の時定数に
よって定まる速さで移動を開始する。従って極小点はＢ
波の方向を通過することになる。この時の受信合成信号
の出力レベルは、Ｂ波の方向の近傍においては極小点が
Ｂ波の方向に接近しつつある時は減少して行き、Ｂ波の
方向に一致した時に極小となり、更に移動して遠ざかる
につれて増加し始める。

この、受信合成信号の出力レベルが極小となった時点を
極小検出回路によって検出し、その検出信号によって重
み付け値固定回路を動作させて、重み付け値をその時点
の重み付け値に固定させる、従って、アンテナの指向性
パターンの極小点はＢ波の方向で停止することになり、
Ｂ波の受信レベルを抑圧することになる。もしＡ波がＤ
波で、Ｂ波がＵ波である場合にはＵ波が抑圧される結果
、受信信号のＳ／Ｎは改善されることになる。

これに対して、Ａ波がＵ波で、Ｂ波がＤ波である場合に
は、待ち受け状態の極小点を第５図（ｂ）のＹ方向に形
成して置くことにより、極小点の移動はＡ波の方向を通
過するので先に述べたと同様の動作によりＡ波を抑圧す
ることができる。

このように本発明方法によればＤ波とＵ波が同じ強さで
到来しても、従来のＰＩアダプティブアレイアンテナと
は異なり、Ｕ波の受信レベルを抑圧することができる。

（実施例） 以下、本発明方法の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、アンテナ素子が２個（ｎ＝２）の場合に、本
発明方法を実施するための手段の構成例を示すブロック
図である。

本構成は、第４図の従来のＰＩアダプティブアレイアン
テナの構成に対して、新たに、重み付け値固定回路４お
よび４′、切替回路７および同７′、到来検出器１０、
極小検出回路１１および極小点形成回路１２が設けられ
ている点に特徴がある、ステアリング信号は第４図にお
けると同様に１３が０．１３′が１になっているものと
する。

極小点形成回路１２の出力信号は、切替回路７および同
７′に加えられる。また、切替回路７には乗算回路８か
らの帰還信号が加えられており、切替回路７′には乗算
回路８′からの帰還信号が加えられている。一方切替回
路７および同７′には到来検出器１０の出力信号線が接
続されており、電波が到来した時に到来を示す検出信号
が切替回路７および同７′に加えられる。

切替回路７は到来検出器１０からの検出信号がない場合
には極小点形成回路１２からの信号と帰還回路としての
低域通過ろ波器６へ、同じく切替回路７′は極小点形成
回路１２からの信号を帰還回路としての低域ろ波器６′
へ導く。

本実施例においては、帰還回路はアナログ回路の低域通
過ろ波器を用いているが、これに限られるものではなく
、等節約に所定の伝達関数を有するディジタル回路で構
成したものであってもよい、極小点形成回路１２の出力
信号は、低域通過ろ波器６を経て、加算器５でステアリ
ング信号１３と加算され、重み付け値固定回路４を経由
して重み付け回路３へ加えられる。同じく低域通過ろ波
器６′を経由した信号は加算器５′でステアリング信号
１３′と加算され重み付け値固定回路４′を経由して重
み付け回路３′へ加えられる。

そして、極小点形成回路１２の出力信号は、重み付け回
路３および同３′での重み付け値が、電波未到来の待ち
受けアンテナ指向性パターン上の選択した方向に極小点
が形成されるような値になっている。

今、説明のための例として、重み付け回路３および同３
′における重み付け値がそれぞれ１になるように設定さ
れているものとする。

従って、電波が到来していない待ち受け状態の時のアン
テナ指向性パターンは第３図（ａ）のようになっている
６次に、このような待ち受け状態のところへ第３図（ａ
）に示すように、強度のほぼ等しいＡ波とＢ波が到来す
ると、まず到来検出器１０が電波の到来を検出し、検出
信号を切替回路７および同７′へ送る。検出信号を受け
た切替回路７は乗算器８からの信号を低域通過ろ波器６
へ送るように切り替わり、同じく切替回路７′は乗算器
８′からの信号を低域通過ろ波器６′へ送るように切り
替わる。この切り替わりによって帰還回路が形成される
ので、ＰＩアダプティブアレイアンテナとしての動作が
開始され、待ち受け状態のとき強制的に形成されていた
アンテナ指向性パターンの極小点のうち到来電波の方向
に近い方の極小点が該到来電波の方向に移行し始める。

この移行は、重み付け回路３および同３′に加えられて
いる重み付け値が変化することによるものであるが、こ
の重み付け値は時間ｔの指数関数で表わされ時間の経過
につれて変化しつつ定常値に落ち着く形となっている。

即ち連続的な変化をしながら定常値に近づき落ち着くこ
ととなる。

従来のＰＩアダプティブアレイアンテナにおいては、異
なった方向から同程度の強度の電波が到来した時にはア
ンテナパターンの極小点が時間の経過につれてこれら二
つの方向の中間方向に形成され落ち着く、この時の重み
付け値が定常値ということになる。従って、今、電波の
待ち受け状態において上記二つの方向の間以外の方向に
強制的に極小点を形成しておき上記の電波が到来した時
に強制的な極小点形成信号の印加を解除して本来のＰＩ
アダプティブアレイアンテナの動作を開始させると重み
付け値は定常値に向って時間に対し指数関数的な連続的
変化を開始する。

このことは、極小点が強制的に設定された方向から、二
つの到来電波の方向の中間の方向に向けて連続的に移行
することを意味する。第３図の例でいうならば、同図（
ａ）のＢ波に近い極小点Ｍが同図（ｂ）、同図（ｃ）の
ように、低域通過ろ波器の時定数によって定まる速度に
よって移行する、そして極小点がＢ波の到来方向に向い
た時に移行を停止させると極小点がＢ波の到来方向を向
いたままとなりＢ波のアンテナ受信レベルを抑圧するこ
とができることになる。このような動作を行わせている
のが極小検出回路１１と重み付け値固定回路４および同
４′である。今、極小点がＢ波の到来方向に近づき通過
する場合の狭い範囲での合成加算器９の出力レベルを観
ると、極小点がＢ波の方向に近づきつつある時は出力レ
ベルが低下していき、一致した時が極小となり、更に進
むとまた出力レベルが上昇し始める。

従って出力レベルが減少から増加へ転じる点を捉えて停
止させるとよいことになる。極小検出回路１１はこの極
小点を検出し停止信号を出力する回路である。この検出
は、合成加算器９の出力レベルの２次微係数の極性の反
転を捉えるなどして容易に実現できる。極小検出回路１
１からの停止信号は重み付け値固定回路４および同４′
へ送られる０重み付け値固定回路４および同４′は停止
信号が加えられない間は加算器５および同５′からの重
み付け値を重み付け回路３および同３′に加えているが
、停止信号が送られて来ると以後その時点の重み付け値
に固定した重み付け値を重み付け回路３および同３′へ
送る。このような動作はラッチ回路への入力を停止信号
によって断にすることにより容易に実現できる。

以上のような動作によりアンテナパターンの極小点をＢ
波の到来方向に固定することができＢ波のアンテナ受信
レベルを抑圧することができる。

従ってＢ波が妨害波（Ｕ波）であるような場合はその受
信レベルが抑圧され受信信号のＳ／Ｎが改善される。

逆にＢ波がＤ波でＡ波がＵ波である場合にはＤ波の受信
レベルが抑圧されてＳ／Ｎが劣化し支障を来たすので、
このような場合には、極小点形成回路１２の出力信号を
調整することにより待ち受け状態における極小点の設定
方向をＡ波の到来方向とＢ波の到来方向の成す角の外側
でＡ波の到来方向に近い方向に変えることによりＡ波の
受信レベルを抑圧してＳ／Ｎの改善を図ることができる
、アレイアンテナ素子が多数の場合は極小点数およびそ
の方向設定の自由度が増加しその自由度に応じて多数の
妨害波抑圧をはかることができる。

尚このときの動作原理は以上詳述した２素子アレイの場
合と同様である。

（発明の効果） 本発明のアダプティブアンテナの指向性パターン制御方
法は以上の構成と作用を有するので、受信すべき電波の
他に他の方向から受信すべき電波と同じ強さの妨害電波
が到来してもアンテナパターンの極小点を妨害電波到来
方向に向けて固定することができるので、従来のＰＩア
ダプティブアレイアンテナとは異なり、妨害電波の受信
信号レベルを抑圧することができ受信信号のＳ／Ｎ改善
に威力を発揮するという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、アンテナ素子が２個の場合の本発明方法を実
施するための手段の構成例を示すブロック図、第２５！
ｉは無指向性アンテナ素子が２個の場合の合成アンテナ
パターンを示す図、第３図は本発明方法を適用した２素
子ＰＩアダプテイブアレイアンテナにおける電波到来時
のアンテナパターンの変化を示す図、第４図は従来のＰ
Ｉアダプティブアレイアンテナの構成を示すブロック図
、第５図は従来のＰＩアダプティブアレイアンテナの待
ち受け状態を示す図、第６図は従来のＰＩアダプティブ
アレイアンテナの極小点の形成を示す図である。 １．１′・・・・・・無指向性アンテナ素子、２．２′
・・・・・・複素共役回路、　３，３′・・・・・・重
み付け回路、　４．４′・・・・・・重み付け値固定回
路、５．５′・・・・・・加算器、　６．６′・・・・
・・低域通過ろ波器、　７．７′・・・・・・切替回路
、　８，８′・・・・・・乗算回路、　９・・・・・・
合成加算器、　１０・・・・・・到来検出器、　１１・
・・・・・極小検出回路、　１２・・・・・・極小点形
成回路、　１３．１３’・・・・・・ステアリング信号
、　１４・・・・・・スイッチ、　１５・・・・・・無
指向性パターン。 代理人　弁理士　　八　幡　　義　博 １０　−−−−・・到東＆ｆ：、葬 ＋３．　　＋３’−−−一・　又テアリング３言号本裾
明のＰＩア７ブリ１ブアレイアンテナ／）カー入１大イ
ブロック図　４　　Ｍ （ａ）　　　　　　　　　　　　　（ｂ）１　之　１　
　　　　　　　　　　　　　　　　　１　ミー１を指ｆ
１性アンテナ棄壬バ２イ目の場与の一＋戚ア）デナノで
ターン仁示埼図 第　２　　図 Ｃａ）（１））　　　　　　　　　（Ｃ）−一一一］ １、　１’−−−−一焦指向桂ア）テナ棄チ２、　２’
−−−−一糎素矢役回路 ３、　３’−−−−一重み付け回外 ５、　５’−−−−−ｓＵ算算 ６、　　６’−−−−−イ陰歩；駕参１シ、ろシ察−１
１ミ８、　８’−−−−一　犬算回篠 ９　　−−−−一今へＤａｌ界 ＋３．　１３’−−−−−ステアリング信号＄　４　図 （ａ）　　　　　　　　　　　（ｔ））（ａ）　　　　
　　　　　　　　（ｂ）第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｎ（≧２）個のテンテナ素子を所定の間隔を置いて配列
   し、ステアリング信号のみによる待ち受け指向性パター
   ンが無指向性であるパワーインバージョンアダプティブ
   アレイアンテナにおいて、電波の到来を検出する到来検
   出器と、各アンテナ素子から重み付け回路を経由して合
   成された受信合成信号のレベルが極小になった時に所定
   の信号を出力する極小検出回路と、所定の伝達関数を有
   する帰還回路を経由させてステアリング信号と加算した
   場合に指向性パターンの任意の方向に極小点を形成し得
   る重み付け信号を出力する極小点形成回路と、前記帰還
   回路への入力信号を切り替える切替回路と、前記極小点
   検出回路からの信号により重み付け回路へ加える重み付
   け値を前記信号到来時の値に固定する重み付け値固定回
   路とを設け、電波未到来時には前記極小点形成回路の出
   力信号を前記帰還回路へ加え、電波到来時には前記帰還
   回路への入力信号を各アンテナ素子からの信号の複素共
   役信号と前記合成信号との積からなる帰還信号に切り替
   え、時間の経過につれ前記合成信号のレベルが極小にな
   った時に重み付け値をその時点の値に固定することを特
   徴とするアダプティブアンテナの指向性パターン制御方
   法。