JPS63166304A - アダプテイブアンテナ装置 - 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】 ［発明の目的１ （産業上の利用分野） この発明は、各種の烈線通イ８装置やレーダ装置に用い
られて、電波受信に際しモの所望波方向に対するレスポ
ンスを一定に保ったまま不要波を抑圧するアゲブチイブ
アンテナＨＷに関り−る。

（従来の技術） 波環境に応じてそれぞれ所要に制ｒ１１シてザイドロー
プレベルを変化させ、もって空間的に不要波を抑圧する
アンテナ装置である。

こうしたアンテナ装置の構成法および上記受信信号の振
幅と位相を制御するためのアルゴリズムは神々あるが、
いずれであれ、上記の如く不要波を抑圧するための原理
とは次のようなものである。

ずなわち、不要波とは所望波方向に向けられた主ビーム
のサイドロープで受信されるものであるから、随時の受
信（ｒｊ号に基づいてその不要波と同一のレベルのレス
ポンスをもつように補助ビームを形成し、この形成した
補助ビームの受信１８号によって該主ビーム中のく正確
にはこのサイドロープ中の）不要波をキャンセルするの
である。これは、サイドローアキ１シンセラの原理と同
様であるが、サイドロープキャンセラが通常、主ビーム
を形成するための主アンテナと補助ビー１１を形成り”
るための補助アンテナとの２種のアンテナをｂつのに対
して、このアダプティブアンテナ装置では、主ビームを
形成するアンテナ素子の全部、または一部を用いて上記
補助ビームを形成するようにしている。

ところで、補助ビームは一般に所望波方向にもレスポン
スをもつことから、主ビームで受信される不要波をこの
補助ビームによってキャンセルする際には、所望波も一
部キャンゼルされることになる。これを防ぐには、常に
所望波方向にレスポンスをもたない補助ビームを形成１
ればよい。これには仲々の方法があるが、比較的容易に
は、複数のペア素子による差ビームを形成し、それらの
受４’Ｊ信号の振幅と位相を制ｆｆ１ｌ　Ｌ、た後これ
を合成して補助ビームを形成する方法がある。こうした
構成を有するアダプティブアンテナ装置の一例を第５図
に示す。

すなわちこのアンテナ装置は、同第５図に示すように、
アンテナ素子１１〜１ｎからなりアレイアンテナ１と、
該アレイアンテナ１の各素子１１〜１ｎに各別に接続さ
れてこれら素子の受信信号の位相を目標方位に応じて所
要に移相する移相器２（２１〜２ｎ）と、これら移相さ
れた受信信号を加算合成する加綽器３とを有して構成さ
れる主ビーム形成回路に対し、上記アレイアンテナ１の
互いに隣り合う素子をペア素子としてこれらペア木子各
々の上記移相器２にて移相された後の受信信号を抽出し
てその信号差を求める減吟器５（５１〜５Ｉｌ）と、こ
れら差信号について各別にその振幅および位相を重み付
け制御！ｏする複素ウェイト６（６１〜６ｎ＋　）と、
これら重み付けされた差信号を加算合成して補助ビーム
を形成づる加ｎ器７とを右する補助ビーム形成回路を更
に具え、減算器４を通じて、上記主ビームからこうして
形成される補助ビーム分を差し引くことで、上述した不
要波のみのキャンセルを実現している。

囚みに、上記減算器５の出ツバすなわち上記へア素子の
差信号をｅｉｌ（θ）とでると、これは次式のように表
わされることが知られている。

ｅ　ｉｌ　（０）　＝　ｃｘｐ（ｊｋｘ；　ｓｉｎθ）
−ｆ３ＸＤ（ｊｋ（Ｘ、−ｄ）ｓｉｎθ）＝　２ｊ　ｅ
ｘＰ（ｊｋ　（Ｘｌ−ｄ／２）ｓｉｎθ）ｓｉｎ　（ｋ
（ｄ／２）ｓｉｎθ）　　　・（１）ただしＸ・　ニア
レイアンテナ１の中心からｉ番目の素子までの距離 Ｏ：ボアサイトから測った角度 に；波数　　　　　　ｄ；素子間隔 ｉ：１，２．・・・、Ｎ　　Ｎ：素子数（発明が解決し
ようとする問題点） いま、簡単のため、不要波が１波である場合を考えると
、上記形成される補助ビームは単一の差ビームとなり、
その振幅パターンおよび位相パターンは、主ビームに対
して、それぞれ第６図および第７図に示す態様どなる。

すなわち、第６図において、第６図（ａ）は主ビーｔ＼
の振幅パターン、第６図（ｂ）は補助ビームの振幅パタ
ーンをそれぞれ示し、また第７図において、第７図（ａ
）は主ビームの位相パターン、第７図（ｂ）は補助ビー
ムの位相パターンをそれぞれ承り。

ここで、例えばこれら第６図Ｊ３よび第７図の矢印の方
向から不要波が入射したとすると、これをキ↑Ｉンセル
するには、上記主ビームと補助ビームとの不要波方向の
振幅および位相をそろえた上で、上述の減口器４を通じ
たキャンセルを実行づる必要がある。そこで同第５図に
示したアンテナ装置では、上記第６図（ｂ）および第７
図（ｂ）に示されるようにいずれも角度（０）依存性の
あるこれら振幅および位相といった値をｎｔ’ｌ　６１
１するために上記の複索ウェイト６を設けているのであ
るが、そらそうこれら複索ウェイトとは、実際には可変
アッテネータと移相器を組み合わせたり、ハイブリッド
と移側器を絹み合せるなどの複雑な構成が強いられるも
のであり、コスト的にも高価なものとならざるを得なか
った。

この北門は、こうした補助ビームの形成をより簡単な回
路で実現できるにうにすることを目的とするものである
。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明では、前記アレイアンテナの各素子のうち、位
相中心が前記主ビーム形成回路にて形成される主ビーム
の位相中心に一致する素子同士を前記祉助ビーム形成の
ためのペア素子として選定してその各差ビームを求め、
これら求めた差ビームに基づいて前記不要波成分に対応
した補助ビームを形成するようにする。前記主ビームか
らは、こうして形成される補助ビーム分を差し引いてそ
の不要波成分の抑圧を行なう。

（・作用） 上記態様でのペア素子選定により、その差ビームに対応
した（＋’ｉ　ｐ３の依存する角度はπ／２く９０°）
と−π／２　（−９０”　）との２秤の角度のみに制約
されるようになる。したがって、同差信号の位相を例え
ば−π／２だけ固定°的に移（Ｕゼしめるようにするこ
とで、以後はその符号と振幅のみの制御で上記所望とげ
る補助ビームをｊ９ることができるように４にる。

（実施例） 第１図に、この北門にかかるアダプティブアンテナ装置
の一実施例を示す。

この実施例装置において、アレイアンテナ１、移相ｉｆ
！？　２、および加Ｑ器３からなる主ビーム形成回路自
体は、先の第５図に示した従来の装置と同様のものを想
定する。ただし、このｍ１図に示すアレイアンテナ１は
いわゆる周期構造を有しており、また上記主ビーム形成
回路にて形成される主ビームの位相中心は同第１図にψ
０で示ず如くこのアレイアンテナ１のアレイ中心に位置
ツるとする。

さてこの実施例装置では、こうした条件下にあるアレイ
アンテナ１の各素子１１〜１ｎ　　（ｎは偶数であると
する）について、互いの位相中心が上記主ビームの位相
中心ψ０に一致する素子１１と素子１ｎ、素子１２と素
子１（ｎ−１）、・・・アレイ中心の最寄りに位置する
とする素子１ｑと素子１（ｑ＋１）をそれぞれ前述した
ペア素子に選定して補助ビームを形成する。

すなわも該実施例ｇ置の補助ビーム形成回路において、
８（８１〜８１）は、こうした態様で選定した各ペア素
子の受信信号についてその移相器２（２１〜２ｎ）によ
る移相処理後の１８号を格別に抽出して各ペア毎の差信
号を求める減静器であり、この場合これら各差信号は、
これをｅｉｏ（θ）とすると、 ｅ　Ｂｏ（０）　＝　ｅｘｐ（ｊｋ　Ｘｒ　ｓｉｎθ）
−ｅｘｐ（−ｊｋｘ−ｓｉｎ　ａ　） ＝　２ｊ　５ｉｎ（ｋＸ−ｓｉｎ　　θ）　　　　　　
・　（２）ま たりＬｘ、ニアレイアンテナ１の中心から１番目の素子
までの距離 θ：ボアサイトから測った角度 に：波数 ｉ　　：１，２．・・・、Ｎ　　　Ｎ：素子数となる。

この（２）式は、前述のように不要波が１波である場合
を想定すると、その補助ビームの振幅パターンおよび位
相パターンは、主ビームの振幅パターンおよび移相パタ
ーンに対して、ぞれぞれ第２図および第３図に示す態様
となることを意味する。すなわら、第２図（ａ）に示す
主ビームの振幅パターンに対してこの場合の補助ビーム
の振幅パターンは同第２図（ｂ）に示す態様となり、ま
た第３図（ａ）に示ず主ビームの移相パターンに対して
この場合の補助ビームの移相パターンは同第３図（ｂ）
に示す態様となる。先の第６図および第７図と対比して
明らかなように、この場合の補助ビームの位相パターン
は、π／２　（９０”　）および−π／２　（−９０°
）の２種の角度にのみ依存し、それ以外の角度に対して
は何らの依存性ももたない。

同補正ビーム形成回路における９（９１〜９ｍ）は、こ
うして１ｑられる差信号（差ビーム）を固定的に一９０
°だけ移相する固定移相器である。すなわち、こうした
移相器９の挿入によって、上記減算器８を通じて得られ
た差信号は、角度（θ）には全く依存しないものとなる
。このことは換言すれば、上記第２図および第３図に示
した主、補助台ビームにそれぞれ同図に矢印で示すよう
な不要波が入射されたとしても、この補助ビーム（固定
移相器９の出力）の不要波方向の振幅およびその正負の
符号さえ所要に制御すれば、これを有効にキャンセルで
きることを意味する。

１０（１０１〜１０ＩＩ）は、固定移相器９による移相
出力に対して、こうした正負の符号を含めた振幅制御を
実行する振幅ウェイトである。この振幅ウェイト１０は
、各該当する入力（この場合固定移相器９の該当する出
力）と主ビーム出力（減算器４の出力）との相関をとっ
てこの相関値を当該入力に乗算（重み付け）する周知の
回路によって構成することができる。

こうして重み付けされた各差信号を加算器７にて合成し
て所望とする補助ビームを得、また減算器４を通じてこ
の得た補助ビーム成分を主ビームから差し引くことによ
って同主ビームのサイドロープ領域に含まれる不要波成
分を抑圧でることは先の第５図に示した装置と同様であ
る。

このように、この実施例装置によれば、複雑な構成が強
いられる前述した複素ウェイト等は何ら用いることなく
所望とする補助ビームを形成することができる。

しかも、第５図に示したような従来装置に比較して該実
施例６１！の場合、位相が一定の角度範囲では、空間的
に幅の広い不要波、およびこれと等価ではあるがいわゆ
る広帯域な不要波に対してもこの抑圧能力に優れたもの
となる。

また、こうしたアダプティブアンテナ装置の場合、一般
にはＮ素子のアレイアンテナについて（Ｎ−１＞の自由
度をもって補助ビームの形成に用いるペア素子の選定を
行なうようにしている（例えば第５図に示した装置など
では最大（Ｎ−１）個のペア素子が選定され、またこの
場合減算器５や複素ウェイト６もそれぞれ（Ｎ−１）Ｎ
必要となる）が、同実施例ｇＷ！Ｉの場合には、このペ
ア素子の選定にかかる自由度は最大でも（Ｎ／２）とな
る。このことは、補助ビーム形成回路を構成する制御素
子（上記の例では減算器８、固定移相器９、振幅つＩイ
ト１０など）の数も、この実施例装置ににるペア素子選
定手法によって大幅に削減することができたことを意味
する。

なお、上記アレイアンテナを構成するアンテナの種類お
よびそのアレイ形態、さらには上記選定するペア素子数
等については任意である。要は、補助ビームの形成に用
いる任意組のペア素子として、その位相中心が主ビーム
の位相中心に一致するアンテナ素子同士を選定するよう
にすればよい。

ところで、上記実施例では、第５図に示した従来装置と
対比する意味で、各アンテナ素子に受信される高周波信
号をそのまま用いてビーム形成を行なう場合について例
示したが、他に例えば、各アンテナ素子に受信機を設け
て、上記高周波信号を中間周波信号に変換した後ビーム
形成を行なうようにしたり、あるいはこれら受信機の後
段に更にＡ／Ｄ変換器を設けて、上記変換された中間周
波信ｑを更にディジタル信号に変換した後これらディジ
タル（Ｍ号を用いてビーム形成を行なうようにしたりし
てもよい。得に、後右の如く各受信信号をディジタル信
号に変換してビーム形成を行なう場合には、これを分岐
しても電力的には何らのロスも生じないことから、各々
独立に不要波抑圧の可能なマルチビームを形成するよう
にすることも容易である。こうした場合の構成例を第４
図に示す。

すなわち第４図において、２０　（２０１〜２０ｎ）は
受信機、３０　（３０１〜３０ｎ　）　は該受信ｆ３２
０により中間周波（、ｉ号に変換された受信信号をディ
ジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器をそれぞれ示し、ま
た５０１〜５０Ｊは、これら変換されたディジタル受信
信号を各別に受入して各別のビーム（すなわちマルチビ
ーム）を形成する複数の（Ｊｕｌの）ビーム形成回路を
示す。これらビーム形成回路５０１〜５０１の各々は、
第１図に示した主、補助ビーム形成回路と基本的に同じ
ものであるが、その各構成要素（前述した各柿移相器の
各種油・減免器等）はディジタル仕様となっているとと
もに、特に主ビーム形成回路についてはその間口を加算
″８３１および３２によって２分割してハイブリッド回
路４０に加えることによリレーダ装置に好適な図示のよ
うなモノパルスビームを形成するようにしている。なお
、同ビーム形成回路５０１〜５０４については、図示の
構成と同等の論理的処理構造をもたせたコンピュータを
用いてこれを実現することも勿論可能である。

［発明の効！！１ 以上説明したように、この北門によれば、所望波方向の
レスポンスを一定としてその不要波成分のみを抑圧する
アダプティブアンテナ装置を非常に簡１９な構成をもっ
て実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかるアダプティブアンテナ装置の
一実施例を示すブロック倒、第２図は該実施例装置によ
って得られる主ビームおよび補助ビームの振幅パターン
を示す線図、第３図は同実施例装置によって得られる主
ビームおよび補助ビームの位相パターンを示す線図、第
４図はこの発明にかかるアゲブチイブアンテナ装置の他
の実施例を示ずブロック図、第５図は従来のアゲブチイ
ブアンテナ装置の一例を示ずブロック図、第６図は該従
来菰ＩＮによって得られる主ビームおよび補助ビームの
振幅パターンを示す線図、第７図は同従来Ｖ装置によっ
て得られる主ビームおよび補助ビームの位相パターンを
示ｉＦＡ図である。 １（１１〜Ｉｎ）・・・アレイアンテナ、２（２１〜２
ｎ）・・・移相器、３．７．３１．３２・・・加Ｆｌ器
、４、８　（８１〜８ｎ　）　・・・減ｖ５器、９（９
１〜９ＩＩ）・・・固定移相器、１’０（１０１〜１０
１１）・・・振幅ウェイト、２０　（２０１〜２Ｏｎ　
＞　・・−受信し１．３０（３０１〜３０ｎ）−Ａ／［
）変換器、４　Ｑ−Ａ４７９７１回路。 日東の浄３（内容に変更なし） 不憂渭 番 第２図 第６図 手続補装置 昭和６２年３月６日

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）アレイアンテナの各素子に受信された信号をそれ
   ぞれ所要に移相した後これを合成して主ビームを形成す
   る主ビーム形成回路と、前記アレイアンテナの各素子の
   うちの任意組のペア素子についてその受信された信号の
   移相後の信号を抽出してその各差信号に基づき所定の補
   助ビームを形成する補助ビーム形成回路とを具え、これ
   ら形成される主ビームから補助ビーム成分を除去するこ
   とにより同主ビームのサイドロープ領域に含まれる不要
   波成分を抑圧するアダプティブアンテナ装置において、 前記補助ビームの形成に用いるペア素子として、その位
   相中心が前記主ビームの位相中心に一致する素子同士を
   選定するようにしたことを特徴とするアダプティブアン
   テナ装置。
2. （２）前記補助ビーム形成回路は、 前記ペア素子の差ビームを求める減算手段と、この求め
   られた差ビームの位相を−９０°移相せしめる移相手段
   と、 この移相された差ビームと前記主ビームとの相関に基づ
   いて同差ビームに対しその正負の符号を含めた振幅につ
   いての所要の重み付けを行なう振幅重み付け手段と をそれぞれ複数組のペア素子に対応して複数組具えると
   ともに、 各重み付けされた差ビームについてこれらを合成する加
   算手段を具え、 この合成したビームを前記補助ビームとして出力する特
   許請求の範囲第（１）項記載のアダプティブアンテナ装
   置。
3. （３）前記主ビーム形成回路は、前記アレイアンテナの
   各素子に対応して、受信機と、この受信機出力をディジ
   タル信号に変換するＡ−Ｄ変換器とを有し、これら変換
   されたディジタル信号をそれぞれ所要に移相して所望の
   主ビームを形成するディジタルビーム形成回路であり、 前記補助ビーム形成回路は、前記所要に移相されたディ
   ジタル信号に基づいて各所望の主ビームに対応した前記
   補助ビームを形成する特許請求の範囲第（１）項または
   第（２）項記載のアダプティブアンテナ装置。