JP2001044740A - Feeding method and phased array antenna - Google Patents

Feeding method and phased array antenna

Info

Publication number
JP2001044740A
JP2001044740A JP21127999A JP21127999A JP2001044740A JP 2001044740 A JP2001044740 A JP 2001044740A JP 21127999 A JP21127999 A JP 21127999A JP 21127999 A JP21127999 A JP 21127999A JP 2001044740 A JP2001044740 A JP 2001044740A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
antenna
matrix circuit
power
distribution
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP21127999A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3567102B2 (en
Inventor
Fumio Kira
文夫 吉良
Toshikazu Hori
俊和 堀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP21127999A priority Critical patent/JP3567102B2/en
Publication of JP2001044740A publication Critical patent/JP2001044740A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3567102B2 publication Critical patent/JP3567102B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a feeding method and a phased array antenna by which phase compensation is conducted to obtain an excellent antenna pattern even in the case that the antenna has distortion. SOLUTION: In the feeding method for the phased array antenna employing a matrix circuit 20 that decides a beam direction depending on a position of a feeding port, a center phase in an output of the matrix circuit 20 is made constant independently of a position of the feeding port. Signals of 3 feeding ports or over of the matrix circuit 203 are distributed and synthesized according to a power density distribution and a phase distribution obtained by a Gauss function for complex number coefficients in which sin[θs]-sin[θi] and sin[ϕs]-sin[ϕi] are used for variables, where (θi, ϕi) are direction of a beam when power is fed to a feeding port (i, j) of the matrix circuit 20 and (θs, ϕs) is a desired beam direction.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、給電ポートの位置
によってビーム方向が決定されるマトリクス回路を用い
たフェーズドアレーアンテナに関し、特に、アンテナ開
口面の位相分布を制御する給電方法、およびこれを用い
た給電回路を有するフェーズドアレーアンテナに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a phased array antenna using a matrix circuit whose beam direction is determined by the position of a feed port, and more particularly, to a feed method for controlling a phase distribution of an antenna aperture and a feed method using the same. A phased array antenna having a feeding circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】給電ポートの位置によってビーム方向が
決定されるマトリクス回路を用いたフェーズドアレーア
ンテナは、給電点(給電を行うマトリクス回路のポー
ト)の位置に対応してビーム方向が変化することから給
電点切換走査型のフェーズドアレーアンテナと呼ばれて
いる。
2. Description of the Related Art A phased array antenna using a matrix circuit in which the beam direction is determined by the position of a power supply port changes the beam direction in accordance with the position of a power supply point (port of a matrix circuit for supplying power). It is called a feeding point switching scanning type phased array antenna.

【0003】一般的に走査の細かさ(個々のビーム間
隔)はビーム幅程度となり、信号を入力するポートを適
当に選択することにより幾つかのマルチビームを発生さ
せることが可能という特徴を有している。[文献:電子
通信学会「アンテナ工学ハンドブック」、5章、オーム
社 参照] 図8はNポートの1次元マトリクス回路を用いた直接放
射型のフェーズドアレーアンテナを説明する図である。
同図において数字符号6は入力信号、7はマトリクス回
路、8は素子アンテナ、1〜5はビームの方向を示して
いる。入力信号6は、所望するビーム方向に応じて入力
位置(この場合はポート1〜ポートNのいずれか1つ)
を選択して入力する。
In general, the fineness of scanning (interval between individual beams) is about the beam width, and it is characterized in that several multi-beams can be generated by appropriately selecting a signal input port. ing. [Refer to Literature: IEICE “Antenna Engineering Handbook”, Chapter 5, Chapter Ohmsha] FIG. 8 is a diagram illustrating a direct radiation type phased array antenna using an N-port one-dimensional matrix circuit.
In the figure, numeral 6 indicates an input signal, 7 indicates a matrix circuit, 8 indicates an element antenna, and 1 to 5 indicate beam directions. The input signal 6 is an input position (in this case, any one of port 1 to port N) according to a desired beam direction.
Select and enter.

【0004】同図のマトリクス回路7としてはバトラー
マトリクス等が用いられる。また、1、2、3はそれぞ
れポート1、ポート2、ポート3から信号が給電された
場合のビーム方向であり、4、5はそれぞれポートi、
ポートNから信号が給電された場合のビーム方向を示し
ている。
A Butler matrix or the like is used as the matrix circuit 7 in FIG. 1, 2, and 3 indicate beam directions when signals are supplied from port 1, port 2, and port 3, respectively, and 4, 5 indicate port i and port i, respectively.
The beam direction when a signal is supplied from port N is shown.

【0005】マトリクス回路7に入力された信号はマト
リクス回路の中で分配され、ポート毎に異なる位相差を
もって出力される。信号を入力するポート位置によっ
て、出力側で生じる位相の傾きが異なるため、給電を行
うマトリクス回路のポート位置に応じてビーム方向が変
化する。
[0005] The signal input to the matrix circuit 7 is distributed in the matrix circuit and output with a different phase difference for each port. Since the phase gradient generated on the output side varies depending on the position of the signal input port, the beam direction changes in accordance with the port position of the matrix circuit that supplies power.

【0006】一般に給電点から入力された電力はマトリ
クス回路によって等分配されるため、開口面励振分布は
一様分布となり、このままの振幅強度で素子アンテナ
(放射素子)を励振したのではサイドローブ特性が悪
い。また、給電点切換走査型アンテナのビーム数、およ
びビーム方向は給電点の数(マトリクス回路のポート
数)で制約を受ける。これらを同時に解決するものとし
て、マトリクス回路の3つ以上のポートに信号を同相
(同じ位相)で給電するアンテナが提案されている。
[文献:吉良他、「良好なパターン特性を有するマルチ
ビームマトリクス型アンテナの一構成法」、1998電
子情報通信学会ソサイエティ大会、B−1−70,p.
70 参照] 図9はこれを説明するものである。同図において、数字
符号6は入力信号、9は可変電力分配回路(ビーム方向
に応じて信号電力の分配比を操作する。信号位相は全て
同相である。)、7はマトリクス回路、8は素子アンテ
ナを示している。入力信号6は、可変電力分配回路9で
分配されて3つ以上のポートに同相で給電される。
In general, the power input from the feeding point is equally distributed by the matrix circuit, so that the excitation distribution on the aperture plane becomes uniform, and if the element antenna (radiation element) is excited with the same amplitude intensity, the side lobe characteristic is obtained. Is bad. Further, the number of beams and the beam direction of the feeding point switching scanning antenna are restricted by the number of feeding points (the number of ports of the matrix circuit). To solve these problems at the same time, an antenna has been proposed which feeds a signal to three or more ports of a matrix circuit in the same phase (the same phase).
[Literature: Kira et al., "One Construction Method of Multi-beam Matrix Antenna Having Good Pattern Characteristics", 1998 IEICE Society Conference, B-1-70, p.
FIG. 9 illustrates this. In the figure, numeral 6 is an input signal, 9 is a variable power distribution circuit (operates the distribution ratio of signal power according to the beam direction; all signal phases are in phase), 7 is a matrix circuit, and 8 is an element. Shows the antenna. The input signal 6 is distributed by the variable power distribution circuit 9 and supplied to three or more ports in the same phase.

【0007】それぞれのポートに給電される信号電力
は、積分値が1(面積が1)になるように規格化された
実数係数のガウス関数A exp[−BX2 ]を給電信号の
電力密度分布として、定積分を実行することにより求め
る。図10はこれを説明するものである。係数Aはガウ
ス関数の積分値を1とするための規格化係数であり、係
数Bはガウス関数の広がりを規定するパラメータであ
る。
[0007] The signal power supplied to each port is represented by a real coefficient Gaussian function A exp [-BX 2 ] standardized so that the integral value is 1 (area is 1). By executing definite integration. FIG. 10 illustrates this. The coefficient A is a normalization coefficient for setting the integral value of the Gaussian function to 1, and the coefficient B is a parameter that defines the spread of the Gaussian function.

【0008】このアンテナの原理は以下の考えに基づい
ている。
[0008] The principle of this antenna is based on the following idea.

【0009】マトリクス回路を用いたフェーズドアレー
アンテナが給電を行うポートの位置に応じてビーム方向
が変化するのは、入力信号がマトリクス回路で分配され
ると同時に給電を行うポートの位置によってそれぞれの
出力ポートにおける信号の位相が回転し、位相面に傾き
を生じるためである。これは原理上、フーリェ変換を行
っていると考えることができる。
The reason that the beam direction changes according to the position of the port to which the power is supplied by the phased array antenna using the matrix circuit is that the input signal is distributed by the matrix circuit and at the same time, the output of each of the ports depends on the position of the port to which the power is supplied. This is because the phase of the signal at the port rotates, causing a tilt in the phase plane. This can be considered as performing Fourier transformation in principle.

【0010】xを変数としたガウス関数a exp(−bx
2 )のフーリェ変換は、同じくガウス関数の形c exp
(−dx2 )になる。a,b,c,dは係数である。つ
まり、入力信号をガウス関数の振幅分布でマトリクス回
路に給電した場合、出力信号における振幅分布もガウス
関数となる。なお、信号の電力は振幅の平方根に比例す
るので振幅分布がガウス関数で表わされる場合、電力分
布もまたガウス関数である。開口面の振幅分布にガウス
関数型のテーパが付くことによりサイドローブ特性が改
善される。
A Gaussian function a exp (−bx) where x is a variable
2 ) is a Gaussian function c exp
(−dx 2 ). a, b, c, and d are coefficients. That is, when the input signal is supplied to the matrix circuit with a Gaussian function amplitude distribution, the output signal also has a Gaussian amplitude distribution. Since the power of the signal is proportional to the square root of the amplitude, when the amplitude distribution is represented by a Gaussian function, the power distribution is also a Gaussian function. A side lobe characteristic is improved by giving a Gaussian function type taper to the amplitude distribution of the aperture surface.

【0011】また、フーリェ変換の性質から、入力信号
の分布形状をそのままに、給電位置(給電ポートの位
置)をずらした場合、出力信号位相面の傾きが一定値だ
け変化するのみであり、開口面の振幅分布自体は変化し
ない。すなわち、ビームパターン(開口面の振幅分布)
をそのままにビーム方向のみを連続的に変化させること
が可能である。この性質はフーリェ変換における時間軸
の推移と呼ばれるものである。
Also, due to the nature of the Fourier transform, if the power supply position (the position of the power supply port) is shifted while the distribution shape of the input signal remains unchanged, the slope of the output signal phase plane changes only by a constant value. The plane amplitude distribution itself does not change. That is, the beam pattern (amplitude distribution of the aperture surface)
, It is possible to continuously change only the beam direction. This property is called transition of the time axis in the Fourier transform.

【0012】図11は従来技術のアンテナパターン計算
結果である。アンテナは素子間隔0.68波長の16素
子直線アレー(マトリクス回路のポート数N=16)で
ある。
FIG. 11 shows a calculation result of an antenna pattern according to the prior art. The antenna is a 16-element linear array (the number of ports of the matrix circuit N = 16) with an element spacing of 0.68 wavelength.

【0013】前記電力密度分布A exp[−BX2 ]にお
いて、変数Xを1ポート分のビーム幅を単位とした場合
(変数XでNポートマトリクス回路の幅を表わすとNと
なる)、係数Bは4.0であり、このときの規格化係数
Aは1.13である。なお、この場合のアンテナ開口の
振幅分布のエッジテーパ(両端の素子の中央の素子に対
する励振振幅比)は−10.7dBである。
In the power density distribution A exp [-BX 2 ], when the variable X is a unit of the beam width for one port (the variable X represents N when the width of the N-port matrix circuit is expressed), the coefficient B Is 4.0, and the normalization coefficient A at this time is 1.13. In this case, the edge taper (excitation amplitude ratio of the element at both ends to the element at the center) of the amplitude distribution of the antenna aperture is -10.7 dB.

【0014】同図において数字符号13,14,15は
それぞれビーム方向−13.2°、−14.6°、−1
6.0°のビームパターンである。なお、図11におい
て、数字符号13は前記電力密度分布のピーク位置がポ
ート11の位置にある場合のものであり、数字符号15
は電力密度分布のピーク位置がポート11とポート12
の中間に位置している場合のものを示している。またこ
の時に、給電に用いているポート数は4つである。
In FIG. 1, numerals 13, 14, and 15 indicate beam directions of -13.2 °, -14.6 °, and -1 respectively.
This is a 6.0 ° beam pattern. In FIG. 11, numeral 13 indicates a case where the peak position of the power density distribution is at the position of the port 11, and numeral 15
Is the peak position of the power density distribution at port 11 and port 12.
In the case of being located in the middle of FIG. At this time, the number of ports used for power supply is four.

【0015】即ち、図11において、数字符号13と数
字符号15は、図10に示すような電力密度分布は同一
であるが、4つの給電ポートに供給する電力比が異なる
場合を示している。この図11の示すことは、4つのポ
ートに供給する電力比を変化させた場合においても、ビ
ームパターンがほぼ同じで、ビーム方向の異なる放射パ
ターンが得られるということである。
That is, in FIG. 11, numeral 13 and numeral 15 indicate the case where the power density distribution is the same as shown in FIG. 10, but the power ratio supplied to the four power supply ports is different. What is shown in FIG. 11 is that even when the power ratio supplied to the four ports is changed, a radiation pattern having substantially the same beam pattern and a different beam direction can be obtained.

【0016】直線アレーアンテナまたは平面アレーアン
テナにおいては開口面の理想的な位相分布は歪の無い直
線又は平面であるが、実際のアンテナでは熱変形や製造
のバラツキによってアンテナ開口に歪みが生じる。図1
2はこれを説明する図あり、これはアンテナ開口面の励
振分布に位相誤差として現れる。即ち、素子アンテナ8
よりなる歪んだアンテナ面41と理想的なアンテナ面4
0が0.2波長分の幅であれば72°の位相差が生じ
る。図13はアンテナ開口両端で+72°の2次位相歪
が存在する場合において、先に示した条件(図11と同
じ給電条件)で従来技術アンテナパターンを計算した結
果16,17,18である。72°の位相歪みはアンテ
ナ開口が1/5波長だけ歪んでいることに相当してお
り、15GHzのアンテナでは1波長2cmであること
から4mmの歪みに相当する。このようなわずかな値で
あってもアンテナパターンは大きく変化してしまうこと
が分かる。メインローブは第一サイドローブと区別がつ
かなくなり、利得も纔ながら劣化している。
In a linear array antenna or a planar array antenna, the ideal phase distribution of the aperture surface is a straight line or a flat surface without distortion, but in an actual antenna, distortion occurs in the antenna aperture due to thermal deformation and manufacturing variations. FIG.
FIG. 2 illustrates this, which appears as a phase error in the excitation distribution on the antenna aperture. That is, the element antenna 8
Distorted antenna surface 41 and ideal antenna surface 4
If 0 is the width of 0.2 wavelength, a phase difference of 72 ° occurs. FIG. 13 shows the results 16, 17, and 18 of the prior art antenna pattern calculated under the above-described conditions (the same power supply conditions as in FIG. 11) when + 72 ° second-order phase distortion exists at both ends of the antenna aperture. A phase distortion of 72 ° corresponds to a distortion of the antenna aperture by 5 wavelength, and a 15 GHz antenna corresponds to a distortion of 4 mm because one wavelength is 2 cm. It can be seen that the antenna pattern greatly changes even with such a small value. The main lobe is indistinguishable from the first side lobe, and the gain is deteriorating, though.

【0017】このことを避ける為には構造的にアンテナ
の剛性を高めるアプローチと、電気的アプローチとして
素子アンテナとマトリクス回路の間に位相器を入れて位
相歪みを補正する等の手段が考えられる。しかし、構造
的にアンテナの剛性を高める方法では限界があると同時
にアンテナ重量の増加を伴う。また、位相器等を用いて
素子アンテナの位相を直接調整する方法では、アンテナ
構成が複雑になるだけでなく素子アンテナの数に応じて
大量に必要となる位相器の調整に大きな手間が必要とな
る。
In order to avoid this, there can be considered an approach of structurally increasing the rigidity of the antenna and an electrical approach of correcting a phase distortion by inserting a phase shifter between the element antenna and the matrix circuit. However, there is a limit in the method of structurally increasing the rigidity of the antenna, and at the same time, the weight of the antenna is increased. Also, the method of directly adjusting the phase of an element antenna using a phase shifter or the like not only complicates the antenna configuration but also requires a large amount of time and effort to adjust the phase shifter, which is required in large quantities according to the number of element antennas. Become.

【0018】また、反射鏡とアレーとを組合せた場合に
は、反射鏡に対してアレーから球面波に近い電波を放射
する為に、素子アンテナを曲面上に配置したり、位相器
を設置する等して意図的に位相面に2次の分布を与える
ことも行われる。[文献:小林他、「マイクロ波FFT
回路をビーム形成回路網に用いた衛星搭載用マルチビー
ムアンテナの放射特性の検討」、1997宇宙科学技術
連合講演会97−13−6、参照]この場合もアンテナ
構成が複雑になるという問題がある。
When a reflector and an array are combined, an element antenna is arranged on a curved surface or a phase shifter is installed to radiate a radio wave close to a spherical wave from the array to the reflector. For example, a secondary distribution is intentionally given to the phase plane. [Literature: Kobayashi et al., “Microwave FFT
Examination of Radiation Characteristics of Multi-beam Antenna for Satellite Mounted Using Circuit in Beam Forming Network ", 1997-13, Conference on Space Science and Technology, 97-13-6, also in this case, there is a problem that the antenna configuration becomes complicated. .

【0019】以上の議論では1次元の直線アレーについ
て述べてきたが、関数がx,yの2変数(マトリクス回
路が2次元)となってもフーリェ変換は各変数について
独立に行われるので、1変数の問題に帰着し、同様の議
論が成立する。つまり、関数a exp[−bx2 ]、e e
xp[−fy2 ]のフーリェ変換がそれぞれc exp[−d
2 ]、g exp[−hy2 ]である場合、2次元のマト
リクス回路において入力信号の横方向分布をa exp[−
bx2 ]、縦方向分布をe exp[−fy2 ]とすれば、
出力の横方向分布、縦方向分布はそれぞれc exp[−d
2 ]、g exp[−hy2 ]であり、アンテナが形成す
るビームパターンについても横方向、縦方向について1
次元の場合に帰着される。
In the above discussion, a one-dimensional linear array has been described. However, even if the function has two variables x and y (the matrix circuit is two-dimensional), the Fourier transform is performed independently for each variable. A similar argument holds, resulting in the problem of variables. That is, the function a exp [−bx 2 ], e e
The Fourier transform of xp [−fy 2 ] is c exp [−d
x 2 ] and g exp [−hy 2 ], the horizontal distribution of the input signal in the two-dimensional matrix circuit is a exp [−
bx 2 ] and the vertical distribution as e exp [−fy 2 ],
The horizontal and vertical distributions of the output are c exp [−d
x 2 ], g exp [−hy 2 ], and the beam pattern formed by the antenna is 1 in the horizontal direction and the vertical direction.
Reduced in the case of dimensions.

【0020】[0020]

【発明が解決しようとする課題】上述のような従来のア
ンテナではアンテナに歪みが存在する場合に、アンテナ
パターンが大きく変化してしまう。これをアンテナの剛
性を高める等の方法によって解決する場合にはアンテナ
重量の増加を招く。また、位相器等を用いてアンテナの
歪みより生じる位相歪を補正する方法ではアンテナ構成
が複雑になるだけでなく位相器の調整に大きな手間が必
要になるという問題があった。また、反射鏡とアレーと
を組合せた場合などで、意図的にアレーの位相面に2次
の分布を与える場合においても同様にアンテナ構成が複
雑になるという課題があった。
In the above-mentioned conventional antenna, when a distortion is present in the antenna, the antenna pattern is greatly changed. If this is solved by a method such as increasing the rigidity of the antenna, the weight of the antenna increases. In addition, the method of correcting the phase distortion caused by the distortion of the antenna using the phase shifter or the like has a problem that not only the antenna configuration is complicated but also a great deal of time is required for adjusting the phase shifter. Further, there is a problem that the antenna configuration is similarly complicated when a quadratic distribution is intentionally given to the phase plane of the array, for example, when a reflecting mirror and an array are combined.

【0021】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、小規模な制御回路で、アンテナ開口面の励振分布
(マトリクス回路の出力)の位相分布に、任意の大きさ
の2次成分を付与することが可能であり、アンテナに歪
みが存在する場合でも、位相補償を行い良好なアンテナ
パターンを得ることが可能となる給電方法およびフェー
ズドアレーアンテナを提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and a small-scale control circuit is used to add a secondary component of an arbitrary size to the phase distribution of the excitation distribution (output of the matrix circuit) on the antenna aperture. It is an object of the present invention to provide a power feeding method and a phased array antenna which can perform the phase compensation and obtain a good antenna pattern even when distortion is present in the antenna.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、給電ポートの位置によってビーム方向が決
定されるマトリクス回路を用いたフェーズドアレーアン
テナの給電方法において、前記マトリクス回路の出力に
おける中心位相を給電ポートの位置に依らず一定とし、
前記マトリクス回路の給電ポート(i,j)に給電した
時のビーム方向を(θi ,φj )、所望ビーム方向を
(θs ,φs )とするとき、sin[θs]−sin
[θi ]およびsin[φs ]−sin[φi ]を変数
とする複素数係数のガウス関数により求められる電力密
度分布と位相分布に従って、前記マトリクス回路の3つ
以上の給電ポートに信号を分配するか、もしくは、前記
マトリクス回路の3つ以上の給電ポートから信号を合成
することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for feeding a phased array antenna using a matrix circuit in which a beam direction is determined by the position of a feed port. The center phase is constant regardless of the position of the feed port,
When the beam direction when power is supplied to the power supply port (i, j) of the matrix circuit is (θ i , φ j ) and the desired beam direction is (θ s , φ s ), sin [θ s ] −sin
Distributes signals to three or more power supply ports of the matrix circuit according to a power density distribution and a phase distribution obtained by a Gaussian function of a complex number coefficient having [θ i ] and sin [φ s ] −sin [φ i ] as variables. Or combining signals from three or more power supply ports of the matrix circuit.

【0023】また本発明は、前記給電方法において、給
電ポート(i,j)の、iもしくはjのいずれか一方に
ついてのみ3つ以上の給電ポートを用いて給電すること
を特徴とする。
Further, the present invention is characterized in that, in the power supply method, power is supplied using three or more power supply ports for only one of the power supply ports (i, j), i and j.

【0024】たとえば、マトリクス回路が横方向Nポー
ト、縦方向Mポートから成る2次元的なマトリクス回路
の場合、給電ポート(i,j)(i=1,2,3,…,
N)(j=1,2,3,…,M)のi(またはj)につ
いてのみ3つ以上の給電ポートを用いて本発明を適用し
た場合は横方向(または縦方向)のみのアンテナ特性の
改善を図るものである。また、N=1またはM=1の場
合は1次元の直線アレーアンテナとなる。
For example, when the matrix circuit is a two-dimensional matrix circuit having N ports in the horizontal direction and M ports in the vertical direction, the power supply ports (i, j) (i = 1, 2, 3,...,
N) When the present invention is applied using three or more feed ports only for i (or j) of (j = 1, 2, 3,..., M), antenna characteristics only in the horizontal direction (or vertical direction) It is intended to improve. When N = 1 or M = 1, the antenna is a one-dimensional linear array antenna.

【0025】また本発明は、給電ポートの位置によって
ビーム方向が決定されるマトリクス回路を用いたフェー
ズドアレーアンテナであって、請求項1又は2記載の給
電方法によって、信号を分配、もしくは合成する給電回
路を具備することを特徴とするものである。
According to another aspect of the present invention, there is provided a phased array antenna using a matrix circuit in which a beam direction is determined according to the position of a power supply port. It is characterized by having a circuit.

【0026】先に説明したように、従来のアンテナでは
開口面の位相分布を調整する際、位相器等を用いて個々
の素子アンテナの位相を直接調整していた。
As described above, in the conventional antenna, when adjusting the phase distribution of the aperture surface, the phase of each element antenna is directly adjusted using a phase shifter or the like.

【0027】本発明マトリクス回路のポート(i,j)
からのみ給電した場合のビーム方向を(θi ,φj )、
所望ビーム方向を(θs ,φs )とするとき、送信信号
(または受信信号)を、sin[θs ]−sin
[θi ]およびsin[φs ]−sin[φi ]を変数
とする複素数係数のガウス関数により求められる電力密
度分布と位相分布に従って、マストクス回路の3つ以上
の複数ポートに信号を分配(または複数ポートから信号
を合成)する給電回路を有することを最も主要な特徴と
する。
Port (i, j) of the matrix circuit of the present invention
i , φ j )
When the desired beam direction is (θ s , φ s ), the transmission signal (or the reception signal) is defined as sin [θ s ] −sin
The signal is distributed to three or more ports of the Mastox circuit according to the power density distribution and the phase distribution obtained by the Gaussian function of the complex coefficient with [θ i ] and sin [φ s ] −sin [φ i ] as variables ( Or a power supply circuit for synthesizing signals from a plurality of ports).

【0028】マトリクス回路を用いたフェーズドアレー
アンテナが給電を行うポートの位置に応じてビーム方向
が変化するのは、入力信号がマトリクス回路で分配され
ると同時に給電を行うポートの位置によってそれぞれの
出力ポートにおける信号の位相が回転し、位相面に傾き
を生じるためである。これは原理上、フーリェ変換を行
っていると考えることができる。
The reason that the beam direction changes according to the position of a port to which power is supplied by a phased array antenna using a matrix circuit is that an input signal is distributed by the matrix circuit and at the same time, the output of each of the ports depends on the position of the port to which power is supplied. This is because the phase of the signal at the port rotates, causing a tilt in the phase plane. This can be considered as performing Fourier transformation in principle.

【0029】開口面振幅分布をxを変数としたガウス関
数 exp[−(ax)2 /2]とし、これに2次の位相分
布 exp[−Ibx2 ]を与えた場合(Iは虚数単位、I
2 =−1)、この開口面励振分布は exp[−(a2 +I
b)x2 /2]となり、a2 +Ib=c2 とすることに
より複素係数のガウス関数 exp[−(cx)2/2]と
して表わすことができる。
The Gaussian function exp to the aperture plane amplitude distribution was variable x [- (ax) 2/ 2] and then, this secondary phase distribution exp when given [-Ibx 2] (I is the imaginary unit, I
2 = -1), and the aperture excitation distribution is exp [-(a 2 + I
b) x 2/2], and the Gaussian function of the complex coefficients by the a 2 + Ib = c 2 exp [- (cx) can be represented as a 2/2].

【0030】この関数のフーリェ変換は、同じく複素係
数のガウス関数形 exp[−(x/c)2 /2]/cにな
る。
The Fourier transform of this function is also Gaussian shaped complex coefficient exp [- (x / c) 2/2] become / c.

【0031】この関数より給電を行う各々のポートへの
電力および位相を算出し、給電することにより、開口面
に2次の位相分布を与えることが可能になる。
By calculating the power and the phase to each port to which power is supplied from this function and supplying power, it becomes possible to give a second-order phase distribution to the aperture surface.

【0032】具体的には、前記関数 exp[−(x/c)
2 /2]/cの絶対値を自乗することにより求められる
電力密度分布K| exp[−(x/c)2 /2]/c|2
の定積分(Kは規格化定数)により、給電を行うポート
の電力分布を求め、同様に電力密度で重み付けした関数
exp [−(x/c)2 /2]/c|exp [−(x/c)
2 /2]/c|の定積分の偏角より、給電を行うポート
の位相分布を求める。
Specifically, the function exp [-(x / c)
2/2] / power density distribution K obtained by squaring the absolute value of c | exp [- (x / c) 2/2] / c | 2
(K is a standardization constant), finds the power distribution of the port to which power is supplied, and similarly weights the power density.
exp [- (x / c) 2/2] / c | exp [- (x / c)
From the declination angle of the definite integral of 2/2] / c |, the phase distribution of the port to which power is supplied is determined.

【0033】以上のことから、本発明アンテナの給電回
路によりマトリクス回路に給電された信号はアンテナ開
口の位相分布において2次成分を有することになる。ま
た、位相分布の2次成分の大きさは複素係数c=Sqr
t[a2 +Ib]の定数bの値によって様々な値を採る
ことが可能である。なお、複素係数c=Sqrt[a 2
+Ib]の定数aはアンテナ開口の振幅分布(エッジテ
ーパの強さ)を規定するパラメータである。
From the above, the feeding circuit of the antenna of the present invention is
The signal fed to the matrix circuit by the
It will have a quadratic component in the mouth phase distribution. Ma
The magnitude of the secondary component of the phase distribution is represented by the complex coefficient c = Sqr
t [aTwo+ Ib] takes various values depending on the value of the constant b
It is possible. Note that the complex coefficient c = Sqrt [a Two
+ Ib] is the amplitude distribution of the antenna aperture (edge
(Strength of the paper).

【0034】なお、信号給電に用いる複数ポートは給電
電力が大きなものから優先的に用いることとする。これ
ら選択されたポートに対応するビーム方向は互いに隣接
したものとなり、マトリクス回路の個々のポート単独で
給電した場合のビーム方向がポート位置に対応して順番
に並んでいる場合、信号給電に用いる複数ポートは、隣
接した複数ポートとなる。
It is to be noted that a plurality of ports used for signal power supply are preferentially used in descending order of power supply power. The beam directions corresponding to these selected ports are adjacent to each other, and if the beam directions when power is supplied by the individual ports of the matrix circuit alone are arranged in order corresponding to the port positions, a plurality of beams used for signal power supply are used. The port is a plurality of adjacent ports.

【0035】フーリェ変換の性質上、開口面励振分布で
得ようとする振幅分布のエッジテーパが深くなる程、給
電信号の電力密度分布は広くする(定数aを大きくす
る)必要がある。また、位相分布の2次成分を大きく
(定数bを大きくする)する場合も給電信号の電力密度
分布は広がる傾向がある。これはガウス関数の複素係数
c=Sqrt[a2 +Ib]の値が大きくなることから
も理解できる。
Due to the nature of the Fourier transform, the deeper the edge taper of the amplitude distribution to be obtained by the aperture plane excitation distribution, the wider the power density distribution of the power supply signal (the larger the constant a). Also, when the secondary component of the phase distribution is increased (the constant b is increased), the power density distribution of the power supply signal tends to spread. This can be understood from the fact that the value of the complex coefficient c = Sqrt [a 2 + Ib] of the Gaussian function increases.

【0036】しかし、開口面励振分布に比較的深いエッ
ジテーパを設けた場合においても、要求される電力密度
分布の広がりは小さなものである。(例えば開口面励振
分布のエッジテーパを−20dBとした場合において
も、3ポート分の幅があれば最大で約99.8%までカ
バーすることが可能である。) また、位相分布に2次成分をもたせる場合においても、
アンテナ開口の歪みを補正することによる給電信号の広
がりは大きくない。(例えば開口面励振分布のエッジテ
ーパを−20dB、位相歪の2次成分をアンテナ開口両
端で+72°とした場合、位相歪を補正することによる
給電信号の電力密度分布の広がりは約7%である。) なお、これまでの議論は基本的にマトリクス回路規模に
依存しない。よって本発明技術を用いた場合はマトリク
ス回路規模が大きな場合(アレーアンテナの規模が大き
な場合)でも、1ビームにつき、マトリクス回路におけ
る1次元方向あたりの信号給電に3ないし4ポートを用
いることにより、開口面に2次の位相分布を与えること
が可能になり、アンテナの歪み等によって生じるパター
ン劣化を補正することが可能になる。
However, even when a relatively deep edge taper is provided in the aperture excitation distribution, the required spread of the power density distribution is small. (For example, even when the edge taper of the aperture excitation distribution is -20 dB, it is possible to cover up to about 99.8% if there is a width of three ports.) Further, the secondary component in the phase distribution Even if you have
The spread of the power supply signal due to the correction of the distortion of the antenna aperture is not large. (For example, when the edge taper of the aperture excitation distribution is −20 dB, and the secondary component of the phase distortion is + 72 ° at both ends of the antenna aperture, the spread of the power density distribution of the feed signal by correcting the phase distortion is about 7%. .) Note that the discussion so far basically does not depend on the matrix circuit size. Therefore, when the technology of the present invention is used, even when the matrix circuit scale is large (when the size of the array antenna is large), by using 3 or 4 ports for signal feeding per one-dimensional direction in the matrix circuit per beam, A second-order phase distribution can be given to the aperture surface, and pattern deterioration caused by antenna distortion or the like can be corrected.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
形態例を詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0038】以下にNポートのマトリクス回路であるN
ポートのバトラーマトリクスを用いた直接放射型の(1
次元)直線アレーアンテナを例にとり、本発明を説明す
る。図1〜図3は本発明の、実施形態例1〜3を説明す
る図である。これらの図において、数字符号19は入力
信号、20はマトリクス回路、21は素子アンテナ、2
2はビーム方向に応じて信号電力(p)と信号位相
(φ)を操作するNポート可変電力分配/位相制御回
路、23はM×Nポート電力分配/位相調整回路、24
は電力合成器を表わしている。
The following is an N-port matrix circuit N
Direct emission (1) using a Butler matrix of ports
The present invention will be described by taking a (dimensional) linear array antenna as an example. FIG. 1 to FIG. 3 are diagrams illustrating Embodiments 1 to 3 of the present invention. In these figures, numeral 19 is an input signal, 20 is a matrix circuit, 21 is an element antenna, 2
Reference numeral 2 denotes an N-port variable power distribution / phase control circuit for controlling signal power (p) and signal phase (φ) according to the beam direction; 23, an M × N-port power distribution / phase adjustment circuit;
Represents a power combiner.

【0039】図1は、マトリクス回路20と、信号を任
意の電力比に分割して個々の位相を制御してからマトリ
クス回路に供給する、Nポート可変電力分配/位相調整
回路22とを組み合わせたものである。図3はk個のマ
ルチビームを想定したものであり、k個のNポート可変
電力分配/位相制御回路22を電力合成器(PC)24
を介してマトリクス回路20に接続した構成となってい
る。図2は連続的なビーム走査を必要としない場合にお
いて、可変電力分配器の代わりに、予め幾つかの電力分
配比/位相調整値が設定されたM×Nポート電力分配/
位相調整回路23を用いるものである。入力信号19は
ビーム方向に応じて入力位置を選択する。
FIG. 1 shows a combination of a matrix circuit 20 and an N-port variable power distribution / phase adjustment circuit 22, which divides a signal into arbitrary power ratios, controls individual phases, and supplies the signals to the matrix circuit. Things. FIG. 3 assumes k multi-beams. The k N-port variable power distribution / phase control circuit 22 includes a power combiner (PC) 24.
Through a matrix circuit 20. FIG. 2 shows that in the case where continuous beam scanning is not required, instead of the variable power divider, M × N port power distribution /
The phase adjustment circuit 23 is used. The input signal 19 selects an input position according to the beam direction.

【0040】なお、広範囲のビーム走査を必要としない
場合などは、必ずしもマトリクス回路20のNポート全
てに信号給電する必要は無いので、使用しないポートは
終端しておけば良い。また、上記のマトリクス給電回路
(Nポート可変電力分配/位相制御回路22、M×Nポ
ート電力分配/位相調整回路23)はDSP等のデジタ
ル回路を用いれば比較的容易に実現可能である。
When beam scanning over a wide area is not required, it is not necessary to supply signals to all the N ports of the matrix circuit 20. Therefore, unused ports may be terminated. Further, the above-described matrix power supply circuit (N-port variable power distribution / phase control circuit 22, M × N-port power distribution / phase adjustment circuit 23) can be realized relatively easily by using a digital circuit such as a DSP.

【0041】次に、素子アンテナ21の配置を距離dλ
の等間隔配置とし、マトリクス回路20の各ポートへ給
電する電力密度分布を求める。マトリクス回路20の出
力における隣接ポートの位相差は、入力ポートの位置に
よって(−(N−1)/N) * 180°〜(+(N−
1)/N)* 180°まで、(2/N)* 180°刻み
でN通りの値を取り得る。これらに対応する入力ポート
を出力位相差が小さい順にポート1,ポート2,…,ポ
ートNとする。一般に素子アンテナ21の指向特性はア
レーアンテナ全体の指向特性と比較して非常にブロード
なものとなるので、ビーム方向を求めるにあたって素子
アンテナ21の指向特性の影響は殆ど考えなくて良い。
以上のことから、給電を行うポート位置iに対応するビ
ーム方向θ i はマトリクス回路の出力位相差よりθi
sin-1[−(2i−N−1)/2Nd]と表される。
Next, the arrangement of the element antenna 21 is determined by the distance dλ.
Are arranged at equal intervals to supply power to each port of the matrix circuit 20.
The distribution of the power density is determined. Output of matrix circuit 20
The phase difference between adjacent ports in force depends on the position of the input port.
Therefore, (-(N-1) / N) * 180 ° ~ (+ (N-
1) / N)*Up to 180 °, (2 / N)* 180 ° increments
Can take N values. Input ports corresponding to these
To port 1, port 2, ..., port in ascending order of output phase difference.
Port N. Generally, the directional characteristics of the element antenna 21 are
Very broad compared to the directional characteristics of the entire array antenna
When determining the beam direction, the element
There is almost no need to consider the influence of the directional characteristics of the antenna 21.
From the above, the window corresponding to the port position i for power supply is
Beam direction θ iIs θ from the output phase difference of the matrix circuit.i=
sin-1[− (2i−N−1) / 2Nd].

【0042】よって、sin[θi ]=−(2i−N−
1)/2Ndである。ここで、所望とするビーム方向を
θs とするとき、マトリクス回路20の各ポートへの励
振分布は以下の関数を用いて求められる。なお、変数x
を求めるに際し、Nポート分の幅をFFT(高速フーリ
エ変換)の幅sqrt[2πN]に対応させる為にsin
[θs ]−sin[θi ]に係数d sqrt [2πN]を
掛けている。
Therefore, sin [θ i ] = − (2i−N−
1) / 2Nd. Here, when the desired beam direction is θ s , the excitation distribution to each port of the matrix circuit 20 is obtained using the following function. Note that the variable x
In order to find the width, sin to make the width of N ports correspond to the width sqrt [2πN] of FFT (Fast Fourier Transform)
s ] −sin [θ i ] is multiplied by a coefficient d sqrt [2πN].

【0043】 exp[−(x/c)2 /2]/c、 x=d sqrt [2πN](sin[θs ]−sin[θi ]) =sqrt[2πN](sin[θs ]d−(N+1)/2N+i/N) ここで複素係数cはc2 =a2 +Ibという関係式で書
き表わすことができaは開口面励振分布の振幅のエッジ
テーパを規定するパラメータであり、bは位相分布の2
次の成分を規定するパラメータである。
[0043] exp [- (x / c) 2/2] / c, x = d sqrt [2πN] (sin [θ s] -sin [θ i]) = sqrt [2πN] (sin [θ s] d − (N + 1) / 2N + i / N) Here, the complex coefficient c can be expressed by a relational expression of c 2 = a 2 + Ib, a is a parameter that defines the edge taper of the amplitude of the aperture excitation distribution, and b is the phase Distribution 2
These parameters define the following components.

【0044】これより、給電部における個々のポートの
電力は上記関数 exp[−(x/c) 2 /2]/cの絶対
値を自乗した関数K| exp[−(x/c)2 /2]/c
2の定積分(Kは規格化定数)により求められ、位相
については同様に、電力密度で重み付けした関数 exp
[−(x/c)2 /2]/c| exp[−(x/c)2
2]/c|の定積分の偏角として求められる。図4は複
素係数のガウス関数 exp[−(x/c)2 /2]/cと
マトリクス回路の各ポートへ給電する電力についての関
係を示したものである。図4において、複素係数cはc
=a+2Ibという関係式で書き表わすことがで
き、aはアンテナ開口面の振幅分布を規定するパラメー
タであり、bはアンテナ開口面の位相分布の2次成分を
規定するパラメータである。ポートiの給電位相φ
は、同様に電力密度で重み付けした関数
From this, the individual ports of the power supply section
The power is expressed by the above function exp [-(x / c) Two/ 2] / c absolute
Function K | exp [-(x / c)Two/ 2] / c
|Two(K is a standardized constant), and the phase
Similarly, for the function exp
[-(X / c)Two/ 2] / c | exp [-(x / c)Two/
2] / c |. Fig. 4
Gaussian function exp [-(x / c) of prime coefficientsTwo/ 2] / c and
Related to the power supplied to each port of the matrix circuit
It shows the person in charge. In FIG. 4, the complex coefficient c is c
2= A2+ 2Ib
Where a is a parameter that defines the amplitude distribution of the antenna aperture.
And b represents the second-order component of the phase distribution on the antenna aperture surface.
It is a parameter to be specified. Feeding phase φ of port i
iIs a function similarly weighted by power density

【0045】[0045]

【数1】 (Equation 1)

【0046】の定積分の偏角より求められる。Is obtained from the argument of the definite integral.

【0047】図5及び図6は、振幅のエッジテーパを規
定するパラメータaを固定し、位相分布の2次成分を規
定するパラメータbを変化させた場合における、アンテ
ナ開口面の振幅分布、位相分布をそれぞれ示したもので
ある。なお、マトリクス回路20のポート数Nは16と
した。図5の数字符号25,26,27,28,29は
パラメータbの値をそれぞれを0,0.25,0.5,
0.75,0.1とした場合の振幅分布を示しており、
図6の数字符号25′,26′,27′,28′,2
9′はパラメータbの値をそれぞれを0,0.25,
0.5,0.75,0.1とした場合の位相分布を示し
ている。個々のbの値に対応する位相分布の2次成分の
大きさはアンテナ開口の両端でそれぞれ0°,36°,
72°,108°,144°である。パラメータaの値
はsqrt[π/N]であり、これに対応する開口面のエッ
ジテーパの値は−21.4dBである。
FIGS. 5 and 6 show the amplitude distribution and the phase distribution of the antenna aperture when the parameter a defining the edge taper of the amplitude is fixed and the parameter b defining the secondary component of the phase distribution is changed. Each is shown. The number of ports N of the matrix circuit 20 was set to 16. Numerals 25, 26, 27, 28, and 29 in FIG. 5 indicate the values of the parameter b as 0, 0.25, 0.5,
It shows the amplitude distribution when 0.75 and 0.1 are set,
Numerals 25 ', 26', 27 ', 28', 2 in FIG.
9 'sets the value of parameter b to 0, 0.25,
The phase distribution when 0.5, 0.75, and 0.1 are set is shown. The magnitude of the quadratic component of the phase distribution corresponding to each value of b is 0 °, 36 °,
72 °, 108 ° and 144 °. The value of the parameter a is sqrt [π / N], and the corresponding value of the edge taper of the opening surface is -21.4 dB.

【0048】図5及び図6より、本発明手法を用いれば
アンテナ開口面の振幅分布はそのままに位相分布に2次
の成分を付与することが可能であることがわかる。
From FIGS. 5 and 6, it is understood that the use of the method of the present invention makes it possible to add a second-order component to the phase distribution without changing the amplitude distribution of the antenna aperture.

【0049】図7はアンテナ開口両端で+72°の2次
位相歪が存在する場合において、信号を上記の電力/位
相分布に従って給電した場合のアンテナパターン計算結
果である。アンテナは素子間隔0.68波長の16素子
直線アレー(N=16)であり、同図において数字符号
30,31,32はそれぞれビーム方向を−13.2
°,−14.6°,−16.0°としたビームパターン
を示している。このときのパラメータaの値はsqrt[π
/(2N)]であり、これに対応する開口面のエッジテ
ーパの値は−10.7dBである。なお、給電に用いて
いるポートの数は4個である。
FIG. 7 shows an antenna pattern calculation result when a signal is fed according to the above power / phase distribution when a secondary phase distortion of + 72 ° exists at both ends of the antenna aperture. The antenna is a 16-element linear array (N = 16) with an element spacing of 0.68 wavelength, and the numerals 30, 31, and 32 in FIG.
The beam patterns are shown as °, -14.6 °, and -16.0 °. The value of the parameter a at this time is sqrt [π
/ (2N)], and the corresponding value of the edge taper of the opening surface is -10.7 dB. The number of ports used for power supply is four.

【0050】従来技術を用いてこれと同条件(素子間隔
0.68波長の16素子直線アレー、開口両端で+72
°の2次位相歪、開口面のエッジテーパの値は−10.
7dB)でアンテナパターンを計算した場合は図13に
示したようにアンテナパターンが大きく変形していた
が、本発明のアンテナパターンでは開口面位相の2次歪
成分がうまく相殺されており、図11に示したアンテナ
開口面に位相歪が存在しない理想的な場合のアンテナパ
ターンと概ね同じものが得られていることが理解され
る。実際、開口面における位相歪成分(2次成分)の分
散値は89%〜96%が解消されている。なお、3個あ
るいは5個のポートを用いて給電を行った場合の値はそ
れぞれ4%〜91%、88%〜97%であり、この計算
においては4個のビームポートを用いればビーム走査時
でも良好な歪補償効果がえられることが分かる。
Using the conventional technique, the same conditions (16 element linear array with element spacing of 0.68 wavelength, +72 at both ends of the aperture)
° second-order phase distortion and the value of the edge taper of the opening surface are −10.
When the antenna pattern was calculated at 7 dB), the antenna pattern was greatly deformed as shown in FIG. 13, but in the antenna pattern of the present invention, the second-order distortion component of the aperture plane phase was canceled out well. It can be understood that almost the same antenna pattern as in the ideal case where there is no phase distortion in the antenna aperture surface shown in FIG. In fact, 89% to 96% of the dispersion value of the phase distortion component (second order component) in the aperture plane is eliminated. When power is supplied using three or five ports, the values are 4% to 91% and 88% to 97%, respectively. However, it can be seen that a good distortion compensation effect can be obtained.

【0051】ちなみに横方向Nポート、縦方向Mポート
の(2次元の)マトリクス回路20を用いた平面アレー
アンテナの場合、各ポートへ給電する電力密度分布は以
下のようになる。
In the case of a planar array antenna using a (two-dimensional) matrix circuit 20 having N ports in the horizontal direction and M ports in the vertical direction, the power density distribution to be supplied to each port is as follows.

【0052】なお、素子アンテナ21の配置は横、縦方
向とも距離dλの等間隔配置とし、給電を行うポート位
置(i,j)に対応するビーム方向を(θi ,φj )と
する。
The element antennas 21 are arranged at equal intervals in the horizontal and vertical directions with a distance dλ, and the beam direction corresponding to the port position (i, j) for feeding power is (θ i , φ j ).

【0053】所望とするビーム方向を(θs ,φs )と
した場合、横方向の励振分布を表わす関数は f exp[−(x/c)2 /2]/c、 x=d sqrt [2πN](sin[θs ]−sin[θi ]) =sqrt[2πN](sin[θs ]d−(N+1)/2N+i/N) と表わすことができ、縦方向の励振分布を表わす関数は g exp[−(y/h)2 /2]/h、 y=d sqrt [2πM](sin[φs ]−sin[θj ]) =sqrt[2πM](sin[φs ]d−(M+1)/2M+j/M) である。よって、信号が従う励振分布はそれぞれの方向
における励振分布から、fg exp[−{(x/c)2
(y/h)2 /2}]/(ch)とあらわされる。ここ
でc,hは開口面励振分布を規定する複素係数であり、
f,gは横方向および縦方向の励振分布の大きさを規定
する係数である。
[0053] desired to the beam direction (θ s, φ s) when a, the function representing the excitation distribution in the transverse direction f exp [- (x / c ) 2/2] / c, x = d sqrt [ 2πN] (sin [θ s ] −sin [θ i ]) = sqrt [2πN] (sin [θ s ] d− (N + 1) / 2N + i / N), a function representing the excitation distribution in the vertical direction the g exp [- (y / h ) 2/2] / h, y = d sqrt [2πM] (sin [φ s] -sin [θ j]) = sqrt [2πM] (sin [φ s] d- (M + 1) / 2M + j / M). Therefore, the excitation distribution that the signal follows is obtained from the excitation distribution in each direction by fg exp [− {(x / c) 2 +
(Y / h) is represented as 2/2}] / (ch ). Here, c and h are complex coefficients defining the aperture excitation distribution,
f and g are coefficients defining the magnitude of the excitation distribution in the horizontal and vertical directions.

【0054】[0054]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、アン
テナ開口面の励振分布(マトリクス回路の出力)の位相
分布に、任意の大きさの2次成分を付与することが可能
であり、アンテナに歪みが存在する場合でも、位相補償
を行い良好なアンテナパターンを得ることが可能とな
る。これは小規模な制御回路で実現可能であり、従来技
術のように数多く存在する素子アンテナの位相を直接制
御する必要も無いので装置の調整が簡単になると同時に
アンテナ構成の複雑化やアンテナ重量の増大を小さく抑
えることが可能であり低コスト化につながる。また、反
射鏡とアレーとを組合せた場合などでも、曲面上にアレ
ーを配置したり、素子アンテナの位相を位相器等で直接
制御すること無く、小規模な制御回路でアレーの位相面
に2次の分布を与えることが可能である。
As described above, according to the present invention, it is possible to add a quadratic component of an arbitrary size to the phase distribution of the excitation distribution (output of the matrix circuit) on the antenna aperture. Even when distortion is present in the antenna, it is possible to perform phase compensation and obtain a good antenna pattern. This can be realized with a small-scale control circuit, and there is no need to directly control the phase of a large number of element antennas as in the prior art, so that the adjustment of the device is simplified, and at the same time the complexity of the antenna configuration and the weight of the antenna are reduced. The increase can be kept small, which leads to cost reduction. In addition, even when a reflector and an array are combined, an array is arranged on a curved surface, and the phase of the element antenna is not directly controlled by a phase shifter or the like. It is possible to give the following distribution:

【0055】また、マトリクス回路における1次元方向
あたりの信号分配(または信号合成)を3ないし4とし
た場合は、マトリクス回路に接続した信号分配回路(信
号合成回路)の規模を小さくすることが可能になり、低
コスト化につながる。また、信号分配(信号合成)が少
なくて良いことから、信号分配回路(信号合成回路)内
の干渉や損失が小さくなり、アンテナ性能が改善され
る。
When the signal distribution (or signal synthesis) per one-dimensional direction in the matrix circuit is set to 3 or 4, the size of the signal distribution circuit (signal synthesis circuit) connected to the matrix circuit can be reduced. And lead to lower costs. Further, since signal distribution (signal synthesis) may be small, interference and loss in the signal distribution circuit (signal synthesis circuit) are reduced, and antenna performance is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態例1を示す構成説明図であ
る。
FIG. 1 is a configuration explanatory view showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施形態例2を示す構成説明図であ
る。
FIG. 2 is a configuration explanatory view showing a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施形態例3を示す構成説明図であ
る。
FIG. 3 is a configuration explanatory view showing a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施形態例に係る給電信号分布を説明
する特性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram illustrating a power supply signal distribution according to the embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施形態例に係るアンテナ開口面の振
幅分布を示す特性図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram illustrating an amplitude distribution of an antenna aperture surface according to the embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施形態例に係るアンテナ開口面の位
相分布を示す特性図である。
FIG. 6 is a characteristic diagram illustrating a phase distribution of an antenna aperture surface according to the embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施形態例に係るアンテナパターンを
説明する特性図である。
FIG. 7 is a characteristic diagram illustrating an antenna pattern according to the embodiment of the present invention.

【図8】従来のフェーズドアレーアンテナの給電方法の
一例を示す構成説明図である。
FIG. 8 is a configuration explanatory view showing an example of a conventional power supply method for a phased array antenna.

【図9】従来のフェーズドアレーアンテナの給電方法の
他の例を示す構成説明図である。
FIG. 9 is a configuration explanatory view showing another example of a conventional power supply method for a phased array antenna.

【図10】従来のフェーズドアレーアンテナの分配電力
を説明する図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating the distribution power of a conventional phased array antenna.

【図11】従来のフェーズドアレーアンテナのアンテナ
パターンを説明する特性図である。
FIG. 11 is a characteristic diagram illustrating an antenna pattern of a conventional phased array antenna.

【図12】従来のフェーズドアレーアンテナの歪により
生じる位相誤差を説明する図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating a phase error caused by distortion of a conventional phased array antenna.

【図13】従来のフェーズドアレーアンテナのアンテナ
パターンを説明する特性図である。
FIG. 13 is a characteristic diagram illustrating an antenna pattern of a conventional phased array antenna.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 マトリクス回路のポート1から給電した場合のビ
ーム方向 2 マトリクス回路のポート2から給電した場合のビ
ーム方向 3 マトリクス回路のポート3から給電した場合のビ
ーム方向 4 マトリクス回路のポート4から給電した場合のビ
ーム方向 5 マトリクス回路のポート5から給電した場合のビ
ーム方向 6 入力信号 7 マトリクス回路 8 素子アンテナ 9 可変電力分配回路 10 ポートi−1への給電信号 11 ポートiへの給電信号 12 ポートi+1への給電信号 13〜15 アンテナパターンの計算結果 16〜18 アンテナパターンの計算結果 19 入力信号 20 マトリクス回路 21 素子アンテナ 22 Nポート可変電力分配/位相制御回路 23 N×Mポート電力分配/位相調整回路 24 電力合成器 25〜29 開口面振幅分布の計算結果 25′〜29′ 開口面位相分布の計算結果 30〜32 アンテナパターンの計算結果
1 Beam direction when power is supplied from port 1 of the matrix circuit 2 Beam direction when power is supplied from port 2 of the matrix circuit 3 Beam direction when power is supplied from port 3 of the matrix circuit 4 When power is supplied from port 4 of the matrix circuit Beam direction 5 Beam direction when power is supplied from port 5 of the matrix circuit 6 Input signal 7 Matrix circuit 8 Element antenna 9 Variable power distribution circuit 10 Power supply signal to port i-1 11 Power supply signal to port i 12 Power supply signal to port i + 1 Feeding signal 13-15 Calculation result of antenna pattern 16-18 Calculation result of antenna pattern 19 Input signal 20 Matrix circuit 21 Element antenna 22 N-port variable power distribution / phase control circuit 23 N × M-port power distribution / phase adjustment circuit 24 Power Combiner 25-29 Aperture amplitude distribution 25'-29 'Calculation result of aperture plane phase distribution 30-32 Calculation result of antenna pattern

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 給電ポートの位置によってビーム方向が
決定されるマトリクス回路を用いたフェーズドアレーア
ンテナの給電方法において、 前記マトリクス回路の出力における中心位相を給電ポー
トの位置に依らず一定とし、 前記マトリクス回路の給電ポート(i,j)に給電した
時のビーム方向を(θ i ,φj )、所望ビーム方向を
(θs ,φs )とするとき、 sin[θs ]−sin[θi ]およびsin[φs
−sin[φi ]を変数とする複素数係数のガウス関数
により求められる電力密度分布と位相分布に従って、前
記マトリクス回路の3つ以上の給電ポートに信号を分配
するか、 もしくは、前記マトリクス回路の3つ以上の給電ポート
から信号を合成することを特徴とする給電方法。
1. The beam direction depends on the position of the power supply port.
Phased array using a determined matrix circuit
In the power feeding method of the antenna, a center phase at an output of the matrix circuit is determined by a power feeding port.
And the power was supplied to the power supply port (i, j) of the matrix circuit.
When the beam direction is (θ i, Φj ), Desired beam direction
s, Φs), Sin [θs] -Sin [θi] And sin [φs]
−sin [φi] Is a Gaussian function of complex coefficients with variables
According to the power density distribution and phase distribution obtained by
Distributes signals to three or more feed ports of the matrix circuit
Or three or more power supply ports of the matrix circuit
A power supply method characterized in that a signal is synthesized from a signal.
【請求項2】 請求項1記載の給電方法において、給電
ポート(i,j)の、iもしくはjのいずれか一方につ
いてのみ3つ以上の給電ポートを用いて給電することを
特徴とする給電方法。
2. The power supply method according to claim 1, wherein power is supplied to at least one of the power supply ports (i, j) using only three or more power supply ports. .
【請求項3】 給電ポートの位置によってビーム方向が
決定されるマトリクス回路を用いたフェーズドアレーア
ンテナであって、請求項1又は2記載の給電方法によっ
て、信号を分配、もしくは合成する給電回路を具備する
ことを特徴とするフェーズドアレーアンテナ。
3. A phased array antenna using a matrix circuit whose beam direction is determined by the position of a power supply port, comprising a power supply circuit for distributing or combining signals by the power supply method according to claim 1. A phased array antenna.
JP21127999A 1999-07-26 1999-07-26 Feeding method and phased array antenna Expired - Fee Related JP3567102B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP21127999A JP3567102B2 (en) 1999-07-26 1999-07-26 Feeding method and phased array antenna

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP21127999A JP3567102B2 (en) 1999-07-26 1999-07-26 Feeding method and phased array antenna

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001044740A true JP2001044740A (en) 2001-02-16
JP3567102B2 JP3567102B2 (en) 2004-09-22

Family

ID=16603305

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP21127999A Expired - Fee Related JP3567102B2 (en) 1999-07-26 1999-07-26 Feeding method and phased array antenna

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3567102B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101166851B1 (en) * 2005-09-02 2012-07-19 삼성전자주식회사 Array antenna system
CN111769538A (en) * 2020-07-15 2020-10-13 北京无线电测量研究所 Phased array antenna subarray power supply circuit and electric appliance with same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101166851B1 (en) * 2005-09-02 2012-07-19 삼성전자주식회사 Array antenna system
CN111769538A (en) * 2020-07-15 2020-10-13 北京无线电测量研究所 Phased array antenna subarray power supply circuit and electric appliance with same

Also Published As

Publication number Publication date
JP3567102B2 (en) 2004-09-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108417999B (en) Multimode phased array antenna and method for broadening its beam
US10062966B2 (en) Array antenna having a radiation pattern with a controlled envelope, and method of manufacturing it
KR20180006294A (en) System and method for operating conformal antenna
US10431900B2 (en) Array antenna with optimized elements positions and dimensions
WO2017150031A1 (en) Antenna device and antenna excitation method
US4916454A (en) Adaptive nulling circular array antenna
Khalilpour et al. A novel algorithm in a linear phased array system for side lobe and grating lobe level reduction with large element spacing
CN114899607A (en) Method for realizing radiation beam forming by using amplitude control antenna array
JP3723062B2 (en) Phased array antenna device
CN113252998B (en) Flatness optimization method for sum and difference beam signal levels of phased array antenna
CN113489523A (en) Phase-only multi-beam directional diagram synthesis method based on separation calibration iterative FFT
Gatti et al. A novel phase-only method for shaped beam synthesis and adaptive nulling
Fletcher et al. Beamforming for circular and semicircular array antennas for low-cost wireless lan data communications systems
Artiga et al. Holographic design of arbitrary multi-beam leaky-wave antennas
Porter Closed form expression for antenna patterns of the variable inclination continuous transverse stub
JP3567102B2 (en) Feeding method and phased array antenna
CN111817766A (en) Beam forming method of combined array antenna unit directional diagram
CN113569192B (en) Multi-phase hierarchical nested array antenna beam synthesis method
Prasad et al. Three‐dimensional shaped and contour pattern synthesis with multiple beam approach
JP3335913B2 (en) Feeding method and phased array antenna
Hassan et al. Comparative study of different power distribution methods for array antenna beamforming for soil moisture radiometer
Mandava et al. Synthesis of Conformal Phased Array Antenna with Improved SLL
CN113054436B (en) Control method of beam control mechanism of arbitrary curved-surface array
RU2559763C2 (en) Formation method of dips of directions of interference sources in directivity patterns of flat phased antenna arrays with non-rectangular aperture boundary
JPH05283924A (en) Array antenna

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Effective date: 20040601

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Effective date: 20040614

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090618

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 5

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090618

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 6

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100618

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees