JP2001251122A - フェーズドアレイアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 格子状に配置された複数のアンテナモジュー
ルを個別に制御することで送受信電波の指向方向を制御
するフェーズドアレイアンテナ装置において、アンテナ
制御装置とアンテナ間のデータラインの数を削減するこ
とを目的とする。 【解決手段】 アンテナに行方向のデータラインを切り
替えるセレクタと、列方向のデータラインを切り替える
セレクタとを付加することにより、アンテナ制御装置と
アンテナ間のデータラインの数を削減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、複数のアンテナ
モジュールを個別に制御することで送受信電波の指向方
向を制御するフェーズドアレイアンテナ装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図４（ａ）は、この種のフェーズドアレ
イアンテナ装置の構造を送受信系を含めて示したもので
ある。図４（ａ）において、１は送信信号を生成する送
信機、２は電波の送受信方向を設定するアンテナモジュ
ール制御データを生成するアンテナ制御装置、３は上記
送信機１からの送信信号をアンテナ制御装置２からのア
ンテナモジュール制御データを基に空間へ放射し、また
空間から到来する電波を受信するアンテナ、４はアンテ
ナ３で受信した受信信号を増幅する受信機、５ａ〜５ｉ
はアンテナモジュールである。なお、符号の末尾に付け
足したａ〜ｉは各々の区別を明らかにして説明を容易に
するためのものである。

【０００３】この種のフェーズドアレイアンテナ装置に
おけるアンテナは、複数のアンテナモジュール５から構
成されており、図４（ｂ）は９つのアンテナモジュール
が格子状に配置された場合のアンテナ制御装置とアンテ
ナモジュールの接続を示すブロック図である。

【０００４】図のように構成されたフェーズドアレイア
ンテナ装置において、例えば第１のアンテナモジュール
５ａと第２のアンテナモジュール５ｂが成す方向を行方
向、第１のアンテナモジュール５ａと第４のアンテナモ
ジュール５ｄが成す方向を列方向と定義し、第１のアン
テナモジュール５ａから第３のアンテナモジュール５ｃ
の並びを第１の行方向、第４のアンテナモジュール５ｄ
から第６のアンテナモジュール５ｆの並びを第２の行方
向、第７のアンテナモジュール５ｇから第９のアンテナ
モジュール５ｉの並びを第３の行方向、第１のアンテナ
モジュール５ａから第７のアンテナモジュール５ｇの並
びを第１の列方向、第２のアンテナモジュール５ｂから
第８のアンテナモジュール５ｈの並びを第２の列方向、
第３のアンテナモジュール５ｃから第９のアンテナモジ
ュール５ｉの並びを第３の列方向とする。６ａは第１の
行方向のアンテナモジュール制御データを送受するデー
タライン、６ｂは第２の行方向のアンテナモジュール制
御データを送受するデータライン、６ｃは第３の行方向
のアンテナモジュール制御データを送受するデータライ
ン、６ｄは第１の列方向のアンテナモジュール制御デー
タを送受するデータライン、６ｅは第２の列方向のアン
テナモジュール制御データを送受するデータライン、６
ｆは第３の列方向のアンテナモジュール制御データを送
受するデータラインである。

【０００５】図５（ａ）は従来のフェーズドアレイアン
テナ装置におけるデータライン上を流れるアンテナモジ
ュール制御データの構成を示す図である。７はアンテナ
モジュール制御データの先頭を示すスタートビット、８
はデータライン上のアンテナモジュール制御データが有
効であることを示すイネーブルビット、９はアンテナモ
ジュール制御用の制御データ、１０は送受信電波の指向
方向制御用の移相データである。

【０００６】図５（ｂ）はアンテナモジュールのブロッ
ク図であり、１１は図４で示されるアンテナ制御装置２
から送出されたアンテナモジュール制御データを入力
し、またはアンテナモジュール内に設定されているアン
テナモジュール制御データをアンテナ制御装置２へ出力
する行方向および列方向のデータ入出力器、１２はアン
テナモジュール制御データに応じて動作するデータ制御
器、１３はアンテナモジュール制御データに含まれる移
相データを保持する行方向および列方向の移相データレ
ジスタ、１４は移相データレジスタ１３に保持された移
相データを基に送受信信号を遅延させる移相器、１５は
送受信信号の給電ライン、１６は素子アンテナである。

【０００７】図４と図５を用いてデータラインマトリク
ス制御方式によりアンテナモジュール制御データを設定
する場合のアンテナモジュールの動作を説明する。アン
テナモジュールは、行方向と列方向のアンテナモジュー
ル制御データを個別に授受するために、個々にデータ入
出力器１１と移相データレジスタ１３とを有しており、
アンテナ制御装置２から送出されたアンテナモジュール
制御データを各々のデータ入出力器１１ａ，１１ｂで入
力する。第１の行方向のデータライン６ａ、第２の行方
向のデータライン６ｂおよび第３の行方向のデータライ
ン６ｃのアンテナモジュール制御データはデータ入出力
器１１ａで、第１の列方向のデータライン６ｄ、第２の
列方向のデータライン６ｅおよび第３の列方向のデータ
ライン６ｆのアンテナモジュール制御データはデータ入
出力器１１ｂで授受する。

【０００８】データ制御器１２は、行方向と列方向の双
方のデータ入出力器１１ａ、１１ｂにイネーブルビット
８がセットされたアンテナモジュール制御データが揃っ
て入力された場合のみ、それらのアンテナモジュール制
御データをスタートビット７を先頭に予め定められた数
のビット数だけを保持する。このとき制御データ９に移
相データの書き込みが設定されていた場合は、保持した
データに含まれる移相データを各々の移相データレジス
タ１３ａ，１３ｂに書き込む。移相データレジスタ１３
に移相データが書き込まれると、これを基に移相器１４
に遅延量が設定される。送信の場合は、給電ライン１５
上の送信信号が移相器１４で遅延され素子アンテナ１６
によって空間へ放射される。受信の場合は、素子アンテ
ナ１６で受信された受信信号が移相器１４で遅延され給
電ライン１５へ送られる。

【０００９】例えば図４（ｃ）に示した第９のアンテナ
モジュール５ｉへ移相データを設定する場合は、アンテ
ナ制御装置２はイネーブルビット８をセットし、制御デ
ータ９に移相データ書き込みを設定したアンテナモジュ
ール制御データを第３の行方向のデータライン６ｃと第
３の列方向のデータライン６ｆへ同時に出力する。各々
のアンテナモジュールでは、イネーブルビット８がセッ
トされたアンテナモジュール制御データが行方向と列方
向の双方に揃って入力された場合のみ、そのデータを保
持するため、第９のアンテナモジュール５ｉのみがこの
条件を満たし、アンテナ制御装置２が出力したアンテナ
モジュール制御データを受け取り、移相データが書き込
まれる。

【００１０】なお、図４（ｃ）では分かり易くするため
に、移相データを授受しないデータラインと動作しない
アンテナモジュールは破線で示し、移相データを授受す
るデータラインは矢印を移相データの送られる向きとし
て太線で示した。

【００１１】図６は、フェーズドアレイアンテナ装置に
おける送受信信号の指向方向制御の動作原理を説明する
ためのものである。

【００１２】次に、図６を用いてフェーズドアレイアン
テナ装置における送受信信号の指向方向の動作原理を説
明する。図６（ａ）に示すとおり、送信機１からの送信
信号はアンテナモジュール内の移相器１４によって個々
に移相量を付加されたあと、素子アンテナ１６から空間
へ放射される。図６（ｂ）〜（ｅ）は、４個の素子アン
テナから送信信号を同時に放射した場合に、遅延時間τ
毎に送信電波が広がっていく様子を示したものである。
図６（ｅ）における破線は送信電波の先頭の波面を示し
ており、図のとおり波面は正面からずれた方向（太矢印
で示す方向）へ進んで行く。このとき送信周波数をｆ、
波長をλ、素子アンテナの間隔をｄ、隣接した素子アン
テナ間の遅延時間をτとすると、素子アンテナが向く方
向に対して波面が進む方向が成す角度すなわち送受信電
波の指向角θは次式で表される。

【００１３】ｓｉｎθ＝ｆ×λ×τ÷ｄ

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなフェーズ
ドアレイアンテナ装置では、行および列単位でアンテナ
モジュール制御データをアンテナモジュールへ送るた
め、アンテナ制御装置とアンテナの間には行と列を合わ
せた数だけデータラインが必要であった。

【００１５】これに伴い部品点数・製造工数・質量・コ
ストが増し、逆に信頼性の低下を招くという問題点があ
った。

【００１６】この発明は、かかる問題点を解決するため
になされたものであり、アンテナ制御装置とアンテナ間
の配線を削減することで、部品点数・製造工数・質量・
コストを削減し、信頼性の向上を図ることを目的として
いる。

【００１７】

【課題を解決するための手段】第１の発明によるフェー
ズドアレイアンテナ装置は、転送された制御データに含
まれるセレクトデータを基に行方向、および列方向のデ
ータラインを切り替えるようにしたものである。

【００１８】また、第２の発明によるフェーズドアレイ
アンテナ装置は、制御データに含まれるセレクトデータ
をアンテナ制御装置で予めデコードすることを特徴とす
るものである。

【００１９】第３の発明によるフェーズドアレイアンテ
ナ装置は、セレクトデータに応じて複数のデータライン
へ同時にアンテナモジュール制御データを出力するよう
にしたものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、この発明
によるフェーズドアレイアンテナ装置の実施の形態１を
示す図である。図１（ａ）は行数３、列数３で９個のア
ンテナモジュールが格子状に配置された場合のアンテナ
の例を示している。図において５〜１０は従来のフェー
ズドアレイアンテナ装置と全く同一のものである。１７
ａは第１の行方向から３のアンテナモジュール制御デー
タを送受するデータライン、１７ｂは第１の列方向から
３のアンテナモジュール制御データを送受するデータラ
イン、１８ａは行方向のデータライン６ａから６ｃを切
換えるデータセレクタ、１８ｂは行方向のデータライン
６ｄから６ｆを切換えるデータセレクタ、１９はアンテ
ナモジュール制御データにこのデータセレクタのセレク
トデータを付加するセレクトデータ付加器である。図１
（ｂ）はアンテナモジュール制御データの例を示してお
り、２０は上記データセレクタのセレクトデータであ
る。

【００２１】例えば第９のアンテナモジュールにアンテ
ナモジュール制御データを設定する手順を以下に示す。
アンテナ制御装置２は、イネーブルビット８をセット
し、図１（ｃ）に示すとおりセレクトデータ付加器１９
によってセレクトデータ２０を３（２進数で０１１）と
したアンテナモジュール制御データを行方向のデータラ
イン１７ａへ、同じくイネーブルビットをセットしセレ
クトデータ付加器１９によってセレクトデータ２０を３
としたアンテナモジュール制御データを列方向のデータ
ライン１７ｂへ、同時に出力する。

【００２２】アンテナ内の行方向データラインのセレク
タ１８ａは、スタートビット７を検出すると、これに続
くイネーブルビット８がセットされていると有効なデー
タとみなし、次に続くセレクトデータ２０の内容をに応
じてデータラインを第３の行方向のデータライン６ｃに
切り替え、続いて転送される制御データ９および移相デ
ータ１０をデータライン６ｃへ供給する。同じく列方向
データラインのセレクタ１８ｂは、スタートビット７を
検出すると、これに続くイネーブルビット８がセットさ
れていると有効なデータとみなし、次に続くセレクトデ
ータ２０の内容に応じてデータラインを列方向３のデー
タライン６ｆに切り替え、イネーブルビット８に続いて
転送される制御データ９および移相データ１０をデータ
ライン６ｆへ供給する。

【００２３】アンテナモジュールは、イネーブルビット
８がセットされたアンテナモジュール制御データが行方
向データラインと列方向データラインに揃って供給され
た場合のみ、それらのアンテナモジュール制御データを
スタートビットを先頭に予め定められた数のビット数だ
け受け取るため、この場合は第９のアンテナモジュール
５ｉのみがアンテナモジュール制御データを受け取る。
図１（ｄ）は、アンテナモジュール制御データを授受し
ないデータラインと動作しないアンテナモジュールは破
線で示し、アンテナモジュール制御データを授受するデ
ータラインは矢印をアンテナモジュール制御データの送
られる向きとして太線で示したものである。

【００２４】これにより、複数のデータラインを介して
アンテナモジュール制御データを送受する場合において
も、同一方向のデータラインを共有化できるため、アン
テナ制御装置とアンテナ間のデータラインを削減するこ
とができる。

【００２５】実施の形態２．図２はこの発明によるフェ
ーズドアレイアンテナ装置の実施の形態２を示す図であ
る。図２（ａ）において５〜１０、１７〜２０は実施の
形態１と全く同一のものである。また、２１はセレクト
データ２０を予めデコードするセレクトデータデコーダ
である。図２（ｂ）は行方向アンテナモジュール制御デ
ータの例を、図２（ｃ）は列方向アンテナモジュール制
御データの例を示している。２０は上記データセレクタ
のセレクトデータである。なお、符号の末尾に付け足し
たａ〜ｆは各々の区別を明らかにして説明を容易にする
ためのものである。

【００２６】この発明におけるアンテナモジュール制御
データにおいては、行方向のセレクトデータの各ビット
は行方向のデータラインへ、列方向のセレクトデータの
各ビットは列方向のデータラインへ関連付けされる。例
えば、行方向のセレクトデータの最初のビット２０ａは
第１の行方向のデータライン、次のビット２０ｂは第２
の行方向のデータライン、最後のビット２０ｃは第３の
行方向のデータラインへ、また列方向のセレクトデータ
の最初のビット２０ｄは第１の列方向のデータライン、
次のビット２０ｅは第２の列方向のデータライン、最後
のビット２０ｆは第３の列方向のデータラインへ関連付
けされ、各方向のアンテナモジュール制御データにおい
ては、同時に複数のビットがセットされることはないも
のと仮定する。データセレクタ１８は、セレクトデータ
のセットされたビットに対応したデータラインへ、アン
テナモジュール制御データを供給する。

【００２７】例えば第９のアンテナモジュールにアンテ
ナモジュール制御データを設定する手順を以下に示す。
アンテナ制御装置２は、イネーブルビット８をセット
し、かつセレクトデータデコーダ２１によって００１と
デコードされたセレクトデータ２０をセレクトデータ付
加器１９によって付加したアンテナモジュール制御デー
タを行方向のデータライン１７ａへ、同じくイネーブル
ビット８をセットし、かつセレクトデータデコーダ２１
によって００１とデコードされたセレクトデータ２０を
セレクトデータ付加器１９によって付加したアンテナモ
ジュール制御データを列方向のデータライン１７ｂへ、
同時に出力する。アンテナ内の行方向データラインのセ
レクタ１８ａは、スタートビット７を検出すると、これ
に続くイネーブルビット８がセットされていると有効な
データとみなし、次に続くセレクトデータ２０の内容に
応じてデータラインを行方向３のデータライン６ｃに切
り替え、続いて転送される制御データ９および移相デー
タ１０をデータライン６ｃへ供給する。

【００２８】同じく列方向データラインのセレクタ１８
ｂは、スタートビット７を検出すると、これに続くイネ
ーブルビット８がセットされていると有効なデータとみ
なし、次に続くセレクトデータ２０の内容に応じてデー
タラインを第３の列方向のデータライン６ｆに切り替
え、イネーブルビット８に続いて転送される制御データ
９および移相データ１０をデータライン６ｆへ供給す
る。アンテナモジュールは、イネーブルビット８がセッ
トされたアンテナモジュール制御データが行方向データ
ラインと列方向データラインに揃って供給された場合の
み、それらのアンテナモジュール制御データをスタート
ビットを先頭に予め定められた数のビット数だけ受け取
るため、この場合は第９のアンテナモジュール５ｉのみ
がアンテナモジュール制御データを受け取る。

【００２９】これにより、アンテナ内のデータセレクタ
の構成を簡略化することができる。

【００３０】実施の形態３．図３はこの発明によるフェ
ーズドアレイアンテナ装置の実施の形態３を示す図であ
る。図３（ａ）において５〜１０、１７〜２１は実施の
形態２と全く同一のものである。また、２２は複数のセ
レクトデータから複数データラインの同時選択用セレク
トデータを生成するセレクトデータ合成器である。

【００３１】例えば第７から第９の３つのアンテナモジ
ュール５ｇ、５ｈ、５ｉへアンテナモジュール制御デー
タを同時に設定する手順を以下に示す。同時設定の場合
は、セレクトデータセレクタ１８によって複数のデータ
ラインが同時選択できるよう、個々のデータラインに対
するセレクトデータは、セレクトデータ合成器２２によ
って複数ビットが同時にセットされた形に加工される。
例えば論理加算することによって、このセレクトデータ
は生成される。第３の行方向への同時設定の場合、第１
の列方向に対するセレクトデータ００１と、同じく第２
の列方向に対するセレクトデータ０１０、および第３の
列方向に対するセレクトデータ１００は、セレクトデー
タ合成器２２によって論理加算されることで１１１とな
る。

【００３２】アンテナ制御装置２は、イネーブルビット
８をセットし、かつセレクトデータデコーダ２１によっ
て００１とデコードされたセレクトデータ２０をセレク
トデータ付加器１９によって付加したアンテナモジュー
ル制御データを行方向のデータライン１７ａへ、同じく
イネーブルビット８をセットし、かつセレクトデータ合
成器２２によって１１１と加工されたセレクトデータ２
０をセレクトデータ付加器１９によって付加したアンテ
ナモジュール制御データを行方向のデータライン１７ｂ
へ、同時に出力する。アンテナ内の行方向データライン
のセレクタ１８ａは、スタートビット７を検出すると、
これに続くイネーブルビット８がセットされていると有
効なデータとみなし、次に続くセレクトデータ２０の内
容に応じてデータラインを第３の行方向のデータライン
６ｃに切り替え、続いて転送される制御データ９および
移相データ１０をデータライン６ｃへ供給する。

【００３３】同じく列方向データラインのセレクタ１８
ｂは、スタートビット７を検出すると、これに続くイネ
ーブルビット８がセットされていると有効なデータとみ
なし、次に続くセレクトデータ２０の内容に応じてデー
タラインを切換える。データセレクタ１８は、セレクト
データのセットされたビットに対応したデータライン
へ、アンテナモジュール制御データを供給するため、こ
の場合は第１の列方向のデータライン６ｄ、第２の列方
向のデータライン６ｅ、および第３の列方向のデータラ
イン６ｆへ同時に供給される。アンテナモジュールで
は、イネーブルビット８がセットされたアンテナモジュ
ール制御データが行方向データラインと列方向データラ
インに揃って供給された場合のみ、それらのアンテナモ
ジュール制御データをスタートビットを先頭に予め定め
られた数のビット数だけ受け取るため、この場合は第７
〜第９のアンテナモジュール５ｇ、５ｈ、５ｉがアンテ
ナモジュール制御データを受け取る。

【００３４】これにより、任意の位置にある複数のアン
テナモジュールに対し同時にアンテナモジュール制御デ
ータを設定することができるため、その設定時間を短縮
することができる。

【００３５】

【発明の効果】第１の発明によれば、アンテナ制御装置
とアンテナ間のデータライン数は行方向と列方向の各１
本で済むため、製造工程・部品点数・質量・コストが削
減できる。また、部品点数が削減されることによって故
障率が下がり、信頼性が向上する。

【００３６】また、第２の発明によれば、アンテナ内の
データセレクタの構成を簡略化することによってデータ
ラインの切換え時間が短縮され、アンテナモジュール制
御データの設定時間を短縮することができる。

【００３７】第３の発明によれば、複数のデータライン
へ同時にデータを供給することによってデータ設定回数
を削減でき、アンテナモジュール制御データの設定時間
を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明によるフェーズドアレイアンテナ装
置の実施の形態１を示す図である。

【図２】 この発明によるフェーズドアレイアンテナ装
置の実施の形態２を示す図である。

【図３】 この発明によるフェーズドアレイアンテナ装
置の実施の形態３を示す図である。

【図４】 従来装置の実施例を示す図である。

【図５】 従来装置におけるアンテナモジュール制御デ
ータとアンテナモジュールの実施例を示す図である。

【図６】 従来装置における送受信信号の指向方向制御
の動作原理を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 送信機、２ アンテナ制御装置、３ アンテナ、４ 受
信機、５ アンテナモジュール、６ データライン、１１
データ入出力器、１２ データ制御器、１３移相データ
レジスタ、１４ 移相器、１５ 給電ライン、１６ 素子
アンテナ、１７ データライン、１８ データセレクタ、
１９ セレクトデータ付加器、２１ セレクトデータデコ
ーダ、２２ セレクトデータ合成器。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 格子状に配置された複数のアンテナモジ
   ュールを有するアンテナと、上記複数のアンテナモジュ
   ールをそれぞれ制御することにより送受信電波の指向方
   向を制御するためのアンテナ制御装置とを備えたフェー
   ズドアレイアンテナ装置において、上記アンテナ制御装
   置とアンテナとを接続するデータライン上の信号を各ア
   ンテナモジュールに選択的に分配するデータセレクタ
   と、上記データライン上の信号に上記データセレクタを
   切り替える信号を付加するセレクトデータ付加器とを備
   えたことを特徴とするフェーズドアレイアンテナ装置。
2. 【請求項２】 上記データセレクタを切り替える信号を
   デコードして上記セレクトデータ付加器へ出力するセレ
   クトデータデコーダを備えたことを特徴とする請求項１
   記載のフェーズドアレイアンテナ装置。
3. 【請求項３】 上記セレクトデータデコーダの出力を複
   数個合成して上記セレクトデータ付加器へ出力するセレ
   クトデータ合成器を備えたことを特徴とする請求項２記
   載のフェーズドアレイアンテナ装置。