JP2002176309A - アンテナ装置およびそのアンテナの測定方法 - Google Patents

アンテナ装置およびそのアンテナの測定方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アンテナ動作状態において、実時間遅延線路
の設定値と実際の遅延量の差違を補正することによりビ
ーム指向誤差の低減を可能とするアンテナ装置を得る。 【解決手段】 実時間遅延線路の設定値と実際の遅延
量の差違を補正する補正移相を貯える記憶装置と、移相
器に設定する位相に上記補正位相を加える演算回路を備
える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は例えば、2000
年電子情報通信学会通信ソサィエティ大会B-1-138「サブ
アレー単位で実時間遅延移相器を設けたフェーズドアレ
ーアンテナのビーム指向誤差近似式」に示されたよう
な、レーダまたは通信用装置において広周波数帯域にわ
たる信号を同時に送受信するために、N個(Nは2以上
の整数)の素子アンテナとそれぞれの素子アンテナにつ
ながれ、0度から360度の間で透過位相を変化させる
事ができるN個の移相器、上記N個の移相器の出力をサ
ブアレーとして合成するM個(Mは2以上、N以下の整
数)のRF合成回路、上記それぞれのRF合成回路につ
ながれたM個の実時間遅延線路、上記それぞれの実時間
遅延線路につながれたRF合成回路を備えたアンテナ装
置において、アンテナの動作状態における各実時間遅延
線路の設定誤差によるビーム指向性誤差の影響を軽減で
きるアンテナ装置を提案するとともに、そのアンテナ装
置の遅延設定量と実際の遅延量の差異を精度良く測定で
きるアンテナ測定方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3は従来のアンテナ装置の構成を示す
図である。図において1-1…1-NはN個の素子アンテナ、
2-1…2−Nは同じくN個の移相器、3-1…3-NはM個の
サブアレーRF分配回路、4は4-1…4-MはM個の実時間
遅延線路、5はRF分配回路、6は送信器である。7は
計測用のピックアップアンテナ、8は計測用の受信器で
ある。
【0003】次に動作について説明する。図3は送信の
例であり、送信器6より発生した信号電力は電力分配回
路5により所望の分配比に分配されて、各実時間遅延線
路に送られる。各実時間遅延線路4は所望のビームを形
成する為に必要な時間遅延量を信号電力に与える。サブ
アレーRF分配回路にて所望の分配比に分配された信号
電力は所望のビームを形成するために、所望の位相量に
コントロールされた移相器2により位相が変えられ、素
子アンテナ1-1…1-Nから放射されて、所望のアンテナ特
性を得る。受信の場合も送信器と受信器が入れ替わるだ
けで、送信の場合と同一である。
【0004】ここで、実時間遅延線路4の働きについ
て、より詳しく説明する。説明においてアンテナは素子
アンテナがX軸に沿って配置されたリニアアレーアンテ
ナとする。図3に示すアンテナにおいて、主ビームをθ
1方向に向ける為に、各素子アンテナ1に設定する必要
な位相は次式で与えられる。
【0005】
【数3】
【0006】ここで、φiはi番目の素子アンテナ1-i
に設定する位相、λは波長、θ1は主ビーム方向、Xi
素子アンテナ1-iの座標である。アンテナの開口長45
λ、ビーム走査角度を+20度の場合、45sin(20)=15.
39λであるため、アンテナ左端の移相器2に0度を設定
した場合、アンテナ右端の移相器2には0.39λ=140.4度
を設定すれば良い。
【0007】しかし、レーダ、または通信等で広帯域な
変調信号を使用する場合、アンテナの放射パターンには
広帯域にわたり、その特性が変化しないことが求められ
る。しかしながら、上記のように移相器2を用いてビー
ム走査を行った場合、運用帯域幅が±3%であるとする
と、帯域上限(FH)、帯域中心(FC)、 帯域下限(FL)、
における主ビーム方向は、
【0008】
【数4】
【0009】となり、帯域内で±0.6度程度変動す
る。開口長45λの場合、ビーム幅は約1.2度である
ため、この主ビーム方向の変動はシステム上大きな問題
となる。
【0010】そこで、移相器2のみで、主ビーム方向に
対応する位相を設定するのではなく、各素子アンテナか
ら所望の方向へビームを形成するために必要な信号遅延
量を実時間遅延経路4により実現することが行われてい
る。
【0011】実時間遅延線路4の構成を図4 に示す。
図は最小遅延量が中心周波数における1λ、4ビットの
遅延線路の例である。ここで、最小遅延量とビット数は
アンテナ開口長と所望のビーム走査特性によって決まる
値である。図4において11は1λ遅延回路、12は2
λ遅延回路、13は4λ遅延回路、 14は8λ遅延回
路、15は制御回路であり、線路長が異なる線路をスイ
ッチで切り替える事により、所望の遅延特性を得る。上
記の例において1λ、2λ、4λ、8λの遅延線路を動作さ
せることで、15λの遅延を実現し、移相器に0.39λ=14
0.9度の位相を設定してビーム走査を行った場合の帯域
内で主ビーム方向は、
【0012】
【数5】
【0013】となり、実時間遅延線路を用いることで、
主ビーム方向の変動を±0.02度に低減可能である。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】従来のアンテナ装置
は、以上のように構成されているため、実時間遅延線路
4の特性の変動がアンテナのビーム走査特性に大きな影
響を与える。従って、実時間遅延線路特性のばらつき、
変動を低減する必要があり、個々の実時間遅延線路4の
試験・調整に多大な時間を必要とした。また、実際には
実時間遅延線路4を透過する信号の位相は前後につなが
れるコンポーネントの入出力特性の影響を受けるが、そ
の影響を考慮した制御は不可能であり、高い精度のビー
ム指向性を実現することが困難であった。
【0015】
【課題を解決するための手段】この発明によるアンテナ
装置は、実時間遅延線路の実際の遅延量D'と遅延設定
量Dの差から補正位相を求め、この補正位相を格納する
記憶装置と補正位相から各位相器に設定する位相を計算
する演算装置を備えることで、実時間遅延線路特性のば
らつき、変動を考慮した位相設定を可能とし、試験・調
整時間を短縮しながらも、従来に比べて高い精度のビー
ム指向を可能とする。
【0016】また、この発明によるアンテナ測定法は2
つのサブアレーA,Bのみを励振し、サブアレーAの移
相器とサブアレーBの移相器には180度の位相差を与
え、各サブアレーにつながれた実時間遅延線には遅延設
定量として零を与えることで、アンテナ正面方向にナル
パターンを形成し、次にサブアレーBの実時間遅延線路
に遅延設定量Dを設定した場合のナル位置の変化Δθか
らサブアレーBにつながれた実時間遅延線路の実際の遅
延量D'を求めることが可能となる。
【0017】
【発明の実施の形態】実施の形態1.図1はこの発明の
実施の形態1を示す図であり、図において1-1…1-Nは
N個の素子アンテナ、2-1…2-Nは同じくN個の移相器、
3-1…3-MはM個のサブアレーRF分配回路、4-1…4-Mは
M個の実時間遅延線路、5はRF分配回路、6は送信器
である。7は計測用のピックアップアンテナ、8は計測
用の受信器、9は実測された実時間遅延線路の遅延量を
格納する記憶装置、10はビーム走査位相を計算する演
算装置である。
【0018】前述のアンテナの開口長45λ、ビーム走
査各度を+20度、運用帯域幅が±5%の場合、遅延線
路の長さが設計値に対し5%短い場合、帯域上限、中
心、下限における主ビーム方向は、
【0019】
【数6】
【0020】となり、帯域全体で主ビーム方向が約-1度
シフトしてしまう。
【0021】演算装置10は記憶装置9に格納された各
遅延線路の遅延量D'を用い、次式によって補正位相を
計算する。
【0022】
【数7】
【0023】m番目の実時間遅延線路4がつながれてい
るそれぞれの移相器2に設定する位相に数7による補正
位相を加えることで、主ビーム方向のシフトを補正する
ことが可能であり、前述の例の場合、
【0024】
【数8】
【0025】となり、帯域内でのビーム指向精度の改善
が確認できる。
【0026】実施の形態2.図2は実施の形態2を示す
構成図であり、図において1-1…1−NはN個の素子ア
ンテナ、2-1…2−Nは同じくN個の移相器、3-1…3-Mは
M個のサブアレーRF分配回路、4-1…4-MはM個の実時
間遅延線路、5はRF分配回路、6は送信器である。7
は計測用のピックアップアンテナ、8は計測用の受信器
である。16は計測において着目するサブアレー、17
は基準用サブアレーである。
【0027】次に動作について説明する。アンテナ装置
を構成するサブアレーの内、計測において着目するサブ
アレー16と基準用サブアレー17を構成する素子アン
テナ1のみを励振する。着目するサブアレー16を構成
する素子アンテナ1と基準用サブアレー17を構成する
素子アンテナ1の励振位相に180度の差を与え、それ
ぞれの実時間遅延線路4の設定は0とすると、アンテナ
正面方向では着目するサブアレー16からの信号と基準
用サブアレー17からの信号が相殺しあい、放射パター
ンの零点が形成される。
【0028】アンテナ正面方向に放射パターンの零点が
形成されたことは、回転台または走査型スキャナーによ
り、アンテナ装置と計測用ピックアップアンテナ7の相
対位置関係を変化させて、受信器8の出力を測定するこ
とで確認可能である。
【0029】上記状態において、着目するサブアレー1
6につながれた実時間遅延線路4に遅延量Dを設定し、
放射パターンの零点位置を測定する。 アンテナ正面か
らの零点位置の変位をΔθとすると、着目するサブアレ
ー16につながれた実時間遅延線路4の遅延量は次式で
求められる。
【0030】
【数9】
【0031】ここで、Xは着目するサフ゛アレ−16と基準
用 サブアレー17の位相中心の間隔であり、既知の量
である。上記の測定を実時間遅延線路の各ビット毎に繰
り返し、また、全ての サブアレーに対して行うこと
で、全ての実時間遅延線路の遅延特性D'を測定するこ
とが可能である。
【0032】
【発明の効果】この発明によれば、実時間遅延線路の実
際の遅延量D'と遅延設定量Dの差から補正位相を求
め、この補正位相を格納する記憶装置と補正位相から各
移相器に設定する位相を計算する演算装置を備えること
で、実時間遅延線路特性のばらつき、変動を考慮した位
相設定を可能とし、試験・調整時間を短縮しながらも、
高精度なビーム指向を可能とする。
【0033】また、この発明によれば、2つの サブア
レーA,Bのみを励振し、 サブアレーAの移相器と サ
ブアレーBの移相器には180度の移相差を与え、各
サブアレーにつながれた実時間遅延線には遅延設定量と
して零を与えることで、アンテナ正面方向にナルパター
ンを形成し、次に サブアレーBの実時間遅延線路に遅
延設定量Dを設定した場合のナル位置の変化Δθから
サブアレーBにつながれた実時間遅延線路の実際の遅延
量D'を求めることを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1を示す図である。
【図2】 この発明の実施の形態2を示す図である。
【図3】 従来のアンテナ装置の構成を示す図である。
【図4】 従来のアンテナ装置における遅延線路の構成
を示す図である。
【符号の説明】
1 素子アンテナ、2 移相器、3 サブアレーRF分配
回路、4 実時間遅延線路、5 RF分配回路、6 送信
器、7 ピックアップアンテナ、8 受信器、9記憶装
置、10 演算装置、11 1λ遅延回路、12 2λ遅
延回路、13 4λ遅延回路、14 8λ遅延回路、15
制御回路、16 計測において着目する サブアレ
ー、17 基準用 サブアレー。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 千葉 勇 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 Fターム(参考) 5J021 AA06 CA06 DB02 DB03 EA04 FA17 FA20 FA29 FA30 FA32 GA02 HA05 JA10

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 N個(Nは2以上の整数)の素子アンテ
    ナとそれぞれの素子アンテナにつながれ、0度から36
    0度の間で透過位相を変化させる事ができるN個の移相
    器、上記N個の移相器の出力をサブアレーとして合成す
    るM個(Mは2以上、N以下の整数)のRF合成回路、
    上記それぞれのRF合成回路につながれたM個の実時間
    遅延線路、上記ぞれぞれの実時間遅延線路につながれた
    RF合成回路を備えたアンテナ装置において、m番目
    (mは1以上、M以下の整数)の実時間遅延線路の遅延
    設定量Dmと実際の遅延量のD'mから、 【数1】 により補正位相φmを求め、この補正位相を格納するた
    めの記憶装置と補正位相から、m番目の実時間遅延線路
    がつながれていて、かつそれぞれの移相器に設定する位
    相を計算するための演算装置を備えたことを特徴とする
    アンテナ装置。
  2. 【請求項2】 N個(Nは2以上の整数)の素子アンテ
    ナとそれぞれの素子アンテナにつながれ、0度から36
    0度の間で透過位相を変化させる事ができるN個の移相
    器、上記N個の移相器の出力をサブアレーとして合成す
    るM個(Mは2以上、N以下の整数)のRF合成回路、
    上記ぞれぞれのRF合成回路につながれたM個の実時間
    遅延線路、それぞれの上記実時間遅延線路につながれた
    RF合成回路を備えたアンテナ装置において、2つのサ
    ブアレーA,Bのみを励振し、サブアレーAの移相器と
    サブアレーBの移相器には180度の位相差を与え、各
    サブアレーにつながれた実時間遅延線には遅延設定量と
    して零を与えることで、アンテナ正面方向にナルパター
    ンを形成し、次にサブアレーBの実時間遅延線路に遅延
    設定量Dを設定した場合のナル位置の変化Δθから 【数2】 により、サブアレーBにつながれた実時間遅延線路の実
    際の遅延量D'を求めることを特徴とするアンテナ測定
    方法。
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