JP2002217633A

JP2002217633A - アレイアンテナ構造、及びアレイアンテナ較正方法

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Publication number: JP2002217633A
Application number: JP2001378998A
Authority: JP
Inventors: Richard Earl Miller; アールミラーリチャード; Robert Michael Reese; マイケルレッセロバート
Original assignee: Lockheed Corp; Lockheed Martin Corp
Current assignee: Lockheed Martin Corp
Priority date: 2000-12-12
Filing date: 2001-12-12
Publication date: 2002-08-02
Anticipated expiration: 2021-12-12
Also published as: ATE293291T1; EP1215751B1; DE60110023T2; EP1215751A1; JP4008703B2; US6356233B1; ES2240315T3; DE60110023D1

Abstract

(57)【要約】【課題】【解決手段】アンテナ素子アレイは、アレイ素子中の特
定の一部を中核素子に指定することにより、較正のため
に配列される。中核素子は指向性結合器配列によりビー
ム形成器に結合され、較正ポートは指向性結合器のポー
トに結合される。較正は、中核素子の第１較正ポートに
信号を印加し、較正信号経路の信号の振幅及び／又は位
相を決定することを含む。信号は、中核素子に給電する
ビーム形成器のポートに印加され、ビーム形成較正経路
の長さが決定される。これらにより、中核素子に至るビ
ーム形成器経路が決定される。中核素子の近くにある、
他の非中核素子は、非中核素子へのビーム形成器を通じ
て信号を印加し、中核素子の較正経路を通じて信号を受
信することにより較正される。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は、アレイアンテナに
関するものであり、より詳細には、該アレイの能動素子
の較正を容易にするアレイアンテナ構造に関するもので
ある。

【従来の技術】私たちの社会は、電磁波による通信とそ
の感知に依存している。通信の例としてラジオ、テレ
ビ、及び携帯電話のような個人通信が挙げられ、感知の
例としてレーダ及びレーザ赤外線レーダが挙げられる。
通信が未発達の頃は、水平面上でほぼ全方向にラジオ信
号を放送すれば充分良く、その為、鉛直なラジエーター
かタワーがあれば充分に間に合った。初期のセンサは方
向探知結果の検索を企図したものであった。例えば、ア
ドコックアンテナでは方向探知にゼロ方向が用いられ
た。マイクロ波信号等の短波信号を効率的かつ比較的安
価に生成させることが可能になった後、高い利得と指向
性に必要とされる比較的大きな放射性開口を備えた成形
リフレクタ・アンテナでも、方向探知結果が得られるに
なった。このようなアンテナは半世紀以上にわたって使
用されてきたが、製造・維持が容易であるため、今後も
引き続き使用される。しかしながら、成形リフレクタ・
アンテナには、アンテナによって放射されたビームを移
動させるためには物理的に移動する必要があるという、
顕著な欠点があった。当業者の知識によれば、アンテナ
は相互的素子であり、電気信号や電磁信号を無誘導(放
射)モードから誘導モード、又はその逆に変換する。伝
播の「非誘導」モードは、電磁放射が「自由空間」に制
限なく伝播する際に発生する。また、「自由空間」とい
う語には、漂遊しているか又は不要な周囲の構造が伝播
を妨害するか又は混乱させるような状況が含まれる。
「誘導」モードには、伝播が伝送線の構造によって制約
を受けるような場合が含まれる。伝播の導波モードは、
精密な導波管や、マイクロストリップやストリップライ
ン等同軸ケーブルやその他の伝送線構造の内部で発生す
る。アンテナはトランスデューサであるので、操作の送
信モード・受信モードの間に本質的な違いはない。アン
テナ技術の分野では、歴史的な事情により、特定の語が
使用される際は、アンテナについて同時発生的に生じて
しまう他の解釈を反映しないように使用している。例え
ば、アンテナの指向性放射パターンを表す語は「ビー
ム」であるが、この語は送信アンテナ技術の文脈ではや
や意味の深い語である。しかし、受信モードで動作する
アンテナにはこの語に対応する放射が概念上存在しない
にもかかわらず、受信アンテナにもこの語は用いられ
る。この技術に詳しい者なら理解できることだが、アン
テナ「ビーム」の形状は操作の送信モード・受信モード
で同一であり、受信モードの意義は単にアンテナの特徴
である立体角関数としての変換にある。インピーダン
ス、相互結合等、アンテナの他の特徴も同様に送信アン
テナ・受信アンテナで同一である。アンテナに関する表
現で、表面的な意味とは別に同時発生的に他の意味を持
つ他の表現は、導波ポートの定義である。このポート
は、言及されているアンテナが送信アンテナであるか受
信アンテナであるかに関わらず、しばしば「供給」ポー
トと呼ばれる。アレイアンテナでは、広い放射開口部が
該開口部上に伸びた複数の素子アンテナを用いて形成さ
れ、個々の該素子アンテナ又はアンテナ素子が素子ポー
トを「ビーム形成器」を介して共通ポートに結合する
が、このポートはアレイアンテナの供給ポートと考える
こともできる。ビーム形成器は、受信モードで各アンテ
ナ素子が受信した該信号をそれ自体いかなる相関的位相
シフトも発生させずに合計し、また、操作の送信モード
では、送信する信号を共通ポートで受信して該アンテナ
素子間に均等に分配するような構造と同程度に単純であ
ってもよい。この技術に詳しい者なら知っていることだ
が、アレイアンテナの利点は、アレイアンテナの各素子
アンテナに変換された信号が、個別に位相制御を行うこ
とができる。位相が制御される際には、限られた範囲で
あれば物理的な旋回を加えずに、アレイアンテナのビー
ムを「ステアリング」することができる。素子アンテナ
の供給路への位相シフト器の導入も、更に言えば、ビー
ム形成器自体も、必ず不要な抵抗損失や熱損失や「減
衰」を信号路に発生させてしまう。このような損失は操
作の受信モードでアレイアンテナ供給ポートに結合され
る受信器から得られる信号を効率的に減少させ、更に操
作の送信モードで供給ポートからアンテナ素子に到達す
る出力をも減少させる。アレイアンテナの利便性を最大
限にするためには、電子増幅器をアレイアンテナシステ
ムに導入し、ビーム形成器や位相シフト器に帰因する損
失があればその損失の克服とフィルタ等の関連ハードウ
ェアを支援するのが一般的である。アレイアンテナで
は、こうした増幅器の一つが個々のアンテナ素子と共に
用いられる。受信する信号が弱い場合には、一般的には
「低雑音」操作のために最適化された増幅器を使い、個
々のアンテナ素子が受信する信号を増幅して、該アンテ
ナ素子自体が受信する信号に内在する雑音を過度に助長
しないようにする。信号の送信に際しては、送信した信
号の出力を増大させるために、「出力」増幅器が通常個
々のアンテナ素子やアンテナ素子の集合と通常結び付け
られる。送信、受信用のアレイアンテナにおいては、受
信増幅器、送信増幅器両者を用いることができる。増幅
器は、所定のレベル以下の入力信号レベルでは、増幅器
の出力信号振幅が入力信号振幅に対して特定の振幅率を
有する、非線形になる傾向がある。しかし、増幅器が非
線形になると、信号レベルが高くなるに従って振幅率は
小さくなる（利得は小信号レベル以下の値にまで減少す
る）。このように飽和効果もしくは他の非線形効果を受
けやすい構造を、「能動」と称する。能動素子がしばし
ば、その動作に電気バイアスを必要とする、もしくは使
用する素子として定義されること、および扱われている
信号が印加されたバイアスの振幅に近いもしくは等しい
ときには、飽和効果がこのような素子に固有なものとな
る傾向があることに注目すべきである。増幅器は通常の
場合双指向性ではなく、入力ポートで受けた信号を増幅
し、増幅された信号が出力ポートで生成される。双指向
性増幅器は可能であるが、双方向動作に必要な条件のた
めその有用性が制限をうけるため、アレイアンテナには
非双指向性増幅器が一般的に使用されている。アレイア
ンテナが送受信の両方に使用される場合には、各アンテ
ナ素子は出力増幅器と低雑音増幅器の両方に連携する。
双方向または二重通信動作、すなわち受信および発信の
両方を同時に行う動作は、サーキュレータの使用を伴
う。サーキュレータは、出力増幅器の出力ポートおよび
低雑音増幅器の入力ポートにアンテナ素子を接続するこ
とを可能にする３ポート装置である。ビームステアリン
グを可能にするためアレイの各輻射素子に連携してもよ
い位相シフト器が、飽和効果もしくは他の非線形効果を
受けやすいこと、従って、これらの非線形効果が増幅器
の場合ほど明白ではなく、位相シフト器の飽和効果を無
視し得る場合もあるが、位相シフト器はこの目的では
「能動」と考えてよいことに注目すべきである。いくつ
かのタイプの位相シフト器は、温度やエージングの影響
をうける個別の電子素子の相互作用に依存する。他のタ
イプの位相シフト器、すなわち回路に入る伝送路と回路
から出る伝送路の長さを切り替える電子スイッチを使用
する位相シフト器は、飽和効果にほぼ影響されない。能
動素子を有するアレイアンテナの使用に伴う問題の１つ
は、環境条件と時間の作用による能動素子の特性の変化
の問題である。例えば、増幅器の利得は時間または温度
の作用により変化することがあり、利得変化は、アレイ
アンテナの場所によって、作動中の発信モードおよび受
信モードの両方において、ビーム形成器によって形成さ
れたビームに影響を及ぼす可能性がある。同様に、増幅
器固有の位相シフトは時間または温度の作用で変化する
ことがあり、連携する特定のアンテナ素子に関する信号
の純位相シフトにも影響を及ぼし、それによりビーム形
状もしくはビーム形成に影響を及ぼすことがある。能動
アレイアンテナの基本アンテナに連携する能動素子に対
するエージングおよび温度効果によって、種々の能動素
子に対する較正が必要となる。

【発明が解決しようとする課題】アレイアンテナの能動
素子の較正における困難な一面は、能動素子の特性がど
のようなものであるか正確に特定することである。なぜ
なら、能動素子は、アンテナ構造に「埋めこまれる」傾
向があるためである。能動素子の入力ポートおよび出力
ポートに対する物理的接触を試みる場合、複数の能動素
子に対する接続を形成し、各能動素子に対しては接続を
切断しなければならず、接続の形成と切断によってシス
テム動作の誤作動と変更を招くおそれがある。また、通
常は基本アンテナの近傍に装置が配置されるために、能
動素子に対する物理的接触は不便なものとなりがちであ
る。Ｍａｔｔｉｏｌｉらによる１９９５年１０月１７日
発行の米国特許第５，４５９，４７４号には、各輻射素
子が１つの送受信モジュールに連携し、モジュールを露
出させるように引き出し可能なラック内に送受信モジュ
ールが実装されたアレイアンテナが記載されている。効
率的ではあるが、このようなラックは相対的に体積が大
きく、重く、高価なものとなりがちである。Ｓｉｌｖｅ
ｒｓｔｅｉｎらによる１９９６年１１月５日発行の米国
特許第５，５７２，２１９号には、遠隔地の使用および
直交符号の伝送によるフェーズドアレイアンテナ較正方
法が記載されている。Ｌｉｅｒらによる２０００年７月
４日発行の米国特許第６，０８４，５４５号には、遠隔
電源の必要をなくし、近接場プローブに代替するフェー
ズドアレイアンテナ較正方法が記載されている。しか
し、所望の時間および場所で協働する複数の遠隔電源を
得ることは難しく、近接場プローブは輻射開口部の前に
必ず存在し、所望の場を乱す。改良されたフェーズドア
レイの較正方法が望まれる。

【課題を解決するための手段】本発明は、電磁信号を非
導波輻射及び導波伝送路の間で変換するために使用され
るアレイアンテナの能動素子を較正する方法に関するも
のである。能動アレイアンテナは、少なくとも1つの導
波共通ポート及び共通ポートに連携する少なくともN個
の出力ポートを含むビーム形成器を含む。導波共通ポー
トはアレイアンテナの１つのビームのための「供給(fee
d)」ポートであると考えてもよい。アンテナは、またビ
ーム形成器に結合して、これと信号を変換し、ビーム形
成器の振幅及び位相を変換する機能の少なくとも1つ、
好ましくは両方に基づいて、ビームを形成するビーム形
成制御コンピュータを含む。アレイアンテナは、またア
レイ状に配列されたN個の輻射素子を含む。各輻射素子
はその基本ポートとの間で、電磁信号を変換することが
できる。複数の２Ｐ個の較正ポートが設けられ、好まし
い実施例においてＰはＮより少ない。Ｐ個の方結性結合
器が設けられている。P個の指向性結合器の各々は、第
１、第２、第３及び第４ポートを有し、第1ポートから
第２及び第３ポートへ信号を結合させ、第４ポートには
結合せず、第２ポートから第１及び第４ポートに信号を
結合させ、第３ポートには結合させない。P個の指向性
結合器の各々は、その第1ポートを較正ポートの１つ、1
つだけに結合させ、その第２ポートを他の較正ポートの
別の１つ、１つだけに結合させ、その第３ポートをN個
の輻射素子のうちの１つの中核輻射素子、１つだけ、に
結合させ、その第4ポートをビーム形成器のN個の出力ポ
ートのうちの1つ、１つだけ、に結合させる。このよう
に、Ｐ個の指向性結合器を２Ｐ個の較正ポートおよび、
ビーム形成器のＮ個の接続可能な出力ポートのうちＰ個
の出力ポートに接続した結果、Ｎ−Ｐ＝Ｒ個の非中核輻
射素子は指向性結合器への導波路を欠き、またビーム形
成器のＲ個のポートは指向性結合器の１つに接続されて
いない。アレイアンテナは、更に、指向性結合器の１つ
に接続されない、ビーム形成器のＲ個のポートの各々
と、Ｒ個の非中核輻射素子のうち対応する１つの間を結
ぶ導波路接続を含み、結果として、指向性結合器を通し
て、もしくは、別の導波路接続を通して、Ｎ個の基本ア
ンテナの全てがビーム形成器の出力ポートに接続され
る。（a）能動増幅器及び（b）調整可能な移相器の少なくと
も１つは、導波共通ポートとビーム形成器の共通ポート
に連携する少なくともＮ個の出力ポートの間に定まる通
路の少なくとも一部に連携する。本発明は、更に、アレ
イアンテナを較正する方法に関するものであって、以下
のステップからなる。指向性結合器較正信号を第１較正
ポートに印加し、これにより、第１指向性結合器の第１
ポートに、指向性結合器較正信号の印加に応答して、信
号を送り、帰還した指向性結合器較正信号を、第１指向
性結合器の第２ポートに結合した較正ポートにおいて受
信する。帰還した指向性結合器較正信号の振幅及び位相
を、較正信号の対応する振幅及び位相と比較して、較正
移動値を第1指向性結合器とこれに連携する較正ポート
との間の導波路接続について確立する。較正移動値は、
それにより第１指向性結合器のための指向性結合器較正
基準値を確立するための、所定のもしくは予め記憶され
た値でもよい。較正における次のステップは、（a）ビ
ーム形成器較正信号をビーム形成器の共通ポートに印加
し、対応するビーム形成器較正信号を、第1指向性結合
器の第２ポートに結合する較正ポートから抽出し、また
は（ｂ）ビーム形成器較正信号を第1指向性結合器の第
２ポートに結合した較正ポートの1つに印加し、対応す
るビーム形成器較正信号をビーム形成器共通ポートから
抽出して、これにより、ビーム形成器共通ポートと、第
1指向性結合器の第４ポートの間の振幅変位及び位相変
位のうちの少なくとも１つを決定する。請求項に記載し
たように、「ＡおよびＢのうち１つ」の用語は「Ａもし
くはＢ」と若干異なるが、当業者が理解するように同義
語である。較正変位値から、またビーム形成器の共通ポ
ートと第1指向性結合器の第４ポートの間における振幅
差及び位相差の少なくとも１つから、ビーム形成器の共
通ポートから第1指向性結合器の第４ポートにかけて広
がる信号経路の振幅特性及び位相特性の少なくとも1つ
を決定する。ビームステアリング制御コンピュータは、
ビーム形成器の共通ポートから第1指向性結合器の第４
ポートにかけて広がる信号経路の振幅及び位相特性のう
ち1つの（もしくは両方の）値を最新化して、制御の基
となる諸パラメータを最新化することにより調整され
る。本発明のアレイアンテナによれば、較正ポートと複
数の指向性結合器の任意の１つの第１および第２ポート
間の前記ケーブルの電気長を相等しく設定され、これに
よりケーブルの各々についての較正変位量は複数の指向
性結合器の１つに対する導波接続の較正変化量の１／２
となる。一つの実施形態において、本発明の方法は、更
に、ビーム形成器を通り、ビーム形成器共通ポートから
アレイ中の輻射素子のうち特定の非中核素子にかけて拡
がる経路にある能動素子を除き、ビーム形成器の全ての
能動素子を非能動化させるステップを含む。本実施形態
は、更に、（ａ）ビーム形成器較正信号をビーム形成器
の共通ポートへ印加し、対応するビーム較正信号を、第
１指向性結合器の第１ポートに連携する較正ポートの１
つから抽出するステップ、および（ｂ）ビーム形成器較
正信号を、第１指向性結合器の第１ポートに連携する較
正ポートの１つに印加し、対応するビーム形成器較正信
号をビーム形成器の共通ポートから抽出するステップの
うち１つを含み、これにより、第１指向性結合器に連携
する中核輻射素子の１つとアレイの輻射素子中の特定非
中核輻射素子との間の相互結合の尺度を含む非中核較正
信号を生成する。最後に、本実施形態は、非中核較正信
号に応答する因子によって、制御の基となる諸パラメー
タを最新化することにより、ビームステアリング制御コ
ンピュータを調整するステップを含む。

【発明の実施の形態】図１について説明すると、能動ア
レイアンテナ１０は、複数のビーム供給ポート又はビー
ム入力ポート１２i_1、１２i_2、・・・、１２i_Q、を有す
るビーム形成器１２を含み、該ビーム供給ポート又はビ
ーム入力ポートの各々を、共同供給１４の対応する「入
力」ポート又は供給ポート１４i_1、１４i_2、・・・、１
４i_Q、に結合させる。ポート１２i_1、１２i_2、・・・、
１２i_Q、の何れか１つに印加された信号は、１つのアン
テナビームを生成するので、該ポートを「ビーム」ポー
トと呼ぶ。図１の配置は更に、複数の素子アンテナポー
ト１４ｏ₁、１４ｏ₂、１４ｏ₃、１４ｏ₄、１４ｏ₅、１
４ｏ₆、１４ｏ₇、１４ｏ₈、１４ｏ₉、１４ｏ₁₀、１４ｏ
₁₁、・・・、１４ｏ_N-8、１４ｏ_N-7、・・・、１４ｏ_N
を含む。共同供給１４の各素子アンテナポート又は「出
力」ポートを、伝送線路又は導波路で対応する送受信
（TR）モジュールへ接続する。より明細に述べると、素
子出力ポート１４ｏ₁を伝送路又は導波路１６₁でTRモジ
ュール TR₁へ接続し、素子出力ポート１４ｏ₂を伝送路
１６₂でTRモジュール TR₂へ接続し、素子出力ポート１
４ｏ₃を伝送路１６₃でTRモジュール TR₃へ接続し、素子
出力ポート１４ｏ₄を伝送路１６ ₄でTRモジュール TR₄へ
接続し、素子出力ポート１４ｏ₅を伝送路１６₅でTRモジ
ュール TR₅へ接続し、素子出力ポート１４ｏ₆を伝送路
１６₆でTRモジュール TR₆へ接続し、素子出力ポート１
４ｏ₇を伝送路１６₇でTRモジュール TR₇へ接続し、素子
出力ポート１４ｏ₈を伝送路１６₈でTRモジュール TR₈へ
接続し、素子出力ポート１４ｏ₉を伝送路１６₉でTRモジ
ュール TR₉へ接続し、素子出力ポート１４ｏ ₁₀を伝送路
１６₁₀でTRモジュール TR₁₀へ接続し、素子出力ポート
１４ｏ₁₁を伝送路１６₁₁でTRモジュール TR₁₁へ接続
し、・・・、素子出力ポート１４ｏ_N-8を伝送路１６_N-8
でTRモジュール TR_N-8へ接続し、素子出力ポート１４
ｏ_N-7を伝送路１６_N-7でTRモジュール TR_N-7へ接続
し、・・・、素子出力ポート１４ｏ_Nを伝送路１６_NでTR
モジュール TR_Nへ接続する。電気システム及び電気デ
バイスの記述で使用される用語は、通常の語法で使用さ
れる対応語と同じ語感を有してはいけない。アンテナに
関連する用語の幾つかを上述した。加えて、機能モジュ
ールが、物理的にモジュラであるか否かに拘らず、「モ
ジュール」は特定の機能のことを言う。即ち、図１のシ
ステム図に概念化するように、モジュールとは、モジュ
ラな物理的デバイスではなく、機能である。図１では、
各TRモジュールの「出力」ポートを、直接に伝送路又は
結合路によって素子ラジエーターの対応する１つに接続
するか、間接的に指向性結合器を介して素子ラジエータ
ーの対応する１つに接続する。より詳細に述べると、TR
モジュール TR₁の出力ポートTR₁ｏを指向性結合器Ｄ₁を
介して素子アンテナＡ₁の素子ポートＡ₁ｐに接続し、TR
モジュール TR₂の出力ポートTR₂ｏを伝送線路又は結合
路Ｃ₂を介して素子アンテナＡ₂に接続し、TRモジュール
TR₃の出力ポートTR₃ｏを伝送線路又は結合路Ｃ₃を介し
て素子アンテナＡ₃に接続し、TRモジュール TR₄の出力
ポートTR₄ｏを伝送線路又は結合路Ｃ₄を介して素子アン
テナＡ₄に接続し、TRモジュール TR₅の出力ポートTR₅ｏ
を伝送線路又は結合路Ｃ₅を介して素子アンテナＡ₅に接
続し、TRモジュール TR₆の出力ポートTR₆ｏを伝送線路
又は結合路Ｃ₆を介して素子アンテナＡ₆に接続し、TRモ
ジュール TR₇の出力ポートTR₇ｏを伝送線路又は結合路
Ｃ₇を介して素子アンテナＡ₇に接続し、TRモジュール T
R₈の出力ポートTR₈ｏを伝送線路又は結合路Ｃ₈を介して
素子アンテナＡ₈に接続し、TRモジュール TR₉の出力ポ
ートTR₉ｏを伝送線路又は結合路Ｃ₉を介して素子アンテ
ナＡ₉に接続する。TRモジュール TR₁₀の出力ポートTR₁₀
ｏを指向性結合器Ｄ ₂を介して素子アンテナＡ₁₀に接続
し、TRモジュールTR₁₁の出力ポートTR₁₁ｏを伝送線路又
は結合路Ｃ₁₁を介して素子アンテナＡ₁₁に接続する。図
１では更に、TRモジュール TR_N-8の出力ポートTR_N-8
ｏを指向性結合器Ｄ_Lを介して素子アンテナＡ_N-8に接続
し、TRモジュールTR_N-7の出力ポートTR_N-7ｏを伝送線
路又は結合路Ｃ_N-7を介して素子アンテナＡ_N-7に接続
し、・・・、TRモジュールTR_Nの出力ポートTR_Nｏを伝
送線路又は結合路Ｃ_Nを介して素子アンテナＡ_Nに接続す
る。図１の配置では、素子アンテナＡ₁、・・・、Ａ_Nを
９つずつのセットにグループ分けする。９という数は例
として選んだので、他の素子アンテナ数を各セットに用
いても良い。９つの素子アンテナを有する各セット内
で、各セットの最初の素子アンテナとして図示した１つ
のアンテナを「中核」素子アンテナとし、指向性結合器
と連携させる。例えば、９つの素子アンテナＡ₁よりＡ₉
を有するセット１において、素子アンテナＡ₁は指向性
結合器Ｄ₁のポート３に接続されるように図示されてい
る。同様に、９つの素子アンテナＡ₁₀、Ａ₁₁、・・・
（全部を図示せず）を有するセット２において、素子ア
ンテナＡ₁₀は指向性結合器Ｄ₂のポート３に接続される
ように図示されている。図１では、９つの素子アンテナ
を有する最後のセットＭは、素子アンテナＡ_N-8、
Ａ_N-7、・・・、Ａ_Nを含む。セットＭの最初の素子アン
テナＡ_N-8は最後の指向性結合器Ｄ_Lのポート３に接続さ
れる。従って、９つの素子アンテナ毎に、システム内に
１つの指向性結合器があるので、素子アンテナ数Ｎは、
Ｌ´９となる。本発明の目的の為、指向性結合器と連携
させるこれらの素子アンテナを「中核」素子アンテナと
呼ぶ。従って、各中核素子アンテナに対して、８つの非
中核素子アンテナがある。図２は、１セットの素子アン
テナにおける９つの素子アンテナの１つの可能な配置を
表示したものである。図２では、図１の素子に対応する
素子を同一数字で呼ぶ。図２では、セット１の９つの素
子アンテナを３行３列のサブアレイに配置する。図示の
通り、中核アンテナ素子Ａ₁をサブアレイの中心、行２
列２に配置する。その他のアンテナ素子Ａ₂よりＡ₉を素
子Ａ₁の周囲に配置する。より明細に述べると、アンテ
ナ素子Ａ₂は行１列１にあり、アンテナ素子Ａ₃は行１列
２にあり、アンテナ素子Ａ₄は行１列3にあり、アンテナ
素子Ａ₅は行２列１にあり、アンテナ素子Ａ₆は行２列３
にあり、アンテナ素子Ａ₇は行３列１にあり、アンテナ
素子Ａ₈は行３列２にあり、アンテナ素子Ａ₉は行３列３
にある。アレイ又はサブアレイ内の素子アンテナの配置
は、特定の素子により変換された信号に対してビーム形
成器（別々に図示せず）によって加えられた振幅修正又
は位相修正に影響する。例えば、アンテナサイドローブ
の影響を減じたり改善したりする為に、水平面（任意の
行のある平面に平行な平面）、又は、鉛直面（任意の列
のある平面に平行な平面）、又は、両平面でのテーパー
振幅の分配が要求される。図２の非中核素子アンテナの
各々は、その対応する中核素子アンテナに隣接する。図
２に、TRモジュールと連携した幾つかの能動デバイスが
示される。TRモジュール TR₂を、該モジュール全てに見
られる種類のデバイスを示すものとして取上げる。モジ
ュール TR₂では、順方向増幅器又は電力増幅器２３２は
信号源（図示せず）から送信されるべき信号を受信し、
サーキュレータ２３０の入力ポートに増幅信号を送る。
サーキュレータ２３０は次のポートへ送信されるべき増
幅信号を、矢印で示した循環の方向に循環させる。この
送信されるべき信号は、サーキュレータ２３０から出て
移相器（f）２３６及び結合路Ｃ₂を経由し素子アンテナ
Ａ₂へ進み、素子アンテナＡ₂から放射される。素子アン
テナＡ₂が信号を受信すると、受信された信号はサーキ
ュレータ２３０のポートに印加され、矢印で示した循環
の方向にサーキュレータ２３０の他のポートへ循環さ
れ、信号はここからサーキュレータ２３０を出て低雑音
増幅器又は受信増幅器２３４の入力ポートに到達する。
増幅器２３４で増幅された受信信号は、システムの他の
部分（図示せず）へ送られる。図２に、TRモジュール電
力供給配置２１０を示す。図示する通り、モジュール電
力供給配置２１０は、電力源導電体２１２、及び電力源
導電体２１２と各TRモジュールTR₁よりTR₉との間に接続
されたスイッチ（全部のモジュールをスイッチに接続し
たように図示せず）を含む。図２の配置では、スイッチ
のセット２１４のスイッチ２１４₂が、TRモジュールTR₂
に印加される電力を制御し、スイッチ２１４₃がTRモジ
ュール TR₃に印加される電力を制御し、スイッチ２１４
₄がTRモジュール TR₄に印加される電力を制御するよう
に図示される。対応スイッチ（図示せず）は、図２のそ
の他のモジュールに印加される電力を制御する。セット
２１４のスイッチは機械的スイッチ符号で示され、一般
的なスイッチと解釈され、固体の、リモートコントロー
ルタイプのスイッチであってよい。考察した応用では、
セット２１４のスイッチは、コンピュータでリモートコ
ントロール可能な電子スイッチであり、較正アルゴリズ
ム及び他のアルゴリズムに従ってスイッチされる。電子
システムに用いられる「間」という用語は、通常の語法
で使用される語と異なる意味を有することに注意された
い。特に「間」という語は、２つの命名素子への電子結
合を意味し、該命名素子間に物理的に在っても無くても
よい結合経路に関係しない。従って、各TRモジュール及
びそれと連携した能動素子への電力は、離れた場所から
個々に独立に制御される。図１では、各指向性結合器Ｄ
₁、Ｄ₂、・・・、Ｄ_Lは４つのポート１、２、３、４を
有する。指向性結合器は従来技術で周知であり、本発明
の目的にとってそれらのポートの顕著な特徴は、ポート
２及び３からポート１に印加される信号は存在するが、
ポート４からポート１に印加される信号は存在せず、ポ
ート１及び４からポート２に印加される信号は存在する
が、ポート３からポート２に印加される信号は存在しな
い。図１及び２では、指向性結合器Ｄ₁のポート１は経
路Ｄ₁ _,1Ｌを介して指向性結合器較正ポートＤ_1,1に結合
され、指向性結合器Ｄ₁のポート２は経路Ｄ_1,2Ｌを介し
て指向性結合器較正ポートＤ_1,2に結合され、指向性結
合器Ｄ₁のポート３は素子アンテナＡ₁の供給ポートに結
合され、指向性結合器Ｄ ₁のポート４はTRモジュールTR₁
の出力ポートTR₁ｏに結合される。図１では、他の対応
指向性結合器が、同様にして、他の指向性結合器較正ポ
ートに接続される。より詳細に述べると、指向性結合器
Ｄ₂のポート１は経路Ｄ_2,1Ｌを介して指向性結合器較正
ポートＤ_2,1に結合され、指向性結合器Ｄ₂のポート２は
経路Ｄ_2,2Ｌを介して指向性結合器較正ポートＤ_2,2に結
合され、指向性結合器Ｄ₂のポート３は素子アンテナＡ
₁₀の供給ポートに結合され、指向性結合器Ｄ₂のポート
４はTRモジュールTR₁₀の出力ポートTR₁₀ｏに結合され、
指向性結合器Ｄ_Lのポート１は経路Ｄ_L,1Ｌを介して指向
性結合器較正ポートＤ_L,1に結合され、指向性結合器Ｄ _L
のポート２は経路Ｄ_L,2Ｌを介して指向性結合器較正ポ
ートＤ_L,2に結合され、指向性結合器Ｄ_Lのポート３は素
子アンテナＡ_N-8の供給ポートに結合され、指向性結合
器Ｄ_Lのポート４はTRモジュールTR_N-8の出力ポートTR
_N-8ｏに結合される。種々のTRモジュールに対して別々
に独立に電力供給・遮断可能にするように結合された電
気スイッチと共に、これらの接続によって、ビーム形成
器を通して種々の経路を別々に較正でき、それによって
能動素子の性能差を制御したり補償したりする。より詳
細に述べると、増幅器の振幅伝達関数又は利得が決定さ
れ、公称値に修正されるか、若しくはアレイアンテナの
供給側の信号処理で補償される。これまで記述したアレ
イアンテナは、本発明の別の特徴に従って較正される。
アレイアンテナを較正する為には、各機能的能動デバイ
スの特性を個々に決定することが必要である。例えば、
送信増幅器又は順方向増幅器、及び受信増幅器又は逆方
向増幅器を含めて、各増幅器の利得又は入出力振幅伝達
関数を決定することが必要である。時間や環境の条件の
関数として位相を変化又はドリフトさせる増幅器を含む
如何なる素子があるなら、位相値を知る必要がある。ビ
ーム形成器の入力ポート又はビームポート１２と素子ア
ンテナとの間に延長する伝送路に他の能動素子があるな
らば、それらの振幅及び／又は位相の伝達関数も求めね
ばならない。必然的に、ビーム形成器と素子アンテナと
の間に延長する経路の少なくとも幾つかに指向性結合器
を設置することによって、ビーム形成器を通して経路の
特性を決定できる。一般に、較正経路は最初それ自体、
振幅及び／又は位相について較正され、この情報は、テ
スト下にある１つの能動素子又はTRモジュールのみを電
力供給した状態で、較正経路及びビーム形成器経路を介
して伝達から決定された振幅及び／又は位相の情報と一
緒に使用される。好ましい実施例では、種々の増幅器又
は能動素子は、ポートインピーダンスが増幅器への電力
供給と共に大きく変化せず、増幅器を遮断する際のイン
ピーダンスの影響が測定を乱さないタイプのものが好ま
しい。斯かる増幅器は良く知られている。本発明の別の
特徴によると、アレイアンテナは図３に記載した方法で
較正される。図３では、較正論理はスタートブロック３
１０から始まり、ブロック３１２まで進む。ブロック３
１２は、一対の指向性結合器較正ポートの一方、例えば
図１のポートＤ_1,1及びＤ_1,2を含むセットのポートＤ
_1,1での指向性結合器較正信号の送信、及びポート対の
他方での指向性結合器較正信号の受信を表す。図３のブ
ロック３１２から、論理は論理ブロック３１４へ流れ
る。論理ブロック３１４で、受信した指向性結合器較正
信号を送信した指向性結合器較正信号と比較し、それに
よって図１の較正ラインＤ_1,1Ｌ及びＤ_1,2Ｌによる位相
及び振幅の特性又は進行を決定する。この計算は、指向
性結合器Ｄ₁のポート１と２との間の経路の位相及び振
幅の特性を限定するメモリにアクセスする行程を含む。
これは、システムの指向性結合器が充分に同一なら、特
性の共通の値を保存することのみを要求するが、このメ
モリ要求は、たとえ個々の情報が各指向性結合器に対し
て保存されなければならないとしても過度にならない。
論理ブロック３１４から、図３の論理はブロック３１６
へ流れる。ブロック３１６で、中核アレイアンテナＡ₁
と連携するTR₁を除くTRモジュールの全てをオフにし、
例えば図１のＤ_1,2の較正ポートとビーム形成器ポート
１４i₁との間に延長する経路を通してビーム形成器較正
信号を印加する。信号が伝播する方向は、特定の中核素
子を送信、受信、或はその両方に対して採用するかに依
存する。送信のみを望むとき、中核素子と連携するTRモ
ジュールは例えば図２の送信増幅器或は「電力」増幅器
２３０のみを有し、ビーム形成器較正信号は図１のビー
ム形成器ポート１４i_x（ｘは任意）からポートＤ_1,2に
送信される。一方、例えば図２の受信増幅器２３４のみ
があるとき、ビーム形成器較正信号は較正ポートＤ_1,2
からビーム形成器ポート１４i_xに送信される。アレイが
送信と受信の両方に使用されるとき、各アンテナ素子、
特に中核素子と連携するTRモジュールは送信増幅器と受
信増幅器を有し、両方向にテストを行わねばならない
（伝播の両方向を較正すると仮定する）。図３のブロッ
ク３１６から、論理はブロック３１８へ流れる。ブロッ
ク３１８で、ビーム形成器とTRモジュール TR₁の位相及
び振幅の特性を計算する。同一の物理的な長さ（或は不
同の物理的な長さだが、同一電気経路長に揃えられた長
さ）に較正することによって、伝送線路Ｄ_1,1Ｌ及びＤ
_1,2Ｌの電気経路長を同じに設定すると仮定すると、伝
送路Ｄ_1,2の電気長は１／２（Ｄ₁ _,1＋Ｄ_1,2−L_1,2）、
ここでL_1,2はポート１からポート２までの指向性結合器
Ｄ₁を介する電気長である。再び、ブロック３１８によ
って示す計算工程で、指向性結合器Ｄ₁のポート２と４
の間の経路の電気特性を記憶するメモリにアクセスする
ことが必要となる。図３のブロック３１８から、論理は
ブロック３２０へ流れる。ブロック３２０で、ブロック
３１２から３１８で決定したビーム形成器経路の特性に
関する情報を前の値と比較する。ある範囲内で値が同じ
なら、論理は決定ブロック３２０から同じ経路を介して
ブロック３２４へ流れる。情報が異なるなら、論理は決
定ブロック３２０から異なる経路を介してブロック３２
２に到達する。ブロック３２２で、選択したビーム形成
器ポート１４i_xとビーム形成器出力ポートTR₁ｏとの間
の経路に対する新較正値で制御コンピュータを更新す
る。図１のアレイアンテナ１０の中核素子の各々（図示
した３つの斯かる中核素子）に対して、ブロック３１２
から３２２の工程を繰り返してよい。図３のブロック３
２０又は３２２から、論理はブロック３２４に到達す
る。ブロック３２４で、図１の非中核素子と連携した較
正信号の送受信を行なう。ブロック３２４は、選択した
非中核素子、例えばビーム形成器１４の出力ポートTR₂
ｏと連携した非中核素子Ａ₂と連携したTRモジュールに
電力供給する工程を含む。この特定の非中核素子に対し
て、TRモジュールはTR₂である。TR₂を電力供給された或
は能動化された状態にし、その他の全てのTRモジュール
を非能動状態にしながら、較正信号を、指向性結合器較
正ポート、例えばＤ_1,1とアンテナビーム用ビーム形成
器「入力」ポート１４i_xとの間に送信する。ビーム形成
器ポート１４i₁から較正ポートＤ_1,1へ送信するとする
と、経路は共同供給１４及びTRモジュールTR₂を介して
経路Ｃ₂に至り、それからアンテナ素子Ａ₂からアンテナ
素子Ａ₁へ近距離場結合或は相互結合し、指向性結合器
Ｄ₁のポート３からポート１、そしてそこから較正ポー
トＤ_1,1に至る。反対方向の送信は、単に同じ経路を逆
順に通過するにすぎない。ブロック３２４から、図３の
論理はブロック３２６へ流れる。ブロック３２６で、ビ
ーム形成器「入力」ポート１２i_xと「出力」ポートTR₂
ｏとの間に延長する経路の位相及び振幅の情報を計算す
る。この情報は、単に工程３２４で決定された値から、
図１の指向性結合器Ｄ₁及び伝送路Ｄ_1,1Ｌについての情
報を差し引くことによって決定される。ブロック３２６
に関連する計算に固有なことは、（ａ）ビーム形成器出
力ポートとそれに連携した素子アンテナとの間の伝送線
路長、及び（ｂ）非中核素子アンテナとそれに連携した
中核アンテナとの間の相互結合についての情報も差し引
く必要があるということである。これらの値はまた、メ
モリに蓄積される。環境が相互結合に影響するからに
は、この環境の影響を補償するか、或は取り除かなくて
はいけない。かかる影響は、アンテナ構造に隣接する大
きな物体、或は素子アンテナを覆う水蒸気、更にアレイ
の地平面の影響を含む。必要な情報の幾つかは、メモリ
に蓄積され得るタイプの情報であり、その他の情報は蓄
積できないかも知れない。水蒸気の影響は蓄積できるで
あろうが、大きな物体の影響は、そのパラメータが限定
され得ないなら蓄積できないであろうし、その場合唯一
の解決は、その物体を取り除くことであろう。図３のブ
ロック３２６から、論理は決定ブロック３２８へ流れ
る。ブロック３２８で、ビーム形成器内結合についての
新情報が、現在記憶されている情報と同じであるか否か
を決定する。特定の許容範囲内で情報が同じなら、論理
は同じ出力で決定ブロック３２８からストップブロック
３３２へ進む。情報が異なるなら、ブロック３３０に現
在記憶されている値を新しい値に更新する。但し、確認
の測定を更新前に行なうという条件が付く。当然、ブロ
ック３２２から３３０までの工程は、非中核素子の各々
とそれに連携した１つの中核素子に対して行なわれ、そ
れによってアンテナ素子の各々に連携したビーム形成器
経路を較正する。各非中核アンテナ素子は、中核素子の
１つ、かつ１つのみに連携することを仮定するけれど、
変則的な結果となるのを減じるように、各非中核素子を
１つ以上の中核素子と測定するのが望ましいだろう。種
々の中核素子と１つの非中核素子に関連する複数の測定
の各々に対し、結果の平均をとることが出来るか、或
は、結果が所与の許容範囲内であるなら、何れの測定の
結果も使用の為に蓄積できる。本発明の他の実施例は明
瞭になろう。例えば、図２の移相器を、サーキュレータ
の「出力」の所に位置されるように図示したが、２つの
移相器を代わりに、サーキュレータの他の２つのポート
に、或は、サーキュレータの他の２つのポートと使用し
てもよい。何れのビーム形成器ポートも、ビーム形成器
の任意の部分を較正するのに役立つように使用され得る
と仮定しているが、特定のビーム形成器ポートを、ビー
ム形成器出力ポートの特定の１つ、或は、幾つかの出力
ポートに内部接続しないかもしれない。その場合当然、
これらの出力ポートを、非接続入力ポートから較正でき
ない。結果が蓄積された情報と一致しないなら、論理は
図３の決定ブロック３２０を異なる出力で出るように示
したけれども、測定を繰り返し、再テストが最初のテス
トを肯定する場合にのみ、記録された情報を「永続的」
に変えるのが望ましい。従って、本発明の特徴は、電磁
信号を非導波輻射と導波伝送路の間で変換するのに使用
されるアレイアンテナの能動素子を較正する方法にあ
る。能動アレイアンテナ（１０）は、少なくとも１つの
導波共通ポート（セット１２i_、のポート、例えばポー
ト１４i₂）及び前記共通ポート（１４i₂）に連携する少
なくともN個の出力ポート（セット１４０）を含むビー
ム形成器（１２）を含む。導波共通ポート（１４i₂）
を、能動アレイアンテナ（１０）の１つのビーム用「供
給」ポートとみなす。アレイアンテナ（１０）は更に、
信号を変換すると共に、ビーム形成器（１２）の少なく
とも１つで振幅及び位相の伝達関数に基づいてアンテナ
ビームを形成する、ビーム形成器（１２）に結合したビ
ーム形成器（１２）制御コンピュータ（２０）を含む。
アレイアンテナ（１０）は更に、アレイ状に配列された
N個の輻射素子（Ａ₁〜Ａ_N）を含む（図２）。輻射素子
（Ａ₁〜Ａ_N）の各々は、それ自身の素子ポート（例えば
Ａ₁ｐ）で電磁信号を変換できる。２P個の較正ポート
（Ｄ_1,1〜Ｄ_L,2）を設ける（P＜Nが好ましい）。P個の
指向性結合器（Ｄ₁、Ｄ₂、・・・、Ｄ_L）を設ける。P個
の指向性結合器（Ｄ₁、Ｄ₂、・・・、Ｄ_L）の各々は、
第１ポート（１）、第２ポート（２）、第３ポート
（３）及び第４ポート（４）を有し、第1ポート（１）
から第２ポート（２）及び第３ポート（３）へ信号を結
合させ、第４ポートには結合せず、第２ポート（２）か
ら第１ポート（１）及び第４ポート（４）に信号を結合
させ、第３ポート（３）には結合しない。P個の指向性
結合器（Ｄ₁、Ｄ₂、・・・、Ｄ_L）の各々は、その第1ポ
ート（１）を前記較正ポート（Ｄ_1,1〜Ｄ_L,2）の１つ、
かつ1つだけに結合させ、その第２ポート（２）を較正
ポート（Ｄ_1,1〜Ｄ_L,2）の他の１つ、かつその１つだけ
に結合させ、その第３ポート（３）を前記N個の輻射素
子（Ａ₁〜Ａ_N）のうちの１つの中核輻射素子（Ａ₁、Ａ
₁₀、・・・、Ａ_N-8）、かつその１つだけに結合させ、
その第4ポート（４）を前記ビーム形成器（１２）のN個
の出力ポート（TR₁ｏ、TR₂ｏ、・・・、TR_Nｏ）のうち
の1つ、かつその１つだけに結合させる。P個の指向性結
合器（Ｄ₁、Ｄ₂、・・・、Ｄ_L）を、２P個の較正ポート
（Ｄ_1,1〜Ｄ_L,2）及びビーム形成器（１２）のN個の出
力ポート（TR₁ｏ、TR₂ｏ、・・・、TR_Nｏ）のうちのP
個の出力ポートに結合させる結果、N‐P＝R個の非中核
輻射素子は指向性結合器への導波路を欠き、また前記ビ
ーム形成器（１２）のR個のポートは指向性結合器
（Ｄ₁、Ｄ₂、・・・、Ｄ_L）のうちの１つに接続されな
い。アレイアンテナ（１０）は更に、前記指向性結合器
（Ｄ₁、Ｄ₂、・・・、Ｄ_L）のうちの１つに接続されな
い、ビーム形成器のR個のポートの各々と、前記R個の非
中核輻射素子の対応する１つとの間を結ぶ導波路接続を
含み、その結果、N個の素子アンテナ（Ａ₁〜Ａ_N）の全
てが、指向性結合器（Ｄ₁、Ｄ₂、・・・、Ｄ_L）又は別
の導波路接続（C₂−C₉、C₁₁、C_N-7、C_N）を介して、ビ
ーム形成器（１２）の出力ポート（TR₁ｏ、TR₂ｏ、・・
・、TR_Nｏ）に接続される。（ａ）能動増幅器（２３
０，２３２）及び（ｂ）制御可能な移相器（２３６）の
少なくとも１つは、前記ビーム形成器（１２）の前記共
通ポート（１４i₂）に連携する前記少なくともN個の出
力ポート（TR₁ｏ、TR₂ｏ、・・・、TR_Nｏ）と前記導波
共通ポート（１４i₂）との間に形成した経路の少なくと
も幾つかに連携する。本発明の別の特徴によると、アレ
イアンテナ（１０）を較正する方法は、指向性結合器較
正信号を較正ポート（Ｄ_1,1〜Ｄ_L,2）の第1較正ポート
に印加し、これにより、指向性結合器（Ｄ₁、Ｄ₂、・・
・、Ｄ_L）の第1指向性結合器の第1ポートに信号を送
り、前記指向性結合器較正信号の印加に応答して、帰還
した指向性結合器較正信号を、前記第1指向性結合器の
第２ポートに結合した較正ポートにおいて受信する工程
（３１２）を含む。前記帰還した指向性結合器較正信号
の振幅及び位相を、前記較正信号の対応する振幅及び位
相と比較して（工程３１４）、第1指向性結合器とこれ
に連携する較正ポート（Ｄ_1,1〜Ｄ_L,2）との間の導波路
接続に対して較正伝達特性値を確立する。較正伝達特性
値を、指向性結合器自体の伝達特性の既知の又は記憶さ
れた値（仮に値が知られている、或は前もって決定され
ているのなら、値はどこかに保存されるに違いなく、故
に記憶されている）と比較することによって、較正伝達
特性値の調整もできる（工程３１４）。これによって、
指向性結合器の影響を導波路接続または伝送線路の影響
から分離できる。従って、較正伝達特性値の振幅と位相
の少なくとも一方、好ましくは両方を所定値と比較する
ことによって、指向性結合器（Ｄ₁、Ｄ₂、・・・、
Ｄ_L）の第1指向性結合器に対して指向性結合器較正参照
値を確立する。次の較正工程（３１６）で、（ａ）ビー
ム形成器較正信号を前記ビーム形成器（１２）の前記共
通ポート（１４i₂）に印加し、対応するビーム形成器較
正信号を、第1指向性結合器の第２ポートに結合する較
正ポートから抽出し、または（ｂ）ビーム形成器較正信
号を前記第1指向性結合器の第２ポートに結合する前記
較正ポート（Ｄ₁ _,1〜Ｄ_L,2）の1つに印加し、対応する
ビーム形成器較正信号を前記ビーム形成器共通ポート
（１４i₂）から抽出して、これにより、ビーム形成器
（１２）の共通ポート（１４i₂）と第1指向性結合器の
第４ポートとの間の振幅及び位相の伝達特性の少なくと
も一方を決定する（工程３１８）。請求項の記載におい
て、「ＡおよびＢの１つ」なる用語は、「ＡまたはＢの
どちらか」と少し異なるが、同じ意味を持つ。較正伝達
特性値から、また前記ビーム形成器（１２）の共通ポー
ト（１４i₂）と前記第1指向性結合器の第４ポートとの
間における振幅及び位相の伝達特性の少なくとも一方か
ら、ビーム形成器（１２）の共通ポート（１４i₂）から
前記第1指向性結合器の第４ポートにかけて延長する信
号経路の振幅特性及び位相特性の少なくとも一方を決定
する（工程３１８）。必要に応じて、制御の基となる諸
パラメータを更新する（工程３２０，３２２）、即ち、
ビーム形成器（１２）の共通ポート（１４i₂）から前記
第1指向性結合器の第４ポートにかけて延長する前記信
号経路の振幅特性及び位相特性の一方（或は両方）の値
を更新することにより、ビームステアリング制御コンピ
ュータ（２０）を調整する。本発明の特徴によるアレイ
アンテナ（１０）の明細な実施例では、較正ポート（Ｄ
_1,1〜Ｄ_L,2）と、指向性結合器（Ｄ₁、Ｄ₂、・・・、Ｄ
_L）の何れか１つの第1ポート（１）及び第２ポート
（２）との間に延長する（物理的接続Ｄ_1,1Ｌ、及び他
の）伝送線路電気長を同じに設定する。これにより、各
ケーブルの較正伝達特性値は、指向性結合器（Ｄ₁、
Ｄ₂、・・・、Ｄ_L）の１つに至る導波接続の較正伝達特
性値の１／２となる。本発明による方法の明細モード
は、前記ビーム形成器（１２）を通り、前記ビーム形成
器（１２）の共通ポート（１４i₂）から前記アレイ中の
前記輻射素子のうち特定の非中核素子にかけて拡がる経
路にある能動素子を除き、ビーム形成器（１２）の全て
の能動素子を遮断する（ブロック３２４で電力制御手段
２１４を用いる）工程を含む。この明細モードは更に、
（ａ）ビーム形成器較正信号を前記ビーム形成器（１
２）の共通ポート（１４i₂）へ印加し、対応するビーム
較正信号を、前記第１指向性結合器の第１ポートに連携
する前記較正ポート（Ｄ_1,1〜Ｄ_L,2）の１つから抽出
し、また、（ｂ）ビーム形成器較正信号を、第１指向性
結合器の第１ポートに連携する較正ポート（Ｄ_1,1〜Ｄ
_L,2）の１つに印加し、対応するビーム形成器較正信号
を前記ビーム形成器（１２）の共通ポート（１４i₂）か
ら抽出し、これにより、第１指向性結合器に連携する前
記中核輻射素子の１つと前記アレイの輻射素子中の特定
非中核輻射素子との間の相互結合の尺度を含む非中核較
正信号を計算或は生成する工程（３２６）を含む。最後
に、この明細モードは、非中核較正信号に応答する因子
によって、制御の基となる諸パラメータを更新すること
により、ビームステアリング制御コンピュータ（２０）
を調整する工程（３２８、３３０）を含む。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一特徴による能動アレイアンテナを示
す簡略化された図である。

【図２】アレイ面に設けられた基本アンテナの三次元配
置の一例を示す図である。

【図３】本発明の一特徴による較正実行ロジックを示す
簡略化されたフローチャートまたは図である。

【符号の簡単な説明】

１０能動アレイアンテナ１２ビーム形成器１２i_1、１２i_2、・・・、１２i_Qビームポート１４共同供給１４i_1、１４i_2、・・・、１４i_Qポート１６伝送路２３０サーキュレータ１０アレイアンテナＤ₁、Ｄ₂、・・・、Ｄ_L 指向性結合器 TR₁ｏ、TR₂ｏ、・・・、TR_Nｏ出力ポートＤ_1,1〜Ｄ_L,2較正ポート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ロバートマイケルレッセアメリカ合衆国 19154 ペンシルバニア州、フィラデルフィア、ディアパスレーン 4413 Ｆターム(参考） 5J021 AA05 AA06 DB01 EA01 FA33 FA35 HA05 JA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アレイアンテナの能動素子を較正する方法
において、前記アレイアンテナは、電磁信号を非導波輻
射及び導波伝送路の間で変換すると共に、少なくとも1つの導波共通ポート及び前記共通ポートに
連携する少なくともN個の出力ポートを含むビーム形成
器を含み、前記ビーム形成器に結合して、これと信号を変換し、ビ
ーム形成器の（a）振幅及び（ｂ）位相を変更する機能
の少なくとも1つに基づいて、ビームを形成するビーム
形成コンピュータを含み、アレイ状に配列されたN個の輻射素子を含むと共に、各
前記輻射素子はその基本ポートとの間で、電磁信号を変
換し、２P個の較正ポート（P＜N）を含み、 P個の指向性結合器を含むと共に、前記P個の指向性結合
器の各々は、第１、第２、第３及び第４ポートを有し、
第1ポートから第２及び第３ポートへ信号を結合させ、
第４ポートには結合せず、第２ポートから第１及び第４
ポートに信号を結合させ、第３ポートには結合せず、前
記P個の指向性結合器の各々は、その第1ポートを前記較
正ポートの１つ、1つだけに、結合させ、その第２ポー
トを他の較正ポートの１つ、１つだけ、に結合させ、そ
の第３ポートを前記N個の輻射素子のうちの１つの中核
輻射素子、１つだけ、に結合させ、その第4ポートを前
記ビーム形成器のN個の出力ポートのうちの1つ、１つだ
け、に結合させ、これにより、N‐P＝R個の非中核輻射素子は指向性結合
器への導波路を欠き、また前記ビーム形成器のR個のポ
ートは指向性結合器に接続されず、前記指向性結合器に接続されない、ビーム形成器のR個
のポートと、前記R個の対応非中核輻射素子の間を結ぶ
導波路接続を含み、更に、前記導波共通ポート及び前記ビーム形成器の前記共通ポ
ートに連携する前記少なくともN個の出力ポートの間に
定まる通路の少なくとも一部に連携する（a）能動増幅
器及び（b）調整可能な移相器の少なくとも１つを含
み、前記方法は、指向性結合器較正信号を第1較正ポートに
印加し、これにより、第1指向性結合器の第1ポートに、
前記指向性結合器較正信号の印加に応答して、信号を送
り、帰還した指向性結合器較正信号を、前記第1指向性
結合器の第２ポートに結合した較正ポートにおいて受信
し、前記帰還した指向性結合器較正信号の振幅及び位相を、
前記較正信号の対応する振幅及び位相と比較して、較正
移動値を第1指向性結合器とこれに連携する較正ポート
との間の導波路接続について確立し、（a）ビーム形成器較正信号を前記ビーム形成器の前記
共通ポートに印加し、第1指向性結合器の対応するビー
ム形成器較正信号を、第1指向性結合器の第２ポートに
結合する較正ポートから抽出し、または（ｂ）ビーム形
成器較正信号を前記第1指向性結合器の第２ポートに結
合する前記較正ポートの1つに印加し、対応するビーム
形成器較正信号を前記ビーム形成器共通ポートから抽出
して、これにより、ビーム形成器共通ポートと、第1指向性結
合器の第４ポートの間の振幅変位及び位相変位の少なく
とも１つを決定し、前記較正変位値から、また前記ビーム形成器の共通ポー
トと前記第1指向性結合器の第４ポートの間における前
記振幅差及び位相差の少なくとも１つから、ビーム形成
器の共通ポートから前記第1指向性結合器の第４ポート
にかけて広がる信号経路の振幅特性及び位相特性の少な
くとも1つを決定し、前記ビーム形成器の共通ポートから前記第1指向性結合
器の第４ポートにかけて広がる信号経路の前記振幅及び
位相特性の前記1つの値を最新化して、制御の基となる
諸パラメータを最新化することによりビームステアリン
グ制御を調整することを特徴とするアレイアンテナの能
動素子の較正方法。
【請求項２】前記請求項１記載の方法は、前記較正ポートと前記諸指向性結合器の任意の１つの第
１および第２ポート間の前記ケーブルの電気長を相等し
く設定するステップを更に含むと共に、これにより前記
ケーブルの各々についての較正変位量は諸前記指向性結
合器の１つに至る導波接続の較正変化量の１／２となる
ことを特徴とするアレイアンテナの能動素子の較正方
法。
【請求項３】請求項１又は請求項２記載の方法は、前記
ビーム形成器を通り、前記ビーム形成器共通ポートから
前記アレイ中の前記輻射素子のうち特定の非中核素子に
かけて拡がる経路にある能動素子を除き、ビーム形成器
の全ての能動素子を遮断し、（ａ）ビーム形成器較正信号を前記ビーム形成器の共通
ポートへ印加し、対応するビーム較正信号を、前記第１
指向性結合器の第１ポートに連携する前記較正ポートの
１つから抽出し、または、（ｂ）ビーム形成器較正信号を、第１指向性結合器の第
１ポートに連携する較正ポートの１つに印加し、対応す
るビーム形成器較正信号を前記ビーム形成器の共通ポー
トから抽出し、これにより、第１指向性結合器に連携する前記中核輻射
素子の１つと前記アレイの輻射素子中の特定非中核輻射
素子との間の相互結合の尺度を含む非中核較正信号を生
成し、かつ、非中核較正信号に応答する因子によって、制御の基とな
る諸パラメータを最新化することにより、ビームステア
リング制御コンピュータを調整するステップを更に含む
ことを特徴とするアレイアンテナ能動素子較正方法。
【請求項４】前記請求項１，２または３に記載の方法
は、前記帰還した指向性結合器較正信号の振幅及び位相
を前記較正信号の対応する振幅及び位相と比較するステ
ップと、（a）ビーム形成器較正信号を、前記ビーム形成器の前
記共通ポートに印加するステップ、あるいは（ｂ）ビー
ム形成器較正信号を前記較正ポートの1つに印加するス
テップとの間に、前記較正値変位量を予め定められた値と比較するステッ
プを更に含むと共に、これにより前記第1指向性結合器
についての指向性結合器較正基準値を確立することを特
徴とするアレイアンテナの能動素子較正方法。