JP2003142923A - フェーズドアレイアンテナ - Google Patents
フェーズドアレイアンテナInfo
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- JP2003142923A JP2003142923A JP2001336180A JP2001336180A JP2003142923A JP 2003142923 A JP2003142923 A JP 2003142923A JP 2001336180 A JP2001336180 A JP 2001336180A JP 2001336180 A JP2001336180 A JP 2001336180A JP 2003142923 A JP2003142923 A JP 2003142923A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 送信信号の信号ラインに挿入される移相器に
より、送信信号が減衰するのを防止することが可能なフ
ェーズドアレーアンテナを提供する。 【解決手段】 局部発振器と、前記局部発振器から出力
される局部発振信号をｎ（ｎ≧２）分配する電力分配器
と、前記電力分配器で分配されたｎ個の局部発振信号毎
に設けられ、前記電力分配器で分配された各局部発振信
号の位相量を調整するｎ個の移相器と、一方の端子に、
振幅および位相がアンテナから放射されるべき放射ビー
ムの指向特性、あるいは放射ビームの放射パターンに応
じた値とされた送信信号が入力され、他方の端子に前記
各移相器から出力される局部発振信号が入力されるｎ個
の周波数変換手段と、前記各周波数変換手段で周波数変
換された送信信号が入力されるｎ個のアンテナ素子とを
備える。
より、送信信号が減衰するのを防止することが可能なフ
ェーズドアレーアンテナを提供する。 【解決手段】 局部発振器と、前記局部発振器から出力
される局部発振信号をｎ（ｎ≧２）分配する電力分配器
と、前記電力分配器で分配されたｎ個の局部発振信号毎
に設けられ、前記電力分配器で分配された各局部発振信
号の位相量を調整するｎ個の移相器と、一方の端子に、
振幅および位相がアンテナから放射されるべき放射ビー
ムの指向特性、あるいは放射ビームの放射パターンに応
じた値とされた送信信号が入力され、他方の端子に前記
各移相器から出力される局部発振信号が入力されるｎ個
の周波数変換手段と、前記各周波数変換手段で周波数変
換された送信信号が入力されるｎ個のアンテナ素子とを
備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、フェーズドアレイ
アンテナに係わり、特に、アレイアンテナに供給するマ
イクロ波信号の振幅と位相を制御し、アンテナから放射
される放射ビームの特性やヌル点を電子的に適応制御す
るアダプティブフェーズドアレイに関する。
アンテナに係わり、特に、アレイアンテナに供給するマ
イクロ波信号の振幅と位相を制御し、アンテナから放射
される放射ビームの特性やヌル点を電子的に適応制御す
るアダプティブフェーズドアレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】複数のアンテナ素子をアレイ状に配置
し、空間において電力合成を行うフェーズドアレイアン
テナでは、各アンテナ素子に給電される送信信号の振幅
と、位相量を調整することにより、放射ビームの指向特
性および放射ビームのビームパターンを変化させること
が可能である。このフェーズドアレイアンテナは、例え
ば、携帯電話に代表される移動通信システムにおける基
地局アンテナ、または、船舶レーダ、気象レーダなどの
各種レーダ装置のアンテナ、あるいは、到来電波を全自
動的に自動追尾するアダプティブフェーズドアレイに使
用されている。なお、このような、フェーズドアレイア
ンテナは、例えば、特開２００１−８５９２３号公報な
どに記載されている。
し、空間において電力合成を行うフェーズドアレイアン
テナでは、各アンテナ素子に給電される送信信号の振幅
と、位相量を調整することにより、放射ビームの指向特
性および放射ビームのビームパターンを変化させること
が可能である。このフェーズドアレイアンテナは、例え
ば、携帯電話に代表される移動通信システムにおける基
地局アンテナ、または、船舶レーダ、気象レーダなどの
各種レーダ装置のアンテナ、あるいは、到来電波を全自
動的に自動追尾するアダプティブフェーズドアレイに使
用されている。なお、このような、フェーズドアレイア
ンテナは、例えば、特開２００１−８５９２３号公報な
どに記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】図４は、従来のフェー
ズドアレイアンテナを説明するための回路図である。な
お、この図４は、前述の特開２００１−８５９２３号公
報に、図１として記載されているものである。この図４
に示す従来のフェーズドアレイアンテナでは、高周波信
号源１１で生成された高周波の送信信号は信号処理器１
２に供給される。信号処理器１２は送信信号を分割し、
分割した送信信号（Ｓ１〜Ｓｎ）をそれぞれ複数の移相
器（１３１〜１３ｎ）に送出する。また、信号処理器１
２では、複数の移相器（１３１〜１３ｎ）の移相量を制
御するための制御信号（Ｃ１〜Ｃｎ）を生成し、複数の
移相器（１３１〜１３ｎ）に送出する。複数の移相器
（１３１〜１３ｎ）により、所定位相に制御された送信
信号は、サーキュレータ（１４１〜１４ｎ）、電力増幅
器（１５１〜１５ｎ）、およびサーキュレータ（１６１
〜１６ｎ）介して、導波管スロットアンテナ（１７１〜
１７ｎ）に給電され、スロット（ｍ１〜ｍｎ）から空間
に送信される。このとき、電子ビームが放射される方向
は、例えば、それぞれの移相器（１３１〜１３ｎ）の移
相量によって決定される。
ズドアレイアンテナを説明するための回路図である。な
お、この図４は、前述の特開２００１−８５９２３号公
報に、図１として記載されているものである。この図４
に示す従来のフェーズドアレイアンテナでは、高周波信
号源１１で生成された高周波の送信信号は信号処理器１
２に供給される。信号処理器１２は送信信号を分割し、
分割した送信信号（Ｓ１〜Ｓｎ）をそれぞれ複数の移相
器（１３１〜１３ｎ）に送出する。また、信号処理器１
２では、複数の移相器（１３１〜１３ｎ）の移相量を制
御するための制御信号（Ｃ１〜Ｃｎ）を生成し、複数の
移相器（１３１〜１３ｎ）に送出する。複数の移相器
（１３１〜１３ｎ）により、所定位相に制御された送信
信号は、サーキュレータ（１４１〜１４ｎ）、電力増幅
器（１５１〜１５ｎ）、およびサーキュレータ（１６１
〜１６ｎ）介して、導波管スロットアンテナ（１７１〜
１７ｎ）に給電され、スロット（ｍ１〜ｍｎ）から空間
に送信される。このとき、電子ビームが放射される方向
は、例えば、それぞれの移相器（１３１〜１３ｎ）の移
相量によって決定される。
【０００４】このように、従来のフェーズドアレイアン
テナは、例えば、図４に示すように、高周波の送信信号
の信号ライン（または、伝送経路）毎に、それぞれ移相
器を持ち、この移相器により、各アンテナ素子に入力さ
れる送信信号の位相量を調整するようにしている。しか
しながら、この従来の方法では、送信信号の信号ライン
に、例えば、電子的に制御する移相器が挿入されるた
め、送信信号が減衰し、所望の出力を得るためには、利
得の大きい電力増幅器を使用する必要があるという問題
点があった。また、電子的に制御する移相器として、例
えば、ＰＩＮダイオードを用いたものなどを使用する場
合には、以下のような問題点があり、その対策が必要で
あった。 位相変化量により挿入損失が変化する。そのため、位
相変化に応じた放射波の出力を補償する補償回路が必要
となる。また、補償回路を用いない場合には、位相変化
量を制限する必要がある。 送信信号の入力電力により混変調を発生するものがあ
る。そのため、送信信号の入力電力を制限する必要もあ
った。
テナは、例えば、図４に示すように、高周波の送信信号
の信号ライン（または、伝送経路）毎に、それぞれ移相
器を持ち、この移相器により、各アンテナ素子に入力さ
れる送信信号の位相量を調整するようにしている。しか
しながら、この従来の方法では、送信信号の信号ライン
に、例えば、電子的に制御する移相器が挿入されるた
め、送信信号が減衰し、所望の出力を得るためには、利
得の大きい電力増幅器を使用する必要があるという問題
点があった。また、電子的に制御する移相器として、例
えば、ＰＩＮダイオードを用いたものなどを使用する場
合には、以下のような問題点があり、その対策が必要で
あった。 位相変化量により挿入損失が変化する。そのため、位
相変化に応じた放射波の出力を補償する補償回路が必要
となる。また、補償回路を用いない場合には、位相変化
量を制限する必要がある。 送信信号の入力電力により混変調を発生するものがあ
る。そのため、送信信号の入力電力を制限する必要もあ
った。
【０００５】本発明は、前記従来技術の問題点を解決す
るためになされたものであり、本発明の目的は、フェー
ズドアレーアンテナにおいて、送信信号の信号ラインに
挿入される移相器により、送信信号が減衰するのを防止
することが可能となる技術を提供することにある。本発
明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細
書の記述及び添付図面によって明らかにする。
るためになされたものであり、本発明の目的は、フェー
ズドアレーアンテナにおいて、送信信号の信号ラインに
挿入される移相器により、送信信号が減衰するのを防止
することが可能となる技術を提供することにある。本発
明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細
書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記の通りである。本発明では、ｎ（ｎ≧２）個の周波
数変換手段において、中間周波数帯の送信信号と、共通
の局部発振器からの局部発振信号とをミキシングするこ
とにより、ｎ個のアンテナ素子（あるいは、ｎ個のアン
テナ素子ブロック）に供給する周波数変換された送信信
号（即ち、高周波の送信信号）を生成する。このとき、
各周波数変換手段には、振幅および位相が、アンテナか
ら放射されるべき放射ビームの指向特性、あるいは放射
ビームの放射パターンに応じた値に設定された送信信号
が入力される。したがって、ｎ個の周波数変換手段にお
いて、周波数変換された送信信号も、アンテナから放射
されるべき放射ビームの指向特性、あるいは放射ビーム
の放射パターンに応じた振幅および位相となる。この周
波数変換された送信信号をｎ個のアンテナ素子（あるい
は、ｎ個のアンテナ素子ブロック毎）に供給することに
より、アンテナから、所望の指向特性、あるいは放射パ
ターンを有する放射ビームを放射することが可能とな
る。
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記の通りである。本発明では、ｎ（ｎ≧２）個の周波
数変換手段において、中間周波数帯の送信信号と、共通
の局部発振器からの局部発振信号とをミキシングするこ
とにより、ｎ個のアンテナ素子（あるいは、ｎ個のアン
テナ素子ブロック）に供給する周波数変換された送信信
号（即ち、高周波の送信信号）を生成する。このとき、
各周波数変換手段には、振幅および位相が、アンテナか
ら放射されるべき放射ビームの指向特性、あるいは放射
ビームの放射パターンに応じた値に設定された送信信号
が入力される。したがって、ｎ個の周波数変換手段にお
いて、周波数変換された送信信号も、アンテナから放射
されるべき放射ビームの指向特性、あるいは放射ビーム
の放射パターンに応じた振幅および位相となる。この周
波数変換された送信信号をｎ個のアンテナ素子（あるい
は、ｎ個のアンテナ素子ブロック毎）に供給することに
より、アンテナから、所望の指向特性、あるいは放射パ
ターンを有する放射ビームを放射することが可能とな
る。
【０００７】この場合に、各周波数変換手段と、共通の
局部発振器との間には移相器が設けられ、この移相器に
より、各周波数変換手段から各アンテナ素子（あるい
は、各アンテナ素子ブロック）に至る各経路における、
各構成要素（例えば、周波数変換器、帯域通過フィル
タ、電力増幅器など）の電気長の誤差、および、接続線
路の電気長の誤差に起因する、周波数変換された送信信
号の位相誤差を補正する。また、本発明において、各周
波数変換手段の一方の端子に入力される送信信号の振幅
のみを、アンテナから放射されるべき放射ビームの指向
特性、あるいは放射ビームの放射パターンに応じた値に
設定し、かつ、前記各移相器で調整される位相量とし
て、前述した位相誤差を補正する分に、アンテナから放
射されるべき放射ビームの指向特性、あるいは放射ビー
ムの放射パターンに応じた位相量を加えた値とする。ま
た、本発明において、共通の局部発振器からの局部発振
信号の電力レベルが不足する場合には、各移相器の前
段、または、後段、あるいは、その両方に、局部発振信
号を増幅する増幅器を設け、局部発振信号を増幅する。
局部発振器との間には移相器が設けられ、この移相器に
より、各周波数変換手段から各アンテナ素子（あるい
は、各アンテナ素子ブロック）に至る各経路における、
各構成要素（例えば、周波数変換器、帯域通過フィル
タ、電力増幅器など）の電気長の誤差、および、接続線
路の電気長の誤差に起因する、周波数変換された送信信
号の位相誤差を補正する。また、本発明において、各周
波数変換手段の一方の端子に入力される送信信号の振幅
のみを、アンテナから放射されるべき放射ビームの指向
特性、あるいは放射ビームの放射パターンに応じた値に
設定し、かつ、前記各移相器で調整される位相量とし
て、前述した位相誤差を補正する分に、アンテナから放
射されるべき放射ビームの指向特性、あるいは放射ビー
ムの放射パターンに応じた位相量を加えた値とする。ま
た、本発明において、共通の局部発振器からの局部発振
信号の電力レベルが不足する場合には、各移相器の前
段、または、後段、あるいは、その両方に、局部発振信
号を増幅する増幅器を設け、局部発振信号を増幅する。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。なお、実施の形態を説明す
るための全図において、同一機能を有するものは同一符
号を付け、その繰り返しの説明は省略する。 ［実施の形態１］図１は、本発明の実施の形態１のフェ
ーズドアレイアンテナの概略構成を示すブロック図であ
る。同図において、Ｔ１〜Ｔｎは中間周波数帯の送信信
号が入力される入力端子、１１〜１ｎは第１の帯域通過
フィルタ、２１〜２ｎは周波数変換器、３１〜３ｎは第
２の帯域通過フィルタ、４１〜４ｎは電力増幅器、５１
〜５ｎはアンテナ素子、６１〜６ｎは移相器、７は電力
分配器、８は局部発振器である。以下、本実施の形態の
フェーズドアレイアンテナの動作を説明する。各入力端
子（Ｔ１〜Ｔｎ）から入力される中間周波数帯の送信信
号は、振幅および位相が、アンテナから放射されるべき
放射ビームの指向特性、あるいは放射ビームの放射パタ
ーンに応じた値に設定されており、これにより、後述す
るように、フェーズドアレイアンテナから放射される空
間合成された放射ビームの方向や、ヌル方向を適応的に
変化させる。
施の形態を詳細に説明する。なお、実施の形態を説明す
るための全図において、同一機能を有するものは同一符
号を付け、その繰り返しの説明は省略する。 ［実施の形態１］図１は、本発明の実施の形態１のフェ
ーズドアレイアンテナの概略構成を示すブロック図であ
る。同図において、Ｔ１〜Ｔｎは中間周波数帯の送信信
号が入力される入力端子、１１〜１ｎは第１の帯域通過
フィルタ、２１〜２ｎは周波数変換器、３１〜３ｎは第
２の帯域通過フィルタ、４１〜４ｎは電力増幅器、５１
〜５ｎはアンテナ素子、６１〜６ｎは移相器、７は電力
分配器、８は局部発振器である。以下、本実施の形態の
フェーズドアレイアンテナの動作を説明する。各入力端
子（Ｔ１〜Ｔｎ）から入力される中間周波数帯の送信信
号は、振幅および位相が、アンテナから放射されるべき
放射ビームの指向特性、あるいは放射ビームの放射パタ
ーンに応じた値に設定されており、これにより、後述す
るように、フェーズドアレイアンテナから放射される空
間合成された放射ビームの方向や、ヌル方向を適応的に
変化させる。
【０００９】各入力端子（Ｔ１〜Ｔｎ）から入力される
中間周波数帯の送信信号は、第１の帯域通過フィルタ
（１１〜１ｎ）により不要波成分が除去され、周波数変
換器（２１〜２ｎ）の一方の端子に入力される。なお、
第１の帯域通過フィルタ（１１〜１ｎ）に代えて、ロー
パスフィルタを使用してもよい。また、共通の局部発振
器８からの局部発振信号は、電力分配器７でｎ分配さ
れ、この電力分配器７で分配された各局部発振信号は、
周波数変換器（２１〜２ｎ）の他方の端子に入力され
る。各周波数変換器（２１〜２ｎ）から出力される周波
数変換された送信信号は、第２の帯域通過フィルタ（３
１〜３ｎ）に入力され、第２の帯域通過フィルタ（３１
〜３ｎ）により不要波が取り除かれて所望の送信信号と
なる。これらの送信信号は、電力増幅器（４１〜４ｎ）
により、それぞれ所要の電力に増幅された後、アンテナ
素子（５１〜５ｎ）に入力され、アンテナ素子（５１〜
５ｎ）から空中へ放射される。
中間周波数帯の送信信号は、第１の帯域通過フィルタ
（１１〜１ｎ）により不要波成分が除去され、周波数変
換器（２１〜２ｎ）の一方の端子に入力される。なお、
第１の帯域通過フィルタ（１１〜１ｎ）に代えて、ロー
パスフィルタを使用してもよい。また、共通の局部発振
器８からの局部発振信号は、電力分配器７でｎ分配さ
れ、この電力分配器７で分配された各局部発振信号は、
周波数変換器（２１〜２ｎ）の他方の端子に入力され
る。各周波数変換器（２１〜２ｎ）から出力される周波
数変換された送信信号は、第２の帯域通過フィルタ（３
１〜３ｎ）に入力され、第２の帯域通過フィルタ（３１
〜３ｎ）により不要波が取り除かれて所望の送信信号と
なる。これらの送信信号は、電力増幅器（４１〜４ｎ）
により、それぞれ所要の電力に増幅された後、アンテナ
素子（５１〜５ｎ）に入力され、アンテナ素子（５１〜
５ｎ）から空中へ放射される。
【００１０】ここで、各周波数変換器（２１〜２ｎ）に
入力される中間周波数帯の送信信号をＡ（ω）ｃｏｓ
（ωｉ・ｔ＋θ）、局部発振信号をＢｃｏｓ（ωｌｏ・
ｔ）とすると、各周波数変換器（２１〜２ｎ）から出力
される出力信号Ｆ（ω）は、下記（１）式で表される。
入力される中間周波数帯の送信信号をＡ（ω）ｃｏｓ
（ωｉ・ｔ＋θ）、局部発振信号をＢｃｏｓ（ωｌｏ・
ｔ）とすると、各周波数変換器（２１〜２ｎ）から出力
される出力信号Ｆ（ω）は、下記（１）式で表される。
【数１】
Ｆ（ω）＝Ａ（ω）ｃｏｓ（ωｉ・ｔ＋θ）×Ｂｃｏｓ（ωｌｏ・ｔ）
＝Ａ（ω）×Ｂ［ｃｏｓ｛（ωｉ＋ωｌｏ）・ｔ＋θ｝／２
＋ｃｏｓ｛（ωｉ−ωｌｏ）・ｔ＋θ｝／２］ …（１）
第２の帯域通過フィルタ（３１〜３ｎ）において、ｃｏ
ｓ｛（ωｉ−ωｌｏ）・ｔ＋θ｝／２の成分が除去され
るので、アンテナ素子（５１〜５ｎ）に入力される送信
信号Ｆａ（ω）は、下記（２）式で表される。
ｓ｛（ωｉ−ωｌｏ）・ｔ＋θ｝／２の成分が除去され
るので、アンテナ素子（５１〜５ｎ）に入力される送信
信号Ｆａ（ω）は、下記（２）式で表される。
【数２】
Ｆａ（ω）＝Ａ（ω）×Ｂｃｏｓ｛（ωｉ＋ωｌｏ）・ｔ＋θ｝／２
＝Ａ（ω）×Ｂｃｏｓ（ωｓ・ｔ＋θ）／２ …（２）
但し、ωｓは、アンテナ素子（５１〜５ｎ）に入力され
る送信信号の角周波数で、ωｓ＝ωｉ＋ωｌｏである。
る送信信号の角周波数で、ωｓ＝ωｉ＋ωｌｏである。
【００１１】この（２）式から分かるように、最終的に
アンテナ素子（５１〜５ｎ）に入力される送信信号の位
相量（θ）は、中間周波数帯の送信信号の位相量と同じ
になる。したがって、各周波数変換器（２１〜２ｎ）に
入力される中間周波数帯の送信信号の位相量（θ）を、
アンテナから放射される放射ビームの指向特性、あるい
は放射ビームの放射パターンが所望の特性となるような
値に設定することにより、アンテナから、所望の指向特
性、あるいは放射パターンを有する放射ビームが放射さ
れる。また、各周波数変換器（２１〜２ｎ）に入力され
る局部発振信号は、共通の局部発振器８からの出力であ
るので、各周波数変換器（２１〜２ｎ）に入力される局
部発振信号の位相量は同じになる。しかしながら、実際
には、各周波数変換器（２１〜２ｎ）で周波数変換され
た送信信号は、各第２の帯域通過フィルタ（３１〜
３ｎ）や、各電力増幅器（４１〜４ｎ）で位相量が変動
し、また、各周波数変換器（２１〜２ｎ）と各第２の帯
域通過フィルタ（３１〜３ｎ）との間、および、各第２
の帯域通過フィルタ（３ １〜３ｎ）と各電力増幅器（４
１〜４ｎ）との間、並びに、各電力増幅器（４１〜
４ｎ）と各アンテナ素子（５１〜５ｎ）との間を接続す
る接続線路の電気長もバラツキを有しており、さらに、
各周波数変換器（２１〜２ｎ）から出力される送信信号
の位相量も同じとは限らない。
アンテナ素子（５１〜５ｎ）に入力される送信信号の位
相量（θ）は、中間周波数帯の送信信号の位相量と同じ
になる。したがって、各周波数変換器（２１〜２ｎ）に
入力される中間周波数帯の送信信号の位相量（θ）を、
アンテナから放射される放射ビームの指向特性、あるい
は放射ビームの放射パターンが所望の特性となるような
値に設定することにより、アンテナから、所望の指向特
性、あるいは放射パターンを有する放射ビームが放射さ
れる。また、各周波数変換器（２１〜２ｎ）に入力され
る局部発振信号は、共通の局部発振器８からの出力であ
るので、各周波数変換器（２１〜２ｎ）に入力される局
部発振信号の位相量は同じになる。しかしながら、実際
には、各周波数変換器（２１〜２ｎ）で周波数変換され
た送信信号は、各第２の帯域通過フィルタ（３１〜
３ｎ）や、各電力増幅器（４１〜４ｎ）で位相量が変動
し、また、各周波数変換器（２１〜２ｎ）と各第２の帯
域通過フィルタ（３１〜３ｎ）との間、および、各第２
の帯域通過フィルタ（３ １〜３ｎ）と各電力増幅器（４
１〜４ｎ）との間、並びに、各電力増幅器（４１〜
４ｎ）と各アンテナ素子（５１〜５ｎ）との間を接続す
る接続線路の電気長もバラツキを有しており、さらに、
各周波数変換器（２１〜２ｎ）から出力される送信信号
の位相量も同じとは限らない。
【００１２】即ち、各周波数変換器（２１〜２ｎ）から
各アンテナ素子（５１〜５ｎ）に至る各経路中の周波数
変換器（２１〜２ｎ）、帯域通過フィルタ（３１〜
３ｎ）、および電力増幅器（４１〜４ｎ）の電気長、並
びに、接続線路の電気長は、ある誤差を有している。し
たがって、各周波数変換器（２１〜２ｎ）で周波数変換
された送信信号の位相量は、各アンテナ素子（５１〜５
ｎ）への入力時点で、それぞれある誤差（φ１〜φｎ）
を持っている。これらの誤差（φ１〜φｎ）に起因し
て、各アンテナ素子（５１〜５ｎ）に入力される周波数
変換された送信信号の相対的な位相量が、中間周波数帯
の各送信信号の相対的な位相量と異なってしまうことに
なり、その結果として、アンテナから放射される放射パ
ターンが目的とする放射パターンとは異なることにな
る。本実施の形態では、各周波数変換器（２１〜２ｎ）
と電力分配器７との間に挿入される各移相器（６１〜６
ｎ）の位相量を、前述の位相誤差（φ１〜φｎ）を打ち
消す値とすることで、各移相器（６１〜６ｎ）におい
て、前述の位相誤差（φ１〜φｎ）を補正する。
各アンテナ素子（５１〜５ｎ）に至る各経路中の周波数
変換器（２１〜２ｎ）、帯域通過フィルタ（３１〜
３ｎ）、および電力増幅器（４１〜４ｎ）の電気長、並
びに、接続線路の電気長は、ある誤差を有している。し
たがって、各周波数変換器（２１〜２ｎ）で周波数変換
された送信信号の位相量は、各アンテナ素子（５１〜５
ｎ）への入力時点で、それぞれある誤差（φ１〜φｎ）
を持っている。これらの誤差（φ１〜φｎ）に起因し
て、各アンテナ素子（５１〜５ｎ）に入力される周波数
変換された送信信号の相対的な位相量が、中間周波数帯
の各送信信号の相対的な位相量と異なってしまうことに
なり、その結果として、アンテナから放射される放射パ
ターンが目的とする放射パターンとは異なることにな
る。本実施の形態では、各周波数変換器（２１〜２ｎ）
と電力分配器７との間に挿入される各移相器（６１〜６
ｎ）の位相量を、前述の位相誤差（φ１〜φｎ）を打ち
消す値とすることで、各移相器（６１〜６ｎ）におい
て、前述の位相誤差（φ１〜φｎ）を補正する。
【００１３】即ち、各移相器（６１〜６ｎ）は、各周波
数変換器（２１〜２ｎ）から各アンテナ素子（５１〜５
ｎ）に至る各経路における、各構成要素（周波数変換器
（２ １〜２ｎ）、帯域通過フィルタ（３１〜３ｎ）、電
力増幅器（４１〜４ｎ））の電気長の誤差、および、接
続線路の電気長の誤差に起因する、周波数変換された送
信信号の位相誤差を補正する。これにより、各周波数変
換器（２１〜２ｎ）で周波数変換された送信信号の相対
的な位相量が、アンテナ素子（５１〜５ｎ）に入力され
る時点で、中間周波数帯の各送信信号の相対的な位相量
と同じにすることができるので、アンテナから放射され
る放射ビームは、空間合成されて所望のアンテナ特性
（即ち、所望の指向特性、あるいは放射パターン）を得
ることが可能となる。このように、本実施の形態のフェ
ーズドアレイアンテナでは、従来のフェーズドアレイア
ンテナのように、高周波の送信信号の信号ライン中に移
相器を挿入する必要がないので、高周波の送信信号の信
号ラインに挿入される移相器による信号の損失をなくす
ことができ、しかも、移相器の位相量の変化させたとき
に、損失の変化の影響を直接受けることがない。そのた
め、電力増幅器（４１〜４ｎ）として、従来のものに比
較して、利得の小さい増幅器を使用することが可能とな
る。
数変換器（２１〜２ｎ）から各アンテナ素子（５１〜５
ｎ）に至る各経路における、各構成要素（周波数変換器
（２ １〜２ｎ）、帯域通過フィルタ（３１〜３ｎ）、電
力増幅器（４１〜４ｎ））の電気長の誤差、および、接
続線路の電気長の誤差に起因する、周波数変換された送
信信号の位相誤差を補正する。これにより、各周波数変
換器（２１〜２ｎ）で周波数変換された送信信号の相対
的な位相量が、アンテナ素子（５１〜５ｎ）に入力され
る時点で、中間周波数帯の各送信信号の相対的な位相量
と同じにすることができるので、アンテナから放射され
る放射ビームは、空間合成されて所望のアンテナ特性
（即ち、所望の指向特性、あるいは放射パターン）を得
ることが可能となる。このように、本実施の形態のフェ
ーズドアレイアンテナでは、従来のフェーズドアレイア
ンテナのように、高周波の送信信号の信号ライン中に移
相器を挿入する必要がないので、高周波の送信信号の信
号ラインに挿入される移相器による信号の損失をなくす
ことができ、しかも、移相器の位相量の変化させたとき
に、損失の変化の影響を直接受けることがない。そのた
め、電力増幅器（４１〜４ｎ）として、従来のものに比
較して、利得の小さい増幅器を使用することが可能とな
る。
【００１４】［実施の形態２］図２は、本発明の実施の
形態２のフェーズドアレイアンテナの概略構成を示すブ
ロック図である。本実施の形態のフェーズドアレイアン
テナは、複数のアンテナ素子５（図２では、４個）を一
つのグループとするアンテナ素子ブロック（５０１〜５
０ｎ）毎に、周波数変換器（２１〜２ｎ）を配置し、各
周波数変換器（２１〜２ｎ）で周波数変換された送信信
号を、各アンテナ素子ブロック（５０１〜５０ｎ）に入
力するようにした点で、前述の実施の形態１のフェーズ
ドアレイアンテナと相違する。本実施の形態でも、前述
したような作用・効果を得ることが可能である。
形態２のフェーズドアレイアンテナの概略構成を示すブ
ロック図である。本実施の形態のフェーズドアレイアン
テナは、複数のアンテナ素子５（図２では、４個）を一
つのグループとするアンテナ素子ブロック（５０１〜５
０ｎ）毎に、周波数変換器（２１〜２ｎ）を配置し、各
周波数変換器（２１〜２ｎ）で周波数変換された送信信
号を、各アンテナ素子ブロック（５０１〜５０ｎ）に入
力するようにした点で、前述の実施の形態１のフェーズ
ドアレイアンテナと相違する。本実施の形態でも、前述
したような作用・効果を得ることが可能である。
【００１５】［実施の形態３］図３は、本発明の実施の
形態３のフェーズドアレイアンテナの概略構成を示すブ
ロック図である。本実施の形態のフェーズドアレイアン
テナは、各移相器（６１〜６ｎ）の前段に、局部発振信
信号を増幅する増幅器（９１〜９ｎ）を設けた点で、前
述の実施の形態１のフェーズドアレイアンテナと相違す
る。前述したように、各周波数変換器（２１〜２ｎ）の
他方の端子に入力される局部発振信号は、共通の局部発
振器８から出力される局部発振信号を、電力分配器７で
ｎ分配したものが使用される。そのため、分配数（ｎ）
が多くなると、局部発振信号の電力レベルが不足する恐
れがある。本実施の形態のフェーズドアレイアンテナで
は、このような場合に、局部発振信号を増幅して、不足
した電力レベルを補うようにしたものである。なお、本
実施の形態の増幅器（９１〜９ｎ）としては、高価な直
線増幅器ではなく、飽和出力の小さな増幅器を使用する
ことができる。
形態３のフェーズドアレイアンテナの概略構成を示すブ
ロック図である。本実施の形態のフェーズドアレイアン
テナは、各移相器（６１〜６ｎ）の前段に、局部発振信
信号を増幅する増幅器（９１〜９ｎ）を設けた点で、前
述の実施の形態１のフェーズドアレイアンテナと相違す
る。前述したように、各周波数変換器（２１〜２ｎ）の
他方の端子に入力される局部発振信号は、共通の局部発
振器８から出力される局部発振信号を、電力分配器７で
ｎ分配したものが使用される。そのため、分配数（ｎ）
が多くなると、局部発振信号の電力レベルが不足する恐
れがある。本実施の形態のフェーズドアレイアンテナで
は、このような場合に、局部発振信号を増幅して、不足
した電力レベルを補うようにしたものである。なお、本
実施の形態の増幅器（９１〜９ｎ）としては、高価な直
線増幅器ではなく、飽和出力の小さな増幅器を使用する
ことができる。
【００１６】また、前述の各実施の形態において、各入
力端子（Ｔ１〜Ｔｎ）から入力される中間周波数帯の送
信信号の振幅のみを、アンテナから放射されるべき放射
ビームの指向特性、あるいは放射ビームの放射パターン
に応じた値に設定しておき、かつ、各移相器（６１〜６
ｎ）で調整する位相量として、各周波数変換器（２１〜
２ｎ）から各アンテナ素子（５１〜５ｎ）（あるいは、
各アンテナ素子ブロック（５０１〜５０ｎ））に至る各
経路における、前述した周波数変換された送信信号の位
相誤差を補正する位相量に、アンテナから放射されるべ
き放射ビームの指向特性、あるいは放射ビームの放射パ
ターンに応じた位相量を加えた値とするようにしてもよ
い。この場合でも、フェーズドアレイアンテナから放射
される空間合成された放射ビームの方向を変化させるこ
とが可能となる。
力端子（Ｔ１〜Ｔｎ）から入力される中間周波数帯の送
信信号の振幅のみを、アンテナから放射されるべき放射
ビームの指向特性、あるいは放射ビームの放射パターン
に応じた値に設定しておき、かつ、各移相器（６１〜６
ｎ）で調整する位相量として、各周波数変換器（２１〜
２ｎ）から各アンテナ素子（５１〜５ｎ）（あるいは、
各アンテナ素子ブロック（５０１〜５０ｎ））に至る各
経路における、前述した周波数変換された送信信号の位
相誤差を補正する位相量に、アンテナから放射されるべ
き放射ビームの指向特性、あるいは放射ビームの放射パ
ターンに応じた位相量を加えた値とするようにしてもよ
い。この場合でも、フェーズドアレイアンテナから放射
される空間合成された放射ビームの方向を変化させるこ
とが可能となる。
【００１７】なお、特許第３１４８３２０号明細書に
は、アダプティブアレイアンテナの受信コンバータの構
成として、周波数変換を行うものが記載されている。こ
の公報（特許第３１４８３２０号明細書）に記載されて
いるものでは、共通の局部発振器を使用する構成では高
出力の局部発振器が必要になる等の欠点があるとして、
ＰＬＬ回路を使用する構成が記載されている。しかしな
がら、前述したＰＬＬ回路は、各受信ブロック毎に必要
となるので、この各受信ブロック毎のＰＬＬ回路を構成
することを考慮すると、共通の局部発振器を使用した場
合の方がコストを低減することが可能である。しかも、
前述の公報（特許第３１４８３２０号明細書）には、ア
ダプティブアレイアンテナの送信側の構成は何ら開示さ
れておらず、特に、本発明の各移相器（６１〜６ｎ）に
より、各周波数変換器（２１〜２ｎ）から各アンテナ素
子（５ １〜５ｎ）（あるいは、各アンテナ素子ブロック
（５０１〜５０ｎ））に至る各経路における、各構成要
素の電気長の誤差、および、接続線路の電気長の誤差に
起因する、周波数変換された送信信号の位相誤差を補正
することは何ら開示されていない。以上、本発明者によ
ってなされた発明を、前記実施の形態に基づき具体的に
説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変
更可能であることは勿論である。
は、アダプティブアレイアンテナの受信コンバータの構
成として、周波数変換を行うものが記載されている。こ
の公報（特許第３１４８３２０号明細書）に記載されて
いるものでは、共通の局部発振器を使用する構成では高
出力の局部発振器が必要になる等の欠点があるとして、
ＰＬＬ回路を使用する構成が記載されている。しかしな
がら、前述したＰＬＬ回路は、各受信ブロック毎に必要
となるので、この各受信ブロック毎のＰＬＬ回路を構成
することを考慮すると、共通の局部発振器を使用した場
合の方がコストを低減することが可能である。しかも、
前述の公報（特許第３１４８３２０号明細書）には、ア
ダプティブアレイアンテナの送信側の構成は何ら開示さ
れておらず、特に、本発明の各移相器（６１〜６ｎ）に
より、各周波数変換器（２１〜２ｎ）から各アンテナ素
子（５ １〜５ｎ）（あるいは、各アンテナ素子ブロック
（５０１〜５０ｎ））に至る各経路における、各構成要
素の電気長の誤差、および、接続線路の電気長の誤差に
起因する、周波数変換された送信信号の位相誤差を補正
することは何ら開示されていない。以上、本発明者によ
ってなされた発明を、前記実施の形態に基づき具体的に
説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変
更可能であることは勿論である。
【００１８】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。本発明のフェーズドアレーアンテナに
よれば、送信信号の信号ラインに挿入される移相器によ
り、送信信号が減衰するのを防止することが可能とな
る。
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。本発明のフェーズドアレーアンテナに
よれば、送信信号の信号ラインに挿入される移相器によ
り、送信信号が減衰するのを防止することが可能とな
る。
【図１】本発明の実施の形態１のフェーズドアレイアン
テナの概略構成を示すブロック図である。
テナの概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態２のフェーズドアレイアン
テナの概略構成を示すブロック図である。
テナの概略構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態３のフェーズドアレイアン
テナの概略構成を示すブロック図である。
テナの概略構成を示すブロック図である。
【図４】従来のフェーズドアレイアンテナを説明するた
めの回路図である。
めの回路図である。
１１〜１ｎ…第１の帯域通過フィルタ、２１〜２ｎ…周
波数変換器、３１〜３ ｎ…第２の帯域通過フィルタ、４
１〜４ｎ…電力増幅器、５，５１〜５ｎ…アンテナ素
子、６１〜６ｎ…移相器、７…電力分配器、８…局部発
振器、９１〜９ｎ…増幅器、１１…高周波信号源、１２
…信号処理器、１３１〜１３ｎ…移相器、１４１〜１４
ｎ，１６１〜１６ｎ…サーキュレータ、１５１〜１５ｎ
…電力増幅器、１７１〜１７ｎ…導波管スロットアンテ
ナ、１８１〜１８ｎ…位相検出器、１９１〜１９ｎ…低
雑音増幅器、５０１〜５０ｎ…アンテナ素子ブロック、
Ｔ１〜Ｔｎ…中間周波数帯の送信信号が入力される入力
端子。
波数変換器、３１〜３ ｎ…第２の帯域通過フィルタ、４
１〜４ｎ…電力増幅器、５，５１〜５ｎ…アンテナ素
子、６１〜６ｎ…移相器、７…電力分配器、８…局部発
振器、９１〜９ｎ…増幅器、１１…高周波信号源、１２
…信号処理器、１３１〜１３ｎ…移相器、１４１〜１４
ｎ，１６１〜１６ｎ…サーキュレータ、１５１〜１５ｎ
…電力増幅器、１７１〜１７ｎ…導波管スロットアンテ
ナ、１８１〜１８ｎ…位相検出器、１９１〜１９ｎ…低
雑音増幅器、５０１〜５０ｎ…アンテナ素子ブロック、
Ｔ１〜Ｔｎ…中間周波数帯の送信信号が入力される入力
端子。
Claims (4)
- 【請求項１】 局部発振器と、 前記局部発振器から出力される局部発振信号をｎ（ｎ≧
２）分配する電力分配器と、 前記電力分配器で分配されたｎ個の局部発振信号毎に設
けられ、前記電力分配器で分配された各局部発振信号の
位相を調整するｎ個の移相器と、 一方の端子に、振幅および位相がアンテナから放射され
るべき放射ビームの指向特性、あるいは放射ビームの放
射パターンに応じた値に設定された送信信号が入力さ
れ、他方の端子に前記各移相器から出力される局部発振
信号が入力されるｎ個の周波数変換手段と、 前記各周波数変換手段で周波数変換された送信信号が入
力されるｎ個のアンテナ素子とを備えることを特徴とす
るフェーズドアレイアンテナ。 - 【請求項２】 局部発振器と、 前記局部発振器から出力される局部発振信号をｎ（ｎ≧
２）分配する電力分配器と、 前記電力分配器で分配されたｎ個の局部発振信号毎に設
けられ、前記電力分配器で分配された各局部発振信号の
位相を調整するｎ個の移相器と、 一方の端子に、振幅および位相がアンテナから放射され
るべき放射ビームの指向特性、あるいは放射ビームの放
射パターンに応じた値に設定された送信信号が入力さ
れ、他方の端子に前記各移相器から出力される局部発振
信号が入力されるｎ個の周波数変換手段と、 複数のアンテナ素子から成り、前記各周波数変換手段で
周波数変換された送信信号が入力されるｎ個のアンテナ
素子ブロックとを備えことを特徴とするフェーズドアレ
イアンテナ。 - 【請求項３】 前記各周波数変換手段の一方の端子に入
力される送信信号は、振幅がアンテナから放射されるべ
き放射ビームの指向特性、あるいは放射ビームの放射パ
ターンに応じた値に設定されており、 前記各移相器で調整される位相量は、アンテナから放射
されるべき放射ビームの指向特性、あるいは放射ビーム
の放射パターンに応じた位相量を含むことを特徴とする
請求項１または請求項２に記載のフェーズドアレイアン
テナ。 - 【請求項４】 前記ｎ個の移相器の前段、または、後
段、あるいは、その両方に、局部発振信号を増幅する増
幅器を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３
のいずれか１項に記載のフェーズドアレイアンテナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001336180A JP2003142923A (ja) | 2001-11-01 | 2001-11-01 | フェーズドアレイアンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001336180A JP2003142923A (ja) | 2001-11-01 | 2001-11-01 | フェーズドアレイアンテナ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003142923A true JP2003142923A (ja) | 2003-05-16 |
Family
ID=19151046
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001336180A Pending JP2003142923A (ja) | 2001-11-01 | 2001-11-01 | フェーズドアレイアンテナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003142923A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011078029A1 (ja) * | 2009-12-21 | 2011-06-30 | 日本電気株式会社 | アンテナ素子への配線距離を最短にするアレイアンテナ装置 |
| JP2011180912A (ja) * | 2010-03-02 | 2011-09-15 | Toshiba Tec Corp | 無線タグ読取装置及び無線タグ読取方法 |
| CN113092880A (zh) * | 2021-03-04 | 2021-07-09 | 北京航空航天大学 | 一种基于相位旋转的多通道阵列接收机幅相不一致性检测方法 |
| US11228290B2 (en) | 2019-10-14 | 2022-01-18 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Mixer having phase shift function and communications device including the same |
-
2001
- 2001-11-01 JP JP2001336180A patent/JP2003142923A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011078029A1 (ja) * | 2009-12-21 | 2011-06-30 | 日本電気株式会社 | アンテナ素子への配線距離を最短にするアレイアンテナ装置 |
| JPWO2011078029A1 (ja) * | 2009-12-21 | 2013-05-02 | 日本電気株式会社 | アンテナ素子への配線距離を最短にするアレイアンテナ装置 |
| US8890764B2 (en) | 2009-12-21 | 2014-11-18 | Nec Corporation | Array antenna apparatus having shortest wiring distance to antenna elements |
| JP2011180912A (ja) * | 2010-03-02 | 2011-09-15 | Toshiba Tec Corp | 無線タグ読取装置及び無線タグ読取方法 |
| US11228290B2 (en) | 2019-10-14 | 2022-01-18 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Mixer having phase shift function and communications device including the same |
| US11770108B2 (en) | 2019-10-14 | 2023-09-26 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Mixer having phase shift function and communications device including the same |
| CN113092880A (zh) * | 2021-03-04 | 2021-07-09 | 北京航空航天大学 | 一种基于相位旋转的多通道阵列接收机幅相不一致性检测方法 |
| CN113092880B (zh) * | 2021-03-04 | 2022-04-05 | 北京航空航天大学 | 一种基于相位旋转的多通道阵列接收机幅相不一致性检测方法 |
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|---|---|---|---|
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