JP2005269382A - Method, system and device for calculating antenna characteristic - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は複数のアンテナ素子を有するアンテナの特性を算出するアンテナ特性算出方法、該アンテナ特性算出方法を適用したアンテナ特性算出システム、及び該アンテナ特性算出システムに用いられるアンテナ特性算出装置に関し、特にアレーアンテナの指向特性を算出し適応制御を実現するアンテナ特性算出方法、アンテナ特性算出システム及びアンテナ特性算出装置に関する。 The present invention relates to an antenna characteristic calculation method for calculating characteristics of an antenna having a plurality of antenna elements, an antenna characteristic calculation system to which the antenna characteristic calculation method is applied, and an antenna characteristic calculation apparatus used in the antenna characteristic calculation system, and more particularly to an array. The present invention relates to an antenna characteristic calculation method, an antenna characteristic calculation system, and an antenna characteristic calculation apparatus that calculate an antenna directivity and realize adaptive control.
一の給電素子と、該給電素子から等距離に離隔した位置に等配されたパラサイト素子と呼ばれる複数の無給電素子とを備える電子制御導波器アレーアンテナ装置(以下、アレーアンテナという)が注目されている。アレーアンテナが備える各無給電素子には、夫々可変容量ダイオード(以下、バラクタという)が接続されており、バラクタに印加する電圧を制御することで、バラクタの容量を調整し、これにより指向特性を制御することが可能となる。 Attention is focused on an electronically controlled waveguide array antenna device (hereinafter referred to as an array antenna) comprising a single feed element and a plurality of parasitic elements called parasite elements arranged at equal distances from the feed element. Has been. Each parasitic element included in the array antenna is connected to a variable capacitance diode (hereinafter referred to as a varactor). By controlling the voltage applied to the varactor, the capacitance of the varactor is adjusted, and thereby the directivity characteristics are adjusted. It becomes possible to control.
図6は従来のアレーアンテナの適応制御を検査するシステムの構成を概念的に示す説明図である。図6中100は、アレーアンテナであり、アレーアンテナ100へ向けて、希望波を送信する第1送信アンテナ201及び夫々妨害波を送信する複数の第2送信アンテナ202,202が配置されている。さらにアレーアンテナ100には、受信した電磁波を解析する受信回路101が接続されており、受信回路101の解析結果は計算機102へ送られる。計算機102では、解析結果に基づきアレーアンテナ100の主ビームが希望波の方向へ向き、妨害波の方向がヌルとなるようにすべく、各バラクタに印加する電圧値を算出し、算出した電圧値を電圧制御回路103へ送る。電圧制御回路103では送られた値の電圧を印加して各バラクタの容量を調整する。そしてバラクタの容量の調整によるアレーアンテナ100の指向特性の制御の状況並びに希望波及び妨害波の受信状況から、配置された希望波及び妨害波に適応するアレーアンテナ100の制御方法の判定及びアレーアンテナ100の検査を行う。なおアレーアンテナ100、第1送信アンテナ201、第2送信アンテナ202,202等の機材は、他の電磁波の影響を避けるべく、外部からの電磁波の影響及び内部での電磁波の反射の影響を抑制する電波暗室300内に設置され、電波暗室300内にて上述した検査等が実施される。このような適応制御は、非特許文献1に記載されている。
しかしながら従来の方法では、電波暗室に設置される各設備が大掛かりとなるため、アレーアンテナへ向けて希望波及び妨害波を送信するためのアンテナを設置すること及びその設置した位置を変更することは容易ではなく、またアレーアンテナに対して送信する電磁波の方向の精度を高めるべく送信用のアンテナを配置することは困難であり、更に設置するアンテナの数には限度があるという問題がある。しかも電波暗室に要する空間は大規模なものとなり、電波暗室の設置に際しては空間的及び経済的な問題が生じる。 However, in the conventional method, since each facility installed in the anechoic chamber becomes large, it is not possible to install an antenna for transmitting a desired wave and an interference wave toward the array antenna and to change the installed position. It is not easy, and it is difficult to arrange a transmitting antenna to increase the accuracy of the direction of electromagnetic waves transmitted to the array antenna, and there is a problem that the number of antennas to be installed is limited. Moreover, the space required for the anechoic chamber becomes large, and spatial and economical problems arise when the anechoic chamber is installed.
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、希望波、妨害波等の電磁波を示す電磁波関数により、アレーアンテナに対して電磁波を仮想的に入力し、また各バラクタの容量を調整すると共に、アレーアンテナを送信モードにすることで、給電素子及び無給電素子の近傍に誘起されるRF磁界に基づく電流値を取得し、取得した電流値からアレーアンテナの指向特性を示す出力信号関数を算出する。そして仮想的に入力する希望波及び妨害波並びに各バラクタの容量と、アレーアンテナの出力信号との関係とを把握し、その希望波及び妨害波に適応するアレーアンテナの制御方法の判定及びアレーアンテナの検査を行う。これにより実際に希望波及び妨害波を送信するアンテナを必要としないため、アンテナの設置及び位置の変更を必要とせず、またアレーアンテナが受信する電磁波の方向及び数を任意に配置することが可能で、更に電磁波を受信する方向の測定精度も高くすることが可能であり、しかも大規模な電波暗室を必要とせず小規模な電波暗箱で対応することができるので設置が容易なアンテナ特性算出方法、該アンテナ特性算出方法を適用したアンテナ特性算出システム、及び該アンテナ特性算出システムに用いられるアンテナ特性算出装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and electromagnetic waves are virtually input to an array antenna and the capacitance of each varactor is adjusted by an electromagnetic wave function indicating electromagnetic waves such as a desired wave and an interference wave. At the same time, by setting the array antenna to the transmission mode, a current value based on the RF magnetic field induced in the vicinity of the feeding element and the parasitic element is obtained, and an output signal function indicating the directivity characteristics of the array antenna is obtained from the obtained current value. calculate. Then, the relationship between the desired signal and the disturbing wave that are virtually input and the capacity of each varactor and the output signal of the array antenna is grasped, the determination method of the array antenna adapted to the desired wave and the disturbing wave, and the array antenna Perform the inspection. This eliminates the need for an antenna that actually transmits the desired wave and jamming wave, so there is no need to change the position and position of the antenna, and the direction and number of electromagnetic waves received by the array antenna can be arbitrarily set. In addition, it is possible to increase the measurement accuracy in the direction of receiving electromagnetic waves, and it is possible to cope with a small anechoic box without requiring a large anechoic chamber, so the antenna characteristic calculation method that is easy to install An object of the present invention is to provide an antenna characteristic calculation system to which the antenna characteristic calculation method is applied, and an antenna characteristic calculation apparatus used in the antenna characteristic calculation system.
第1発明に係るアンテナ特性算出方法は、複数のアンテナ素子を有するアンテナの特性を算出するアンテナ特性算出方法において、少なくとも一つのアンテナ素子に給電することにより各アンテナ素子の近傍に発生するRF磁界に基づく電流値を取得し、該電流値と、前記アンテナへ向かう電磁波を示す電磁波関数とに基づいて、給電したアンテナ素子からの出力信号を示す出力信号関数を算出することを特徴とする。 An antenna characteristic calculation method according to a first aspect of the present invention is an antenna characteristic calculation method for calculating characteristics of an antenna having a plurality of antenna elements. An RF magnetic field generated in the vicinity of each antenna element by supplying power to at least one antenna element. And obtaining an output signal function indicating an output signal from the fed antenna element based on the current value and an electromagnetic wave function indicating an electromagnetic wave directed to the antenna.
第2発明に係るアンテナ特性算出方法は、一の給電素子と、該給電素子から離隔した位置に配置され、且つ夫々可変容量デバイスが接続された複数の無給電素子とを有し、各可変容量デバイスの容量に応じて指向性が変化するアンテナの特性を算出するアンテナ特性算出方法において、各可変容量デバイスの容量を調整し、給電素子に給電することにより、給電素子及び無給電素子の近傍に発生するRF磁界に基づく電流値を取得し、該電流値と、前記アンテナへ向かう電磁波を示す電磁波関数とに基づいて、給電素子からの出力信号を示す出力信号関数を算出することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an antenna characteristic calculation method comprising: one feeding element; and a plurality of parasitic elements that are arranged at positions separated from the feeding element and to which variable capacitance devices are respectively connected. In the antenna characteristic calculation method for calculating the characteristics of an antenna whose directivity changes according to the capacity of the device, by adjusting the capacity of each variable capacitance device and supplying power to the feed element, the proximity of the feed element and the passive element A current value based on the generated RF magnetic field is acquired, and an output signal function indicating an output signal from the feed element is calculated based on the current value and an electromagnetic wave function indicating an electromagnetic wave directed to the antenna. .
第3発明に係るアンテナ特性算出方法は、第2発明において、前記電磁波を示す電磁波関数は、希望波を示す電磁波関数及び妨害波を示す電磁波関数を含み、所定の条件に合致する出力信号関数が算出されるまで、各可変容量デバイスの容量の調整、電流値の取得及び出力信号関数の算出を繰り返すことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the antenna characteristic calculation method according to the second aspect, wherein the electromagnetic wave function indicating the electromagnetic wave includes an electromagnetic wave function indicating a desired wave and an electromagnetic wave function indicating an interference wave, and an output signal function satisfying a predetermined condition is Until the calculation, the adjustment of the capacitance of each variable capacitance device, the acquisition of the current value, and the calculation of the output signal function are repeated.
第4発明に係るアンテナ特性算出システムは、一の給電素子、及び夫々可変容量デバイスが接続された複数の無給電素子を有するアンテナと、該アンテナが有する給電素子に給電する手段と、前記アンテナが有する無給電素子に接続された可変容量デバイスの容量を調整する手段と、前記アンテナが有する給電素子及び無給電素子の近傍に発生するRF磁界に基づく電流値を取得する取得手段と、取得した電流値、及び前記アンテナへ向かう電磁波を示す予め設定された電磁波関数に基づいて、給電素子からの出力信号を示す出力信号関数を算出する手段とを備えることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an antenna characteristic calculation system including an antenna having a single feed element and a plurality of parasitic elements to which variable capacitance devices are connected, means for feeding power to the feed element of the antenna, and the antenna Means for adjusting the capacitance of the variable capacitance device connected to the parasitic element, acquisition means for acquiring a current value based on the RF magnetic field generated in the vicinity of the feeding element and the parasitic element of the antenna, and the acquired current Means for calculating an output signal function indicating an output signal from the feed element based on a value and a preset electromagnetic wave function indicating the electromagnetic wave directed to the antenna.
第5発明に係るアンテナ特性算出システムは、第4発明において、前記アンテナが有する給電素子及び無給電素子の近傍に発生するRF磁界を測定する測定手段と、前記アンテナ及び測定手段を収容する箱体とを備え、前記取得手段は、測定手段に電気的に接続され、測定手段が測定したRF磁界を電流値に換算することで取得すべくなしてあり、前記箱体は、内壁に電磁波吸収手段を有することを特徴とする。 An antenna characteristic calculation system according to a fifth aspect of the present invention is the antenna characteristic calculation system according to the fourth aspect of the present invention, a measuring unit that measures an RF magnetic field generated in the vicinity of a feeding element and a parasitic element that the antenna has, and a box that houses the antenna and the measuring unit The acquisition means is electrically connected to the measurement means and is obtained by converting the RF magnetic field measured by the measurement means into a current value, and the box body has an electromagnetic wave absorption means on the inner wall. It is characterized by having.
第6発明に係るアンテナ特性算出装置は、一の給電素子と、該給電素子から離隔した位置に配置され、且つ夫々可変容量デバイスが接続された複数の無給電素子とを有し、各可変量デバイスの容量に応じて指向性が変化するアンテナの特性を算出するアンテナ特性算出装置において、各可変容量デバイスの容量を調整する手段と、給電素子に給電することにより、給電素子及び無給電素子の近傍に発生するRF磁界に基づく電流値を受け付ける手段と、受け付けた電流値、及び前記アンテナへ向かう電磁波を示す電磁波関数に基づいて、給電素子からの出力信号を示す出力信号関数を算出する手段とを備えることを特徴とする。 An antenna characteristic calculation apparatus according to a sixth aspect of the present invention has one feeding element and a plurality of parasitic elements that are arranged at positions separated from the feeding element and to which variable capacitance devices are respectively connected. In an antenna characteristic calculation apparatus that calculates the characteristics of an antenna whose directivity changes according to the capacity of the device, by adjusting the capacity of each variable capacitance device and supplying power to the feed element, the feed element and the parasitic element Means for receiving a current value based on an RF magnetic field generated in the vicinity; and means for calculating an output signal function indicating an output signal from the feed element based on the received current value and an electromagnetic wave function indicating an electromagnetic wave directed to the antenna; It is characterized by providing.
本発明では、実際に希望波及び妨害波を送信することがないので、希望波及び妨害波を送信するアンテナの設置及び位置の変更を必要としない。またアレーアンテナが受信する電磁波の方向及び数を数式として仮想的に入力するので、電磁波の方向及び数を任意に配置することが可能で、更に電磁波を受信する方向を高精度に設定することが可能である。しかも実際のアンテナの設置を必要としないため、広大な空間を必要とする電波暗室を設置する必要が無く、通常の実験室に容易に配備することが可能な電波暗箱にて検査等を実施することができるので設置が容易である。 In the present invention, since the desired wave and the disturbing wave are not actually transmitted, it is not necessary to install and change the position of the antenna that transmits the desired wave and the disturbing wave. Moreover, since the direction and number of electromagnetic waves received by the array antenna are virtually input as mathematical formulas, the direction and number of electromagnetic waves can be arbitrarily arranged, and the direction of receiving electromagnetic waves can be set with high accuracy. Is possible. Moreover, since it does not require the installation of an actual antenna, it is not necessary to install an anechoic chamber that requires a large space, and inspections are conducted in an anechoic box that can be easily deployed in a normal laboratory. It can be installed easily.
本発明に係るアンテナ特性算出方法、アンテナ特性算出システム及びアンテナ特性算出装置では、一の給電素子及び複数の無給電素子を有するアレーアンテナ等のアンテナの特性を算出すべく、無給電素子に接続されている可変容量ダイオード等の可変容量デバイスの容量を、印加する電圧を制御することで調整し、更に給電素子に対して給電することで給電素子の近傍にRF磁界を発生させ、発生したRF磁界との干渉により無給電素子に流れる誘起電流により生じるRF磁界を、プローブ等の測定手段にて測定して電流値に換算し、換算により取得した電流値、並びに希望波及び妨害波となる電磁波を示す電磁波関数により、アンテナの出力信号のビームパターンを示す出力信号関数を算出する。そして規範関数を用いて出力信号関数を数値として評価し、評価結果として算出される数値が例えば所定値以上、所定値以下、最大値又は最小値等の所定の条件を満足するまで、各可変容量デバイスの容量の調整、電流値の取得及び出力信号関数の算出を繰り返し、所定の条件を満足する可変容量デバイスの容量のセットを算出する。 In the antenna characteristic calculation method, the antenna characteristic calculation system, and the antenna characteristic calculation device according to the present invention, an antenna characteristic such as an array antenna having one feeding element and a plurality of parasitic elements is connected to the parasitic element. The capacitance of a variable capacitance device such as a variable capacitance diode is adjusted by controlling the voltage to be applied, and further, an RF magnetic field is generated in the vicinity of the feed element by feeding power to the feed element. The RF magnetic field generated by the induced current flowing in the parasitic element due to the interference with the antenna is measured by a measuring means such as a probe and converted into a current value, and the current value obtained by the conversion and the electromagnetic wave that becomes a desired wave and an interference wave are obtained. The output signal function indicating the beam pattern of the output signal of the antenna is calculated from the indicated electromagnetic wave function. Then, the output signal function is evaluated as a numerical value using the normative function, and each variable capacitor is calculated until the numerical value calculated as the evaluation result satisfies a predetermined condition such as a predetermined value or more, a predetermined value or less, a maximum value or a minimum value. The device capacity adjustment, the current value acquisition, and the output signal function calculation are repeated to calculate a set of capacity of the variable capacitance device that satisfies a predetermined condition.
この構成により、実際に希望波及び妨害波を送信する必要がないので、希望波及び妨害波を送信するアンテナの設置及び位置の変更を必要としない等、優れた効果を奏する。またアレーアンテナが受信する電磁波の方向及び数を数式として仮想的に入力するので、電磁波の方向及び数を任意に配置することが可能で、更に電磁波を受信する方向を高精度に設定することが可能である等、優れた効果を奏する。しかも実際のアンテナの設置を必要としないため、広大な空間を必要とする電波暗室を設置する必要が無く、通常の実験室に容易に配備することが可能な電波暗箱にて検査等を実施することができるので、空間的及び経済的な優位性が高く、従って設置が容易である等、優れた効果を奏する。 With this configuration, since it is not necessary to actually transmit the desired wave and the disturbing wave, there are excellent effects such as no need to install and change the position of the antenna that transmits the desired wave and the disturbing wave. Moreover, since the direction and number of electromagnetic waves received by the array antenna are virtually input as mathematical formulas, the direction and number of electromagnetic waves can be arbitrarily arranged, and the direction of receiving electromagnetic waves can be set with high accuracy. It has excellent effects such as being possible. Moreover, since it does not require the installation of an actual antenna, it is not necessary to install an anechoic chamber that requires a large space, and inspections are conducted in an anechoic box that can be easily deployed in a normal laboratory. Therefore, there are excellent effects such as high spatial and economical advantages and easy installation.
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings illustrating embodiments thereof.
図1はアレーアンテナの適応制御を検査する本発明のアンテナ特性算出システムの構成を概念的に示す説明図である。図1中1は、電子制御導波器アレーアンテナ装置(以下、アレーアンテナという)であり、アレーアンテナ1は、複数のアンテナ素子として、給電素子10と、該給電素子10から等距離に離隔した位置に等配されたパラサイト素子と呼ばれる複数の無給電素子11−1,11−2,…,11−6とを備えており、電磁波を吸収する四角錐形状の吸収部材21,21,…を内壁に固着させた小型の電波暗箱2内に収容されている。
FIG. 1 is an explanatory diagram conceptually showing the configuration of an antenna characteristic calculation system according to the present invention for inspecting adaptive control of an array antenna. In FIG. 1,
給電素子10及び複数の無給電素子11−1,11−2,…,11−6の近傍には、RF磁界(エバネッセント磁界)を測定する低擾乱磁界プローブ等の測定手段22−0,22−1,22−2,…,22−6が配設されており、測定手段22−0,22−1,22−2,…,22−6が測定したRF磁界は、電波暗箱2外の取得手段23にて電流値に換算され、アレーアンテナ1の特性を検知する汎用型コンピュータ等のコンピュータを用いたアンテナ特性算出装置3へ送られる。
In the vicinity of the
アンテナ特性算出装置3には、各無給電素子11−1,11―2,…,11−6に夫々接続された可変容量ダイオード等の可変容量デバイス(以下、バラクタという)12−1,12−2,…,12−6の容量を調整すべく、バラクタ12−1,12−2,…,12−6に印加する電圧を制御する電圧制御手段4が接続されている。
The antenna
図2は本発明のアンテナ特性算出システムにて用いられるアレーアンテナ1を概念的に示す斜視図である。棒状をなす給電素子10は、円盤状をなす基盤13の中心に、基盤13に対して垂直に配設されており、基盤13における、給電素子10を中心とする円の円周を等配する位置に、棒状をなす複数の無給電素子11−1,11−2,…,11−6が基盤13に対して垂直に配設されている。図2では、6本の無給電素子11−1,11−2,…,11−6が、給電素子10から夫々距離dを隔てて配設されている例を示しているが、無給電素子の数は6本に限るものではない。なおアレーアンテナ1が受信すべき希望波の波長をλとした場合、距離d=λ/4となる。また以降の説明において、基盤13上で給電素子10が配置された位置A0 を位相中心とする球座標系を想定し、基盤13の円周方向の角度を、図2中の無給電素子11−1の方向を基準とする方位角φを用いて示し、仰角を、仰角θを用いて示すものとする。
FIG. 2 is a perspective view conceptually showing the
各無給電素子11−1,11−2,…,11−6の一端側、図2に示す例では図中下方の側にバラクタ12−1,12−2,…,12−6が夫々接続されており、各バラクタ12−1,12−2,…,12−6の容量は、電圧制御手段4により印加される電圧により調整される。また給電素子10の一端側には、高周波信号を給電する給電手段14が接続されている。そして給電手段14から給電素子10に高周波信号を給電することにより、給電素子10は励振して、アレーアンテナ1は送信モードとなる。アレーアンテナ1が送信モードとなることで、給電素子10の近傍にRF磁界が発生し、発生したRF磁界は、各無給電素子11−1,11−2,…,11−6と電磁結合し、各無給電素子11−1,11−2,…,11−6に電流を誘起させる。そして誘起電流により各無給電素子11−1,11−2,…,11−6の近傍にRF磁界が生じる。なお誘起されるRF磁界によりアレーアンテナの指向特性、即ちビームパターンが決定する。
Varactors 12-1, 12-2,..., 12-6 are connected to one end side of each parasitic element 11-1, 11-2,..., 11-6, and in the example shown in FIG. The capacity of each varactor 12-1, 12-2,..., 12-6 is adjusted by the voltage applied by the voltage control means 4. Further, one end side of the
図3は本発明のアンテナ特性算出システムにて用いられるアンテナ特性算出装置3の構成を示すブロック図である。アンテナ特性算出装置3は、装置全体を制御するCPU等の制御手段31、本発明のコンピュータプログラム5及びデータ等の各種情報を記録したCD−ROM等の記録媒体から、各種情報を読み取るCD−ROMドライブ等の補助記憶手段32、補助記憶手段32により読み取った各種情報を記録するハードディスク等の記録手段33、並びに一時的に発生する情報を記憶するRAM等の記憶手段34を備えている。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the antenna
そして記録手段33に記録されている本発明のコンピュータプログラム5を記憶手段34に記憶させて制御手段31にて実行することにより、汎用型コンピュータは本発明のアンテナ特性算出装置3として動作する。
Then, the
さらにアンテナ特性算出装置3は、取得手段23がRF磁界から換算することにより取得した電流値を受け付ける第1接続手段35、電圧制御手段4を制御する命令を送信する第2接続手段36、キーボード等の入力手段37、液晶ディスプレイ等の表示手段38を備えている。
Furthermore, the antenna
次に本発明のアンテナ特性算出システムにて用いられる各種装置の処理を説明する。先ず処理の概要について説明する。本発明のアンテナ特性算出システムでは、給電素子10に対し、給電手段14から高周波信号を給電して給電素子10を励振させる送信モードの状態で、アレーアンテナ1のアンテナビームの指向特性を検知する。なおアンテナビームの指向特性は、各バラクタ12−1,12−2,…,12−6に印加する電圧を制御し、各バラクタ12−1,12−2,…,12−6の容量を調整することにより行われる。ここで一般化した式にて表すためにアレーアンテナ1のバラクタ12−1,12−2,…の数をMとした場合のリアクタンスベクトルxを、バラクタ12−1,12−2,…,12−Mの夫々の容量をx1 ,x2 ,…,xM を用いた以下に示す式1にて定義する。
Next, processing of various devices used in the antenna characteristic calculation system of the present invention will be described. First, the outline of the process will be described. In the antenna characteristic calculation system of the present invention, the directivity characteristics of the antenna beam of the
そしてアレーアンテナ1の指向特性の検知は、給電素子10及び各無給電素子11−1,11−2,…,11−6の近傍に誘起されるRF磁界を測定手段22−0,22−1,22−2,…,22−6にて測定し、取得手段23にて電流値に換算することにより行う。ここで一般化した式にて表すためにアレーアンテナ1の無給電素子の数をMとした場合の電流ベクトルiを、測定手段22−0,22−1,22−2,…,22−6により測定した給電素子10及び各無給電素子11−1,11−2,…,11―Mの近傍のRF磁界から換算した高周波電流値i0 ,i1 ,i2 ,…,iMを用いた以下に示す式2にて定義する。このときアンテナビームの指向特性は、以下に示す式3にて表すことができる。
The directivity characteristics of the
式3に表したように、各電流i0 ,i1 ,i2 ,…,iMは、アレーアンテナにおけるウェイトベクトルと等価となっている。従って給電素子10からの出力信号を示す出力信号関数y(t)は、以下に示す式4にて表すことができる。
As shown in
なお式4におけるアレーマニホールドA(θ,φ)とは、各無給電素子11−1,11−2,…,11−Mのステアリングベクトルa(θ1 ,φ1 ),a(θ2 ,φ2 ),…,a(θM ,φM )を用いた以下に示す式5にて定義されるベクトル列である。
In addition, the array manifold A (θ, φ) in Expression 4 means the steering vectors a (θ 1 , φ 1 ), a (θ 2 , φ) of the parasitic elements 11-1, 11-2,. 2 ),..., A vector sequence defined by
また式4において、s(t)とは、アレーアンテナ1へ向かう受信すべき希望波及び受信すべきでない妨害波を仮想的に示す電磁波関数であり、アレーアンテナ1へk個の電磁波が向かう場合には、それらのk個の信号波形を成分とする以下に示す式6のベクトルで定義する。
In Equation 4, s (t) is an electromagnetic wave function that virtually indicates a desired wave that should be received and an interference wave that should not be received toward the
本発明のアンテナ特性算出システムでは、各バラクタ12−1,12−2,…,12−Mに印加する電圧を設定し、給電素子10及び無給電素子11−1,11−2,…,11−Mの近傍のRF磁界を測定手段22−0,22−1,22−2,…,22−Mにて測定し、取得手段23にてRF磁界を電流値に換算することで電流値を取得し、取得した電流値、並びに希望波及び妨害波となる電磁波を示す電磁波関数によりアレーアンテナ1の指向特性を検知するこのような処理を、各バラクタ12−1,12−2,…,12−Mの容量を調整すべく電圧を変更するたびに繰り返し、電磁波関数が示す電磁波に対して適した印加電圧のセットを算出する。なお指向特性の検知は、取得した電流値から、式3で示した出力信号関数を用いて算出し、その評価については、制御の基準となる指標を算出する規範関数を用いて算出した指標の値により行う。
In the antenna characteristic calculation system of the present invention, voltages to be applied to the varactors 12-1, 12-2,..., 12-M are set, and the
規範関数としては、例えば、以下の式7に示すMCCC(Maximum Cross Correlation Coefficient)関数が用いられる。なお従来のアレーアンテナの適応制御の検査においては、希望波及び妨害波の受信状況を判定するために送信パケットのヘッダに参照信号を含ませておき、アレーアンテナが受信した希望波と参照信号との相互相関に基づいて受信状況の判定を行った。しかしながら本発明では希望波及び妨害波を仮想的な電磁波関数として設定するという点に特徴がある。従って参照信号についても仮想的に設定を行う。 As the reference function, for example, an MCCC (Maximum Cross Correlation Coefficient) function shown in the following Expression 7 is used. In the conventional adaptive antenna inspection of the array antenna, a reference signal is included in the header of the transmission packet in order to determine the reception status of the desired wave and the disturbing wave, and the desired wave and the reference signal received by the array antenna The reception situation was determined based on the cross-correlation. However, the present invention is characterized in that the desired wave and the disturbing wave are set as virtual electromagnetic wave functions. Therefore, the reference signal is also set virtually.
式7で示したMCCC関数は、希望波と参照信号との相互相関係数を最大化するアルゴリズムであり、本発明のアンテナ特性算出システムに適用する場合には、複数回の印加電圧のセットに対して指標ρを求めた中で、指標ρが最大又は所定値以上となる印加電圧のセットが、電磁波関数として設定した電磁波に対して適したセットであると評価する。 The MCCC function shown in Equation 7 is an algorithm that maximizes the cross-correlation coefficient between the desired wave and the reference signal. On the other hand, while the index ρ is obtained, it is evaluated that the set of applied voltages at which the index ρ is the maximum or a predetermined value or more is a set suitable for the electromagnetic wave set as the electromagnetic wave function.
次に本発明のアンテナ特性算出システムの処理の手順を説明する。図4及び図5は本発明のアンテナ特性算出装置3の処理を示すフローチャートである。なお以降の説明において希望波及び妨害波を示す電磁波関数s(t)は、例えば入力手段37を用いて予め設定されており、図4及び図5にて示す処理では、アレーアンテナ1の主ビームが希望波の方向へ向き、妨害波の方向がヌルとなるようにすべく、各バラクタ12−1,12−2,…に印加する電圧を算出する。アンテナ特性算出装置3では、コンピュータプログラム5を記憶手段34に記憶させ、その記憶させたコンピュータプログラム5を、制御手段31の制御により実行することで、以下に示す処理を行う。先ずアンテナ算出装置3では、繰り返し回数nに初期値1を設定し、予め設定されている初期値V(1)を給電素子10に印加する電圧として設定する初期化処理を行い(ステップS1)、無給電素子11−1,11−2,…に関連付けられる変数mに初期値0を設定する(ステップS2)。そして測定手段22−0,22−1,22−2,…では、給電素子10及び無給電素子11−1,11−2,…の近傍に誘起されるRF磁界を測定し、取得手段23にてRF磁界から換算された高周波電流値は、取得手段23からアンテナ特性算出装置3へ送られる。
Next, the processing procedure of the antenna characteristic calculation system of the present invention will be described. 4 and 5 are flowcharts showing the processing of the antenna
アンテナ特性算出装置3では、取得手段23から高周波電流の電流測定値i(0)−i(m)を受け付け(ステップS3)、受け付けた電流値i(0)−i(m)、並びに予め設定されている希望波及び妨害波を示す電磁波関数s(t)から、上述した式4により、給電素子10からの出力信号を示す出力信号関数y(n)を算出し(ステップS4)、算出した出力信号関数y(n)から、上述した式6により示される規範関数により、指標ρn を算出し、算出した指標ρn を基準値としてρn (0) に設定する(ステップS5)。なお電流値i(0)−i(m)とは、給電素子10の近傍のRF磁界から換算した電流値i(0)及び各無給電素子11−1,11−2,…の近傍のRF磁界から換算した電流値i(1)乃至i(m)を示す。ここで変数mは、無給電素子11−1,11−2,…に関連付けられた変数であり、M個の無給電素子を、夫々第1の無給電素子11−1、第2の無給電素子11−2、…、第Mの無給電素子11−Mとして示している。従って電流値i(1)とは、第1の無給電素子11−1の近傍のRF磁界を換算した電流値であり、電流値i(m)とは、第mの無給電素子11−mの近傍のRF磁界を換算した電流値であり、電流値i(0),i(1),…,i(m)は、上述した式2におけるi0 ,i1 ,…,iM に対応する。
In the antenna
アンテナ特性算出装置3では、変数mに1を加算し(ステップS6)、バラクタ12−mに印加する電圧値として設定されている電圧Vm に摂動値ΔVm を加算することにより、バラクタ12−mに印加する電圧Vmを新たに設定する(ステップS7)。上述した様に変数mは、無給電素子11−1,11−2,…,11−Mに関連付けられた変数であり、M個の無給電素子を、夫々第1の無給電素子11−1、第2の無給電素子11−2、…、第Mの無給電素子11−Mとして示している。従って電圧Vmとは、第mの無給電素子11−mに接続された第mのバラクタ12−mに印加する電圧値を示す。なおステップS6において設定された電圧値は、電圧制御手段4へ送られ、電圧制御手段4では、設定された電圧値を第mのバラクタ12−mへ印加し、これにより第mのバラクタ12−mの容量を調整する。そして測定手段22は、給電素子10及び無給電素子11−1,11−2,…,11−Mの近傍に誘起されるRF磁界を測定し、測定したRF磁界から換算された高周波電流値は、取得手段23からアンテナ特性算出装置3へ送られる。
In the antenna
アンテナ特性算出装置3では、取得手段23から高周波電流値i(0)−i(m)を受け付ける(ステップS8)。受け付けた電流値i(0)−i(m)、及び電磁波関数s(t)から、上述した式4により、給電素子10からの出力信号を示す出力信号関数y(n)を算出する(ステップS9)。算出した出力信号関数y(n)から、上述した式6により示される規範関数により、指標ρn を算出し(ステップS10)、算出したρn とρn (0) との差を、δρn /δVmとして記録手段33又は記憶手段34に記録する(ステップS11)。即ちδρn /δVmとは、指標ρの変動を示すことになる。
The antenna
アンテナ特性算出装置3では、第mのバラクタ12−mに印加する電圧値として設定されている電圧Vm から摂動値ΔVm を減算することにより、第mのバラクタ12−mに印加する電圧Vmを新たに設定する(ステップS12)。これによりステップS7にて設定した第mのバラクタ12−mに印加する電圧Vm の設定を基に戻した状態となる。
In the antenna
そしてアンテナ特性算出装置3では、変数mを、無給電素子11−1,11−2,…、11−Mの個数Mと比較し(ステップS13)、mがMより小さい場合(ステップS13:YES)、ステップS6へ進み、以降の処理を繰り返す。即ちステップS7〜ステップS13にて、各バラクタ12−1,12−2,…,12−Mの夫々に対し、電圧値を変更し、それによる指標ρの変動を記録していく処理を行う。
In the antenna
ステップS13において、mがM以上である場合(ステップS13:NO)、当該リアクタンスベクトルについての全てのバラクタ12−1,12−2,…,12−Mの電圧値の変更による指標ρの算出が終了したと判断し、アンテナ特性算出装置3では、以下の式8を用いてリアクタンスベクトルの設定を変更する(ステップS14)。
In step S13, when m is M or more (step S13: NO), the index ρ is calculated by changing the voltage values of all the varactors 12-1, 12-2,. The antenna
そしてアンテナ特性算出装置3では、繰り返し回数nに1を加算し(ステップS15)、加算後の繰り返し回数nを、予め設定されている繰り返し回数の上限値Nと比較し(ステップS16)、nがN以下である場合(ステップS16:YES)、ステップS2へ戻り、以降の処理を繰り返す。
Then, the antenna
ステップS16において、nがNより大きい場合(ステップS16:NO)、アンテナ特性算出装置3では、指標ρに基づき記録したδρn /δVm を比較し、最大値をとる場合の各バラクタ12−1,12−2,…,12−Mに対する印加電圧を、電磁波関数s(t)が示す電磁波に対して適したセットであるとして算出する(ステップS17)。なお上述した処理を所定回数(M回×N回)繰り返した後、δρn /δVm を比較するのではなく、δρn /δVm が予め設定されている所定値以上の値を取った場合、その場合の印加電圧を、電磁波関数s(t)が示す電磁波に対して適したセットであるとして算出し、処理を終了するようにしてもよい。
In step S16, when n is larger than N (step S16: NO), the antenna
前記実施の形態では、M=6である形態、即ち無給電素子が6本である形態を示したが、本発明はこれに限らず、M=3、M=8等適宜設定することが可能である。 In the above-described embodiment, a mode in which M = 6, that is, a mode in which there are six parasitic elements is shown, but the present invention is not limited to this, and M = 3, M = 8, etc. can be appropriately set. It is.
また前記実施の形態では、指標を算出する規範関数として、MCCC関数を用いる形態を示したが、本発明はこれに限らず、規範関数として、MMMC関数等の他の規範関数を用いてもよい。そして用いられる規範関数の性質に応じてδρn /δVm が、最小値又は所定値以下の値をとる印加電圧のセットを算出するようにしてもよい。 In the above embodiment, the MCCC function is used as the reference function for calculating the index. However, the present invention is not limited to this, and another reference function such as an MMMC function may be used as the reference function. . A set of applied voltages in which δρ n / δV m takes a minimum value or a value equal to or less than a predetermined value may be calculated according to the nature of the normative function used.
さらに前記実施の形態では、最急勾配法を用いる形態を示したが、本発明はこれに限らず、順次ランダム法、ランダム法、高次元二分法等の繰り返しにより行われる数値解法を用いるようにしてもよい。 Furthermore, in the above-described embodiment, the form using the steepest gradient method has been shown. However, the present invention is not limited to this, and a numerical solution method that is performed by repeating a random method, a random method, a high-dimensional bisection method, or the like is used. May be.
1 電子制御導波器アレーアンテナ装置(アレーアンテナ)
10 給電素子
11 無給電素子
12 可変容量デバイス(可変容量ダイオード:バラクタ)
13 基盤
14 給電手段
2 電波暗箱
21 吸収部材
22−0,22−1,22−2,…,22−6 測定手段
23 取得手段
3 アンテナ特性算出装置
31 制御手段
32 補助記憶手段
33 記録手段
34 記憶手段
35 第1接続手段
36 第2接続手段
37 入力手段
38 表示手段
4 電圧制御手段
5 コンピュータプログラム
1 Electronically controlled waveguide array antenna device (array antenna)
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (6)
少なくとも一つのアンテナ素子に給電することにより各アンテナ素子の近傍に発生するRF磁界に基づく電流値を取得し、
該電流値と、前記アンテナへ向かう電磁波を示す電磁波関数とに基づいて、給電したアンテナ素子からの出力信号を示す出力信号関数を算出する
ことを特徴とするアンテナ特性算出方法。 In the antenna characteristic calculation method for calculating the characteristic of an antenna having a plurality of antenna elements,
Obtaining a current value based on an RF magnetic field generated in the vicinity of each antenna element by feeding at least one antenna element;
An antenna characteristic calculation method comprising: calculating an output signal function indicating an output signal from a fed antenna element based on the current value and an electromagnetic wave function indicating an electromagnetic wave directed toward the antenna.
各可変容量デバイスの容量を調整し、
給電素子に給電することにより、給電素子及び無給電素子の近傍に発生するRF磁界に基づく電流値を取得し、
該電流値と、前記アンテナへ向かう電磁波を示す電磁波関数とに基づいて、給電素子からの出力信号を示す出力信号関数を算出する
ことを特徴とするアンテナ特性算出方法。 One feed element and a plurality of parasitic elements arranged at positions separated from the feed element and connected to variable capacitance devices, respectively, and directivity changes according to the capacitance of each variable capacitance device In the antenna characteristic calculation method for calculating the antenna characteristic,
Adjust the capacity of each variable capacity device,
By supplying power to the feed element, a current value based on the RF magnetic field generated in the vicinity of the feed element and the parasitic element is obtained,
An antenna characteristic calculation method, comprising: calculating an output signal function indicating an output signal from a feed element based on the current value and an electromagnetic wave function indicating an electromagnetic wave directed toward the antenna.
所定の条件に合致する出力信号関数が算出されるまで、各可変容量デバイスの容量の調整、電流値の取得及び出力信号関数の算出を繰り返す
ことを特徴とする請求項2に記載のアンテナ特性算出方法。 The electromagnetic wave function indicating the electromagnetic wave includes an electromagnetic wave function indicating a desired wave and an electromagnetic wave function indicating an interference wave,
The antenna characteristic calculation according to claim 2, wherein the adjustment of the capacity of each variable capacitance device, the acquisition of the current value, and the calculation of the output signal function are repeated until an output signal function that meets a predetermined condition is calculated. Method.
該アンテナが有する給電素子に給電する手段と、
前記アンテナが有する無給電素子に接続された可変容量デバイスの容量を調整する手段と、
前記アンテナが有する給電素子及び無給電素子の近傍に発生するRF磁界に基づく電流値を取得する取得手段と、
取得した電流値、及び前記アンテナへ向かう電磁波を示す予め設定された電磁波関数に基づいて、給電素子からの出力信号を示す出力信号関数を算出する手段と
を備えることを特徴とするアンテナ特性算出システム。 An antenna having a plurality of parasitic elements each having one feeding element and a variable capacitance device connected thereto;
Means for feeding power to the feeding element of the antenna;
Means for adjusting the capacitance of a variable capacitance device connected to a parasitic element of the antenna;
Obtaining means for obtaining a current value based on an RF magnetic field generated in the vicinity of a feeding element and a parasitic element of the antenna;
Means for calculating an output signal function indicating an output signal from the feed element based on the acquired current value and a preset electromagnetic wave function indicating the electromagnetic wave directed to the antenna; and an antenna characteristic calculation system comprising: .
前記アンテナ及び測定手段を収容する箱体と
を備え、
前記取得手段は、測定手段に電気的に接続され、測定手段が測定したRF磁界を電流値に換算することで取得すべくなしてあり、
前記箱体は、内壁に電磁波吸収手段を有する
ことを特徴とする請求項4に記載のアンテナ特性算出システム。 Measuring means for measuring an RF magnetic field generated in the vicinity of a feeding element and a parasitic element of the antenna;
A box that houses the antenna and the measuring means,
The acquisition means is electrically connected to the measurement means, and is obtained by converting the RF magnetic field measured by the measurement means into a current value,
The antenna characteristic calculation system according to claim 4, wherein the box has an electromagnetic wave absorbing means on an inner wall.
各可変容量デバイスの容量を調整する手段と、
給電素子に給電することにより、給電素子及び無給電素子の近傍に発生するRF磁界に基づく電流値を受け付ける手段と、
受け付けた電流値、及び前記アンテナへ向かう電磁波を示す電磁波関数に基づいて、給電素子からの出力信号を示す出力信号関数を算出する手段と
を備えることを特徴とするアンテナ特性算出装置。 One feeding element and a plurality of parasitic elements that are arranged at positions separated from the feeding element and to which variable capacitance devices are respectively connected, and the directivity changes according to the capacitance of each variable amount device. In the antenna characteristic calculation device for calculating the antenna characteristic,
Means for adjusting the capacity of each variable capacity device;
Means for receiving a current value based on an RF magnetic field generated in the vicinity of the feeding element and the parasitic element by feeding power to the feeding element;
An antenna characteristic calculation apparatus comprising: means for calculating an output signal function indicating an output signal from a power feeding element based on an accepted current value and an electromagnetic wave function indicating an electromagnetic wave directed to the antenna.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004080642A JP2005269382A (en) | 2004-03-19 | 2004-03-19 | Method, system and device for calculating antenna characteristic |
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KR101515477B1 (en) * | 2013-11-22 | 2015-05-04 | 한국공항공사 | Device and method for sensing damage of parasitic radiator |
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2004
- 2004-03-19 JP JP2004080642A patent/JP2005269382A/en active Pending
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