JP2011182144A - フェーズドアレイアンテナ及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】位相誤差の補正処理を高速化し、かつ、位相誤差の補正精度を向上すること。
【解決手段】複数のアンテナパネルを、所定の数ずつグループ化するグループ化部２５１と、グループ化部２５１によってグループ化された同一グループ内のアンテナパネルにおいて、同一グループにおけるアンテナパネルから出力させるマイクロ波を同じ周波数で変調し、かつ、異なるグループ間は、それぞれ異なる周波数によって変調する変調部２５２と、同一グループ内の各アンテナパネルから出力させるマイクロ波の位相を、マイクロ波の受信側におけるグループ毎の受信電力レベルが最大となるように調整する第１位相調整部２５３とを具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、ＳＳＰＳ（Ｓｐａｃｅ Ｓｏｌａｒ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ）等に適用されるフェーズドアレイアンテナ及びその制御方法に関するものである。

近年、化石燃料の利用による二酸化炭素排出量の増加に伴い、地球温暖化などの環境問題や化石燃料枯渇などのエネルギー問題がクローズアップされている。このためクリーンエネルギーの需要は年々高まっており、それらの問題に対する解決方法の一つとしてＳＳＰＳ計画が挙げられている。
ＳＳＰＳ計画とは、図８に示すように、巨大な太陽電池パネルを搭載した人口衛星を赤道上空に打ち上げ、太陽光によって発電した電力を太陽電池パネルの中の発信モジュールによりマイクロ波に変換する。そして、マイクロ波ビーム１００を送電システム１０１から地上に設けた受電システム１０２へ送電し、地上において再び電力に変換して利用するという計画である。

これにより太陽発電の欠点である天候や時間帯に左右されること無く、クリーンなエネルギーを安定して供給することができる。この計画の実現のためには、大電力送電、マイクロ波ビーム制御、運用コストの低減などが技術課題として挙げられ、それらを満足させる方法の一つとして、上記送電システム１０１に積層アクティブ集積アンテナ（Ａｃｔｉｖｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ａｎｔｅｎｎａ ｋｏｒｏｎＡＩＡ）を用いる方法が挙げられている。また、送電の更なる高効率化を図るために、上記積層アクティブ集積アンテナにレトロディレクティブ機能を搭載することなどが検討されている。上記レトロディレクティブ機能とは、地上に設けられた受電システム１０２から送られてくるパイロット信号（誘導信号）を送電システム１０１において受信し、受信したパイロット信号の位相情報を送電アンテナから放射させるマイクロ波ビームに反映させる。

ところで、従来、多数のアンテナ素子を配列し、各アンテナ素子につながれた可変移相器でアンテナ素子の位相を変化させることによりマイクロ波ビームを制御するフェーズドアレイアンテナにおけるマイクロ波の位相誤差を補正する方法として、１つのアンテナパネルの位相を変化させたときの全アレー合成電界の振幅の変化を計測し、その計測結果に基づいて最大振幅と位相とを求め、フェーズドアレイアンテナから放射されるマイクロ波の電力合成を図る技術（ＲＥＶ法）が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開平５−２５９７２７号公報

しかしながら、上記特許文献１の方法では、１枚ずつアンテナパネルの位相を変化させ、最大振幅を計測していくため、９３０万枚以上のアンテナパネルを有するＳＳＰＳ等にＲＥＶ法を適用する場合には、１枚当たりの処理時間（約１．３ｍｓ）を９３０万枚分に換算すると、３〜４時間の処理時間が必要となっていた。これは、位相補正が完了する前に送電パネルの位置や角度が変動し、合成電力の位相にずれが生じてしまうこととなり、ＳＳＰＳのシステム仕様として処理時間１０秒以内という位相制御に要求される時間を大幅に上回ってしまうという問題があった。

また、９３０万枚以上のアンテナパネルを有するＳＳＰＳ等の場合には、１枚当たりのアンテナパネルの位相変化による電力変動は１×１０^−７％（９３０万分の１）であり、さらに、ＳＳＰＳのシステム仕様から決定される位相誤差要求（５°以下）を満たす計測精度を勘案すると、１×１０^−９％以下の電力変動を検出する精度が求められている。しかしながら、上記特許文献１の方法では、電界の振幅の変化を計測する電力計測装置の測定精度が１×１０^−２％程度であるため、従来のＲＥＶ法をＳＳＰＳに適用したとしても、ＳＳＰＳのアンテナパネルの電力変動を検出することができず、位相誤差が検出できないという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、位相誤差の補正処理を高速化し、かつ、位相誤差の補正精度を向上できるフェーズドアレイアンテナ及びその制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、複数のアンテナ素子が配列配置された複数のアンテナパネルを直線状又は平面状に接続した構成を有し、各前記アンテナ素子に入出力する信号の位相を制御するフェーズドアレイアンテナであって、複数の前記アンテナパネルを、所定の数ずつグループ化するグループ化手段と、該グループ化手段によってグループ化された同一グループ内の前記アンテナパネルにおいて、該同一グループにおける前記アンテナパネルから出力させるマイクロ波を同じ周波数で変調し、かつ、異なるグループ間は、それぞれ異なる周波数によって変調する変調手段と、前記同一グループ内の各前記アンテナパネルから出力させる前記マイクロ波の位相を、前記マイクロ波の受信側における前記グループ毎の受信電力レベルが最大となるように調整する第１位相調整手段とを具備するフェーズドアレイアンテナを提供する。

このような構成によれば、フェーズドアレイアンテナの複数のアンテナパネルを所定の数ずつグループ化させ、同じグループにグループ化されたアンテナパネルから出力させるマイクロ波は同じ周波数で変調させ、異なるグループ間の変調周波数は異ならせる。また、同じグループ内の各アンテナパネルから出力させる変調されたマイクロ波の位相が、マイクロ波の受信側においてグループ毎の受信電力レベル（受信電力量を示す振幅）を最大とするように調整される。ここで、本発明のグループ化とは、アンテナパネルを機械的にまとめることを意味するのではなく、仮想的（ソフト的）にグループを生成することを意味する。
これにより、アンテナパネル１枚ずつの位相を一致させる制御を行う従来の方法と比較して、アンテナパネルをグループ単位で同時に処理することができるので、処理を高速化させることができる。また、異なるグループ毎に異なる変調周波数を用い、各グループの受信電力レベルが最大となるように位相が調整されるので、位相補正精度を向上させることができる。

上記フェーズドアレイアンテナにおいて、前記グループ毎の位相を調整し、前記アンテナパネル全体の前記受信電力レベルが最大となる各グループの位相を決定する第２位相調整手段を具備することとしてもよい。
各アンテナパネル毎に調整された位相に基づいて、アンテナパネル全体の位相を調整するので、受信電力レベルが最大となる位相を簡便に決定することができる。

上記フェーズドアレイアンテナの前記グループ化手段は、複数の前記アンテナパネルをグループ化する第１グループ化手段と、前記第１グループ化手段によって生成された前記グループを、さらにグループ化して大グループを生成する第２グループ化手段とを具備することとしてもよい。

第１に生成されたグループを、さらにグループ化して大グループを生成することにより、各グループ間の位相調整を複数の大グループ内で並行して行うことができるので、フェーズドアレイアンテナ全体として、アンテナパネルの位相調整に係る時間を短縮することができる。

例えば、フェーズドアレイアンテナ全体に１００万枚のアンテナパネルがある場合には、１００枚のアンテナパネルで１つのグループを生成すると、１００００グループが生成され、さらに、１００００グループのうち、１００グループを１つの大グループとすると、大グループは１００個生成される。このような場合には、位相調整の処理は、１００００グループ並行に実行される１００枚分の位相調整１００回と、１００の各大グループ内での位相調整１００回と、大グループ間でのフェーズドアレイアンテナ全体での位相調整１００回との和である３００回となる。これは、グループ化を１回だけ行う場合（１００万枚のアンテナを１万枚ずつ１００個のグループを生成した場合に必要とされる処理回数である１０１００回）と比較すると、各段に速い処理回数で処理が完了することとなる。

本発明は、複数のアンテナ素子が配列配置された複数のアンテナパネルを直線状又は平面状に接続した構成を有し、各前記アンテナ素子に入出力する信号の位相を制御するフェーズドアレイアンテナの制御方法であって、複数の前記アンテナパネルを、所定の数ずつグループ化するグループ化過程と、該グループ化過程によってグループ化された同一グループ内の前記アンテナパネルにおいて、該同一グループにおける前記アンテナパネルから出力させるマイクロ波を同じ周波数で変調し、かつ、異なるグループ間は、それぞれ異なる周波数によって変調する変調過程と、前記同一グループ内の各前記アンテナパネルから出力させる前記マイクロ波の位相を、前記マイクロ波の受信側における前記グループ毎の受信電力レベルが最大となるように調整する第１位相調整過程とを有するフェーズドアレイアンテナの制御方法を提供する。

本発明は、位相誤差の補正処理を高速化し、かつ、位相誤差の補正精度を向上できるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係るフェーズドアレイアンテナにおけるアンテナパネル及びアンテナ素子の配列を示した図である。 本発明の電力供給システムの概略構成の一例を示した図である。 アンテナパネルから送信させたマイクロ波ビームが受電システムによって受電されることを説明するための図である。 各同一グループ間の共通位相を揃えることを説明するための図である。 本発明の第１の実施形態に係る位相制御の動作フローである。 本発明の第１の実施形態に係る位相制御を行った場合のグループ数と処理時間との関係を示す一例の図である。 本発明の第２の実施形態に係るフェーズドアレイアンテナにおいて、多段階でグループ化を行った場合の、グループ数と処理時間との関係を示す一例の図である。 宇宙太陽発電システムについて示した図である。

以下に、本発明に係るフェーズドアレイアンテナ及びその制御方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
〔第１の実施形態〕
以下に、本発明に係るフェーズドアレイアンテナをＳＳＰＳに適用した場合の実施形態について図面を参照して説明する。また、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナは、複数のアンテナ素子が配列配置された複数のアンテナパネルを直線状又は平面状に接続した構成を有し、各アンテナ素子に入出力する信号の位相を制御することにより、受信設備から送信されたパイロット信号の到来方向に対し信号を放射するフェーズドアレイアンテナであることを例に挙げて説明することとする。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るフェーズドアレイアンテナの概略構成を示した図である。図１に示されるように、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナは、Ｏ−ＸＹＺの直交座標系において、Ｘ−Ｙ平面上にＮ行Ｍ列で二次元配列された複数のアンテナパネルＣを備えている。隣接するアンテナパネルＣは、各結合点（図示略）において、結合されている。各アンテナパネルＣは、例えば、一辺がＡ（例えば、１ｍ程度）の正方形であり、このようなアンテナパネルＣが互いに結合されていることにより、パネル全体として１ｋｍ四方の大型フェーズドアレイアンテナが構築されている。

各アンテナパネルＣには、複数のアンテナ素子２０がＸ軸方向及びＹ軸方向に所定の距離間隔で、二次元配列されている。例えば、各アンテナパネルＣには、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に、互いの距離間隔がいずれもａとなるように、アンテナ素子２０が２次元配列されている。なお、アンテナパネルＣの端面とその端面に最も近いアンテナ素子２０との距離は、いずれもａ／２とされている。

次に、本実施形態に係る電力供給システム１の概略構成について、図２を参照して説明する。この図において、図１と同一の構成要素には、同一の符号を付している。
図２において、電力供給システム１は、電気エネルギーをマイクロ波ビーム（以下「マイクロ波」という）として送信するフェーズドアレイアンテナ２と、フェーズドアレイアンテナ２から送信されたマイクロ波を受信する受電システム３とを備えている。
フェーズドアレイアンテナ２は、例えば、宇宙空間に設けられている。受電システム３は、例えば、地上に設けられている。送電する電気エネルギーは、例えば、フェーズドアレイアンテナ２において太陽光エネルギーを変換することで得ることができる。
なお、フェーズドアレイアンテナ２は、宇宙空間に置かれる実施形態に限らず、フェーズドアレイアンテナ（送電）側と受電側との間に距離がある状況に適用可能である。

フェーズドアレイアンテナ２は、受電システム３からの位相調整信号（詳細は後述する）を受信するために設けられたアンテナ２３と、アンテナ２３により受信された位相調整信号を所定のレベルになるように増幅又は減衰して出力する調整信号受信部２４と、調整信号受信部２４から出力された情報がそれぞれ入力される制御部２５とを備えている。
更に、フェーズドアレイアンテナ２は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部２６、分波回路２７、複数の移相器２８、各移相器２８に対応して設けられた複数の後段増幅器２９、および各後段増幅器２９に対応して設けられた複数のアンテナ素子２０を備えている。

マイクロ波発生部２６は、基準マイクロ波信号を生成して分波回路２７へ出力する。
分波回路２７は、入力された基準マイクロ波信号を分波して、各アンテナ素子２０にそれぞれ対応して設けられている移相器２８に出力する。
各移相器２８は、制御部２５からそれぞれ入力された位相情報に基づいて、分波回路２７から入力された基準位相のマイクロ波に移相量を生じさせ、後段増幅器２９へ出力する。

後段増幅器２９は、アンテナ素子２０にそれぞれ対応して設けられ、外部電源（宇宙太陽発電部）より供給された電力を移相器２８から出力される信号の位相及び周波数のマイクロ波へ増幅し、アンテナ素子２０へ出力する。
アンテナ素子２０は、それぞれ電力増幅された各位相差を有するマイクロ波を受電設備
１０２（図８参照）に向けて放射する。

上記制御部２５は、例えば、マイクロコンピュータを備えており、後述の各アンテナパネルＣから送信するマイクロ波の移相量を、受電システム３から取得する位相調整信号に基づいて調整し、調整した移相量に基づく移相信号を各移相器２８に出力する。
具体的には、制御部２５は、グループ化部２５１、変調部２５２、第１位相調整部２５３、及び第２位相調整部２５４を備えている。
グループ化部２５１は、第１グループ化部（図示略）を備えており、複数のアンテナパネルＣを、所定の数ずつグループ化する。また、本発明のグループ化とは、アンテナパネルを機械的にまとめることを意味するのではなく、同じ周波数で変調させる仮想的（ソフト的）なグループを生成することを意味する。

変調部２５２は、グループ化部２５１によってグループ化された同一グループ内のアンテナパネルＣにおいて、同一グループにおけるアンテナパネルＣから送信させるマイクロ波を同じ周波数で変調し、かつ、異なるグループ間は、それぞれ異なる周波数によって変調する。
第１位相調整部２５３は、同一グループ内の各アンテナパネルＣから送信させるマイクロ波の位相を、マイクロ波の受電側におけるグループ毎の受信電力レベルが最大となるように調整する。換言すると、第１位相調整部２５３は、グループ化部２５１によってグループ化されたグループ毎に、受電側における受信電力レベルを最大とするべく、アンテナパネルＣの位相を調整する。このように、第１位相調整部２５３は、各アンテナパネルＣの位相をグループ化部２５１で規定されたグループ毎に設定し、位相情報として移相器２８に出力する。

第２位相調整部２５４は、グループ毎の位相を調整し、アンテナパネル全体の受信電力レベルが最大となる各グループの位相を決定する。具体的には、第２位相調整部２５４は、第１位相調整部２５３によって設定されたグループ毎の位相（同一グループ内のアンテナパネルから出力されるマイクロ波の合成された位相）をグループ単位で変化させ、受信側におけるマイクロ波（周波数ｆｏ）の受信電力レベルを最大とする位相を決定し、この位相を各アンテナパネルＣから送信させる位相として決定する。このように、第２位相調整部２５４は、決定した位相情報を移相器２８に出力する。また、第２位相調整部２５４がグループ単位で変化させ、受信側のマイクロ波（周波数ｆｏ）の受信電力レベルを最大とする位相は、以下「共通位相」という。

受電システム３は、フェーズドアレイアンテナ２からのマイクロ波を受信する受電アンテナ（図示略）を有する受電部３１と、受電部３１により受信されたマイクロ波を復調する復調部３２と、復調部３２により復調されたマイクロ波に基づいて周波数毎に振幅をモニタする振幅モニタ部３３と、振幅モニタ部３３による振幅の検出結果に基づく位相調整信号をフェーズドアレイアンテナ２に送信する送信用アンテナ３４とを備えている。

復調部３２は、マイクロ波発生部２６で発生させた基準マイクロ波信号と同じ周波数によって復調する。また、本実施形態においては、復調部３２が復調で使用する周波数は、マイクロ波発生部２６の周波数と同じ周波数を使用することとして説明するが、これに限定されず、マイクロ波発生部２６の周波数と異なる周波数であってもよいこととする。この場合には、振幅モニタ部３３において同一グループ毎の振幅をモニタする場合の周波数を、マイクロ波発生部２６の周波数と異ならせた分だけずらしてモニタする。

振幅モニタ部３３は、受電部３１において受信されたマイクロ波の振幅の大きさを周波数毎に計測し、振幅の大きさを示す情報を含む位相調整信号をフェーズドアレイアンテナ２に対して出力する。

次に、上述した電力供給システム１におけるフェーズドアレイアンテナ２の制御方法について、図３から図５を用いて説明する。図３は、アンテナパネルＣからマイクロ波を送信させ、受電システム３によって受電する様子を示している。ここでは、フェーズドアレイアンテナ２をＮ個のグループ（同一グループ）にグループ化し、各同一グループ内はｋ個のアンテナパネルＣを備えることを例に挙げて説明する。
制御部２５の第１グループ化部によって、フェーズドアレイアンテナ２のアンテナパネルＣが所定の数ずつ（例えば、ｋ個ずつ）グループ化され、グループＧ１，Ｇ２，・・・ＧＮのＮ個のグループが生成される。

マイクロ波発生部２６から分波回路２７に入力された基準マイクロ波信号（周波数ｆｏ）は、変調部２５２によって、各グループＧ１，Ｇ２，・・・ＧＮの同一グループ内のアンテナパネルＣから送信させるマイクロ波が同一の周波数で変調され、異なるグループ間はそれぞれ異なる周波数で変調される（図５のステップＳＡ１）。例えば、グループＧ１は周波数ｆ１（例えば、１〔ＭＨｚ〕）で変調させ、グループＧ２は周波数ｆ２（例えば、１．５〔ＭＨｚ〕）で変調させ、グループＧＮは周波数ｆＮで変調させる。

受電側の受電部３１においては、フェーズドアレイアンテナ２（送電）側からマイクロ波が受信されると、復調部３２で基準マイクロ波信号（周波数ｆｏ）と同じ周波数ｆｏによって復調され、振幅モニタ部３３に出力される。振幅モニタ部３３においては、周波数毎に受信したマイクロ波の振幅の大きさが検出されるとともに（例えば、図３の振幅モニタ部３３に記載のグラフ参照）、その検出結果を含む位相調整信号が送信用アンテナ３４を介して、フェーズドアレイアンテナ２に出力される。位相調整信号は調整信号受信部２４に取得され、さらに第１位相調整部２５３に出力される。第１位相調整部において、各同一グループ内のアンテナパネルＣのうち、１つのアンテナパネルＣの位相を変化させる（図５のステップＳＡ２）。

１つのアンテナパネルＣの位相を変化させた場合に、受電側で復調し（図５のステップＳＡ３）、受電側の振幅モニタ部３３において受信振幅（受信電力レベル）が計測され、その振幅の情報を含む位相調整信号がフェーズドアレイアンテナ２に出力される。さらに、フェーズドアレイアンテナ２側において、取得した位相調整信号に基づいて、受信振幅が最大となるアンテナパネルＣの位相が決定される（図５のステップＳＡ４）。このように、同一グループ毎の受信電力レベルに基づいて、同一グループ内のｋ個の各アンテナパネルＣに対して１個ずつ順に位相を変化させる処理が、それぞれのグループで同時に実施され、位相の調整処理が並行して実施される。

同一グループ内の１〜ｋ個のアンテナパネルＣ全てにおいて実施されたか否かが判定され、実施されている場合には、次のステップに進み、実施されていない場合には、ステップＳＡ２に戻る（図５のステップＳＡ５）。
図４には、グループ内のアンテナパネルＣの合成された位相が、各グループから送信される様子が示されている。図４に示されるように、フェーズドアレイアンテナ２側では、第２位相調整部２５４によって、同一グループの位相がグループ単位で変化させられ、グループ間の位相が調整される（図５のステップＳＡ６）。

受電側では、同一グループの位相が変化させられることにより、マイクロ波（周波数ｆｏ）の受信振幅の変化が検出されるとともに、受信振幅が最大となるグループ間の共通位相が決定される。また、決定された共通位相の情報が、フェーズドアレイアンテナ２から出力される移相量として設定される（図５のステップＳＡ７）。共通位相の設定が全グループで実施されたか否かが判定され、実施されている場合には、本処理を終了する。実施されていない場合には、ステップＳＡ６に戻り、処理を繰り返す（図５のステップＳＡ８）。
また、フェーズドアレイアンテナのアンテナパネルＣは周期的に揺動しているので、上記のようなフェーズドアレイアンテナ２の位相制御処理は、所定間隔（例えば、１０秒）毎に行うことが好ましい。

以下に、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナ及びその制御方法によって、ＳＳＰＳのアンテナパネルの位相制御を行った場合の処理にかかる時間を計測した実験結果の一例を示す。
アンテナパネルサイズは、２５００ｍ（メートル）×２３７５ｍ（メートル）とし、ＵＳＥＦ（財団法人無人宇宙実験システム研究開発機構：Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｆｏｒ Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ｓｐａｃｅ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ Ｆｒｅｅ Ｆｌｙｅｒ）におけるシステム仕様に基づくものを使用する。各アンテナパネルＣのサイズは一辺０．８ｍとし、フェーズドアレイアンテナ全体におけるアンテナパネルＣの個数を９２７７３４４枚（＝〔２５００／０．８〕×〔２３７５／０．８〕）とする。

図６に、フェーズドアレイアンテナ２内に設定するグループの個数（Ｎ）と処理時間（秒）との関係を示す。上述したように、グループ化部により、フェーズドアレイアンテナ２内にグループを３０００個設定する場合には、各グループの構成枚数は３０９２枚となる。１測定時間Ｔ＝１μｓ、繰返回数Ｉ＝２０回、移相器ビット数Ｎ＝６ｂｉｔ ２ＮＴＩ（ＵＳＥＦ ＦＹ１８成果報告書より）とすると、１グループ当たりの処理時間は、０．００１２８（秒）である。このような場合には、約７．８（秒）によって処理が完了する。
これは、従来技術のように、アンテナパネルＣの位相調整を１枚ずつ、９２７７３４４枚繰り返し処理する場合にかかる時間である１１８７５（秒）と比較すると、大幅な時間短縮となっており、かつ、ＳＳＰＳの位相調整にかかる時間の要求である１０（秒）以下を十分に満たす値となっている。

以上説明してきたように、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナ２及びその制御方法によれば、フェーズドアレイアンテナ２の複数のアンテナパネルＣを所定の数ずつグループ化させ、同一グループにグループ化されたアンテナパネルＣから送信させるマイクロ波は同じ周波数で変調させ、異なるグループ間の変調周波数は異ならせる。また、同一グループ内の各アンテナパネルＣから送信させる変調されたマイクロ波の位相が、マイクロ波の受信側においてグループ毎の受信電力レベル（例えば、受信電力量を示す振幅）を最大とするように調整される。

これにより、フェーズドアレイアンテナ２全体に対して、アンテナパネルＣの１枚ずつの位相を一致させる制御を行う従来の方法と比較して、アンテナパネルＣをグループ単位で同時に処理することができるので、処理を高速化させることができる。また、異なるグループ毎に異なる変調周波数を用い、グループ毎の受信電力レベルが最大となるように位相が調整されるので、アンテナパネル１枚の位相変化に応じた電力変動が検出しやすくなり、位相補正精度を向上させることができる。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係るフェーズドアレイアンテナについて図２を用いて説明する。
本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナは、第１の実施形態における構成に加え、グループ化部２５１に第２のグループ化部を設ける点で、上述の第１の実施形態と異なる。以下、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナについて、第１の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。

第２グループ化部は、上述した第１グループ化部によって生成されたグループを、さらにグループ化して大グループを生成する。
変調部２５２は、大グループ化された各グループに対して、基準マイクロ波信号（周波数ｆｏ）を同じ周波数で変調させ、かつ、異なる大グループ間は、それぞれ異なる周波数によって変調させる。

第１位相調整部２５３は、第１グループ化部によってグループ化された同一グループ内において、各アンテナパネルの位相調整を行い、受電側における同一グループ毎の受信電力が最大となる位相が設定される。また、第１位相調整部２５３は、第２グループ化部によって大グループ化された大グループ内において、（第１グループ化部によってグループ化された）同一グループ間での位相調整が行われ、受電側における大グループ毎の受信電力が最大となる位相が設定される。

第２位相調整部２５４は、上記第１位相調整部２５３によって調整された大グループ間の共通位相の調整を行い、受電側におけるフェーズドアレイアンテナ全体としての受信電力（周波数ｆｏのマイクロ波の受信電力）が最大となる位相を各アンテナパネルＣの位相として設定する。
このように、アンテナパネルＣのグループ化を多段階で行うことにより、グループ化を１度行う場合と比較して、処理時間を短縮することができる。

なお、本実施形態においては、第２グループ化部は、第１グループ化部によって生成されたグループを１度だけグループ化して大グループを生成することとして説明していたが、大グループを生成する回数はこれに限定されない。例えば、第２グループ化部は、第１グループ化部によって大グループを生成した後、さらに複数の大グループをグループ化し、多段階で大グループ化を行うこととしてもよい。このように、多段階でアンテナパネルのグループ化を行うことにより、各アンテナパネルＣを速やかに位相調整することができる。

また、多段階でグループ化した場合に計測された処理時間の一例を以下に示す。図７には、第２グループ化部によってグループ化される大グループ（Ｎ２）が１００個である場合において、第１グループ化部によって生成されるグループの個数（Ｎ１）と処理時間（秒）との関係を示している。例えば、９２７７３４４枚のアンテナパネルを有するフェーズドアレイアンテナにおいて、第１グループ化部によって３０００個のグループが生成され、１グループ当たりのアンテナパネルが３０９２枚とされているとする。このような場合に、第２グループ化部により、３０００グループのうち、所定の数（例えば、３０個）のグループをグループ化し、大グループが生成される（例えば、大グループは１００個）。

この場合には、フェーズドアレイアンテナ全体として位相制御に係る時間は、約４．１２（秒）によって処理が完了した。これにより、第１のグループ化部によって３０００個のグループを生成し、その後、３０００個のグループ間で第２位相調整部による位相調整をした場合（上述した第１の実施形態の実験結果により約７．８（秒））と比較しても、多段階でグループ化することにより、処理時間が短縮できることがわかる。

１ 電力供給システム
２ フェーズドアレイアンテナ
３ 受電システム
２４ 調整信号受信部
２５ 制御部
３３ 振幅モニタ部
２５１ グループ化部
２５２ 変調部
２５３ 第１位相調整部
２５４ 第２位相調整部

Claims (4)

1. 複数のアンテナ素子が配列配置された複数のアンテナパネルを直線状又は平面状に接続した構成を有し、各前記アンテナ素子に入出力する信号の位相を制御するフェーズドアレイアンテナであって、
   複数の前記アンテナパネルを、所定の数ずつグループ化するグループ化手段と、
   該グループ化手段によってグループ化された同一グループ内の前記アンテナパネルにおいて、該同一グループにおける前記アンテナパネルから出力させるマイクロ波を同じ周波数で変調し、かつ、異なるグループ間は、それぞれ異なる周波数によって変調する変調手段と、
   前記同一グループ内の各前記アンテナパネルから出力させる前記マイクロ波の位相を、前記マイクロ波の受信側における前記グループ毎の受信電力レベルが最大となるように調整する第１位相調整手段と
   を具備するフェーズドアレイアンテナ。
2. 前記グループ毎の位相を調整し、前記アンテナパネル全体の前記受信電力レベルが最大となる各グループの位相を決定する第２位相調整手段を具備する請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナ。
3. 前記グループ化手段は、
   複数の前記アンテナパネルをグループ化する第１グループ化手段と、
   前記第１グループ化手段によって生成された前記グループを、さらにグループ化して大グループを生成する第２グループ化手段と
   を具備する請求項１または請求項２に記載のフェーズドアレイアンテナ。
4. 複数のアンテナ素子が配列配置された複数のアンテナパネルを直線状又は平面状に接続した構成を有し、各前記アンテナ素子に入出力する信号の位相を制御するフェーズドアレイアンテナの制御方法であって、
   複数の前記アンテナパネルを、所定の数ずつグループ化するグループ化過程と、
   該グループ化過程によってグループ化された同一グループ内の前記アンテナパネルにおいて、該同一グループにおける前記アンテナパネルから出力させるマイクロ波を同じ周波数で変調し、かつ、異なるグループ間は、それぞれ異なる周波数によって変調する変調過程と、
   前記同一グループ内の各前記アンテナパネルから出力させる前記マイクロ波の位相を、前記マイクロ波の受信側における前記グループ毎の受信電力レベルが最大となるように調整する第１位相調整過程と
   を有するフェーズドアレイアンテナの制御方法。
   
   

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