JP2013072815A - 湾曲センサ及びフェーズドアレイアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】 フェーズドアレイアンテナの回路を複雑化することなくフェーズドアレイアンテナに搭載可能であり、実装部位の湾曲状態を検出することが可能な湾曲センサを提供する。
【解決手段】 湾曲センサは、基板に固定される第１及び第２の部材を具備する。第１の部材は、一部により基板に固定される第１の絶縁体と、第１の絶縁体の第１の形成面上に、形成される第１の経路及び第２の経路を有する第１の線路と、第１の線路へＲＦ信号が入力される第１の接続端とを備える。第２の部材は、第１の絶縁体から所定の距離だけ離れた位置に配置され、一部により基板に固定される第２の絶縁体と、第２の絶縁体の第２の形成面上に形成される第３の経路及び第４の経路を有する第２の線路と、第１の線路を流れるＲＦ信号との電磁結合により第２の線路に発生するＲＦ信号を出力する第２の接続端とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、対象物の湾曲状態を検出する湾曲センサ及びこの湾曲センサを利用したフェーズドアレイアンテナに関する。

アンテナ装置が実装された機体が湾曲した場合、アンテナ装置も合わせて湾曲し、アンテナ装置の性能が劣化するおそれがある。特にフェーズドアレイアンテナにおいては、各アンテナ素子から送受信されるＲＦ（Radio Frequency）信号の位相が不適切となり、形成されるビームの特性が劣化する。アンテナ装置運用時にアンテナ装置が湾曲した場合、この湾曲に伴うアンテナ装置の性能劣化を補償するためには、アンテナ装置の湾曲の状態を検出し、アンテナ素子毎に適切な位相設定量を算出する必要がある。

ところで、一般的な湾曲センサは、直流電圧及び直流電流により駆動され、搭載されたアンテナ装置の湾曲状態を検出する。そのため、この種の湾曲センサをアンテナ装置に搭載する場合、湾曲センサ用に、直流電圧及び直流電流を使用する回路を追加する必要がある。

特開２０１０−１６１４９７号公報

以上のように、湾曲センサをフェーズドアレイアンテナに搭載する場合、直流電圧及び直流電流により駆動される湾曲センサ用の回路を追加して搭載させなければならず、フェーズドアレイアンテナの回路が複雑化する要因となっていた。

そこで、目的は、フェーズドアレイアンテナの回路を複雑化することなくフェーズドアレイアンテナに搭載可能であり、実装部位の湾曲状態を検出することが可能な湾曲センサ及びこの湾曲センサを利用したフェーズドアレイアンテナを提供することにある。

実施形態によれば、湾曲センサは、基板に固定される第１及び第２の部材を具備する。前記第１の部材は、いずれかの面の少なくとも一部により前記基板に固定される第１の絶縁体と、前記第１の絶縁体の前記面の裏側の第１の形成面上に、前記第１の形成面の第１の端部へ接近するように形成される第１の経路、及び、前記第１の端部の近傍に位置する前記第１の経路の終端部から、前記第１の経路とは異なる方向に形成される第２の経路を有する第１のマイクロストリップ線路と、前記第１のマイクロストリップ線路へＲＦ（Radio Frequency）信号が入力される第１の接続端とを備える。前記第２の部材は、前記第１の端部側の前記第１の絶縁体から所定の距離だけ離れた位置に配置され、いずれかの面の少なくとも一部により前記基板に固定される第２の絶縁体と、前記第２の絶縁体の前記面の裏側の第２の形成面上に、前記第１の端部と対向する前記第２の形成面上の第２の端部へ接近するように形成される第３の経路、及び、前記第２の端部の近傍に位置する前記第３の経路の終端部から、前記第２の経路と同一の方向に形成される第４の経路を有する第２のマイクロストリップ線路と、前記第１のマイクロストリップ線路を流れるＲＦ信号との電磁結合により前記第２のマイクロストリップ線路に発生するＲＦ信号を出力する第２の接続端とを備える。

本実施形態に係る湾曲センサの構成を示す図である。 図１に示す湾曲センサの一点鎖線での断面を示す図である。 図１に示す湾曲センサの接続端の構成例を示す図である。 図１に示す湾曲センサの接続端の構成例を示す図である。 本実施形態の湾曲センサが搭載される装置が湾曲した際の、湾曲センサの形状を示す図である。 ＲＦ信号の伝搬位相と湾曲センサの実装部位の湾曲曲率との関係を示す図である。 図１に示す湾曲センサの構成のその他の例を示す図である。 本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナの機能構成を示すブロック図である。 図８に示すフェーズドアレイアンテナの切替部の構成例を示す図である。 図８に示すフェーズドアレイアンテナの切替部の構成例を示す図である。 図８に示すフェーズドアレイアンテナの切替部の構成例を示す図である。 図８の湾曲センサの登載例を示す図である。 図８の湾曲センサの登載例を示す図である。 図８の湾曲センサの登載例を示す図である。 図８の制御部が湾曲センサの実装部位の湾曲状態を取得する際のフローチャートである。 フェーズドアレイアンテナに湾曲センサを実装した際の構成例を示す図である。 フェーズドアレイアンテナに湾曲センサを実装した際の構成例を示す図である。 図８の制御部が湾曲センサの実装部位の湾曲状態を取得する際のフローチャートである。 図８のアンテナ部及び湾曲センサの接続例を示す図である。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

（湾曲センサについて）
図１は、本実施形態に係る湾曲センサの構成を示す模式図である。図１に示される湾曲センサは、例えば、プリント基板の表面に実装される。

湾曲センサは、第１の部材１０と、第２の部材２０とを具備する。第１の部材１０は、絶縁体１１、マイクロストリップ線路１２、第１及び第３の接続端１３，１４を備える。第２の部材２０は、絶縁体２１、マイクロストリップ線路２２、第２及び第４の接続端２３，２４を備える。

絶縁体１１及び２１は、本実施形態において直方体形状のブロックである。絶縁体１１は、プリント基板上において、絶縁体２１から所定の距離だけ離れた位置に固定される。このとき、絶縁体１１，２１間の距離は、絶縁体１１のマイクロストリップ線路１２と、絶縁体２１のマイクロストリップ線路２２との間でＲＦ信号が電磁結合により伝搬可能な距離である。また、絶縁体１１，２１は、直方体の一面が互いに対向するように取り付けられる。

図２は、図１に示す湾曲センサの一点鎖線での断面図を示す。絶縁体１１は、図２において破線で示す部位でプリント基板に固定される。ただし、固定位置は、図２の位置に限定されるわけではない。固定位置については、厳密な制限はないが、第２の部材２０と対向する面からなるべく離れた部位を固定位置とすると、より効果的である。

マイクロストリップ線路１２は、絶縁体１１上に所定の幅で形成される線路である。線路の幅は、湾曲センサが搭載される、例えばフェーズドアレイアンテナ等の装置内のインピーダンスに応じて設定される。マイクロストリップ線路１２は、図１において破線により示される第１の経路、第２の経路及び第５の経路を有する。第１の経路は、マイクロストリップ線路１２が形成される面において、絶縁体２１と対向する第１の辺へなるべく短い距離で接近するように形成される経路である。つまり、第１の経路では、マイクロストリップ線路１２は、第１の辺に対して垂直に、第１の辺へ近接する。第２の経路は、第１の辺の近傍に位置する第１の経路の終端部から、第１の辺に沿って形成される経路である。第２の経路の長さは、マイクロストリップ線路１２，２２間の電磁結合が効率的に行われるように、伝搬するＲＦ信号の半波長の奇数倍であることが望ましい。第５の経路は、第１の辺の近傍に位置する第２の経路の終端部から、なるべく短い距離で離隔するように形成される経路である。つまり、第５の経路では、マイクロストリップ線路１２は、第１の辺に対して垂直に、第１の辺から離隔する。

マイクロストリップ線路２２は、絶縁体２１上に所定の幅で形成される線路である。線路の幅は、湾曲センサが搭載される装置内のインピーダンスに応じて設定される。マイクロストリップ線路２２は、図１において破線により示される第３の経路、第４の経路及び第６の経路を備える。第３の経路は、マイクロストリップ線路２２が形成される面において、絶縁体１１と対向する第２の辺へなるべく短い距離で接近するように形成される経路である。つまり、第３の経路では、マイクロストリップ線路２２は、第２の辺に対して垂直に、第２の辺へ近接する。第４の経路は、第２の辺の近傍に位置する第３の経路の終端部から、第２の辺に沿って形成される経路である。第４の経路は、マイクロストリップ線路１２，２２間の電磁結合が効率的に行われるように、マイクロストリップ線路１２の第２の経路に対して略平行に形成される。第４の経路の長さは、第２の経路と同一の長さであることが望ましい。第６の経路は、第２の辺の近傍に位置する第４の経路の終端部から、なるべく短い距離で離隔するように形成される経路である。つまり、第６の経路では、マイクロストリップ線路２２は、第２の辺に対して垂直に、第２の辺から離隔する。

第１の部材１０は、第１及び第３の接続端１３，１４により、湾曲センサが搭載される装置と接続する。第１の接続端１３には、装置から供給されるＲＦ信号が入力される。第３の接続端１４は、第１の接続端１３から入力されたＲＦ信号を出力する。第１の接続端１３から入力されたＲＦ信号は、マイクロストリップ線路１２の第１の経路、第２の経路及び第５の経路を伝搬し、第３の接続端１４から出力される。ＲＦ信号が第２の経路を伝搬する際には、電磁結合により、マイクロストリップ線路２２にＲＦ信号が発生する。

第２の部材２０は、第２及び第４の接続端２３，２４により、湾曲センサが搭載される装置と接続する。第２の接続端２３は、マイクロストリップ線路２２に発生したＲＦ信号を出力する。

図３及び図４は、本実施形態に係る湾曲センサの第１乃至第４の接続部１３，１４，２３，２４の構成を示す模式図である。第１乃至第４の接続部１３，１４，２３，２４の構成はそれぞれ同様であるため、以下では、第１の接続部１３を例に説明する。

図３に示す第１の接続部１３は、絶縁体１１の端に到達したマイクロストリップ線路１２と、プリント基板に形成される導体層とを電気的に結合するように、絶縁体１１の側面にメッキ加工がなされて成る。

図４に示す第１の接続部１３は、金属板まで貫通するようにスルーホールが形成され、そのスルーホール内に導電性のピンが通されて成る。このとき、金属板の裏面には装置と接続用のコネクタが設置される。

図５は、本実施形態の湾曲センサが搭載される装置が湾曲した際の、湾曲センサの形状を示す模式図である。湾曲時には、図５で示すようにプリント基板がたわむ。このとき、プリント基板と第１及び第２の部材１０，２０との間には、図２で示す固定部以外で隙間が生じることとなる。また、装置が湾曲することにより、図３に示すように、第１及び第２の部材１０，２０間の距離が変化する。これにより、マイクロストリップ線路１２，２２間の電磁結合の条件が変化し、電磁結合によりマイクロストリップ線路２２で発生するＲＦ信号の特性が変化する。

以上のように、本実施形態に係る湾曲センサは、それぞれマイクロストリップ線路が形成された第１及び第２の部材１０，２０を所定の間隔だけ離して具備し、第１及び第２の部材１０，２０は一部分のみでプリント基板に固定される。このため、実装部位が湾曲すると、第１及び第２の部材１０，２０間の距離が変化し、電磁結合により発生するＲＦ信号の特性が変化する。これにより、実装部位の湾曲曲率と、ＲＦ信号の特性の変化との関係性を予め把握しておけば、電磁結合により発生するＲＦ信号の特性を監視することで、湾曲センサを実装させた部位の湾曲曲率を求めることが可能となる。なお、図６は、マイクロストリップ線路１２を伝搬するＲＦ信号との電磁結合により、マイクロストリップ線路２２で発生するＲＦ信号の伝搬位相と、湾曲センサを実装させた部位の湾曲曲率との関係を示した一例である。このように、直流電圧及び直流電流を用いる回路を形成しなくても、湾曲センサへＲＦ信号を供給することで、湾曲センサを実装した部位の湾曲曲率を検出することが可能となる。

したがって、本実施形態に係る湾曲センサによれば、湾曲センサが搭載される装置の回路構成を複雑化することなく、湾曲センサの実装部位の湾曲状態を検出することができる。

なお、本実施形態では、第１及び第２の部材１０，２０が直方体形状をとる場合を例に説明したが、第１及び第２の部材１０，２０の形状は直方体形状に限定される訳ではない。表面に形成したマイクロストリップ線路間で、電磁結合によりＲＦ信号を伝播可能であるならば、どのような形状であっても構わない。

また、本実施形態では、第１及び第２の部材１０，２０の一面が相互に対向する場合を例に説明したが、これに限定される訳ではない。例えば、マイクロストリップ線路１２の第２の経路と、マイクロストリップ線路２２の第４の経路とが、伝搬するＲＦ信号の半波長の奇数倍分だけ平行して各絶縁体１１，２１の辺近傍に形成されているならば、第１及び第２の部材１０，２０の一面がずれて対向していても構わない。

また、本実施形態では、湾曲センサは、第１及び第２の部材１０，２０を具備し、搭載される装置の一方向の湾曲曲率を検出する場合を例に説明した。しかしながら、これに限定される訳ではない。例えば、湾曲センサは、図７に示す構成をしていても構わない。図７は、本実施形態の湾曲センサのその他の構成を示す模式図である。図７に示す湾曲センサは、第３乃至第５の部材３０〜５０を具備する。

第３の部材３０と、第４の部材４０との関係は、図１における第１の部材１０と、第２の部材２０との関係と同様である。また、第３の部材３０と、第５の部材５０との関係は、図１における第１の部材１０と、第２の部材２０との関係と同様である。

第３の部材３０は、絶縁体３１及びマイクロストリップ線路３２を備える。絶縁体３１の表面には、マイクロストリップ線路３２が形成される。マイクロストリップ線路３２は、第４の部材４０に対する第１、第２及び第５の経路と、第５の部材５０に対する第１、第２及び第５の経路とを有する。この場合、絶縁体３１は、中心近傍でプリント基板に固定される。

搭載される装置が湾曲すると、第３の部材３０のマイクロストリップ線路３２と、第４の部材４０のマイクロストリップ線路４２との距離が変化し、マイクロストリップ線路３２とマイクロストリップ線路４２との間で伝搬されるＲＦ信号の特性が変化する。また、搭載される装置が湾曲すると、第３の部材３０のマイクロストリップ線路３２と、第５の部材５０のマイクロストリップ線路５２との距離が変化し、マイクロストリップ線路３２とマイクロストリップ線路５２との間で伝搬されるＲＦ信号の特性が変化する。

これにより、図７に示す湾曲センサは、二方向の湾曲の状態を検出することが可能となる。

（フェーズドアレイアンテナについて）
図８は、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナの機能構成を示すブロック図である。図８に示すフェーズドアレイアンテナは、アンテナ部１００−１〜１００−３、分配／合成部２００、送信部３００、受信部４００、監視信号生成部５００、制御部６００、メモリ７００及び湾曲センサ８００−１，８００−２を具備する。アンテナ部１００−１〜１００−３の構成はそれぞれ同様であるため、以下では、アンテナ部１００−１を説明する。

アンテナ部１００−１は、アンテナ素子１０１−１、切替部１０２−１、送信モジュール１０３−１、受信モジュール１０４−１、サーキュレータ１０５−１及び監視経路１０６−１を備える。

送信モジュール１０３−１は、移相器１０３１−１及び送信増幅器１０３２−１を備える。移相器１０３１−１は、分配／合成部２００から供給される送信信号の位相を制御する。送信増幅器１０３２−１は、移相器１０３１−１で位相が制御された信号を増幅し、増幅後の信号をサーキュレータ１０５−１を介して切替部１０２−１へ出力する。

アンテナ素子１０１−１は、切替部１０２−１と接続する。アンテナ素子１０１−１は、切替部１０２−１から供給される送信信号を空間へ送信する。また、アンテナ素子１０１−１は、レーダ信号を受信し、受信信号として切替部１０２−１へ出力する。

受信モジュール１０４−１は、移相器１０４１−１及び受信増幅器１０４２−１を備える。受信増幅器１０４２−１は、切替部１０２−１からサーキュレータ１０５−１を介して供給される受信信号を低雑音増幅する。移相器１０４１−１は、受信増幅器１０４２−１で低雑音増幅された受信信号の位相を制御し、位相制御後の受信信号を分配／合成部２００へ出力する。また、受信増幅器１０４２−１は、切替部１０２−１からサーキュレータ１０５−１を介して供給される監視信号を低雑音増幅する。移相器１０４１−１は、受信増幅器１０４２−１で低雑音増幅された監視信号の位相を制御し、位相制御後の監視信号を第１の検出信号として分配／合成部２００へ出力する。

監視経路１０６−１は、インピーダンス１０６１−１を備える。インピーダンス１０６１−１は、分配／合成部２００から供給される監視信号に付加を与え、切替部１０２−１へ出力する。また、インピーダンス１０６１−１は、切替部１０２−１から供給される送信信号に付加を与え、第２の検出信号として分配／合成部２００へ出力する。

図９乃至図１１は、切替部１０２−１の構成例を示す模式図である。

図９に示す切替部１０２１は、スイッチ１０２１１及びインピーダンス１０２１２を備える。スイッチ１０２１１は、端子１〜５を有する。端子１はサーキュレータ１０５−１と接続し、端子２は監視経路１０６−１及び湾曲センサ８００−２と接続し、端子３はアンテナ素子１０１−１と接続し、端子４は湾曲センサ８００−１と接続し、端子５はインピーダンス１０２１２と接続する。スイッチ１０２１１は、制御部６００からの指示に応じて、端子１と、端子２〜５との接続を選択的に切り替える。なお、アンテナ部１００−１〜１００−３における切替部１０２−１〜１０２−３は、全て同一のタイミングで同一の端子へ接続が切り替えられる。

例えば、送信モジュール１０３−１からの送信信号をアンテナ素子１０１−１から送信する場合、及び、アンテナ素子１０１−１で受信された受信信号を受信モジュール１０４−１へ出力する場合、スイッチ１０２１１は、端子１と端子３とを接続する。また、フェーズドアレイアンテナの湾曲状態を検出する場合には、スイッチ１０２１１は、端子１と端子４とを接続する。

フェーズドアレイアンテナの湾曲状態を検出する場合を具体的に説明すると、スイッチ１０２１１は、アンテナ部１００−２から湾曲センサ８００−１を介して供給される監視信号を、サーキュレータ１０５−１を介して受信モジュール１０４−１へ出力する。このとき、切替部１０２１は、監視経路１０６−１から供給される監視信号を、湾曲センサ８００−２を介してアンテナ部１００−３へ出力する。

また、スイッチ１０２１１は、送信モジュール１０３−１からサーキュレータ１０５−１を介して供給される送信信号を、湾曲センサ８００−１を介してアンテナ部１００−２へ出力する。このとき、切替部１０２１は、アンテナ部１００−３から湾曲センサ８００−２を介して供給される送信信号を、監視経路１０６−１へ出力する。

図１０に示す切替部１０２２は、スイッチ１０２２１を備える。スイッチ１０２２１は、端子１〜４を有する。端子１はサーキュレータ１０５−１と接続し、端子２は監視経路１０６−１及び湾曲センサ８００−２と接続し、端子３はアンテナ素子１０１−１と接続し、端子４は湾曲センサ８００−１と接続する。スイッチ１０２２１は、制御部６００からの指示により、端子１と、端子２〜４との接続を選択的に切り替える。なお、アンテナ部１００−１〜１００−３における切替部１０２−１〜１０２−３は、全て同一のタイミングで同一の端子へ接続が切り替えられる。

例えば、送信モジュール１０３−１からの送信信号をアンテナ素子１０１−１から送信する場合、及び、アンテナ素子１０１−１で受信された受信信号を受信モジュール１０４−１へ供給する場合、スイッチ１０２２１は、端子１と端子３とを接続する。また、フェーズドアレイアンテナの湾曲状態を検出する場合には、スイッチ１０２２１は、端子１と端子４とを接続する。

フェーズドアレイアンテナの湾曲状態を検出する場合を具体的に説明すると、スイッチ１０２２１は、アンテナ部１００−２から湾曲センサ８００−１を介して供給される監視信号を、サーキュレータ１０５−１を介して受信モジュール１０４−１へ出力する。このとき、切替部１０２２は、監視経路１０６−１から供給される監視信号を、湾曲センサ８００−２を介してアンテナ部１００−３へ出力する。

また、スイッチ１０２２１は、送信モジュール１０３−１からサーキュレータ１０５−１を介して供給される送信信号を、湾曲センサ８００−１を介してアンテナ部１００−２へ出力する。このとき、切替部１０２２は、アンテナ部１００−３から湾曲センサ８００−２を介して供給される送信信号を、監視経路１０６−１へ出力する。

図１１に示す切替部１０２３は、カプラ１０２３１を備える。切替部１０２３は、サーキュレータ１０５−１とアンテナ素子１０１−１とを接続する。また、切替部１０２３は、監視経路１０６−１と、湾曲センサ８００−１，８００−２とを接続する。カプラ１０２３１は、アンテナ素子１０１−１でレーダ信号が受信された場合、受信信号を監視経路１０６−１へ出力する。

フェーズドアレイアンテナの湾曲状態を検出する場合を具体的に説明すると、切替部１０２３は、アンテナ部１００−２から湾曲センサ８００−１を介して供給される監視信号を、監視経路１０６−１へ出力する。また、切替部１０２３は、監視経路１０６−１からの監視信号を湾曲センサ８００−２を介してアンテナ部１００−３へ出力する。

湾曲センサ８００−１，８００−２は、それぞれアンテナ部１００−１とアンテナ部１００−２との間、及び、アンテナ部１００−１とアンテナ部１００−３との間に設置される。湾曲センサ８００−１，８００−２の構成は、それぞれ同様であるため、以下では、湾曲センサ８００−１について説明する。

湾曲センサ８００−１は、実装される部位の湾曲状況に応じて、出力するＲＦ信号の特性を変化させるものである。湾曲センサ８００−１は、例えば、図１に示す湾曲センサと同様の構造をとる。ここでは、第１の部材１０がアンテナ部１００−１側に設置され、第２の部材２０がアンテナ部１００−２側に設置される場合を例に説明する。

図１２〜図１４は、湾曲センサ８００−１の接続例を示す模式図である。

図１２に示す湾曲センサ８００−１は、第１の部材１０の第１の接続端１３でアンテナ部１００−１と接続し、第３の接続端１４でインピーダンス８０１と接続する。また、第２の部材２０の第２の接続端２３でアンテナ部１００−２と接続し、第４の接続端２４でインピーダンス８０２と接続する。

図１３に示す湾曲センサ８００−１は、第１の部材１０の第１の接続端１３でアンテナ部１００−１と接続し、第３の接続端１４は断となっている。また、第２の部材２０の第２の接続端２３でアンテナ部１００−２と接続し、第４の接続端２４は断となっている。

図１４に示す湾曲センサ８００−１は、第１の部材１０の第１の接続端１３でアンテナ部１００−１と接続し、第３の接続端１４でアースと接続する。また、第２の部材２０の第２の接続端２３でアンテナ部１００−２と接続し、第４の接続端２４でアースと接続する。

図１２〜図１４において、アンテナ部１００−１からの送信信号は、第１の部材１０の第１の接続端１３へ供給され、第１の部材１０のマイクロストリップ線路１２を伝搬する。この送信信号との電磁結合により、第２の部材２０のマイクロストリップ線路２２に送信信号が発生する。発生した送信信号は、マイクロストリップ線路２２を伝搬し、第２の部材の第２の接続端２３からアンテナ部１００−２へ出力される。

また、アンテナ部１００−２からの監視信号は、第２の部材２０の第２の接続端２３へ供給され、第２の部材２０のマイクロストリップ線路２２を伝搬する。この監視信号との電磁結合により、第１の部材１０のマイクロストリップ線路１２に監視信号が発生する。発生した監視信号は、マイクロストリップ線路１２を伝搬し、第１の部材の第１の接続端１３からアンテナ部１００−１へ出力される。

分配／合成部２００は、送信部３００から供給される送信信号を分配し、アンテナ部１００−１〜１００−３へ出力する。また、分配／合成部２００は、アンテナ部１００−１〜１００−３の受信モジュール１０４−１〜１０４−３から供給される受信信号又は第１の検出信号を受信部４００へ出力する。

また、分配／合成部２００は、監視信号生成部５００から供給される監視信号を分配し、アンテナ部１００−１〜１００−３へ出力する。また、分配／合成部２００は、アンテナ部１００−１〜１００−３の監視経路１０６−１〜１０６−３から供給される第２の検出信号を受信部４００へ出力する。

送信部３００は、送受信制御部６０１により指示されたタイミング及び変調方式に従って送信信号を生成する。送信部３００は、生成した送信信号に対して、デジタル−アナログ変換、周波数変換及び電力増幅等の送信処理を施し、送信処理を施した送信信号を分配／合成部２００へ出力する。

受信部４００は、分配／合成部２００からの受信信号と、第１及び第２の検出信号とに対して、ベースバンド帯への周波数変換、電力増幅及びアナログ−デジタル変換等の受信処理を施し、受信処理を施した受信信号と、第１及び第２の検出信号とを制御部６００へ出力する。

監視信号生成部５００は、送受信制御部６０１により指示されたタイミング及び変調方式に従って監視信号を生成する。監視信号生成部５００は、生成した監視信号を分配／合成部２００へ出力する。

制御部６００は、例えばマイクロプロセッサからなるＣＰＵ（Central Processing Unit）を備えたもので、送受信制御部６０１及び湾曲曲率取得部６０２の機能を有する。

送受信制御部６０１は、送信部３００に対して、送信信号の生成タイミング及び変調方式等を指示する。また、送受信制御部６０１は、監視信号生成部５００に対して、監視信号の生成タイミング及び変調方式等を指示する。

湾曲曲率取得部６０２は、第１又は第２の検出信号を受け取ると、メモリ７００を参照して、湾曲センサ８００−１，８００−２が実装された部位の湾曲の状態を取得する。メモリ７００には、第１又は第２の検出信号の伝搬位相と、湾曲センサを実装させた部位の湾曲曲率との関係を表したテーブルが予め記憶されている。湾曲曲率取得部６０２は、第１又は第２の検出信号を受け取ると、メモリ７００からテーブルを読み出し、受け取った第１又は第２の検出信号の伝搬位相に対応する湾曲曲率を選択する。湾曲曲率取得部６０２は、選択した湾曲曲率を、湾曲センサ８００−１，８００−２の実装部位での湾曲の状態として外部へ出力する。

次に、以上のように構成されたフェーズドアレイアンテナによる湾曲状態取得方法を、制御部６００の処理手順に従い説明する。図１５は、本実施形態に係る制御部６００が湾曲センサ８００−１，８００−２が実装された部位の湾曲状態を取得する際のフローチャートである。図１６及び図１７は、フェーズドアレイアンテナに湾曲センサ８００を実装した構成例を示す模式図である。図１６は全体が湾曲するアンテナ装置を示し、図１７は湾曲が一定の箇所に集中するアンテナ装置を示す。なお、アンテナ全体の平均曲率が同じ場合、図１７の方が湾曲センサが実装されている部位の曲率が大きくなるため、湾曲曲率の検出の精度が向上する。また、湾曲を検出する部位以外の湾曲が少なくなることから、アンテナ装置全体の湾曲の検出・把握においても図１７の方が精度がよい。

まず、送受信制御部６０１は、監視信号生成部５００に対して、監視信号の生成タイミング及び変調方式等を指示する（ステップＳ１５１）。監視信号生成部５００は、送受信制御部６０１からの指示に従い、監視信号を生成する。生成された監視信号は、分配／合成部２００で分配され、アンテナ部１００−１〜１００−３へ出力される。監視信号は、監視経路１０６−１〜１０６−３及び切替部１０２−１〜１０２−３を介し、隣り合う一方のアンテナ部へ出力される。監視信号は、出力先の受信モジュールから第１の検出信号として分配／合成部２００へ出力される。

第１の検出信号は、分配／合成部２００から受信部４００へ出力され、受信部４００で受信処理が施された後、制御部６００へ出力される（ステップＳ１５２）。

続いて、湾曲曲率取得部６０２は、第１の検出信号を受け取ると、メモリ７００からテーブルを読み出し、受け取った第１の検出信号の伝搬位相に対応する湾曲曲率を選択する。湾曲曲率取得部６０２は、選択した湾曲曲率を、湾曲センサ８００−１，８００−２の実装部位での湾曲の状態として特定する（ステップＳ１５３）。

また、図１８は、本実施形態に係る制御部６００が湾曲センサ８００−１，８００−２が実装された部位の湾曲状態を取得する際のその他の例を示すフローチャートである。

まず、送受信制御部６０１は、送信部３００に対して、送信信号の生成タイミング及び変調方式等を指示する（ステップＳ１８１）。送信部３００は、送受信制御部６０１からの指示に従い、送信信号を生成する。生成された送信信号は、分配／合成部２００で分配され、アンテナ部１００−１〜１００−３へ出力される。送信信号は、送信モジュール１０３−１〜１０３−３及び切替部１０２−１〜１０２−３を介し、隣り合う一方のアンテナ部へ出力される。送信信号は、出力先の監視経路から第２の検出信号として分配／合成部２００へ出力される。

第２の検出信号は、分配／合成部２００から受信部４００へ出力され、受信部４００で受信処理が施された後、制御部６００へ出力される（ステップＳ１８２）。

続いて、湾曲曲率取得部６０２は、第２の検出信号を受け取ると、メモリ７００からテーブルを読み出し、受け取った第２の検出信号の伝搬位相に対応する湾曲曲率を選択する。湾曲曲率取得部６０２は、選択した湾曲曲率を、湾曲センサ８００−１，８００−２の実装部位での湾曲の状態として特定する（ステップＳ１８３）。

以上のように、本実施形態では、アンテナ部１００−１〜１００−３のそれぞれの間に、湾曲の状態に応じて特性の異なるＲＦ信号を出力する湾曲センサ８００−１，８００−２を設置する。そして、アンテナ部１００−１〜１００−３から出力され、湾曲センサ８００−１，８００−２により伝搬されるＲＦ信号の特性を分析することで、湾曲センサ８００−１，８００−２が実装された部位の湾曲の状態を特定するようにしている。

従来、湾曲の状態がフェーズドアレイアンテナの運用時に連続的に変化した場合、この湾曲の状態の変化を精度良く検出することができなかった。そのため、湾曲状態が連続的に変化した場合、性能劣化の回避は困難であった。

本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナによれば、運用時であっても、切替部１０２−１〜１０２−３を切り替えることで、湾曲センサ８００−１，８００−２へＲＦ信号が供給されることとなる。したがって、運用時であっても、湾曲センサ８００−１，８００−２が実装された部位の湾曲状態を把握することができる。

また、湾曲センサ８００−１，８００−２は、実装部位の湾曲状態に応じて、特性の異なるＲＦ信号を出力するため、直流電圧及び直流電流を用いる回路を形成しなくても、湾曲センサへＲＦ信号を供給することで、湾曲センサを実装した部位の湾曲状態を特定することが可能となる。

なお、本実施形態では、フェーズドアレイアンテナは、アンテナ部１００−１〜１００−３を具備し、アンテナ部１００−１〜１００−３の間に湾曲センサ８００−１，８００−２を具備する場合を例に説明した。しかしながら、これに限定される訳ではない。フェーズドアレイアンテナが具備するアンテナ部の数は、三個以上であっても同様に実施可能であり、湾曲センサは複数のアンテナ部の間に実装されることとなる。

また、本実施形態では、アンテナ部１００−１〜１００−３及び湾曲センサ８００−１，８００−２が一方向に並べられ、実装部位の一軸方向の湾曲を検出する場合を例に説明したが、これに限定される訳ではない。例えば、アンテナ部は、図１９に示すように、上記の軸方向とは異なる軸方向に位置するアンテナ部１００−４，１００−５と、湾曲センサ８００−３，８００−４を介して接続するようにしても構わない。このとき、アンテナ部は、切替部をさらに一つ備え、この切替部により、ＲＦ信号を異なる軸方向に位置する湾曲センサ８００−３，８００−４へ出力する。これにより、２軸方向、つまり、平面全体における湾曲を検出することが可能となる。

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…第１の部材、１１…絶縁体、１２…第１のマイクロストリップ線路、１３…第１の接続部、１４…第３の接続部、２０…第２の部材、２１…絶縁体、２２…第２のマイクロストリップ線路、２３…第２の接続部、２４…第４の接続部、３０…第３の部材、３１，４１，５１…絶縁体、３２，４２，５２…マイクロストリップ線路、４０…第４の部材、５０…第５の部材、１００−１〜１００−５…アンテナ部、１０１…アンテナ素子、１０２，１０２１，１０２２，１０２３…切替部、１０２１１，１０２２１…スイッチ、１０２１２…インピーダンス、１０２３１…カプラ、１０３…送信モジュール、１０３１…移相器、１０３２…送信増幅器、１０４…受信モジュール、１０４１…移相器、１０４２…受信増幅器、１０５…サーキュレータ、１０６…監視経路、１０６１…インピーダンス、２００…分配／合成部、３００…送信部、４００…受信部、５００…監視信号生成部、６００…制御部、６０１…送受信制御部、６０２…湾曲曲率取得部、７００…メモリ、８００−１〜８００−４…湾曲センサ

Claims (6)

1. 基板に固定される第１及び第２の部材を具備する湾曲センサにおいて、
   前記第１の部材は、
   いずれかの面の少なくとも一部により前記基板に固定される第１の絶縁体と、
   前記第１の絶縁体の前記面の裏側の第１の形成面上に、前記第１の形成面の第１の端部へ接近するように形成される第１の経路、及び、前記第１の端部の近傍に位置する前記第１の経路の終端部から、前記第１の経路とは異なる方向に形成される第２の経路を有する第１のマイクロストリップ線路と、
   前記第１のマイクロストリップ線路へＲＦ（Radio Frequency）信号が入力される第１の接続端とを備え、
   前記第２の部材は、
   前記第１の端部側の前記第１の絶縁体から所定の距離だけ離れた位置に配置され、いずれかの面の少なくとも一部により前記基板に固定される第２の絶縁体と、
   前記第２の絶縁体の前記面の裏側の第２の形成面上に、前記第１の端部と対向する前記第２の形成面上の第２の端部へ接近するように形成される第３の経路、及び、前記第２の端部の近傍に位置する前記第３の経路の終端部から、前記第２の経路と同一の方向に形成される第４の経路を有する第２のマイクロストリップ線路と、
   前記第１のマイクロストリップ線路を流れるＲＦ信号との電磁結合により前記第２のマイクロストリップ線路に発生するＲＦ信号を出力する第２の接続端と
   を備えることを特徴とする湾曲センサ。
2. 前記第２及び第４の経路の長さは、前記ＲＦ信号の半波長の奇数倍であることを特徴とする請求項１記載の湾曲センサ。
3. ＲＦ（Radio Frequency）帯の送信信号に対して送信処理を行い、前記送信処理後の送信信号を出力する送信モジュールを備える第１のアンテナ部と、
   前記第１のアンテナ部からの送信信号を受信すると、受信した送信信号を、実装された部位の湾曲状態に応じた特性で伝送する湾曲センサと、
   前記湾曲センサからの送信信号を検出信号として出力する監視経路を備える第２のアンテナ部と、
   前記第２のアンテナ部からの検出信号の特性と、前記実装部位の湾曲状態との関係を予め記憶し、前記第２のアンテナ部から前記検出信号が供給された場合、前記関係を参照して前記実装部位の湾曲状態を検出する湾曲状態検出部と
   を具備することを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。
4. ＲＦ（Radio Frequency）帯の監視信号を導通させる監視経路を備える第１のアンテナ部と、
   前記第１のアンテナ部からの監視信号を受信すると、受信した監視信号を、実装された部位の湾曲状態に応じた特性で伝送する湾曲センサと、
   前記湾曲センサからの監視信号に対して受信処理を行い、前記受信処理後の信号を検出信号として出力する受信モジュールを備える第２のアンテナ部と、
   前記第２のアンテナ部からの検出信号の特性と、前記実装部位の湾曲状態との関係を予め記憶し、前記第２のアンテナ部から前記検出信号が供給された場合、前記関係を参照して前記実装部位の湾曲状態を検出する湾曲状態検出部と
   を具備することを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。
5. 前記湾曲センサは、請求項１又は請求項２記載の湾曲センサであることを特徴とする請求項３又は４記載のフェーズドアレイアンテナ。
6. 前記フェーズドアレイアンテナにおける一定の部位で湾曲が発生する場合、
   前記湾曲センサは、前記一定の部位に実装されることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載のフェーズドアレイアンテナ。

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