JP2013152135A - フェーズドアレーアンテナの校正経路測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】校正経路の誤差を検出する機能を備えたフェーズドアレーアンテナの校正経路測定装置を得る。
【解決手段】アンテナモジュール１、２内で、校正信号入力用の方向性結合器１２、２２の終端端子を終端状態と全反射状態を切替える信号切替えスイッチを備える。校正経路の測定時に信号切替スイッチ１２、２２を全反射状態に切替えて、校正信号の反射信号をサーキュレータ４２により分離し、校正信号と反射信号との位相差および振幅比を測定し、各測定値に１／２を乗算した結果をアンテナモジュール１、２の校正時に測定結果から差し引くことにより、校正経路を単体で測定または調整することなく、校正経路の誤差を補正する。
【選択図】図１

Description

この発明はフェーズドアレーアンテナ（ＡＰＡＡ：Ａｃｔｉｖｅ Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ Ａｎｔｅｎｎａ）に関し、特にアンテナモジュール間の校正経路測定装置に関するものである。

従来から、複数のアンテナモジュールを同期させることにより、１つの高性能アンテナとして動作するフェーズドアレーアンテナは、よく知られている。
また、この種のフェーズドアレーアンテナにおいて、各アンテナモジュール間の通過位相および利得の誤差は、アンテナ放射特性の誤差として検出されることも知られている。

そこで、従来から、隣接する各アンテナモジュール間の誤差を補正して校正するための位相補正装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
一方、試験用の基準送信機から各アンテナモジュールにテスト信号を送信し、各アンテナモジュールの受信特性の平均からのずれを補正することにより校正を行う技術も提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
ただし、上記特許文献、特許文献２に記載のフェーズドアレーアンテナの校正装置は、いずれも各校正経路の誤差を検出する手段を備えていない。

特開２００４−２９４２２３号公報 特開２０００−１６２３０３号公報

従来のフェーズドアレーアンテナの校正装置は、各校正経路の誤差を検出する手段を備えていないことから、アンテナを組み立てる段階で、各校正経路の誤差の測定を行いながら補正する必要があるので、組み立て工数が増大するという課題があった。
また、アンテナモジュールが故障した際の交換時には、再度誤差の測定を行う必要があるという課題があった。さらに、校正経路が何らかの理由で特性が劣化していても、劣化検知手段を備えていないことから、アンテナモジュール自体の劣化なのか、または校正経路の劣化なのかを知るために、再度の分解測定を行う必要があるので、整備のために多大な労力および時間を要するという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、校正経路の誤差を検出する機能を備えたフェーズドアレーアンテナの校正経路測定装置を得ることを目的とする。

この発明に係るフェーズドアレーアンテナの校正経路測定装置は、複数のアンテナモジュールが同期して１つのアンテナとして動作するフェーズドアレーアンテナの校正経路測定装置であって、誤差校正用の校正信号を生成する基準送信機と、校正信号を複数のアンテナモジュールの各々に切替えて配信するためのアンテナ切替スイッチと、複数のアンテナモジュールの各アンテナ素子の経路に設置されて、校正信号を取り込むための方向性結合器と、方向性結合器の終端端子を終端状態と全反射状態とに切替えることにより、複数のアンテナモジュールの各々に校正信号を入力する状態と複数のアンテナモジュールの各々から校正信号を反射する状態とを切替える信号切替スイッチと、校正信号を反射する状態で複数のアンテナモジュールの各々から受信される反射信号の校正信号に対する誤差を演算する校正演算処理部と、を備えたものである。

この発明によれば、校正信号を入力するための方向性結合器の終端端子を終端状態と全反射状態を切替える信号切替スイッチを設け、アンテナモジュールに送られる校正信号とアンテナモジュールからの反射信号の位相差および減衰量を測定し、各測定値を１／２に除算することにより、校正経路（校正信号分配系）の誤差を表す通過位相および減衰量を測定することができるので、組み立て工数を軽減させることが可能となる。

この発明の実施の形態１が適用されるフェーズドアレーアンテナの構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る校正経路測定装置の特性を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１による校正経路測定回路の具体的構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２による校正経路測定回路の具体的構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態３による校正経路測定回路の具体的構成を示すブロック図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の構成を示すブロック図である。
図１において、この発明の実施の形態１が適用されるフェーズドアレーアンテナは、アンテナおよび無線信号の処理を行うアンテナモジュール１、２と、校正信号を各アンテナモジュール１、２に配信する基準送信機２０と、基準送信機２０からの校正信号を復調してアンテナモジュール１、２の相互間の誤差補正演算を行う校正演算処理部３０と、基準送信機２０から各アンテナモジュール１、２までの校正信号の通過位相および減衰量を測定する校正経路測定回路４０と、を備えている。

各アンテナモジュール１、２は、同一の回路構成からなり、アンテナモジュール１内の回路要素１１〜１６は、アンテナモジュール２内の回路要素２１〜２６に、それぞれ対応している。したがって、以下、代表的に、アンテナモジュール１に注目して説明する。

アンテナモジュール１は、無線信号の送受信を行うアンテナ素子１１と、アンテナ素子１１の経路に配置された校正信号入力用の方向性結合器１２と、方向性結合器１２の終端端子に接続された信号切替スイッチ１３と、信号切替スイッチ１３の一方の出力端に接続された終端器１４と、信号切替スイッチ１３の他方の出力端に接続された反射器１５と、方向性結合器１２と校正演算処理部３０との間に挿入されてアンテナ素子１１に対し無線信号の送受信を行う送受信部１６と、を備えている。

校正経路測定回路４０による校正信号経路の測定時において、アンテナモジュール１内の信号切替スイッチ１３は、反射器１５側を短絡することにより、方向性結合器１２を介して校正信号を全反射させる。
また、アンテナモジュール１の校正時において、信号切替スイッチ１３は、終端器１４側を短絡することにより、方向性結合器１２を介して校正信号が送受信部１６に入力されるようにする。

校正経路測定回路４０は、基準送信機２０に接続された分配器４１と、分配器４１に接続されたサーキュレータ４２と、サーキュレータ４２と各アンテナモジュール１、２との間に挿入されたアンテナ切替スイッチ４３と、分配器４１およびサーキュレータ４２の反射側端子に接続された位相差・振幅比測定器５０と、位相差・振幅比測定器５０に接続された１／２演算回路４４と、を備えている。

基準送信機２０から生成された校正信号は、分配器４１で２つの校正信号に分配され、２つの校正信号のうちの一方は、サーキュレータ４２およびアンテナ切替スイッチ４３を介して、各アンテナモジュール１、２に配信される。
分配器４１で分配された校正信号の他方は、位相差・振幅比測定器５０に入力される。また、サーキュレータ４２の反射側端子からの出力信号（校正信号の反射信号）も、位相差・振幅比測定器５０に入力される。

位相差・振幅比測定器５０は、分配器４１からの校正信号と、サーキュレータ４２からの反射信号と、の位相差および振幅比を測定する。
位相差・振幅比測定器５０の測定結果（位相差、振幅比）は、１／２演算回路４４において１／２が乗算されて、校正経路測定回路４０の測定値（通過位相、減衰量）となり、校正演算処理部３０に与えられる。

次に、図２を参照しながら、図１に示した２つのアンテナモジュール１、２を例にとって、補正動作について説明する。
図２はこの発明の校正経路（点線矢印参照）の特性を示すブロック図であり、２つのアンテナモジュール１、２の場合の校正信号の通過位相φおよび減衰量Ａを示している。

図２において、基準送信機２０から分配器４１までの間の通過位相をφ_１［°］、減衰量をＡ_１［ｄＢ］とする。
同様に、分配器４１からサーキュレータ４２を介してアンテナ切替スイッチ４３に至る経路の通過位相および減衰量をφ_２、Ａ_２とし、アンテナ切替スイッチ４３からアンテナモジュール１までの通過位相および減衰量をφ_３、Ａ_３とし、アンテナ切替スイッチ４３からアンテナモジュール２までの通過位相および減衰量をφ’_３、Ａ’_３とする。

また、アンテナ切替スイッチ４３からサーキュレータ４２を介して位相差・振幅比測定器５０に至るまでの通過位相および減衰量をφ_４、Ａ_４とし、分配器４１から位相差・振幅比測定器５０までの通過位相および減衰量をφ_５、Ａ_５とする。
ここで、アンテナモジュール１の校正経路測定時に得られた測定結果をφ_ｍ、Ａ_ｍとし、アンテナモジュール２の校正経路測定時に得られた測定結果をφ’_ｍ、Ａ’_ｍとすると、以下の式（１）〜式（４）が得られる。

φ_ｍ＝φ_２＋φ_３＋φ_３＋φ_４−φ_５ ・・・（１）
Ａ_ｍ＝Ａ_２＋Ａ_３＋Ａ_３＋Ａ_４−Ａ_５ ・・・（２）
φ’_ｍ＝φ_２＋φ’_３＋φ’_３＋φ_４−φ_５ ・・・（３）
Ａ’_ｍ＝Ａ_２＋Ａ’_３＋Ａ’_３＋Ａ_４−Ａ_５ ・・・（４）

上記式（１）〜式（４）から、アンテナモジュール１とアンテナモジュール２との間の伝送特性差「φ_３−φ’_３」、「Ａ_３−Ａ’_３」を求めると、それぞれ、以下の式（５）、式（６）で表される。

φ_３−φ’_３＝（φ_ｍ−φ’_ｍ）／２ ・・・（５）
Ａ_３−Ａ’_３＝（Ａ_ｍ−Ａ’_ｍ）／２ ・・・（６）

上記式（５）、式（６）から明らかなように、位相差・振幅比測定器５０からの測定結果に「１／２」を乗算した結果は、各アンテナモジュール１、２の校正経路での固有の通過特性を表すことが分かる。

したがって、式（５）、式（６）の各値（各校正経路の通過特性）の差分は、各アンテナモジュール１、２の校正経路の誤差を表すことになるので、各アンテナモジュール１、２の校正時に、これらの測定結果をあらかじめ差し引くことにより、簡単に校正経路の誤差を除去した校正結果を得ることができる。
なお、位相差・振幅比測定器５０としては、たとえば、大型で高価ではあるが、ベクトルネットワークアナライザなどを用いることができる。

次に、図３を参照しながら、位相差・振幅比測定器５０の具体的な機能構成について説明する。
図３は校正経路測定回路４０内の位相差・振幅比測定器５０の具体的構成を示すブロック図であり、比較的小型で安価な回路構成例を示している。図３において、前述と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。また、図３に示されないフェーズドアレーアンテナの構成は、図１に示した通りである。

図３において、位相差・振幅比測定器５０は、サーキュレータ４２の反射側端子に接続されたミキサ５１と、分配器４１に接続されたミキサ５１ａと、ミキサ５１に接続された低域通過フィルタ５２と、ミキサ５１ａに接続された低域通過フィルタ５２ａと、ミキサ５１、５１ａに接続された周波数ｆｌｏの局部発振器５４と、低域通過フィルタ５２に接続されたＡＤ変換器５３と、低域通過フィルタ５２ａに接続されたＡＤ変換器５３ａと、ＡＤ変換器５３、５３ａに接続された位相差・振幅比演算回路５５と、を備えている。

位相差・振幅比演算回路５５の出力端子は、１／２演算回路４４ａ、４４ｂに接続されており、１／２演算回路４４ａは、通過位相を算出し、１／２演算回路４４ｂは、減衰量を算出する。
ここで、基準送信機２０（図１参照）から分配器４１を介して配信される校正信号の周波数をｆｃとすると、校正信号および反射信号の各周波数ｆｃは、ミキサ５１、５１ａにおいて、周波数ｆｌｏの局部発振器５４により、同じ中間周波数に周波数変換され、ともに周波数「ｆｃ−ｆｌｏ」となる

続いて、周波数「ｆｃ＋ｆｌｏ」に発生するイメージ成分は、低域通過フィルタ５２、５２ａにより除去される。
イメージ成分が除去された周波数「ｆｃ−ｆｌｏ」の校正信号および反射信号は、ＡＤ変換器５３、５３ａによりデジタル信号に変換されて、位相差・振幅比演算回路５５に入力される。

位相差・振幅比演算回路５５は、校正信号および反射信号をダウンコンバージョンした信号に対し、それぞれＦＦＴに代表されるデジタル信号処理を施すことにより、各信号の位相および振幅を求め、校正信号と反射信号との間の位相差φ’_ｍおよび振幅比Ａ’_ｍを求める。

このように、校正信号の経路測定時において、アンテナモジュール１、２内の信号切替スイッチ１２、２２を全反射状態に切替えて、校正信号の反射信号をサーキュレータ４２により分離し、校正信号と反射信号との位相差および振幅比を測定し、各測定値に１／２を乗算した結果を校正演算処理部３０に入力する。

これにより、校正演算処理部３０は、アンテナモジュール１、２の校正時に、校正経路測定回路４０で演算された通過位相および減衰量を、測定結果から差し引くことにより、校正経路を単体で測定または調整することなく、校正経路の誤差を補正することが可能となる。

一般に、前述のベクトルネットワークアナライザは、大型で高価な測定器となり、システムに組み込むのに適していないが、図３の校正経路測定回路４０は、比較的小型で安価な部品で構成されている。
また、図３内のＡＤ変換器５３、５３ａに代えてオシロスコープを用い、位相差・振幅比演算回路５５をＰＣ内の処理とすれば、システム組み込みに適した小型で安価な校正経路測定回路４０を実現することができる。

以上のように、この発明の実施の形態１（図１〜図３）に係るフェーズドアレーアンテナの校正経路測定装置は、複数のアンテナモジュール１、２が同期して１つのアンテナとして動作するフェーズドアレーアンテナの校正経路測定装置であって、誤差校正用の校正信号を生成する基準送信機２０と、校正信号をアンテナモジュール１、２の各々に切替えて配信するためのアンテナ切替スイッチ４３と、アンテナモジュール１、２の各アンテナ素子１１、２１の経路に設置されて、校正信号を取り込むための方向性結合器１２、２２と、方向性結合器１２、２２の終端端子を終端状態と全反射状態とに切替えることにより、アンテナモジュール１、２の各々に校正信号を入力する状態とアンテナモジュール１、２の各々から校正信号を反射する状態とを切替える信号切替スイッチ１３、２３と、校正信号を反射する状態でアンテナモジュール１、２の各々から受信される反射信号の校正信号に対する誤差を演算する校正演算処理部３０と、を備えている。

また、この発明の実施の形態１に係るフェーズドアレーアンテナの校正経路測定装置は、基準送信機２０からの校正信号を第１および第２の出力端子から分配出力する分配器４１と、分配器４１の第１の出力端子とアンテナ切替スイッチ４３の共通端子との間に挿入され、第１端子、第２端子および反射側端子を有するサーキュレータ４２と、分配器４１の第２の出力端子およびサーキュレータ４２の反射側端子に接続された位相差・振幅比測定器５０と、位相差・振幅比測定器５０により測定された位相差および振幅比の１／２を、位相差・振幅比測定器５０の校正経路の誤差として校正演算処理部３０に入力する１／２演算回路４４（４４ａ、４４ｂ）と、を備えている。

サーキュレータ４２は、分配器４１の第１の出力端子からサーキュレータ４２の第１端子に入力される校正信号を、サーキュレータ４２の第２端子およびアンテナ切替スイッチ４３を介してアンテナモジュール１、２の各々に配信するとともに、アンテナ切替スイッチを介してサーキュレータ４２の第２端子に受信される反射信号を、サーキュレータ４２の反射側端子を介して位相差・振幅比測定器５０に入力する。

さらに、この発明の実施の形態１（図３）による位相差・振幅比測定器５０は、分配器４１の第２の出力端子から受信される校正信号と、サーキュレータ４２の反射側端子から受信される反射信号とを、同じ中間周波数に変換するミキサ５１、５１ａおよび局部発振器５４を備えており、中間周波数において、校正信号と反射信号との位相差および振幅比を測定する。

このように、校正信号入力用の方向性結合器１２、２２の終端端子を終端状態と全反射状態とに切替える信号切替スイッチ１３、２３を設け、アンテナモジュール１、２に送られる校正信号とアンテナモジュール１、２からの反射信号との位相差および減衰量を測定し、各測定値を１／２に除算することにより、校正経路（校正信号分配系）の誤差を表す通過位相および減衰量を測定することができるので、組み立て工数を軽減させることが可能となる。

実施の形態２．
なお、上記実施の形態１（図３）では、位相差・振幅比測定器５０の受信側において、ミキサ５１、５１ａおよび局部発振器５４を用いたが、図４のように、直交ミキサ５６を用いてもよい。

図４はこの発明の実施の形態２による位相差・振幅比測定器５０Ａの具体的な機能構成を示すブロック図であり、前述と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ａ」を付して詳述を省略する。また、図４に示されないフェーズドアレーアンテナの構成は、図１に示した通りである。

図４において、校正経路測定回路４０Ａ内の位相差・振幅比測定器５０Ａは、前述と同様の低域通過フィルタ５２、５２ａ、ＡＤ変換器５３、５３ａおよび位相差・振幅比演算回路５５に加えて、受信側に直交ミキサ５６を備えている。
直交ミキサ５６は、サーキュレータ４２の反射側端子に入力端が接続された並列のミキサ５７、５７ａと、分配器４１に接続された移相器５８と、を備えている。

移相器５８は、局部発振器の代用として機能し、分配器４１からの校正信号に基づき、同相のＩ（０°）成分と直交のＱ（９０°）成分とからなる局発信号を生成する。
移相器５８からの局発信号のうち、Ｉ信号（０°）はミキサ５７に入力され、Ｑ信号（９０°）はミキサ５７ａに入力される。

直交ミキサ５６において、移相器５８は、基準送信機２０から分配器４１を介して配信される校正信号を局発信号とし、各ミキサ５７、５７ａは、サーキュレータ４２から受信される反射信号を、直流の同相成分Ｖ_Ｉおよび直交成分Ｖ_Ｑに変換して低域通過フィルタ５２、５２ａに入力する。

同相成分Ｖ_Ｉおよび直交成分Ｖ_Ｑからなる信号成分ベクトル（Ｖ_Ｉ、Ｖ_Ｑ）は、局発信号として入力された校正信号に対する誤差ベクトルになるので、アンテナモジュール１の校正経路測定時に得られた測定結果φ_ｍ、Ａ_ｍとの間の関係は、以下の式（７）、式（８）のように表される。

φ_ｍ＝ｔａｎ−１（Ｖ_Ｑ／Ｖ_Ｉ） ・・・（７）
Ａ_ｍ＝２０・ｌｏｇ√（Ｖ_Ｉ ^２＋Ｖ_Ｑ ^２） ・・・（８）

したがって、以下、前述の実施の形態１と同様に、校正経路の誤差を測定することができる。

以上のように、この発明の実施の形態２（図４）に係る校正経路測定回路４０Ａによれば、位相差・振幅比測定器５０Ａは、分配器４１の第２の出力端子から受信される校正信号を局発信号として用い、サーキュレータ４２の反射側端子から受信される反射信号を入力信号とする直交ミキサ５６を備えており、直交ミキサ５６の同相信号および直交信号から得られる直流信号に基づき、校正信号と反射信号との位相差および振幅比を測定するように構成されているので、前述と同様の作用効果を奏することができる。

また、特性の良好な直交ミキサ５６を用いることにより、前述の実施の形態１（図３）の校正経路測定回路４０と比較して、局部発振器５４を不要とすることができ、また、測定値が直流信号として得られるので、ＡＤ変換器５３、５３ａの選択自由度が増すとともに、位相差・振幅比演算回路５５での演算が容易になり、さらに小型の回路構成を実現することができる。

実施の形態３．
なお、上記実施の形態１、２（図３、図４）では、位相差・振幅比測定器５０の演算部として、位相差・振幅比演算回路５５を用いたが、図５のように、第１および第２の積算器６６、６６ａ（以下、単に「積算器６６、６６ａ」という）を用いてもよい。

図５はこの発明の実施の形態３による位相差・振幅比測定器５０Ｂの具体的な機能構成を示すブロック図であり、前述と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ｂ」を付して詳述を省略する。また、図５に示されないフェーズドアレーアンテナの構成は、図１に示した通りである。

図５において、位相差・振幅比測定器５０Ｂは、サーキュレータ４２の反射側端子に接続された可変減衰器６１と、可変減衰器６１に接続された可変移相器６２と、可変移相器６２および分配器４１に接続された位相比較器６３と、可変減衰器６１に接続された第１の振幅検波器６４（以下、単に「振幅検波器６４」という）と、分配器４１に接続された第２の振幅検波器６４ａ（以下、単に「振幅検波器６４ａ」という）と、位相比較器６３および基準値（０レベルまたはオフセットレベルからなる所定の収束値）に接続された第１のコンパレータ６５（以下、単に「コンパレータ６５」という）と、振幅検波器６４、６４ａに接続された第２のコンパレータ６５ａ（以下、単に「コンパレータ６５ａ」という）と、コンパレータ６５の出力端子に接続された積算器６６と、コンパレータ６５ａの出力端子に接続された積算器６６ａと、を備えている。

積算器６６の算出結果は、通過位相を算出する１／２演算回路４４ａに入力され、積算器６６ａの算出結果は、減衰量を算出する１／２演算回路４４ｂに入力される。
また、可変減衰器６１は、積算器６６ａの算出結果によりフィードバック調整され、可変移相器６２は、積算器６６の算出結果によりフィードバック調整される。

サーキュレータ４２の反射側端子から位相差・振幅比測定器５０Ｂに入力される反射信号は、可変減衰器６１により振幅レベルが可変調整された後、振幅検波器６４を介してコンパレータ６５ａの比較端子に入力される。
また、可変減衰器６１により振幅レベルが可変調整された反射信号は、さらに可変移相器６２により位相が可変調整された後、位相比較器６３の比較端子に入力される。

一方、基準送信機２０から分配器４１を介して配信される校正信号は、位相比較器６３の基準端子に入力され、位相比較器６３の出力信号は、コンパレータ６５の比較端子に入力される。なお、コンパレータ６５の基準端子には基準値が入力される。
また、分配器４１からの校正信号は、振幅検波器６４ａを介してコンパレータ６５ａの基準端子に入力される。

これにより、コンパレータ６５は、反射信号の位相を、校正信号の位相と比較し、比較結果をハイ（Ｈｉｇｈ）信号またはロー（Ｌｏｗ）信号として積算器６６に入力する。
同様に、コンパレータ６５ａは、反射信号の振幅を、校正信号の振幅と比較し、比較結果をハイ（Ｈｉｇｈ）信号またはロー（Ｌｏｗ）信号として積算器６６ａに入力する。

積算器６６、６６ａは、コンパレータ６５、６５ａの出力信号が、たとえばハイ（Ｈｉｇｈ）の場合には一定値を加算し、ロー（Ｌｏｗ）の場合には減算する演算動作を行う。
積算器６６、６６ａの演算結果は、それぞれ可変移相器６２および可変減衰器６１に与えられ、以下、同様の比較演算処理を繰り返し実行する。

上記比較演算処理が何回か繰り返し実行され後、位相比較器６３の比較結果（位相差）が所定の収束値まで収束し、振幅検波器６４ａからの校正信号の振幅と、振幅検波器６４からの反射信号の振幅とが一致すると、積算器６６、６６ａの出力値は、それぞれ可変移相器６２および可変減衰器６１の最終設定値に収束する。

積算器６６、６６ａの出力値がそれぞれ収束した時点において、可変移相器６２の設定値は、校正信号と反射信号との位相差φ_ｍを表し、可変減衰器６１の設定値は、校正信号と反射信号との振幅比Ａ_ｍを表すことになる。
したがって、前述の実施の形態１、２と同様に校正経路の測定を行うことができる。

また、この発明の実施の形態３は、実施の形態１、２と比較すると、ＡＤ変換器が不要で、演算処理が積算のみとなっている。
また、可変減衰器６１、可変移相器６２、位相比較器６３、振幅検波器６４、６４ａ、コンパレータ６５、６５ａや積算器６６、６６ａは、いずれも一般に高周波で動作し、半導体基板上にモノリシックで実装が容易な特徴を有するので、非常に小型で高速に動作する校正経路測定回路４０Ｂを実現することができる。

なお、図５においては、位相差・振幅比測定器５０Ｂ内の反射信号の経路中に、可変減衰器６１、可変移相器６２、位相比較器６３およびコンパレータ６５を挿入し、校正信号の経路中に、振幅検波器６４、６４ａおよびコンパレータ６５ａを挿入したが、逆に、校正信号の経路中に、可変減衰器６１、可変移相器６２、位相比較器６３およびコンパレータ６５を挿入し、反射信号の経路中に、振幅検波器６４、６４ａおよびコンパレータ６５ａを挿入してもよい。

以上のように、この発明の実施の形態３（図５）に係る校正経路測定回路４０Ｂによれば、位相差・振幅比測定器５０Ｂは、分配器４１の第２の出力端子から入力される校正信号、またはサーキュレータ４２の反射側端子から受信される反射信号、のいずれか一方の信号の移相および振幅を制御する可変移相器６２および可変減衰器６１と、可変移相器６２または可変減衰器６１を介した一方の信号と、可変移相器６２および可変減衰器６１を介していない他方の信号との位相差および振幅比を個別に比較するコンパレータ６５、６５ａと、コンパレータ６５、６５ａの各比較結果に応じて可変移相器および可変減衰器の設定値を個別に増減させる積算器６６、６６ａと、を備えている。

上記構成により、コンパレータ６５および積算器６６を含む第１の比較ループと、コンパレータ６５ａおよび積算器６６ａを含む第２の比較ループとを用いて、可変移相器６２および可変減衰器６１の各設定値を収束させ、収束完了時の可変移相器６２および可変減衰器６１の各設定値に対応した積算器６６、６６ａの値から、校正信号と反射信号との位相差および振幅比を測定する。

また、この発明の実施の形態３（図５）による位相差・振幅比測定器５０Ｂは、可変移相器６２および可変減衰器６１とコンパレータ６５との間に挿入された位相比較器６３と、可変減衰器６１とコンパレータ６５ａとの間に挿入された振幅検波器６４と、他方の信号の受信端子とコンパレータ６５ａとの間に挿入された振幅検波器６４ａと、を備えている。

位相比較器６３は、可変移相器６２および可変減衰器６１を介した一方の信号と他方の信号との位相差を比較結果として生成し、コンパレータ６５は、位相比較器６３の比較結果が所定の収束値（０レベルまたはオフセットレベル）に収束するまでハイレベルの出力信号を積算器６６に入力する。

また、振幅検波器６４は、可変減衰器６１を介した一方の信号をコンパレータ６５ａの比較端子に入力し、振幅検波器６４ａは、他方の信号をコンパレータ６５ａの基準端子に入力し、コンパレータ６５ａは、振幅検波器６４からの一方の信号の振幅が振幅検波器６４ａからの他方の信号の振幅に収束するまでハイレベルの出力信号を積算器６６ａに入力する。
これにより、前述と同様の作用効果を奏することができる。

１、２ アンテナモジュール、１１、２１ アンテナ素子、１２、２２ 方向性結合器、１３、２３ 信号切替スイッチ、１４、２４ 終端器、１５、２５ 反射器、１６、２６ 送受信部、２０ 基準送信機、３０ 校正演算処理部、４０、４０Ａ、４０Ｂ 校正経路測定回路、４１ 分配器、４２ サーキュレータ、４３ アンテナ切替スイッチ、４４、４４ａ、４４ｂ １／２演算回路、５０、５０Ａ、５０Ｂ 位相差・振幅比測定器、５１、５１ａ ミキサ、５２、５２ａ 低域通過フィルタ、５３、５３ａ ＡＤ変換器、５４ 局部発振器、５５ 位相差・振幅比演算回路、５６ 直交ミキサ、６１ 可変減衰器、６２ 可変移相器、６３ 位相比較器、６４、６４ａ 振幅検波器、６５、６５ａ コンパレータ、６６、６６ａ 積算器。

Claims (6)

1. 複数のアンテナモジュールが同期して１つのアンテナとして動作するフェーズドアレーアンテナの校正経路測定装置であって、
   誤差校正用の校正信号を生成する基準送信機と、
   前記校正信号を前記複数のアンテナモジュールの各々に切替えて配信するためのアンテナ切替スイッチと、
   前記複数のアンテナモジュールの各アンテナ素子の経路に設置されて、前記校正信号を取り込むための方向性結合器と、
   前記方向性結合器の終端端子を終端状態と全反射状態とに切替えることにより、前記複数のアンテナモジュールの各々に前記校正信号を入力する状態と前記複数のアンテナモジュールの各々から前記校正信号を反射する状態とを切替える信号切替スイッチと、
   前記校正信号を反射する状態で前記複数のアンテナモジュールの各々から受信される反射信号の前記校正信号に対する誤差を演算する校正演算処理部と、
   を備えたことを特徴とするフェーズドアレーアンテナの校正経路測定装置。
2. 前記基準送信機からの校正信号を第１および第２の出力端子から分配出力する分配器と、
   前記分配器の第１の出力端子と前記アンテナ切替スイッチの共通端子との間に挿入され、第１端子、第２端子および反射側端子を有するサーキュレータと、
   前記分配器の第２の出力端子および前記サーキュレータの反射側端子に接続された位相差・振幅比測定器と、
   前記位相差・振幅比測定器により測定された位相差および振幅比の１／２を、前記位相差・振幅比測定器の校正経路の誤差として前記校正演算処理部に入力する１／２演算回路と、を備え、
   前記サーキュレータは、前記分配器の第１の出力端子から前記サーキュレータの第１端子に入力される校正信号を、前記サーキュレータの第２端子および前記アンテナ切替スイッチを介して前記複数のアンテナモジュールの各々に配信するとともに、前記アンテナ切替スイッチを介して前記第２端子に受信される反射信号を、前記反射側端子を介して前記位相差・振幅比測定器に入力することを特徴とする請求項１に記載のフェーズドアレーアンテナの校正経路測定装置。
3. 前記位相差・振幅比測定器は、
   前記分配器の第２の出力端子から受信される校正信号と、前記サーキュレータの反射側端子から受信される反射信号とを、同じ中間周波数に変換するミキサおよび局部発振器を備え、
   前記中間周波数において、前記校正信号と前記反射信号との位相差および振幅比を測定することを特徴とする請求項２に記載のフェーズドアレーアンテナの校正経路測定装置。
4. 前記位相差・振幅比測定器は、
   前記分配器の第２の出力端子から受信される校正信号を局発信号として用い、前記サーキュレータの反射側端子から受信される反射信号を入力信号とする直交ミキサを備え、
   前記直交ミキサの同相信号および直交信号から得られる直流信号に基づき、前記校正信号と前記反射信号との位相差および振幅比を測定することを特徴とする請求項２に記載のフェーズドアレーアンテナの校正経路測定装置。
5. 前記位相差・振幅比測定器は、
   前記分配器の第２の出力端子から入力される校正信号、または前記サーキュレータの反射側端子から受信される反射信号、のいずれか一方の信号の移相および振幅を制御する可変移相器および可変減衰器と、
   前記可変移相器または前記可変減衰器を介した前記一方の信号と、前記可変移相器および前記可変減衰器を介していない他方の信号との位相差および振幅比を個別に比較する第１および第２のコンパレータと、
   前記第１および第２のコンパレータの各比較結果に応じて前記可変移相器および前記可変減衰器の設定値を個別に増減させる第１および第２の積算器と、を備え、
   前記第１のコンパレータおよび前記第１の積算器を含む第１の比較ループと、前記第２のコンパレータおよび前記第２の積算器を含む第２の比較ループとにより、前記可変移相器および前記可変減衰器の各設定値を収束させ、
   収束完了時の前記可変移相器および前記可変減衰器の各設定値に対応した前記第１および第２の積算器の値により、前記校正信号と前記反射信号との位相差および振幅比を測定することを特徴とする請求項２に記載のフェーズドアレーアンテナの校正経路測定装置。
6. 前記位相差・振幅比測定器は、
   前記可変移相器および前記可変減衰器と前記第１のコンパレータとの間に挿入された位相比較器と、
   前記可変減衰器と前記第２のコンパレータとの間に挿入された第１の振幅検波器と、
   前記他方の信号の受信端子と前記第２のコンパレータとの間に挿入された第２の振幅検波器と、を備え、
   前記位相比較器は、前記可変移相器および前記可変減衰器を介した前記一方の信号と前記他方の信号との位相差を比較結果として生成し、
   前記第１のコンパレータは、前記位相比較器の比較結果が所定の収束値に収束するまでハイレベルの出力信号を前記第１の積算器に入力し、
   前記第１の振幅検波器は、前記可変減衰器を介した前記一方の信号を前記第２のコンパレータの比較端子に入力し、
   前記第２の振幅検波器は、前記他方の信号を前記第２のコンパレータの基準端子に入力し、
   前記第２のコンパレータは、前記第１の振幅検波器からの前記一方の信号の振幅が前記第２の振幅検波器からの前記他方の信号の振幅に収束するまでハイレベルの出力信号を前記第２の積算器に入力することを特徴とする請求項５に記載のフェーズドアレーアンテナの校正経路測定装置。

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