JP2016116124A - Distributed array antenna device and side lobe suppression method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数のアンテナ装置をアレー状に配置し、所定方向(受信端)で同相合成となるように送信信号の位相および振幅を制御する分散アレーアンテナ装置において、サイドローブの電力を抑圧する分散アレーアンテナ装置およびサイドローブ抑圧方法に関する。 The present invention suppresses sidelobe power in a distributed array antenna apparatus in which a plurality of antenna apparatuses are arranged in an array and the phase and amplitude of a transmission signal are controlled so as to be in-phase combined in a predetermined direction (receiving end). The present invention relates to a distributed array antenna apparatus and a sidelobe suppression method.
衛星通信システムのブロードバンド化に対応して、使用するアンテナ装置の高利得化が必要になっている。高利得なアンテナ装置は大型化により実現できるが、アンテナ装置の大型化による設置場所やコストの増大が問題となる。この問題を解決する方法として、複数のアンテナをアレー状に配置し、受信端で同相合成となるように送信信号の位相および振幅を制御する分散アレーアンテナ装置が提案されている(特許文献1)。 In response to the broadbandization of satellite communication systems, it is necessary to increase the gain of antenna devices to be used. Although a high gain antenna device can be realized by increasing the size, an increase in installation location and cost due to the increase in size of the antenna device becomes a problem. As a method for solving this problem, a distributed array antenna apparatus has been proposed in which a plurality of antennas are arranged in an array and the phase and amplitude of a transmission signal are controlled so as to achieve in-phase synthesis at the receiving end (Patent Document 1). .
このような分散アレーアンテナ装置では、大型のアンテナ装置を用いることなく、複数の既存の小型アンテナの組合せでアンテナ装置の高利得化を実現することができる。さらに、複数のアンテナ装置を組み合わせることで、冗長性が担保され、故障耐性が非常に高くなる。 In such a distributed array antenna device, a high gain of the antenna device can be realized by combining a plurality of existing small antennas without using a large antenna device. Furthermore, by combining a plurality of antenna devices, redundancy is ensured and fault tolerance is very high.
図4は、従来の分散アレーアンテナ装置の構成例を示す。
図4において、分散アレーアンテナ装置は、複数のアンテナ装置11−1〜11−Nと、送信信号および受信信号を処理する変復調器12と、送信信号を複数のアンテナ装置11−1〜11−Nに分配し、複数のアンテナ装置11−1〜11−Nの受信信号を合成して変復調器12に出力する信号合成/分配器13と、送信信号の位相および振幅を設定する位相・振幅設定部14−1〜14−Nと、各アンテナの指向方向誤差を検出し、その指向方向誤差を補償して受信端で同相合成となるように各位相・振幅設定部を制御する誤差検出・位相振幅制御部15とを備える。
FIG. 4 shows a configuration example of a conventional distributed array antenna apparatus.
4, the distributed array antenna apparatus includes a plurality of antenna apparatuses 11-1 to 11-N, a modulator /
なお、誤差検出・位相振幅制御部15において各アンテナの指向方向誤差を検出するための手段は図面上省略している。具体的には、次のようにして受信端で同相合成となるように位相および振幅が制御される。まず、各アンテナ装置は指向方向追尾機構を有し、所望の受信端に対応する指向方向を機械的に追尾・捕捉する。誤差検出・位相振幅制御部15は、各アンテナ装置の指向方向が受信端に向いた状態で送信信号の位相と振幅を変化させ、各アンテナ装置から受信端までの経路長補正と位相差の補正を同時に行いながら、観測する受信信号(折り返し信号)が最大となる振幅および位相量(誤差補償量)を求め、その誤差補償量に基づいて各位相・振幅設定部を制御することにより、受信端における同相合成を実現する。
Note that means for detecting the directivity direction error of each antenna in the error detection / phase
図4に示す従来の分散アレーアンテナ装置では、受信端で同相合成となるように送信信号の位相および振幅を制御することにより、メインローブ方向の電力を増大させることが可能となる。しかしながら、サイドローブ方向の電力もメインローブ方向と同様に同相合成されるため、メインローブの電力増加量と同等の電力がサイドローブ方向でも増加する。増大したサイドローブ方向に、同一周波数帯域を使用する別のアンテナ装置が存在する場合、サイドローブ方向の電力の増大によりそのアンテナ装置に与える干渉が増大する。 In the conventional distributed array antenna apparatus shown in FIG. 4, it is possible to increase the power in the main lobe direction by controlling the phase and amplitude of the transmission signal so that in-phase combining is performed at the receiving end. However, since the power in the side lobe direction is also in-phase combined in the same manner as in the main lobe direction, the power equivalent to the power increase amount in the main lobe also increases in the side lobe direction. When another antenna device using the same frequency band exists in the increased side lobe direction, the interference given to the antenna device increases due to an increase in power in the side lobe direction.
本発明は、同相合成によるメインローブ方向の電力を増大させながらサイドローブ方向の電力を抑圧することができる分散アレーアンテナ装置およびサイドローブ抑圧方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a distributed array antenna apparatus and a side lobe suppression method capable of suppressing the power in the side lobe direction while increasing the power in the main lobe direction by in-phase synthesis.
第1の発明は、アンテナの指向方向を所定方向に調整する指向方向追尾機構をそれぞれ含み、アレー状に配置された複数のアンテナ装置と、各アンテナから送信する送信信号の位相および振幅を制御し、各アンテナの指向方向の調整後の指向方向誤差を補償して所定方向の位相が同相合成となるように制御する指向方向誤差補償手段とを備えた分散アレーアンテナ装置において、複数のアンテナ装置の少なくとも1つのアンテナ装置から送信される信号の経路に、金属または誘電体を周期配列した構造で特定の周波数帯域の信号を透過し、その信号の入射角により透過後の信号の放射位相が異なる特性を有する構造体を配置し、指向方向誤差補償手段による指向方向誤差の補償によりメインローブ方向は同相合成を行い、かつサイドローブ方向は異なる位相で電力合成を行う構成である。 The first invention includes a directivity direction tracking mechanism that adjusts the directivity direction of an antenna to a predetermined direction, and controls a plurality of antenna devices arranged in an array and the phase and amplitude of a transmission signal transmitted from each antenna. In a distributed array antenna apparatus comprising a directivity direction error compensation means that compensates a directivity direction error after adjusting a directivity direction of each antenna and controls a phase in a predetermined direction to be in-phase combined, a plurality of antenna devices A characteristic in which a signal of a specific frequency band is transmitted through a path of a signal transmitted from at least one antenna device in a structure in which metals or dielectrics are periodically arranged, and the radiation phase of the transmitted signal varies depending on the incident angle of the signal The main lobe direction is in-phase combined by compensating the pointing direction error by the pointing direction error compensation means, and the side lobe method It is configured to perform power combining in different phases.
第1の発明の分散アレーアンテナ装置において、構造体は、アンテナ装置の一次放射器の開口面の近傍、またはアンテナ反射器の反射面または開口面の近傍、またはアンテナ装置を覆うレドームに配置される。 In the distributed array antenna device of the first invention, the structure is arranged in the vicinity of the opening surface of the primary radiator of the antenna device, in the vicinity of the reflecting surface or opening surface of the antenna reflector, or in the radome that covers the antenna device. .
第2の発明は、アンテナの指向方向を所定方向に調整する指向方向追尾機構をそれぞれ含み、アレー状に配置された複数のアンテナ装置と、各アンテナから送信する送信信号の位相および振幅を制御し、各アンテナの指向方向の調整後の指向方向誤差を補償して所定方向の位相が同相合成となるように制御する指向方向誤差補償手段とを備えた分散アレーアンテナ装置のサイドローブ抑圧方法において、複数のアンテナ装置の少なくとも1つのアンテナ装置から送信される信号の経路に、金属または誘電体を周期配列した構造で特定の周波数帯域の信号を透過し、その信号の入射角により透過後の信号の放射位相が異なる特性を有する構造体を配置し、指向方向誤差補償手段による指向方向誤差の補償によりメインローブ方向は同相合成を行い、かつサイドローブ方向は異なる位相で電力合成を行う。 The second invention includes a directivity direction tracking mechanism that adjusts the directivity direction of the antenna to a predetermined direction, and controls a plurality of antenna devices arranged in an array and the phase and amplitude of a transmission signal transmitted from each antenna. In the sidelobe suppression method of the distributed array antenna apparatus comprising the directivity direction error compensation means for compensating the directivity direction error after adjustment of the directivity direction of each antenna and controlling the phase of the predetermined direction to be in-phase synthesis, A signal in a specific frequency band is transmitted through a path of a signal transmitted from at least one antenna device of a plurality of antenna devices in a structure in which metals or dielectrics are periodically arranged, and the transmitted signal is transmitted according to the incident angle of the signal. Structures with different radiation phases are arranged, and the main lobe direction is in-phase combined by compensating the pointing direction error by the pointing direction error compensation means. And side lobe direction performs power combining in different phases.
本発明は、複数のアンテナ装置から送信される信号の少なくとも1つが構造体を通過する状態で、所定方向(受信端)で同相合成となるように指向方向誤差を補償することにより、メインローブ方向の位相が同相合成される一方で、構造体の機能によりサイドローブ方向は異なる位相で電力合成されるため、結果的にサイドローブを抑圧することができる。よって、サイドローブ方向のアンテナ装置に与える干渉を低減することができる。 The present invention compensates the directivity direction error so that in-phase synthesis is performed in a predetermined direction (reception end) in a state where at least one of signals transmitted from a plurality of antenna devices passes through the structure, and thereby the main lobe direction However, the side lobe directions are combined with each other according to the function of the structure, so that the side lobes can be suppressed. Therefore, the interference given to the antenna device in the side lobe direction can be reduced.
図1は、本発明の分散アレーアンテナ装置の実施例構成を示す。
図1において、複数のアンテナ装置11−1〜11−N、変復調器12、信号合成/分配器13、位相・振幅設定部14−1〜14−N、誤差検出・位相振幅制御部15は、図4に示す従来の分散アレーアンテナ装置と同様の構成であり、それぞれ同様の処理を行う。
FIG. 1 shows an embodiment of a distributed array antenna apparatus according to the present invention.
In FIG. 1, a plurality of antenna devices 11-1 to 11-N, a modulator /
本発明の分散アレーアンテナ装置の特徴は、アンテナ装置11−1〜11−Nの少なくとも1つのアンテナ装置から送信される信号の経路に、金属または誘電体などを周期配列した構造体23を配置するところにある。構造体23は、特定の周波数帯域の信号を透過し、その信号の入射角により透過する信号の放射位相が異なる特性を有する。
A feature of the distributed array antenna apparatus of the present invention is that a
構造体23の具体的な配置位置としては、次のいずれでもよい。
(1) 少なくとも1つのアンテナ装置の一次放射器21の開口面の近傍。
(2) 少なくとも1つのアンテナ装置のアンテナ反射器22の反射面の近傍。
(3) 少なくとも1つのアンテナ装置のアンテナ反射器22の開口面の近傍(一次放射器2 1とアンテナ反射器22との間、一次放射器21の背面を含む)。
(4) 少なくとも1つのアンテナ装置の全体を覆うレドームの表面、または構造体23でき たレドーム。
なお、アンテナ装置が複数のアンテナ反射器22を用いる構造の場合には、複数のアンテナ反射器22の中間でもよい。
As a specific arrangement position of the
(1) Near the opening surface of the
(2) Near the reflection surface of the
(3) Near the opening surface of the
(4) A radome formed on the surface of the radome or the
In the case where the antenna device has a structure using a plurality of
図2は、構造体23の構造例および放射位相特性を示す。
構造体23の構造は、図2(1) に示すような素子(スロットやパッチ)をプリント基板上に周期的に複数配列した周波数選択板(非特許文献1)や、誘電体棒を周期的に配列したWoodpile型メタマテリアル(非特許文献2)などである。なお、ループ型のスロットの一辺は、透過する周波数帯域の波長の約1/4である。
FIG. 2 shows a structural example of the
The
図2(2) は、図2(1) に示す構造体23に対して、紙面鉛直方向から電磁波を入射したときの入射角度に対する放射位相差の関係を示す。入射角度が大きくなるにつれて放射位相差が大きく変化することがわかる。
FIG. 2 (2) shows the relationship of the radiation phase difference with respect to the incident angle when electromagnetic waves are incident on the
このような構造体23をアンテナ装置11−1〜11−Nの一次放射器21の放射方向またはアンテナ反射器22の反射方向のいずれかに配置した状態で、誤差検出・位相振幅制御部15による制御を実施する。
In a state where such a
まず、各アンテナ装置は、指向方向追尾機構により所望の受信端に対応する指向方向を機械的に追尾・捕捉する。誤差検出・位相振幅制御部15は、各アンテナ装置の指向方向が受信端に向いた状態で送信信号の位相と振幅を変化させ、各アンテナ装置から受信端までの経路長補正と位相差の補正を同時に行いながら、観測する受信信号(折り返し信号)が最大となる振幅および位相量(誤差補償量)を求め、その誤差補償量に基づいて各位相・振幅設定部を制御することにより、受信端における同相合成を実現する。
First, each antenna device mechanically tracks and captures a directivity direction corresponding to a desired receiving end by a directivity direction tracking mechanism. The error detection / phase
ここで、誤差検出・位相振幅制御部15は、送信信号が構造体23を通過する状態で、所定方向の位相が同相合成となるように制御するが、このとき所定方向以外の位相は構造体23の機能によりアンテナ装置ごとの位相回転量が異なるため、合成時に同相合成とならない。すなわち、メインローブ方向の位相が同相合成される一方で、サイドローブ方向は異なる位相で電力合成されるため、サイドローブが抑圧されることになる。
Here, the error detection / phase
図3は、本発明の分散アレーアンテナ装置による放射パターンを示す。
ここでは、アンテナ装置を2つとした。破線は、構造体23を用いない従来法による特性である。実線は、構造体23を用いる本発明の提案法による特性である。メインローブは、同相合成による効果により従来法および提案法の違いはないが、サイドローブは提案法により2dBの改善を確認できた。
FIG. 3 shows a radiation pattern by the distributed array antenna apparatus of the present invention.
Here, two antenna devices are used. A broken line is the characteristic by the conventional method which does not use the
11−1〜11−N アンテナ装置
12 変復調器
13 信号合成/分配器
14−1〜14−N 位相・振幅設定部
15 誤差検出・位相振幅制御部
21 一次放射器
22 アンテナ反射器
23 構造体
11-1 to 11-
Claims (3)
前記各アンテナから送信する送信信号の位相および振幅を制御し、前記各アンテナの指向方向の調整後の指向方向誤差を補償して前記所定方向の位相が同相合成となるように制御する指向方向誤差補償手段と
を備えた分散アレーアンテナ装置において、
前記複数のアンテナ装置の少なくとも1つのアンテナ装置から送信される信号の経路に、金属または誘電体を周期配列した構造で特定の周波数帯域の信号を透過し、その信号の入射角により透過後の信号の放射位相が異なる特性を有する構造体を配置し、前記指向方向誤差補償手段による前記指向方向誤差の補償によりメインローブ方向は同相合成を行い、かつサイドローブ方向は異なる位相で電力合成を行う構成である
ことを特徴とする分散アレーアンテナ装置。 A plurality of antenna devices arranged in an array, each including a directivity direction tracking mechanism for adjusting the directivity direction of the antenna to a predetermined direction;
A directivity direction error that controls the phase and amplitude of a transmission signal transmitted from each antenna, compensates for the directivity error after adjustment of the directivity direction of each antenna, and controls the phase in the predetermined direction to be in-phase combined. In a distributed array antenna device comprising compensation means,
A signal of a specific frequency band is transmitted through a path of a signal transmitted from at least one antenna device of the plurality of antenna devices with a structure in which metals or dielectrics are periodically arranged, and a signal after transmission depending on an incident angle of the signal Structure having different characteristics of radiation phases of the main lobe direction by in-phase synthesis and side lobe direction by power synthesis by compensation of the directivity direction error by the directivity direction error compensation means A distributed array antenna device, characterized in that
前記構造体は、前記アンテナ装置の一次放射器の開口面の近傍、またはアンテナ反射器の反射面または開口面の近傍、または前記アンテナ装置を覆うレドームに配置される
ことを特徴とする分散アレーアンテナ装置。 The distributed array antenna apparatus according to claim 1,
The structure is disposed in the vicinity of the opening surface of the primary radiator of the antenna device, or in the vicinity of the reflection surface or opening surface of the antenna reflector, or in a radome that covers the antenna device. apparatus.
前記各アンテナから送信する送信信号の位相および振幅を制御し、前記各アンテナの指向方向の調整後の指向方向誤差を補償して前記所定方向の位相が同相合成となるように制御する指向方向誤差補償手段と
を備えた分散アレーアンテナ装置のサイドローブ抑圧方法において、
前記複数のアンテナ装置の少なくとも1つのアンテナ装置から送信される信号の経路に、金属または誘電体を周期配列した構造で特定の周波数帯域の信号を透過し、その信号の入射角により透過後の信号の放射位相が異なる特性を有する構造体を配置し、
前記指向方向誤差補償手段による前記指向方向誤差の補償によりメインローブ方向は同相合成を行い、かつサイドローブ方向は異なる位相で電力合成を行う
ことを特徴とするサイドローブ抑圧方法。 A plurality of antenna devices arranged in an array, each including a directivity direction tracking mechanism for adjusting the directivity direction of the antenna to a predetermined direction;
A directivity direction error that controls the phase and amplitude of a transmission signal transmitted from each antenna, compensates for the directivity error after adjustment of the directivity direction of each antenna, and controls the phase in the predetermined direction to be in-phase combined. In a sidelobe suppression method for a distributed array antenna device comprising compensation means,
A signal of a specific frequency band is transmitted through a path of a signal transmitted from at least one antenna device of the plurality of antenna devices with a structure in which metals or dielectrics are periodically arranged, and a signal after transmission depending on an incident angle of the signal Arrange structures with different radiation phases,
A side lobe suppression method, wherein the main lobe direction is in-phase combined and the side lobe direction is different in phase by compensation of the pointing direction error by the pointing direction error compensating means.
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WO2020149589A1 (en) * | 2019-01-18 | 2020-07-23 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Antenna module including metal structure for reducing radio waves radiated toward back lobe and electronic device including the same |
WO2023225879A1 (en) * | 2022-05-24 | 2023-11-30 | 华为技术有限公司 | Metasurface coating, radome assembly and array antenna |
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