JP2016219998A

JP2016219998A - Antenna device

Info

Publication number: JP2016219998A
Application number: JP2015102199A
Authority: JP
Inventors: 圭介西; Keisuke Nishi; 龍彦鈴木; Tatsuhiko Suzuki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-05-19
Filing date: 2015-05-19
Publication date: 2016-12-22
Anticipated expiration: 2035-05-19
Also published as: JP6478802B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an antenna device capable of enlarging a covering area forming a composite beam while suppressing cost.SOLUTION: The antenna device comprises element antennas 11 to 1i, phase shifters 31 to 3i for changing the phase of the signal, distribution circuits 41 to 4i for distributing signals to p pieces, and combining circuits 51 to 5p for synthesizing a plurality of signals input from the distribution circuits 41 to 4i, and a plurality of sub-arrays outputting p combined signals. The beam combiner group includes p beam combiners for receiving a signal quadrature-detected with respect to each synthesized signal output from the plurality of sub-arrays and forming a combined beam using the input signal. For the p lines connecting the distribution circuit and the combining circuits 51 to 5p, in the sub-array, the line length of each line is set so that the difference between the passing phase of the signal passing through the reference line and the passing phase of the signal passing through the other line is the specified passing phase difference.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、デジタルビームフォーミング（以下、ＤＢＦ（Digital Beam Forming）と称す。）方式のアンテナ装置に関する。 The present invention relates to a digital beam forming (hereinafter referred to as DBF (Digital Beam Forming)) type antenna apparatus.

従来、ＤＢＦ方式のアンテナ装置では、ビーム合成時の理想的な位相値に対してサブアレー単位の位相誤差が小さくできる範囲にマルチビームの形成範囲を限定し、マルチビームの形成範囲を送信ビームのカバーする範囲に限定することによって、グレーティングローブが発生しない良好なアンテナ性能を得ている。このような技術が下記特許文献１において開示されている。 Conventionally, in a DBF type antenna apparatus, a multi-beam formation range is limited to a range in which a phase error in units of subarrays can be reduced with respect to an ideal phase value at the time of beam synthesis, and the multi-beam formation range is covered by a transmission beam. By limiting to this range, good antenna performance with no grating lobe is obtained. Such a technique is disclosed in Patent Document 1 below.

特開２０１０−６８４８２号公報JP 2010-68482 A

しかしながら、上記従来の技術によれば、広覆域なマルチビームを形成する場合、ビーム合成時の理想的な位相値に対してサブアレー単位の位相誤差が小さくなるようにサブアレー単位を小さくする必要がある。そのため、サブアレー数が多くなりコストが高くなる、という問題があった。 However, according to the above conventional technique, when forming a multi-beam having a wide coverage, it is necessary to make the subarray unit small so that the phase error of the subarray unit becomes small with respect to the ideal phase value at the time of beam synthesis. is there. Therefore, there is a problem that the number of subarrays increases and the cost increases.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コストを抑制しつつ合成ビームを形成する覆域を拡大可能なアンテナ装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain an antenna device capable of expanding a coverage area for forming a combined beam while suppressing cost.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のアンテナ装置は、複数の素子アンテナと、接続する１つの素子アンテナで受信された信号の位相を変化させる複数の移相器と、ｐを２以上の正の整数とする場合に、接続する１つの移相器から出力された位相変化後の信号をｐ個に分配する複数の分配回路と、分配回路でｐ個に分配された信号のうちの１つの信号が各分配回路から入力され、入力された複数の信号を合成するｐ個の合成回路と、を有してｐ個の合成後の信号を出力する複数のサブアレーを備える。また、アンテナ装置は、複数のサブアレーから出力された各合成後の信号に対して直交検波された信号が入力され、入力された信号を用いて合成ビームを形成するビーム合成器をｐ個備えたビーム合成器群を備える。アンテナ装置では、サブアレーにおいて、分配回路とｐ個の合成回路との間を結ぶｐ個の線路について、基準となる線路を通過する信号の通過位相と他の線路を通過する信号の通過位相との差分が規定された通過位相差になるように各線路の線路長を設定することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an antenna device of the present invention includes a plurality of element antennas, a plurality of phase shifters that change the phase of a signal received by one element antenna to be connected, and When p is a positive integer of 2 or more, a plurality of distribution circuits that distribute the signal after phase change output from one connected phase shifter to p and the distribution circuit distributes the signal to p One of the signals is input from each distribution circuit, and has p number of combining circuits for combining the plurality of input signals, and includes a plurality of subarrays that output p number of combined signals. . In addition, the antenna device includes p beam combiners that receive a signal obtained by orthogonal detection with respect to each combined signal output from the plurality of subarrays and form a combined beam using the input signal. A beam combiner group is provided. In the antenna device, in the subarray, with respect to p lines connecting between the distribution circuit and the p synthesis circuits, a passing phase of a signal passing through a reference line and a passing phase of a signal passing through another line are determined. The line length of each line is set so that the difference becomes a prescribed passing phase difference.

本発明によれば、コストを抑制しつつ合成ビームを形成する覆域を拡大できる、という効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that it is possible to expand a covered area for forming a combined beam while suppressing cost.

アンテナ装置の構成例を示すブロック図Block diagram showing a configuration example of an antenna device サブアレーの構成例を示すブロック図Block diagram showing configuration example of subarray ビーム合成器群で形成される合成ビームを示す図The figure which shows the synthetic beam formed with the beam synthesizer group サブアレーの素子アンテナの素子配列の一例を示す図The figure which shows an example of the element arrangement | sequence of the element antenna of a subarray ビーム合成器群で形成される走査時の合成ビームを示す図The figure which shows the synthetic | combination beam at the time of the scanning formed with a beam synthesizer group

以下に、本発明の実施の形態にかかるアンテナ装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, an antenna device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態にかかるアンテナ装置１００の構成例を示すブロック図である。ＤＢＦ方式のアンテナ装置１００は、ｐ個の出力端を有するｎ個のサブアレーＳＢ１〜ＳＢｎと、ｎ個のサブアレーＳＢ１〜ＳＢｎのｐ個の出力端の１つと接続し、出力端から出力されたサブアレービームのＲＦ（Radio Frequency）信号の周波数をＩＦ（Intermediate Frequency）周波数に周波数変換するｐ×ｎ個の周波数変換器６と、１つの周波数変換器６と接続し、周波数変換された信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するｐ×ｎ個のＡ／Ｄ（Analog／Digital）変換器７と、１つのＡ／Ｄ変換器７と接続し、Ａ／Ｄ変換器７でデジタル信号に変換された信号を直交検波してＩ／Ｑ信号に変換するｐ×ｎ個のデジタル検波器８と、直交検波後のＩ／Ｑ信号がデジタル検波器８から入力され、入力された各Ｉ／Ｑ信号に、合成ビームを形成するビーム走査角に対応した複素ウエイトを乗じ、各Ｉ／Ｑ信号に複素ウエイトを乗じた値を加算することで合成ビームを形成するｐ個のビーム合成器９１，９２，…，９ｐを有するビーム合成器群９と、位相制御信号を出力して、サブアレーＳＢ１〜ＳＢｎが有する複数の移相器において変化させる位相の設定を行うビーム制御器１０と、を備える。上記において、ｐおよびｎは２以上の整数である。なお、図１では、記載を簡略化するため、サブアレーＳＢ１とビーム合成器群９との間のみ６〜８の符号を付与しているが、他のサブアレーとビーム合成器群９との間にも、周波数変換器６、Ａ／Ｄ変換器７、デジタル検波器８が配置されているものとする。 Embodiment.
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of an antenna device 100 according to an embodiment of the present invention. The DBF antenna device 100 is connected to n subarrays SB1 to SBn having p output terminals and one of p output terminals of the n subarrays SB1 to SBn, and the subarrays output from the output terminals are connected. A p × n frequency converter 6 that converts the frequency of the RF (Radio Frequency) signal of the beam to an IF (Intermediate Frequency) frequency and one frequency converter 6 are connected, and the frequency-converted signal is an analog signal. A p × n A / D (Analog / Digital) converter 7 for converting from a digital signal to a digital signal and one A / D converter 7, and a signal converted into a digital signal by the A / D converter 7 Is converted into an I / Q signal by quadrature detection, and an I / Q signal after quadrature detection is input from the digital detector 8, and each input I / Q signal is Beam forming a composite beam A beam combiner having p beam combiners 91, 92,..., 9p that forms a combined beam by multiplying each I / Q signal by a complex weight corresponding to the inspection angle and adding a value obtained by multiplying each I / Q signal by the complex weight. A group 9 and a beam controller 10 that outputs a phase control signal and sets a phase to be changed in a plurality of phase shifters included in the subarrays SB1 to SBn. In the above, p and n are integers of 2 or more. In FIG. 1, for simplification of description, reference numerals 6 to 8 are given only between the sub-array SB1 and the beam combiner group 9, but between the other sub-arrays and the beam combiner group 9 are given. Also, it is assumed that a frequency converter 6, an A / D converter 7, and a digital detector 8 are arranged.

サブアレーＳＢ１〜ＳＢｎのｐ個の出力端とビーム合成器群９との間に、周波数変換器６、Ａ／Ｄ変換器７およびデジタル検波器８が配置される。ビーム合成器群９を構成する各ビーム合成器９１，９２，…，９ｐは、各々が周波数変換器６、Ａ／Ｄ変換器７およびデジタル検波器８を介して異なるサブアレーＳＢ１〜ＳＢｎと接続し、異なるサブアレーＳＢ１〜ＳＢｎから出力されたサブアレービームのＲＦ信号が変換されたｎ個のＩ／Ｑ信号が入力される。 Between the p output terminals of the subarrays SB1 to SBn and the beam combiner group 9, a frequency converter 6, an A / D converter 7, and a digital detector 8 are arranged. The beam combiners 91, 92,..., 9p constituting the beam combiner group 9 are connected to different subarrays SB1 to SBn via the frequency converter 6, the A / D converter 7 and the digital detector 8, respectively. N I / Q signals obtained by converting the RF signals of the subarray beams output from the different subarrays SB1 to SBn are input.

図１において、周波数変換器６、Ａ／Ｄ変換器７、デジタル検波器８、ビーム制御器１０は、従来と同様の構成である。また、ビーム合成器群９を構成する各ビーム合成器９１，９２，…，９ｐは、従来と同様の構成である。本実施の形態のアンテナ装置１００では、複数のビーム合成器９１，９２，…，９ｐを備えることにより、同時に複数の合成ビームを形成することが可能である。 In FIG. 1, a frequency converter 6, an A / D converter 7, a digital detector 8, and a beam controller 10 have the same configuration as the conventional one. The beam combiners 91, 92,..., 9p constituting the beam combiner group 9 have the same configuration as the conventional one. The antenna apparatus 100 according to the present embodiment includes a plurality of beam combiners 91, 92, ..., 9p, so that a plurality of combined beams can be formed simultaneously.

つぎに、サブアレーＳＢ１〜ＳＢｎの構成について説明する。サブアレーＳＢ１〜ＳＢｎは同一の構成のため、一例としてサブアレーＳＢｍを用いて説明する。図２は、本実施の形態にかかるアンテナ装置１００が備えるサブアレーＳＢｍの構成例を示すブロック図である。サブアレーＳＢｍは、素子アンテナの数量ｉに対応した複数系統の構成を備える。サブアレーＳＢｍは、ＲＦ信号を受信する素子アンテナ１１〜１ｉと、素子アンテナ１１〜１ｉのうちの１つの素子アンテナと接続し、接続する素子アンテナで受信されたＲＦ信号を増幅する増幅器２１〜２ｉと、増幅器２１〜２ｉのうちの１つの増幅器と接続し、ビーム制御器１０からの位相制御信号に基づいて、接続する増幅器で増幅されたＲＦ信号の位相を変化させる移相器３１〜３ｉと、移相器３１〜３ｉのうちの１つの位相器と接続し、接続する移相器で位相が変化されたＲＦ信号をｐ個に分配する分配回路４１〜４ｉと、分配回路４１〜４ｉと接続し、分配回路４１〜４ｉでｐ個に分配された信号のうちの１つの信号が各分配回路４１〜４ｉから入力され、各分配回路４１〜４ｉから入力されたｉ個のＲＦ信号を合成して出力する合成回路５１〜５ｐと、を備える。合成回路５１〜５ｐから出力されるｐ個の合成後のＲＦ信号が、サブアレーＳＢｍが出力するｐ個のサブアレービームのＲＦ信号となる。上記において、ｉは２以上の整数である。 Next, the configuration of the subarrays SB1 to SBn will be described. Since the subarrays SB1 to SBn have the same configuration, the subarray SBm will be described as an example. FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the subarray SBm included in the antenna device 100 according to the present embodiment. The subarray SBm has a plurality of configurations corresponding to the number i of element antennas. The subarray SBm is connected to an element antenna 11 to 1i that receives an RF signal, and amplifiers 21 to 2i that are connected to one of the element antennas 11 to 1i and amplify the RF signal received by the connected element antenna. , Phase shifters 31 to 3i connected to one of the amplifiers 21 to 2i and changing the phase of the RF signal amplified by the connected amplifier based on the phase control signal from the beam controller 10; Connected to one of the phase shifters 31 to 3i, and distributes the RF signal whose phase has been changed by the connected phase shifter to p, and connected to the distribution circuits 41 to 4i Then, one of the signals distributed in p by the distribution circuits 41 to 4i is input from the distribution circuits 41 to 4i, and the i RF signals input from the distribution circuits 41 to 4i are combined. Output Comprising a combining circuit 51～5P, the. The p combined RF signals output from the combining circuits 51 to 5p become the RF signals of p subarray beams output from the subarray SBm. In the above, i is an integer of 2 or more.

図２において、素子アンテナ１１〜１ｉ、増幅器２１〜２ｉ、移相器３１〜３ｉは、従来と同様の構成である。 In FIG. 2, the element antennas 11 to 1i, the amplifiers 21 to 2i, and the phase shifters 31 to 3i have the same configuration as the conventional one.

ビーム制御器１０は、ｎ個のサブアレーＳＢ１〜ＳＢｎが備える各移相器３１〜３ｉと接続し、各移相器３１〜３ｉにおける位相の変化を制御している。ビーム制御器１０は、同じ移相器には同じ内容の位相制御信号を出力する。例えば、ビーム制御器１０は、ｎ個のサブアレーＳＢ１〜ＳＢｎが備える各移相器３１には同じ内容の位相制御信号を出力し、ｎ個のサブアレーＳＢ１〜ＳＢｎが備える各移相器３２には同じ内容の位相制御信号を出力し、ｎ個のサブアレーＳＢ１〜ＳＢｎが備える各移相器３ｉには同じ内容の位相制御信号を出力する。 The beam controller 10 is connected to each of the phase shifters 31 to 3i included in the n subarrays SB1 to SBn, and controls the phase change in each of the phase shifters 31 to 3i. The beam controller 10 outputs the same phase control signal to the same phase shifter. For example, the beam controller 10 outputs the same phase control signal to each phase shifter 31 included in the n subarrays SB1 to SBn, and to each phase shifter 32 included in the n subarrays SB1 to SBn. A phase control signal having the same content is output, and a phase control signal having the same content is output to each phase shifter 3i included in the n subarrays SB1 to SBn.

つづいて、アンテナ装置１００において複数の合成ビームを形成する動作について説明する。サブアレーＳＢ１〜ＳＢｎは同じ動作をするため、一例として、サブアレーＳＢｍを用いて説明する。なお、他のサブアレーもサブアレーＳＢｍと同様の動作をしているものとする。アンテナ装置１００では、まず、サブアレーＳＢｍにおいて、素子アンテナ１１〜１ｉでＲＦ信号を受信すると、増幅器２１〜２ｉが受信されたＲＦ信号を増幅する。移相器３１〜３ｉは、ビーム制御器１０からの位相制御信号に基づいて、増幅されたＲＦ信号の位相を変化させる。分配回路４１〜４ｉは、位相が変化されたＲＦ信号を、各々がｐ個に分配する。合成回路５１〜５ｐには、異なる分配回路４１〜４ｉからのｉ個のＲＦ信号が入力される。合成回路５１〜５ｐは、入力されたｉ個のＲＦ信号を電力合成して形成したサブアレービームのＲＦ信号をサブアレーＳＢｍの出力端から出力する。サブアレーＳＢｍは、同時にｐ個のサブアレービームのＲＦ信号を出力端から出力する。 Next, an operation for forming a plurality of combined beams in the antenna device 100 will be described. Since the subarrays SB1 to SBn perform the same operation, the subarray SBm will be described as an example. It is assumed that the other subarrays operate in the same manner as the subarray SBm. In antenna apparatus 100, first, in subarray SBm, when RF signals are received by element antennas 11-1i, amplifiers 21-2i amplify the received RF signals. The phase shifters 31 to 3 i change the phase of the amplified RF signal based on the phase control signal from the beam controller 10. Each of the distribution circuits 41 to 4 i distributes the RF signals whose phases are changed into p pieces. The i RF signals from the different distribution circuits 41 to 4i are input to the synthesis circuits 51 to 5p. The combining circuits 51 to 5p output the RF signal of the subarray beam formed by power combining the input i RF signals from the output terminal of the subarray SBm. The subarray SBm simultaneously outputs RF signals of p subarray beams from the output terminal.

つぎに、アンテナ装置１００では、ｐ個の周波数変換器６が、サブアレーＳＢｍのｐ個の出力端から入力されるサブアレービームのＲＦ信号の周波数をＩＦ周波数に周波数変換する。ｐ個のＡ／Ｄ変換器７が、ＩＦ周波数に周波数変換された信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。そして、ｐ個のデジタル検波器８が、デジタル信号に変換された信号を直交検波してＩ／Ｑ信号に変換する。他のサブアレーからのサブアレービームのＲＦ信号についても、他の周波数変換器６、Ａ／Ｄ変換器７およびデジタル検波器８によって同様の処理がなされている。 Next, in the antenna device 100, the p frequency converters 6 convert the frequency of the RF signal of the subarray beam input from the p output terminals of the subarray SBm to the IF frequency. The p A / D converters 7 convert the signal frequency-converted to the IF frequency from an analog signal to a digital signal. Then, the p digital detectors 8 perform quadrature detection on the signal converted into the digital signal and convert it into an I / Q signal. The same processing is performed by the other frequency converter 6, A / D converter 7 and digital detector 8 for the RF signal of the subarray beam from the other subarray.

ビーム合成器群９では、ｐ個のビーム合成器９１，９２，…，９ｐの各々に、異なるサブアレーＳＢ１〜ＳＢｎから出力されたＲＦ信号が変換されたｎ個のＩ／Ｑ信号が入力される。ビーム合成器９１，９２，…，９ｐは、入力されたｎ個のＩ／Ｑ信号に複素ウエイトを乗じ、加算することで合成ビームを形成する。サブアレーＳＢｍの出力端と同数のビーム合成器９１，９２，…，９ｐが、入力されたＩ／Ｑ信号を用いて合成ビームを形成する。これにより、ビーム合成器群９では、複数の合成ビームを同時に得ることができる。 In the beam combiner group 9, n I / Q signals obtained by converting RF signals output from different subarrays SB1 to SBn are input to each of the p beam combiners 91, 92,. . The beam combiners 91, 92,..., 9p multiply the input n I / Q signals by complex weights and add them to form a combined beam. The same number of beam combiners 91, 92,..., 9p as the output ends of the subarray SBm form a combined beam using the input I / Q signals. As a result, the beam combiner group 9 can simultaneously obtain a plurality of combined beams.

ここで、サブアレーＳＢ１〜ＳＢｎの分配回路４１〜４ｉにおける分配数ｐについて説明する。図３は、本実施の形態にかかるビーム合成器群９で形成される合成ビーム１４を示す図である。サブアレービーム１３１を正面に形成するように移相器３１〜３ｉの位相が設定された場合の合成ビームによるアンテナパターンを示す図である。なお、ビーム合成器群９で実際に形成されるものは合成ビーム１４である。図３においてサブアレービーム１３１〜１３ｐは、合成ビームの形成の際に用いられる、ビーム合成器９１，９２，…，９ｐに入力されるサブアレービームである。サブアレービーム１３１〜１３ｐは、各サブアレーＳＢ１〜ＳＢｎから出力されるｐ個のサブアレービームのＲＦ信号に相当する。なお、図３では、記載を簡略化するため、一部の合成ビームにのみ１４の符号を付与しているが、１４の符号が付与されている合成ビームと同じ大きさのビームは合成ビーム１４である。図５においても同様である。 Here, the distribution number p in the distribution circuits 41 to 4i of the subarrays SB1 to SBn will be described. FIG. 3 is a diagram showing the combined beam 14 formed by the beam combiner group 9 according to the present exemplary embodiment. It is a figure which shows the antenna pattern by a synthetic beam when the phase of the phase shifters 31-3i is set so that the subarray beam 131 may be formed in the front. Note that what is actually formed by the beam combiner group 9 is a combined beam 14. 3, sub-array beams 131 to 13p are sub-array beams input to beam combiners 91, 92,..., 9p, which are used when forming a combined beam. The subarray beams 131 to 13p correspond to the RF signals of p subarray beams output from the subarrays SB1 to SBn. In FIG. 3, for simplification of description, the reference numeral 14 is given to only some of the combined beams. However, a beam having the same size as the combined beam to which the reference numeral 14 is assigned is used as the combined beam 14. It is. The same applies to FIG.

サブアレービーム１３１がアンテナ装置１００の正面に指向するようにビーム制御器１０から移相器３１〜３ｉの位相が設定された場合、本実施の形態では、サブアレービーム１３１を中心に指向角がθ_sb2［度］方向にサブアレービーム１３２、指向角がθ_sbj［度］方向にサブアレービーム１３ｊ、指向角がθ_sbp［度］方向にサブアレービーム１３ｐが配置される。図３において、サブアレービーム１３１〜１３ｐのｐ個のサブアレービームが配置された範囲が、ビーム合成器群９において、合成ビーム１４の形成可能なビーム形成範囲１５となる。ビーム合成器群９の各ビーム合成器９１，９２，…，９ｐでは、１つのサブアレービームの範囲内で複数の合成ビーム１４を形成可能である。 When the phase of the phase shifters 31 to 3i is set from the beam controller 10 so that the subarray beam 131 is directed to the front surface of the antenna device 100, in this embodiment, the directivity angle is θ _sb2 around the subarray beam 131. A subarray beam 132 is _{arranged in the} [degree] direction, a sub-array beam 13j is arranged in the direction of θ _sbj [degree], and a sub-array beam 13p is arranged in the direction of θ _sbp [degree]. In FIG. 3, a range in which p subarray beams of the subarray beams 131 to 13p are arranged is a beam forming range 15 in which the combined beam 14 can be formed in the beam combiner group 9. Each beam combiner 91, 92,..., 9p of the beam combiner group 9 can form a plurality of combined beams 14 within the range of one subarray beam.

例えば、ビーム合成器群９のビーム合成器９１には、各サブアレーＳＢ１〜ＳＢｎからサブアレービーム１３１のＲＦ信号が変換されたＩ／Ｑ信号が入力され、図３のサブアレービーム１３１の示す範囲に複数の合成ビーム１４を形成する。同様に、ビーム合成器群９のビーム合成器９２には、各サブアレーＳＢ１〜ＳＢｎからサブアレービーム１３２のＲＦ信号が変換されたＩ／Ｑ信号が入力され、図３のサブアレービーム１３２の示す範囲に複数の合成ビーム１４を形成する。また、ビーム合成器群９のビーム合成器９ｐには、各サブアレーＳＢ１〜ＳＢｎからサブアレービーム１３ｐのＲＦ信号が変換されたＩ／Ｑ信号が入力され、図３のサブアレービーム１３ｐの示す範囲に複数の合成ビーム１４を形成する。図３の例では、サブアレービーム１３１の指向角と、ビーム合成器９１がサブアレービーム１３１のＲＦ信号が変換されたＩ／Ｑ信号を用いて形成する合成ビーム１４のうち、合成ビーム１４を形成可能な範囲の中心の合成ビーム１４の指向角とは同じになる。同様に、サブアレービーム１３２の指向角はビーム合成器９２が形成する中心の合成ビーム１４の指向角と同じであり、サブアレービーム１３ｐの指向角はビーム合成器９ｐが形成する中心の合成ビーム１４の指向角と同じである。サブアレービームの指向角については、合成ビーム１４の指向角として表すこともできる。 For example, the beam combiner 91 of the beam combiner group 9 receives an I / Q signal obtained by converting the RF signal of the subarray beam 131 from each of the subarrays SB1 to SBn, and a plurality of I / Q signals are included in the range indicated by the subarray beam 131 in FIG. The combined beam 14 is formed. Similarly, an I / Q signal obtained by converting the RF signal of the subarray beam 132 from each of the subarrays SB1 to SBn is input to the beam combiner 92 of the beam combiner group 9, and is within the range indicated by the subarray beam 132 in FIG. A plurality of combined beams 14 are formed. Further, the beam combiner 9p of the beam combiner group 9 receives an I / Q signal obtained by converting the RF signal of the subarray beam 13p from each of the subarrays SB1 to SBn. The combined beam 14 is formed. In the example of FIG. 3, the combined beam 14 can be formed among the combined beams 14 formed by using the directivity angle of the subarray beam 131 and the I / Q signal obtained by converting the RF signal of the subarray beam 131 by the beam combiner 91. The directivity angle of the combined beam 14 at the center of this range is the same. Similarly, the directivity angle of the sub-array beam 132 is the same as the directivity angle of the central composite beam 14 formed by the beam combiner 92, and the directivity angle of the sub-array beam 13p is the same as that of the central composite beam 14 formed by the beam combiner 9p. It is the same as the directivity angle. The directivity angle of the subarray beam can also be expressed as the directivity angle of the combined beam 14.

アンテナ装置１００において、ビーム合成器群９が合成ビームを形成可能なビーム形成範囲１５は、各サブアレーＳＢ１〜ＳＢｎから出力されるサブアレービームの個数ｐおよびサブアレービームの指向角によって任意に拡大することが可能である。ここで、サブアレービームの個数ｐは、サブアレーＳＢ１〜ＳＢｎ内の分配回路４１〜４ｉの分配数ｐにより変更可能である。 In the antenna apparatus 100, the beam forming range 15 in which the beam combiner group 9 can form a combined beam can be arbitrarily expanded depending on the number p of subarray beams output from each of the subarrays SB1 to SBn and the directivity angle of the subarray beams. Is possible. Here, the number p of sub-array beams can be changed by the distribution number p of the distribution circuits 41 to 4i in the sub-arrays SB1 to SBn.

つぎに、サブアレービーム１３２〜１３ｐの指向角θ_sb2〜θ_sbpについて説明する。図４は、本実施の形態にかかるサブアレーＳＢｍの素子アンテナ１１〜１ｉの素子配列の一例を示す図である。素子アンテナ１１〜１ｉをＸ−Ｙ平面上に素子間隔Ｌで配置した状態を示す斜視図である。サブアレービーム１３２〜１３ｐの指向角θ_sb2〜θ_sbpの方向を原点Ｏから見たときの方向単位ベクトルをｄ₂〜ｄ_p（以下の説明では代表して符号をｄ_jとする。）で表す。なお、サブアレービーム１３１はアンテナ装置１００のビーム正面のため、方向単位ベクトルｄ₁はＺ軸と重なる。また、サブアレーＳＢｍの素子アンテナ１１〜１ｉの方向を原点Ｏから見たときの位置ベクトルをｒ₁〜ｒ_i（以下の説明では代表して符号をｒ_hとする。）で表す。図４において、原点Ｏは、Ｘ−Ｙ平面において素子アンテナ１１〜１ｉが配置されている範囲の中央の位置である。 Next, the directivity angles θ _{sb2 to} θ _sbp of the subarray beams 132 to 13p will be described. FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an element arrangement of the element antennas 11 to 1i of the subarray SBm according to the present embodiment. It is a perspective view which shows the state which has arrange | positioned the element antennas 11-1i by the element space | interval L on the XY plane. Direction unit vectors when the directions of the directivity angles θ _{sb2 to} θ _sbp of the subarray beams 132 to 13p are viewed from the origin O are represented by d ₂ to d _p (in the following description, the symbol is represented by d _j ). . Incidentally, the sub-array beam 131 for beam front of the antenna device 100, the direction unit vector d ₁ overlaps with the Z axis. Also, (in the following description. Of the code and r _h on behalf) of the position vector r ₁ ~r _i when viewed in the direction of element antennas 11~1i subarrays SBm from the origin O represents at. In FIG. 4, the origin O is a central position in a range where the element antennas 11 to 1 i are arranged on the XY plane.

ここで、サブアレーＳＢｍにおいて、分配回路４ｈから合成回路５１を経由したサブアレーＳＢｍの出力端までの通過位相をφ_h1とし、分配回路４ｈから合成回路５ｊを経由したサブアレーＳＢｍの出力端までの通過位相をφ_hjとする。サブアレーＳＢｍでは、通過位相φ_h1を基準として式（１）に示す通過位相差が発生するように、分配回路４ｈから合成回路５１の線路長および分配回路４ｈから合成回路５ｊの線路長を設定する。式（１）において、（ｒ_h・ｄ_j）は方向単位ベクトルｄ_jと位置ベクトルｒ_hとの内積である。 Here, in the subarray SBm, the passing phase of the distribution circuit 4h to the output end of the subarray SBm passed through the synthesis circuit 51 and phi _h1, passage from the distribution circuit 4h to the output end of the subarray SBm passed through the synthesis circuit 5j phase _Is φ _hj . In sub-array SBm, as passing phase difference indicated in Equation (1) based on the passing phase phi _h1 is generated, sets the line length of the combining circuit 5j from line length and distribution circuit 4h from distribution circuit 4h combining circuit 51 . In Expression (1), (r _h · d _j ) is an inner product of the direction unit vector d _j and the position vector r _h .

φ_hj−φ_h1＝ｅｘｐ［−ｊｋ（ｒ_h・ｄ_j）］ …（１） φ _hj −φ _h1 = exp [−jk (r _h · d _j )] (1)

ｋは式（２）で示される波数である。式（２）において、λはアンテナ装置１００で受信される、すなわち、各サブアレーＳＢ１〜ＳＢｎの素子アンテナ１１〜１ｉで受信されるＲＦ信号の自由空間における波長である。 k is a wave number shown by Formula (2). In Expression (2), λ is a wavelength in the free space of the RF signal received by the antenna device 100, that is, received by the element antennas 11 to 1i of the subarrays SB1 to SBn.

ｋ＝２π／λ …（２） k = 2π / λ (2)

通過位相φ_hjの場合について説明したが、通過位相φ₁₁〜φ_ipについても同様である。同じ分配回路と合成回路５１〜５ｐとの間のｐ個の線路について、基準となる線路を通過する信号の通過位相と他の線路を通過する信号の通過位相との差分が規定された通過位相差になるように、すなわち、式（１）に示す通過位相差が発生するように、サブアレーＳＢｍにおいて線路長を設定する。なお、他のサブアレーについてもサブアレーＳＢｍと同様とする。 Although the case of the passing phase φ _hj has been described, the same applies to the passing phases φ _{11 to} φ _ip . For the p lines between the same distribution circuit and the synthesis circuits 51 to 5p, a passing position in which a difference between a passing phase of a signal passing through a reference line and a passing phase of a signal passing through another line is defined. The line length is set in the subarray SBm so that the phase difference is obtained, that is, the passing phase difference shown in Expression (1) is generated. The other subarrays are the same as the subarray SBm.

このように、分配回路４１〜４ｉおよび合成回路５１〜５ｐで構成される給電回路の線路の線路長によって通過位相差を設定したサブアレーＳＢ１〜ＳＢｎを備えるアンテナ装置１００では、制御によらず、各サブアレーＳＢ１〜ＳＢｎにおいてサブアレービーム１３１〜１３ｐを同時に形成する。ビーム合成器群９が備えるｐ個のビーム合成器９１〜９ｐには、各サブアレーＳＢ１〜ＳＢｎから出力された同じ指向角のサブアレービームが変換されたＩ／Ｑ信号が入力され、各ビーム合成器９１〜９ｐが合成ビーム１４を形成する。これにより、アンテナ装置１００では、ビーム形成範囲１５を広覆域に形成でき、広覆域にわたり合成ビーム１４を形成することが可能となる。 As described above, in the antenna device 100 including the subarrays SB1 to SBn in which the passing phase difference is set according to the line length of the power feeding circuit configured by the distribution circuits 41 to 4i and the combining circuits 51 to 5p, In the subarrays SB1 to SBn, the subarray beams 131 to 13p are simultaneously formed. The p beam combiners 91 to 9p included in the beam combiner group 9 are input with I / Q signals obtained by converting the subarray beams having the same directivity angles output from the subarrays SB1 to SBn. 91 to 9p form the combined beam 14. Thereby, in the antenna device 100, the beam forming range 15 can be formed in a wide covered area, and the combined beam 14 can be formed over the wide covered area.

例えば、サブアレービーム１３１のＲＦ信号を出力する合成回路５１につながる線路を基準とした場合、ビーム制御器１０では、各サブアレーＳＢ１〜ＳＢｎの各移相器３１〜３ｉに対して、サブアレービーム１３１を形成するための位相を設定すればよい。各サブアレーＳＢ１〜ＳＢｎの他の合成回路５２〜５ｐにつながる線路には、サブアレービーム１３１のＲＦ信号を出力する合成回路につながる線路との間に通過位相差が発生する。そのため、アンテナ装置１００では、合成回路５２からはサブアレービーム１３２のＲＦ信号が出力され、合成回路５ｊからはサブアレービーム１３ｊのＲＦ信号が出力され、合成回路５ｐからはサブアレービーム１３ｐのＲＦ信号が出力されることになる。 For example, when the line connected to the combining circuit 51 that outputs the RF signal of the subarray beam 131 is used as a reference, the beam controller 10 applies the subarray beam 131 to the phase shifters 31 to 3i of the subarrays SB1 to SBn. What is necessary is just to set the phase for forming. A passage phase difference is generated between the lines connected to the other combining circuits 52 to 5p of the subarrays SB1 to SBn and the lines connected to the combining circuit that outputs the RF signal of the subarray beam 131. Therefore, in antenna apparatus 100, RF signal of subarray beam 132 is output from combining circuit 52, RF signal of subarray beam 13j is output from combining circuit 5j, and RF signal of subarray beam 13p is output from combining circuit 5p. Will be.

また、アンテナ装置１００では、ビーム制御器１０からサブアレーＳＢ１〜ＳＢｎの各移相器３１〜３ｉを制御することにより、ビーム形成範囲１５を変化させることが可能である。図５は、本実施の形態にかかるビーム合成器群９で形成される走査時の合成ビーム１４を示す図である。サブアレービーム１３１を走査した場合の合成ビームによるアンテナパターンを示す図である。ビーム制御器１０の制御により移相器３１〜３ｉの位相を変化させてサブアレー１３１をθc方向に指向するようにしてビーム走査する場合、アンテナ装置１００では、図３に示す相対的な位置関係を維持した状態で、サブアレービーム１３１を中心にサブアレービーム１３２〜１３ｐが同時に形成されることになる。このように、アンテナ装置１００では、任意の方向に広覆域にわたり合成ビーム１４を形成することができ、広覆域なビーム形成範囲１５の方向を変化させることができる。 In the antenna apparatus 100, the beam forming range 15 can be changed by controlling the phase shifters 31 to 3i of the subarrays SB1 to SBn from the beam controller 10. FIG. 5 is a diagram showing a combined beam 14 at the time of scanning formed by the beam combiner group 9 according to the present exemplary embodiment. It is a figure which shows the antenna pattern by a synthetic beam at the time of scanning the subarray beam 131. FIG. When beam scanning is performed by changing the phase of the phase shifters 31 to 3i under the control of the beam controller 10 so that the subarray 131 is directed in the θc direction, the antenna device 100 has the relative positional relationship shown in FIG. In the maintained state, the subarray beams 132 to 13p are simultaneously formed around the subarray beam 131. As described above, in the antenna device 100, the combined beam 14 can be formed over a wide covered area in an arbitrary direction, and the direction of the beam forming range 15 having a wide covered area can be changed.

ビーム合成器群９では、ビーム合成器９１〜９ｐの各々が従来と同様のビーム合成の処理をすることにより、図３または図５に示す指向角の合成ビームを形成することができる。すなわち、ビーム合成器群９において、ビーム合成器９１〜９ｐは、異なる指向角の合成ビームを形成し、ビーム走査のためビーム制御器１０の制御により移相器３１〜３ｉに設定される位相が変更された場合、ビーム合成器９１〜９ｐは、同じ角度だけ向きを変えて、異なる指向角の合成ビームを形成する。 In the beam combiner group 9, each of the beam combiners 91 to 9p performs a beam combining process similar to the conventional one, thereby forming a combined beam having a directivity angle shown in FIG. 3 or FIG. That is, in the beam combiner group 9, the beam combiners 91 to 9p form combined beams having different directivity angles, and the phases set in the phase shifters 31 to 3i by the control of the beam controller 10 for beam scanning are set. When changed, the beam combiners 91 to 9p change the direction by the same angle to form combined beams having different directivity angles.

以上説明したように、本実施の形態によれば、ＤＢＦ方式のアンテナ装置１００では、サブアレーＳＢ１〜ＳＢｎにおいて、複数の素子アンテナを備え、素子アンテナに接続される移相器の出力をｐ個に分配し、給電回路を構成する複数の分配回路およびｐ個の合成回路の間の線路の線路長によって、基準となる線路に対して他の線路の通過位相差を設定することとした。これにより、アンテナ装置１００では、サブアレーＳＢ１〜ＳＢｎにおいて、ビーム走査可能な複数のサブアレービームを同時に形成し、ビーム合成器群９が各サブアレービームを用いて複数の合成ビームを形成することで、合成ビームを形成する覆域を拡大することができる。この結果、一般的には素子アンテナに接続される移相器がサブアレービーム数分必要なのに対して、移相器の数を大幅に削減できるため、コストを抑制することができる。また、アンテナ装置１００では、サブアレーＳＢ１〜ＳＢｎが複数のサブアレービームを同時に形成できるため、サブアレー単位を小さくする必要もない。また、従来、サブアレー１本分であった合成ビームのビーム形成範囲を広覆域化することができる。 As described above, according to the present embodiment, DBF antenna apparatus 100 includes a plurality of element antennas in subarrays SB1 to SBn, and outputs p phase shifters connected to the element antennas. The transmission phase difference of the other lines is set with respect to the reference line according to the line length of the line between the plurality of distribution circuits constituting the power feeding circuit and the p synthesis circuits. Thereby, in antenna apparatus 100, in subarrays SB1 to SBn, a plurality of subarray beams capable of beam scanning are simultaneously formed, and beam combiner group 9 forms a plurality of combined beams by using each subarray beam. The coverage area forming the beam can be enlarged. As a result, in general, the number of phase shifters connected to the element antenna is required for the number of subarray beams, whereas the number of phase shifters can be greatly reduced, so that the cost can be suppressed. Further, in antenna apparatus 100, subarrays SB1 to SBn can simultaneously form a plurality of subarray beams, so there is no need to reduce the subarray unit. Further, it is possible to widen the beam forming range of the combined beam, which has conventionally been one sub-array.

また、アンテナ装置１００では、ビーム走査をする場合に、合成ビームを形成する覆域を維持したまま、走査するビームの角度を変更することが可能である。 Further, in the antenna apparatus 100, when performing beam scanning, it is possible to change the angle of the beam to be scanned while maintaining the coverage area for forming the combined beam.

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。 The configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.

ＳＢ１〜ＳＢｎサブアレー、１１〜１ｉ素子アンテナ、２１〜２ｉ増幅器、３１〜３ｉ移相器、４１〜４ｉ分配回路、５１〜５ｐ合成回路、６周波数変換器、７Ａ／Ｄ変換器、８デジタル検波器、９ビーム合成器群、９１〜９ｐビーム合成器、１０ビーム制御器、１４合成ビーム、１５ビーム形成範囲、１３１〜１３ｐサブアレービーム。 SB1 to SBn subarray, 11 to 1i element antenna, 21 to 2i amplifier, 31 to 3i phase shifter, 41 to 4i distribution circuit, 51 to 5p synthesis circuit, 6 frequency converter, 7 A / D converter, 8 digital detection Unit, 9 beam combiner group, 91-9p beam combiner, 10 beam controller, 14 combined beam, 15 beam forming range, 131-13p subarray beam.

Claims

Output from a plurality of element antennas, a plurality of phase shifters that change the phase of a signal received by one element antenna to be connected, and a phase shifter that is connected when p is an integer of 2 or more. A plurality of distribution circuits for distributing the signals after the phase change into p pieces, and one signal among the signals distributed into the p pieces by the distribution circuit is input from each distribution circuit, and the plurality of input signals are A plurality of sub-arrays having p number of combining circuits and outputting p number of combined signals;
A beam synthesizer group including p beam synthesizers that receive a signal orthogonally detected with respect to each combined signal output from the plurality of sub-arrays and form a combined beam using the input signals; ,
With
In the subarray, for p lines connecting the distribution circuit and the p synthesis circuits, a difference between a passing phase of a signal passing through a reference line and a passing phase of a signal passing through another line Set the line length of each line so that becomes the specified passing phase difference,
An antenna device characterized by that.

In the beam combiner group, each beam combiner forms a combined beam with a different directivity angle, and when the phase set in the phase shifter for beam scanning is changed, each beam combiner has the same angle. Only change the direction to form a composite beam,
The antenna device according to claim 1.