JP2019140508A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各アンテナ素子の高い精度での校正をより確実に行うことが可能なアンテナ装置を提供する。【解決手段】アンテナ装置は、複数のアンテナ素子（２）、並びに各アンテナ素子から放射された電磁波（６）の反射、及び各アンテナ素子への電磁波の反射のうちの少なくとも一方に用いられる反射鏡（１）を備えている。更に、反射鏡に配置され、電磁波を散乱する散乱体（５）と、散乱体が散乱させた電磁波（７）の受信に用いる受信素子（４）と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、複数のアンテナ素子、及び電磁波を反射する反射鏡を備えたアンテナ装置に関する。

アンテナ装置のなかには、アレー給電方式を採用し、アンテナ素子群がそれぞれ放射する電磁波を反射鏡により反射させてアンテナビームを形成するタイプがある。このようなアンテナ装置では、所望の放射特性を得るために、給電回路を含めた各アンテナ素子間の振幅の差異、および位相特性の差異を補償する校正が行われる。

従来の校正では、アンテナ素子群とは別に、ピックアップアンテナを設置し、各アンテナ素子から放射された電磁波をピックアップアンテナで受信させる。そして、ピックアップアンテナにより得られた受信電界の振幅、位相を測定し、この測定結果をもとに、各アンテナ素子間の差異を補正している（例えば、非特許文献１参照）。

"衛星搭載フェーズドアレーアンテナの系統誤差補正評価に関する基礎実験"、第61回宇宙科学技術連合講演会講演集JSASS-2017-4527

ピックアップアンテナは、従来、アンテナ素子群の近傍に配置することが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。これは、反射鏡で反射された電磁波を受信するためである。しかし、反射鏡は、アンテナ素子から放射された電磁波を効率的に目標に向けて反射するように設計されている。このため、非特許文献１のような構成では、各アンテナ素子とピックアップアンテナとの結合が非常に小さく、適切な校正が困難という課題がある。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、その目的は、各アンテナ素子の高い精度での校正をより確実に行うことが可能なアンテナ装置を提供することにある。

本発明に係るアンテナ装置は、複数のアンテナ素子、並びに各アンテナ素子から放射された電磁波の反射、及び該各アンテナ素子への電磁波の反射のうちの少なくとも一方に用いられる反射鏡を備えていることを前提とし、反射鏡に配置され、電磁波を散乱する散乱体と、散乱体が散乱させた電磁波の受信に用いる受信素子と、を有する。

本発明によれば、各アンテナ素子の高い精度での校正をより確実に行うことができる。

本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の構成例を説明する図である。 本発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の構成例を説明する図である。

以下、本発明に係るリソース割当方法の各実施の形態を、図を参照して説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の構成例を説明する図である。

本実施の形態１に係るアンテナ装置は、アレー給電方式を採用したものである。図１に示すアンテナ装置は、反射鏡１を備え、フェイズドアレイアンテナを構成する各アンテナ素子２から放射された電磁波６を反射鏡１により反射させてアンテナビームを形成するようになっている。図１では、Ｎ個のアンテナ素子２（１）〜２（Ｎ）を例示している。各アンテナ素子２（１）〜２（Ｎ）には、それぞれ対応するアンテナ素子を励振する給電部３（１）〜３（Ｎ）が接続されている。ピックアップアンテナ４は、アンテナ素子２（Ｎ）の近傍に設置されている。なお、反射鏡１は、複数、存在していても良い。

アンテナ素子２に付したかっこ書きの符号と、給電部３に付したかっこ書きの符号とは、アンテナ素子２と給電部３との間の対応関係を表している。すなわち、ｎ＝１〜Ｎとしたときに、アンテナ素子２（ｎ）には、給電部３（ｎ）が接続されている。

反射鏡１の端部には、電磁波の散乱体５が設置されている。この散乱体５は、入射してきた電磁波６を散乱させ、散乱波７として広範囲に反射させる。そのため、各アンテナ素子２（１）〜２（Ｎ）から放射された電磁波６は、散乱体５により、散乱波７としてピックアップアンテナ４により受信することができる。この結果、各アンテナ素子２（１）〜２（Ｎ）とピックアップアンテナ４との十分な結合量を実現させることができる。

十分な結合量の実現により、各アンテナ素子２（１）〜２（Ｎ）から放射された電磁波６の散乱波７の振幅特性及び位相特性を、確実に取得することができる。各アンテナ素子２（１）〜２（Ｎ）で受信されるべき電磁波６の振幅、位相の基準値は、電磁界シミュレーション、実測などにより得られる。振幅、位相の基準値と、実際に測定された散乱波７の振幅、位相とを比較することにより、各給電部３の特性を含めた各アンテナ素子２（１）〜２（Ｎ）間の差異を補償することができる。この結果、各アンテナ素子２（１）〜２（Ｎ）を、高精度で校正することが確実に、或いは非常に高い確率で行うことができる。

なお、校正のための構成、つまりピックアップアンテナ４の受信信号を処理し、各給電部３に設定すべき設定内容を決定し、決定した設定内容で各給電部３の設定変更を行う構成には、周知の技術を用いることができる。このことから、ここでは詳細な説明は省略する。

散乱体５としては、例えば金属球、金属平板、コーナーリフレクタなどのレーダ反射器を用いることができる。コーナーリフレクタを散乱体５として採用した場合、各面の角度を変化させて、効率的に散乱波７をピックアップアンテナ４に到来させるようにすることもできる。

本実施の形態１では、散乱体５は、反射鏡１の端部に設置しているが、散乱体５の設置場所は、これに限定されない。散乱体５は、例えば反射鏡１の中央部、反射鏡１の周辺等に設置しても良い。また、ピックアップアンテナ４は、アンテナ素子２（Ｎ）の近傍に設置しているが、ピックアップアンテナ４の設置場所も、これに限定されない。ピックアップアンテナ４は、アンテナ素子２（Ｎ）から離れた位置に設置しても良い。また、各アンテナ素子２（１）〜２（Ｎ）は、電磁波６の受信に用いることができる。従って、Ｎ個のアンテナ素子の何れか２つ以上をピックアップアンテナ４の代わりとして用いても良い。電磁波を高感度で受信可能な受信素子は、ピックアップアンテナ４として幅広く用いることが可能である。

ピックアップアンテナ４は、反射鏡に配置することも提案されている（例えば、非特許文献１参照）。しかし、反射鏡に配置する場合、各アンテナ素子２と同様にピックアップアンテナ４の配線を行える本実施の形態１とは異なり、ピックアップアンテナ４を接続する配線を別に設けなければならず、別途の配線設計も必要となる。衛星に用いられるアンテナ装置の反射鏡は、折り畳んだ状態でロケットに搭載されることもあり、反射鏡、及びその周辺の構造および配線が複雑化するのは望ましくない。ピックアップアンテナ４をアンテナ素子２の近傍に配置した理由には、このような視点及び利点もある。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、散乱体５を固定的に設定している。これに対し、実施の形態２は、散乱体５と反射鏡１の相対的な位置関係を変更可能としたものである。ここでは、上記実施の形態１で用いた符号をそのまま用いて、その実施の形態１から異なる部分にのみ着目する形で説明を行う。

図２は、本発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の構成例を説明する図である。本実施の形態２では、図２に示すように、散乱体５を移動可能に支持する支持部８を反射鏡１の端部に設けている。この支持部８は、駆動部９からの信号により駆動され、反射鏡１と散乱体５との位置関係を変更する。

支持部８に散乱体５を支持させた場合、散乱体５を適切な位置に移動させることが可能となる。そのため、各アンテナ素子２とピックアップアンテナ４との十分な結合量をより確実に実現させることができる。それにより、各アンテナ素子２の高い精度での校正も、更に確実に行えることとなる。

なお、本実施の形態２では、反射鏡１と散乱体５の相対的な位置関係を変更可能としているが、その位置関係は固定としても良い。シミュレーション等によって各アンテナ素子２とピックアップアンテナ４との十分な結合量が得られる散乱体５の範囲が予め特定できるような場合、その範囲内に支持部８を用いて散乱体５を配置しても良い。

また、本実施の形態１、２では、散乱体５を一つとしているが、散乱体５は複数であっても良い。各アンテナ素子２とピックアップアンテナ４との十分な結合量が得られる散乱体５の位置の候補が複数、存在するような場合、２つ以上の位置に散乱体５をそれぞれ配置することも考えられる。このとき、１つ以上の散乱体５の配置に支持部８を用いても良い。このようなことから、反射鏡１に配置する散乱体５の位置としては、広義には、反射鏡１上の位置の他に、反射鏡１、或いはその反射鏡１を支える構造体に間接的に支持させることで配置可能な範囲が含まれる。

本実施の形態１、２に係るアンテナ装置は、共に送信用である。しかし、アンテナ装置は、受信用であっても良く、送受信用であっても良い。つまり、フェイズドアレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子２は、反射鏡１からの電磁波の受信用であっても良く、電磁波の放射、及び受信の両方に用いるものであっても良い。受信用、送受信用のアンテナ装置であっても校正が必要であり、本実施の形態１、２は共に、受信用、送受信用の何れのアンテナ装置にも適用可能である。

受信用、送受信用の何れのアンテナ装置であっても、ピックアップアンテナ４を設けても良く、ピックアップアンテナ４を設けなくとも良い。つまり、複数のアンテナ素子２のうちの２つ以上をピックアップアンテナ４の代わりとして用いても良い。

上記変形例を含む本実施の形態１、２では、ピックアップアンテナ４、或いはアンテナ素子２である受信素子を一つだけ散乱波７の受信に用いている。しかし、散乱波７の受信に複数の受信素子を用いても良い。その場合、散乱波７の受信結果が最良のものを選択できることから、各アンテナ素子２の高い精度での校正はより確実に行えるようになる。このことから、ピックアップアンテナ４は複数、設けても良い。

１ 反射鏡、２（１）〜２（Ｎ） アンテナ素子、３（１）〜３（Ｎ） 給電部、４ ピックアップアンテナ（受光素子）、５ 散乱体、６ 電磁波、７ 散乱波、８ 支持部、９ 駆動部。

Claims (3)

1. 複数のアンテナ素子、並びに各アンテナ素子から放射された電磁波の反射、及び該各アンテナ素子への電磁波の反射のうちの少なくとも一方に用いられる反射鏡を備えたアンテナ装置において、
   前記反射鏡に配置され、前記電磁波を散乱する散乱体と、
   前記散乱体により散乱された前記電磁波の受信に用いる受信素子と、
   を有するアンテナ装置。
2. 前記散乱体と前記反射鏡の位置関係を変更可能に支持する支持部と、
   前記支持部を駆動し、前記位置関係を変更する駆動部と、
   を更に有する請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記複数のアンテナ素子として、前記電磁波の放射に用いる複数のアンテナ素子、前記反射鏡からの前記電磁波の受信に用いる複数のアンテナ素子、及び前記電磁波の放射と受信の両方に用いる複数のアンテナ素子のうちの一つを備えている
   請求項１または２に記載のアンテナ装置。

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