JP2019186717A - Array antenna system and calibration method for array antenna system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アレイアンテナ装置、及び、アレイアンテナ装置の校正方法に関する。 The present invention relates to an array antenna device and a calibration method for the array antenna device.
従来より、複数のアンテナ素子で構成される多素子アンテナを用いて、信号の送受信を行う基地局装置と通信端末装置とを備える通信システムがある。前記基地局装置および前記通信端末装置のうち、少なくとも一方は、前記信号を送受信するときに前記アンテナ素子が形成するビームの位相および振幅のキャリブレーションを行うキャリブレーション部を備える。前記キャリブレーション部は、前記複数のアンテナ素子間において、前記ビームの位相および振幅が同一になるように、各前記アンテナ素子における前記ビームの位相および振幅の補正値を求め、求めた補正値に基づいて前記キャリブレーションを行うことを特徴とする（例えば、特許文献１参照）。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is a communication system including a base station apparatus and a communication terminal apparatus that perform signal transmission / reception using a multi-element antenna including a plurality of antenna elements. At least one of the base station apparatus and the communication terminal apparatus includes a calibration unit that calibrates the phase and amplitude of the beam formed by the antenna element when transmitting and receiving the signal. The calibration unit obtains correction values of the phase and amplitude of the beam in each antenna element so that the phase and amplitude of the beam are the same among the plurality of antenna elements, and based on the obtained correction value The calibration is performed (see, for example, Patent Document 1).
ところで、従来の通信システムは、複数のアンテナ素子がグループ分けされていて、グループ間のキャリブレーション（校正）を行う場合には、各グループのアンテナ素子から送信される信号を基準となる受信系で受信することになる。 By the way, in a conventional communication system, when a plurality of antenna elements are grouped and calibration between groups is performed, a signal transmitted from the antenna elements of each group is used as a reference reception system. Will receive.
この場合に、各グループのアンテナ素子と受信系のアンテナ素子との距離が異なるため、各グループのアンテナ素子と受信系のアンテナ素子との結合の度合が異なり、高精度な校正を行うことが困難になるおそれがある。また、高精度な校正を行うためには、垂直偏波又は水平偏波等の偏波面を考慮して、受信系のアンテナ素子に対するグループのアンテナ素子（送信するアンテナ素子）の位置を決めることが望ましい。 In this case, since the distance between the antenna element of each group and the antenna element of the receiving system is different, the degree of coupling between the antenna element of each group and the antenna element of the receiving system is different, and it is difficult to perform high-precision calibration. There is a risk of becoming. In addition, in order to perform high-precision calibration, it is necessary to determine the position of the group antenna element (transmitting antenna element) with respect to the antenna element of the receiving system in consideration of a polarization plane such as vertical polarization or horizontal polarization. desirable.
そこで、グループ間のアンテナ素子の校正を高精度で行うことができるアレイアンテナ装置、及び、アレイアンテナ装置の校正方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an array antenna apparatus and an array antenna apparatus calibration method capable of performing calibration of antenna elements between groups with high accuracy.
本発明の実施の形態のアレイアンテナ装置は、配線基板と、前記配線基板の表面に設けられる複数の第１アンテナエレメントと、前記配線基板の表面に設けられる複数の第２アンテナエレメントと、前記複数の第１アンテナエレメントのうちの１個の第１アンテナエレメントと、前記複数の第２アンテナエレメントのうちの１個の第２アンテナエレメントとが線対称に配置される第１対称軸上に設けられる第１校正用アンテナエレメントとを含む。 An array antenna device according to an embodiment of the present invention includes a wiring board, a plurality of first antenna elements provided on the surface of the wiring board, a plurality of second antenna elements provided on the surface of the wiring board, and the plurality of antennas. One first antenna element of the first antenna elements and one second antenna element of the plurality of second antenna elements are provided on a first symmetry axis arranged in line symmetry. And a first calibration antenna element.
グループ間のアンテナ素子の校正を高精度で行うことができるアレイアンテナ装置、及び、アレイアンテナ装置の校正方法を提供することができる。 It is possible to provide an array antenna apparatus capable of performing calibration of antenna elements between groups with high accuracy, and a method for calibrating the array antenna apparatus.
以下、本発明のアレイアンテナ装置、及び、アレイアンテナ装置の校正方法を適用した実施の形態について説明する。 Embodiments to which the array antenna apparatus and the array antenna apparatus calibration method of the present invention are applied will be described below.
＜実施の形態１＞
図１及び図２は、実施の形態１のアレイアンテナ装置１００を示す図である。図３は、アレイアンテナ装置１００の回路構成を概略的に示す図である。なお、以下ではＸＹＺ座標系を用いて説明を行う。また、以下では、説明の便宜上、説明の対象になる構成要素について、Ｚ軸正方向側を上と称し、Ｚ軸負方向側を下と称す。
<Embodiment 1>
1 and 2 are diagrams showing an array antenna apparatus 100 according to the first embodiment. FIG. 3 is a diagram schematically showing a circuit configuration of the array antenna apparatus 100. Hereinafter, description will be made using the XYZ coordinate system. In the following, for convenience of explanation, the Z-axis positive direction side will be referred to as “upper” and the Z-axis negative direction side will be referred to as “down” for the components to be described.
アレイアンテナ装置１００は、配線基板１１０、アンテナアレイ１２０、校正用アンテナエレメント１２５、及びＭＭＩＣ(Monolithic Microwave Integrated Circuit)１３０を含む。 The array antenna apparatus 100 includes a wiring board 110, an antenna array 120, a calibration antenna element 125, and a MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) 130.
ＭＭＩＣ１３０には、ＲＦ(Radio Frequency)モジュール２０、ベースバンド処理部１０、及び制御部１が接続されている。制御部１は、ＣＰＵ(Central Processing Unit:中央演算処理装置)を含み、ベースバンド処理部１０に送信信号を出力するとともに、ベースバンド処理部１０から入力される受信信号の処理を行う。また、制御部１は、アレイアンテナ装置１００の校正処理を行う校正部１Ａを有する。校正部１Ａは、データを保持する内部メモリを有する。 An RF (Radio Frequency) module 20, a baseband processing unit 10, and a control unit 1 are connected to the MMIC 130. The control unit 1 includes a CPU (Central Processing Unit), outputs a transmission signal to the baseband processing unit 10, and processes a reception signal input from the baseband processing unit 10. The control unit 1 also includes a calibration unit 1A that performs calibration processing of the array antenna device 100. The calibration unit 1A has an internal memory that holds data.
ベースバンド処理部１０は、制御部１から入力される送信信号にＤＡ(Digital to Analog)変換処理等を行ってＲＦモジュール２０に出力するとともに、ＲＦモジュール２０から入力される受信信号をＡＤ(Analog to Digital)変換処理等を行って制御部１に出力する。 The baseband processing unit 10 performs DA (Digital to Analog) conversion processing or the like on the transmission signal input from the control unit 1 and outputs it to the RF module 20, and receives the reception signal input from the RF module 20 as AD (Analog). to Digital) conversion processing and the like, and output to the control unit 1.
ＲＦモジュール２０は、ベースバンド処理部１０から入力される送信信号を搬送波に重畳する処理（アップコンバート処理）等を行ってアレイアンテナ装置１００に出力するとともに、アレイアンテナ装置１００から入力される受信信号を搬送波から分離する処理（ダウンコンバート処理）等を行ってベースバンド処理部１０に出力する。 The RF module 20 performs processing (up-conversion processing) or the like of superimposing the transmission signal input from the baseband processing unit 10 on a carrier wave and outputs the signal to the array antenna device 100, and also receives the received signal input from the array antenna device 100. Is separated from the carrier wave (down-conversion process), etc., and output to the baseband processing unit 10.
配線基板１１０は、複数の絶縁層及び配線層を有する多層配線基板である。配線基板１１０は、例えば、コア、プリプレグ、及び銅箔を重ね合わせて熱硬化処理を施したＦＲ−４（Flame Retardant type 4）規格の配線基板である。 The wiring board 110 is a multilayer wiring board having a plurality of insulating layers and wiring layers. The wiring board 110 is, for example, a FR-4 (Flame Retardant type 4) standard wiring board in which a core, a prepreg, and a copper foil are laminated and subjected to thermosetting treatment.
配線基板１１０のＺ軸正方向側の面にはアンテナアレイ１２０が設けられている。アンテナアレイ１２０は、配線基板１１０のＺ軸正方向側の面に設けられる銅箔をウェットエッチング等でパターニングしたものである。 An antenna array 120 is provided on the surface of the wiring board 110 on the Z axis positive direction side. The antenna array 120 is obtained by patterning a copper foil provided on the surface on the positive side of the Z axis of the wiring board 110 by wet etching or the like.
アンテナアレイ１２０は、一例として、８行（Ｘ軸方向）×８列（Ｙ軸方向）の６４個がマトリクス状に配列されたアンテナエレメント１２０Ａを有する。各アンテナエレメント１２０Ａは、矩形（四角形）のパッチアンテナであり、第１アンテナエレメントの一例である。 As an example, the antenna array 120 includes antenna elements 120A in which 64 rows of 8 rows (X-axis direction) × 8 columns (Y-axis direction) are arranged in a matrix. Each antenna element 120A is a rectangular (rectangular) patch antenna, and is an example of a first antenna element.
６４個のアンテナエレメント１２０Ａは、ＭＭＩＣ１３０、ＲＦモジュール２０、ベースバンド処理部１０を介して制御部１に接続されている。アンテナエレメント１２０Ａは、一例として、ミリ波の電波を放射するようにサイズが最適化されている。６４個のアンテナエレメント１２０Ａは、垂直偏波又は水平偏波のいずれか一方の電波を放射するように統一された構成を有する。 The 64 antenna elements 120A are connected to the control unit 1 via the MMIC 130, the RF module 20, and the baseband processing unit 10. As an example, the size of the antenna element 120A is optimized so as to radiate millimeter-wave radio waves. The 64 antenna elements 120A have a unified structure so as to radiate either radio waves of vertical polarization or horizontal polarization.
６４個のアンテナエレメント１２０Ａが放射するミリ波は、特定の方向に指向性を有するビーム１００Ａを形成する。ビーム１００Ａの仰角及び方位角はＭＭＩＣ１３０によって制御される。 The millimeter waves radiated from the 64 antenna elements 120A form a beam 100A having directivity in a specific direction. The elevation angle and azimuth angle of the beam 100 </ b> A are controlled by the MMIC 130.
アンテナエレメント１２０Ａは、より具体的には正方形であり、四辺のうちの二辺ずつがＸ軸及びＹ軸に平行になるように配置されている。なお、ここではアンテナエレメント１２０Ａが矩形（四角形）である形態について説明するが、アンテナエレメント１２０Ａは円形であってもよい。 More specifically, the antenna element 120A is a square, and is arranged so that two of the four sides are parallel to the X axis and the Y axis. Note that although the antenna element 120A is described as being rectangular (quadrangle) here, the antenna element 120A may be circular.
校正用アンテナエレメント１２５は、平面視で、８行（Ｘ軸方向）×８列（Ｙ軸方向）の６４個のアンテナエレメント１２０Ａの外側に４個設けられている。校正用アンテナエレメント１２５は、アンテナエレメント１２０Ａと同様に矩形（四角形）のパッチアンテナである。校正用アンテナエレメント１２５は、ＲＦモジュール２０、ベースバンド処理部１０を介して制御部１に接続されている。 Four antenna elements 125 for calibration are provided outside 64 antenna elements 120A of 8 rows (X-axis direction) × 8 columns (Y-axis direction) in plan view. The calibration antenna element 125 is a rectangular (rectangular) patch antenna similar to the antenna element 120A. The calibration antenna element 125 is connected to the control unit 1 via the RF module 20 and the baseband processing unit 10.
ＭＭＩＣ１３０は、配線基板１１０のＺ軸負方向側の面の端部に設けられている。ＭＭＩＣ１３０は、配線基板１１０に含まれる図示しない配線を介して６４個のアンテナエレメント１２０Ａに接続されている。ＭＭＩＣ１３０は、６４個のアンテナエレメント１２０Ａに接続される６４個のフェーズシフタ１３１を有する。 The MMIC 130 is provided at the end of the surface of the wiring board 110 on the Z axis negative direction side. The MMIC 130 is connected to 64 antenna elements 120 </ b> A via wiring (not shown) included in the wiring board 110. The MMIC 130 has 64 phase shifters 131 connected to 64 antenna elements 120A.
６４個のアンテナエレメント１２０Ａには、ベースバンド処理部１０からＲＦ(Radio Frequency)モジュール２０を経てミリ波が供給されるので、ＭＭＩＣ１３０がフェーズシフタ１３１を制御することにより、６４個のアンテナエレメント１２０Ａから放射されるミリ波の位相を独立的に調整することができる。 Since the millimeter waves are supplied to the 64 antenna elements 120A from the baseband processing unit 10 via the RF (Radio Frequency) module 20, the MMIC 130 controls the phase shifter 131, so that the 64 antenna elements 120A The phase of the radiated millimeter wave can be adjusted independently.
６４個のアンテナエレメント１２０Ａから放射されるミリ波に対してＸ軸方向における位相の分布を持たせると、ビーム１００Ａは、ＸＺ平面内で角度を有するように傾く。また、６４個のアンテナエレメント１２０Ａから放射されるミリ波に対してＹ軸方向における位相の分布を持たせると、ビーム１００Ａは、ＹＺ平面内で角度を有するように傾く。 When the millimeter wave radiated from the 64 antenna elements 120A has a phase distribution in the X-axis direction, the beam 100A is inclined so as to have an angle in the XZ plane. Further, when the millimeter wave radiated from the 64 antenna elements 120A has a phase distribution in the Y-axis direction, the beam 100A is inclined so as to have an angle in the YZ plane.
このため、６４個のアンテナエレメント１２０Ａから放射されるミリ波に対してＸ軸方向及びＹ軸方向における位相の分布を持たせれば、ビーム１００Ａの仰角及び方位角を制御することができる。 Therefore, if the millimeter waves radiated from the 64 antenna elements 120A have a phase distribution in the X-axis direction and the Y-axis direction, the elevation angle and azimuth angle of the beam 100A can be controlled.
なお、仰角は、Ｚ軸正方向が０度であり、Ｘ軸正方向に近づく方向に倒れる向きが正であり、Ｘ軸負方向に近づく方向に倒れる向きが負である。方位角は、Ｚ軸正方向が０度であり、Ｙ軸正方向に近づく方向に倒れる向きが正であり、Ｙ軸負方向に近づく方向に倒れる向きが負である。 The elevation angle is 0 degree in the Z-axis positive direction, the direction of tilting in the direction approaching the X-axis positive direction is positive, and the direction of tilting in the direction approaching the X-axis negative direction is negative. The azimuth angle is 0 degree in the Z-axis positive direction, positive in a direction falling toward the Y-axis positive direction, and negative in a direction approaching the Y-axis negative direction.
図４は、アンテナエレメント１２０Ａのグループと校正用アンテナエレメント１２５との位置関係を示す図である。８行×８列の６４個のアンテナエレメント１２０Ａについては、Ｙ軸負方向側からＹ軸正方向側にかけて、１行目から８行目と称し、Ｘ軸負方向側からＸ軸正方向側にかけて、１列目から８列目と称すこととする。また、行方向とは各行が延在するＸ軸方向であり、列方向とは各列が延在するＹ軸方向である。 FIG. 4 is a diagram showing the positional relationship between the group of antenna elements 120A and the calibration antenna element 125. As shown in FIG. The 64 antenna elements 120A of 8 rows × 8 columns are referred to as the first row to the eighth row from the Y-axis negative direction side to the Y-axis positive direction side, and from the X-axis negative direction side to the X-axis positive direction side. The first column is referred to as the eighth column. The row direction is the X-axis direction in which each row extends, and the column direction is the Y-axis direction in which each column extends.
アンテナエレメント１２０Ａは、４つのグループに分けられる。ここでは、グループ１〜４に所属する１６個ずつのアンテナエレメント１２０Ａをアンテナエレメント１２０Ａ１〜１２０Ａ４と区別する。 The antenna element 120A is divided into four groups. Here, 16 antenna elements 120A belonging to groups 1 to 4 are distinguished from antenna elements 120A1 to 120A4.
図４では、グループ１に所属する１６個のアンテナエレメント１２０Ａ１を白で示し、グループ２に所属する１６個のアンテナエレメント１２０Ａ２を梨地（細かいドットのパターン）で示し、グループ３に所属する１６個のアンテナエレメント１２０Ａ３を薄いグレーで示し、グループ４に所属する１６個のアンテナエレメント１２０Ａ４を濃いグレーで示す。なお、ここでは、グループを区別しない場合には、単にアンテナエレメント１２０Ａと称す。 In FIG. 4, the 16 antenna elements 120A1 belonging to the group 1 are shown in white, the 16 antenna elements 120A2 belonging to the group 2 are shown in satin (fine dot pattern), and the 16 antenna elements belonging to the group 3 The antenna element 120A3 is shown in light gray, and the 16 antenna elements 120A4 belonging to the group 4 are shown in dark gray. Here, when the groups are not distinguished, they are simply referred to as the antenna element 120A.
４つのグループのアンテナエレメント１２０Ａ１〜１２０Ａ４のうちのいずれか１つのグループのアンテナエレメント（例えば１２０Ａ１）は、複数の第１アンテナエレメントの一例である。また、他のいずれか１つのグループのアンテナエレメント（例えば１２０Ａ２）は、複数の第２アンテナエレメントの一例である。また、残りのグループのアンテナエレメント（例えば１２０Ａ３、１２０Ａ４）は、複数の第３アンテナエレメントの一例である。 Any one of the four groups of antenna elements 120A1 to 120A4 (for example, 120A1) is an example of a plurality of first antenna elements. Further, any other group of antenna elements (for example, 120A2) is an example of a plurality of second antenna elements. The remaining groups of antenna elements (for example, 120A3 and 120A4) are examples of a plurality of third antenna elements.
６４個のアンテナエレメント１２０Ａは、行方向及び列方向に等間隔でマトリクス状に配置されており、１行目及び２行目の１列目及び２列目に含まれる４つのアンテナエレメント１２０Ａは、互いに異なるグループに所属するアンテナエレメント１２０Ａ１〜１２０Ａ４である。アンテナエレメント１２０Ａの行方向及び列方向の間隔は、一例として、アレイアンテナ装置１００が放射するミリ波の波長λ（電気長）の１／２（λ／２）である。アンテナエレメント１２０Ａ同士の結合を最小にするためである。 The 64 antenna elements 120A are arranged in a matrix at equal intervals in the row and column directions, and the four antenna elements 120A included in the first and second columns of the first and second rows are: The antenna elements 120A1 to 120A4 belong to different groups. The spacing in the row direction and the column direction of the antenna element 120A is, for example, 1/2 (λ / 2) of the wavelength λ (electric length) of the millimeter wave radiated from the array antenna apparatus 100. This is to minimize the coupling between the antenna elements 120A.
グループ１の１６個のアンテナエレメント１２０Ａ１（白）は、１行目で１列目のアンテナエレメント１２０Ａ１に対して、行方向及び列方向に１個飛ばしで等間隔に配置されている。同様に、グループ２の１６個のアンテナエレメント１２０Ａ２（梨地（細かいドットのパターン））は、１行目で２列目のアンテナエレメント１２０Ａ２に対して、行方向及び列方向に１個飛ばしで等間隔に配置されている。 Sixteen antenna elements 120A1 (white) in group 1 are arranged at equal intervals by skipping one antenna element 120A1 in the first row in the row direction and in the column direction. Similarly, the 16 antenna elements 120A2 of the group 2 (satin (fine dot pattern)) are equally spaced apart from the antenna elements 120A2 in the first row and in the second column by one in the row and column directions. Is arranged.
また、グループ３の１６個のアンテナエレメント１２０Ａ３（薄いグレー）は、２行目で１列目のアンテナエレメント１２０Ａ３に対して、行方向及び列方向に１個飛ばしで等間隔に配置されている。同様に、グループ４の１６個のアンテナエレメント１２０Ａ４（濃いグレー）は、２行目で２列目のアンテナエレメント１２０Ａ４に対して、行方向及び列方向に１個飛ばしで等間隔に配置されている。 Further, the 16 antenna elements 120A3 (light gray) of group 3 are arranged at equal intervals by skipping one antenna element 120A3 in the second row and the first column in the row direction and the column direction. Similarly, 16 antenna elements 120A4 (dark gray) of group 4 are arranged at equal intervals by skipping one antenna element 120A4 in the second row and the second column in the row direction and the column direction. .
このように、各グループのアンテナエレメント１２０Ａは、同一のグループの隣のアンテナエレメント１２０Ａとの間に、他のグループの１個のアンテナエレメント１２０Ａを挟んで配置されている。 As described above, the antenna elements 120A of each group are arranged so as to sandwich one antenna element 120A of another group between the antenna elements 120A adjacent to the same group.
換言すれば、グループ１の１６個のアンテナエレメント１２０Ａ１と、グループ２の１６個のアンテナエレメント１２０Ａ２とは、行方向において交互に等間隔で配置されている。また、グループ３の１６個のアンテナエレメント１２０Ａ３と、グループ４の１６個のアンテナエレメント１２０Ａ４とは、行方向において交互に等間隔で配置されている。 In other words, the 16 antenna elements 120A1 of group 1 and the 16 antenna elements 120A2 of group 2 are alternately arranged at equal intervals in the row direction. Further, the 16 antenna elements 120A3 of group 3 and the 16 antenna elements 120A4 of group 4 are alternately arranged at equal intervals in the row direction.
また、グループ１の１６個のアンテナエレメント１２０Ａ１と、グループ３の１６個のアンテナエレメント１２０Ａ３とは、列方向において交互に等間隔で配置されている。また、グループ２の１６個のアンテナエレメント１２０Ａ２と、グループ４の１６個のアンテナエレメント１２０Ａ４とは、列方向において交互に等間隔で配置されている。 Further, the 16 antenna elements 120A1 of group 1 and the 16 antenna elements 120A3 of group 3 are alternately arranged at equal intervals in the column direction. Further, the 16 antenna elements 120A2 of group 2 and the 16 antenna elements 120A4 of group 4 are alternately arranged at equal intervals in the column direction.
図４では、４個の校正用アンテナエレメント１２５を校正用アンテナエレメント１２５Ａ〜１２５Ｄと区別する。校正用アンテナエレメント１２５Ａ〜１２５Ｄは、正方形であり、四辺のうちの二辺ずつがＸ軸及びＹ軸に平行になるように配置されている。 In FIG. 4, four calibration antenna elements 125 are distinguished from calibration antenna elements 125A to 125D. The calibration antenna elements 125 </ b> A to 125 </ b> D are square, and are arranged so that two of the four sides are parallel to the X axis and the Y axis.
校正用アンテナエレメント１２５Ａ又は１２５Ｃは、第１校正用アンテナエレメントの一例である。校正用アンテナエレメント１２５Ｂ又は１２５Ｄは、第２校正用アンテナエレメントの一例である。なお、４個を特に区別しない場合には、単に校正用アンテナエレメント１２５と称す。 The calibration antenna element 125A or 125C is an example of a first calibration antenna element. The calibration antenna element 125B or 125D is an example of a second calibration antenna element. In the case where the four elements are not particularly distinguished, they are simply referred to as calibration antenna elements 125.
ここでは、アンテナエレメント１２０Ａ１をさらに行数と列数で区別する際には、アンテナエレメント１２０Ａ１（行数，列数）と記す。これは、アンテナエレメント１２０Ａ２〜１２０Ａ４についても同様である。例えば、１行目で５行目のアンテナエレメント１２０Ａ１は、アンテナエレメント１２０Ａ１（１，５）である。 Here, when the antenna element 120A1 is further distinguished by the number of rows and the number of columns, it is described as the antenna element 120A1 (number of rows, number of columns). The same applies to the antenna elements 120A2 to 120A4. For example, the antenna element 120A1 in the first row and the fifth row is the antenna element 120A1 (1, 5).
校正用アンテナエレメント１２５Ａは、アンテナエレメント１２０Ａ２（１，４）と、アンテナエレメント１２０Ａ１（１，５）とに対して、Ｘ軸方向における中央、かつ、Ｙ軸正方向側に配置されている。 The calibration antenna element 125A is disposed at the center in the X-axis direction and on the Y-axis positive direction side with respect to the antenna element 120A2 (1, 4) and the antenna element 120A1 (1, 5).
すなわち、校正用アンテナエレメント１２５Ａは、アンテナエレメント１２０Ａ２（１，４）と、アンテナエレメント１２０Ａ１（１，５）とを線対称な配置にする対称軸Ｃ１上に位置し、対称軸Ｃ１に対して線対称な形状を有する。対称軸Ｃ１は、第１対称軸の一例である。 That is, the calibration antenna element 125A is located on the symmetry axis C1 in which the antenna element 120A2 (1, 4) and the antenna element 120A1 (1, 5) are arranged in line symmetry, and the line is arranged with respect to the symmetry axis C1. It has a symmetric shape. The symmetry axis C1 is an example of a first symmetry axis.
校正用アンテナエレメント１２５Ａと、アンテナエレメント１２０Ａ１（１，５）との間の間隔（中心点同士のＸ軸及びＹ軸に対して斜めの方向の間隔）は、アレイアンテナ装置１００が放射するミリ波の波長λ（電気長）の１／２（λ／２）である。同様に、校正用アンテナエレメント１２５Ａと、アンテナエレメント１２０Ａ２（１，４）との間の間隔は、波長λ（電気長）の１／２（λ／２）である。校正用アンテナエレメント１２５Ａとアンテナエレメント１２０Ａとの結合を最小にするためである。 The distance between the calibration antenna element 125A and the antenna element 120A1 (1, 5) (the distance between the center points in the direction oblique to the X axis and the Y axis) is a millimeter wave radiated by the array antenna apparatus 100. It is 1/2 (λ / 2) of the wavelength λ (electrical length). Similarly, the interval between the calibration antenna element 125A and the antenna element 120A2 (1, 4) is ½ (λ / 2) of the wavelength λ (electrical length). This is to minimize the coupling between the calibration antenna element 125A and the antenna element 120A.
グループ１とグループ２の位相を合わせるための校正処理を行う際には、アンテナエレメント１２０Ａ２（１，４）と、アンテナエレメント１２０Ａ１（１，５）とから電波を放射し、校正用アンテナエレメント１２５Ａで受信して、２つの受信信号の位相が揃うように校正処理を行う。 When performing calibration processing for matching the phases of group 1 and group 2, radio waves are radiated from antenna element 120A2 (1, 4) and antenna element 120A1 (1, 5), and calibration antenna element 125A is used. Upon receiving, calibration processing is performed so that the phases of the two received signals are aligned.
同様に、校正用アンテナエレメント１２５Ｂは、アンテナエレメント１２０Ａ１（５，１）と、アンテナエレメント１２０Ａ３（４，１）とに対して、Ｙ軸方向における中央、かつ、Ｘ軸負方向側に配置されている。 Similarly, the calibration antenna element 125B is arranged at the center in the Y-axis direction and on the X-axis negative direction side with respect to the antenna element 120A1 (5, 1) and the antenna element 120A3 (4, 1). Yes.
すなわち、校正用アンテナエレメント１２５Ｂは、アンテナエレメント１２０Ａ１（５，１）と、アンテナエレメント１２０Ａ３（４，１）とを線対称な配置にする対称軸Ｃ２上に位置し、対称軸Ｃ２に対して線対称な形状を有する。対称軸Ｃ２は、第２対称軸の一例である。 That is, the calibration antenna element 125B is located on the symmetry axis C2 in which the antenna element 120A1 (5, 1) and the antenna element 120A3 (4, 1) are arranged symmetrically with respect to the line, and the line with respect to the symmetry axis C2. It has a symmetric shape. The symmetry axis C2 is an example of a second symmetry axis.
グループ１とグループ３の位相を合わせるための校正処理を行う際には、アンテナエレメント１２０Ａ１（５，１）と、アンテナエレメント１２０Ａ３（４，１）とから電波を放射し、校正用アンテナエレメント１２５Ｂで受信して、２つの受信信号の位相が揃うように校正処理を行う。 When performing a calibration process for matching the phases of group 1 and group 3, radio waves are radiated from antenna element 120A1 (5, 1) and antenna element 120A3 (4, 1), and calibration antenna element 125B is used. Upon receiving, calibration processing is performed so that the phases of the two received signals are aligned.
同様に、校正用アンテナエレメント１２５Ｃは、アンテナエレメント１２０Ａ４（８，４）と、アンテナエレメント１２０Ａ３（８，５）とに対して、Ｘ軸方向における中央、かつ、Ｙ軸負方向側に配置されている。 Similarly, the calibration antenna element 125C is arranged at the center in the X-axis direction and on the Y-axis negative direction side with respect to the antenna element 120A4 (8, 4) and the antenna element 120A3 (8, 5). Yes.
すなわち、校正用アンテナエレメント１２５Ｃは、アンテナエレメント１２０Ａ４（８，４）と、アンテナエレメント１２０Ａ３（８，５）とを線対称な配置にする対称軸Ｃ１上に位置し、対称軸Ｃ１に対して線対称な形状を有する。 That is, the calibration antenna element 125C is located on the symmetry axis C1 in which the antenna element 120A4 (8, 4) and the antenna element 120A3 (8, 5) are arranged in line symmetry, and the line is arranged with respect to the symmetry axis C1. It has a symmetric shape.
グループ４とグループ３の位相を合わせるための校正処理を行う際には、アンテナエレメント１２０Ａ４（８，４）と、アンテナエレメント１２０Ａ３（８，５）とから電波を放射し、校正用アンテナエレメント１２５Ｃで受信して、２つの受信信号の位相が揃うように校正処理を行う。 When performing calibration processing to match the phases of group 4 and group 3, radio waves are radiated from antenna element 120A4 (8, 4) and antenna element 120A3 (8, 5), and calibration antenna element 125C is used. Upon receiving, calibration processing is performed so that the phases of the two received signals are aligned.
同様に、校正用アンテナエレメント１２５Ｄは、アンテナエレメント１２０Ａ２（５，８）と、アンテナエレメント１２０Ａ４（４，８）とに対して、Ｙ軸方向における中央、かつ、Ｘ軸正方向側に配置されている。 Similarly, the calibration antenna element 125D is arranged at the center in the Y-axis direction and on the X-axis positive direction side with respect to the antenna element 120A2 (5, 8) and the antenna element 120A4 (4, 8). Yes.
すなわち、校正用アンテナエレメント１２５Ｄは、アンテナエレメント１２０Ａ２（５，８）と、アンテナエレメント１２０Ａ４（４，８）とを線対称な配置にする対称軸Ｃ２上に位置し、対称軸Ｃ２に対して線対称な形状を有する。 That is, the calibration antenna element 125D is located on the symmetry axis C2 in which the antenna element 120A2 (5, 8) and the antenna element 120A4 (4, 8) are arranged symmetrically with respect to the line, and is lined with respect to the symmetry axis C2. It has a symmetric shape.
グループ２とグループ４の位相を合わせるための校正処理を行う際には、アンテナエレメント１２０Ａ２（５，８）と、アンテナエレメント１２０Ａ４（４，８）とから電波を放射し、校正用アンテナエレメント１２５Ｂで受信して、２つの受信信号の位相が揃うように校正処理を行う。 When performing calibration processing for matching the phases of group 2 and group 4, radio waves are radiated from antenna element 120A2 (5, 8) and antenna element 120A4 (4, 8), and calibration antenna element 125B is used. Upon receiving, calibration processing is performed so that the phases of the two received signals are aligned.
なお、ここでは、４個のグループ１〜４に対して、４個の校正用アンテナエレメント１２５Ａ〜１２５Ｄを示すが、校正用アンテナエレメント１２５の数は、グループ数よりも１つ少なくてもよい。 Here, four calibration antenna elements 125A to 125D are shown for four groups 1 to 4, but the number of calibration antenna elements 125 may be one less than the number of groups.
例えば、グループ１とグループ２の校正処理、グループ１とグループ３の校正処理、及び、グループ４とグループ３の校正処理を行えば、グループ２とグループ４の位相は合わせられるため、グループ２とグループ４の位相を合わせるための校正処理を行わなくても済む。この例では、３個の校正用アンテナエレメント１２５Ａ〜１２５Ｃがあれば、校正用アンテナエレメント１２５Ｄは、無くてもよいことになる。 For example, if the calibration process of group 1 and group 2, the calibration process of group 1 and group 3, and the calibration process of group 4 and group 3 are performed, the phase of group 2 and group 4 can be matched. It is not necessary to perform a calibration process for adjusting the phase of 4. In this example, if there are three calibration antenna elements 125A to 125C, the calibration antenna element 125D may be omitted.
アンテナエレメント１２０Ａの校正処理は、各グループ内での校正処理と、グループ間での校正処理とに分けられる。各グループ内での校正処理は、周知の様々な手法で行うことができるが、一例として次のようにすればよい。なお、各グループ内での校正処理は同様であるため、ここでは、図５を用いて、グループ１の校正処理について説明する。図５は、グループ１の校正処理を説明する図である。 The calibration process of the antenna element 120A is divided into a calibration process within each group and a calibration process between groups. The calibration processing in each group can be performed by various known methods, but as an example, the following may be performed. In addition, since the calibration process in each group is the same, the calibration process of the group 1 is demonstrated here using FIG. FIG. 5 is a diagram for explaining the calibration process of group 1.
グループ１の校正処理は、仰角及び方位角が０度（ともにＺ軸正方向）のビームを生成するように１６個のアンテナエレメント１２０Ａ１が電波を放射する状態で、１６個のアンテナエレメント１２０Ａ１が放射する電波の位相を等しくする処理である。 In the calibration process of group 1, the 16 antenna elements 120A1 radiate while the 16 antenna elements 120A1 radiate radio waves so as to generate a beam whose elevation angle and azimuth angle are 0 degrees (both in the positive direction of the Z axis). This process is to equalize the phase of the radio waves to be transmitted.
校正処理に際しては、まず、１６個のアンテナエレメント１２０Ａ１にそれぞれ接続される１６個のフェーズシフタ１３１が送信信号に付与する位相を０度に調整する。 In the calibration process, first, the phase imparted to the transmission signal by the 16 phase shifters 131 respectively connected to the 16 antenna elements 120A1 is adjusted to 0 degree.
例えば、グループ１の校正処理において、行方向（Ｘ軸方向）の校正処理を行うには、隣接するアンテナエレメント１２０Ａ１同士の間にあるグループ２のアンテナエレメント１２０Ａ２を受信素子として利用する。 For example, in the calibration process of group 1, in order to perform the calibration process in the row direction (X-axis direction), the antenna element 120A2 of group 2 between adjacent antenna elements 120A1 is used as a receiving element.
一例として、３行目で５列目のアンテナエレメント１２０Ａ１が放射する電波の位相を基準としてグループ１の校正処理を行う場合には、次のようにすればよい。 As an example, when the group 1 calibration process is performed with reference to the phase of the radio wave radiated from the antenna element 120A1 in the third row and the fifth column, the following process may be performed.
図５に示すように、３行目で５列目のアンテナエレメント１２０Ａ１と、３行目で７列目のアンテナエレメント１２０Ａ１とが放射する電波を３行目で６列目のアンテナエレメント１２０Ａ２で受信して、３行目で５列目のアンテナエレメント１２０Ａ１が放射する電波に対する３行目で７列目のアンテナエレメント１２０Ａ１が放射する電波の位相差を測定する。この位相差は、３行目で５列目のアンテナエレメント１２０Ａ１が放射する電波に対する３行目で７列目のアンテナエレメント１２０Ａ１が放射する電波の位相の誤差を表す。 As shown in FIG. 5, the radio waves radiated by the antenna element 120A1 in the fifth row in the third row and the antenna element 120A1 in the seventh row in the third row are received by the antenna element 120A2 in the sixth row. Then, the phase difference of the radio wave radiated by the antenna element 120A1 in the seventh row in the third row is measured with respect to the radio wave radiated by the antenna element 120A1 in the fifth row in the third row. This phase difference represents an error in the phase of the radio wave emitted from the antenna element 120A1 in the third row and the seventh column with respect to the radio wave emitted from the antenna element 120A1 in the fifth row and the third row.
ここで、位相差（位相の誤差）の測定は、制御部１が行う。図５に示すように、制御部１は、送信信号をベースバンド処理部１０に出力し、ＲＦモジュール２０でアップコンバート処理が行われたＲＦ帯の送信信号は、フェーズシフタ１３１を経て、３行目で５列目のアンテナエレメント１２０Ａ１と、３行目で７列目のアンテナエレメント１２０Ａ１とから放射される。この送信信号は、３行目で６列目のアンテナエレメント１２０Ａ２で受信され、フェーズシフタ１３１を経て、ＲＦモジュール２０でダウンコンバート処理が行われ、ベースバンド処理部１０を経て、制御部１に入力される。制御部１は、位相差（位相の誤差）を測定する。なお、位相差（位相の誤差）の測定方法については後述する。 Here, the control unit 1 performs measurement of the phase difference (phase error). As shown in FIG. 5, the control unit 1 outputs the transmission signal to the baseband processing unit 10, and the RF band transmission signal subjected to the up-conversion processing by the RF module 20 passes through the phase shifter 131 and passes through three lines. Radiation is performed from the antenna element 120A1 in the fifth column by the eye and the antenna element 120A1 in the seventh column by the third row. This transmission signal is received by the antenna element 120A2 in the third row and the sixth column, through the phase shifter 131, down-converted by the RF module 20, and input to the control unit 1 through the baseband processing unit 10. Is done. The control unit 1 measures a phase difference (phase error). A method for measuring the phase difference (phase error) will be described later.
また、３行目で５列目のアンテナエレメント１２０Ａ１と、３行目で３列目のアンテナエレメント１２０Ａ１とが放射する電波を３行目で４列目のアンテナエレメント１２０Ａ２で受信して、３行目で５列目のアンテナエレメント１２０Ａ１が放射する電波に対する３行目で３列目のアンテナエレメント１２０Ａ１が放射する電波の位相差（位相の誤差）を測定する。 The third row and the fourth column antenna element 120A1 receive the radio waves radiated by the third row antenna element 120A1 and the third row antenna element 120A1. The phase difference (phase error) of the radio waves radiated by the third row of antenna elements 120A1 in the third row with respect to the radio waves radiated by the fifth row of antenna elements 120A1 is measured.
また、３行目で３列目のアンテナエレメント１２０Ａ１と、３行目で１列目のアンテナエレメント１２０Ａ１とが放射する電波を３行目で２列目のアンテナエレメント１２０Ａ２で受信して、３行目で３列目のアンテナエレメント１２０Ａ１が放射する電波に対する３行目で１列目のアンテナエレメント１２０Ａ１が放射する電波の位相差（位相の誤差）を測定する。 In addition, the radio wave radiated by the antenna element 120A1 in the third column in the third row and the antenna element 120A1 in the first column in the third row is received by the antenna element 120A2 in the second row and the third row. The phase difference (phase error) of the radio waves radiated by the first row of antenna elements 120A1 in the third row to the radio waves radiated by the third row of antenna elements 120A1 is measured.
３行目で５列目のアンテナエレメント１２０Ａ１が放射する電波に対する３行目で３列目のアンテナエレメント１２０Ａ１が放射する電波の位相差（位相の誤差）は分かっているため、３行目で５列目のアンテナエレメント１２０Ａ１が放射する電波に対する３行目で１列目のアンテナエレメント１２０Ａ１が放射する電波の位相差（位相の誤差）を求めることができる。 Since the phase difference (phase error) of the radio wave radiated by the antenna element 120A1 in the third row with respect to the radio wave radiated by the antenna element 120A1 in the fifth row in the third row is known, 5 in the third row. The phase difference (phase error) of the radio waves radiated from the antenna element 120A1 in the first column in the third row relative to the radio waves radiated from the antenna element 120A1 in the column can be obtained.
このようにして、グループ１の３行目についての校正処理を行い、１行目、５行目、７行目についても同様に行方向の校正処理を行う。 In this way, the calibration processing for the third row of group 1 is performed, and the calibration processing in the row direction is similarly performed for the first row, the fifth row, and the seventh row.
次に、３行目で５列目のアンテナエレメント１２０Ａ１と、アンテナエレメント１２０Ａ１（１，５）とが放射する電波を２行目で５列目のアンテナエレメント１２０Ａ３で受信して、３行目で５列目のアンテナエレメント１２０Ａ１が放射する電波に対するアンテナエレメント１２０Ａ１（１，５）が放射する電波の位相差（位相の誤差）を測定する。これにより、グループ１の３行目と１行目の位相差（位相の誤差）を求めることができる。 Next, radio waves radiated by the antenna element 120A1 in the fifth row and the antenna element 120A1 (1, 5) in the third row are received by the antenna element 120A3 in the second row and in the third row. The phase difference (phase error) of the radio wave radiated by the antenna element 120A1 (1, 5) with respect to the radio wave radiated by the antenna element 120A1 in the fifth row is measured. Thus, the phase difference (phase error) between the third row and the first row of group 1 can be obtained.
また、３行目で５列目のアンテナエレメント１２０Ａ１と、５行目で５列目のアンテナエレメント１２０Ａ１とが放射する電波を４行目で５列目のアンテナエレメント１２０Ａ３で受信して、３行目で５列目のアンテナエレメント１２０Ａ１が放射する電波に対する５行目で５列目のアンテナエレメント１２０Ａ１が放射する電波の位相差（位相の誤差）を測定する。これにより、グループ１の３行目と５行目の位相差（位相の誤差）を求めることができる。 In addition, the radio waves radiated by the antenna element 120A1 in the fifth column in the third row and the antenna element 120A1 in the fifth column in the fifth row are received by the antenna element 120A3 in the fourth row and the fifth column. The phase difference (phase error) of the radio waves radiated by the fifth row of antenna elements 120A1 in the fifth row with respect to the radio waves radiated by the fifth row of antenna elements 120A1 is measured. Thereby, the phase difference (phase error) of the third row and the fifth row of the group 1 can be obtained.
また、５行目で５列目のアンテナエレメント１２０Ａ１と、７行目で５列目のアンテナエレメント１２０Ａ１とが放射する電波を６行目で５列目のアンテナエレメント１２０Ａ３で受信して、５行目で５列目のアンテナエレメント１２０Ａ１が放射する電波に対する７行目で５列目のアンテナエレメント１２０Ａ１が放射する電波の位相差（位相の誤差）を測定する。これにより、グループ１の５行目と７行目の位相差（位相の誤差）を求めることができる。３行目と５行目の位相差（位相の誤差）は分かっているため、グループ１の３行目と７行目の位相差（位相の誤差）を求めることができる。 Also, radio waves radiated by the antenna element 120A1 in the fifth column in the fifth row and the antenna element 120A1 in the fifth column in the seventh row are received by the antenna element 120A3 in the sixth row and the fifth column. The phase difference (phase error) of the radio waves radiated by the fifth row of antenna elements 120A1 in the seventh row with respect to the radio waves radiated by the fifth row of antenna elements 120A1 is measured. Thereby, the phase difference (phase error) of the fifth row and the seventh row of the group 1 can be obtained. Since the phase difference (phase error) between the third row and the fifth row is known, the phase difference (phase error) between the third row and the seventh row of group 1 can be obtained.
以上のようにして、グループ１については、３行目で５列目のアンテナエレメント１２０Ａ１を基準として、すべての位相の誤差を求めることができるため、各フェーズシフタ１３１に設定する位相を各々の位相の誤差で補正すればよい。以上のようにグループ１内の校正処理を行うことができる。 As described above, for group 1, errors of all phases can be obtained with reference to antenna element 120A1 in the third row and the fifth column, so the phase set in each phase shifter 131 is set to each phase. It is sufficient to correct with the error of As described above, the calibration process in the group 1 can be performed.
また、グループ２〜４についても、グループ１と同様に位相の誤差を求めることができるため、各フェーズシフタ１３１に設定する位相を各々の位相の誤差で補正すればよい。 In addition, since the phase errors can be obtained for the groups 2 to 4 similarly to the group 1, the phase set in each phase shifter 131 may be corrected with the respective phase errors.
グループ内で位相の誤差を求める際には、同一グループの１個飛ばしで隣り合う２個のアンテナエレメント１２０Ａの間に位置する１個の他のグループのアンテナエレメント１２０Ａで受信するので、アンテナエレメント１２０Ａが垂直偏波又は水平偏波を放射する場合に、受信するアンテナエレメント１２０Ａに対して線対称に配置された２個のアンテナエレメント１２０Ａの位相の誤差を正確に求めることができる。 When obtaining a phase error within a group, the antenna element 120A is received by one antenna element 120A of another group positioned between two adjacent antenna elements 120A by skipping one of the same group. Can radiate vertically polarized waves or horizontally polarized waves, the phase error of the two antenna elements 120A arranged symmetrically with respect to the receiving antenna element 120A can be accurately obtained.
ここで、グループ内の校正処理について説明する。グループ内の校正処理は、制御部１の校正部１Ａが行う。校正部１Ａは、制御部１のうち、アレイアンテナ装置１００の校正処理を行う機能を表したものである。 Here, the calibration process in the group will be described. Calibration processing within the group is performed by the calibration unit 1A of the control unit 1. The calibration unit 1 </ b> A represents a function of the control unit 1 that performs calibration processing of the array antenna device 100.
上述のように、各グループにおいて、２個の隣り合う（他のグループのアンテナエレメント１２０Ａを１個挟んで隣り合う）アンテナエレメント１２０Ａから電波を放射（送信）し、間に位置する他のグループの１個のアンテナエレメント１２０Ａで受信することによって、位相差（位相の誤差）を測定する。 As described above, in each group, radio waves are radiated (transmitted) from two adjacent antenna elements 120A (adjacent to each other with one antenna element 120A from another group), and another group located between them. By receiving with one antenna element 120A, the phase difference (phase error) is measured.
各グループにおいて、アンテナエレメント１２０Ａのうちのｍ行、ｎ列（ｍ、ｎは、１〜８の任意の整数）のアンテナエレメント１２０Ａと、同一グループの中でｍ行、ｎ列のアンテナエレメント１２０Ａの隣に位置する（他のグループのアンテナエレメント１２０Ａを１個挟んで隣に位置する）ｉ行、ｊ列（ｉ、ｊは、ｍ、ｎとは異なる１〜８の任意の整数）のアンテナエレメント１２０Ａとを選び、それぞれに接続されているフェーズシフタ１３１の位相をγm、n、γi、jに設定する。 In each group, there are m rows and n columns (m and n are arbitrary integers from 1 to 8) of antenna elements 120A of antenna elements 120A, and m rows and n columns of antenna elements 120A in the same group. I-row and j-column antenna elements (i and j are any integers from 1 to 8 different from m and n) located adjacent to each other (positioned adjacent to one antenna element 120A of another group) 120A is selected, and the phase of the phase shifter 131 connected to each of them is set to γ m, n , γ i, j .
そして、ｍ行、ｎ列のアンテナエレメント１２０Ａと、ｉ行、ｊ列のアンテナエレメント１２０Ａとからミリ波を同時に送信し、間に位置する他のグループのアンテナエレメント１２０Ａで受信電力Ｐを観測し、ｍ行、ｎ列のアンテナエレメント１２０Ａの位相遅延量δm、nと、位相の基準（リファレンス）になるｉ行、ｊ列のアンテナエレメント１２０Ａの位相遅延量δi、jとの差（δm、n−δi、j）を推定する。 Then, the millimeter wave is simultaneously transmitted from the antenna element 120A of m rows and n columns and the antenna element 120A of i row and j columns, and the received power P is observed by another group of antenna elements 120A located therebetween, m rows, the phase delay [delta] m, n of the n columns of the antenna elements 120A, i line of a reference (reference) phase, the difference between the phase delay [delta] i, j of the antenna element 120A of column j ([delta] m , N −δ i, j ).
このような位相遅延量の差の推定は、電波を送信する２個のアンテナエレメント１２０Ａの各々と、電波を受信するアンテナエレメント１２０Ａとの相互結合を利用している。相互結合は、電波を送信する２個のアンテナエレメント１２０Ａと、電波を受信するアンテナエレメント１２０Ａとの間の距離と、電波の偏波面とで決定する。 Such estimation of the difference between the phase delay amounts uses mutual coupling between each of the two antenna elements 120A that transmit radio waves and the antenna element 120A that receives radio waves. Mutual coupling is determined by the distance between the two antenna elements 120A that transmit radio waves and the antenna element 120A that receives radio waves, and the plane of polarization of the radio waves.
電波を送信する２個のアンテナエレメント１２０Ａの各々と、電波を受信するアンテナエレメント１２０Ａとの距離が等しく、２個のアンテナエレメント１２０Ａが送信する電波の偏波面が同一であり、かつ、受信する２つの電波の偏波面が同一であれば、次のようになる。すなわち、電波を送信する一方のアンテナエレメント１２０Ａと、電波を受信するアンテナエレメント１２０ＡとのＳ２１パラメータと、電波を送信する他方のアンテナエレメント１２０Ａと、電波を受信するアンテナエレメント１２０ＡとのＳ２１パラメータとは等しくなる。 The distance between each of the two antenna elements 120A for transmitting radio waves and the antenna element 120A for receiving radio waves is equal, and the planes of polarization of the radio waves transmitted by the two antenna elements 120A are the same, and are received 2 If the planes of polarization of the two radio waves are the same, then That is, the S21 parameter of one antenna element 120A that transmits radio waves and the antenna element 120A that receives radio waves, and the S21 parameter of the other antenna element 120A that transmits radio waves and the antenna element 120A that receives radio waves are Will be equal.
アンテナエレメント１２０Ａが受信する２つの受信信号の偏波面が同一になるためには、送信信号を送信する２個のアンテナエレメント１２０Ａが、送信信号を受信するアンテナエレメント１２０Ａの対称軸に対して線対称であればよい。 In order for the two received signals received by the antenna element 120A to have the same polarization plane, the two antenna elements 120A that transmit the transmission signal are line-symmetric with respect to the symmetry axis of the antenna element 120A that receives the transmission signal. If it is.
このため、同一グループ内で隣り合う２個の（他のグループのアンテナエレメント１２０Ａを１個挟んで隣り合う）アンテナエレメント１２０Ａから電波を放射（送信）し、間に位置する他のグループの１個のアンテナエレメント１２０Ａで受信することによって、位相差（位相の誤差）を測定する。 For this reason, radio waves are radiated (transmitted) from two adjacent antenna elements 120A (adjacent to each other with one antenna element 120A from another group) in the same group, and one of the other groups located between them. The phase difference (phase error) is measured by receiving with the antenna element 120A.
６４個のアンテナエレメント１２０Ａは、四辺が行方向及び列方向に沿った矩形状（ここでは正方形）のパッチアンテナであり、行方向及び列方向に等間隔で配置されているため、同一グループ内で隣り合う２個の（他のグループのアンテナエレメント１２０Ａを１個挟んで隣り合う）アンテナエレメント１２０Ａは、間に位置する他のグループの１個のアンテナエレメント１２０Ａの中心線を対称軸として線対称に配置されている。 The 64 antenna elements 120A are rectangular (here square) patch antennas having four sides along the row direction and the column direction, and are arranged at equal intervals in the row direction and the column direction. Two adjacent antenna elements 120A (adjacent to each other with one antenna element 120A in another group) are symmetrical with respect to the center line of one antenna element 120A in another group located between them. Has been placed.
このような関係を利用して、ここでは、同一グループ内で隣り合う２個の（他のグループのアンテナエレメント１２０Ａを１個挟んで隣り合う）アンテナエレメント１２０Ａから電波を放射（送信）し、間に位置する他のグループの１個のアンテナエレメント１２０Ａで受信することによって、位相差（位相の誤差）を測定する。 Utilizing such a relationship, here, radio waves are radiated (transmitted) from two adjacent antenna elements 120A (adjacent to each other with one antenna element 120A in another group) in the same group. The phase difference (phase error) is measured by receiving with one antenna element 120A of another group located in the area.
位相遅延量δm、nと位相遅延量δi、jとは、ｍ行、ｎ列のアンテナエレメント１２０Ａと、ｉ行、ｊ列のアンテナエレメント１２０Ａとに生じる実際の遅延量である。ここで、受信電力Ｐは次式（１）で表すことができる。なお、Ｐ０は、同一グループ内で隣り合う２個のアンテナエレメント１２０Ａのうちの１個から、間に位置する他のグループの１個のアンテナエレメント１２０Ａが受電する電力であり、値は不明である。 The phase delay amount δ m, n and the phase delay amount δ i, j are actual delay amounts generated in the antenna element 120A of m rows and n columns and the antenna element 120A of i rows and j columns. Here, the received power P can be expressed by the following equation (1). P 0 is power received by one antenna element 120A of another group located between one of two adjacent antenna elements 120A in the same group, and the value is unknown. is there.
このような受信電力Ｐは、図６に示すような正弦波形の特性を取る。図６は、受信電力Ｐの波形を示す図である。図６において、横軸は、位相遅延量δm、nと位相遅延量δi、jとの差（δm、n−δi、j）であり、縦軸は受信電力Ｐである。 Such received power P has a sinusoidal characteristic as shown in FIG. FIG. 6 is a diagram showing a waveform of the received power P. As shown in FIG. In FIG. 6, the horizontal axis represents the difference (δ m, n −δ i, j ) between the phase delay amount δ m, n and the phase delay amount δ i, j , and the vertical axis represents the received power P.
差（δm、n−δi、j）が０から２πまで変化するようにフェーズシフタ１３１の位相γm、n、γi、jを変化させながら、受信電力Ｐが最大値（ＭＡＸ）と最小値（ＭＩＮ）になるときの差（δm、n−δi、j）を測定すれば、差（δm、n−δi、j）の推定値を求めることができる。 While changing the phases γ m, n , γ i, j of the phase shifter 131 such that the difference (δ m, n −δ i, j ) changes from 0 to 2π, the received power P becomes the maximum value (MAX). By measuring the difference (δ m, n −δ i, j ) when the minimum value (MIN) is reached, an estimated value of the difference (δ m, n −δ i, j ) can be obtained.
このような校正処理により、位相の基準（リファレンス）になるｉ行、ｊ列のアンテナエレメント１２０Ａの位相遅延量δi、jに対する、ｍ行、ｎ列のアンテナエレメント１２０Ａの位相遅延量δm、nの差を求めることができる。 With such a calibration process, the phase delay amount δ m of the m-row, n-column antenna element 120A with respect to the phase delay amount δ i, j of the i-row, j-column antenna element 120A serving as a phase reference (reference) . The difference of n can be obtained.
次に、グループ間の校正処理について説明する。図７は、グループ間の校正処理を説明する図である。グループ間の校正処理は、制御部１の校正部１Ａが行う。ここでは、一例として、グループ１とグループ２の校正処理について説明する。 Next, calibration processing between groups will be described. FIG. 7 is a diagram for explaining calibration processing between groups. Calibration processing between groups is performed by the calibration unit 1A of the control unit 1. Here, as an example, the calibration processing of group 1 and group 2 will be described.
グループ間の校正処理は、グループ内の校正処理と同様に、電波を送信する２個のアンテナエレメント１２０Ａの各々と、電波を受信する校正用アンテナエレメント１２５との相互結合を利用する。グループ間の場合の相互結合は、電波を送信する２個のアンテナエレメント１２０Ａと、電波を受信する校正用アンテナエレメント１２５との間の距離と、偏波面とで決定する。 The calibration process between groups uses mutual coupling between each of the two antenna elements 120A that transmit radio waves and the calibration antenna element 125 that receives radio waves, as in the calibration process within a group. Mutual coupling between groups is determined by the distance between the two antenna elements 120A that transmit radio waves and the calibration antenna element 125 that receives radio waves, and the plane of polarization.
２個のアンテナエレメント１２０Ａの各々と、校正用アンテナエレメント１２５との距離が等しく、２個のアンテナエレメント１２０Ａが送信する電波の偏波面が同一であり、かつ、校正用アンテナエレメント１２５が受信する２つの電波の偏波面が同一であれば、次のようになる。すなわち、電波を送信する一方のアンテナエレメント１２０Ａと、校正用アンテナエレメント１２５とのＳ２１パラメータと、電波を送信する他方のアンテナエレメント１２０Ａと、校正用アンテナエレメント１２５とのＳ２１パラメータとは等しくなる。 The distance between each of the two antenna elements 120A and the calibration antenna element 125 is equal, the polarization planes of the radio waves transmitted by the two antenna elements 120A are the same, and the calibration antenna element 125 receives 2 If the planes of polarization of the two radio waves are the same, then That is, the S21 parameter of one antenna element 120A that transmits radio waves and the calibration antenna element 125 is equal to the S21 parameter of the other antenna element 120A that transmits radio waves and the calibration antenna element 125.
校正用アンテナエレメント１２５が受信する２つの受信信号の偏波面が同一になるためには、送信信号を送信する２個のアンテナエレメント１２０Ａが、校正用アンテナエレメント１２５の対称軸に対して線対称であればよい。 In order for the two received signals received by the calibration antenna element 125 to have the same polarization plane, the two antenna elements 120A that transmit the transmission signal are line symmetric with respect to the symmetry axis of the calibration antenna element 125. I just need it.
グループ１とグループ２の校正処理を行う際には、制御部１は、送信信号をベースバンド処理部１０に出力し、ベースバンド処理部１０でベースバンド処理が行われ、ＲＦモジュール２０でアップコンバート処理が行われたＲＦ帯の送信信号は、フェーズシフタ１３１を経て、アンテナエレメント１２０Ａ２（１，４）と、アンテナエレメント１２０Ａ１（１，５）から放射される。この送信信号は、校正用アンテナエレメント１２５Ａで受信され、フェーズシフタ１３１を経て、ＲＦモジュール２０でダウンコンバート処理が行われ、ベースバンド処理部１０でベースバンド処理が行われて、制御部１に入力される。制御部１の校正部１Ａは、位相差（位相の誤差）を測定する。 When performing the calibration processing of group 1 and group 2, the control unit 1 outputs the transmission signal to the baseband processing unit 10, the baseband processing is performed by the baseband processing unit 10, and the RF module 20 performs up-conversion. The processed RF band transmission signal is radiated from the antenna element 120A2 (1, 4) and the antenna element 120A1 (1, 5) through the phase shifter 131. This transmission signal is received by the calibration antenna element 125 A, passes through the phase shifter 131, undergoes down-conversion processing by the RF module 20, undergoes baseband processing by the baseband processing unit 10, and is input to the control unit 1. Is done. The calibration unit 1A of the control unit 1 measures a phase difference (phase error).
位相の誤差の測定は、グループ内の校正処理について図６を用いて説明した方法と同様の方法で行い、例えば、アンテナエレメント１２０Ａ１（１，５）を基準として、アンテナエレメント１２０Ａ２（１，４）が放射する電波の位相を変化させて、受信電力Ｐが最大値（ＭＡＸ）と最小値（ＭＩＮ）になるときの位相遅延量を測定することで、グループ１とグループ２の位相の誤差を測定することができる。 The phase error is measured by a method similar to the method described with reference to FIG. 6 for the calibration process in the group. For example, the antenna element 120A2 (1, 4) is used with reference to the antenna element 120A1 (1, 5). By measuring the phase delay when the received power P reaches the maximum value (MAX) and the minimum value (MIN) by changing the phase of the radio wave radiated by, the phase error between group 1 and group 2 is measured. can do.
グループ１とグループ２の位相の誤差をフェーズシフタ１３１に設定することにより、グループ１とグループ２の校正処理が完了する。 By setting the phase error of group 1 and group 2 in the phase shifter 131, the calibration processing of group 1 and group 2 is completed.
なお、これは、グループ１とグループ３の校正処理、及び、グループ４とグループ３の校正処理についても同様である。 This also applies to the calibration processing of group 1 and group 3 and the calibration processing of group 4 and group 3.
図８は、制御部１の校正部１Ａが実行するグループ１とグループ２の校正処理の内容を示すフローチャートである。ここでは、グループ１、２間の校正処理を行う前提として、グループ１、２の各々の内部での校正処理は完了していることとする。 FIG. 8 is a flowchart showing the contents of the calibration processing of group 1 and group 2 executed by the calibration unit 1A of the control unit 1. Here, it is assumed that the calibration process in each of the groups 1 and 2 has been completed as a premise for performing the calibration process between the groups 1 and 2.
校正部１Ａは、処理がスタートすると、アンテナエレメント１２０Ａ１（１，５）のみから電波を放射させる（ステップＳ１）。 When the process starts, the calibration unit 1A radiates radio waves only from the antenna element 120A1 (1, 5) (step S1).
校正部１Ａは、校正用アンテナエレメント１２５Ａが受信した受信信号の信号レベルＳＬ１を取得する（ステップＳ２）。 The calibration unit 1A acquires the signal level SL1 of the received signal received by the calibration antenna element 125A (step S2).
校正部１Ａは、アンテナエレメント１２０Ａ２（１，４）のみから電波を放射させる（ステップＳ３）。 The calibration unit 1A radiates radio waves only from the antenna element 120A2 (1, 4) (step S3).
校正部１Ａは、校正用アンテナエレメント１２５Ａが受信した受信信号の信号レベルＳＬ２を取得する（ステップＳ４）。 The calibration unit 1A acquires the signal level SL2 of the received signal received by the calibration antenna element 125A (step S4).
校正部１Ａは、ステップＳ２で取得した信号レベルＳＬ１と、ステップＳ４で取得した信号レベルＳＬ２が揃う（等しくなる）ように、ＲＦモジュール２０を調整する（ステップＳ５）。ここでは一例として、信号レベルが大きい方に揃える。 The calibration unit 1A adjusts the RF module 20 so that the signal level SL1 acquired in step S2 and the signal level SL2 acquired in step S4 are aligned (equal) (step S5). Here, as an example, the signal level is adjusted to be larger.
校正部１Ａは、ステップＳ５でＲＦモジュール２０を調整した状態で、アンテナエレメント１２０Ａ１（１，５）とアンテナエレメント１２０Ａ２（１，４）から電波を放射させる（ステップＳ６）。 The calibration unit 1A radiates radio waves from the antenna element 120A1 (1, 5) and the antenna element 120A2 (1, 4) with the RF module 20 adjusted in step S5 (step S6).
校正部１Ａは、校正用アンテナエレメント１２５Ａが受信した受信信号の信号レベルＳＬを取得する（ステップＳ７）。校正部１Ａは、取得した信号レベルＳＬを内部メモリに格納する。 The calibration unit 1A acquires the signal level SL of the reception signal received by the calibration antenna element 125A (step S7). The calibration unit 1A stores the acquired signal level SL in the internal memory.
校正部１Ａは、信号レベルＳＬがそれまでの最大値であるかどうかを判定する（ステップＳ８）。それまでの最大値であるかどうかは、内部メモリに格納された信号レベルＳＬと比較して、今回取得した信号レベルＳＬが最大であるかどうかで判定すればよい。 The calibration unit 1A determines whether or not the signal level SL is the maximum value so far (step S8). Whether or not it is the maximum value up to that point may be determined by comparing whether or not the signal level SL acquired this time is maximum compared with the signal level SL stored in the internal memory.
校正部１Ａは、信号レベルＳＬがそれまでの最大値ではない（Ｓ８：ＮＯ）と判定すると、グループ２のアンテナエレメント１２０Ａ２（１，４）に接続されるフェーズシフタ１３１が送信信号に付与する角度を＋１度増大する（ステップＳ９）。なお、図８に示すフローを開始する時点で、アンテナエレメント１２０Ａ１（１，５）とアンテナエレメント１２０Ａ２（１，４）に接続されるフェーズシフタ１３１の角度値は、一例として、ともに０度に設定しておけばよい。 If the calibration unit 1A determines that the signal level SL is not the maximum value so far (S8: NO), the angle given to the transmission signal by the phase shifter 131 connected to the antenna element 120A2 (1, 4) of group 2 Is increased by +1 degree (step S9). Note that at the time of starting the flow shown in FIG. 8, the angle values of the phase shifter 131 connected to the antenna element 120A1 (1, 5) and the antenna element 120A2 (1, 4) are both set to 0 degrees as an example. You just have to.
校正部１Ａは、信号レベルＳＬがそれまでの最大値である（Ｓ８：ＹＥＳ）と判定すると、その時点におけるアンテナエレメント１２０Ａ１（１，５）に接続されるフェーズシフタ１３１の角度値と、アンテナエレメント１２０Ａ２（１，４）に接続されるフェーズシフタ１３１の角度値との差をグループ１に対するグループ２の位相の誤差として求め、グループ２のアンテナエレメント１２０Ａ２に接続されるフェーズシフタ１３１に設定する（ステップＳ１０）。これにより、グループ１、２の校正処理が完了する。 When the calibration unit 1A determines that the signal level SL is the maximum value so far (S8: YES), the angle value of the phase shifter 131 connected to the antenna element 120A1 (1, 5) at that time, and the antenna element The difference from the angle value of the phase shifter 131 connected to 120A2 (1, 4) is obtained as an error of the phase of group 2 with respect to group 1, and is set in the phase shifter 131 connected to antenna element 120A2 of group 2 (step) S10). Thereby, the calibration processing of groups 1 and 2 is completed.
校正部１Ａは、以上により一連の処理を終える（エンド）。 The calibration unit 1A ends the series of processes as described above (end).
以上のように、グループ１とグループ２との間で位相の誤差を求める際には、対称軸Ｃ１上に配置され、対称軸Ｃ１に対して線対称な形状を有する校正用アンテナエレメント１２５Ａを受信素子として用いて、対称軸Ｃ１に対して線対称に配置されたアンテナエレメント１２０Ａ１（１，５）と、アンテナエレメント１２０Ａ２（１，４）との位相の誤差を求める。 As described above, when the phase error between the group 1 and the group 2 is obtained, the calibration antenna element 125A arranged on the symmetry axis C1 and having a line-symmetric shape with respect to the symmetry axis C1 is received. The phase error between the antenna element 120A1 (1, 5) and the antenna element 120A2 (1, 4) arranged in line symmetry with respect to the symmetry axis C1 is obtained as an element.
対称軸Ｃ１に対して線対称であるため、アンテナエレメント１２０Ａ１（１，５）、１２０Ａ２（１，４）が垂直偏波又は水平偏波を放射する場合に、校正用アンテナエレメント１２５Ａが２個のアンテナエレメント１２０Ａ１（１，５）と１２０Ａ２（１，４）の位相の誤差を正確に求めることができる。 Since the antenna elements 120A1 (1, 5) and 120A2 (1, 4) radiate vertical polarization or horizontal polarization, the calibration antenna element 125A includes two calibration antenna elements 125A. The phase error between the antenna elements 120A1 (1,5) and 120A2 (1,4) can be accurately obtained.
なお、これは、グループ１とグループ３の校正処理、及び、グループ４とグループ３の校正処理についても同様である。 This also applies to the calibration processing of group 1 and group 3 and the calibration processing of group 4 and group 3.
以上、実施の形態によれば、グループ間のアンテナエレメント１２０Ａの校正を高精度で行うことができるアレイアンテナ装置１００を提供することができる。 As described above, according to the embodiment, it is possible to provide the array antenna apparatus 100 capable of performing calibration of the antenna element 120A between groups with high accuracy.
また、アレイアンテナ装置１００は、アンテナエレメント１２０Ａを複数のグループに分けて、グループ内の位相の誤差を求める際には、１個飛ばしで隣り合う同一グループの間に位置する他のグループのアンテナエレメント１２０Ａで受信する。このため、ネットワークアナライザのような受信機を用いることなく、アレイアンテナ装置１００で送受信を行うことで位相の誤差を求めることができる。なお、他のグループのアンテナエレメント１２０Ａで受信する代わりに、ネットワークアナライザのような受信機を用いて位相の誤差を求めてもよい。 When array antenna apparatus 100 divides antenna element 120A into a plurality of groups and obtains phase errors within the group, the antenna elements of other groups positioned between the same adjacent groups are skipped by one. Receive at 120A. Therefore, the phase error can be obtained by performing transmission / reception with the array antenna apparatus 100 without using a receiver such as a network analyzer. Note that the phase error may be obtained using a receiver such as a network analyzer instead of reception by the antenna element 120A of another group.
また、アレイアンテナ装置１００は、校正用アンテナエレメント１２５Ａについては、８行×８列の６４個のアンテナエレメント１２０Ａのうち、アンテナエレメント１２０Ａ２（１，４）と、アンテナエレメント１２０Ａ１（１，５）とに対して、Ｘ軸方向における中央、かつ、Ｙ軸正方向側に配置している。すなわち、校正用アンテナエレメント１２５Ａは、８行×８列の６４個のアンテナエレメント１２０Ａに対して、Ｘ軸方向の中心に配置されている。 The array antenna apparatus 100 includes the antenna element 120A2 (1, 4) and the antenna element 120A1 (1, 5) among the 64 antenna elements 120A of 8 rows × 8 columns for the calibration antenna element 125A. On the other hand, it is arranged at the center in the X-axis direction and on the Y-axis positive direction side. That is, the calibration antenna element 125A is disposed at the center in the X-axis direction with respect to 64 antenna elements 120A of 8 rows × 8 columns.
これは、校正用アンテナエレメント１２５Ｃについても同様であり、Ｙ軸方向については、校正用アンテナエレメント１２５Ｂ及び１２５Ｄについても同様である。 The same applies to the calibration antenna element 125C, and the same applies to the calibration antenna elements 125B and 125D in the Y-axis direction.
校正用アンテナエレメント１２５Ａ〜１２５Ｄは無給電素子であるが、近くに配置されるアンテナエレメント１２０Ａと結合するため、校正用アンテナエレメント１２５Ａ〜１２５Ｄのように、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の中心に配置することで、アンテナアレイ１２０の全体のバランスを取ることができる。 Although the calibration antenna elements 125A to 125D are parasitic elements, they are arranged at the center in the X-axis direction and the Y-axis direction like the calibration antenna elements 125A to 125D in order to couple with the antenna element 120A disposed in the vicinity. By doing so, the entire antenna array 120 can be balanced.
なお、校正用アンテナエレメント１２５Ａ〜１２５Ｄは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の中心からずらして配置してもよい。例えば、校正用アンテナエレメント１２５Ａを１行目で３列目のアンテナエレメント１２０Ａ１と、アンテナエレメント１２０Ａ２（１，４）とに対して、Ｘ軸方向における中央、かつ、Ｙ軸正方向側に配置してもよい。また、１行目の８個のアンテナエレメント１２０ＡのＹ軸正方向側に、複数の校正用アンテナエレメント１２５を設けてもよい。これは、８行目の８個のアンテナエレメント１２０ＡのＹ軸負方向側、１列目の８個のアンテナエレメント１２０ＡのＸ軸負方向側、８列目の８個のアンテナエレメント１２０ＡのＸ軸正方向側においても同様である。 Note that the calibration antenna elements 125A to 125D may be arranged so as to be shifted from the centers in the X-axis direction and the Y-axis direction. For example, the calibration antenna element 125A is arranged at the center in the X-axis direction and the Y-axis positive direction side with respect to the antenna element 120A1 in the first row and the third column in the first row and the antenna element 120A2 (1, 4). May be. A plurality of calibration antenna elements 125 may be provided on the Y axis positive direction side of the eight antenna elements 120A in the first row. This is because the Y-axis negative direction side of the eight antenna elements 120A in the eighth row, the X-axis negative direction side of the eight antenna elements 120A in the first column, and the X-axis of the eight antenna elements 120A in the eighth column. The same applies to the positive direction side.
また、以上では、グループ間の校正処理を行う際に、校正用アンテナエレメント１２５Ａが、アンテナエレメント１２０Ａ２（１，４）と、アンテナエレメント１２０Ａ１（１，５）とから送信される電波を受信する形態について説明した。しかしながら、アンテナエレメント１２０Ａ２（１，４）とアンテナエレメント１２０Ａ１（１，５）の代わりに、２行目のアンテナエレメント１２０Ａ２（２，４）と、アンテナエレメント１２０Ａ１（２，５）を用いてもよい。また、アンテナエレメント１２０Ａ２（２，４）と、アンテナエレメント１２０Ａ１（２，５）に限らず、対称軸Ｃ１に対して線対称なグループ１のうちの１個のアンテナエレメント１２０Ａ１と、グループ２のうちの１個のアンテナエレメント１２０Ａ２とから電波を送信してもよい。校正用アンテナエレメント１２５Ａに結合し、対称軸Ｃ１に対して線対称なグループ１のうちの１個のアンテナエレメント１２０Ａ１と、グループ２のうちの１個のアンテナエレメント１２０Ａ２とであればよい。 Further, in the above description, the calibration antenna element 125A receives radio waves transmitted from the antenna element 120A2 (1, 4) and the antenna element 120A1 (1, 5) when performing calibration processing between groups. Explained. However, instead of the antenna element 120A2 (1,4) and the antenna element 120A1 (1,5), the antenna element 120A2 (2,4) in the second row and the antenna element 120A1 (2,5) may be used. . Further, not only the antenna element 120A2 (2, 4) and the antenna element 120A1 (2, 5) but also one of the antenna elements 120A1 and the group 2 of the group 1 that is line-symmetric with respect to the symmetry axis C1. Radio waves may be transmitted from one antenna element 120A2. One antenna element 120A1 in the group 1 and one antenna element 120A2 in the group 2 may be connected to the calibration antenna element 125A and symmetrical with respect to the symmetry axis C1.
なお、これは、校正用アンテナエレメント１２５Ｃについても同様であり、Ｙ軸方向については、校正用アンテナエレメント１２５Ｂ及び１２５Ｄについても同様である。 The same applies to the calibration antenna element 125C, and the same applies to the calibration antenna elements 125B and 125D in the Y-axis direction.
また、以上では、校正用アンテナエレメント１２５Ａ〜１２５Ｄが、６４個のアンテナエレメント１２０Ａよりも外側に配置される形態について説明したが、校正用アンテナエレメント１２５Ａ〜１２５Ｄは、６４個のアンテナエレメント１２０Ａが配置される領域（８行×８列の６４個のアンテナエレメント１２０Ａが収まる領域）の内部に配置されてもよい。例えば、校正用アンテナエレメント１２５Ａ又は１２５Ｃは、６４個のアンテナエレメント１２０Ａが配置される領域内における対称軸Ｃ１上の位置に配置されてもよい。また、校正用アンテナエレメント１２５Ａ又は１２５Ｃは、対称軸Ｃ１をＸ軸方向にずらした位置にある対称軸上の位置に配置されてもよい。 In the above description, the calibration antenna elements 125A to 125D are arranged outside the 64 antenna elements 120A. However, the calibration antenna elements 125A to 125D are arranged with the 64 antenna elements 120A. May be arranged inside the area (area where 64 antenna elements 120A of 8 rows × 8 columns are accommodated). For example, the calibration antenna element 125A or 125C may be disposed at a position on the symmetry axis C1 in the region where the 64 antenna elements 120A are disposed. Further, the calibration antenna element 125A or 125C may be disposed at a position on the symmetry axis at a position where the symmetry axis C1 is shifted in the X-axis direction.
同様に、校正用アンテナエレメント１２５Ｂ又は１２５Ｄは、６４個のアンテナエレメント１２０Ａが配置される領域内における対称軸Ｃ２上の位置に配置されてもよい。また、校正用アンテナエレメント１２５Ｂ又は１２５Ｄは、対称軸Ｃ２をＹ軸方向にずらした位置にある対称軸上の位置に配置されてもよい。 Similarly, the calibration antenna element 125B or 125D may be disposed at a position on the symmetry axis C2 in the region where the 64 antenna elements 120A are disposed. Further, the calibration antenna element 125B or 125D may be arranged at a position on the symmetry axis at a position where the symmetry axis C2 is shifted in the Y-axis direction.
また、以上では、グループの数が４である形態について説明したが、グループは複数あればよい。 In the above description, the number of groups is four. However, there may be a plurality of groups.
また、以上では、グループの校正処理を行う前提として、グループ内での校正処理が完了している形態について説明したが、グループ間の校正処理を行ってから、グループ内での校正処理を行ってもよい。 Also, in the above, as a premise for performing the group calibration process, the mode in which the calibration process within the group is completed has been described. However, after performing the calibration process between groups, the calibration process within the group is performed. Also good.
また、校正用アンテナエレメント１２５は、図９に示すような位置に配置してもよい。図９は、実施の形態の変形例のアンテナアレイ１２０Ｍと校正用アンテナエレメント１２５Ｍを示す図である。 Further, the calibration antenna element 125 may be arranged at a position as shown in FIG. FIG. 9 is a diagram illustrating an antenna array 120M and a calibration antenna element 125M according to a modification of the embodiment.
図９では、アンテナアレイ１２０Ｍは、２つのグループを有する。具体的には、グループ１に所属する３２個のアンテナエレメント１２０ＭＡ１（白）と、グループ２に所属する３２個のアンテナエレメント１２０ＭＡ２（梨地（細かいドットのパターン））とを有する。 In FIG. 9, the antenna array 120M has two groups. Specifically, it has 32 antenna elements 120MA1 (white) belonging to group 1 and 32 antenna elements 120MA2 (satin (fine dot pattern)) belonging to group 2.
アンテナエレメント１２０ＭＡ１と１２０ＭＡ２は、８個ずつ４行に分けられ、１行ずつ互い違いに配置されている。また、アンテナエレメント１２０ＭＡ１と１２０ＭＡ２は、Ｘ軸方向に位置がずらされており、１行目で１列目のアンテナエレメント１２０ＭＡ１（１，１）と、アンテナエレメント１２０ＭＡ２（１，１）との間に、校正用アンテナエレメント１２５Ｍが設けられている。 The antenna elements 120MA1 and 120MA2 are divided into four rows of eight, and the antenna elements 120MA1 and 120MA2 are alternately arranged one by one. The antenna elements 120MA1 and 120MA2 are shifted in the X-axis direction, and the antenna element 120MA1 (1, 1) in the first row and the first column is between the antenna element 120MA2 (1, 1). A calibration antenna element 125M is provided.
校正用アンテナエレメント１２５Ｍは、平面視で正方形であり、対角線を対称軸ＣＭとして、対称軸ＣＭに対して、アンテナエレメント１２０ＭＡ１（１，１）と１２０ＭＡ２（１，１）とが線対称に配置されている。校正用アンテナエレメント１２５Ｍは、このような配置でもよい。 The calibration antenna element 125M is square in plan view, and the antenna elements 120MA1 (1,1) and 120MA2 (1,1) are arranged in line symmetry with respect to the symmetry axis CM with the diagonal line as the symmetry axis CM. ing. The calibration antenna element 125M may be arranged in this way.
以上、本発明の例示的な実施の形態のアレイアンテナ装置、及び、アレイアンテナ装置の校正方法について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。 As described above, the array antenna apparatus and the array antenna apparatus calibration method according to the exemplary embodiment of the present invention have been described, but the present invention is not limited to the specifically disclosed embodiment, Various modifications and changes can be made without departing from the scope of the claims.
以上の実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
配線基板と、
前記配線基板の表面に設けられる複数の第１アンテナエレメントと、
前記配線基板の表面に設けられる複数の第２アンテナエレメントと、
前記複数の第１アンテナエレメントのうちの１個の第１アンテナエレメントと、前記複数の第２アンテナエレメントのうちの１個の第２アンテナエレメントとが線対称に配置される第１対称軸上に設けられる第１校正用アンテナエレメントと
を含む、アレイアンテナ装置。
（付記２）
前記第１校正用アンテナエレメントは、平面視で前記第１対称軸に対して線対称な形状を有する、付記１記載のアレイアンテナ装置。
（付記３）
前記複数の第１アンテナエレメントと、前記複数の第２アンテナエレメントとは、交互に配置される、付記１又は２記載のアレイアンテナ装置。
（付記４）
前記第１対称軸は、前記複数の第１アンテナエレメントと前記複数の第２アンテナエレメントとが配列される領域の配列方向の幅の中央に配置され、
前記第１校正用アンテナエレメントは、前記配列方向の幅の中央に位置する、付記１乃至３のいずれか一項記載のアレイアンテナ装置。
（付記５）
前記配線基板の表面に設けられる複数の第３アンテナエレメントと、
前記複数の第２アンテナエレメントのうちの１個の第２アンテナエレメントと、前記複数の第３アンテナエレメントのうちの１個の第３アンテナエレメントとが線対称に配置される第２対称軸上に設けられる第２校正用アンテナエレメントと
をさらに含む、付記１乃至４のいずれか一項記載のアレイアンテナ装置。
（付記６）
前記第２校正用アンテナエレメントは、平面視で前記第２対称軸に対して線対称な形状を有する、付記５記載のアレイアンテナ装置。
（付記７）
配線基板と、
前記配線基板の表面に設けられる複数の第１アンテナエレメントと、
前記配線基板の表面に設けられる複数の第２アンテナエレメントと、
前記複数の第１アンテナエレメントのうちの１個の第１アンテナエレメントと、前記複数の第２アンテナエレメントのうちの１個の第２アンテナエレメントとが線対称に配置される対称軸上に設けられる校正用アンテナエレメントと、
前記複数の第１アンテナエレメントにそれぞれ接続される複数の第１フェーズシフタと、
前記複数の第２アンテナエレメントにそれぞれ接続される複数の第２フェーズシフタと
を含む、アレイアンテナ装置において、
前記複数の第１アンテナエレメントが放射する電波の位相の誤差に基づき、前記複数の第１フェーズシフタにそれぞれ設定される複数の第１位相値を校正する工程と、
前記複数の第２アンテナエレメントが放射する電波の位相の誤差に基づき、前記複数の第２フェーズシフタにそれぞれ設定される複数の第２位相値を校正する工程と、
前記１個の第１アンテナエレメントから放射され、前記校正用アンテナエレメントによって受信される電波の第１位相と、前記１個の第２アンテナエレメントから放射され、前記校正用アンテナエレメントによって受信される電波の第２位相との誤差を測定する工程と、
前記複数の第１フェーズシフタの複数の第１位相値、又は、前記複数の第２フェーズシフタの複数の第２位相値を、前記第１位相と前記第２位相との誤差で校正する工程と
を含む、アレイアンテナ装置の校正方法。
Regarding the above embodiment, the following additional notes are disclosed.
(Appendix 1)
A wiring board;
A plurality of first antenna elements provided on the surface of the wiring board;
A plurality of second antenna elements provided on the surface of the wiring board;
On a first axis of symmetry where one first antenna element of the plurality of first antenna elements and one second antenna element of the plurality of second antenna elements are arranged in line symmetry. An array antenna device, comprising: a first calibration antenna element provided.
(Appendix 2)
The array antenna device according to appendix 1, wherein the first calibration antenna element has a shape line-symmetric with respect to the first symmetry axis in plan view.
(Appendix 3)
The array antenna device according to appendix 1 or 2, wherein the plurality of first antenna elements and the plurality of second antenna elements are alternately arranged.
(Appendix 4)
The first axis of symmetry is disposed at the center of the width in the arrangement direction of the region where the plurality of first antenna elements and the plurality of second antenna elements are arranged,
The array antenna device according to any one of appendices 1 to 3, wherein the first calibration antenna element is positioned at a center of a width in the arrangement direction.
(Appendix 5)
A plurality of third antenna elements provided on the surface of the wiring board;
On a second axis of symmetry where one second antenna element of the plurality of second antenna elements and one third antenna element of the plurality of third antenna elements are arranged in line symmetry. The array antenna device according to any one of appendices 1 to 4, further comprising: a second calibration antenna element provided.
(Appendix 6)
The array antenna apparatus according to appendix 5, wherein the second calibration antenna element has a line-symmetric shape with respect to the second symmetry axis in plan view.
(Appendix 7)
A wiring board;
A plurality of first antenna elements provided on the surface of the wiring board;
A plurality of second antenna elements provided on the surface of the wiring board;
One first antenna element of the plurality of first antenna elements and one second antenna element of the plurality of second antenna elements are provided on a symmetry axis arranged in line symmetry. A calibration antenna element;
A plurality of first phase shifters respectively connected to the plurality of first antenna elements;
A plurality of second phase shifters connected to the plurality of second antenna elements, respectively,
Calibrating a plurality of first phase values respectively set in the plurality of first phase shifters based on phase errors of radio waves radiated from the plurality of first antenna elements;
Calibrating a plurality of second phase values respectively set in the plurality of second phase shifters based on errors in phase of radio waves radiated from the plurality of second antenna elements;
A first phase of a radio wave radiated from the one first antenna element and received by the calibration antenna element, and a radio wave radiated from the one second antenna element and received by the calibration antenna element Measuring an error from the second phase of
Calibrating a plurality of first phase values of the plurality of first phase shifters or a plurality of second phase values of the plurality of second phase shifters with an error between the first phase and the second phase; A method for calibrating an array antenna apparatus, comprising:
１ 制御部
１Ａ 校正部
１０ ベースバンド処理部
２０ ＲＦモジュール
１００ アレイアンテナ装置
１００Ａ ビーム
１１０ 配線基板
１２０、１２０Ｍ アンテナアレイ
１２０Ａ アンテナエレメント
１３０ ＭＭＩＣ
１３１ フェーズシフタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Control part 1A Calibration part 10 Baseband process part 20 RF module 100 Array antenna apparatus 100A Beam 110 Wiring board 120, 120M Antenna array 120A Antenna element 130 MMIC
131 Phase shifter
Claims (7)
前記配線基板の表面に設けられる複数の第１アンテナエレメントと、
前記配線基板の表面に設けられる複数の第２アンテナエレメントと、
前記複数の第１アンテナエレメントのうちの１個の第１アンテナエレメントと、前記複数の第２アンテナエレメントのうちの１個の第２アンテナエレメントとが線対称に配置される第１対称軸上に設けられる第１校正用アンテナエレメントと
を含む、アレイアンテナ装置。 A wiring board;
A plurality of first antenna elements provided on the surface of the wiring board;
A plurality of second antenna elements provided on the surface of the wiring board;
On a first axis of symmetry where one first antenna element of the plurality of first antenna elements and one second antenna element of the plurality of second antenna elements are arranged in line symmetry. An array antenna device, comprising: a first calibration antenna element provided.
前記第１校正用アンテナエレメントは、前記配列方向の幅の中央に位置する、請求項１乃至３のいずれか一項記載のアレイアンテナ装置。 The first axis of symmetry is disposed at the center of the width in the arrangement direction of the region where the plurality of first antenna elements and the plurality of second antenna elements are arranged,
4. The array antenna device according to claim 1, wherein the first calibration antenna element is positioned at a center of a width in the arrangement direction. 5.
前記複数の第２アンテナエレメントのうちの１個の第２アンテナエレメントと、前記複数の第３アンテナエレメントのうちの１個の第３アンテナエレメントとが線対称に配置される第２対称軸上に設けられる第２校正用アンテナエレメントと
をさらに含む、請求項１乃至４のいずれか一項記載のアレイアンテナ装置。 A plurality of third antenna elements provided on the surface of the wiring board;
On a second axis of symmetry where one second antenna element of the plurality of second antenna elements and one third antenna element of the plurality of third antenna elements are arranged in line symmetry. The array antenna device according to claim 1, further comprising: a second calibration antenna element provided.
前記配線基板の表面に設けられる複数の第１アンテナエレメントと、
前記配線基板の表面に設けられる複数の第２アンテナエレメントと、
前記複数の第１アンテナエレメントのうちの１個の第１アンテナエレメントと、前記複数の第２アンテナエレメントのうちの１個の第２アンテナエレメントとが線対称に配置される対称軸上に設けられる校正用アンテナエレメントと、
前記複数の第１アンテナエレメントにそれぞれ接続される複数の第１フェーズシフタと、
前記複数の第２アンテナエレメントにそれぞれ接続される複数の第２フェーズシフタと
を含む、アレイアンテナ装置において、
前記複数の第１アンテナエレメントが放射する電波の位相の誤差に基づき、前記複数の第１フェーズシフタにそれぞれ設定される複数の第１位相値を校正する工程と、
前記複数の第２アンテナエレメントが放射する電波の位相の誤差に基づき、前記複数の第２フェーズシフタにそれぞれ設定される複数の第２位相値を校正する工程と、
前記１個の第１アンテナエレメントから放射され、前記校正用アンテナエレメントによって受信される電波の第１位相と、前記１個の第２アンテナエレメントから放射され、前記校正用アンテナエレメントによって受信される電波の第２位相との誤差を測定する工程と、
前記複数の第１フェーズシフタの複数の第１位相値、又は、前記複数の第２フェーズシフタの複数の第２位相値を、前記第１位相と前記第２位相との誤差で校正する工程と
を含む、アレイアンテナ装置の校正方法。 A wiring board;
A plurality of first antenna elements provided on the surface of the wiring board;
A plurality of second antenna elements provided on the surface of the wiring board;
One first antenna element of the plurality of first antenna elements and one second antenna element of the plurality of second antenna elements are provided on a symmetry axis arranged in line symmetry. A calibration antenna element;
A plurality of first phase shifters respectively connected to the plurality of first antenna elements;
A plurality of second phase shifters connected to the plurality of second antenna elements, respectively,
Calibrating a plurality of first phase values respectively set in the plurality of first phase shifters based on phase errors of radio waves radiated from the plurality of first antenna elements;
Calibrating a plurality of second phase values respectively set in the plurality of second phase shifters based on errors in phase of radio waves radiated from the plurality of second antenna elements;
A first phase of a radio wave radiated from the one first antenna element and received by the calibration antenna element, and a radio wave radiated from the one second antenna element and received by the calibration antenna element Measuring an error from the second phase of
Calibrating a plurality of first phase values of the plurality of first phase shifters or a plurality of second phase values of the plurality of second phase shifters with an error between the first phase and the second phase; A method for calibrating an array antenna apparatus, comprising:
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|---|---|---|---|---|
| KR20210110999A (en) * | 2020-03-02 | 2021-09-10 | (주)인텔리안테크놀로지스 | The calibration method and apparatus of active electronically scanned array for satellite antenna |
| CN115275555A (en) * | 2022-08-05 | 2022-11-01 | 中国船舶集团有限公司第七二三研究所 | Ultra-wideband directional coupler integrated in antenna |
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