JP2021524191A

JP2021524191A - アレイアンテナを測定するための位相補償方法及び装置

Info

Publication number: JP2021524191A
Application number: JP2020563511A
Authority: JP
Inventors: リウ，ルオペン; ジャオ，ジーヤ; ティエン，フア; ヤオ，ジエ
Original assignee: Kuang Chi Institute of Advanced Technology
Current assignee: Kuang Chi Institute of Advanced Technology
Priority date: 2018-05-08
Filing date: 2018-12-28
Publication date: 2021-09-09
Anticipated expiration: 2038-12-28
Also published as: WO2019214259A1; EP3792641B1; EP3792641A1; JP7241094B2; CN110459877A; CN110459877B; US11876302B2; US20210057816A1

Abstract

本発明は、アレイアンテナを測定するための位相補償方法及び装置を提供し、該位相補償方法は、測定した第１アレイユニット及び第２アレイユニットの遠視野パターンを導出して、座標系を設定することにより第１アレイユニット及び第２アレイユニットの空間的な幾何学的関係を確定するステップＳ１と、第１アレイユニット及び第２アレイユニットの空間的な幾何学的関係に基づいて、第１アレイユニットと第２アレイユニットとの間の導波路長差を確定するステップＳ２と、導波路長差に基づいて、第２アレイユニットを位相補償するステップＳ３とを含む。本発明は、各アレイユニットが位相補償及びポートのゼロ校正を行った後に、ビーム指向誤差の追加導入を防止することで、レドームの電気特性のテスト精度を向上させることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ分野に関し、具体的には、アレイアンテナを測定するための位相補償方法及び装置に関する。

アレイアンテナ及びそのレドームを測定する過程において、アレイユニットが回転テーブルの回転中心からずれると、測定して得られた遠視野パターンに誤差が生じやすく、位相誤差が敏感であり、測定した位相に前処理（位相補償）を施しないと、各アレイユニットが得られた遠視野をビーム合成する際にビーム指向ずれが生じることで、波透過率及び他の電気特性指標の測定精度に影響を及ぼす。

しかしながら、従来の測定において、通常上記誤差を無視するか、又は単一アンテナの位置を調整することにより、単一アンテナをテストする際に、アンテナが回転テーブルの回転中心に位置するため、従来の測定においてテスト効率が低く、テスト治具が複雑であるか、又は固有のテスト誤差が存在するという欠点がある。

関連技術における問題については、現在有効な解決策が提案されていない。

関連技術における問題については、本発明は、各アレイユニットが位相補償及びポートのゼロ校正を行った後に、ビーム指向誤差の追加導入を防止することで、レドームの電気特性のテスト精度を向上させることができるアレイアンテナを測定するための位相補償方法及び装置を提供する。

本発明の技術的手段は、次のとおりである。

本発明の一態様によれば、第１アレイユニット及び第２アレイユニットを含むアレイアンテナを測定するための位相補償方法を提供する。

該位相補償方法は、測定した第１アレイユニット及び第２アレイユニットの遠視野パターンを導出して、座標系を設定することにより第１アレイユニット及び第２アレイユニットの空間的な幾何学的関係を確定するステップＳ１と、第１アレイユニット及び第２アレイユニットの空間的な幾何学的関係に基づいて、第１アレイユニットと第２アレイユニットとの間の導波路長差を確定するステップＳ２と、導波路長差に基づいて、第２アレイユニットを位相補償するステップＳ３とを含む。

本発明の一実施例によれば、ステップＳ１は、測定した第１アレイユニット及び第２アレイユニットの遠視野パターンを導出して、座標系（（ｘ、ｙ、ｚ）で表される）を設定するステップＳ１１と、第１座標系を設定し、第１アレイユニットを原点０とするとともに、原点０の座標を（ｘ０、ｙ０、ｚ０）とし、アレイアンテナビーム指向を

とするステップであって、アレイアンテナビーム指向を

とすることは、座標系（ｘ、ｙ、ｚ）において、アレイアンテナビーム指向のｘｙ平面における投影とｘ軸正方向とのなす角を

角とし、アレイアンテナビーム指向とｘｚ平面とのなす角を

角とすることとを含むステップＳ１２と、第２座標系を設定し、第２アレイユニットを座標軸における他の点０１とするとともに、他の点０１の座標を（ｘ１、ｙ１、ｚ１）とするステップＳ１３とを含む。

本発明の一実施例によれば、ステップＳ２は、他の点０１からアレイアンテナビーム指向方向に垂線を引き、垂線とアレイアンテナビーム指向方向線との交点Ｍを取得して、アレイアンテナビーム指向方向における導波路長差ＯＭを決定するステップＳ２１と、ベクトルＯＭとベクトルＯ１Ｍとの垂直関係に基づいて、導波路長差ＯＭを算出するステップＳ２２とを含む。

本発明の一実施例によれば、ステップＳ１の前に、第２アレイユニットの位相

を予め決定することを含み、ステップＳ３は、導波路長差ＯＭ及び第２アレイユニットの位相

を位相補償式に代入して、第１アレイユニットの位相

を決定し、ここで、位相補償式は、

，であり、
式中、ｒは導波路長差を示し、

は波長を示す。

本発明の一実施例によれば、位相補償方法はさらに、第１アレイユニットを第２アレイユニットの位置にシフトするとともに、シフトした第１アレイユニットを第３アレイユニットとして設定して、第３アレイユニットを位相補償し、第３アレイユニットの位相反転によって第１アレイユニットの位相を得ることを含む。

本発明の一実施例によれば、さらに、第２アレイユニットを第１アレイユニットの位置にシフトするとともに、シフトした第２アレイユニットを第４アレイユニットとして設定して、第４アレイユニットを位相補償し、第４アレイユニットの位相反転によって第２アレイユニットの位相を得ることを含む。

本発明の一実施例によれば、さらに、各アレイユニットを電子切り換えスイッチに接続するとともに、電子スイッチにより各アレイユニットを制御し、各アレイユニットの遠距離場を順次テストすることを含む。

本発明の他の態様によれば、第１アレイユニット及び第２アレイユニットを含むアレイアンテナを測定するための位相補償装置を提供する。

該アレイアンテナを測定するための位相補償装置は、測定した第１アレイユニット及び第２アレイユニットの遠視野パターンを導出して、座標系を設定することにより第１アレイユニット及び第２アレイユニットの空間的な幾何学的関係を確定するための第１確定モジュールと、第１アレイユニット及び第２アレイユニットの空間的な幾何学的関係に基づいて、第１アレイユニットと第２アレイユニットとの間の導波路長差を確定するための第２確定モジュールと、導波路長差に基づいて、第２アレイユニットを位相補償するための位相補償モジュールとを含む。

本発明の一実施例によれば、位相補償装置はさらに、第１アレイユニットを第２アレイユニットの位置にシフトするとともに、シフトした第１アレイユニットを第３アレイユニットとして設定して、第３アレイユニットを位相補償し、第３アレイユニットの位相反転によって第１アレイユニットの位相を得るための第１シフト反転モジュールを含む。

本発明の一実施例によれば、位相補償装置はさらに、第２アレイユニットを第１アレイユニットの位置にシフトするとともに、シフトした第２アレイユニットを第４アレイユニットとして設定して、第４アレイユニットを位相補償し、第４アレイユニットの位相反転によって第２アレイユニットの位相を得るための第２シフト反転モジュールを含む。

本発明の有益な効果は、本発明は、測定した第１アレイユニット及び第２アレイユニットの遠視野パターンを導出して、座標系を設定することにより第１アレイユニット及び第２アレイユニットの空間的な幾何学的関係を確定し、次に第１アレイユニット及び第２アレイユニットの空間的な幾何学的関係に基づいて、第１アレイユニットと第２アレイユニットとの間の導波路長差を確定し、最後に導波路長差に基づいて、第２アレイユニットを位相補償することで、各アレイユニットが位相補償及びポートのゼロ校正を行った後に、ビーム指向誤差の追加導入を防止することで、レドームの電気特性のテスト精度を向上させることができる。

以下、本発明の実施例又は従来技術における技術的解決手段をより明確に説明するために、実施例において使用する必要がある添付図面を簡単に説明し、以下に説明する図面は、本発明の幾つかの実施例に過ぎず、当業者にとっては創造的努力なしにこれらの図面から他の図面を導き出すこともできることは明らかである。

図１は本発明の実施例に係るアレイアンテナを測定するための位相補償方法のフローチャートである。図２は本発明の実施例に係る遠視野パターンを示す図である。図３は本発明の第１実施例に係る１次元位相比較を示す図である。図４は本発明の第１実施例に係る２次元位相比較を示す図である。図５は本発明の第１実施例に係る位相補償誤差を示す図である。図６は本発明の第２実施例に係る１次元位相比較を示す図である。図７は本発明の第２実施例に係る２次元位相比較を示す図である。図８は本発明の第２実施例に係る位相補償誤差を示す図である。図９は本発明の実施例に係るアレイアンテナを測定するための位相補償装置のブロック図である。

以下、本発明の実施例における添付図面を参照しながら、本発明の実施例における技術的手段を明確かつ完全に説明する。説明される実施例は本発明の実施例のすべてではなく、その一部に過ぎないことは明らかである。本発明における実施例に基づいて、当業者が得られるすべての他の実施例は、いずれも本発明の保護範囲に属する。

本発明の実施例によれば、第１アレイユニット及び第２アレイユニットを含むアレイアンテナを測定するための位相補償方法を提供する。

図１に示すように、本発明の実施例に係るアレイアンテナを測定するための位相補償方法は、測定した第１アレイユニット及び第２アレイユニットの遠視野パターンを導出して、座標系を設定することにより第１アレイユニット及び第２アレイユニットの空間的な幾何学的関係を確定するステップＳ１０１と、第１アレイユニット及び第２アレイユニットの空間的な幾何学的関係に基づいて、第１アレイユニットと第２アレイユニットとの間の導波路長差を確定するステップＳ１０３と、導波路長差に基づいて、第２アレイユニットを位相補償するステップＳ１０５とを含む。

本発明の上記技術的解決手段によれば、測定した第１アレイユニット及び第２アレイユニットの遠視野パターンを導出して、座標系を設定することにより第１アレイユニット及び第２アレイユニットの空間的な幾何学的関係を確定し、次に第１アレイユニット及び第２アレイユニットの空間的な幾何学的関係に基づいて、第１アレイユニットと第２アレイユニットとの間の導波路長差を確定し、最後に導波路長差に基づいて、第２アレイユニットを位相補償することで、各アレイユニットが位相補償及びポートのゼロ校正を行った後に、ビーム指向誤差の追加導入を防止することで、レドームの電気特性のテスト精度を向上させることができる。

本発明の技術的解決手段を容易に理解するために、以下具体的な実施例によって詳細に説明する。

本発明はアレイアンテナを測定するための位相補償方法を開示し、該位相補償方法は、測定した第１アレイユニット及び第２アレイユニットの遠視野パターンを導出して、座標系を設定することにより第１アレイユニット及び第２アレイユニットの空間的な幾何学的関係を確定するステップＳ１を含む。

該ステップＳ１では、該ステップＳ１は、測定した第１アレイユニット及び第２アレイユニットの遠視野パターンを導出して、座標系（（ｘ、ｙ、ｚ）で表される）を設定するステップＳ１１と、第１座標系を設定し、第１アレイユニットを原点０とするとともに、原点０の座標を（ｘ０、ｙ０、ｚ０）とし、アレイアンテナビーム指向を

とするステップであって、アレイアンテナビーム指向を

角とすることとを含むステップＳ１２と、第２座標系を設定し、第２アレイユニットを座標軸における他の点０１とするとともに、他の点０１の座標を（ｘ１、ｙ１、ｚ１）とするステップＳ１３とを含み、具体的には、

図２に示すように、測定した第１アレイユニット及び第２アレイユニットの遠視野パターンを導出して、座標系を設定し、第１アレイユニットの座標系が（ｘ、ｙ、ｚ）で表され、座標系（ｘ、ｙ、ｚ）において、アレイアンテナビーム指向方向ＯＭのｘｙ平面における投影とｘ軸正方向とのなす角を方向角

（又はｐｈｉ）とし、アレイアンテナビーム指向方向ＯＭと直線ｏｚとのなす角を高底角

（ｔｈｅｔａ）とし、第２アレイユニットの座標系が（ｘ’、ｙ’、ｚ’）で表され、該座標系（ｘ’、ｙ’、ｚ’）の原点を０１とする。

ステップＳ２：第１アレイユニット及び第２アレイユニットの空間的な幾何学的関係に基づいて、第１アレイユニットと第２アレイユニットとの間の導波路長差を確定する。
該ステップＳ２において、ステップＳ２は、他の点０１からアレイアンテナビーム指向方向に垂線を引き、垂線とアレイアンテナビーム指向方向線との交点Ｍを取得して、アレイアンテナビーム指向方向における導波路長差ＯＭを決定するステップＳ２１と、ベクトルＯＭとベクトルＯ１Ｍとの垂直関係に基づいて、導波路長差ＯＭを算出するステップＳ２２とを含む。

引き続き図２を参照すると、点Ｏ１からアレイアンテナビーム指向方向ＯＭに垂線Ｏ１Ｍを引くとともに、該垂線Ｏ１Ｍとアレイアンテナビーム指向方向ＯＭとの交点をＭとし、幾何学的位置関係に基づいて、三角形ＯＯ１Ｍが直角三角形であることを確定でき、ベクトルによって該関係がベクトルＯＭ⊥ベクトルＯ１Ｍに示され、該幾何学的位置関係によって導波路長差ＯＭを取得し、具体的には以下のとおりである。

以下の座標により上記のベクトルを決定でき、即ちベクトル

，ベクトル

；
幾何学的関係によって、

；

；
又は：

；

又はｒ＝０（切り捨て）、
ただし、

を決定することができる。

したがって、上記式に基づいて導波路長差ＯＭを求めることができ、導波路長差ＯＭを計算した後、さらに第２アレイユニットの位相に対して導波路長差補償を行う。

ステップＳ３：導波路長差に基づいて、第２アレイユニットを位相補償する。

また、ステップＳ１の前に、第２アレイユニットの位相

を位相補償式に代入して、第１アレイユニットの位相

を決定し、ここで、位相補償式は、

，であり、
式中、ｒは導波路長差を示し、

は波長を示す。

該実施例において、該位相補償の条件は、１、アンテナ１（又は第１アレイユニット）をＯに配置し、アンテナ２（又は第２アレイユニット）をＯ１に配置することと、２、遠距離場は参照座標系原点（０、０、０）を導出するとともに、位相補償する過程においてさらにアンテナ１の位相

（又はｐｈａｓｅ０）、アンテナ２の位相

（又はｐｈａｓｅ１）、原点Ｏ及び他の点Ｏ１の空間座標は、以下のように計算されることとを含む。

（又はＰｈａｓｅ０＝ｐｈａｓｅ１＋３６０＊ｒ／ｌａｍｄａ），
式中、ｒは導波路長差を示し、

は波長を示す。

その後検証して、ｐｈａｓｅ１、Ｏ及びＯ１の空間座標からアンテナ１の位相ｐｈａｓｅ０を求める。

また、該位相補償方法はさらに、第１アレイユニットを第２アレイユニットの位置にシフトするとともに、シフトした第１アレイユニットを第３アレイユニットとして設定して、第３アレイユニットを位相補償し、第３アレイユニットの位相反転によって第１アレイユニットの位相を得ることを含む。

該実施例において、上記位相補償をシミュレーション検証する過程は、引き続き図２を参照し、アンテナ１が（０、０、０）に位置し、アンテナ１が（０、１００、０）にシフトし、即ちアンテナ２を得、アンテナ２の位相を位相補償して、補償後の結果は図３、図４及び図５に示すとおりである。

また、第２アレイユニットを第１アレイユニットの位置にシフトするとともに、シフトした第２アレイユニットを第４アレイユニットとして設定して、第４アレイユニットを位相補償し、第４アレイユニットの位相反転によって第２アレイユニットの位相を得ることをさらに含む。

該実施例において、上記位相補償を逆検証する過程は、引き続き図２を参照し、アンテナ１が（０、１００、０）に位置し、アンテナ１が（０、０、０）にシフトし、即ちアンテナ２を得、アンテナ２の位相を位相補償して、補償後の結果は図６、図７及び図８に示すとおりである。

また、各アレイユニットを電子切り換えスイッチに接続するとともに、電子スイッチにより各アレイユニットを制御し、各アレイユニットの遠距離場を順次テストすることで、アンテナ位置を移動する必要がなく、アンテナを固定し、各アレイユニットを電子切り換えスイッチに接続し、各アレイユニットの遠距離場を順次テストすることによりテスト効率を向上させることをさらに含む。

図９に示すように、該アレイアンテナを測定するための位相補償装置は、測定した第１アレイユニット及び第２アレイユニットの遠視野パターンを導出して、座標系を設定することにより第１アレイユニット及び第２アレイユニットの空間的な幾何学的関係を確定するための第１確定モジュール９１と、第１アレイユニット及び第２アレイユニットの空間的な幾何学的関係に基づいて、第１アレイユニットと第２アレイユニットとの間の導波路長差を確定するための第２確定モジュール９２と、導波路長差に基づいて、第２アレイユニットを位相補償するための位相補償モジュール９３とを含む。

本発明の一実施例によれば、位相補償装置はさらに、第１アレイユニットを第２アレイユニットの位置にシフトするとともに、シフトした第１アレイユニットを第３アレイユニットとして設定して、第３アレイユニットを位相補償し、第３アレイユニットの位相反転によって第１アレイユニットの位相を得るための第１シフト反転モジュール（図示せず）を含む。

本発明の一実施例によれば、位相補償装置はさらに、第２アレイユニットを第１アレイユニットの位置にシフトするとともに、シフトした第２アレイユニットを第４アレイユニットとして設定して、第４アレイユニットを位相補償し、第４アレイユニットの位相反転によって第２アレイユニットの位相を得るための第２シフト反転モジュール（図示せず）を含む。

なお、該位相補償装置では、第１確定モジュール９１、第２確定モジュール９２、位相補償モジュール９３、第１オフセット反転モジュール及び第２オフセット反転モジュールのみが限定されているが、当業者であれば、位相補償方法に対応する他のモジュールが本発明の位相補償装置に適用されていることを言うまでもなく理解でき、例えば、本発明の一実施例によれば、該位相補償装置は、各アレイユニットを電子切り換えスイッチに接続するとともに、電子スイッチにより各アレイユニットを制御し、各アレイユニットの遠距離場を順次テストすることで、アンテナ位置を移動する必要がなく、アンテナを固定し、各アレイユニットを電子切り換えスイッチに接続し、各アレイユニットの遠距離場を順次テストすることによりテスト効率を向上させるための接続ユニットをさらに含み、本発明はこれに限定されない。

要約すると、本発明の上記技術的解決手段によれば、測定した第１アレイユニット及び第２アレイユニットの遠視野パターンを導出して、座標系を設定することにより第１アレイユニット及び第２アレイユニットの空間的な幾何学的関係を確定し、次に第１アレイユニット及び第２アレイユニットの空間的な幾何学的関係に基づいて、第１アレイユニットと第２アレイユニットとの間の導波路長差を確定し、最後に導波路長差に基づいて、第２アレイユニットを位相補償することで、各アレイユニットが位相補償及びポートのゼロ校正を行った後に、ビーム指向誤差の追加導入を防止することで、レドームの電気特性のテスト精度を向上させることができる。

以上の説明は、本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明を限定するためのものではなく、本発明の精神及び原則内で行われるあらゆる修正、同等置換及び改良などは、いずれも本発明の保護範囲内に含まれるべきである。

Claims

第１アレイユニット及び第２アレイユニットを含むアレイアンテナを測定するための位相補償方法であって、
測定した前記第１アレイユニット及び前記第２アレイユニットの遠視野パターンを導出して、座標系を設定することにより前記第１アレイユニット及び前記第２アレイユニットの空間的な幾何学的関係を確定するステップＳ１と、
前記第１アレイユニット及び前記第２アレイユニットの空間的な幾何学的関係に基づいて、前記第１アレイユニットと前記第２アレイユニットとの間の導波路長差を確定するステップＳ２と、
前記導波路長差に基づいて、前記第２アレイユニットを位相補償するステップＳ３とを含むことを特徴とするアレイアンテナを測定するための位相補償方法。
ステップＳ１は、
測定した前記第１アレイユニット及び前記第２アレイユニットの遠視野パターンを導出して、（ｘ、ｙ、ｚ）で表される座標系を設定するステップＳ１１と、
第１座標系を設定し、前記第１アレイユニットを原点０とするとともに、前記原点０の座標を（ｘ０、ｙ０、ｚ０）とし、アレイアンテナビーム指向を

とするステップであって、前記アレイアンテナビーム指向を

とすることは、
座標系（ｘ、ｙ、ｚ）において、アレイアンテナビーム指向のｘｙ平面における投影とｘ軸正方向とのなす角を

角とし、アレイアンテナビーム指向とｘｚ平面とのなす角を

角とすることを含むステップＳ１２と、
第２座標系を設定し、前記第２アレイユニットを座標軸における他の点０１とするとともに、前記他の点０１の座標を（ｘ１、ｙ１、ｚ１）とするステップＳ１３とを含むことを特徴とする請求項１に記載の位相補償方法。
ステップＳ２は、
前記他の点０１から前記アレイアンテナビーム指向方向に垂線を引き、前記垂線と前記アレイアンテナビーム指向方向線との交点Ｍを取得して、前記アレイアンテナビーム指向方向における前記導波路長差ＯＭを決定するステップＳ２１と、
ベクトルＯＭとベクトルＯ１Ｍとの垂直関係に基づいて、前記導波路長差ＯＭを算出するステップＳ２２とを含むことを特徴とする請求項２に記載の位相補償方法。
ステップＳ１の前に、
前記第２アレイユニットの位相

を予め決定することを含み、
ステップＳ３は、
前記導波路長差ＯＭ及び前記第２アレイユニットの位相

を位相補償式に代入して、前記第１アレイユニットの位相

を決定し、ここで、前記位相補償式は、

，であることを特徴とする請求項３に記載の位相補償方法。
（式中、ｒは導波路長差を示し、

は波長を示す。）
前記位相補償方法はさらに、
前記第１アレイユニットを前記第２アレイユニットの位置にシフトするとともに、前記シフトした第１アレイユニットを第３アレイユニットとして設定して、前記第３アレイユニットを位相補償し、前記第３アレイユニットの位相反転によって前記第１アレイユニットの位相を得ることを含むことを特徴とする請求項４に記載の位相補償方法。
前記第２アレイユニットを前記第１アレイユニットの位置にシフトするとともに、前記シフトした第２アレイユニットを第４アレイユニットとして設定して、前記第４アレイユニットを位相補償し、前記第４アレイユニットの位相反転によって前記第２アレイユニットの位相を得ることをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の位相補償方法。
各アレイユニットを電子切り換えスイッチに接続するとともに、前記電子切り換えスイッチにより前記各アレイユニットを制御し、各アレイユニットの遠距離場を順次テストすることをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の位相補償方法。
第１アレイユニット及び第２アレイユニットを含むアレイアンテナを測定するための位相補償装置であって、
測定した前記第１アレイユニット及び前記第２アレイユニットの遠視野パターンを導出して、座標系を設定することにより前記第１アレイユニット及び前記第２アレイユニットの空間的な幾何学的関係を確定するための第１確定モジュールと、
前記第１アレイユニット及び前記第２アレイユニットの空間的な幾何学的関係に基づいて、前記第１アレイユニットと前記第２アレイユニットとの間の導波路長差を確定するための第２確定モジュールと、
前記導波路長差に基づいて、前記第２アレイユニットを位相補償するための位相補償モジュールとを含むことを特徴とするアレイアンテナを測定するための位相補償装置。
前記位相補償装置はさらに、
前記第１アレイユニットを前記第２アレイユニットの位置にシフトするとともに、前記シフトした第１アレイユニットを第３アレイユニットとして設定して、前記第３アレイユニットを位相補償し、前記第３アレイユニットの位相反転によって前記第１アレイユニットの位相を得るための第１シフト反転モジュールを含むことを特徴とする請求項８に記載の位相補償装置。
前記位相補償装置はさらに、
前記第２アレイユニットを前記第１アレイユニットの位置にシフトするとともに、前記シフトした第２アレイユニットを第４アレイユニットとして設定して、前記第４アレイユニットを位相補償し、前記第４アレイユニットの位相反転によって前記第２アレイユニットの位相を得るための第２シフト反転モジュールを含むことを特徴とする請求項９に記載の位相補償装置。