JP2022502974A - サブアレイを有するアクティブアレイアンテナとその較正方法 - Google Patents

Abstract

名目上等しいサイズのモジュール式サブアレイの組み合わせからアクティブアレイアンテナを製造することが望まれており、各サブアレイは別個の受信機および／または送信機に関係付けられている。標準化されたモジュールを使用するアクティブアレイアンテナの製造は、異なるサイズのアンテナを作り出すことよりも費用効率が高くなるであろう。モジュール化は、アンテナの耐用年数の間に整列したままである可能性が低いサブアレイレベルで、アクティブコンポーネントの較正を維持することが困難であることによって妨げられてきた。モジュール式アレイを較正するための解決策は、受動ネットワークとそれぞれの受信機および／または送信機との間でそれぞれのサブアレイに接続する複数の第１のポートを有する較正マニホールドを含めることである。第１のポートのそれぞれは、共通の第２のポートと通信し、共通の第２のポートを通して、各サブアレイの各エレメントで受信されるように信号を導入することができ、または共通の第２のポートを通して、任意のサブアレイの任意のエレメントからの信号を受信することができる。これは、サブアレイの任意のエレメントを、動作の間を含むどんなどきでも較正することを可能にする。【選択図】図１

Description

本発明は、複数のサブアレイと、電子的に走査されたアクティブアレイアンテナを較正する手段とを備える、電子的に走査されたアクティブアレイアンテナに関する。

従来の設計の電子的に走査されたアクティブアレイアンテナは、エレメントアンテナと、エレメントアンテナへの／からの信号の振幅、位相および／または遅延を制御するエレメントレベル制御デバイスとをそれぞれ備えるエレメントのアレイと、アンテナが信号を受信しているときに各エレメントからの信号が結合され、アンテナが送信しているときに各制御デバイスによる受信のために信号が分割される受動ビーム形成ネットワークとを備える。

電子的に走査されたアンテナの製造に続いて、較正手順が実行され、アンテナが正確にビームを操縦し、所望のビームパターンを形成することができることを確実にするようにアレイエレメントが調節される。現在の製造プロセスでは各アレイエレメントを同一に形成することができず、各エレメントとネットワークの出力との間の受動ビーム形成ネットワークによって提供される経路が同一の特性を有していないかもしれないことから、これが必要である。

較正手順は、例えば、正確な外部基準信号を提供する近接場スキャナのような外部テスト機器の使用を伴う。近接場スキャナの例では、テスト機器は各エレメントの前に順に配置され、前記エレメントが通電される。次に、そのエレメントに関係付けられた制御デバイスを調節して、あらゆる欠陥を補償することができる。

エレメントレベル制御デバイスは、温度変化の結果であるかもしれない性能の変化を考慮するように動作の間に調節されてもよい。これらの調節は、典型的には、例えばアレイの温度変化を感知した結果として予想される偏差に基づいて行われる。これらの調節を通して、また、受動ビーム形成ネットワークの特性は、典型的には、アンテナの動作寿命にわたって安定したままであるため、アンテナは、初期較正手順を繰り返す必要なく、長期間にわたって較正されたままであることができる。

このアプローチは単純であるが、以下に記載する欠点を有する。
ａ）アレイのいずれかの部分が故障して交換された場合、アレイ全体を再較正する必要があるかもしれず、これは、それが製造された工場にそれを送り返すことを伴うかもしれない。
ｂ）外部テストシステムを使用せずに動作中のアレイの性能を監視することは一般に非実用的であることから、エレメントの電子機器の故障または劣化は、気付かずにアレイ性能を低下させるかもしれない。
ｃ）異なるサイズのアクティブアレイアンテナを構成することが望まれる度に、受動ビーム形成ネットワーク構造の新しい特注設計を製造することが必要であり、これは時間がかかり高価である。
ｄ）高利得コンポーネントは、受動ビーム形成ネットワークにおける損失を克服するためにエレメントレベルで必要とされる。
これはアンテナの電力消費を増加させ、電力が制限される場合に、例えば航空機で使用される場合にこれは問題となる。
それはまた、信号を送信するために高電力ドライバを必要とし、これは信頼性リスクをもたらす。
ｅ）固定受動ビーム形成ネットワークの使用は、あるビーム形成技術を使用する可能性を排除する。複数の切り替え可能な受動ビーム形成ネットワークの提供は、この制限を克服する方法であるが、それ自体、設計および製造が複雑であり、それ自体の実質的な損失をもたらす。

上記の問題を克服するために、名目上等しいサイズのモジュール式サブアレイの組み合わせからアクティブアレイアンテナを製造することが望ましく、各サブアレイは別個の受信機および／または送信機と関係付けられる。標準化されたモジュールを使用するアクティブアレイアンテナの製造は、異なるサイズのアンテナを作り出すことよりも費用効率を高くするであろう。さらに、各サブアレイの出力は、複数の同時受信ビームを含む、複雑なビームを形成するために多くの異なる方法で使用することができる。

これらの潜在的な利点にもかかわらず、モジュール式アクティブアレイの利用は、アンテナの耐用年数の間に整列したままである可能性が低いサブアレイレベルでアクティブコンポーネントの較正を維持することが困難であることによって妨げられてきた。本発明は、この問題に対する解決策を提供するものである。

本発明の第１の態様によれば、複数のサブアレイを備えるアクティブアレイアンテナを含むシステムが提供され、各サブアレイは、それぞれが信号を送信および／または受信するように構成された複数のエレメントであって、各エレメントはアンテナおよびエレメント通信回路を備え、エレメント通信回路は、エレメントのそれぞれのアンテナへの、および／またはエレメントのそれぞれのアンテナからの、信号の振幅、位相および遅延のうちの１つ以上を調節する手段を提供する、複数のエレメントと、エレメントを共通ポートに接続する受動ネットワークとを備え、アクティブアレイアンテナは、各サブアレイに関係付けられたサブアレイ通信回路であって、それぞれが、サブアレイの受動ネットワークを介して、そのそれぞれのサブアレイのエレメントへ／から信号を送信および／または受信するように構成され、各サブアレイ通信回路は、その関係付けられたサブアレイへ／から信号の振幅、位相、および遅延のうちの１つ以上の調節を提供するように構成される、サブアレイ通信回路と、複数の第１のポートを第２の共通ポートに接続するマニホールドであって、第１のポートのそれぞれは、各サブアレイの受動ネットワークとその関係付けられたサブアレイ通信回路との間に位置付けられた接合部を通して接続される、マニホールドと、第１のテスト信号を第２のポートの周りの較正マニホールドに注入する手段、および各サブアレイ通信回路からの対応する出力を測定する手段と、各サブアレイ通信回路は第２のテスト信号を送信するように適合され、較正マニホールドの第２のポートの周りで送信された第２のテスト信号を測定する手段とを備える。

本発明の別の態様によれば、複数のサブアレイを備えるアクティブアレイアンテナが提供され、各サブアレイは、それぞれが信号を送信および／または受信するように構成された複数のエレメントであって、各エレメントは、アンテナおよびエレメント通信回路を備え、エレメント通信回路は、エレメントのそれぞれのアンテナへの、および／またはエレメントのそれぞれのアンテナからの、信号の振幅、位相および遅延のうちの１つ以上を調節する手段を提供する、複数のエレメントと、エレメントを共通ポートに接続する受動ネットワークと、各サブアレイに関係付けられたサブアレイ通信回路であって、それぞれが、サブアレイの受動ネットワークを介して、そのそれぞれのサブアレイのエレメントへ／から信号を送信および／または受信するように構成され、各サブアレイ通信回路は、その関係付けられたサブアレイへ／から信号の振幅、位相、および遅延のうちの１つ以上の調節を提供するように構成される、サブアレイ通信回路と、複数の第１のポートを第２の共通ポートに接続するマニホールドであって、第１のポートのそれぞれは、各サブアレイの受動ネットワークとその関係付けられたサブアレイ通信回路との間に位置付けられた接合部を通して接続される、マニホールドとを備える。

この構成は、アンテナが動作サービスに入る前に、サブアレイ通信回路を較正することを可能にし、その後、動作の間に時々較正することができる。

以下の特徴は、本発明のいずれかの態様に関連し得る。

システムは、各サブアレイ通信回路について、注入された第１のテスト信号に応答して、サブアレイ通信回路の出力に関係付けられたエラーを決定する手段（例えば、ベクトルネットワークアナライザ）と、エラーを使用して補正を適用する手段とを備えることができる。

エラーは、通信回路の出力の振幅、位相、および遅延のうちの１つ以上に関連するかもしれない。

システムは、補正をその関係付けられたサブアレイ通信回路に適用するように構成された、各サブアレイ通信回路に関係付けられた制御手段を備えてもよい。制御手段は、各サブアレイのためのコントローラと、コントローラを制御する中央コントローラとを備えることができる。

代替的に、補正は、アクティブアレイアンテナが接続されるシステムによって適用されてもよく、システムは、それぞれのサブアレイ回路に関係付けられたエラーを補償するように修正されたサブアレイによる送信のために、各サブアレイ回路にデジタル入力を提供する。アンテナが受信モードにあるとき、システムは、サブアレイに関係付けられたエラーに基づいて、各サブアレイ回路からのデジタル出力にそれぞれの補正を適用する。

システムは、サブアレイのサブアレイ通信回路からの第２のテスト信号の生成に応答して、較正マニホールドの第２のポートの周りで取得された、対応する出力信号に関係付けられたエラーを決定する手段（例えば、ベクトルネットワークアナライザ）を備えてもよい。決定されたエラーは、メモリ記憶装置中に記憶されてもよい。

較正マニホールドの第２のポートは、実質的に整合された負荷で終端してもよい。これは、第１のポートのうちの１つ以上を通って較正マニホールドに入り、サブアレイ通信回路および受動ネットワークに向かって第１のポートから戻る、較正またはその他のために使用される任意の信号の反射を最小限にする。

システムは、較正マニホールドに結合された結合器を備えることができ、結合器を通してテスト信号が較正マニホールドに注入され、および／または結合器を通してテスト信号を測定する手段が較正マニホールドに接続される。結合器は、較正マニホールドの共通トランクに結合されてもよい。

システムは、第１の結合器および第２の結合器を備えることができ、第１の結合器は、較正マニホールドの第２のポートの周りに（たとえば、共通トランクに）結合され、第１のテスト信号をテスト信号生成器から較正マニホールドに送信することができ、第２の結合器は、較正マニホールドに入った信号を第１のポートからベクトルネットワークアナライザのようなテスト信号受信器に搬送するための第２のポートの周りに（たとえば、共通トランクに）結合されることができる。

結合器は、較正マニホールド内の整合を最小限に乱す一方で、マニホールドへの／からのテスト信号の注入および受信のための手段を提供し、それによって、較正マニホールドの相互特性を保存する。結合器、または第１および第２の結合器のそれぞれは、−３０ｄＢ以下の結合係数を有してもよい。

接合部は、受動ネットワーク、サブアレイ通信回路、または較正マニホールドのうちのいずれかから接合部に入る信号が分割され、他の２つに向かって出力されるように構成されてもよい。接合部は、上記のうちの１つからの入力信号を他の２つの間で実質的に等しく分割するように構成されてもよい。

各サブアレイ通信回路は、アンテナのデジタル出力を、例えばアンテナが接続されているシステムに提供することができる。デジタル出力は、複数の異なるおよび／または同時のビーム形成が、多数の別個のアナログ合成ネットワークを必要とすることなく実行されることを可能にする。

本発明の別の態様では、複数のサブアレイを備えるアクティブアレイアンテナを較正する方法が提供され、各サブアレイは、信号を送信および／または受信するようにそれぞれ構成された複数のエレメントであって、各エレメントは、アンテナおよびエレメント通信モジュールを備え、エレメント通信モジュールは、エレメントのそれぞれのアンテナへのおよび／またはエレメントのそれぞれのアンテナからの、信号の振幅、位相、および遅延のうちの１つ以上を調節するための手段を提供する、複数のエレメントと、複数のサブアレイのエレメントから組み合わされた出力を提供する受動合成ネットワークとを備え、アクティブアレイアンテナは、各サブアレイに関係付けられたサブアレイ通信モジュールであって、それぞれが、そのそれぞれのサブアレイへ／から信号を送信および／または受信するように構成され、各サブアレイ通信モジュールは、その関係付けられたサブアレイへ／から信号の振幅、位相、および遅延のうちの１つ以上の調節のための手段を提供する、サブアレイ通信モジュールと、各サブアレイの受動合成ネットワークとその関係付けられたサブアレイ通信モジュールとの間に位置付けられた接合部を通して接続される複数の第１のポートを有するマニホールドと、第１のポートの全てから合成信号を受信する第２のポートと、を備え、
較正方法は、
ｉ）較正マニホールドの第２のポートにおいてテスト信号を注入し、各サブアレイ通信モジュールの結果として生じる出力を測定し、各サブアレイ通信モジュールに適用される補正を計算するために測定値を使用することと、および／または
ｉｉ）各サブアレイ通信モジュールからテスト信号を注入し、較正マニホールドの第２のポートにおいて結果として生じる信号を測定し、各サブアレイ通信モジュールに対して繰り返し、各サブアレイ通信モジュールに適用される補正を計算するために測定値を使用することとを含む。

方法は、アンテナアレイの動作の間にｉ）および／またはｉｉ）を繰り返すことを含んでいてもよい。

アンテナは、アンテナが接続されるシステムによって、動作状態、例えば受信または送信モードから、サブアレイ回路が較正される較正モードに時々切り替えられてもよく、較正に続いて、システムはアンテナを動作状態に切り替えてもよい。

方法はさらに、各サブアレイの各エレメントにテスト信号を注入し、較正マニホールドの第２のポートの周りで得られた、結果として生じる信号を測定することと、エレメントを較正するためにエレメント通信回路に適用する補正を計算するために測定値を使用することとを含んでいてもよい。これは、複数のエレメントを較正するために、各エレメントに対して順番に繰り返されてもよい。

方法は、較正マニホールドの第２のポートの周りにテスト信号を注入し、エレメントのアンテナから送信された、結果として生じる信号を測定することと、エレメントを較正するためにエレメント通信回路に適用される補正を計算するように測定値を使用することとを含んでいてもよい。これは、各サブアレイの各エレメントについて繰り返されてもよい。

本発明を、以下の図面を参照して、例として説明する。
図１は、４つのモジュール式サブアレイおよび較正ネットワークを備える電子アクティブアレイアンテナを含むシステムの概略図である。 図２は、図１のアクティブアレイアンテナのサブアレイの概略図である。 図３は、アンテナが接続されたシステムからデジタル出力を受信するように適合された変形サブアレイの概略図である。

図１のアクティブアレイアンテナ１は、サブアレイ２を較正するために使用される較正ネットワーク３にそれぞれ接続された４つのサブアレイ２を備える。

図２を参照すると、各サブアレイ２は、信号を送信および／または受信するようにそれぞれ構成されたエレメント４のアレイを備える。各エレメント４は、エレメントアンテナ５と、エレメントのそれぞれのエレメントアンテナ５へのおよび／またはエレメントのそれぞれのエレメントアンテナ５からの信号の振幅、位相および遅延のうちの１つ以上を制御するように外部制御信号によって制御される、例えばエレメント送信機および／または受信機６および信号修正器７とを備えるエレメント通信回路を含む。外部制御信号は、システム機能を達成するために、例えば、特定の方向に特定のビーム形状を形成するために、（アクティブアレイアンテナが接続されるシステム１００（例えば、レーダシステム）の）システムコントローラからエレメントに提供される。

各サブアレイ２は、別個のサブアレイ通信回路８を有する。各通信回路は、エレメント４のアレイから信号を受信し、アレイアンテナ１が接続されたシステムに出力する受信機９と、システムに接続された入力、およびサブアレイ通信回路８の各サブアレイ２のエレメント４への出力を有する送信機１０とを備える。回路はまた、送信機および受信機がエレメント４のアレイに接続するサーキュレータを含んでもよい。

受信機９は、基準からのクロック信号を受信するように構成されたアナログ−デジタル変換器９Ａ（図示せず）と、外部デジタル制御信号によって制御されるクロック信号修正器９Ｂを含み、送信機１０は、アンテナが接続されたシステムのデジタルコントローラ（図示せず）からの制御下にある信号修正器１０Ａと、電力増幅器１０Ｂと、サーキュレータ１１とを含む。

サブアレイ２の各エレメント４は、サブアレイ受動ネットワーク１４を介して関係付けられたサブアレイ通信回路８に接続される。サブアレイ受動ネットワーク１４は、サブアレイのエレメント４のいずれか１つからの信号をＴスプリッタ１７（以下参照）に搬送し、サブアレイ２のエレメント４のそれぞれによって受信されるようにＴスプリッタ１７からネットワーク１４に入る任意の信号を分割するように構成される。

送信モードでは、各サブアレイ通信回路８は、アクティブアレイアンテナ１が接続されたシステム１００から信号を受信し、ビーム形成および／またはステアリングのためにその信号（例えば、位相、振幅および遅延のうちの１つ以上）を修正し、修正された信号をそのそれぞれのサブアレイ２中のエレメント４に送信するように構成される。修正された信号は、次いで、各エレメントの通信回路によってさらに修正されることができる（例えば、位相、振幅、および遅延のうちの１つ以上）。

各サブアレイ通信回路８は、他のサブアレイ通信回路から独立して、システムから／への信号を修正することができる。同様に、各エレメント通信回路は、サブアレイ中の他のものから独立して信号を修正することができる。これにより、複雑なビーム形成技術を実行するためにアンテナを使用することを可能にする。

アンテナ１が送信しているとき、各サブアレイ回路８の送信機１０は、システムから基準信号を受信する。これは、所望のアンテナビーム形成を達成するために、各受動ネットワーク１４への入力が異なるが相関するように、送信信号修正器１０Ｂによってデジタル制御下で修正される。

アンテナ１が受信しているとき、各サブアレイの各受信機９は、関係付けられたエレメント４のアレイから異なるが相関したアナログ信号を受信する。各サブアレイ受信機９は、外部から供給される共通の基準クロック信号を参照して、アナログ入力信号をデジタル形式に変換する。基準クロック信号のタイミングは、ビーム形成およびエラー補正の目的でデジタル出力に必要な遅延を導入するために、そのそれぞれのクロック信号修正器９Ｂによって各サブアレイ受信機９について個別に修正することができる。あるいは、クロック修正器９Ｂを省略し、システムによって各サブアレイ受信機のデジタル出力に同等の補正を適用してもよい。

較正ネットワーク３は、Ｔスプリッタ１７を通してサブアレイ通信回路８とサブアレイ受動ネットワーク１４との間に接続された、各サブアレイ２に関係付けられた第１のポート１６を有する相互較正マニホールド１５を備える。相互較正マニホールド１５は、第１のポート１６のそれぞれを、共通のトランク１５Ａを介して、単一の第２のポート１８に接続し、第１のポート１６のいずれかを通ってマニホールド１５に入る信号は、共通のトランク１５Ａに沿って第２のポート１８に進み、第２のポート１８または共通のトランク１５Ａにおいてマニホールド１５に入る任意の信号は、第１のポート１６のすべてにおいて受信されるように分割される。

第２のポート１８は整合負荷１８Ａで終端され、相互較正マニホールド１５内の任意の信号の反射を最小にする。整合された負荷は、以下に説明されるように、エレメント４の較正の目的のために、外部テスト機器が第２のポート１８に接続されることを可能にするように除去できる。

共通トランク１５Ａに結合された第１の結合器１９は、第１のポート１６を通して相互較正マニホールド１５に入った較正信号を受信するために、ベクトルネットワークアナライザ２０についての相互較正マニホールド１５への接続を提供する。共通トランク１５Ａに結合された第２の結合器２１も、（システム１００の一部を形成する）基準信号源２２が基準信号を相互較正マニホールド１５に送るための相互較正マニホールド１５への接続を提供する。

第１および第２の結合器１９、２１のそれぞれは、好ましくは、−３０ｄＢ以下の結合係数を有する。低い結合係数は、較正ネットワーク３内の望ましくない反射を最小にするように選ばれる。

結合器１９、２１は、空間を節約するために第２のポート１８に物理的に近接して構成されることが好ましいが、結合器１９、２１が共通トランク１５Ａに結合される限り、第２のポート１８と結合器１９、２１との間の物理的間隔は変化できる。したがって、「第２のポートの周り」というフレーズは、結合器が第２のポート１８に直接隣接してマニホールド１５に結合される構成とともに、結合器が共通のトランク１５Ａの周りの他の場所に結合される構成を含むと解釈すべきである。

電子的に走査されたアレイアンテナの現在の製造プロセスは不完全であることから、サブアレイ内の各エレメント４、例えば各エレメントアンテナ５、送信機６、および信号修正器７が同一に形成される可能性は低い。さらに、サブアレイ受動ネットワーク１４内に欠陥が存在するかもしれない。さらに、各サブアレイ通信回路８が同様に機能する可能性は低い。
これらのエラーを補正するために、アンテナは較正を必要とする。

第１の較正手順は、アクティブアレイアンテナ１の各サブアレイ２の各エレメント４が送信および／または受信時に整列されることを確実にするために行われる。第１の較正手順の第１の段階では、外部テスト機器（例えば、近接場スキャナ）が較正ネットワーク３の第２のポート１８に接続される（接続される場合、整合負荷は除去されている）。外部テスト信号が各エレメント４に適用され、各エレメント４からの出力信号は、サブアレイ受動ネットワーク１４を介して、Ｔ接合１７を介して相互較正マニホールド１５に入り、第２のポート１８に入り、そこで信号が外部テスト機器によって測定される。外部テスト機器によって測定された出力と外部テスト信号との間で決定された相違は、メモリ記憶装置中に記憶され、例えば、最初にテスト機器のメモリ記憶装置に記憶され、次いでシステム１００の記憶装置１０１に転送される。これは、アクティブアレイアンテナ１の各エレメント４について順番に繰り返される。

第１の較正手順の第２の段階では、外部テスト機器からの基準信号が、第２のポート１８を介して相互較正マニホールド１５に送信される。基準信号は、第１のポート１６を通過し、Ｔスプリッタ１７によって分割され、基準信号の一部が、各サブアレイ２のサブアレイ受動ネットワーク１４を通ってすべてのエレメント回路４に向けられる。アンテナ１の各エレメント４は順に通電され、較正信号に応答して通電されたエレメントのエレメントアンテナ５からの出力は、アンテナ１の前に位置付けられた外部テスト機器によって測定される。エレメント４からの測定された出力と較正信号との間で決定された相違は、メモリ記憶装置に記憶される。

第２段階は第１段階の前に実行されてもよいことが理解されるであろう。

アレイ１のサブアレイ通信回路８を較正するために、第２の較正手順が実行される。第２の手順を実行するとき、相互較正マニホールド１５の第２のポート１８は、整合負荷１８Ａで終端される。基準信号源２２からの内部基準信号は、第２の結合器２１を介して相互較正マニホールド１５に送信される。基準信号は、各サブアレイ２に関係付けられた第１のポート１６に到達し、Ｔスプリッタ１７によって分割された信号の一部は、各サブアレイ通信回路８の受信機９で受信される。

各サブアレイ回路８について、受信機９の出力と基準信号源２２からの内部基準信号との間の相違に関係付けられたエラーが決定され、アンテナ１に接続されたシステム１００の記憶装置１０１に記憶される。

第２の較正手順の第２段階では、アクティブアレイアンテナ１に接続されたシステムから供給される内部基準信号をサブアレイ通信回路８の送信機１０に送信させる。信号は、Ｔスプリッタ１７によって分割され、その一部は、ベクトルネットワークアナライザ２０による測定のために、相互較正マニホールド１５を通り、結合器１９を介して送信される。

システムによって送信機１０に提供された内部基準信号と、送信機１０の送信に応答してベクトルネットワークアナライザ２０によって測定された信号との間の相違が決定され、システム１００のメモリ記憶装置１０１に記憶される。これは、各サブアレイ２のサブアレイ通信回路８について順番に繰り返される。

第２の較正手順の間、テストされているサブアレイ回路８に関係付けられたサブアレイ２のエレメント４は離れており、スプリアス信号が受動ネットワーク１４を介してエレメント４からサブアレイ回路８に送信されるか、または較正ネットワーク３に入ることを防止する。

較正測定を混乱させることがある反射を最小限にするために、相互較正マニホールド１５が十分に整合していることが重要である。これは、第２のポート１８で整合負荷１８Ａの使用を通して、ならびに各ポート１６がＴスプリッタ１７を通してその関係付けられたサブアレイ回路８および受動ネットワーク１４に整合されることを確実にすることによって達成される。実際には、これは、サブアレイ回路８内のサーキュレータを通して、および受動ネットワーク１４の構成を工夫して（例えば、ネットワーク内にウィルキンソン電力分配器を用いることによって）達成することができる。

再度説明すると、第２段階は第１段階の前に実行されてもよいことが理解されるであろう。第２の手順は、第１の手順の前に実行されてもよい。

２つの較正手順の完了に続いて、アレイアンテナ１は、送信および受信の両方で使用するために較正される。

アンテナ１の使用の間、各エレメント信号修正器７は、システムのシステムコントローラからコマンドを受信して、エレメント回路６によってエレメントアンテナ５に出力される信号の位相、振幅、および遅延のうちの１つ以上を調節して、所望のビーム形成を提供し、第１の較正手順の第１の段階のそのそれぞれのエレメント５について決定されたエラーを補正する。同様に、信号修正器７は、システムコントローラからコマンドを受信して、エレメントアンテナ５からエレメント回路６によって受信される信号の位相、振幅、および遅延のうちの１つ以上を調節して、所望のビーム形成を提供し、第１の較正手順の第２の段階においてそのそれぞれのエレメント４について決定されたエラーを補正する。

各受信機９に対して、システムコントローラは、第２の手順の第１の段階の間にそれに対して導出されたエラーを使用して個々の補正を提供する。これは、様々な方法でなされることができる。例えば、個々のサブアレイ受信機９Ａのサンプリング時間は、クロック修正器９Ｂを制御して遅延を調節することによって調節することができ、振幅は、アナログデジタル受信機回路のアナログ対利得を制御することによって調節することができ、または遅延、位相、および／もしくは振幅の補正をサブアレイ受信機のデジタル出力に適用することができる。

システムコントローラは、第２の手順の第２の段階で導出された各送信機１０に対する記憶されたエラーを使用して、各送信機を個別に補償する。これは、様々な方法でなされることができる。例えば、図２を参照すると、システムコントローラによって供給される送信機基準信号は、電力増幅器１０Ｂによる増幅の前に、信号修正器１０Ａによって振幅、位相、および遅延のうちの１つ以上において調節されることができる。

このようにして、全てのサブアレイ２のサブアレイ通信回路８を整列させるために、各サブアレイ通信回路８を互いに独立して調節することができる。

初期較正に続いて、いったんアンテナが稼働されると、例えば航空機、船舶のような車両に配備されると、エレメント通信回路６は、例えば温度変化から結果として生じるかもしれない性能変化を補償するために従来技術を使用して調節されることができる。

サブアレイ通信回路８は、アンテナ１が稼働中である間に位置ずれすることが予想される。これは、例えば、古くなること、および／または温度変化によるものであるかもしれず、したがって、単一の使用機会内に、例えば数分または数時間以内に、および使用の数ヶ月または数年後などのようなより長い時間期間にわたって、生じるかもしれない。サブアレイレベルでのずれは、サブアレイ全体の出力に影響し、結果として相関エラーが生じるため、アンテナ性能に対してより有害な影響を有する。

これを補償するために、アンテナが稼働している間、第２の較正手順のステップを時々繰り返すことができる。例えば、システムがスイッチオンされるたびに、システムは第２の較正手順を実行することができる。

システムは、代わりにまたは加えて、アンテナ１の動作の間に間隔を置いて第２の較正プロセスを実行してもよい。例えば、アンテナ１は、時々、システムによって、動作状態、例えば受信または送信モードから、エレメント４が非通電され、第２の較正手順が実行される較正モード（第１および／または第２の段階）に切り替えられてもよい。較正に続いて、システムは、動作活動を継続するために、アンテナを送信または受信モードに切り替えてもよい。

図３は、アンテナ１が接続されたシステムからデジタル信号を受信し、アナログ信号をエレメント４に送信するように適合された変形サブアレイ通信回路８’を有する変形サブアレイ２’を図示している。サブアレイ通信回路８’は、デジタル／アナログ送信機１０’、電力増幅器およびクロック修正器を備える。アンテナ１が送信しているとき、ビーム形成のための振幅を補償し、較正手順の第２段階で決定されたエラーを調節するためにシステムによって既に調節されているシステムからのデジタル信号は、基準クロック信号を使用してアナログ信号に変換される。基準クロック信号は、アナログ信号における遅延を修正するために、システムコントローラからのデジタル制御信号に基づいてクロック信号修正器によって修正されてもよい。代替の構成では、デジタルアナログ変換器によって受信されるデジタル信号は、所望の遅延を提供するためにシステムコントローラによって既に調節されていてもよい。

エレメントのそれぞれに対して第１の段階を実行し、次いでエレメントのそれぞれに対して第２の段階を実行するよりもむしろ、第１のエレメントに対して第１および第２の段階を行い、次いで各エレメントに対して順番に繰り返すことができることが理解されるだろう。

本発明の変形実施形態では、アクティブアレイアンテナは、送信機と受信機の両方を備える必要はない。例えば、アクティブアレイアンテナ１が各サブアレイ通信回路８のみの受信に使用される場合、各エレメント通信回路６は受信機のみを備える必要がある。同様に、アクティブアレイアンテナ１が送信のみに使用される場合、各サブアレイ通信回路８および各エレメント通信回路６は、送信機のみを備える必要がある。

あまり好ましくない変形では、サブアレイ回路は、アンテナが接続されるシステムにデジタル出力よりもむしろアナログ出力を提供するように構成されてもよい。

Claims (20)

1. 複数のサブアレイを備えるアクティブアレイアンテナを含むシステムであって、
   各サブアレイは、
   それぞれが信号を送信および／または受信するように構成された複数のエレメントであって、各エレメントはアンテナおよびエレメント通信回路を備え、前記エレメント通信回路は、前記エレメントのそれぞれのアンテナへの、および／または前記エレメントのそれぞれのアンテナからの、信号の振幅、位相および遅延のうちの１つ以上を調節する手段を提供する、複数のエレメントと、
   前記エレメントを共通ポートに接続する受動ネットワークとを備え、
   前記アクティブアレイアンテナは、
   各サブアレイに関係付けられたサブアレイ通信回路であって、それぞれが、前記サブアレイの受動ネットワークを介して、そのそれぞれのサブアレイのエレメントへ／から信号を送信および／または受信するように構成され、各サブアレイ通信回路は、その関係付けられたサブアレイへ／から信号の振幅、位相、および遅延のうちの１つ以上の調節を提供するように構成される、サブアレイ通信回路と、
   複数の第１のポートを第２の共通ポートに接続するマニホールドであって、前記第１のポートのそれぞれは、各サブアレイの前記受動ネットワークとその関係付けられたサブアレイ通信回路との間に位置付けられた接合部を通して接続される、マニホールドと、
   第１のテスト信号を第２のポートの周りの較正マニホールドに注入する手段、および各サブアレイ通信回路からの対応する出力を測定する手段と、
   各サブアレイ通信回路は第２のテスト信号を送信するように適合され、前記較正マニホールドの前記第２のポートの周りで前記送信された第２のテスト信号を測定する手段とを備える、システム。
2. 各サブアレイ通信回路について、前記注入された第１のテスト信号に応答して、前記サブアレイ通信回路の出力に関係付けられたエラーを決定する手段と、前記エラーを使用して補正を適用する手段とを備える、請求項１に記載のシステム。
3. 前記補正をその関係付けられたサブアレイ通信回路に適用するように構成された、各サブアレイ通信回路に関係付けられた制御手段を備える、請求項２に記載のシステム。
4. 前記サブアレイ通信回路のうちの１つからの前記第２のテスト信号の生成に応答して、前記較正マニホールドの前記第２のポートの周りに構成された、前記対応する出力信号に関係付けられたエラーを決定する手段と、補正を適用するために前記エラーを使用するように構成された制御手段とを備える、請求項１−３のいずれか一項に記載のシステム。
5. 前記制御手段は、各サブアレイ通信回路に関連付けられ、その関係付けられたサブアレイ通信回路に補正を適用するために前記エラーを使用するように構成される、請求項４に記載のシステム。
6. 前記較正マニホールドの前記第２のポートは、実質的に整合した負荷で終端する、請求項１−５のいずれか一項に記載のシステム。
7. 前記較正マニホールドの前記第２のポートの周りに結合された結合器を備え、前記結合器を通してテスト信号が前記較正マニホールドに注入され、および／または前記結合器を通して前記テスト信号を測定する手段が前記較正マニホールドに接続される、請求項６に記載のシステム。
8. 第１の結合器および第２の結合器を備え、前記第１の結合器は、較正マニホールドの前記第２のポートの周りに結合され、前記テスト信号を前記較正マニホールドに送信するように構成され、前記第２の結合器は、前記第１のポートから信号を受信するための前記第２のポートの周りに結合される、請求項７に記載のシステム。
9. 前記接合部は、前記受動ネットワーク、サブアレイ通信回路、または較正マニホールドのうちのいずれかから前記接合部に入る信号が分割され、他の２つに向けて出力されるように構成される、請求項１−８のいずれか一項に記載のシステム。
10. 前記信号は、前記他の２つの間で実質的に等しく分割される、請求項９に記載のシステム。
11. 前記サブアレイ通信回路はそれぞれ、デジタル出力および／またはデジタル入力を有する、請求項１−１０のいずれか一項に記載のアクティブアレイアンテナ。
12. 前記サブアレイ通信回路は、前記アクティブアレイアンテナからのデジタル出力と、前記アクティブアレイアンテナへのアナログ入力とを有する、請求項１−１１のいずれか一項に記載のシステム。
13. 複数のサブアレイを備えるアクティブアレイアンテナであって、
    各サブアレイは、
    それぞれが信号を送信および／または受信するように構成された複数のエレメントであって、各エレメントは、アンテナおよびエレメント通信回路を備え、前記エレメント通信回路は、前記エレメントのそれぞれのアンテナへの、および／または前記エレメントのそれぞれのアンテナからの、信号の振幅、位相および遅延のうちの１つ以上を調節する手段を提供する、複数のエレメントと、
    前記エレメントを共通ポートに接続する受動ネットワークと、
    各サブアレイに関係付けられたサブアレイ通信回路であって、それぞれが、前記サブアレイの受動ネットワークを介して、そのそれぞれのサブアレイのエレメントへ／から信号を送信および／または受信するように構成され、各サブアレイ通信回路は、その関係付けられたサブアレイへ／から信号の振幅、位相、および遅延のうちの１つ以上の調節を提供するように構成される、サブアレイ通信回路と、
    複数の第１のポートを第２の共通ポートに接続するマニホールドであって、前記第１のポートのそれぞれは、各サブアレイの前記受動ネットワークとその関係付けられたサブアレイ通信回路との間に位置付けられた接合部を通して接続される、マニホールドとを備える、アクティブアレイアンテナ。
14. 較正マニホールドの第２のポートは、実質的に整合した負荷で終端する、請求項１３に記載のアクティブアレイアンテナ。
15. 複数のサブアレイを備えるアクティブアレイアンテナを較正する方法であって、
    各サブアレイは、
    それぞれが信号を送信および／または受信するように構成された複数のエレメントであって、各エレメントは、アンテナおよびエレメント通信回路を備え、前記エレメント通信回路は、前記エレメントのそれぞれのアンテナへの、および／または前記エレメントのそれぞれのアンテナからの、信号の振幅、位相および遅延のうちの１つ以上を調節する手段を提供する、複数のエレメントと、
    前記エレメントを共通ポートに接続する受動ネットワークとを備え、
    前記アクティブアレイアンテナは、
    各サブアレイに関係付けられたサブアレイ通信回路であって、それぞれが、前記サブアレイの受動ネットワークを介して、そのそれぞれのサブアレイのエレメントへ／から信号を送信および／または受信するように構成され、各サブアレイ通信回路は、その関係付けられたサブアレイへ／から信号の振幅、位相、および遅延のうちの１つ以上の調節を提供するように構成される、サブアレイ通信回路と、
    複数の第１のポートを第２の共通ポートに接続するマニホールドであって、前記第１のポートのそれぞれは、各サブアレイの前記受動ネットワークとその関係付けられたサブアレイ通信回路との間に位置付けられた接合部を通して接続される、マニホールドとをさらに備え、
    較正方法は、
    ｉ）テスト信号を第２のポートの周りの較正マニホールドに注入し、各サブアレイ通信回路の結果として生じる出力を測定し、各サブアレイ通信回路またはその出力に適用される補正を計算するように測定値を使用することと、
    および／または、
    ｉｉ）各サブアレイ通信回路からテスト信号を注入し、前記較正マニホールドの第２のポートの周りで結果として生じる信号を測定し、各サブアレイ通信回路に対して繰り返し、各サブアレイ通信回路またはその入力に適用される補正を計算するように測定値を使用することとを含む、方法。
16. 各サブアレイの各エレメントにテスト信号を注入し、結果として生じる信号を測定することと、
    前記エレメント通信回路に適用する補正を計算するように前記測定値を使用することと、
    および／または
    テスト信号を注入し、各サブアレイの各エレメントによって送信された、結果として生じる信号を測定することと、前記エレメント通信回路に適用される補正を計算するように前記測定値を使用することとを含む、請求項１５に記載の方法。
17. 各サブアレイの各エレメントにテスト信号を注入し、前記較正マニホールドの前記第２のポートにおいて結果として生じる信号を測定することと、
    前記複数のエレメントを較正するために前記エレメント通信回路に適用する補正を計算するように測定値を使用することと、
    および／または
    前記較正マニホールドの前記第２のポートにテスト信号を注入し、各サブアレイの各エレメントによって送信された、結果として生じる信号を測定することと、
    前記複数のエレメントを較正するためにエレメント通信モジュールに適用される補正を計算するように前記測定値を使用することとをさらに含む、請求項１５または１６に記載の方法。
18. アンテナアレイの動作の間に、請求項１５に記載のステップｉ）および／またはｉｉ）を繰り返すことを含む、請求項１５に記載の方法。
19. テスト信号は、前記第２のポートの周りで前記較正マニホールドに結合された結合器を介して、前記較正マニホールドに注入される、請求項１５−１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 前記結果として生じる信号は、前記第２のポートの周りで前記較正マニホールドに結合された結合器を通して測定される、請求項１５−１９のいずれか一項に記載の方法。

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