JP2504159B2 - アレイアンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は開口面が平面状または曲面状であるアレイア
ンテナに係り、特に合成アンテナ利得等のモニタ技術に
関する。

（従来の技術） アレイアンテナの合成アンテナ利得のモニタ方式とし
ては、従来、例えば第４図に示すものが知られている。
第４図において、周知のように、アレイアンテナは、開
口面が平面状または曲面状となるように配設される複数
の素子アンテナ９…と、各素子アンテナ９ごとに設けら
れ移相器４や増幅器５などを内蔵する複数の送受信モジ
ュール６…と、移相器４…の位相量を調整制御する位相
制御器７′と、各送受信モジュール６への高周波電力を
分配する水平面の電力分配器２および垂直面の電力分配
器３と、図示省略したが、各送受信モジュール６からの
高周波電力を合成する水平面および垂直面の電力合成器
と、電力分配器（2,3）への高周波信号の出力と電力合
成器の合成出力を受信する送受信器１と、図示省略した
が、送受信モジュール６および送受信器１と電力分配器
および電力合成器との間にそれぞれ設けられる送受切換
器（サーキュレータ、スイッチ等）とを基本的に備え
る。

なお、電力分配器と電力合成器とを別個に設けるの
は、送受信を同時に行えるようにする、あるいは、送信
は大電力を一様に送出し、受信はウェイティングをかけ
サイドロープ特性の改善を図る等の目的からであるが、
分配と合成を１つの装置で行うようにした電力分配／合
成器を備えるアレイアンテナもあることは周知の通りで
ある。

ところで、従来、この種のアレイアンテナの合成アン
テナ利得のモニタ方式は、第４図に示すように、モニタ
用アンテナ15をアレイアンテナの放射面前方の遠方又は
近傍に設置し、これにモニタ用送受信器12を接続して相
互に電波を送受信し、受信された電波の強さを測定して
求める方式である。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した従来のモニタ方式では、外囲
環境による電波反射等の影響を受けやすく測定値が一定
しないことがある。また、外囲環境の影響を少なくする
ためにアレイアンテナの近傍にモニタ用アンテナを設置
すると、各素子アンテナとモニタ用アンテナの距離が場
所によって異なるので、合成電力測定値に誤差が生じた
り、特定の放射ビーム以外のモニタが困難になるという
問題点がある。

本発明は、このような従来の問題に鑑みなされたもの
で、その目的は、外囲環境の影響を排除して安定した測
定が行えると共に、任意のビーム方向でのモニタを可能
にするアレイアンテナを提供することにある。

（課題を解決するための手段） 前記目的を達成するために、本発明のアレイアンテナ
は次の如き構成を有する。

即ち、本発明のアレイアンテナは、複数の素子アンテ
ナと；この複数の素子アンテナそれぞれに対応して設け
られその対応する素子アンテナの送受信位相を移相する
移相器を少なくとも内蔵する複数の送受信モジュール
と；この複数の送受信モジュールへの高周波電力の分配
とその複数の送受信モジュールからの高周波電力の合成
とを行う電力分配／合成器、または、複数の送受信モジ
ュールへ高周波電力を分配する電力分配器およびその複
数の送受信モジュールからの高周波電力を合成する電力
合成器と；を備え、開口面が平面状あるいは曲面状であ
るアレイアンテナにおいて；前記送受信モジュールが対
応する素子アンテナへ供給する電力の一部または素子ア
ンテナの放射電力の一部を送信モニタ信号として取り出
すこと、および、受信モニタ信号を素子アンテナに受信
させることあるいは受信モニタ信号を送受信モジュール
の受信入力端へ供給することを少なくとも行う複数のモ
ニタ信号形成／供給手段と；前記複数のモニタ信号形成
／供給手段それぞれに対応して設けられそのモニタ信号
形成／供給手段が出力する送信モニタ信号の位相を移相
して出力すること、および、入力された受信モニタの信
号を位相を移相して対応するモニタ信号形成／供給手段
へ出力することを行う複数のモニタ用移相器と；前記複
数のモニタ用移相器が出力する送信モニタ信号の合成と
その複数のモニタ用移相器への受信モニタ信号の分配と
を行うモニタ用電力分配／合成器と；電波の送受信時に
おいては前記複数の移相器の位相量を調整制御し、モニ
タ時においては前記モニタ信号形成／供給手段が形成出
力する送信モニタ信号が前記モニタ用電力分配／合成器
の合成入力端において、および、前記モニタ信号形成／
供給手段が供給出力する受信モニタ信号が前記複数の送
受信モジュールの受信入力端においてそれぞれ所要の励
振分布となるように前記複数のモニタ用移相器の移相量
を調整制御する位相制御器と；前記電力分配／合成器あ
るいは前記電力分配器へ高周波信号を出力する一方、そ
の電力分配／合成器あるいは前記電力合成器の合成出力
を検出することと、前記モニタ用電力分配／合成器へ受
信モニタ信号を出力する一方、そのモニタ用電力分配／
合成器の合成出力を検出することとをそれぞれ独立して
行うの２台の送受信器、または、前記電力分配／合成器
あるいは前記電力分配器へ高周波信号を出力するととも
に、前記モニタ用電力分配／合成器の合成出力の電力を
検出することと、前記モニタ用電力分配／合成器へ受信
モニタ信号を出力するとともに、前記電力分配／合成器
あるいは前記電力合成器の合成出力の電力を検出するこ
ととを切り替えて行う１台の送受信器と；を備えている
ことを特徴とするものである。

（作 用） 次に、前記の如く構成される本発明のアレイアンテナ
の作用を説明する。

本発明のアレイアンテナでは、送信系のモニタ情報
は、各素子アンテナへ供給される高周波電力の一部ある
いは各素子アンテナの放射電力の一部を送信モニタ信号
として取り出し、それらを合成したものから求める。ま
た、受信系のモニタ情報は、受信モニタ信号を各素子ア
ンテナに受信させてその出力を得、あるいは受信モニタ
信号が各素子アンテナの受信出力となるようにし、それ
らを合成したものから求める。

要するに、本発明のアレイアンテナでは、各素子アン
テナそれぞれの送信系と受信系を各別に、かつ、直接的
にモニタ対象とする。故に、従来のような外囲環境の影
響を排除できるので、安定した測定をなし得る。また、
開口面は任意の面形状であるが、従来のような素子アン
テナに対する距離等の問題がないので、任意のビーム方
向での所望のモニタを行うことが可能となる。

（実 施 例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例に係るアレイアンテナを示
す。なお、従来例アンテナと同一構成部分には同一名称
符号を付してある。

第１図において、モニタ用結合器８は、モニタ信号形
成／供給手段であって、本第１実施例では素子アンテナ
９とこれに対応する送受信モジュールとの間に設けた結
合器のうちの例えば垂直方向の所定数を１組としたもの
である。即ち、このモニタ用結合器８は、第２図に示す
ように、水平方向の素子アンテナごとに設けられ、それ
ぞれ対応するモニタ用移相器10を介してモニタ用電力分
配／合成器11に接続される。モニタ用電力分配／合成器
11にはモニタ用送受信器12が接続される。そして、移相
器４…および同10…の移相量は位相制御器７によって後
述するように調整制御される。

次にその動作を説明する。まず、送信系のモニタは次
のようにして行われる。即ち、送受信器１で発生した高
周波信号は、水平面の電力分配器２で包囲方向へ分配さ
れ、さらに垂直面の電力分配器３で分配され送受信モジ
ュール６へ送られる。送受信モジュール６では、移相器
４において位相制御器７からの制御信号に対応した位相
制御を受けた後に増幅器５により電力増幅される。そし
て、送受信モジュール６の出力は、モニタ用結合器８を
通って素子アンテナ９から空間へ放射される。この時の
電波放射方向が水平面内の任意の方向に向くように前記
位相制御がなされるのである。一方、モニタ用結合器８
で取り出された送信信号の一部（送信モニタ信号）はモ
ニタ用結合器８で垂直方向に合成された後、モニタ用移
相器10で位相制御され、電力分配／合成器11で電力合成
され、モニタ用送受信器12で受信され、電力レベルが検
出される。即ち、送信系のモニタがなされる。

この時、第２図に示すように、素子アンテナ９が曲面
状に配列されている場合、素子アンテナ９から放射され
る電波の位相が任意の方向に平面波となるように送受信
モジュール６の移相器４を制御するので、モニタ用結合
器８で取り出した信号は、同位相にならない。従って、
これらの送信モニタ信号をモニタ用電力分配／合成器11
でそのまま合成しても合成損失は大きくなる。そこで、
開口面の曲面に相当する電波の位相差を移相器４で位相
シフトすることによって空間で平面波を得ることができ
るので、逆に移相器４で位相シフトされた量だけモニタ
用移相器10で再補正して送信モニタ信号を同相に直せば
電力分配／合成器11で合成することができる。このよう
にして得られた合成電力をモニタ用送受信器12で検出し
監視できることによって送信アンテナ利得をモニタでき
る。

以上は、送信アンテナ利得をモニタする場合である。
つまり、送信系のモニタは実際に電波を放射して行うと
ころから、代表例としてアンテナ利得のモニタ方式を説
明した。しかし、モニタの内容には、その他例えば移相
器４が正規に作動しているか否かを個々の移相器４につ
いてモニタする、特性に経年変化があるか否かをモニタ
する等、種々のものがある。本発明のアレイアンテナで
は任意のモニタが行えるのであり、それはモニタ用移相
器10の移相量を適宜制御することによって可能である。
従って、送信系のモニタにおいては、複数のモニタ用移
相器10…の移相量は、一般に、モニタ結合器８…が出力
する送信モニタ信号がモニタ用電力分配／合成器11の合
成入力端において所要の励振分布となるように調整制御
されるということができる。

次に、受信系のモニタは前記とは逆の経路で行われ
る。即ち、モニタ用送受信器12からの受信モニタ信号は
モニタ用電力分配／合成器11にて各モニタ移相器10へ分
配出力される。各移相器10の出力たる受信モニタ信号は
モニタ用結合器８と介して送受信モジュール６の受信入
力端に供給される。そして、各送受信モジュール６の出
力は図外の垂直面および水平面の電力合成器を介して送
受信器１に取り込まれ合成電力が検出される。

ここに、各モニタ用移相器10の移相量は、前述したよ
うに、モニタの目的に応じて定められ、一般には、複数
の送受信モジュール６…の受信入力端に供給される受信
モニタ信号がその受信入力端において所要の励振分布と
なるように調整制御される。なお、移相器４の移相量制
御もモニタの目的に応じて行われる。

なお、本第１実施例アンテナでは、垂直面は平面状と
しているが、垂直面も曲面状とし、モニタ用結合器８で
合成する前に他のモニタ用移相器を挿入して、位相補正
を行ってもよい。

次に、第３図は本発明の他の実施例に係るアレイアン
テナを示す。本第２実施例では、モニタ信号形成／供給
手段を、各素子アンテナ９の極近傍に配置されるモニタ
用微小アンテナ14と、垂直方向の所定数モニタ用微小ア
ンテナ14を１組として水平方向の素子アンテナ９ごとに
設けられるモニタ用電力分配／合成器13とで構成したも
ので、各電力分配／合成器13は対応するモニタ用移相器
10に接続される。

本第２実施例では、各素子アンテナ９の放射電力の一
部が対応するモニタ用微小アンテナ14によって取り出さ
れ、そのうち垂直方向のものがモニタ用電力分配／合成
器13で合成され対応するモニタ用移相器10へ出力され
る。逆に、各モニタ用移相器10からの受信モニタ信号
は、対応するモニタ用電力分配／合成器13にて各モニタ
用微小アンテナ14に供給され電波として送信され対応す
る素子アンテナ９に受信される。

なお、以上説明した各実施例において、送受信モジュ
ールは特に増幅器を有する必要はないことは言うまでも
ない。

また、送受信器１がモニタ用送受信器12を共用し、サ
ーキュレータやスイッチ等の送受信切換器を用いて送信
系と受信系を切り換えてモニタするようにしてもよい。

さらに、アレイアンテナは、送信と受信を共用する１
つの電力分配／合成器を用いるタイプのものであっても
同様に適用できることは勿論である。

（発明の効果） 以上説明たように、本発明のアレイアンテナによれ
ば、各素子アンテナそれぞれの送信系と受信系を各別
に、かつ、直接的にモニタ対象とするようにしたので、
従来のような外囲環境の影響を排除でき、安定した測定
をなし得る。また、開口面は任意の面形状であるが、従
来のような素子アンテナに対する距離等の問題がないの
で、任意のビーム方向での所望のモニタを行うことが可
能となる。

さらに、本発明によれば、合成アンテナ利得のモニタ
だけでなく、個々の素子アンテナごとにその系の状態を
モニタすることや特性の経年変化有無のモニタ等もなし
得るという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例に係るアレイア
ンテナの構成概念図、第３図は本発明の他の実施例に係
るアレイアンテナの構成概念図、第４図は従来のアレイ
アンテナのモニタ方式の構成概念図である。 １……送受信器、２……水平面の電力分配器、３……垂
直面の電力分配器、４……移相器、５……増幅器、６…
…送受信モジュール、７……位相制御器、８……モニタ
用結合器、９……素子アンテナ、10……モニタ用移相
器、11……モニタ用電力分配／合成器、12……モニタ用
送受信器、13……モニタ用電力分配／合成器、14……モ
ニタ用微小アンテナ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の素子アンテナと；この複数の素子ア
   ンテナそれぞれに対応して設けられその対応する素子ア
   ンテナの送受信位相を移相する移相器を少なくとも内蔵
   する複数の送受信モジュールと；この複数の送受信モジ
   ュールへの高周波電力の分配とその複数の送受信モジュ
   ールからの高周波電力の合成とを行う電力分配／合成
   器、または、複数の送受信モジュールへ高周波電力を分
   配する電力分配器およびその複数の送受信モジュールか
   らの高周波電力を合成する電力合成器と；を備え、開口
   面が平面状あるいは曲面状であるアレイアンテナにおい
   て；前記送受信モジュールが対応する素子アンテナへ供
   給する電力の一部または素子アンテナの放射電力の一部
   を送信モニタ信号として取り出すこと、および、受信モ
   ニタ信号を素子アンテナに受信させることあるいは受信
   モニタ信号を送受信モジュールの受信入力端へ供給する
   ことを少なくとも行う複数のモニタ信号形成／供給手段
   と；前記複数のモニタ信号形成／供給手段それぞれに対
   応して設けられそのモニタ信号形成／供給手段が出力す
   る送信モニタ信号の位相を移相して出力すること、およ
   び、入力された受信モニタの信号を位相を移相して対応
   するモニタ信号形成／供給手段へ出力することを行う複
   数のモニタ用移相器と；前記複数のモニタ用移相器が出
   力する送信モニタ信号の合成とその複数のモニタ用移相
   器への受信モニタ信号の分配とを行うモニタ用電力分配
   ／合成器と；電波の送受信時においては前記複数の移相
   器の位相量を調整制御し、モニタ時においては前記モニ
   タ信号形成／供給手段が形成出力する送信モニタ信号が
   前記モニタ用電力分配／合成器の合成入力端において、
   および、前記モニタ信号形成／供給手段が供給出力する
   受信モニタ信号が前記複数の送受信モジュールの受信入
   力端においてそれぞれ所要の励振分布となるように前記
   複数のモニタ用移相器の移相量を調整制御する位相制御
   器と；前記電力分配／合成器あるいは前記電力分配器へ
   高周波信号を出力する一方、その電力分配／合成器ある
   いは前記電力合成器の合成出力を検出することと、前記
   モニタ用電力分配／合成器へ受信モニタ信号を出力する
   一方、そのモニタ用電力分配／合成器の合成出力を検出
   することとをそれぞれ独立して行うの２台の送受信器、
   または、前記電力分配／合成器あるいは前記電力分配器
   へ高周波信号を出力するとともに、前記モニタ用電力分
   配／合成器の合成出力の電力を検出することと、前記モ
   ニタ用電力分配／合成器へ受信モニタ信号を出力すると
   ともに、前記電力分配／合成器あるいは前記電力合成器
   の合成出力の電力を検出することとを切り替えて行う１
   台の送受信器と；を備えていることを特徴とするアレイ
   アンテナ。