JP2851349B2 - Array antenna in-phase synthesizer - Google Patents

Array antenna in-phase synthesizer

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JP2851349B2
JP2851349B2 JP2965690A JP2965690A JP2851349B2 JP 2851349 B2 JP2851349 B2 JP 2851349B2 JP 2965690 A JP2965690 A JP 2965690A JP 2965690 A JP2965690 A JP 2965690A JP 2851349 B2 JP2851349 B2 JP 2851349B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、アダプティブアレーアンテナ、特に電波到
来方向に自動的にビームを向けて追尾するためのアレー
アンテナ同相合成装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an adaptive array antenna, and more particularly to an array antenna in-phase synthesizer for automatically directing and tracking a beam in a radio wave arrival direction.

(発明の概要) 本発明は、移動無線等で自動追尾を行うアダプティブ
アレーアンテナにおいて、各アンテナ素子の出力を、常
に同相で合成することによって、追尾動作を行わせる操
置である。各アンテナ素子の出力を、一旦独立した局部
発振器を有する受信フロントエンドである周波数変換器
で中間周波数に変換した後、位相ロックループにおいて
各出力を同相に合成し、位相ロックループの利得、帯域
特性または時定数を切替えまたは可変にして、引込み範
囲とロック範囲とを共に広範囲に保持することにより、
独立した局部発振器の使用が可能となり、この合成装置
の定価格化と動作の安定化とを達成するものである。
(Summary of the Invention) The present invention is an operation for performing an tracking operation by always synthesizing the outputs of the antenna elements in the same phase in an adaptive array antenna that performs automatic tracking by mobile radio or the like. After the output of each antenna element is once converted to an intermediate frequency by a frequency converter that is a reception front end having an independent local oscillator, the outputs are combined in phase in a phase locked loop, and the gain and band characteristics of the phase locked loop Or, by switching or changing the time constant, by keeping both the retracting range and the locking range in a wide range,
This makes it possible to use an independent local oscillator, thereby achieving the price reduction and stable operation of the synthesizer.

(従来の技術) 一般に、電波の到来方向が不確定に変化する移動体通
信および放送の移動受信では、アンテナビームを常に電
波到来方向に向けることが必要である。無指向性アンテ
ナを用いれば、このようなビーム操作は不必要である。
しかし、無指向性アンテナではアンテナ利得が低く、送
信電力が大きくなり、他方向からの妨害の受け易い。こ
のために、アンテナビームを電子的に制御し追尾して、
電波到来方向にビームを常時向ける方法の一つにアダプ
ティブアレーアンテナがある。このアンテナは、機械制
御に比較して追尾速度が早く、車両用等の高速追尾を行
なう場合に有効である。
(Prior Art) Generally, in mobile communication and mobile reception of broadcasting in which the direction of arrival of radio waves changes indefinitely, it is necessary to always direct an antenna beam in the direction of arrival of radio waves. With omni-directional antennas, such beam steering is unnecessary.
However, an omnidirectional antenna has a low antenna gain, a large transmission power, and is susceptible to interference from other directions. For this purpose, the antenna beam is electronically controlled and tracked,
One of the methods for constantly directing a beam in the direction of arrival of a radio wave is an adaptive array antenna. This antenna has a faster tracking speed than mechanical control, and is effective when performing high-speed tracking for vehicles and the like.

(発明が解決しようとする課題) ところが、この方法は、追尾範囲を広くとるにはアン
テナ素子単体の指向性が広くする必要があり、このため
に素子利得が低くなるために、高利得とするには多数の
素子を合成しなければならない。受信信号の位相を検出
して同相合成となるように位相追尾を行う場合に、素子
単体による受信信号のC/Nは低い値になるから、位相検
出精度が低下し、特に広帯域FM変調を行うシステムまた
は衛星電波受信の場合に低C/Nとなり、高性能な構成が
困難であった。
(Problems to be Solved by the Invention) However, in this method, it is necessary to widen the directivity of the antenna element alone in order to widen the tracking range, and the gain of the element is reduced. Requires a large number of elements to be synthesized. When detecting the phase of the received signal and performing phase tracking so that in-phase synthesis is performed, the C / N of the received signal by the element itself becomes a low value, so the phase detection accuracy decreases, and especially wideband FM modulation is performed In the case of system or satellite radio wave reception, the C / N was low, making it difficult to achieve a high-performance configuration.

かつ、各アンテナ素子出力の位相を制御して同相とす
るための移相器および移相器制御回路を必要とし、この
移相器制御回路が電波到来方向の情報から各アンテナ素
子出力の位相を計算し、同相合成操作を行う場合に、周
波数変換器の局部発振器を共通とし、周波数変換によっ
て位相情報が失われないようにする必要があり、各周波
数変換器への局部発振出力分配用導波管または同軸線路
を布設するための配管の構成または配置等の制約が複雑
で、かつコスト高を招くという解決すべき問題もあっ
た。
In addition, a phase shifter and a phase shifter control circuit for controlling the phase of each antenna element output to be in phase are required, and the phase shifter control circuit calculates the phase of each antenna element output from information on the radio wave arrival direction. When performing calculations and performing in-phase synthesis operations, it is necessary to use a common local oscillator for the frequency converters so that phase information is not lost by frequency conversion, and to distribute the local oscillation output to each frequency converter. There are also problems to be solved such that the restrictions on the configuration or arrangement of the pipe for laying the pipe or the coaxial line are complicated and the cost is increased.

また、マイクロ波帯やミリ波帯のように高い周波数領
域では、可変位相器の挿入損失が大きく、かつきめ細か
い位相制御を行う場合には、複雑かつ高価格になるとい
う問題もあった。
Also, in a high frequency region such as a microwave band or a millimeter wave band, there is a problem that the insertion loss of the variable phase shifter is large and complicated and expensive when performing fine phase control.

この発明は、従来技術の問題点を有効に解決し、その
構成が簡易化し、発生する位相および周波数のずれが補
正され、同相合成されて、アンテナビームの追尾動作が
安定化し、追尾範囲が拡大するアレーアンテナ同相合成
装置を提供することを目的とする。
The present invention effectively solves the problems of the prior art, simplifies the configuration, corrects the generated phase and frequency shifts, synthesizes in phase, stabilizes the tracking operation of the antenna beam, and expands the tracking range. It is an object of the present invention to provide an array antenna in-phase synthesizing device.

(課題を解決するための手段) このような目的を達成するために、この発明は、複数
個のアダブティブアレーアンテナの各素子出力をそれぞ
れ独立した中間周波数に変換する複数個の局部発振器を
有する受信フロントエンドと、この受信フロントエンド
に接続され前記中間周波数の出力のいずれかを基準とし
て他の中間周波数の出力を位相を検出し、利得、帯域特
性または時定数をロック時と非ロック時とで切替えまた
は可変し同相にして合成する位相ロックループとを備え
たことを特徴とする。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve such an object, the present invention provides a plurality of local oscillators for converting each element output of a plurality of adaptive array antennas into an independent intermediate frequency. A receiving front end having a phase difference between the output of the other intermediate frequency and the gain, band characteristic, or time constant connected to the receiving front end. And a phase-locked loop for switching or changing the phase and combining them in phase.

また、位相ロックループは、位相弁別出力により周波
数が制御される可変周波数発振器と、この可変周波数発
振器により駆動され互いに90度位相差を有するサンプリ
ングパルスを発生するパルス発生装置と、前記可変周波
数発振器とほぼ同一周波数の正弦波固定周波数を発振す
る固定周波数発振器と、この固定周波数発振器の出力を
前記サンプリングパルスでサンプリングしホールドして
90度位相差に対応した2つの電圧として前記固定周波数
発振器出力に対する可変周波数発振器出力の位相をθと
するsinθおよびcosθに対応する電圧を発生するサンプ
ルホールド回路とを設け、前記sinθおよびcosθ電圧で
駆動し、入力中間周波数の移相をθだけシフトするリゾ
ルバ回路で構成する無限位相器を備えることを特徴とす
る。
Further, the phase locked loop is a variable frequency oscillator whose frequency is controlled by the phase discrimination output, a pulse generator driven by the variable frequency oscillator to generate sampling pulses having a phase difference of 90 degrees from each other, and the variable frequency oscillator A fixed frequency oscillator that oscillates a sine wave fixed frequency of substantially the same frequency, and the output of the fixed frequency oscillator is sampled and held by the sampling pulse.
A sample and hold circuit that generates a voltage corresponding to sin θ and cos θ with the phase of the variable frequency oscillator output relative to the fixed frequency oscillator output as θ as two voltages corresponding to the 90-degree phase difference, and the sin θ and cos θ voltage It is characterized by comprising an infinite phase shifter configured by a resolver circuit that drives and shifts the phase shift of the input intermediate frequency by θ.

(作用) このような同相合成装置は、周波数ずれが大きい場合
および入力信号のC/Nが悪い場合に動作が不安定になる
恐れがあるが、各アンテナ素子の出力を、常に同相で合
成することによって、追尾動作を合わせ、各アンテナ素
子の出力を、一旦独立した局部発振器を有する周波数変
換器で中間周波数に変換した後、位相ロックループ自体
を適応制御することにより、各出力を同相にして合成
し、位相ロックループの利得、帯域特性または時定数を
切替えまたは可変にして、引込み範囲とロック範囲とを
共に広範囲に保持して、独立局部発振器の使用が可能
で、その動作が安定化し、位相ロックを行う無限移相器
をリゾルバ回路の採用による簡単な回路構成によって、
高速・高精度動作の達成を可能としている。
(Operation) Such an in-phase synthesizing device may become unstable when the frequency shift is large and the C / N of the input signal is poor, but the output of each antenna element is always synthesized in the same phase. By adjusting the tracking operation, the output of each antenna element is once converted to an intermediate frequency by a frequency converter having an independent local oscillator, and then the respective outputs are made in phase by adaptively controlling the phase lock loop itself. Combining, switching or changing the gain, band characteristic or time constant of the phase locked loop, holding both the pull-in range and the lock range over a wide range, enabling the use of an independent local oscillator, stabilizing its operation, An infinite phase shifter that performs phase lock is implemented by a simple circuit configuration using a resolver circuit.
High-speed, high-precision operation can be achieved.

(実施例) 次に、本発明の実施例を図面に基づき、詳細に説明す
る。
(Example) Next, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は本発明のアレーアンテナ同相合成装置の一実
施例のブロック図を示す。アレーアンテナ同相合成装置
100は、主として複数基、本実施例では2基のアンテナ
素子1,2と、受信フロントエンドである周波数変換器3,4
および位相ロックループ12とから構成される。この位相
ロックループ12は、無限移相器5と、帯域フィルタ6,'
と、位相検波器8と、可変低減フィルタ9と、ロック外
れ検出器10および合成器11とからなる。このうち、周波
数変換器3,4は、アンテナ素子1,2の出力を周波数変換す
るそれぞれ独立した局部発振器を含んでいる。無限移相
器5は、周波数変換器3の出力位相を変化させて、周波
数変換器4の出力位相に合せる。帯域フィルタ6,7は、
無限移相器5および周波数変換器4の出力から必要な信
号成分を抽出する。位相検波器8は、帯域フィルタ6,7
の出力信号の位相を比較して、その位相差に応じた信号
を出力する。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an array antenna in-phase synthesizer according to the present invention. Array antenna in-phase synthesizer
100 is mainly a plurality of antenna elements, two antenna elements 1 and 2 in this embodiment, and frequency converters 3 and 4 as reception front ends.
And a phase locked loop 12. The phase locked loop 12 includes an infinite phase shifter 5, a bandpass filter 6,
, A phase detector 8, a variable reduction filter 9, an out-of-lock detector 10 and a combiner 11. Among them, the frequency converters 3 and 4 include independent local oscillators for frequency-converting the outputs of the antenna elements 1 and 2, respectively. The infinite phase shifter 5 changes the output phase of the frequency converter 3 to match the output phase of the frequency converter 4. Bandpass filters 6 and 7 are
A necessary signal component is extracted from the outputs of the infinite phase shifter 5 and the frequency converter 4. The phase detector 8 includes bandpass filters 6 and 7
And outputs a signal corresponding to the phase difference.

また、可変低域フィルタ9は、位相検波器8の出力の
低域成分を抽出し、かつ利得そよび帯域特性を可変とす
る。ロック外れ検出器10は、位相ロックループ12におけ
るロック外れ時に生じるリップル電圧を検出して、可変
低域フィルタ9の利得と帯域特性を制御する。合成器11
は、周波数変換器4の出力と、この出力と同一位相にさ
れた無限位相器5の出力と合成し出力する。
The variable low-pass filter 9 extracts a low-frequency component of the output of the phase detector 8 and changes the gain and the band characteristic. An out-of-lock detector 10 detects a ripple voltage generated at the time of out-of-lock in the phase lock loop 12, and controls the gain and band characteristics of the variable low-pass filter 9. Synthesizer 11
Is combined with the output of the frequency converter 4 and the output of the infinite phase shifter 5 which has the same phase as this output, and outputs the result.

このような構成により、アンテナ素子1,2の出力がそ
れぞれ独立した周波数変換器3,4で第1中間周波数に変
換されると、各周波数変換器3,4の局部発振周波数が同
一でないことによって、その位相および周波数が相違し
ている。この周波数を再び同一周波数、同一位相に合せ
るように、無限移相器5によって自動調整するのであ
る。この自動調整は、2つ出力の位相差を検出して位相
が同一になるように、無限移相器5を駆動させるフィル
ドバック回路によって行う。定常的な位相差補正は周波
数を換えることと同じであるから、無限移相器5によっ
て周波数も補正することが可能である。
With such a configuration, when the outputs of the antenna elements 1 and 2 are converted to the first intermediate frequency by the independent frequency converters 3 and 4, respectively, the local oscillation frequencies of the frequency converters 3 and 4 are not the same. , Their phases and frequencies are different. The infinite phase shifter 5 automatically adjusts this frequency to the same frequency and the same phase again. This automatic adjustment is performed by a field-back circuit that drives the infinite phase shifter 5 so that the phase difference between the two outputs is detected and the phases become the same. Since the stationary phase difference correction is the same as changing the frequency, the frequency can also be corrected by the infinite phase shifter 5.

このフィルドバック回路が正常に動作している間は、
位相検波器8の出力は、ほとんど零で僅かの直流誤差電
圧で無限移相器5を駆動している。従って、可変低域フ
ィルタ9のカットオフ周波数が低くなり、ループ利得を
高く設定すれば、C/N低下による雑音の影響を除去する
ことができ、安定な動作を行うことによってそのロック
レンジ広範囲となる。しかし、何らかの原因でロックが
外れた場合、ループを高利得で狭帯域に設定しているた
めに、再捕捉が困難となる恐れがある。それ故に、周波
数変換器3,4による周波数ずれを補正できるように、可
変低域フィルタ9の帯域特性を拡げる。
While this filled back circuit is operating normally,
The output of the phase detector 8 drives the infinite phase shifter 5 with almost zero and a slight DC error voltage. Therefore, if the cut-off frequency of the variable low-pass filter 9 is lowered and the loop gain is set high, the effect of noise due to C / N reduction can be eliminated, and by performing stable operation, the lock range can be widened. Become. However, if the lock is released for some reason, re-acquisition may become difficult because the loop is set to a high gain and a narrow band. Therefore, the band characteristic of the variable low-pass filter 9 is expanded so that the frequency shift caused by the frequency converters 3 and 4 can be corrected.

ところが、広帯域にすれば雑音によってその動作が不
安定になるから、ループ利得を最適になるように可変低
域フィルタ9を制御する。その結果、捕捉レンジが広く
なり、しかも再捕捉が容易となる。一旦、捕捉してロッ
クがかかれば、再び可変低域フィルタ9を制御して、狭
帯域高利得ループとし、位相ロックループ12の安定化を
計ることができる。この位相ロックループ12のロックが
外れた場合には、可変低域フィルタ9の出力に周波数差
に相当するリップル電圧が生じるから、このリップル電
圧を検出してループ制御電圧とするものである。
However, if the band is widened, the operation becomes unstable due to noise. Therefore, the variable low-pass filter 9 is controlled so as to optimize the loop gain. As a result, the capture range is widened and re-capture is easy. Once captured and locked, the variable low-pass filter 9 can be controlled again to form a narrow-band high-gain loop and stabilize the phase-locked loop 12. When the phase lock loop 12 is unlocked, a ripple voltage corresponding to the frequency difference is generated in the output of the variable low-pass filter 9, and this ripple voltage is detected and used as a loop control voltage.

次に、第2図は本発明の他の実施例の概略構成図を示
す。アレーアンテナ同相合成装置200は、主として複数
基、本実施例では2基のアンテナ素子1,2と、受信フロ
ントエンドである周波数変換器3,4および位相ロックル
ープ25とから構成されている。この位相ロックループ25
は、ミクサ13,14、電圧可変局部発振器15、固定局部発
振器16、帯域フィルタ17,18、位相検波器19、狭帯域低
域フィルタ20、広帯域低域フィルタ21、切替スイッチ2
2、リップル検出器23および合成器24とからなる。この
うち、周波数変換器3,4は、アンテナ素子1,2の出力をそ
れぞれ独立した第1中間周波数に変換する。また、ミク
サ13,14、電圧可変局部波発振器15ならびに局部発振器1
6は、周波数変換器3,4の第1中間周波数を第2中間周波
数に変換する。
Next, FIG. 2 shows a schematic configuration diagram of another embodiment of the present invention. The array antenna in-phase synthesizing device 200 mainly includes a plurality of, in this embodiment, two antenna elements 1 and 2, frequency converters 3 and 4 serving as reception front ends, and a phase lock loop 25. This phase locked loop 25
Are the mixers 13 and 14, the voltage variable local oscillator 15, the fixed local oscillator 16, the bandpass filters 17 and 18, the phase detector 19, the narrowband lowpass filter 20, the wideband lowpass filter 21, the changeover switch 2.
2. It comprises a ripple detector 23 and a synthesizer 24. Among them, the frequency converters 3 and 4 convert the outputs of the antenna elements 1 and 2 into independent first intermediate frequencies. In addition, the mixers 13 and 14, the voltage-variable local wave oscillator 15 and the local oscillator 1
6 converts the first intermediate frequency of the frequency converters 3 and 4 into a second intermediate frequency.

なお、帯域フィルタ17,18は、第2中間周波数の中か
ら必要な信号を抽出する。位相検波器19は、帯域フィル
タ17,18の出力信号の位相を比較して、位相差に応じた
信号を出力する。狭帯域低域フィルタ20,広帯域低域フ
ィルタ21は、位相検波器19の出力の低域成分を抽出す
る。切替スイッチ22、2つのフィルタ20,21の出力を切
替える。リップル検出器23は、広帯域低域フィルタ21の
出力から位相ロックループ25のロック外れ時に生じるリ
ップル電圧を、検出して切替スイッチ22を制御する。合
成器24は、この2つの第2中間周波数信号を合成し出力
する。
The band filters 17 and 18 extract necessary signals from the second intermediate frequency. The phase detector 19 compares the phases of the output signals of the bandpass filters 17 and 18 and outputs a signal corresponding to the phase difference. The narrow-band low-pass filter 20 and the wide-band low-pass filter 21 extract low-pass components of the output of the phase detector 19. The changeover switch 22 switches the outputs of the two filters 20 and 21. The ripple detector 23 detects a ripple voltage generated when the phase lock loop 25 is out of lock from the output of the broadband low-pass filter 21 and controls the changeover switch 22. The combiner 24 combines the two second intermediate frequency signals and outputs the combined signal.

このような構成により、周波数変換器3,4は、それぞ
れ独立した局部発振器を有するから、その出力周波数は
異なり同一でないが、第2中間周波数で周波数と位相と
がそれぞれ同一になるように、電圧可変局部発振器15で
制御するものである。
With such a configuration, since the frequency converters 3 and 4 have independent local oscillators, the output frequencies thereof are different and not the same, but the voltage and the phase are the same at the second intermediate frequency so that the voltages and the phases are the same. This is controlled by the variable local oscillator 15.

このために、位相検波器19、低域フィルタ20,21、電
圧可変局部発振器15およびミクサ13等よりなる位相ロッ
クループ25が形成されているが、入力信号のC/Nが低い
場合にも、位相ロックループ25の動作を安定させるため
に、ロックされている場合には狭帯域フィルタ20に、ロ
ックが外れた場合には広帯域フィルタ21に切替え、ロッ
クレンジおよび捕捉レンジは共に最大になるように、そ
れぞれ狭帯域および広帯域フィルタ20,21の定数を設定
するものである。
To this end, a phase lock loop 25 including a phase detector 19, low-pass filters 20, 21, a voltage-variable local oscillator 15, a mixer 13, and the like is formed, but even when the C / N of the input signal is low, In order to stabilize the operation of the phase lock loop 25, when locked, the filter is switched to the narrowband filter 20, and when unlocked, the filter is switched to the wideband filter 21, so that both the lock range and the capture range are maximized. Are used to set the constants of the narrow-band and wide-band filters 20, 21, respectively.

第3図は第1図に示す無限移相器のブロック図であ
る。無限移相器5は、中間周波数入力Iの位相をシフト
するリゾルバ型で構成され、主として分配器26と、ダブ
ルバランスミクサ27,28と、ハイブリッド回路29と、可
変周波数矩形波発振器(可変周波数発振器)30と、シュ
ミットトリガー回路31と、90度移相回路32と、正弦波固
定周波数発振器(正弦波発振器)33およびサンプルホー
ルド回路34,35とから構成される。このうち、分配器26
は中間周波数入力Iを2つの中間周波数に分配し、ダブ
ルバランスミクサ27,28は分配器26によって分けられた
2つの出力を、それぞれ平衡変調する。ハイブリッド回
路29は、ダブルバランスミクサ27,28の出力e1,e2を90度
の位相差で合成させ中間周波数出力e0とする。
FIG. 3 is a block diagram of the infinite phase shifter shown in FIG. The infinite phase shifter 5 is of a resolver type for shifting the phase of the intermediate frequency input I, and is mainly composed of a distributor 26, double balance mixers 27 and 28, a hybrid circuit 29, a variable frequency square wave oscillator (variable frequency oscillator) ) 30, a Schmitt trigger circuit 31, a 90-degree phase shift circuit 32, a sine wave fixed frequency oscillator (sine wave oscillator) 33, and sample and hold circuits 34 and 35. Of these, distributor 26
Distributes the intermediate frequency input I to two intermediate frequencies, and the double balance mixers 27 and 28 balance modulate the two outputs divided by the distributor 26, respectively. The hybrid circuit 29 combines the outputs e 1 and e 2 of the double balance mixers 27 and 28 with a phase difference of 90 degrees to produce an intermediate frequency output e 0 .

また、可変周波数発振器30は、位相弁別回路から出力
される制御入力電圧Eによって周波数を可変とし矩形波
を出力する。シュミットトリガー回路31は、可変周波数
発振器30の矩形波出力によってサンプリングパルスを出
力する。90度移相回路32は、このサンプリングパルスを
90度移相させるパルス発生装置である。サンプルホール
ド回路34,35は、可変周波数発振器30とほぼ同一周波数
を発振する正弦波発振器33の出力を、サンプリングホー
ルド回路34,35でサンプルして保持し、この保持電圧に
よってダブルバランスミクサ27,28の平衡変調を行うも
のである。
Further, the variable frequency oscillator 30 changes the frequency by the control input voltage E output from the phase discrimination circuit and outputs a rectangular wave. The Schmitt trigger circuit 31 outputs a sampling pulse according to the rectangular wave output of the variable frequency oscillator 30. The 90-degree phase shift circuit 32 converts this sampling pulse
This is a pulse generator that shifts the phase by 90 degrees. The sample and hold circuits 34 and 35 sample and hold the output of the sine wave oscillator 33 that oscillates at substantially the same frequency as the variable frequency oscillator 30 with the sampling and hold circuits 34 and 35, and use the held voltage to perform double balance mixers 27 and 28. Is performed.

このように構成された無限移相器5の動作を説明す
る。角周波数Ωの正弦波発振器33の出力電圧をsinΩ
t、制御入力電圧をEとし、可変周波数発振器30の発振
角周波数をΩ−kEとする。ここに、kは定数で、Ω−kE
は通常Ωに近い値である。この発振角周波数Ω−kEに時
間tを掛ければ位相となり、Ωt−kEtとすることがで
きるから、可変周波数発振器30は正弦波発振器33と同一
各周波数Ωで発信し、位相がkEtだけ遅れていると見做
すことができる。
The operation of the infinite phase shifter 5 configured as described above will be described. Output voltage of sinusoidal oscillator 33 with angular frequency Ω is sinΩ
t, the control input voltage is E, and the oscillation angular frequency of the variable frequency oscillator 30 is Ω-kE. Where k is a constant and Ω−kE
Is usually a value close to Ω. If the oscillation angular frequency Ω-kE is multiplied by time t to obtain a phase, which can be Ωt−kEt, the variable frequency oscillator 30 transmits at the same frequency Ω as the sine wave oscillator 33, and the phase is delayed by kEt. Can be considered to be.

従って、シュミットトリガー回路31で発生したサンプ
リングパルスで正弦波出力をサンプルすると、位相遅れ
kEtに対応したsin(kEt)なる値にサンプルホールド回
路35の出力を保持することができる。また、90度移相回
路32で角周波数Ωに対して、π/4だけ遅らせてサンプル
すると、サンプルホールド回路34の出力がcos(kEt)に
保持される。
Therefore, when sampling the sine wave output with the sampling pulse generated by the Schmitt trigger circuit 31, the phase delay
The output of the sample and hold circuit 35 can be held at a value of sin (kEt) corresponding to kEt. When the sample is delayed by π / 4 with respect to the angular frequency Ω in the 90-degree phase shift circuit 32, the output of the sample and hold circuit 34 is held at cos (kEt).

また、中間周波数入力信号Iをsinωtで表わすと、
この信号Iを2分配してミクサ27でcos(kEt)と掛け合
せると、その出力はsinωt・cos(kEt)となり、他方
のミクサ28でsin(kEt)と掛け合せるとsinωt・sin
(kEt)となる。このミクサ28の出力は、ハイブリッド
回路29で90度の位相遅れを受けるから、cosωt・sin
(kEt)となる。その結果、ハイブリッド回路29で合成
された出力e0は次式(1)で表わされる。
When the intermediate frequency input signal I is represented by sinωt,
When the signal I is divided into two and multiplied by cos (kEt) by the mixer 27, the output is sinωt · cos (kEt). When multiplied by sin (kEt) by the other mixer 28, sinωt · sin
(KEt). Since the output of the mixer 28 receives a 90-degree phase delay in the hybrid circuit 29, cosωt · sin
(KEt). As a result, the output e 0 synthesized by the hybrid circuit 29 is expressed by the following equation (1).

e0=sinωt・cos(kEt)+cosωt・ sin(kEt) =sin(ωt+kEt) ………(1) 上式(1)に示すように、入力sinωtに対して、出
力eはsin(ωt+kEt)と位相がkEtだけ進んでおり、
制御電圧Eを変化させることにより、任意の移相を行う
ことが可能である。
e 0 = sinωt · cos (kEt) + cosωt · sin (kEt) = sin (ωt + kEt) (1) As shown in the above equation (1), for the input sinωt, the output e is sin (ωt + kEt). The phase is advanced by kEt,
An arbitrary phase shift can be performed by changing the control voltage E.

このように、本発明の同相合成装置100,200は、各ア
ンテナ素子出力の位相合せをアダプティブな位相ロック
ループ12,25で行うことにより、安定化し、移動受信で
しばしば生じる電波の途切れにより、この位相ロックル
ープのロックが外れが生じても、回路定数の変更により
直ちに捕捉することが可能である。このために、アンテ
ナビームの追尾動作が安定化し、追尾範囲を拡大するこ
とが可能である。
As described above, the in-phase synthesizing devices 100 and 200 of the present invention stabilize the phase of each antenna element output by performing adaptive phase-locked loops 12 and 25, thereby stabilizing the phase. Even if the loop is unlocked, it can be immediately captured by changing the circuit constant. For this reason, the tracking operation of the antenna beam is stabilized, and the tracking range can be expanded.

さらに、位相ロック範囲の拡大により、アンテナ出力
を第1中間周波数に変換する周波数変換器3,4にそれぞ
れ独立の局部発振器を用いることが可能となる。それは
第1中間周波数に多少のずれがあっても、次の位相ロッ
クループ12,25で周波数と位相とを同一にすることがで
きるからである。
Further, by expanding the phase lock range, it becomes possible to use independent local oscillators for the frequency converters 3 and 4 for converting the antenna output to the first intermediate frequency. This is because even if the first intermediate frequency has some deviation, the frequency and phase can be made the same in the next phase locked loops 12 and 25.

(発明の効果) 以上説明したようにこの発明のアレーアンテナ同相合
成装置は、各アンテナ素子の出力を、一旦独立した局部
発振器を有する周波数変換器で中間周波数に変換した
後、位相ロックループ自体を適応制御することにより、
各出力を常に同相して合成し、位相ロックループの利
得、帯域特性または時定数切替えまたは可変にして、引
込み範囲とロック範囲とを共に広範囲に保持して、独立
局部発振器の使用が可能で、その動作が安定化し、位相
ロックを行う無限移相器をリゾルバ回路の採用による簡
単な回路構成によって、アンテナビームの高速度・高精
度な追尾動作を可能とする等の効果を奏する。
(Effect of the Invention) As described above, the array antenna in-phase synthesizing apparatus of the present invention converts the output of each antenna element to an intermediate frequency by a frequency converter having an independent local oscillator, and then converts the phase locked loop itself. By performing adaptive control,
Each output is always combined in phase, and the gain, band characteristic or time constant of the phase locked loop is switched or changed, and the pull-in range and the lock range are both held in a wide range, so that an independent local oscillator can be used. The operation is stabilized, and an infinite phase shifter for performing phase lock has a simple circuit configuration employing a resolver circuit, thereby achieving effects such as enabling a high-speed and high-accuracy tracking operation of an antenna beam.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明のアレーアンテナ同相合成装置の一実施
例のブロック図、第2図は本発明のアレーアンテナ同相
合成装置の他の実施例のブロック図、第3図は第1図に
示す無限移相器のブロック図である。 1,2……アンテナ素子 3,4……周波数変換器、5……無限移相器 6,7……帯域フィルタ、8……位相検波器 9……可変低域フィルタ 10……ロック外れ検出器、11……合成器 12……位相ロックループ、13,14……ミクサ 15……電圧可変局部発振器 16……固定局部発振器 17,18……帯域フィルタ 19……位相検波器 20……狭帯域低域フィルタ 21……広帯域低域フィルタ 22……切替スイッチ 23……リップル検出器、24……合成器 25……位相ロックループ 26……分配器、27,28……ミクサ 29……ハイブリッド回路 30……可変周波数発振器 31……シュミットトリガー回路 32……90度移相回路 33……固定周波数発振器 34,35……サンプルホールド回路 100,200……アレーアンテナ同相合成装置
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of an array antenna in-phase synthesis apparatus of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of another embodiment of an array antenna in-phase synthesis apparatus of the present invention, and FIG. 3 is FIG. It is a block diagram of an infinite phase shifter. 1,2 ... antenna element 3,4 ... frequency converter, 5 ... infinite phase shifter 6,7 ... band filter, 8 ... phase detector 9 ... variable low-pass filter 10 ... out-of-lock detection 11 Synthesizer 12 Phase locked loop 13 and 14 Mixer 15 Variable voltage local oscillator 16 Fixed local oscillator 17, 18 Band filter 19 Phase detector 20 Narrow Band low-pass filter 21 Wide-band low-pass filter 22 Changeover switch 23 Ripple detector 24 Synthesizer 25 Phase lock loop 26 Distributor 27, 28 Mixer 29 Hybrid Circuit 30 Variable frequency oscillator 31 Schmitt trigger circuit 32 90-degree phase shift circuit 33 Fixed frequency oscillator 34,35 Sample-hold circuit 100,200 Array array in-phase synthesizer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01Q 3/42 H01Q 3/26──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01Q 3/42 H01Q 3/26

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】複数個のアダブティブアレーアンテナの各
素子出力をそれぞれ独立した中間周波数に変換する複数
個の局部発振器を有する受信フロントエンドと、この受
信フロントエンドに接続され前記中間周波数の出力のい
ずれかを基準として他の中間周波数の出力の位相を検出
し、利得、帯域特性または時定数をロック時と非ロック
時とで切替えまたは可変し同相にして合成する位相ロッ
クグループとを備えたことを特徴とするアレーアンテナ
同相合成装置。
1. A receiving front end having a plurality of local oscillators for converting respective element outputs of a plurality of adaptive array antennas into independent intermediate frequencies, and an intermediate frequency output connected to the receiving front end. A phase lock group for detecting the phase of the output of the other intermediate frequency based on any of the above, switching or varying the gain, band characteristic or time constant between locked and unlocked states and synthesizing them in phase. An array antenna in-phase synthesizer, comprising:
【請求項2】特許請求の範囲第1項の記載において、位
相ロックループは、位相弁別出力により周波数が制御さ
れる可変周波数発振器と、この可変周波数発振器により
駆動され互いに90度位相差を有するサンプリングパルス
を発生するパルス発生装置と、前記可変周波数発振器と
ほぼ同一周波数の正弦波固定周波数を発振する固定周波
数発振器と、この固定周波数発振器の出力を前記サンプ
リングパルスでサンプリングしホールドして90度位相差
に対応した2つの電圧として前記固定周波数発振器出力
に対する可変周波数発振器出力の位相をθとするsinθ
およびcosθに対応する電圧を発生するサンプルホール
ド回路とを設け、前記sinθおよびcosθ電圧で駆動し、
入力中間周波数の位相をθだけだけシフトするリゾルバ
回路で構成される無限移相器を備えたことを特徴とする
アレーアンテナ同相合成装置。
2. A phase locked loop according to claim 1, wherein said phase locked loop comprises a variable frequency oscillator whose frequency is controlled by a phase discrimination output, and a sampling device driven by said variable frequency oscillator and having a phase difference of 90 degrees from each other. A pulse generator for generating a pulse, a fixed frequency oscillator for oscillating a fixed frequency of a sine wave having substantially the same frequency as the variable frequency oscillator, and sampling and holding the output of the fixed frequency oscillator with the sampling pulse to obtain a 90-degree phase difference. Where the phase of the variable frequency oscillator output with respect to the fixed frequency oscillator output is θ as two voltages corresponding to
And a sample and hold circuit that generates a voltage corresponding to cos θ, and is driven by the sin θ and cos θ voltages,
An array antenna in-phase synthesizer comprising an infinite phase shifter comprising a resolver circuit for shifting the phase of an input intermediate frequency by θ.
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