JP2857184B2 - アレーアンテナ装置 - Google Patents
アレーアンテナ装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はアレーアンテナに係り、特にアレーアンテ
ナの各アンテナ素子信号間の位相を制御してビームの方
角またはビームの形を変化させるフェーズドアレーまた
はアダプティブアレーアンテナに関するものである。
ナの各アンテナ素子信号間の位相を制御してビームの方
角またはビームの形を変化させるフェーズドアレーまた
はアダプティブアレーアンテナに関するものである。
（発明の概要） この発明はアレーアンテナの各アンテナ素子信号間の
位相制御に関し、アレーアンテナ各素子が独立の受信フ
ロントエンドで周波数変換され、中間周波数帯で合成さ
れるアレーアンテナ装置において、当該装置が各アンテ
ナ素子またはその給電系に極めて微少な参照信号をルー
ズカップルで混入させ、この信号を基準にして、各アレ
ー素子の受信信号の各独立局部発振器による中間周波数
変換出力間の周波数および位相ずれを検知して補正する
構成となっている。
位相制御に関し、アレーアンテナ各素子が独立の受信フ
ロントエンドで周波数変換され、中間周波数帯で合成さ
れるアレーアンテナ装置において、当該装置が各アンテ
ナ素子またはその給電系に極めて微少な参照信号をルー
ズカップルで混入させ、この信号を基準にして、各アレ
ー素子の受信信号の各独立局部発振器による中間周波数
変換出力間の周波数および位相ずれを検知して補正する
構成となっている。
かくして従来の共通局部発振方式での局部発振信号分
配の問題点が解決され、受信フロントエンド部をモジュ
ール化することができ、アレー構成を容易かつ安価にす
ることができる。
配の問題点が解決され、受信フロントエンド部をモジュ
ール化することができ、アレー構成を容易かつ安価にす
ることができる。
（従来の技術） フェーズドアレーアンテナまたはアダプティブアレー
アンテナは、従来アレーを構成する各アンテナ素子の後
に移相器を備え、この移相器の移相量を制御して所定の
指向性を実現してきた。また、周波数変換器で一旦中間
周波数帯で変換して、中間周波数帯の移相器や位相ロッ
クループ回路で位相を制御する方法もあり、この場合に
は位相情報を保つために周波数変換器の局部発振器は共
通にしていた。
アンテナは、従来アレーを構成する各アンテナ素子の後
に移相器を備え、この移相器の移相量を制御して所定の
指向性を実現してきた。また、周波数変換器で一旦中間
周波数帯で変換して、中間周波数帯の移相器や位相ロッ
クループ回路で位相を制御する方法もあり、この場合に
は位相情報を保つために周波数変換器の局部発振器は共
通にしていた。
（発明が解決しようとする課題） マイクロ波やミリ波帯のように高い周波数領域では、
前述の移相器の挿入損失が大きくアンテナ利得が低下す
るという問題点があった。また、マイクロ波やミリ波帯
できめ細かい位相制御を行なう場合には、これら位相器
の構成が複雑かつ高価になるという問題点があった。こ
れらの問題点を避けるための、周波数変換器で中間周波
数帯に周波数を変換して制御する方式では、各周波数変
換器への局部発振信号分配用の導波管や同軸線路の布設
が複雑困難でコスト高を招くという問題点があった。
前述の移相器の挿入損失が大きくアンテナ利得が低下す
るという問題点があった。また、マイクロ波やミリ波帯
できめ細かい位相制御を行なう場合には、これら位相器
の構成が複雑かつ高価になるという問題点があった。こ
れらの問題点を避けるための、周波数変換器で中間周波
数帯に周波数を変換して制御する方式では、各周波数変
換器への局部発振信号分配用の導波管や同軸線路の布設
が複雑困難でコスト高を招くという問題点があった。
従って本発明の目的は、前述の共通局部発振方式にお
ける局部発振信号分配の問題点が解決でき、従ってフェ
ーズドアレーアンテナやアダプティブアレーアンテナで
最も高価な受信フロントエンド部をモジュール化するこ
とができ、全体のアレー構成が容易かつ安価になり、ま
た中間周波数帯での制御であるからディジタルフォーミ
ング技術など高度のビーム制御技術の駆使が可能なアレ
ーアンテナ装置を提供せんとするものである。
ける局部発振信号分配の問題点が解決でき、従ってフェ
ーズドアレーアンテナやアダプティブアレーアンテナで
最も高価な受信フロントエンド部をモジュール化するこ
とができ、全体のアレー構成が容易かつ安価になり、ま
た中間周波数帯での制御であるからディジタルフォーミ
ング技術など高度のビーム制御技術の駆使が可能なアレ
ーアンテナ装置を提供せんとするものである。
（課題を解決するための手段） この目的を達成するため本明細書記載アレーアンテナ
装置に係る第１の発明は、アレーアンテナの各素子がそ
れぞれ独立の受信フロントエンドで周波数変換され、中
間周波数帯で合成されるアレーアンテナ装置において、
当該装置が、各アンテナ素子のそれぞれの給電部に結合
するそれぞれの結合器を有するとともに、前記アレーア
ンテナの受信信号に妨害を与えない別の周波数のパイロ
ット信号でそれぞれの前記結合器を励振する手段と、こ
のパイロット信号を基準として、各前記アンテナ素子に
よる受信信号の中間周波数出力間の周波数および位相ず
れを別の局部発振器または無限移相器で補正する補正手
段と、を具備することを特徴とするものである。
装置に係る第１の発明は、アレーアンテナの各素子がそ
れぞれ独立の受信フロントエンドで周波数変換され、中
間周波数帯で合成されるアレーアンテナ装置において、
当該装置が、各アンテナ素子のそれぞれの給電部に結合
するそれぞれの結合器を有するとともに、前記アレーア
ンテナの受信信号に妨害を与えない別の周波数のパイロ
ット信号でそれぞれの前記結合器を励振する手段と、こ
のパイロット信号を基準として、各前記アンテナ素子に
よる受信信号の中間周波数出力間の周波数および位相ず
れを別の局部発振器または無限移相器で補正する補正手
段と、を具備することを特徴とするものである。
また、本明細書記載アレーアンテナ装置に係る第２の
発明は、アレーアンテナの各素子がそれぞれ独立の受信
フロントエンドで周波数変換され、中間周波数帯で合成
されるアレーアンテナ装置において、当該装置が、各ア
ンテナ素子に結合する別のアンテナを有するとともに、
前記アレーアンテナの受信信号に妨害を与えない別の周
波数のパイロット信号で前記アンテナを励振する手段
と、このパイロット信号を基準として、各前記アンテナ
素子による受信信号の中間周波数出力間の周波数および
位相ずれを別の局部発振器または無限位相器で補正する
補正手段と、を具備することを特徴とするものである。
発明は、アレーアンテナの各素子がそれぞれ独立の受信
フロントエンドで周波数変換され、中間周波数帯で合成
されるアレーアンテナ装置において、当該装置が、各ア
ンテナ素子に結合する別のアンテナを有するとともに、
前記アレーアンテナの受信信号に妨害を与えない別の周
波数のパイロット信号で前記アンテナを励振する手段
と、このパイロット信号を基準として、各前記アンテナ
素子による受信信号の中間周波数出力間の周波数および
位相ずれを別の局部発振器または無限位相器で補正する
補正手段と、を具備することを特徴とするものである。
（実施例） 以下添付図面を参照し実施例により本発明を詳細に説
明する。
明する。
本明細書記載アレーアンテナ装置に係る第１の発明に
対応する第１の実施例（フェーズドアレーアンテナ装
置）の構成ブロック線図を第１図に示す。この実施例は
複数個（この場合３個）のアンテナ素子1,2,3と、この
アンテナ素子の給電部に結合する結合器4,5,6と、入力
電波と好適には若干周波数の異なったパイロット信号を
発生する発振器７と、各アンテナ素子の出力およびパイ
ロット信号の双方を周波数変換増幅する周波数変換器8,
9,10と、その出力を再度周波数変換するミクサ11,12,13
と、ミクサ11,12の局部発振周波数を供給する電圧可変
局部発振器14,15と、ミクサ13の局部発振周波数を供給
する局部発振器16と、パイロット信号周波数のみを抜き
出す帯域フィルタ17,18,19と、パイロット信号の位相弁
別を行なう位相検波器20,21と、位相検波出力を平滑し
て電圧可変局部発振器14,15に供給する低減フィルタ22,
23と、ミクサ11,12の出力位相を変化させる可変移相器2
4,25と、この可変移相器の位相量を制御する移相制御回
路26と、各可変位相器およびミクサ13の出力を加え合わ
せる合成器27とを含んで構成される。
対応する第１の実施例（フェーズドアレーアンテナ装
置）の構成ブロック線図を第１図に示す。この実施例は
複数個（この場合３個）のアンテナ素子1,2,3と、この
アンテナ素子の給電部に結合する結合器4,5,6と、入力
電波と好適には若干周波数の異なったパイロット信号を
発生する発振器７と、各アンテナ素子の出力およびパイ
ロット信号の双方を周波数変換増幅する周波数変換器8,
9,10と、その出力を再度周波数変換するミクサ11,12,13
と、ミクサ11,12の局部発振周波数を供給する電圧可変
局部発振器14,15と、ミクサ13の局部発振周波数を供給
する局部発振器16と、パイロット信号周波数のみを抜き
出す帯域フィルタ17,18,19と、パイロット信号の位相弁
別を行なう位相検波器20,21と、位相検波出力を平滑し
て電圧可変局部発振器14,15に供給する低減フィルタ22,
23と、ミクサ11,12の出力位相を変化させる可変移相器2
4,25と、この可変移相器の位相量を制御する移相制御回
路26と、各可変位相器およびミクサ13の出力を加え合わ
せる合成器27とを含んで構成される。
アンテナ素子1,2,3の出力およびパイロット信号は周
波数変換器8,9,10で第１中間周波数に変換されるが、各
周波数変換器の局部発振周波数は安全に同一ではないの
で、その差分だけ各第１中間周波数は異なる。この差を
零にするため本発明装置では、ミクサ13の出力周波数と
同一周波数および同一位相になるようミクサ11およびミ
クサ12出力の第２中間周波数を電圧可変局部発振器14お
よび15で制御する。制御電圧は帯域フィルタ17,18,19で
抜き出したパイロット信号を位相検波器20,21で位相比
較し、さらに低減フィルタ22,23で平滑して得る。ミク
サ13のパイロット信号出力に対して、ミクサ11,12のパ
イロット信号出力の位相がずれれば、この位相ずれを補
正するよう電圧可変発振器の周波数が変り、位相ロック
ループが形成される。従ってミクサ11,12,13の出力は周
波数は勿論、その位相も完全に同相となる。この動作は
パイロット信号について成立するが、アンテナ素子の出
力信号に対しても、パイロット信号と周波数が大きく違
わなければ同時成立となる。従ってその後の可変移相器
24,25で各アンテナ素子の出力位相を制御すれば、この
アンテナ装置はフェーズドアレーアンテナとして動作す
る。
波数変換器8,9,10で第１中間周波数に変換されるが、各
周波数変換器の局部発振周波数は安全に同一ではないの
で、その差分だけ各第１中間周波数は異なる。この差を
零にするため本発明装置では、ミクサ13の出力周波数と
同一周波数および同一位相になるようミクサ11およびミ
クサ12出力の第２中間周波数を電圧可変局部発振器14お
よび15で制御する。制御電圧は帯域フィルタ17,18,19で
抜き出したパイロット信号を位相検波器20,21で位相比
較し、さらに低減フィルタ22,23で平滑して得る。ミク
サ13のパイロット信号出力に対して、ミクサ11,12のパ
イロット信号出力の位相がずれれば、この位相ずれを補
正するよう電圧可変発振器の周波数が変り、位相ロック
ループが形成される。従ってミクサ11,12,13の出力は周
波数は勿論、その位相も完全に同相となる。この動作は
パイロット信号について成立するが、アンテナ素子の出
力信号に対しても、パイロット信号と周波数が大きく違
わなければ同時成立となる。従ってその後の可変移相器
24,25で各アンテナ素子の出力位相を制御すれば、この
アンテナ装置はフェーズドアレーアンテナとして動作す
る。
次に第１の発明に係る第２の実施例（モノパルスアン
テナ装置）の構成ブロック線図を第２図に示す。この実
施例はアンテナ素子31,32と、アンテナ素子の給電部に
結合する結合器33,34と、入力電波と好適には若干周波
数の異なったパイロット信号を発生する発振器35と、ア
ンテナ素子出力およびパイロット信号の双方を周波数変
換増幅する周波数変換器36,37と、周波数変換器36の出
力位相を自由に制御する無限移相器38と、この出力およ
び周波数変換器37の出力からパイロット信号のみを抜き
出す帯域フィルタ39,40と、この２つの抽出されたパイ
ロット信号の位相を比較する位相検波器41と、この出力
を平滑して無限移相器38に供給する低減フィルタ42と、
周波数変換器37の出力位相を90度遅らせる90度位相器43
と、無限移相器38の出力と90度移相器43の出力とを混合
して和と差の成分に分解するハイブリッド44と、この和
と差の出力の積をとって直流成分を取り出すミクサ45と
を含んで構成される。
テナ装置）の構成ブロック線図を第２図に示す。この実
施例はアンテナ素子31,32と、アンテナ素子の給電部に
結合する結合器33,34と、入力電波と好適には若干周波
数の異なったパイロット信号を発生する発振器35と、ア
ンテナ素子出力およびパイロット信号の双方を周波数変
換増幅する周波数変換器36,37と、周波数変換器36の出
力位相を自由に制御する無限移相器38と、この出力およ
び周波数変換器37の出力からパイロット信号のみを抜き
出す帯域フィルタ39,40と、この２つの抽出されたパイ
ロット信号の位相を比較する位相検波器41と、この出力
を平滑して無限移相器38に供給する低減フィルタ42と、
周波数変換器37の出力位相を90度遅らせる90度位相器43
と、無限移相器38の出力と90度移相器43の出力とを混合
して和と差の成分に分解するハイブリッド44と、この和
と差の出力の積をとって直流成分を取り出すミクサ45と
を含んで構成される。
アンテナ31,32の出力およびパイロット信号は周波数
変換器36,37で中間周波数に変換されるが、各々の周波
数は周波数変換器に含まれる局部発振器の周波数ずれの
分だけずれている。このずれを無限移相器38で連続的に
位相を動かして補正する。無限移相器38の制御電圧は、
帯域フィルタ39,40で抜き出したパイロット信号の位相
を位相検波器41で比較し、低減フィルタ42で平滑して得
る。無限移相器38の出力と周波数変換器37の出力の位相
がずれれば、無限移相器38が常にその位相ずれを零にす
るよう作用するから、パイロット信号に対しては常に同
相条件が保証される。アンテナ素子出力信号についても
パイロット信号と周波数が大きく違わなければ同相条件
が保証される。従って90度移相器43により片方の信号を
90度移相し、ハイブリッド44に２つの信号を入力させる
とそれらが和と差の成分に分解されるから、その和と差
の信号の積をとれば所定のモノパルス出力信号を得るこ
とができる。
変換器36,37で中間周波数に変換されるが、各々の周波
数は周波数変換器に含まれる局部発振器の周波数ずれの
分だけずれている。このずれを無限移相器38で連続的に
位相を動かして補正する。無限移相器38の制御電圧は、
帯域フィルタ39,40で抜き出したパイロット信号の位相
を位相検波器41で比較し、低減フィルタ42で平滑して得
る。無限移相器38の出力と周波数変換器37の出力の位相
がずれれば、無限移相器38が常にその位相ずれを零にす
るよう作用するから、パイロット信号に対しては常に同
相条件が保証される。アンテナ素子出力信号についても
パイロット信号と周波数が大きく違わなければ同相条件
が保証される。従って90度移相器43により片方の信号を
90度移相し、ハイブリッド44に２つの信号を入力させる
とそれらが和と差の成分に分解されるから、その和と差
の信号の積をとれば所定のモノパルス出力信号を得るこ
とができる。
次に本明細書記載に係るアレーアンテナ装置第２の発
明に言及するが、これは前述の第１の発明の実施例で、
発振器７または35からのパイロット信号を結合器を介し
てアンテナ素子出力の受信信号にルーズカップルさせる
代りに、別にアンテナを用意してこれでパイロット信号
を送信させてその出力を各アンテナ素子で受信させるの
みでよい。従ってこれ以上の詳細な説明は省略する。
明に言及するが、これは前述の第１の発明の実施例で、
発振器７または35からのパイロット信号を結合器を介し
てアンテナ素子出力の受信信号にルーズカップルさせる
代りに、別にアンテナを用意してこれでパイロット信号
を送信させてその出力を各アンテナ素子で受信させるの
みでよい。従ってこれ以上の詳細な説明は省略する。
以上本発明アレーアンテナ装置の実施例について詳細
に説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定される
ことはなく、本発明の要旨から逸脱することのない各種
の変形、変更の可能なことは当業者に自明であろう。
に説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定される
ことはなく、本発明の要旨から逸脱することのない各種
の変形、変更の可能なことは当業者に自明であろう。
（発明の効果） 移動無線通信や放送の移動受信分野が現在大きく発展
しようとしているが、この発展を支える重要な技術の一
つに、自由にアンテナビームを操作して感度を上げまた
妨害や混信を減らすビームステアリングアンテナ技術が
ある。このアンテナは多数のアンテナ素子や励振振幅と
位相を制御して、ビームの形や方向を任意に設定できる
特徴があるが、各アンテナ素子毎に可変移相器や可変増
幅器が必要となる。マイクロ波帯やミリ波帯のような高
い周波数帯でこれらのデバイスを構成すると、精度やコ
ストの面で極めて不利になるので、低い中間周波数帯に
変換して位相や振幅の制御を行なうのが一般的である。
この周波数変換を行なう際に、位相情報を保存するため
に全素子に対して共通の局部発振器出力を用いなければ
ならない。マイクロ波やミリ波の局部発振出力を各周波
数変換器に導波管や同軸線路で分配することは、アンテ
ナ構成上またコスト、信頼度、保守調整上好ましくな
く、これがビームステアリングアンテナの民生機器への
進出を妨げていた。
しようとしているが、この発展を支える重要な技術の一
つに、自由にアンテナビームを操作して感度を上げまた
妨害や混信を減らすビームステアリングアンテナ技術が
ある。このアンテナは多数のアンテナ素子や励振振幅と
位相を制御して、ビームの形や方向を任意に設定できる
特徴があるが、各アンテナ素子毎に可変移相器や可変増
幅器が必要となる。マイクロ波帯やミリ波帯のような高
い周波数帯でこれらのデバイスを構成すると、精度やコ
ストの面で極めて不利になるので、低い中間周波数帯に
変換して位相や振幅の制御を行なうのが一般的である。
この周波数変換を行なう際に、位相情報を保存するため
に全素子に対して共通の局部発振器出力を用いなければ
ならない。マイクロ波やミリ波の局部発振出力を各周波
数変換器に導波管や同軸線路で分配することは、アンテ
ナ構成上またコスト、信頼度、保守調整上好ましくな
く、これがビームステアリングアンテナの民生機器への
進出を妨げていた。
これに対し本発明装置では完全に独立な周波数変換器
を用いることができるので、アンテナ素子と受信フロン
トエンド部を一体化してモジュール構成とすることがで
きる。また、衛星放送の移動受信装置に適用する時に
は、市販の安価なBS変換器をそのまま用いることができ
るので、システムコストが下がり、その普及に寄与する
ところが大きい。
を用いることができるので、アンテナ素子と受信フロン
トエンド部を一体化してモジュール構成とすることがで
きる。また、衛星放送の移動受信装置に適用する時に
は、市販の安価なBS変換器をそのまま用いることができ
るので、システムコストが下がり、その普及に寄与する
ところが大きい。
第１図は、第２図はアレーアンテナ装置に係る第１の発
明に対応する第１の実施例構成ブロック線図、および第
２の実施例構成ブロック線図をそれぞれ示す。 1,2,3,31,32……アンテナ素子 4,5,6,33,34……結合器 7,35……発振器（パイロット信号用） 8,9,10,36,37……周波数変換器 11,12,13,45……ミクサ 14,15,16……局部発振器 17,18,19,39,40……帯域フィルタ 20,21,41……位相検波器 22,23,42……低域フィルタ 24,25……可変移相器、26……移相制御回路 27……合成器、38……無限移相器 43……90度移相器、44……ハイブリッド
明に対応する第１の実施例構成ブロック線図、および第
２の実施例構成ブロック線図をそれぞれ示す。 1,2,3,31,32……アンテナ素子 4,5,6,33,34……結合器 7,35……発振器（パイロット信号用） 8,9,10,36,37……周波数変換器 11,12,13,45……ミクサ 14,15,16……局部発振器 17,18,19,39,40……帯域フィルタ 20,21,41……位相検波器 22,23,42……低域フィルタ 24,25……可変移相器、26……移相制御回路 27……合成器、38……無限移相器 43……90度移相器、44……ハイブリッド
Claims (3)
- 【請求項１】アレーアンテナの各素子がそれぞれ独立の
受信フロントエンドで周波数変換され、中間周波数帯で
合成されるアレーアンテナ装置において、 当該装置が、各アンテナ素子のそれぞれの給電部に結合
するそれぞれの結合器を有するとともに、前記アレーア
ンテナの受信信号に妨害を与えない別の周波数のパイロ
ット信号でそれぞれの前記結合器を励振する手段と、こ
のパイロット信号を基準として、各前記アンテナ素子に
よる受信信号の中間周波数出力間の周波数および位相ず
れを別の局部発振器または無限移相器で補正する補正手
段と、 を具備することを特徴とするアレーアンテナ装置。 - 【請求項２】アレーアンテナの各素子がそれぞれ独立の
受信フロントエンドで周波数変換され、中間周波数帯で
合成されるアレーアンテナ装置において、 当該装置が、各アンテナ素子に結合する別のアンテナを
有するとともに、前記アレーアンテナの受信信号に妨害
を与えない別の周波数のパイロット信号で前記アンテナ
を励振する手段と、このパイロット信号を基準として、
各前記アンテナ素子による受信信号の中間周波数出力間
の周波数および位相ずれを別の局部発振器または無限移
相器で補正する補正手段と、 を具備することを特徴とするアレーアンテナ装置。 - 【請求項３】請求項１または２記載の装置において、前
記パイロット信号の周波数と前記受信信号の周波数間差
周波数が前記受信信号の周波数に比べ極めて小さいこと
を特徴とするアレーアンテナ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29510789A JP2857184B2 (ja) | 1989-11-15 | 1989-11-15 | アレーアンテナ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29510789A JP2857184B2 (ja) | 1989-11-15 | 1989-11-15 | アレーアンテナ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03157002A JPH03157002A (ja) | 1991-07-05 |
| JP2857184B2 true JP2857184B2 (ja) | 1999-02-10 |
Family
ID=17816388
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29510789A Expired - Fee Related JP2857184B2 (ja) | 1989-11-15 | 1989-11-15 | アレーアンテナ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2857184B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4742917B2 (ja) * | 2006-03-08 | 2011-08-10 | 日本電気株式会社 | 無線通信システム及びそれに用いる受信機 |
-
1989
- 1989-11-15 JP JP29510789A patent/JP2857184B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03157002A (ja) | 1991-07-05 |
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