JP2924694B2

JP2924694B2 - 空中線特性制御装置

Info

Publication number: JP2924694B2
Application number: JP7046275A
Authority: JP
Inventors: 章公鈴木
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-02-10
Filing date: 1995-02-10
Publication date: 1999-07-26
Anticipated expiration: 2014-07-26
Also published as: JPH08222934A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アクティブフェーズド
アレイ構成のアンテナ素子が外圧を受けた際の変位によ
る特性の変化を、給電の位相、振幅を制御して補正する
空中線特性制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、アクティブフェーズドアレイ（Ａ
ＰＡ）空中線（アンテナ）装置では、製造時に特性誤差
が発生する。この特性誤差は、多数配列されるアンテナ
素子（送信用及び受信用の共振素子）ごとの寸法誤差や
配置誤差による共振周波数及び給電部の特性インピーダ
ンスの変化である。このように特性インピーダンスが変
化したＡＰＡアンテナ装置では、各アンテナ素子へ正確
な位相、振幅の給電が出来なくなる。また、受信時も送
信と同一の特性であるため正確な位相、振幅の受信信号
が得られなくなる。すなわち、所定の半値角や主ビーム
による放射（送信）パターンや受信パターン（以下、パ
ターン特性と記載する）が形成されなくなる。

【０００３】このため、ＡＰＡアンテナ装置では、製造
後に遮蔽かつ吸収を行う電波暗室で、個々のＡＰＡアン
テナ装置を実動させて、そのパターン特性を計測してい
る。この計測の結果に基づいてパターン特性のシミュレ
ーションを行い、ＡＰＡアンテナ装置ごとの最適なパタ
ーン特性が得られるように、各アンテナ素子への給電の
位相、振幅を決定し、この決定に基づいた補正データに
よって各アンテナ素子への給電をアンテナ制御器を通じ
て制御するようにしている。

【０００４】この給電の位相、振幅の補正データは、ア
ンテナ制御器内のＲＡＭなどに予め記憶している。この
記憶した補正データに基づいて各アンテナ素子への給電
の位相、振幅を制御して、所定のパターン特性が得られ
るようにしている。

【０００５】また、このようなＡＰＡアンテナ装置で
は、外圧による機械的変位によるパターン特性の変化に
も対応している。各アンテナ素子は外圧で、その取り付
け位置などの機械的変位が生じ、そのパターン特性も変
化する。このためアンテナ素子や、このアンテナ素子の
取付部等の機械的な変位（歪）を計測して、その補正を
行っている。

【０００６】この補正では歪ゲージをアンテナ素子や、
このアンテナ素子の取付部等に取り付け、この歪ゲージ
から得られる歪データや、その取り付け位置情報から各
アンテナ素子の変位と、その歪ベクトルを算出してい
る。そして、この算出値に基づいて、アンテナ制御器内
のＲＡＭに予め記憶している補正データを修正（補正）
し、この修正された補正データに基づいて、給電の位
相、振幅を制御している。この結果、実際の設置場所で
アンテナ素子が外圧を受けた場合にも、最適な所定のパ
ターン特性が得られるようになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例のＡＰＡアンテナ装置では、電波暗室での計測の結
果に基づいた補正データで給電を制御し、かつ、この補
正データを歪ゲージや取り付け位置の情報に基づいて修
正（補正）して最適な所定のパターン特性が得られるよ
うにしているが、実際の設置場所での外圧が、予め想定
した補正できる範囲より大きい場合には、補正データを
最適な所定のパターン特性に修正（補正）できない。こ
のため、各アンテナ素子の取り付け位置が、実際の設置
場所での外圧によって大きく変位しないように、その構
造物の剛性を高める必要がある。この場合、構造物の重
量が増加してしまい、さらに形状が大きくなってしま
う。

【０００８】さらに、外圧による補正データを歪ゲージ
を用いて的確に補正するには、全アンテナ素子の歪ベク
トル（歪データ）や取り付け位置情報を検出する必要が
ある。この場合、その歪ゲージの個数が増加する。ま
た、給電の位相、振幅を算出して制御する処理が増加
し、そのデータ処理規模が増大化してしまう欠点があ
る。

【０００９】本発明は、このような従来の技術における
欠点を解決するものであり、軽量化及び小型化され、か
つ、給電の位相、振幅を算出して制御するデータ処理規
模が縮小されると共に、その最適な制御による所定のパ
ターン特性が得られる空中線特性制御装置の提供を目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の空中線特性制御装置は、複数のアン
テナ素子と、この複数のアンテナ素子にそれぞれ給電す
る送受信素子と、前記複数のアンテナ素子と送受信素子
を取り付ける取付構造体と、複数のアンテナ素子が外圧
を受けた際の前記取付構造体の変位形態データを予め調
べて格納する格納手段と、前記取付構造体の変位形態に
対応した歪データを検出する複数の検出手段と、前記複
数のアンテナ素子が実際に外圧を受けた際の前記検出手
段からの歪データに対応した変位形態データを得るため
に前記格納手段を検索し、この検索で得られた変位形態
データに基づいて前記アンテナ素子の給電を制御する制
御手段とを備え、前記格納手段に格納する変位形態デー
タとしての、変位の振幅及び振動数のデータを、取付構
造体の歪量及び剛性，質量分布を含む構造条件のシミュ
レーションと振動試験及び荷重試験とから得る構成とし
ている。

【００１１】請求項２記載の空中線特性制御装置は、前
記歪検出手段として歪ゲージを用い、この歪ゲージの引
っ張り又は圧縮を歪データとして検出する構成としてい
る。

【００１２】請求項３記載の空中線特性制御装置は、前
記歪ケージを、前記複数のアンテナ素子の数より少ない
個数とした構成としている。

【００１３】請求項４記載の空中線特性制御装置は、前
記制御手段が、検索した変位形態データに基づいて送受
信素子の給電の位相と振幅とを制御する構成としてい
る。

【００１４】

【作用】このような構成の空中線特性制御装置は、複数
のアンテナ素子が外圧を受けた際に検出した歪データに
対応する変位形態データを検索する。そして、この検索
で得られた変位形態データに基づいて、所定のパターン
特性が得られるようにアンテナ素子の給電を制御してい
る。

【００１５】この場合、複数のアンテナ素子及び、この
素子に給電を行う送受信素子を取り付けた取付構造体の
変位を歪ゲージを用いて検出し、また、この変位の振幅
及び振動数のデータを、取付構造体の歪量及び剛性、質
量分布を含む構造条件シミュレーションと振動試験及び
荷重試験とから得ると共に、データベースに格納してい
る。さらに、歪ゲージの引っ張り又は圧縮を歪データと
して検出すると共に、検索した変位形態データに基づい
て送受信素子の給電の位相と振幅とを制御している。

【００１６】このように、取付構造体の歪量及び剛性、
質量分布を含む構造条件シミュレーションと、振動試験
及び荷重試験によって、予め変位形態データを調べてい
るため、外圧が大きい場合のデータも得られることにな
り、設置場所での実際の大きな外圧でも、的確な制御
（補正）が可能になる。また、取付構造体の剛性を、実
際の外圧を予想して必要以上に高くする必要もなくな
る。

【００１７】さらに、歪ゲージの個数が変位の形態に対
応できる個数で良くなる。すなわち、アンテナ素子数以
下の個数で良くなり、全アンテナ素子の歪データ（歪ベ
クトル）や取り付け位置の情報を検出する必要がなくな
る。これにより、データ処理量も少なくなり、そのデー
タ処理規模が縮小される。

【００１８】この結果、装置全体が軽量化及び小型化さ
れ、かつ、給電の位相、振幅を算出して制御するデータ
処理規模が縮小されると共に、その最適な制御による所
定のパターン特性が得られるようになる。

【００１９】

【実施例】次に、本発明の空中線特性制御装置の実施例
を図面にもとづいて詳細に説明する。図１は本発明の空
中線特性制御装置の実施例の構成を示すブロック図であ
る。図１に示す例は、送信用及び受信用のアンテナ素子
２ａ，２ｂ，２ｃ…２ｚと、これらアンテナ素子２ａ〜
２ｚがそれぞれ接続されて、その給電の位相、振幅を制
御する送受信素子３ａ，３ｂ，３ｃ…３ｚとが設けられ
ている。

【００２０】さらに、アンテナ素子２ａ〜２ｚの外圧に
よる変位と相関関係を有する、取付構造体１３の変位を
検出するための歪ゲージ４ａ，４ｂ，４ｃ…４ｚと、こ
の歪ゲージ４ａ〜４ｚからの歪データ（歪ベクトル）
を、変位の形態を識別するための歪方向データＳ６と歪
量データＳ７とに区別して出力する変位検出部５とが設
けられている。また、変位検出部５からの歪方向データ
Ｓ６と歪量データＳ７とに基づいて、変位の形態に対応
した補正データＳ１を生成して出力するデータ処理部８
が設けられている。

【００２１】このデータ処理部８には、取付構造体１３
の強度試験データからシミュレーションによって求めた
補正データＳ１１ａ，Ｓ１１ｂ，Ｓ１１ｃ…Ｓ１１ｚを
格納したデータベース９を有している。さらに、歪量デ
ータＳ７の絶対レベルがパターン特性に影響し、又は、
影響しない歪量であるか否かを判断し、その判断に基づ
いた補正データＳ１を出力する演算処理部１０が設けら
れている。

【００２２】また、アンテナ素子２ａ〜２ｚの変位と相
関関係を有する変位が発生し、その変位を検出するため
の歪ゲージ４ａ〜４ｚを取り付けた取付構造体１３と、
データ処理部８からのデータに基づいて、個々の送受信
素子３ａ〜３ｚを制御してアンテナ素子２ａ〜２ｚの給
電の位相、振幅を制御するためアンテナ制御部１４とが
設けられている。

【００２３】次に、この実施例の動作について説明す
る。まず、図１の構成をモデル化した基本的な動作につ
いて説明する。図２はアンテナ素子２ａ〜２ｚの変位状
態を説明するための図である。ここでアンテナ素子２ａ
〜２ｃをもって説明すると、図２（ａ）はアンテナ素子
２ａ〜２ｃに変位が発生していない状態である。すなわ
ち、歪ゲージ４ａ〜４ｃには、圧縮（マイナス変位）も
引っ張り（プラス変位）も、ともに発生していない状態
である。

【００２４】図２（ｂ）は歪ゲージ４ａ〜４ｃが引っ張
り（プラス変位）となるようにアンテナ素子２ａ〜２ｃ
が変位した状態であり、図２（ｃ）は歪ゲージ４ａ，４
ｂが圧縮（マイナス変位）するようにアンテナ素子２
ａ，ｂｃが変位し、かつ、歪ゲージ４ｃが引っ張り（プ
ラス変位）となるようにアンテナ素子２ｃが変位した状
態である。また、図２（ｄ）は歪ゲージ４ａが引っ張り
（プラス変位）となるようにアンテナ素子２ａが変位し
た状態であり、かつ、歪ゲージ４ｂ，４ｃが圧縮（マイ
ナス変位）するようにアンテナ素子２ｂ，２ｃが変位し
た状態である。

【００２５】この図２（ａ）から図２（ｄ）に示す状態
は次の表１に示すようになる。［表１］ ────────────────────── ４ａ４ｂ４ｃ ────────────────────── モード１＋＋＋図２（ｂ） ────────────────────── モード２ − − − 図２（ｃ） ────────────────────── モード３＋ − − 図２（ｄ） ──────────────────────

【００２６】このように歪ゲージ４ａ〜４ｚの引っ張り
（プラス変位）又は圧縮（マイナス変位）の状態から、
アンテナ素子２ａ〜２ｚの変位の形態（モード１，２，
３等）を識別するための相関関係のデータを得ることが
出来る。

【００２７】この場合の当該装置における任意点の変位
量ｕ（ｘ）は、データ処理部８（データベース９、演算
処理部１０）によって、次式（１）で求めることが出来
る。変位量ｕ（ｘ）＝Ｃ１ｓｉｎωｉｘ＋Ｃ２ｃｏｓωｉｘ …（１）ｘ：当該装置又は取付構造体１３の長手方向の任意点Ｃ１，Ｃ２：変位の振幅 ωｉ：振動数

【００２８】変位の振幅Ｃ１，Ｃ２は、歪量及び変位の
形態（図２中のモード１，２，３）の相関関数としての
当該空中線の構造条件、例えば、剛性、質量分布を構造
シミュレーション及び振動／荷重試験から算出してデー
タベース化する。同様に振動数ωｉもデータベース化
し、それぞれデータベース９に格納する。

【００２９】このようにして、歪ゲージ４ａ〜４ｚの歪
データから図２中のモード１，２，３等の変位の形態を
決定する。この変位に対応する変位の振幅Ｃ１，Ｃ２及
び振動数ωｉをデータ処理部８の演算処理部１０がデー
タベース９を検索し、かつ、（数１）の演算によって、
当該装置の任意点の変位量ｕ（ｘ）を求めることが出来
る。

【００３０】次に、このモデル化に対する実際の動作に
ついて説明する。図３は、この動作の処理手順を示すフ
ローチャートであり、図４はデータベース９での処理デ
ータを示す図である。図３及び図４において、まず、ス
テップＳ１０では、アンテナ素子２ａ〜２ｚに歪ゲージ
４ａ〜４ｚを取り付けるのが、実際上困難であるため、
アンテナ素子２ａ〜２ｚの変位と相関関係を有する取付
構造体１３に歪ゲージ４ａ〜４ｚを取り付けて、その変
位を試験して検出する。

【００３１】この場合、構造シミュレーションの精度向
上のために、取付構造体１３の模擬体又は実物に歪ゲー
ジ４ａ〜４ｚを取り付けて、その強度試験を行い、図２
中のモード１，２，３等の変位の形態での歪データ及び
変位を計測する。この計測データを、変形形態Ｓ１６
ａ，Ｓ１６ｂ，Ｓ１６ｃ…Ｓ１６ｚと歪量データＳ１７
ａ，Ｓ１７ｂ，Ｓ１７ｃ…Ｓ１７ｚとをパラメータとし
てシミュレーションを行う。このシミュレーションによ
って求めた補正データＳ１１ａ〜Ｓ１１ｚを、アンテナ
素子２ａ〜２ｚでの変位の位相、振幅を補正用としてデ
ータベース９に予め格納する。

【００３２】次のステップＳ１１では、歪ゲージ４ａ〜
４ｚが取付構造体１３が外圧を受けた場合の歪ベクトル
Ｓ１５ａ，Ｓ１５ｂ，Ｓ１５ｃ…Ｓ１５ｚを変位検出部
５に出力する。この変位検出部５では、ステップＳ１２
によって、変位の形態を識別するための歪方向データＳ
６と歪量データＳ７とに区別してデータ処理部８の演算
処理部１０に出力する。このデータ処理部８の演算処理
部１０では、ステップＳ１３によって、歪量データＳ７
の絶対レベルがパターン特性に影響がない歪量であるか
否かを判断する。

【００３３】この判断で影響がない歪量の場合（ステッ
プＳ１３：Ｙｅｓ）、ステップＳ１４によってアンテナ
素子２ａ〜２ｚに影響がある変位が生じていないと判断
する。そして、ステップＳ１５によって、その補正デー
タＳ１をアンテナ制御部１４に出力する。この場合、ア
ンテナ制御部１４は送受信素子３ａ〜３ｚに対する位
相、振幅の制御は行わない。

【００３４】また、データ処理部８では、歪量データＳ
７の絶対レベルが、パターン特性に影響がある歪量であ
ると判断した場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、ステップ
Ｓ１６によって、演算処理部１０がデータベース９を検
索する。そして、次のステップＳ１７によって、図２中
のモード１，２，３等の変位の形態Ｓ１６ａ〜Ｓ１６ｚ
を決定する。

【００３５】次に、ステップＳ１８では歪量データＳ７
に該当する歪量データＳ１７ａ〜Ｓ１７ｚを得るため演
算処理部１０がデータベース９を検索する。次のステッ
プＳ１９では、検索した歪量データＳ１７ａ〜Ｓ１７ｚ
に対応する位相、振幅の補正データＳ１１ａ〜Ｓ１１ｚ
を、演算処理部１０がデータベース９から取り込んで、
アンテナ制御部１４に出力する。アンテナ制御部１４は
ステップＳ２０によって、補正データＳ１１ａ〜Ｓ１１
ｚ又は補正データＳ１に基づいて送受信素子３ａ〜３ｚ
を制御し、アンテナ素子２ａ〜２ｚの給電の位相、振幅
を変更する。

【００３６】このように、アンテナ素子２ａ〜２ｚの変
位と相関関係を有する取付構造体１３の変位を検出し
て、送受信素子３ａ〜３ｚを制御している。すなわち、
外圧による変位が生じたアンテナ素子２ａ〜２ｚの給電
が、所定の位相、振幅に設定ささる。この場合、外圧が
大きい場合も、その外圧による変位が予め把握されてお
り、補正データを所定の最適なパターン特性に修正（補
正）できるようになる。

【００３７】さらに、取付構造体１３の剛性を必要以上
に高くする必要がなくなる。また、歪ゲージの個数は、
図２中のモード１，２，３等の変位の形態に対応可能な
個数で良くなり、全アンテナ素子２ａ〜２ｚの歪データ
（歪ベクトル）や取り付け位置の情報を検出する必要も
なくなる。この結果、データ処理も少なくなりデータ処
理規模が縮小される。すなわち、軽量化及び小型化され
る。

【００３８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の空中線特性制御装置によれば、複数のアンテナ素子が
外圧を受けた際に検出した歪データに対応する変位形態
データを検索し、この検索で得られた変位形態データに
基づいて、所定のパターン特性が得られるようにアンテ
ナ素子の給電を制御しているため、装置全体が軽量化及
び小型化され、かつ、給電の位相、振幅を算出して制御
するデータ処理規模が縮小されると共に、その最適な制
御による所定のパターン特性が得られるという効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空中線特性制御装置の実施例の構成を
示すブロック図である。

【図２】図１中のアンテナ素子の変位状態を説明するた
めの図である。

【図３】実施例の動作の処理手順を示すフローチャート
である。

【図４】実施例におけるデータベースでの処理データを
示す図である。

【符号の説明】

２ａ〜２ｚアンテナ素子３ａ〜３ｚ送受信素子４ａ〜４ｚ歪ゲージ５変位検出部８データ処理部９データベース１０演算処理部１３取付構造体１４アンテナ制御部Ｓ１，Ｓ１１ａ〜Ｓ１１ｚ補正データＳ６歪方向データＳ７歪量データＳ１５ａ〜Ｓ１５ｚ歪ベクトルＳ１６ａ〜Ｓ１６ｚ変位の形態Ｓ１７ａ〜Ｓ１７ｚ歪量データ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01Q 3/00 - 3/46 H01Q 21/00 - 21/30 H01Q 23/00 H01Q 25/00 - 25/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のアンテナ素子と、この複数のアンテナ素子にそれぞれ給電する送受信素子
と、前記複数のアンテナ素子と送受信素子を取り付ける取付
構造体と、複数のアンテナ素子が外圧を受けた際の前記取付構造体
の変位形態データを予め調べて格納する格納手段と、前記取付構造体の変位形態に対応した歪データを検出す
る複数の検出手段と、前記複数のアンテナ素子が実際に外圧を受けた際の前記
検出手段からの歪データに対応した変位形態データを得
るために前記格納手段を検索し、この検索で得られた変
位形態データに基づいて前記アンテナ素子の給電を制御
する制御手段とを備え、前記格納手段に格納する変位形態データとしての、変位
の振幅及び振動数のデータを、取付構造体の歪量及び剛
性，質量分布を含む構造条件のシミュレーションと振動
試験及び荷重試験とから得ることを特徴とする空中線特
性制御装置。
【請求項２】前記歪検出手段として歪ゲージを用い、
この歪ゲージの引っ張り又は圧縮を歪データとして検出
することを特徴とする請求項１記載の空中線特性制御装
置。
【請求項３】前記歪ケージを、前記複数のアンテナ素
子の数より少ない個数としたことを特徴とする請求項２
記載の空中線特性制御装置。
【請求項４】制御手段が、検索した変位形態データに
基づいて前記送受信素子の給電の位相と振幅とを制御す
ることを特徴とする請求項１，２又は３記載の空中線特
性制御装置。