JP2998317B2 - フェーズドアレーアンテナ装置およびフェーズドアレーアンテナ装置における位相量演算方法 - Google Patents
フェーズドアレーアンテナ装置およびフェーズドアレーアンテナ装置における位相量演算方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はアンテナ素子、移相
器、位相量演算手段より構成されたフェーズドアレーア
ンテナ装置およびフェーズドアレーアンテナ装置におけ
る位相量演算方法に関するものである。
器、位相量演算手段より構成されたフェーズドアレーア
ンテナ装置およびフェーズドアレーアンテナ装置におけ
る位相量演算方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図９は、例えばアンテナ工学ハンドブッ
ク（オーム社）ｐｐ．２１６に掲載された従来のフェー
ズドアレーアンテナ装置の図である。図において１は素
子アンテナ、５は分波器、６は座標、７は素子間隔ｄ、
８はアンテナの正面方向（ｚｘ平面）に対するビームの
角度θ、９は移相器、１０は移相器制御手段、１１は位
相量演算手段である。
ク（オーム社）ｐｐ．２１６に掲載された従来のフェー
ズドアレーアンテナ装置の図である。図において１は素
子アンテナ、５は分波器、６は座標、７は素子間隔ｄ、
８はアンテナの正面方向（ｚｘ平面）に対するビームの
角度θ、９は移相器、１０は移相器制御手段、１１は位
相量演算手段である。
【０００３】次に動作について説明する。アレーアンテ
ナのビームを角度θ８へ向ける場合、位相量演算手段４
はｉ番目の素子アンテナに与える励振位相Φi を（１）
式にしたがって計算する。
ナのビームを角度θ８へ向ける場合、位相量演算手段４
はｉ番目の素子アンテナに与える励振位相Φi を（１）
式にしたがって計算する。
【０００４】
【数１】
【０００５】ここでλは波長、ｘi はｉ番目の素子アン
テナの位置である。この演算式に従って計算された励振
位相Φi が移相器制御手段３を通じて移相器２に与えら
れる。以上の動作により角度θ８方向へビームを向ける
ことができる。
テナの位置である。この演算式に従って計算された励振
位相Φi が移相器制御手段３を通じて移相器２に与えら
れる。以上の動作により角度θ８方向へビームを向ける
ことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来のフェーズドアレ
ーアンテナ装置は以上のように構成されていた。しかし
従来例では移相器の精度や位相量演算手段の計算精度が
ビーム走査角に及ぼす影響を考慮していなかったため、
所望するビーム走査角の最小変化量が実現できない場合
があるという問題があった。
ーアンテナ装置は以上のように構成されていた。しかし
従来例では移相器の精度や位相量演算手段の計算精度が
ビーム走査角に及ぼす影響を考慮していなかったため、
所望するビーム走査角の最小変化量が実現できない場合
があるという問題があった。
【０００７】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、所望するビーム走査角の最小変
化量を実現し得る精度の移相器を備えたモノパルスフェ
ーズドアレーアンテナ装置を提供することを目的として
おり、さらに上記ビーム走査角の最小変化量を実現する
のに必要な演算精度を有する位相量演算手段を備えたモ
ノパルスフェーズドアレーアンテナ装置及び、正面方向
付近でビームを動かすときに生ずるビーム走査角の大き
なとびを解消するための演算過程を持つ位相量演算手段
を備えたモノパルスフェーズドアレーアンテナ装置を提
供することを目的としている。
ためになされたもので、所望するビーム走査角の最小変
化量を実現し得る精度の移相器を備えたモノパルスフェ
ーズドアレーアンテナ装置を提供することを目的として
おり、さらに上記ビーム走査角の最小変化量を実現する
のに必要な演算精度を有する位相量演算手段を備えたモ
ノパルスフェーズドアレーアンテナ装置及び、正面方向
付近でビームを動かすときに生ずるビーム走査角の大き
なとびを解消するための演算過程を持つ位相量演算手段
を備えたモノパルスフェーズドアレーアンテナ装置を提
供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、複数
個のアンテナ素子からなるアレーアンテナと、アンテナ
素子に接続され、アンテナ素子への給電位相を設定する
ディジタル移相器と、ディジタル移相器の設定位相を演
算するディジタル位相量演算手段とを備え、アレーアン
テナのビーム走査をするフェーズドアレーアンテナ装置
において、ディジタル移相器が、振幅が最小のアンテナ
素子１個のディジタル移相器の最小ビットを１ビット変
化させたときのビーム走査角の変化量がビーム走査角の
最小変化量以内となる条件で決められたビット数のディ
ジタル移相器であり、ディジタル位相量演算手段が、デ
ィジタル位相量演算手段で演算できる最小位相量がビー
ム走査角の最小変化量を与える複数個のアンテナ素子へ
のそれぞれの給電位相における最大位相差の２倍以内と
なる条件で決められたビット数のディジタル位相量演算
手段であることを特徴とするものである。
個のアンテナ素子からなるアレーアンテナと、アンテナ
素子に接続され、アンテナ素子への給電位相を設定する
ディジタル移相器と、ディジタル移相器の設定位相を演
算するディジタル位相量演算手段とを備え、アレーアン
テナのビーム走査をするフェーズドアレーアンテナ装置
において、ディジタル移相器が、振幅が最小のアンテナ
素子１個のディジタル移相器の最小ビットを１ビット変
化させたときのビーム走査角の変化量がビーム走査角の
最小変化量以内となる条件で決められたビット数のディ
ジタル移相器であり、ディジタル位相量演算手段が、デ
ィジタル位相量演算手段で演算できる最小位相量がビー
ム走査角の最小変化量を与える複数個のアンテナ素子へ
のそれぞれの給電位相における最大位相差の２倍以内と
なる条件で決められたビット数のディジタル位相量演算
手段であることを特徴とするものである。
【０００９】請求項２の発明は、上記のフェーズドアレ
ーアンテナ装置における位相量演算方法であって、ディ
ジタル位相量演算手段によりビーム走査方向に対応する
各アンテナ素子への給電位相を所定のビット数（Ｎビッ
ト）に対してＮ＋１ビット以上で演算し、その演算結果
φに対してφ−ｓｉｎ（φ）・２π／２N+1 の演算を
し、その演算結果のＮ＋１ビット以下を切り捨てて得ら
れた位相量に基づいてディジタル移相器に与える移相量
を決定し、アレーアンテナのビーム走査をすることを特
徴とするものである。
ーアンテナ装置における位相量演算方法であって、ディ
ジタル位相量演算手段によりビーム走査方向に対応する
各アンテナ素子への給電位相を所定のビット数（Ｎビッ
ト）に対してＮ＋１ビット以上で演算し、その演算結果
φに対してφ−ｓｉｎ（φ）・２π／２N+1 の演算を
し、その演算結果のＮ＋１ビット以下を切り捨てて得ら
れた位相量に基づいてディジタル移相器に与える移相量
を決定し、アレーアンテナのビーム走査をすることを特
徴とするものである。
【００１０】
【作用】請求項１の発明によれば、ディジタル位相量演
算手段を、ディジタル位相量演算手段で演算できる最小
位相量がビーム走査角の最小変化量を与える複数個のア
ンテナ素子へのそれぞれの給電位相における最大位相差
の２倍以内となる条件で決められたビット数としたの
で、所望するビーム走査角の最小変化量を実現するに必
要十分なビット数のディジタル位相量演算手段を備えら
れる。
算手段を、ディジタル位相量演算手段で演算できる最小
位相量がビーム走査角の最小変化量を与える複数個のア
ンテナ素子へのそれぞれの給電位相における最大位相差
の２倍以内となる条件で決められたビット数としたの
で、所望するビーム走査角の最小変化量を実現するに必
要十分なビット数のディジタル位相量演算手段を備えら
れる。
【００１１】請求項２の発明によれば、上記ディジタル
位相量演算手段によりビーム走査方向に対応する各アン
テナ素子への給電位相を所定のビット数（Ｎビット）に
対してＮ＋１ビット以上で演算し、その演算結果φに対
してφ−ｓｉｎ（φ）・２π／２N+1 の演算をするの
で、アレーアンテナの正面方向近傍でのビーム走査にお
ける設定ビーム走査角のわずかの変化に対するビーム走
査角の大きなとびを解消でき、アレーアンテナの全ビー
ム走査範囲で精度の良いビーム走査を実現する。
位相量演算手段によりビーム走査方向に対応する各アン
テナ素子への給電位相を所定のビット数（Ｎビット）に
対してＮ＋１ビット以上で演算し、その演算結果φに対
してφ−ｓｉｎ（φ）・２π／２N+1 の演算をするの
で、アレーアンテナの正面方向近傍でのビーム走査にお
ける設定ビーム走査角のわずかの変化に対するビーム走
査角の大きなとびを解消でき、アレーアンテナの全ビー
ム走査範囲で精度の良いビーム走査を実現する。
【００１２】
【実施例】実施例１． 図１（ａ）、（ｂ）はこの発明の一実施例であるモノパ
ルスフェーズドアレーを示す図である。図１（ａ）にお
いて２はＭビット移相器、３は移相器制御手段であると
ころの移相器制御装置、４は位相量演算手段であるとこ
ろのＮビット位相量演算手段、１２は１８０゜ハイブリ
ッド、１３は左側サブアレーである。ただし左側サブア
レー１３と、右側サブアレー１４は座標６のｚ軸を挟ん
で左右対象な構造であり、それぞれｙ軸方向にｍ個、ｘ
軸方向に間隔ｄでｎ個素子アンテナが並んでいるものと
する。また、ビームはｚｘ平面内で走査するものとす
る。５〜８については、図９と同じである。
ルスフェーズドアレーを示す図である。図１（ａ）にお
いて２はＭビット移相器、３は移相器制御手段であると
ころの移相器制御装置、４は位相量演算手段であるとこ
ろのＮビット位相量演算手段、１２は１８０゜ハイブリ
ッド、１３は左側サブアレーである。ただし左側サブア
レー１３と、右側サブアレー１４は座標６のｚ軸を挟ん
で左右対象な構造であり、それぞれｙ軸方向にｍ個、ｘ
軸方向に間隔ｄでｎ個素子アンテナが並んでいるものと
する。また、ビームはｚｘ平面内で走査するものとす
る。５〜８については、図９と同じである。
【００１３】次に動作について説明する。図１のモノパ
ルスフェーズドアレーにおいて、差パターンのビームの
設定走査角をθ0 （ただし、差パターンのビーム走査角
とは電界振幅の零点方向とする。）、ｉ番目アンテナ素
子における励振位相の設定位相からの変化分をΔψi 、
例振電界をＥi 、角アンテナ素子のｘ座標をｘi 、アン
テナ素子の総数をＫとすると、差パターン電界ｆ（θ）
は（２）式で表される。
ルスフェーズドアレーにおいて、差パターンのビームの
設定走査角をθ0 （ただし、差パターンのビーム走査角
とは電界振幅の零点方向とする。）、ｉ番目アンテナ素
子における励振位相の設定位相からの変化分をΔψi 、
例振電界をＥi 、角アンテナ素子のｘ座標をｘi 、アン
テナ素子の総数をＫとすると、差パターン電界ｆ（θ）
は（２）式で表される。
【００１４】
【数２】
【００１５】ただしδi は差パターン形成時に各アンテ
ナ素子の位置に応じて±１の値を取る係数で、ここでは
左側サブアレー１３に属するアンテナ素子では＋１、右
側サブアレー１４に属するアンテナ素子では−１を取る
ものとする。差パターン電界ｆ（θ）の実際のビーム走
査角θt （零点方向）は設定位相からの変化分Δψiに
より、θo からΔθ変化しており、θt ＝θo ＋Δθと
表される。Δθが十分小さく、また指数関数の指数部が
小さい場合（３）式の関係が成立する。
ナ素子の位置に応じて±１の値を取る係数で、ここでは
左側サブアレー１３に属するアンテナ素子では＋１、右
側サブアレー１４に属するアンテナ素子では−１を取る
ものとする。差パターン電界ｆ（θ）の実際のビーム走
査角θt （零点方向）は設定位相からの変化分Δψiに
より、θo からΔθ変化しており、θt ＝θo ＋Δθと
表される。Δθが十分小さく、また指数関数の指数部が
小さい場合（３）式の関係が成立する。
【００１６】
【数３】
【００１７】（３）式より（２）式は
【００１８】
【数４】
【００１９】となり（４）式からビーム走査角の変化分
Δθは（５）式のように表される。
Δθは（５）式のように表される。
【００２０】
【数５】
【００２１】ただし、本実施例ではサブアレー内の全ア
ンテナ素子の励振振幅の和は、左右のサブアレーで等し
いので（５）式の分子の第１項は０となる。ここで設定
位相からの変化分Δψi を移相器による位相変化と考え
ると（５）式は移相器の位相変化によるビーム走査角の
変化を表す式となる。ディジタル移相器を用いたフェー
ズドアレーでは位相変化が不連続であるから、実現可能
なビーム走査角の最小変化分ΔθMIN には限界がある。
図１のモノパルスフェーズドアレーにおいて、ビーム走
査角θ0 時に実現できるビーム走査角の最小変化分Δθ
MIN は、（５）式から、振幅が最小である素子のいずれ
か一つの移相器を１ビット変化させることによって得ら
れることがわかる。ディジタル移相器を１ビット変化さ
せたときの位相量変化をΔψ0 とするとビーム走査角の
最小変化分ΔθMIN は（６）式で表される。
ンテナ素子の励振振幅の和は、左右のサブアレーで等し
いので（５）式の分子の第１項は０となる。ここで設定
位相からの変化分Δψi を移相器による位相変化と考え
ると（５）式は移相器の位相変化によるビーム走査角の
変化を表す式となる。ディジタル移相器を用いたフェー
ズドアレーでは位相変化が不連続であるから、実現可能
なビーム走査角の最小変化分ΔθMIN には限界がある。
図１のモノパルスフェーズドアレーにおいて、ビーム走
査角θ0 時に実現できるビーム走査角の最小変化分Δθ
MIN は、（５）式から、振幅が最小である素子のいずれ
か一つの移相器を１ビット変化させることによって得ら
れることがわかる。ディジタル移相器を１ビット変化さ
せたときの位相量変化をΔψ0 とするとビーム走査角の
最小変化分ΔθMIN は（６）式で表される。
【００２２】
【数６】
【００２３】一方、移相器がＭビットである場合、
【００２４】
【数７】
【００２５】である。
【００２６】ここであるΔθMIN が要求された場合、こ
れに必要なビット数Ｍは、（６）式に（７）式を代入し
かつ、（６）式の＝を＞に置き換えてＭについて解けば
求まり、（８）式のように表される。
れに必要なビット数Ｍは、（６）式に（７）式を代入し
かつ、（６）式の＝を＞に置き換えてＭについて解けば
求まり、（８）式のように表される。
【００２７】
【数８】
【００２８】アレーが一様振幅分布でかつ図１のような
矩形配列であれば
矩形配列であれば
【００２９】
【数９】
【００３０】となるから（８）式は（１０）式のように
なる。
なる。
【００３１】
【数１０】
【００３２】ただしＤはｘ軸方向のアンテナ開口長で２
ｄｎである。本実施例では（８）式もしくは（１０）式
の条件を満たす移相器を用いることにより、要求される
ビーム走査角の最小変化分ΔθMIN を実現する。
ｄｎである。本実施例では（８）式もしくは（１０）式
の条件を満たす移相器を用いることにより、要求される
ビーム走査角の最小変化分ΔθMIN を実現する。
【００３３】以下、実施例１の簡単な事例をしめす。Ｄ
＝６００ｍｍ、λ＝３１ｍｍ、θ0＝０゜方向でビーム
走査角の最小変化量Δθ＝０．００２ｍｒａｄが要求さ
れたとする。また、片面のサブアレー１３、１４の総素
子数Ｋ＝５００とする。この場合に必要な移相器２のビ
ット数Ｍは（１０）式よりＭ≧７となる。
＝６００ｍｍ、λ＝３１ｍｍ、θ0＝０゜方向でビーム
走査角の最小変化量Δθ＝０．００２ｍｒａｄが要求さ
れたとする。また、片面のサブアレー１３、１４の総素
子数Ｋ＝５００とする。この場合に必要な移相器２のビ
ット数Ｍは（１０）式よりＭ≧７となる。
【００３４】実施例２． 実施例２も図１をもとに説明する。動作は以下のように
なる。図１のモノパルスフェーズドアレーで差パターン
のビームを角度θ８へ向ける場合、ｉ番目の素子アンテ
ナに与える励振位相Ψi は従来例と同じように計算さ
れ、（１１）式のようになる。
なる。図１のモノパルスフェーズドアレーで差パターン
のビームを角度θ８へ向ける場合、ｉ番目の素子アンテ
ナに与える励振位相Ψi は従来例と同じように計算さ
れ、（１１）式のようになる。
【００３５】
【数１１】
【００３６】ビームを角度θ0 からθ0 ＋Δθに変化さ
せる場合に必要な励振位相の変化分ΔΨi は（１１）式
より次のように求まる。
せる場合に必要な励振位相の変化分ΔΨi は（１１）式
より次のように求まる。
【００３７】
【数１２】
【００３８】一方、各素子アンテナのｘ座標ｘi を連続
量とすると、（１２）式によって計算される位相変化分
ΔΨi は理論的には連続量となる。しかしＮビット移相
量演算装置で演算できる最小位相量ｑは
量とすると、（１２）式によって計算される位相変化分
ΔΨi は理論的には連続量となる。しかしＮビット移相
量演算装置で演算できる最小位相量ｑは
【００３９】
【数１３】
【００４０】であるから、これによって計算される位相
変化分ΔΨi は不連続量となる。図２に素子アンテナの
位置ｘi と位相変化分ΔΨi の関係を示す。１５は理論
的な位相変化分ΔΨi 、１６はＮビット位相量演算装置
による位相変化分ΔΨi をしめす。図２（ａ）からわか
るようにＮビット位相量演算装置の位相変化分ΔΨiは
理論値に対してほとんどの場合、量子化誤差を持つ。ま
た、一番端の素子アンテナでは最大の位相量変化ΔΨn
があることがわかる。ΔΨn は次式のようになる。
変化分ΔΨi は不連続量となる。図２に素子アンテナの
位置ｘi と位相変化分ΔΨi の関係を示す。１５は理論
的な位相変化分ΔΨi 、１６はＮビット位相量演算装置
による位相変化分ΔΨi をしめす。図２（ａ）からわか
るようにＮビット位相量演算装置の位相変化分ΔΨiは
理論値に対してほとんどの場合、量子化誤差を持つ。ま
た、一番端の素子アンテナでは最大の位相量変化ΔΨn
があることがわかる。ΔΨn は次式のようになる。
【００４１】
【数１４】
【００４２】ここで、もしΔΨn がｑ／２より小さくな
った場合はＮビット位相量演算装置による位相変化分Δ
Ψi はすべて０となる。図２（ｂ）にこの様子を示す。
従って位相量演算手段の計算精度により、ビーム走査角
の最小変化量に限界があることがわかる。
った場合はＮビット位相量演算装置による位相変化分Δ
Ψi はすべて０となる。図２（ｂ）にこの様子を示す。
従って位相量演算手段の計算精度により、ビーム走査角
の最小変化量に限界があることがわかる。
【００４３】Ｎビット位相量演算装置によって位相変化
分ΔΨi が０以外の値を取るのは｜ΔΨn ｜＞（ｑ／
２）の場合であるから所望するビーム走査角の最小変化
量Δθを実現するためには（１４）式より
分ΔΨi が０以外の値を取るのは｜ΔΨn ｜＞（ｑ／
２）の場合であるから所望するビーム走査角の最小変化
量Δθを実現するためには（１４）式より
【００４４】
【数１５】
【００４５】の条件を満たす位相量演算手段が必要とな
る。本実施例では
る。本実施例では
【００４６】
【数１６】
【００４７】の条件を満たす位相量演算手段であるＮビ
ット位相量演算装置を用いることにより、所望するビー
ム走査角の最小変化量を実現する。
ット位相量演算装置を用いることにより、所望するビー
ム走査角の最小変化量を実現する。
【００４８】以下、実施例２の簡単な事例をしめす。図
１のモノパルスフェーズドアレーにおいて、実施例１と
同じくｄ＝１５ｍｍ，アンテナ素子のｘ座標の差の最大
値Ｄ´＝６００−１５／２＝５９２．５ｍｍ、λ＝３１
ｍｍ、θ0 ＝０゜方向でビーム走査角の最小変化量Δθ
＝０．００２ｍｒａｄが要求されたとする。この場合に
必要な位相量演算装置のビット数は（１６）式よりＮ≧
１５となる。これより実施例１で示したように７ビット
の移相器を備えても、１５ビット未満の演算精度では要
求されたΔθを実現できない。
１のモノパルスフェーズドアレーにおいて、実施例１と
同じくｄ＝１５ｍｍ，アンテナ素子のｘ座標の差の最大
値Ｄ´＝６００−１５／２＝５９２．５ｍｍ、λ＝３１
ｍｍ、θ0 ＝０゜方向でビーム走査角の最小変化量Δθ
＝０．００２ｍｒａｄが要求されたとする。この場合に
必要な位相量演算装置のビット数は（１６）式よりＮ≧
１５となる。これより実施例１で示したように７ビット
の移相器を備えても、１５ビット未満の演算精度では要
求されたΔθを実現できない。
【００４９】実施例３． 図３は実施例２のモノパルスフェーズドアレー装置にお
ける位相量演算装置４で行われる演算と移相器にデータ
を与える過程を示すフローチャートである。ステップ
１、２では演算はＪ＋１ビット以上で行われ、ステップ
３、４では演算はＪビットで行われる。また移相器はＩ
ビットである。
ける位相量演算装置４で行われる演算と移相器にデータ
を与える過程を示すフローチャートである。ステップ
１、２では演算はＪ＋１ビット以上で行われ、ステップ
３、４では演算はＪビットで行われる。また移相器はＩ
ビットである。
【００５０】以下、演算を順番に説明する。まずステッ
プ１で、ビーム走査方向に基づく移相量φaiを計算す
る。このときの計算は（１１）式のように行われる。
（（１１）式のΨi をφaiと置き換える。）次にステッ
プ２ではステップ１で計算した移相量φaiのＪ＋１ビッ
ト以下を切り捨てる。ステップ３ではＪビットの各アン
テナ素子１の初期位相φbiをステップ２で求めた移相量
φaiにたして、ステップ４ではステップ３の結果のＩ＋
１ビット以下を切り捨てる。最後にステップ５でステッ
プ４の結果を移相器２に与える。
プ１で、ビーム走査方向に基づく移相量φaiを計算す
る。このときの計算は（１１）式のように行われる。
（（１１）式のΨi をφaiと置き換える。）次にステッ
プ２ではステップ１で計算した移相量φaiのＪ＋１ビッ
ト以下を切り捨てる。ステップ３ではＪビットの各アン
テナ素子１の初期位相φbiをステップ２で求めた移相量
φaiにたして、ステップ４ではステップ３の結果のＩ＋
１ビット以下を切り捨てる。最後にステップ５でステッ
プ４の結果を移相器２に与える。
【００５１】次に図３の演算過程による移相器２の移相
量を図４に示す。２１は（１１）式で得られる理論的な
移相量、２２は実際に演算される移相量である。図４
（ａ）はビームをθの正方向に僅かに走査しようとした
場合（移相量が最大でも±２π／２J を越えない位の走
査角）の移相量である。ステップ２でＪ＋１ビット以下
を切り捨てるため、アレーの中心近くにおいて、負の移
相量となる右側サブアレー１４では演算上の位相が−２
π／２J 変動するのに対し、正の位相量となる左側サブ
アレー１３では変動しない。一方、図４（ｂ）はビーム
をθの負方向に僅かに走査しようとした場合の移相量で
ある。図４（ａ）とは全く逆の結果になる。この結果、
ビームを正面方向から正負どちらに走査しようとして
も、ステップ１のビット数で演算できる走査角以上とな
ればただちに演算上の位相が変動し、結果としていくつ
かの移相器が動いてビーム走査角の変動が起きる。図５
に指令角と実際のビーム走査角の関係を示す。図５から
わかるようにビーム方向が０゜になる範囲は極僅かしか
なく、ビーム走査角の大きなとびを生じる。
量を図４に示す。２１は（１１）式で得られる理論的な
移相量、２２は実際に演算される移相量である。図４
（ａ）はビームをθの正方向に僅かに走査しようとした
場合（移相量が最大でも±２π／２J を越えない位の走
査角）の移相量である。ステップ２でＪ＋１ビット以下
を切り捨てるため、アレーの中心近くにおいて、負の移
相量となる右側サブアレー１４では演算上の位相が−２
π／２J 変動するのに対し、正の位相量となる左側サブ
アレー１３では変動しない。一方、図４（ｂ）はビーム
をθの負方向に僅かに走査しようとした場合の移相量で
ある。図４（ａ）とは全く逆の結果になる。この結果、
ビームを正面方向から正負どちらに走査しようとして
も、ステップ１のビット数で演算できる走査角以上とな
ればただちに演算上の位相が変動し、結果としていくつ
かの移相器が動いてビーム走査角の変動が起きる。図５
に指令角と実際のビーム走査角の関係を示す。図５から
わかるようにビーム方向が０゜になる範囲は極僅かしか
なく、ビーム走査角の大きなとびを生じる。
【００５２】本実施例では、図６のように、ステップ１
で、計算した移相量φaiからｓｉｎ（φai）・２π／２
J+1 ［ｒａｄ］を引く操作を加える。このとき移相器２
の移相量は図７のようになる。図７（ａ）はビームをθ
の正方向に僅かに走査しようとした場合（位相量が最大
でも±２π／２J+1 を越えない位の走査角）、（ｂ）は
ビームをθの負方向に僅かに走査しようとした場合であ
るが、どちらの場合でも移相量φaiの理論上の値が±２
π／２J+1 ［ｒａｄ］以上とならないうちは移相の変動
が起きないことになる。図６の演算過程を用いた場合の
指令角と実際ビーム走査角の関係を図８に示す。図８か
らわかるようにビーム方向０゜となる範囲が広がりビー
ム走査角の大きなとびはなくなる。
で、計算した移相量φaiからｓｉｎ（φai）・２π／２
J+1 ［ｒａｄ］を引く操作を加える。このとき移相器２
の移相量は図７のようになる。図７（ａ）はビームをθ
の正方向に僅かに走査しようとした場合（位相量が最大
でも±２π／２J+1 を越えない位の走査角）、（ｂ）は
ビームをθの負方向に僅かに走査しようとした場合であ
るが、どちらの場合でも移相量φaiの理論上の値が±２
π／２J+1 ［ｒａｄ］以上とならないうちは移相の変動
が起きないことになる。図６の演算過程を用いた場合の
指令角と実際ビーム走査角の関係を図８に示す。図８か
らわかるようにビーム方向０゜となる範囲が広がりビー
ム走査角の大きなとびはなくなる。
【００５３】また上記実施例１〜３では矩形配列のモノ
パレスフェーズドアレーを用いて説明したが、他の配列
方法や一般の平面フェーズドアレーにおいても本発明が
応用できることはいうまでもない。
パレスフェーズドアレーを用いて説明したが、他の配列
方法や一般の平面フェーズドアレーにおいても本発明が
応用できることはいうまでもない。
【００５４】
【発明の効果】請求項１によれば、所望するビーム走査
角の最小変化量を実現するに必要十分なビット数のディ
ジタル位相量演算手段を備えたフェーズドアレーアンテ
ナ装置を得られる効果がある。
角の最小変化量を実現するに必要十分なビット数のディ
ジタル位相量演算手段を備えたフェーズドアレーアンテ
ナ装置を得られる効果がある。
【００５５】請求項２の発明によれば、アレーアンテナ
の正面方向近傍でのビーム走査における設定ビーム走査
角のわずかの変化に対するビーム走査角の大きなとびを
解消でき、アレーアンテナの全ビーム走査範囲で精度の
良いビーム走査のできるフェーズドアレーアンテナ装置
を得られる効果がある。
の正面方向近傍でのビーム走査における設定ビーム走査
角のわずかの変化に対するビーム走査角の大きなとびを
解消でき、アレーアンテナの全ビーム走査範囲で精度の
良いビーム走査のできるフェーズドアレーアンテナ装置
を得られる効果がある。
【図１】この発明の実施例１のモノパルスフェーズドア
レーアンテナ装置を示す構成図である。
レーアンテナ装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施例１のモノパルスフェーズドア
レーアンテナ装置における各素子アンテナの励振位相を
示すグラフである。
レーアンテナ装置における各素子アンテナの励振位相を
示すグラフである。
【図３】この発明の実施例２のモノパルスフェーズドア
レーアンテナ装置における位相量演算装置で行われる演
算と移相器にデータを与える過程を示すフローチャート
である。
レーアンテナ装置における位相量演算装置で行われる演
算と移相器にデータを与える過程を示すフローチャート
である。
【図４】図３の演算過程で与えられる移相器の移相量を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図５】図３の演算過程を用いた場合の指令角と実際に
実現されるビーム走査角の関係を示すグラフである。
実現されるビーム走査角の関係を示すグラフである。
【図６】この発明の実施例３で用いられる位相量演算装
置で行われる演算と移相器にデータを与える過程を示す
フローチャートである。
置で行われる演算と移相器にデータを与える過程を示す
フローチャートである。
【図７】図６の演算過程で与えられる移相器の移相量を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図８】図６の演算過程を用いた場合の指令角と実際に
実現されるビーム走査角の関係を示すグラフである。
実現されるビーム走査角の関係を示すグラフである。
【図９】従来のフェーズドアレーアンテナ装置の構成図
である。
である。
１ 素子アンテナ ２ Ｍビット移相器 ３ 移相器制御装置 ４ Ｎビット位相量演算装置 ５ 分波器 ６ 座標 ７ 素子間隔 ８ ビームの角度 ９ 移相器 １０ 移相器制御手段 １１ 位相量演算手段 １２ １８０゜ハイブリッド １３ 左側サブアレー １４ 右側サブアレー １５ 理論的な位相変化分 １６ 位相量演算装置による位相変化分 ２１ （１１）式で得られる理論的な移相量 ２２ 実際に演算される移相量
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 針生 健一 鎌倉市大船五丁目１番１号 三菱電機株 式会社 電子システム研究所内 (56)参考文献 特開 平２−166901（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01Q 3/38
Claims (2)
- 【請求項１】 複数個のアンテナ素子からなるアレーア
ンテナと、アンテナ素子に接続され、アンテナ素子への
給電位相を設定するディジタル移相器と、ディジタル移
相器の設定位相を演算するディジタル位相量演算手段と
を備え、アレーアンテナのビーム走査をするフェーズド
アレーアンテナ装置において、ディジタル移相器が、振
幅が最小のアンテナ素子１個のディジタル移相器の最小
ビットを１ビット変化させたときのビーム走査角の変化
量がビーム走査角の最小変化量以内となる条件で決めら
れたビット数のディジタル移相器であり、ディジタル位
相量演算手段が、ディジタル位相量演算手段で演算でき
る最小位相量がビーム走査角の最小変化量を与える複数
個のアンテナ素子へのそれぞれの給電位相における最大
位相差の２倍以内となる条件で決められたビット数のデ
ィジタル位相量演算手段であることを特徴とするフェー
ズドアレーアンテナ装置。 - 【請求項２】 請求項１記載のフェーズドアレーアンテ
ナ装置における位相量演算方法であって、ディジタル位
相量演算手段によりビーム走査方向に対応する各アンテ
ナ素子への給電位相を所定のビット数（Ｎビット）に対
してＮ＋１ビット以上で演算し、その演算結果φに対し
てφ−ｓｉｎ（φ）・２π／２N+1 の演算をし、その演
算結果のＮ＋１ビット以下を切り捨てて得られた位相量
に基づいてディジタル移相器に与える移相量を決定し、
アレーアンテナのビーム走査をすることを特徴とする位
相量演算方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3193064A JP2998317B2 (ja) | 1991-08-01 | 1991-08-01 | フェーズドアレーアンテナ装置およびフェーズドアレーアンテナ装置における位相量演算方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3193064A JP2998317B2 (ja) | 1991-08-01 | 1991-08-01 | フェーズドアレーアンテナ装置およびフェーズドアレーアンテナ装置における位相量演算方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0537223A JPH0537223A (ja) | 1993-02-12 |
| JP2998317B2 true JP2998317B2 (ja) | 2000-01-11 |
Family
ID=16301603
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3193064A Expired - Lifetime JP2998317B2 (ja) | 1991-08-01 | 1991-08-01 | フェーズドアレーアンテナ装置およびフェーズドアレーアンテナ装置における位相量演算方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2998317B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07291305A (ja) * | 1994-04-20 | 1995-11-07 | Eiichi Suda | 複数連結型袋体 |
| KR100517954B1 (ko) * | 2002-11-27 | 2005-10-04 | 한국전자통신연구원 | 위상배열안테나의 정밀 위상제어 방법 |
| CN112928495B (zh) * | 2021-01-21 | 2022-09-20 | 南京理工大学 | 基于fpga的k位数字移相器高精度顺序馈相方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03165105A (ja) * | 1989-11-24 | 1991-07-17 | Tech Res & Dev Inst Of Japan Def Agency | 電子走査アンテナ |
-
1991
- 1991-08-01 JP JP3193064A patent/JP2998317B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0537223A (ja) | 1993-02-12 |
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