JP3007344B2 - 直交位相シーケンスによるフェイズドアレイ較正 - Google Patents
直交位相シーケンスによるフェイズドアレイ較正Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
- H01Q3/267—Phased-array testing or checking devices
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
- H01Q3/28—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the amplitude
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- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はフェイズドアレイアンテ
ナ、特にフェイズドアレイアンテナの較正方法に関す
る。
ナ、特にフェイズドアレイアンテナの較正方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】アレイアンテナは電磁信号の送信または
受信用のアンテナ素子のアレイを含んでいる。アンテナ
素子には１以上の信号が与えられ、その信号の振幅およ
び位相はビームを形成するために、即ち特定された方向
のアレイアンテナ信号を形成するために決定される。典
型的に各素子信号の相対的な振幅はビームを成形するの
に適切なレベルに設定された減衰器によって固定され、
素子に接続されている位相シフタは信号の位相を変化し
てビームを操縦するために調節される。
受信用のアンテナ素子のアレイを含んでいる。アンテナ
素子には１以上の信号が与えられ、その信号の振幅およ
び位相はビームを形成するために、即ち特定された方向
のアレイアンテナ信号を形成するために決定される。典
型的に各素子信号の相対的な振幅はビームを成形するの
に適切なレベルに設定された減衰器によって固定され、
素子に接続されている位相シフタは信号の位相を変化し
てビームを操縦するために調節される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ビームを正確に制御す
るため、各位相シフタの実際の位相応答特性が知られな
ければならない。しかしながら位相シフタの位相応答特
性は、製造上の不一致と、時間および温度の関数として
生じる種々の変化により避けることができないエラーと
変化を受ける。したがって各位相シフタの位相補正を行
うために較正が必要とされる。位相較正データが位相応
答エラーを補正するため操縦動作中に記憶され使用され
ることができる。
るため、各位相シフタの実際の位相応答特性が知られな
ければならない。しかしながら位相シフタの位相応答特
性は、製造上の不一致と、時間および温度の関数として
生じる種々の変化により避けることができないエラーと
変化を受ける。したがって各位相シフタの位相補正を行
うために較正が必要とされる。位相較正データが位相応
答エラーを補正するため操縦動作中に記憶され使用され
ることができる。
【０００４】素子に与えられる信号の振幅は素子に接続
されている減衰器によって調節される。減衰器もエラー
と変化を受ける。したがって各減衰器の減衰器較正デー
タを与えるために較正が必要とされる。減衰器較正デー
タが減衰器応答特性のエラーを補正するため操縦動作中
に記憶され使用されることができる。
されている減衰器によって調節される。減衰器もエラー
と変化を受ける。したがって各減衰器の減衰器較正デー
タを与えるために較正が必要とされる。減衰器較正デー
タが減衰器応答特性のエラーを補正するため操縦動作中
に記憶され使用されることができる。
【０００５】フェイズドアレイ較正に関する先の方法
は、他の素子に関する全ての位相値を通じて各アレイ素
子を走査し、各位相値でアレイアンテナ信号のパワーを
測定することに依存している。最大のパワーに対応する
測定された位相値は理想的な位相値と比較される。理想
的な位相値は位相エラーまたは変化がないときの最大パ
ワーに対応する位相値である。したがって最大パワーに
対応する測定された位相値と、理想的な位相値との差は
その素子の位相エラーまたは位相オフセットである。
は、他の素子に関する全ての位相値を通じて各アレイ素
子を走査し、各位相値でアレイアンテナ信号のパワーを
測定することに依存している。最大のパワーに対応する
測定された位相値は理想的な位相値と比較される。理想
的な位相値は位相エラーまたは変化がないときの最大パ
ワーに対応する位相値である。したがって最大パワーに
対応する測定された位相値と、理想的な位相値との差は
その素子の位相エラーまたは位相オフセットである。
【０００６】この処理手順はアレイの各素子で少なくと
も一度反復される。各素子の位相オフセットが決定され
た後、素子信号の位相はそれぞれの位相オフセットによ
り変化され、較正を行う。結果としてエラーは少なくと
も現在の状態では考慮される。全ての位相値を通じて各
素子を走査することに関する問題は、これは多数の測定
を必要とすることである。例えば位相値は０°から３６
０°の範囲内に入る。従って、各素子の位相設定が１°
の増分で量子化されたならば、３６０の位相値が走査さ
れなければならない。アレイが例えば１００の多数の素
子を有するならば、少なくとも３６００の測定がアレイ
を較正するために行われなければならず、正確性を改良
するため反復が必要とされる。全ての位相値を通じる各
素子の走査は雑音環境で次善のものであり、サービスに
対して潜在的に大きい妨害がある欠点を有する。
も一度反復される。各素子の位相オフセットが決定され
た後、素子信号の位相はそれぞれの位相オフセットによ
り変化され、較正を行う。結果としてエラーは少なくと
も現在の状態では考慮される。全ての位相値を通じて各
素子を走査することに関する問題は、これは多数の測定
を必要とすることである。例えば位相値は０°から３６
０°の範囲内に入る。従って、各素子の位相設定が１°
の増分で量子化されたならば、３６０の位相値が走査さ
れなければならない。アレイが例えば１００の多数の素
子を有するならば、少なくとも３６００の測定がアレイ
を較正するために行われなければならず、正確性を改良
するため反復が必要とされる。全ての位相値を通じる各
素子の走査は雑音環境で次善のものであり、サービスに
対して潜在的に大きい妨害がある欠点を有する。
【０００７】したがって、アレイアンテナの較正により
少数の測定を必要とする迅速でより効率的な方法の必要
性が高まっている。
少数の測定を必要とする迅速でより効率的な方法の必要
性が高まっている。
【０００８】本発明の目的は、アレイアンテナのための
直交位相較正方法を提供することである。
直交位相較正方法を提供することである。
【０００９】本発明の別の目的は、アレイアンテナのた
めの較正方法を提供することであり、この方法は直交位
相状態で行われたパワー測定に基づいて位相エラーを決
定する。
めの較正方法を提供することであり、この方法は直交位
相状態で行われたパワー測定に基づいて位相エラーを決
定する。
【００１０】本発明のさらに別の目的は、アレイアンテ
ナのための較正方法を提供することであり、この方法は
直交位相状態で行われたパワー測定に基づいて振幅エラ
ーを決定する。
ナのための較正方法を提供することであり、この方法は
直交位相状態で行われたパワー測定に基づいて振幅エラ
ーを決定する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前述の目的およびその他
の目的を実行するため、位相および振幅を有する信号を
持つアレイアンテナ素子を較正する方法が与えられる。
この方法は４つの直交位相状態によりアンテナ素子信号
の位相を逐次的に切換えることを含んでいる。各４つの
直交位相状態で、アレイアンテナ信号のパワーが測定さ
れる。アンテナ素子信号の位相エラーは、４つの直交位
相状態のそれぞれにおけるアレイアンテナ信号のパワー
の関数として決定される。その後、アンテナ素子信号の
位相は位相エラーによって調節される。
の目的を実行するため、位相および振幅を有する信号を
持つアレイアンテナ素子を較正する方法が与えられる。
この方法は４つの直交位相状態によりアンテナ素子信号
の位相を逐次的に切換えることを含んでいる。各４つの
直交位相状態で、アレイアンテナ信号のパワーが測定さ
れる。アンテナ素子信号の位相エラーは、４つの直交位
相状態のそれぞれにおけるアレイアンテナ信号のパワー
の関数として決定される。その後、アンテナ素子信号の
位相は位相エラーによって調節される。
【００１２】さらに、前述の目的およびその他の目的を
実行するため、複数のアンテナ素子が設けられているア
レイアンテナを較正する方法が与えられ、複数のアンテ
ナ素子はそれぞれアレイアンテナ信号を形成する位相お
よび振幅を備えた信号を有する。この方法は４つの直交
位相状態を通じて一度に１つ各アンテナ素子信号の位相
を逐次的に切換えることを含んでいる。各直交位相状態
で、アレイアンテナ信号のパワーが測定される。各アン
テナ素子信号の位相エラーがその後決定される。アンテ
ナ素子信号の位相エラーは４つの直交位相状態のそれぞ
れにおけるアレイアンテナ信号のパワーの関数である。
各アンテナ素子信号の位相はその後対応する位相エラー
によって調節される。
実行するため、複数のアンテナ素子が設けられているア
レイアンテナを較正する方法が与えられ、複数のアンテ
ナ素子はそれぞれアレイアンテナ信号を形成する位相お
よび振幅を備えた信号を有する。この方法は４つの直交
位相状態を通じて一度に１つ各アンテナ素子信号の位相
を逐次的に切換えることを含んでいる。各直交位相状態
で、アレイアンテナ信号のパワーが測定される。各アン
テナ素子信号の位相エラーがその後決定される。アンテ
ナ素子信号の位相エラーは４つの直交位相状態のそれぞ
れにおけるアレイアンテナ信号のパワーの関数である。
各アンテナ素子信号の位相はその後対応する位相エラー
によって調節される。
【００１３】さらに、前述の目的およびその他の目的を
実行するため、本発明はアレイアンテナシステムを提供
する。アレイアンテナシステムは複数のアンテナ素子が
設けられたアレイアンテナを含んでおり、複数のアンテ
ナ素子はそれぞれアレイアンテナ信号を形成する位相お
よび振幅を有する信号を有する。較正プロセッサは、４
つの直交位相状態を通じて一時に１つ各アンテナ素子信
号の位相を逐次的に切換え、各直交位相状態でアレイア
ンテナ信号のパワーを測定するためにアレイアンテナに
より動作可能である。較正プロセッサはさらに各アンテ
ナ素子信号の位相エラーを決定するために動作可能であ
る。アンテナ素子信号の位相エラーは各４つの直交位相
状態におけるアレイアンテナ信号のパワーの関数であ
る。較正プロセッサは対応する位相エラーによってさら
に各アンテナ素子信号の位相を調節するように動作可能
である。
実行するため、本発明はアレイアンテナシステムを提供
する。アレイアンテナシステムは複数のアンテナ素子が
設けられたアレイアンテナを含んでおり、複数のアンテ
ナ素子はそれぞれアレイアンテナ信号を形成する位相お
よび振幅を有する信号を有する。較正プロセッサは、４
つの直交位相状態を通じて一時に１つ各アンテナ素子信
号の位相を逐次的に切換え、各直交位相状態でアレイア
ンテナ信号のパワーを測定するためにアレイアンテナに
より動作可能である。較正プロセッサはさらに各アンテ
ナ素子信号の位相エラーを決定するために動作可能であ
る。アンテナ素子信号の位相エラーは各４つの直交位相
状態におけるアレイアンテナ信号のパワーの関数であ
る。較正プロセッサは対応する位相エラーによってさら
に各アンテナ素子信号の位相を調節するように動作可能
である。
【００１４】本発明の与えられた方法とシステムは、さ
らに４つの直交位相状態のそれぞれにおけるアレイアン
テナ信号のパワーの関数としてアンテナ素子信号の振幅
エラーを決定する。アンテナ素子信号の振幅はその後、
振幅エラーによって調節されることができる。
らに４つの直交位相状態のそれぞれにおけるアレイアン
テナ信号のパワーの関数としてアンテナ素子信号の振幅
エラーを決定する。アンテナ素子信号の振幅はその後、
振幅エラーによって調節されることができる。
【００１５】本発明で得られる利点は多数である。本発
明は、極値を検索するため全ての位相状態を通じて各素
子を走査する必要性をなくす。全ての可能な位相状態を
走査することとは反対に、４つの位相設定の使用によっ
て較正に必要な時間とアレイアンテナシステムにおける
潜在的な衝撃を減少する。４つの直交位相状態における
パワー測定はエラーの最大尤度評価のために適切な情報
を与える。このような評価は悪い環境で最適である。
明は、極値を検索するため全ての位相状態を通じて各素
子を走査する必要性をなくす。全ての可能な位相状態を
走査することとは反対に、４つの位相設定の使用によっ
て較正に必要な時間とアレイアンテナシステムにおける
潜在的な衝撃を減少する。４つの直交位相状態における
パワー測定はエラーの最大尤度評価のために適切な情報
を与える。このような評価は悪い環境で最適である。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明のこれらおよび他の特徴、
特性、実施形態は、以下の説明、特許請求の範囲、添付
図面を伴って良好に理解されるであろう。図１を参照す
ると、フェイズドアレイアンテナ10が示されている。フ
ェイズドアレイアンテナ10は複数のアンテナ素子12を含
んでいる。各アンテナ素子12は対応する位相シフタ14
と、対応する減衰器16に結合されている。各アンテナ素
子12は無線周波数（ＲＦ）信号等の電磁信号を送信およ
び受信することができる。
特性、実施形態は、以下の説明、特許請求の範囲、添付
図面を伴って良好に理解されるであろう。図１を参照す
ると、フェイズドアレイアンテナ10が示されている。フ
ェイズドアレイアンテナ10は複数のアンテナ素子12を含
んでいる。各アンテナ素子12は対応する位相シフタ14
と、対応する減衰器16に結合されている。各アンテナ素
子12は無線周波数（ＲＦ）信号等の電磁信号を送信およ
び受信することができる。
【００１７】送信モードでは、パワーソース18はそれぞ
れ減衰器16と位相シフタ14を通して、アレイアンテナ信
号を送信するために各アンテナ素子12へ信号を与える。
パワーソース18は単一の信号をアンテナ素子12へ与えら
れる信号に分割するためのスプリッタ（図示せず）を含
んでもよい。制御装置20は、アンテナ素子12へ与えられ
る信号の位相および振幅を変更する各位相シフタ14およ
び減衰器16と共に動作可能である。制御装置20は信号の
位相および振幅を設定し、特定の方向で所定の放射パタ
ーンを有する送信ビームを形成する。制御装置20はその
後、ビームを操縦し異なったビームを形成するために位
相と振幅を変更する。典型的に、各減衰器16はほぼ共通
のレベルに設定され、それによって各アンテナ素子12は
同等にパワーソース18によって駆動される。しかしなが
らこれらのレベルはビーム成形のために変更されてもよ
い。
れ減衰器16と位相シフタ14を通して、アレイアンテナ信
号を送信するために各アンテナ素子12へ信号を与える。
パワーソース18は単一の信号をアンテナ素子12へ与えら
れる信号に分割するためのスプリッタ（図示せず）を含
んでもよい。制御装置20は、アンテナ素子12へ与えられ
る信号の位相および振幅を変更する各位相シフタ14およ
び減衰器16と共に動作可能である。制御装置20は信号の
位相および振幅を設定し、特定の方向で所定の放射パタ
ーンを有する送信ビームを形成する。制御装置20はその
後、ビームを操縦し異なったビームを形成するために位
相と振幅を変更する。典型的に、各減衰器16はほぼ共通
のレベルに設定され、それによって各アンテナ素子12は
同等にパワーソース18によって駆動される。しかしなが
らこれらのレベルはビーム成形のために変更されてもよ
い。
【００１８】受信モードでは、アンテナ素子12はそれぞ
れの位相シフタ14と減衰器16を通じて外部ソースから受
信された信号をパワー負荷22へ与える。パワー負荷22は
受信された信号を１つの信号に結合する結合器（特に図
示せず）を含んでもよい。制御装置20は、アンテナ素子
12により受信される信号の位相および振幅を変更させる
各位相シフタ14および減衰器16を動作させることが可能
である。制御装置20は位相および振幅を設定して特定さ
れた方向の受信パターンを形成する。制御装置20はその
後、受信パターンを操縦し、異なった受信パターンを形
成するために位相と振幅を変更する。典型的に、各減衰
器16はほぼ共通のレベルに設定され、それによって各ア
ンテナ素子12は均等にパワー負荷22に供給する。しかし
ながらこれらのレベルはビーム成形のために変更されて
もよい。
れの位相シフタ14と減衰器16を通じて外部ソースから受
信された信号をパワー負荷22へ与える。パワー負荷22は
受信された信号を１つの信号に結合する結合器（特に図
示せず）を含んでもよい。制御装置20は、アンテナ素子
12により受信される信号の位相および振幅を変更させる
各位相シフタ14および減衰器16を動作させることが可能
である。制御装置20は位相および振幅を設定して特定さ
れた方向の受信パターンを形成する。制御装置20はその
後、受信パターンを操縦し、異なった受信パターンを形
成するために位相と振幅を変更する。典型的に、各減衰
器16はほぼ共通のレベルに設定され、それによって各ア
ンテナ素子12は均等にパワー負荷22に供給する。しかし
ながらこれらのレベルはビーム成形のために変更されて
もよい。
【００１９】図２を参照すると、フェイズドアレイアン
テナ30が示されている。フェイズドアレイアンテナ30は
Ｍ×Ｎアレイに整列された複数のアンテナ素子32を有す
る。各アンテナ素子32は複数の位相シフタ34と複数の減
衰器36に結合されている。各位相シフタ34はそれぞれの
減衰器36と直列に配置されている。それぞれ直列に配置
された位相シフタ34と減衰器36の対は、２つの直列に配
置された位相シフタおよび減衰器と並列に接続されてい
る。位相シフタ34と減衰器36の全ての対は１端部38でそ
れぞれのアンテナ素子32と接続されている。
テナ30が示されている。フェイズドアレイアンテナ30は
Ｍ×Ｎアレイに整列された複数のアンテナ素子32を有す
る。各アンテナ素子32は複数の位相シフタ34と複数の減
衰器36に結合されている。各位相シフタ34はそれぞれの
減衰器36と直列に配置されている。それぞれ直列に配置
された位相シフタ34と減衰器36の対は、２つの直列に配
置された位相シフタおよび減衰器と並列に接続されてい
る。位相シフタ34と減衰器36の全ての対は１端部38でそ
れぞれのアンテナ素子32と接続されている。
【００２０】アンテナ素子32には１以上の信号が与えら
れ、またはそれを受信し、信号の位相と振幅は特定方向
のビームを成形するために決定される。１例として図２
では、３つの信号が各アンテナ素子32へ与えられ、また
はそこから信号が受信される。各アンテナ素子32へ与え
られた信号は、それぞれ放射された信号のビームの所望
の方向によって示される位相シフトと減衰を有する３つ
の信号の合計である。したがって、フェイズドアレイア
ンテナ30は３つの異なったビームを有する。各アンテナ
素子32により受信された信号は３つの信号に分割され、
それぞれの信号は所望であるように位相シフトされ減衰
される。
れ、またはそれを受信し、信号の位相と振幅は特定方向
のビームを成形するために決定される。１例として図２
では、３つの信号が各アンテナ素子32へ与えられ、また
はそこから信号が受信される。各アンテナ素子32へ与え
られた信号は、それぞれ放射された信号のビームの所望
の方向によって示される位相シフトと減衰を有する３つ
の信号の合計である。したがって、フェイズドアレイア
ンテナ30は３つの異なったビームを有する。各アンテナ
素子32により受信された信号は３つの信号に分割され、
それぞれの信号は所望であるように位相シフトされ減衰
される。
【００２１】フェイズドアレイアンテナビームの正確な
指向方向は、位相および振幅の正確な制御を要するの
で、位相シフトと減衰器の電子装置の位相および利得に
関する正確な知識が必須である。しかしながら、背景技
術で説明したように、位相シフトと減衰器の電子装置の
パラメータは温度により変化し、時間の経過と共にドリ
フトする。したがって、フェイズドアレイアンテナの周
期的な較正は各アンテナ素子の位相および振幅補正を確
証するために必要である。
指向方向は、位相および振幅の正確な制御を要するの
で、位相シフトと減衰器の電子装置の位相および利得に
関する正確な知識が必須である。しかしながら、背景技
術で説明したように、位相シフトと減衰器の電子装置の
パラメータは温度により変化し、時間の経過と共にドリ
フトする。したがって、フェイズドアレイアンテナの周
期的な較正は各アンテナ素子の位相および振幅補正を確
証するために必要である。
【００２２】図３を参照すると、フローチャート40は複
数のアンテナ素子を有するアレイアンテナ10等のフェイ
ズドアレイアンテナを較正する本発明のプロセスを示し
ている。各アンテナ素子は位相および振幅を有する信号
を有する。アンテナ素子の信号はアレイアンテナ信号を
形成する。フローチャート40はブロック42で開始し、テ
ストビームを形成するために各アンテナ素子信号の位相
および振幅を設定する。アンテナ素子信号の位相値は典
型的に異なっている。しかしながら、実際の位相値にか
かわりなく、テストビーム位置の各アンテナ素子信号の
位相値は０°の位相状態とされる。テストビーム位置で
は、０°の位相状態が基準または公称の位相状態であ
る。
数のアンテナ素子を有するアレイアンテナ10等のフェイ
ズドアレイアンテナを較正する本発明のプロセスを示し
ている。各アンテナ素子は位相および振幅を有する信号
を有する。アンテナ素子の信号はアレイアンテナ信号を
形成する。フローチャート40はブロック42で開始し、テ
ストビームを形成するために各アンテナ素子信号の位相
および振幅を設定する。アンテナ素子信号の位相値は典
型的に異なっている。しかしながら、実際の位相値にか
かわりなく、テストビーム位置の各アンテナ素子信号の
位相値は０°の位相状態とされる。テストビーム位置で
は、０°の位相状態が基準または公称の位相状態であ
る。
【００２３】アンテナ素子信号の振幅は典型的に同一で
ある。したがってアンテナ素子に接続する減衰器はほぼ
共通のレベルに設定される。
ある。したがってアンテナ素子に接続する減衰器はほぼ
共通のレベルに設定される。
【００２４】続いて、ブロック44は４つの直交位相状態
を通じて１つのアンテナ素子信号の位相のシーケンスを
形成する。４つの直交位相状態は基準位相状態（０°）
と、基準位相状態に関して１８０°、９０°、２７０°
に対応する位相状態からなる。その他の全てのアンテナ
素子信号の位相および振幅は一定であり、１つのアンテ
ナ素子信号の位相がシーケンスされる。
を通じて１つのアンテナ素子信号の位相のシーケンスを
形成する。４つの直交位相状態は基準位相状態（０°）
と、基準位相状態に関して１８０°、９０°、２７０°
に対応する位相状態からなる。その他の全てのアンテナ
素子信号の位相および振幅は一定であり、１つのアンテ
ナ素子信号の位相がシーケンスされる。
【００２５】各４つの直交位相状態（０°、９０°、１
８０°、２７０°）のそれぞれにおいて、ブロック46は
アレイアンテナ信号のパワーを測定する。パワー測定Ｐ
0 、Ｐ180 、Ｐ90、Ｐ270 は位相状態φ0 、φ180 、φ
90、φ270 に対応する。ブロック48はその後ブロック46
により行われたパワー測定に基づいてアンテナ素子信号
の振幅エラーを決定する。ブロック50はブロック46で行
われたパワー測定に基づいてアンテナ素子信号に対する
振幅エラーを決定する。ブロック44と46は破線により示
されているように、受信されたパワーの多数の測定を統
合し、測定の信号対雑音比を改良するように反復される
ことができる。
８０°、２７０°）のそれぞれにおいて、ブロック46は
アレイアンテナ信号のパワーを測定する。パワー測定Ｐ
0 、Ｐ180 、Ｐ90、Ｐ270 は位相状態φ0 、φ180 、φ
90、φ270 に対応する。ブロック48はその後ブロック46
により行われたパワー測定に基づいてアンテナ素子信号
の振幅エラーを決定する。ブロック50はブロック46で行
われたパワー測定に基づいてアンテナ素子信号に対する
振幅エラーを決定する。ブロック44と46は破線により示
されているように、受信されたパワーの多数の測定を統
合し、測定の信号対雑音比を改良するように反復される
ことができる。
【００２６】決定ブロック52はその後、各アンテナ素子
が４つの直交位相状態を通じて循環された位相を有する
か否かを決定する。循環された位相をもたないならば、
プロセスはブロック44を反復し、異なったアンテナ素子
信号の位相を循環し、それによって、異なったアンテナ
素子信号の位相および振幅エラーが決定されることがで
きる。
が４つの直交位相状態を通じて循環された位相を有する
か否かを決定する。循環された位相をもたないならば、
プロセスはブロック44を反復し、異なったアンテナ素子
信号の位相を循環し、それによって、異なったアンテナ
素子信号の位相および振幅エラーが決定されることがで
きる。
【００２７】全てのアンテナ素子信号の位相および振幅
エラーが決定された後、ブロック54は対応する位相エラ
ーによって各アンテナ素子信号の位相を調節する。ブロ
ック56はその後、対応する振幅エラーによって各アンテ
ナ素子信号の振幅を調節する。前述の処理は、位相およ
び振幅較正エラーが許容可能なレベル内に集中するまで
反復される。
エラーが決定された後、ブロック54は対応する位相エラ
ーによって各アンテナ素子信号の位相を調節する。ブロ
ック56はその後、対応する振幅エラーによって各アンテ
ナ素子信号の振幅を調節する。前述の処理は、位相およ
び振幅較正エラーが許容可能なレベル内に集中するまで
反復される。
【００２８】図４を参照すると、受信アンテナ端末64に
より受信された較正信号62のパワーを測定する測定シス
テム60が示されている。示されている例では衛星に搭載
されているアレイアンテナ10は較正のために較正信号62
を端末64へ送信する。固定した局（端末64）におけるビ
ームの指向方向は、較正における方向の依存性が無視で
きる程度であることを仮定していることに留意すべきで
ある。パラメータが指向方向に感知性であるならば、多
数の受信局等の代わりのものが構成されなければならな
い。
より受信された較正信号62のパワーを測定する測定シス
テム60が示されている。示されている例では衛星に搭載
されているアレイアンテナ10は較正のために較正信号62
を端末64へ送信する。固定した局（端末64）におけるビ
ームの指向方向は、較正における方向の依存性が無視で
きる程度であることを仮定していることに留意すべきで
ある。パラメータが指向方向に感知性であるならば、多
数の受信局等の代わりのものが構成されなければならな
い。
【００２９】図３を参照して説明されたように、較正信
号62は各状態で行われるアレイアンテナ信号パワー測定
Ｐ0 、Ｐ180 、Ｐ90、Ｐ270 で、位相転移φ0 、
φ180 、φ90、φ270 のシーケンスを含んでいる。測定
システム60は端末64、狭帯域フィルタ66、それに後続す
るパワー検出器68からなる。パワー検出器68は好ましく
は直交位相検出器である。パワー検出器68への入力はＲ
Ｆパワーを有するＲＦ信号である。パワー検出器68から
の出力はＲＦパワーに比例する電圧である。
号62は各状態で行われるアレイアンテナ信号パワー測定
Ｐ0 、Ｐ180 、Ｐ90、Ｐ270 で、位相転移φ0 、
φ180 、φ90、φ270 のシーケンスを含んでいる。測定
システム60は端末64、狭帯域フィルタ66、それに後続す
るパワー検出器68からなる。パワー検出器68は好ましく
は直交位相検出器である。パワー検出器68への入力はＲ
Ｆパワーを有するＲＦ信号である。パワー検出器68から
の出力はＲＦパワーに比例する電圧である。
【００３０】アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器70がパ
ワー検出器68に後続する。Ａ／Ｄ変換器70はパワー検出
器68からの出力アナログ電圧を較正プロセッサ72により
受信されるようにデジタル信号へ変換する。較正プロセ
ッサ72はデジタル信号を処理し、それによって位相およ
び振幅エラーを決定して補正する。
ワー検出器68に後続する。Ａ／Ｄ変換器70はパワー検出
器68からの出力アナログ電圧を較正プロセッサ72により
受信されるようにデジタル信号へ変換する。較正プロセ
ッサ72はデジタル信号を処理し、それによって位相およ
び振幅エラーを決定して補正する。
【００３１】較正プロセッサ72は以下のような偏差にし
たがって補正データを決定する。アレイアンテナ10の全
てのアンテナ素子がほぼ均等に駆動されるものと仮定さ
れる。
たがって補正データを決定する。アレイアンテナ10の全
てのアンテナ素子がほぼ均等に駆動されるものと仮定さ
れる。
【００３２】アレイアンテナ10の全てのアンテナ素子12
がそれらの基準位相値に設定されているときのパワー検
出器68への入力で受信された電圧は次式のようになる。
がそれらの基準位相値に設定されているときのパワー検
出器68への入力で受信された電圧は次式のようになる。
【００３３】
【数３】 ここで、ωは送信された周波数であり、δm はその公称
値に関するｍ番目の素子の位相オフセットであり、ａm
はｍ番目の素子からのＲＦ電圧であり、ｎ（ｔ）はサン
プル間で相関されていない狭帯域幅の熱雑音である。
値に関するｍ番目の素子の位相オフセットであり、ａm
はｍ番目の素子からのＲＦ電圧であり、ｎ（ｔ）はサン
プル間で相関されていない狭帯域幅の熱雑音である。
【００３４】狭帯域幅の雑音は次式のようになる。
【００３５】ｎ（ｔ）＝ｎc （ｔ）ｃｏｓ ωｔ−ｎs
（ｔ）ｓｉｎ ωｔ ここで、ｎc （ｔ）とｎs （ｔ）はそれぞれ同位相と直
角位相の成分である。これらの成分は独立しており、ゼ
ロの平均値と、変数σ2 ＝Ｎ0 Ｂとを有する理想的な分
布のガウスプロセスであり、Ｎ0 ／２の雑音パワー密度
と、２Ｂのフィルタの帯域幅を有する。
（ｔ）ｓｉｎ ωｔ ここで、ｎc （ｔ）とｎs （ｔ）はそれぞれ同位相と直
角位相の成分である。これらの成分は独立しており、ゼ
ロの平均値と、変数σ2 ＝Ｎ0 Ｂとを有する理想的な分
布のガウスプロセスであり、Ｎ0 ／２の雑音パワー密度
と、２Ｂのフィルタの帯域幅を有する。
【００３６】位相θをｋ番目の素子に導入すると、パワ
ー検出器68への入力において次式が得られる。
ー検出器68への入力において次式が得られる。
【００３７】
【数４】 パワー検出器68からの出力はその入力のエンベロープの
平方である。
平方である。
【００３８】 ｑ＝（Ａc ＋ｖc ＋ｎc ）2 ＋（Ａs ＋ｖs ＋ｎs ）2 （３） ここで、
【数５】 パワー検出器68の出力は時間間隔Ｔs ＞＞１／Ｂでサン
プルされ、それによってサンプルは相関されない。パワ
ー検出器68のサンプルされた出力は、 ｑl ＝（Ａc ＋ｖc ＋ｎcl）2 ＋（Ａs ＋ｖs ＋ｎsl）2 （４） ここで、ｎclとｎslは前述したようにガウス変数であ
る。
プルされ、それによってサンプルは相関されない。パワ
ー検出器68のサンプルされた出力は、 ｑl ＝（Ａc ＋ｖc ＋ｎcl）2 ＋（Ａs ＋ｖs ＋ｎsl）2 （４） ここで、ｎclとｎslは前述したようにガウス変数であ
る。
【００３９】各アンテナ素子では、統計量ｑl は２度の
自由度と密度を有する中心ではないｘ2 ランダム変数で
ある。
自由度と密度を有する中心ではないｘ2 ランダム変数で
ある。
【００４０】
【数６】 式（５）のＩ0 （・）は第１の種類のゼロ次の変形され
たベッセル関数を示している。中心ではないパラメータ
（λ）は、 λ＝（Ａc ＋ｖc ）2 ＋（Ａs ＋ｖs ）2 （６） 統計量ｑl の平均値（μ）と変数（σ2 q ）は、 μ＝Ｅ｛ｑl ｝＝λ＋２σ2 （７） σ2 q ＝Ｖａｒ｛ｑl ｝＝４σ2 λ＋４σ4 （８） パワー検出器の出力のＬサンプルが統計量を形成するた
め平均化されると仮定する。
たベッセル関数を示している。中心ではないパラメータ
（λ）は、 λ＝（Ａc ＋ｖc ）2 ＋（Ａs ＋ｖs ）2 （６） 統計量ｑl の平均値（μ）と変数（σ2 q ）は、 μ＝Ｅ｛ｑl ｝＝λ＋２σ2 （７） σ2 q ＝Ｖａｒ｛ｑl ｝＝４σ2 λ＋４σ4 （８） パワー検出器の出力のＬサンプルが統計量を形成するた
め平均化されると仮定する。
【００４１】
【数７】 ｑのサンプルｑl は独立している。統計量／ｑは、中心
ではないパラメータの２Ｌ度の自由度を有する中心では
ないｘ2 ランダム変数である。
ではないパラメータの２Ｌ度の自由度を有する中心では
ないｘ2 ランダム変数である。
【００４２】
【数８】 密度は、
【数９】 平均値は、 ／μ＝Ｅ｛／ｑ｝＝μ＝Ｅ｛ｑ｝＝λ＋２σ2 （１２） 変数は、 ／σ2 ＝Ｖａｒ｛／ｑ｝＝（４σ2 λ＋４σ4 ）／Ｌ （１３） 漸近的に実効的であるので、統計量／ｑはμのバイアス
されていない評価である。
されていない評価である。
【００４３】
【数１０】 ｘ2 分布は大きい程度の自由度の平均値についてほぼガ
ウスであるので、直観的な傾向は位相変数σk と振幅変
数ａk の最尤法を選択することである。最大値の尤度関
数（１１）を解いてもよい。しかしながらこれらの評価
は差ｑ270 −ｑ90とｑ0 −ｑ180 の考察から自然に展開
され、これらはバイアスされていない評価である。
ウスであるので、直観的な傾向は位相変数σk と振幅変
数ａk の最尤法を選択することである。最大値の尤度関
数（１１）を解いてもよい。しかしながらこれらの評価
は差ｑ270 −ｑ90とｑ0 −ｑ180 の考察から自然に展開
され、これらはバイアスされていない評価である。
【００４４】
【数１１】 素子指数ｋは統計量／ｑに対して理解され、アレイアン
テナ信号パワーは各素子の各位相設定に対して測定され
ることに留意すべきである。ｋ番目の素子の位相のみが
変化しているので、他の素子電圧の合計は基準値を形成
し、即ちＡs は約０であり（Ａc ＞＞Ａs であるように
σm は小さいものと仮定する）、次式を与える。
テナ信号パワーは各素子の各位相設定に対して測定され
ることに留意すべきである。ｋ番目の素子の位相のみが
変化しているので、他の素子電圧の合計は基準値を形成
し、即ちＡs は約０であり（Ａc ＞＞Ａs であるように
σm は小さいものと仮定する）、次式を与える。
【００４５】
【数１２】 位相［σk ］と振幅［ａk ］の変数の評価は次式のよう
になる。
になる。
【００４６】
【数１３】 これらの評価の偏差は容易に１次微分方程式から得られ
る。
る。
【００４７】
【数１４】 素子はほぼ同等に駆動されるので、全てのｍに対しては
ａm はほぼａk であり、Ａc はほぼ（Ｍ−１）ａk であ
る。近似Ａs がほぼ０であることはエラーを与える。
ａm はほぼａk であり、Ａc はほぼ（Ｍ−１）ａk であ
る。近似Ａs がほぼ０であることはエラーを与える。
【００４８】
【数１５】 ここでＰk ＝ａ2 k ／２はｋ番目の素子のパワーを示し
ている。
ている。
【００４９】式（２３）からの位相エラー評価［σb ］
の偏差が図５に示されており、２°の正確度は１素子当
たり約１３ｄＢの信号対雑音比で約１２回の反復を必要
とすることを示している。
の偏差が図５に示されており、２°の正確度は１素子当
たり約１３ｄＢの信号対雑音比で約１２回の反復を必要
とすることを示している。
【００５０】ｋ番目の素子以外の全ての素子の残留する
位相が式（１７）、（１８）とその後の解析で無視され
るので、σk とａk の評価は他の素子の集合に関連す
る。この基準はテストされる素子に応じて変化すること
に留意する。アレイ全体の較正後にのみ素子の補正を更
新することに注意しなければならない。
位相が式（１７）、（１８）とその後の解析で無視され
るので、σk とａk の評価は他の素子の集合に関連す
る。この基準はテストされる素子に応じて変化すること
に留意する。アレイ全体の較正後にのみ素子の補正を更
新することに注意しなければならない。
【００５１】式（１９）と（２０）の位相および振幅の
評価装置の偏差は素子信号の完璧な振幅および位相制御
を仮定している。この信号の同位相成分と直角位相成分
は式（３）にしたがってｖc （θ）とｖs （θ）により
示された。実際の位相シフタは０°、９０°、１８０
°、２７０°の正確な位相設定を与えず、真の減衰器は
振幅ａk の正確な制御を許容しない。しかしながら設定
のエラーは決定的であり、測定されることができる。ｋ
番目の素子の位相設定をθm ＝ｍπ／２により示し、ｍ
＝０，１，２，３であり、対応する信号素子ｖc ＝ａkm
ｃｏｓ（θm ＋ξkm＋σk ）とｖs ＝ａkm ｓｉｎ
（θm ＋ξkm＋σk ）を有し、振幅ａkmと位相オフセッ
トξkmを有し、これは不完全および振幅エラーを含んで
いる。式（１７）と（１８）につながる同一の以下の理
論的解釈は次式を与える。
評価装置の偏差は素子信号の完璧な振幅および位相制御
を仮定している。この信号の同位相成分と直角位相成分
は式（３）にしたがってｖc （θ）とｖs （θ）により
示された。実際の位相シフタは０°、９０°、１８０
°、２７０°の正確な位相設定を与えず、真の減衰器は
振幅ａk の正確な制御を許容しない。しかしながら設定
のエラーは決定的であり、測定されることができる。ｋ
番目の素子の位相設定をθm ＝ｍπ／２により示し、ｍ
＝０，１，２，３であり、対応する信号素子ｖc ＝ａkm
ｃｏｓ（θm ＋ξkm＋σk ）とｖs ＝ａkm ｓｉｎ
（θm ＋ξkm＋σk ）を有し、振幅ａkmと位相オフセッ
トξkmを有し、これは不完全および振幅エラーを含んで
いる。式（１７）と（１８）につながる同一の以下の理
論的解釈は次式を与える。
【００５２】
【数１６】 ここで、
【数１７】 θm ＝２７０°とθn ＝９０°における式（２４）の評
価は次式のようになる。
価は次式のようになる。
【数１８】 θm ＝０°とθn ＝１８０°に対しては同様に、
【数１９】 素子を示している下付文字ｋは、式（２５）、（２６）
で振幅および位相変化と、パワー測定／ｑで省略されて
おり、それはこの依存性が理解されているからである。
これらの式は以下のように書かれる。
で振幅および位相変化と、パワー測定／ｑで省略されて
おり、それはこの依存性が理解されているからである。
これらの式は以下のように書かれる。
【００５３】
【数２０】 ここで、
【数２１】 さらに、
【数２２】 式（２７）は評価を得るためσk について容易に解くこ
とができる。
とができる。
【００５４】
【数２３】 ここで振幅ａm と位相オフセットξm は測定から得られ
た値である。式（２７）にしたがった振幅評価の線形の
等式の解は次式のようになる。
た値である。式（２７）にしたがった振幅評価の線形の
等式の解は次式のようになる。
【００５５】
【数２４】 係数Ｃ11、Ｃ12、Ｃ21、Ｃ22、ＡC 、ＡS が位相および
振幅変数に依存するので、位相および振幅変数の推定量
（２８）、（２９）は閉じた形の式ではないことが強調
されなければならない。評価値は以下説明する反復処理
により解かれなければならない。さらに、各素子の４つ
の位相設定でアレイアンテナ信号パワー測定／ｑが存在
するので、４Ｍデータ測定が存在することを観察する。
推定量［δk ］、［ａkm］は１組の５Ｍ変数を構成する
ので、（２８）と（２９）により与えられる推定量の式
は左右される。この問題は最初の振幅評価の式（２０）
を使用することによって回避される。式（１９）は位相
エラーの反復に使用される式（２７）と（２８）により
最初の位相エラー評価に使用されることができる。
振幅変数に依存するので、位相および振幅変数の推定量
（２８）、（２９）は閉じた形の式ではないことが強調
されなければならない。評価値は以下説明する反復処理
により解かれなければならない。さらに、各素子の４つ
の位相設定でアレイアンテナ信号パワー測定／ｑが存在
するので、４Ｍデータ測定が存在することを観察する。
推定量［δk ］、［ａkm］は１組の５Ｍ変数を構成する
ので、（２８）と（２９）により与えられる推定量の式
は左右される。この問題は最初の振幅評価の式（２０）
を使用することによって回避される。式（１９）は位相
エラーの反復に使用される式（２７）と（２８）により
最初の位相エラー評価に使用されることができる。
【００５６】式（２７）〜（２９）の結果を確証するた
め、これらの一般化は小さいまたは無視できる程度のエ
ラーを想定して先の式（１９）と（２０）に簡単化され
るべきである。先の部分のように式（２４）の簡潔化
が、ＡS が約０である仮定で行われる。
め、これらの一般化は小さいまたは無視できる程度のエ
ラーを想定して先の式（１９）と（２０）に簡単化され
るべきである。先の部分のように式（２４）の簡潔化
が、ＡS が約０である仮定で行われる。
【００５７】
【数２５】 位相の変数をａkm−ａkn＝εmnと書き、θn ＝θm ＋π
とし、１次よりも高い項、即ちε2 、εｃｏｓξ、εｓ
ｉｎξを無視すると、次式が得られる。
とし、１次よりも高い項、即ちε2 、εｃｏｓξ、εｓ
ｉｎξを無視すると、次式が得られる。
【００５８】
【数２６】 θ＝θ0 ＝０またはθ＝θπ/2＝π／２では、式（１
７）と（１８）に類似の結果が以下の式であり、
７）と（１８）に類似の結果が以下の式であり、
【数２７】 ξは約ξm と約ξn である公称上の位相であり、ａk は
公称上の振幅であり、ｓｉｎξm は約０であり、ｓｉｎ
ξn は約０である。この簡潔化は各素子の欠点が種々の
位相設定にわたって均一であることの想定に等しい。こ
の想定により、式（２７）と（２８）からの推定量は次
式に換算される。
公称上の振幅であり、ｓｉｎξm は約０であり、ｓｉｎ
ξn は約０である。この簡潔化は各素子の欠点が種々の
位相設定にわたって均一であることの想定に等しい。こ
の想定により、式（２７）と（２８）からの推定量は次
式に換算される。
【００５９】
【数２８】 位相と振幅制御において不完全さを含んでいるこれらの
結果（３４）と（３５）はエラーがないとき即ちε＝０
とξ＝０であるとき、式（１９）と（２０）で与えられ
る正確な制御の結果に換算されることが容易に認められ
る。
結果（３４）と（３５）はエラーがないとき即ちε＝０
とξ＝０であるとき、式（１９）と（２０）で与えられ
る正確な制御の結果に換算されることが容易に認められ
る。
【００６０】図４で説明したようなパワー測定システム
を使用して、式（９）により説明されたように受信され
たパワー／ｑkmの測定は各素子ｋ＝１，２，…，Ｍの各
位相設定θm ＝ｍπ／２で実行される。このデータは各
素子の位相エラー［σk ］と振幅エラ−［ａk ］の評価
値を解くことに使用される。これらのパラメータの式
（２８）と（２９）は閉じた形ではなく容易に解くこと
が可能であるので、反復処理が適用される。この処理を
以下説明する。
を使用して、式（９）により説明されたように受信され
たパワー／ｑkmの測定は各素子ｋ＝１，２，…，Ｍの各
位相設定θm ＝ｍπ／２で実行される。このデータは各
素子の位相エラー［σk ］と振幅エラ−［ａk ］の評価
値を解くことに使用される。これらのパラメータの式
（２８）と（２９）は閉じた形ではなく容易に解くこと
が可能であるので、反復処理が適用される。この処理を
以下説明する。
【００６１】（１）各素子のパワー測定／ｑkmと式（１
９）を使用して、最初の位相エラー評価値を計算する。
９）を使用して、最初の位相エラー評価値を計算する。
【００６２】
【数２９】 （２）各素子に対して、位相オフセットξkmと、最初の
振幅評価値の理想値に［ａk ］＝１の既知の値を使用
し、式（２４）にしたがった式から各素子の信号合計の
最初の値を生成する。
振幅評価値の理想値に［ａk ］＝１の既知の値を使用
し、式（２４）にしたがった式から各素子の信号合計の
最初の値を生成する。
【００６３】
【数３０】 （３）式（２０）を使用して振幅評価を計算する。
【００６４】
【数３１】 （４）各素子において、信号合計の次の値を生成する。
【００６５】
【数３２】 （５）振幅を評価値［ａk ］に設定してステップ（４）
から位相オフセットξkmと最後の振幅合計値
Ａc,k (i) 、Ａs,k (i) を使用して式（２７）から係数
値を計算する。
から位相オフセットξkmと最後の振幅合計値
Ａc,k (i) 、Ａs,k (i) を使用して式（２７）から係数
値を計算する。
【００６６】
【数３３】 （６）各素子において、振幅を評価値［ａk ］に設定し
て式（２８）から位相エラーの次の評価値を計算する。
て式（２８）から位相エラーの次の評価値を計算する。
【００６７】
【数３４】 （７）更新された評価値［σk ］が先の評価値σk
(i-1) のコンバージェンス限定内ではないならば、ステ
ップ（４）から反復を継続し、そうでなければ所定の値
で終了する。この処理はアークタンジェントの偏差が１
よりも小さいので集中する。さらに、アレイと電子装置
に小さい変化があることが予測されるのでプロセスはす
ぐに収斂しなければならない。しかしながら計算上の正
確性はコンバージェンスに影響を及ぼすので注意するこ
とを助言する。
(i-1) のコンバージェンス限定内ではないならば、ステ
ップ（４）から反復を継続し、そうでなければ所定の値
で終了する。この処理はアークタンジェントの偏差が１
よりも小さいので集中する。さらに、アレイと電子装置
に小さい変化があることが予測されるのでプロセスはす
ぐに収斂しなければならない。しかしながら計算上の正
確性はコンバージェンスに影響を及ぼすので注意するこ
とを助言する。
【００６８】図６のａ〜ｄは信号対雑音比の種々の値と
サンプル数のコンバージェンスのレートを示している。
プロセスのコンバージェンスが合理的な性能を表示して
いることが認められる。
サンプル数のコンバージェンスのレートを示している。
プロセスのコンバージェンスが合理的な性能を表示して
いることが認められる。
【００６９】式（３４）と（３５）の位相エラー
［σk ］と、振幅エラー［ａk ］は電子装置に帰するエ
ラーだけでなく、アンテナプラットフォームの姿勢制御
または指向により誘発するエラーを含んでいる。
［σk ］と、振幅エラー［ａk ］は電子装置に帰するエ
ラーだけでなく、アンテナプラットフォームの姿勢制御
または指向により誘発するエラーを含んでいる。
【００７０】
【数３５】 γ＝ｓｉｎθ ｃｏｓφ−ｓｉｎθ0 ｃｏｓφ0 とｘ
＝ｓｉｎθ ｓｉｎφ−ｓｉｎθ0 ｓｉｎφ0 である
アンテナのアレイ係数の試験は、全ての素子の位相に影
響を与える位相エラーが同等にアンテナアレイの方向性
に影響を与えないことを明らかにしている。さらに、相
関回数が較正回数よりも大きいランダムエラーと較正期
間にわたって不変である体系的エラーは重要ではない。
しかしながら較正に影響を及ぼすのに十分短い期間の体
系的およびランダム指向エラーは、これらが個々の素子
に相違して影響を与えるならば、処理されなければなら
ない。幾らか体系的エラーまたはランダムエラーの手段
が決定されることができると、これらは測定されたエラ
ー［σk ］と［ａk ］から排除され、補正された評価値
〜σk と〜ａk を与える。評価されることができない残
りの指向エラーは較正プロセスの反復により解決されな
ければならない。
＝ｓｉｎθ ｓｉｎφ−ｓｉｎθ0 ｓｉｎφ0 である
アンテナのアレイ係数の試験は、全ての素子の位相に影
響を与える位相エラーが同等にアンテナアレイの方向性
に影響を与えないことを明らかにしている。さらに、相
関回数が較正回数よりも大きいランダムエラーと較正期
間にわたって不変である体系的エラーは重要ではない。
しかしながら較正に影響を及ぼすのに十分短い期間の体
系的およびランダム指向エラーは、これらが個々の素子
に相違して影響を与えるならば、処理されなければなら
ない。幾らか体系的エラーまたはランダムエラーの手段
が決定されることができると、これらは測定されたエラ
ー［σk ］と［ａk ］から排除され、補正された評価値
〜σk と〜ａk を与える。評価されることができない残
りの指向エラーは較正プロセスの反復により解決されな
ければならない。
【００７１】所定の較正測定では、アレイアンテナビー
ムは先に決定した位相の補正Ｃσと振幅の補正Ｃa を使
用して指向される。位相および振幅エラーの補正された
評価値〜σk と〜ａk が与えられると、位相の補正Ｃ'
σと振幅の補正Ｃ' a は次式により先の補正から繰り返
し計算されてもよい。
ムは先に決定した位相の補正Ｃσと振幅の補正Ｃa を使
用して指向される。位相および振幅エラーの補正された
評価値〜σk と〜ａk が与えられると、位相の補正Ｃ'
σと振幅の補正Ｃ' a は次式により先の補正から繰り返
し計算されてもよい。
【００７２】
【数３６】 図７と８を参照すると、本発明の較正方法は通信衛星80
上のアレイアンテナ10を含む１例によって示されるよう
に簡単である。較正は減少されたまたは異例の動作に応
答する診断測定、或いは衛星動作の周期的要素として行
われてもよい。図７は送信（順方向リンク）用のシステ
ム接続を示している。以下、送信較正動作の基本的シー
ケンスについて要約する。
上のアレイアンテナ10を含む１例によって示されるよう
に簡単である。較正は減少されたまたは異例の動作に応
答する診断測定、或いは衛星動作の周期的要素として行
われてもよい。図７は送信（順方向リンク）用のシステ
ム接続を示している。以下、送信較正動作の基本的シー
ケンスについて要約する。
【００７３】第１に、地上アンテナ端末82はユーザサー
ビスから順方向のビームを取り、地上の性能テスト装置
（ＰＴＥ）端末84にそれを指向し、順方向リンクによっ
て較正信号86を送信することによって較正の準備を行
う。較正信号は先に説明した正弦波である。
ビスから順方向のビームを取り、地上の性能テスト装置
（ＰＴＥ）端末84にそれを指向し、順方向リンクによっ
て較正信号86を送信することによって較正の準備を行
う。較正信号は先に説明した正弦波である。
【００７４】第２に、ＰＴＥ端末84はそれに匹敵するユ
ーザ受信機（帰還）ビームを衛星80へ指向することによ
って較正の準備を行う。チャンネル自動利得制御装置
（ＡＧＣ）は固定した値（ディスエーブル）に設定され
る。
ーザ受信機（帰還）ビームを衛星80へ指向することによ
って較正の準備を行う。チャンネル自動利得制御装置
（ＡＧＣ）は固定した値（ディスエーブル）に設定され
る。
【００７５】次に、較正プロセッサ72は地上アンテナ端
末82により較正命令88をアレイアンテナ10へ送る。較正
命令88を受信したとき、アレイアンテナ10のＡＳＩＣは
４つの直交位相状態を通じて各アンテナ素子12の位相の
シーケンスを形成する。較正プロセッサ72が較正シーケ
ンスの開始において較正同期パルスを検出したとき、較
正プロセッサは衛星80からの検出された較正信号86のサ
ンプリングを開始しサンプルを記録する。
末82により較正命令88をアレイアンテナ10へ送る。較正
命令88を受信したとき、アレイアンテナ10のＡＳＩＣは
４つの直交位相状態を通じて各アンテナ素子12の位相の
シーケンスを形成する。較正プロセッサ72が較正シーケ
ンスの開始において較正同期パルスを検出したとき、較
正プロセッサは衛星80からの検出された較正信号86のサ
ンプリングを開始しサンプルを記録する。
【００７６】好ましくは、較正同期パルスは奇数の番号
のアンテナ素子の位相を１８０°切換え較正信号ゼロを
発生することによって生成される。全てのアンテナ素子
が０°の基準位相状態にある滞留時間がゼロに後続す
る。
のアンテナ素子の位相を１８０°切換え較正信号ゼロを
発生することによって生成される。全てのアンテナ素子
が０°の基準位相状態にある滞留時間がゼロに後続す
る。
【００７７】個々のアンテナ素子の位相シーケンスは０
°の基準位相状態から１８０°の位相状態までの個々の
アンテナ素子信号の位相シーケンスで開始される。１８
０°の位相状態は同期時間の間保持され、それによって
アンテナ素子送信の開始をマークし、較正信号86の明確
な同期とパワー測定Ｐ180 を与える。この後に、実行さ
れた較正信号86の対応するパワー測定Ｐ90、Ｐ270 、Ｐ
0 の状態φ90、φ270、φ0 間で９０°、２７０°、０
°によりアンテナ素子の位相を切換えが行われる。
°の基準位相状態から１８０°の位相状態までの個々の
アンテナ素子信号の位相シーケンスで開始される。１８
０°の位相状態は同期時間の間保持され、それによって
アンテナ素子送信の開始をマークし、較正信号86の明確
な同期とパワー測定Ｐ180 を与える。この後に、実行さ
れた較正信号86の対応するパワー測定Ｐ90、Ｐ270 、Ｐ
0 の状態φ90、φ270、φ0 間で９０°、２７０°、０
°によりアンテナ素子の位相を切換えが行われる。
【００７８】較正プロセッサ72は続いて式（３４）と
（３５）を使用してアンテナ素子信号の位相と振幅エラ
ーを評価するために記録されたサンプルを処理する。こ
れらの値はエラーを指摘するために補正され、アレイ素
子の位相と振幅補正係数（３７）と（３８）を調節する
ために使用する可能性があるため記憶される。この較正
処理は位相と振幅エラーが許容可能な制限内に集中する
まで反復される。
（３５）を使用してアンテナ素子信号の位相と振幅エラ
ーを評価するために記録されたサンプルを処理する。こ
れらの値はエラーを指摘するために補正され、アレイ素
子の位相と振幅補正係数（３７）と（３８）を調節する
ために使用する可能性があるため記憶される。この較正
処理は位相と振幅エラーが許容可能な制限内に集中する
まで反復される。
【００７９】図８は受信（帰還リンク）較正用のシステ
ム接続を示している。以下、受信較正用の動作の基本的
シーケンスについて要約する。第１に、地上アンテナ端
末82はユーザサービスから１つのビームを取り、地上の
ＰＴＥ端末84にそれを指向することによって較正の準備
を行う。チャンネルＡＧＣは固定した値（ディスエーブ
ル）に設定される。第２に、ＰＴＥ端末84はそれに匹敵
するユーザ送信（順方向）ビームを衛星80へ指向するこ
とによって較正の準備を行い、順方向リンクを経て較正
信号90を送信する。
ム接続を示している。以下、受信較正用の動作の基本的
シーケンスについて要約する。第１に、地上アンテナ端
末82はユーザサービスから１つのビームを取り、地上の
ＰＴＥ端末84にそれを指向することによって較正の準備
を行う。チャンネルＡＧＣは固定した値（ディスエーブ
ル）に設定される。第２に、ＰＴＥ端末84はそれに匹敵
するユーザ送信（順方向）ビームを衛星80へ指向するこ
とによって較正の準備を行い、順方向リンクを経て較正
信号90を送信する。
【００８０】次に、較正プロセッサ72は地上アンテナ端
末82により較正命令92をアレイアンテナ10へ送る。較正
命令92を受信したとき、アレイアンテナ10のＡＳＩＣは
４つの直交位相状態を通じて各アンテナ素子12の位相の
シーケンスを形成する。較正プロセッサ72が較正シーケ
ンスの開始ときに較正同期パルスを検出したとき、較正
プロセッサは衛星80からの検出された較正信号90のサン
プリングを開始しサンプルを記録する。
末82により較正命令92をアレイアンテナ10へ送る。較正
命令92を受信したとき、アレイアンテナ10のＡＳＩＣは
４つの直交位相状態を通じて各アンテナ素子12の位相の
シーケンスを形成する。較正プロセッサ72が較正シーケ
ンスの開始ときに較正同期パルスを検出したとき、較正
プロセッサは衛星80からの検出された較正信号90のサン
プリングを開始しサンプルを記録する。
【００８１】次に較正プロセッサ72は式（３４）と（３
５）を使用してアンテナ素子信号の位相および振幅エラ
ーを評価するため記録されたサンプルを処理する。これ
らの値は、前述したようにエラーを指摘するために補正
され、エラーが許容可能な制限内に集中するまで反復さ
れる。
５）を使用してアンテナ素子信号の位相および振幅エラ
ーを評価するため記録されたサンプルを処理する。これ
らの値は、前述したようにエラーを指摘するために補正
され、エラーが許容可能な制限内に集中するまで反復さ
れる。
【００８２】本発明の直交位相変更方法はフェイズドア
レイアンテナ技術を必要とするあらゆる分野に対して応
用される。これは通信リンク、軍事または商業を含み、
１以上の高利得の無線周波数ビームの急速な走査を必要
とする。これらの応用は周期的な較正を必要とするアレ
イアンテナに依存する。
レイアンテナ技術を必要とするあらゆる分野に対して応
用される。これは通信リンク、軍事または商業を含み、
１以上の高利得の無線周波数ビームの急速な走査を必要
とする。これらの応用は周期的な較正を必要とするアレ
イアンテナに依存する。
【００８３】本発明は、当業者に明白な多数の変更、変
形、変化を含む広範囲の異なった構造で使用されてもよ
いことに留意すべきである。したがって、本発明は全て
のこのような変更、変形、変化を特許請求の範囲内に含
むことを意図している。
形、変化を含む広範囲の異なった構造で使用されてもよ
いことに留意すべきである。したがって、本発明は全て
のこのような変更、変形、変化を特許請求の範囲内に含
むことを意図している。
【図１】本発明で使用するためのビームアレイアンテナ
の概略ブロック図。
の概略ブロック図。
【図２】本発明で使用するための多ビームアレイアンテ
ナの概略ブロック図。
ナの概略ブロック図。
【図３】本発明にしたがったアレイアンテナ較正方法の
動作を表しているフローチャート。
動作を表しているフローチャート。
【図４】本発明の較正方法で使用するためのアレイアン
テナ信号パワー測定システムのブロック図。
テナ信号パワー測定システムのブロック図。
【図５】位相補正の標準的な偏差のグラフ。
【図６】本発明の較正方法の評価プロセスのコンバージ
ェンスの説明図。
ェンスの説明図。
【図７】衛星ベースアレイにより較正を送信するための
アレイアンテナシステムの接続を示すブロック図。
アレイアンテナシステムの接続を示すブロック図。
【図８】衛星ベースアレイにより較正を受信するための
アレイアンテナシステムの接続を示すブロック図。
アレイアンテナシステムの接続を示すブロック図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ビクター・エス・ラインハード アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90275、ランチョ・パロス・ベルデス、 エルムブリッジ・ドライブ 27551 (72)発明者 クリントン・チャン アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91709、チノ・ヒルズ、ル・パルク・ナ ンバー 73、13115 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01Q 3/26 - 3/42
Claims (10)
- 【請求項１】 アレイアンテナ信号を形成する位相およ
び振幅を有する信号をそれぞれ有する複数のアンテナ素
子が設けられているアレイアンテナを較正する方法にお
いて、 ４つの直交位相状態を通じて一時に１つ各アンテナ素子
信号の位相を逐次的に切換え、 各直交位相状態で、アレイアンテナ信号のパワーを測定
し、 各アンテナ素子信号の位相エラーを決定し、アンテナ素
子信号の位相エラーは４つの直交位相状態のそれぞれに
おけるアレイアンテナ信号のパワーの関数であり、 対応する位相エラーにより各アンテナ素子信号の位相を
調節するステップを有することを特徴とするアレイアン
テナの構成方法。 - 【請求項２】 アンテナ素子信号の位相エラーは次式に
より決定され、 【数１】 ここで、［σk ］はアンテナ素子信号の位相エラーであ
り、 ／ｑ0 、／ｑ90、／ｑ180 、／ｑ270 は４つの直交位相
状態のそれぞれにおけるアレイアンテナ信号のパワーで
ある請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 アンテナ素子信号に対する少なくとも１
つの更新された位相エラーが決定され、１つの更新され
た位相エラーが許容可能なレベル内に収斂するまでアン
テナ素子信号の位相が調節される請求項１記載の方法。 - 【請求項４】 各アンテナ素子信号の振幅エラーを決定
し、アンテナ素子信号の振幅エラーは４つの直交位相状
態のアレイアンテナ信号のそれぞれのパワーの関数であ
り、 対応する振幅エラーにより各アンテナ素子信号の振幅を
調節するステップをさらに有する請求項１記載の方法。 - 【請求項５】 アンテナ素子信号の振幅エラーは次式に
より決定され、 【数２】 ここで、［ａk ］はアンテナ素子信号の振幅エラーであ
り、 ／ｑ270 、／ｑ90、／ｑ0 、／ｑ180 、は各４つの直交
位相状態のアレイアンテナ信号のパワーであり、 Ａc はこれらの信号の位相エラーにより発生したアレイ
アンテナのアンテナ素子のその他の全ての信号のパワー
である請求項４記載の方法。 - 【請求項６】 アレイアンテナ信号を形成する位相と振
幅を有する信号をそれぞれ有する複数のアンテナ素子が
設けられているアレイアンテナと較正プロセッサとを具
備し、この較正プロセッサは、 ４つの直交位相状態を通して一時に１つ各アンテナ素子
信号の位相を逐次的に切換え、各直交位相状態でアレイ
アンテナ信号のパワーを測定するようにアレイアンテナ
と共に動作可能であり、さらに各アンテナ素子信号の位
相エラーを決定するように動作可能であり、アンテナ素
子信号の位相エラーは４つの直交位相状態のそれぞれに
おけるアレイアンテナ信号のパワーの関数であり、対応
する位相エラーにより各アンテナ素子信号の位相を調節
するようにさらに動作可能であるアレイアンテナシステ
ム。 - 【請求項７】 較正プロセッサは、各アンテナ素子信号
の振幅エラーを決定するようにさらに動作可能であり、
アンテナ素子信号の振幅エラーは４つの直交位相状態の
それぞれにおけるアレイアンテナ信号のパワーの関数で
あり、対応する振幅エラーにより各アンテナ素子信号の
振幅を調節するように動作可能である請求項６記載のシ
ステム。 - 【請求項８】 信号を送信し受信するようにアレイアン
テナと共に動作可能である基準アンテナをさらに具備し
ている請求項６記載のシステム。 - 【請求項９】 アレイアンテナはアレイアンテナ信号を
基準アンテナへ送信し、較正プロセッサは基準アンテナ
と共に動作可能であり、それによって基準アンテナによ
り受信された信号を測定し、アレイアンテナにより送信
された各直交位相状態のアレイアンテナ信号のパワーを
決定する請求項８記載のシステム。 - 【請求項１０】 基準アンテナは信号をアレイアンテナ
へ送信し、較正プロセッサはアレイアンテナと共に動作
可能であり、それによってアレイアンテナにより受信さ
れた信号を測定し、アレイアンテナにより受信された各
直交位相状態の信号の強度を決定する請求項８記載のシ
ステム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/997,078 US5861843A (en) | 1997-12-23 | 1997-12-23 | Phase array calibration orthogonal phase sequence |
| US997078 | 1997-12-23 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11261323A JPH11261323A (ja) | 1999-09-24 |
| JP3007344B2 true JP3007344B2 (ja) | 2000-02-07 |
Family
ID=25543635
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10368136A Expired - Fee Related JP3007344B2 (ja) | 1997-12-23 | 1998-12-24 | 直交位相シーケンスによるフェイズドアレイ較正 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5861843A (ja) |
| EP (1) | EP0929118B1 (ja) |
| JP (1) | JP3007344B2 (ja) |
| DE (1) | DE69831723T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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