JP3170921B2 - フェーズドアレーアンテナ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、位相制御によりビー
ム走査を行うフェーズドアレーアンテナの微小ビーム走
査特性の改善に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のフェーズドアレーアンテナについ
て説明する。図１７は従来のフェーズドアレーアンテナ
を示す図であり、１は素子アンテナ、２は移相器、３は
電力分配合成回路、４は移相器制御装置、５はビーム制
御計算機、６は電気長補正データ、８はビーム走査用位
相である。

【０００３】次に、動作について説明する。空間より各
素子アンテナ１に入射した信号は移相器２により位相制
御して、電力分配合成回路３にて入力される。電力分配
合成回路３では各素子アンテナ１からの信号を合成しモ
ノパルス和信号とモノパルス差信号を生成して出力す
る。

【０００４】一方、移相器２は移相器制御装置４からの
移相器制御信号によって動作する。この移相器制御信号
は、ビーム制御計算機５によって計算された所望の方向
にビームを向けるためのビーム走査用位相と、移相器制
御装置４内に保持されている工作精度のばらつきによる
電力分配合成回路３から素子アンテナ１までの電気長の
差による各素子アンテナの励振位相の理想波面（例え
ば、等位相波面）からのずれを補正する位相データを加
えたデータである。

【０００５】次に、移相器２に位相データを設定する処
理について説明する。ビーム走査を行うためのビーム走
査用位相計算はビーム制御計算機５によって行われる
が、どれだけビームを細かく制御できるかは、移相器２
のビット数、ビーム制御計算機５の計算を行うビット
数、電力分配合成回路３から素子アンテナ１までの電気
長の差による理想波面からのずれを補正する位相データ
の量子化ビット数によって決まる。従来のフェーズドア
レーアンテナにおいては、ビーム制御計算機５の計算を
行うビット数と、電力分配合成回路３から素子アンテナ
１までの電気長の差による各素子アンテナの励振位相の
理想波面からのずれを補正する位相データの量子化のビ
ット数は等しくなるよう構成されている。

【０００６】図１８は、ビーム制御計算機５でビーム走
査用位相データを計算してから移相器２に設定されるま
での演算フローを示したものである。

【０００７】図１８に示すような量子化された計算を行
う場合、最終の移相器に設定される位相データには計算
過程で発生した誤差が含まれる。

【０００８】ビーム走査を行うための各移相器のビーム
走査用位相の計算から実際に移相器に与える位相データ
を計算するまでの計算過程で発生する誤差が、移相器に
設定する位相データのＬ、Ｓ、Ｂに影響を与える確率Ｐ
ｅｒｒは次式で与えられる。

【０００９】

【数１】

【００１０】”数１”において、Ａはビーム制御計算機
の計算を行うビット数、Ｂは移相器のビット数である。
また、移相器Ｌ、Ｓ、Ｂに誤差を含んだ素子数Ｎｅｒｒ
は次式で与えられる。

【００１１】

【数２】

【００１２】”数２”においてＮは全素子数である。ま
た、誤差を含んだ素子によるビーム方向変化の最大値は
次式で与えられる。

【００１３】

【数３】

【００１４】”数３”において、φはディジタル移相器
の最小位相変化量、ｋは波数、θはビーム走査角、Ｅｉ
はｉ番目の素子の振幅、Ｘｉはｉ番目の素子の座標であ
る。

【００１５】”数３”で示される値が発生するのは、ビ
ーム制御計算機で計算されたビーム走査用位相データの
Ａビットのビット列のうち、上位のＢビットを除いた部
分がすべて０となる場合において発生する。上記のよう
な場合は、移相器に与えるＢビットの位相データと量子
化する前の実数（真値）での位相データが一致する場合
であり、このときは量子化による誤差が存在しないこと
になる。この状態から、少しでもビーム走査を行った場
合、量子化された位相データと真値の間には量子化によ
る誤差が含まれることになり、”数３”で示される最大
のビーム方向変化が発生する。これは、上記に状態が、
Ｂビットに量子化された位相データと真値とが一致して
いる状態から、少しでもビーム走査を行うために発生す
る量子化誤差を含んだ素子の配量がアンテナ面内に片寄
って発生するためである。

【００１６】よって、従来のフェーズドアレーアンテナ
の微小ビーム走査特性は、移相器のビット数と、ビーム
制御計算機の計算ビット数によって決まる。

【００１７】図１９は、従来のフェーズドアレーアンテ
ナにおける微小ビーム走査特性の計算結果を示す図であ
る。計算は、移相器のビット数を５ビット、ビーム制御
計算機の計算ビット数および電力分配合成回路から素子
アンテナまでの電気長の差を補正する位相データの量子
化ビット数を８ビットとした場合について行った。

【００１８】また、図２０は、”数３”で示される値が
発生する場合の、誤差を含んだ素子のアンテナ面上での
分布を示す図である。図中、９は誤差が＋１ビットの素
子、１０は誤差が−１ビットの素子である。

【００１９】図２１は従来の他のフェーズドアレーアン
テナを示す図であり、１は素子アンテナ、Ｍはモジュー
ル、３は電力分配合成回路、５はビーム制御計算機、８
はビーム走査用位相である。

【００２０】図２２は、モジュールＭを示す図であり、
２は移相器、１２は位相演算回路、１３は低雑音増幅
器、６は電気長補正データである。

【００２１】次に、動作について説明する。空間より各
素子アンテナ１に入射した信号はモジュールＭへ入力さ
れモジュール内の低雑音増幅器１３により増幅、移相器
２により位相制御して、電力分配合成回路３にて入力さ
れる、電力分配合成回路３では各モジュールＭからの信
号を合成しモノパルス和信号とモノパルス差信号を生成
して出力する。

【００２２】一方、モジュール内の移相器２は、モジュ
ール内の位相演算回路１２により、ビーム制御計算機５
によって計算されたビーム走査用位相８と、上記位相演
算回路１２内に保持されている工作精度のばらつきによ
る励振位相の電力分配合成回路から素子アンテナまでの
電気長の差による理想波面（例えば、等位相波面）から
のずれを補正する位相データ６とを加えた位相データに
より制御される。

【００２３】ビーム走査を行うためのビーム走査用位相
計算はビーム制御計算機５によって行われるが、どれだ
けビームを細かく制御できるかは、移相器２のビット
数、ビーム制御計算機５の計算を行うビット数、モジュ
ール内位相演算回路１２の計算ビット数、電力分配合成
回路３から素子アンテナ１までの電気長の差による理想
波面からのずれを補正する位相データの量子化ビット数
によって決まる。従来のフェーズドアレーアンテナにお
いては、モジュール内位相演算回路１２の計算を行うビ
ット数と、電力分配合成回路３から素子アンテナ１まで
の電気長の差による理想波面からのずれを補正する位相
データの量子化ビット数は等しくなるよう構成されてい
る。

【００２４】図２３は、ビーム制御計算機５でビーム走
査用位相８を計算してからモジュールＭ内の移相器２に
設定されるまでの演算フローを示したものである。

【００２５】図２３に示すような量子化された計算を行
う場合、移相器２に設定される位相データには計算過程
で発生した誤差が含まれる。ビーム走査を行うための各
移相器２のビーム走査用位相８の計算から実際に移相器
２に与える位相データを計算するまでの計算過程で発生
する誤差が、移相器２に設定する位相データのＬ、Ｓ、
Ｂに影響を与える確率Ｐｅｒｒは次式で与えられる。

【００２６】

【数４】

【００２７】”数４”において、Ａ’はモジュール内位
相演算回路１２の計算を行うビット数、Ｂは移相器のビ
ット数である。また、移相器のＬ、Ｓ、Ｂに誤差を含ん
だ素子数Ｎｅｒｒおよび誤差を含んだ素子によるビーム
方向変化の最大値は上記した”数２”、”数３”で与え
られる。

【００２８】”数３”で示される値が発生するのは、モ
ジュール内位相演算回路１２で計算されたＡビットのビ
ット列のうち、上位のＢビットを除いた部分がすべて０
となる場合において発生する。上記のような場合は、移
相器に与えるＢビットの位相データと量子化する前の実
数（真値）での位相データが一致する場合であり、この
ときは量子化による誤差が存在しないことになる。この
状態から、少しでもビーム走査を行った場合、量子化さ
れた位相データと真値の間には量子化による誤差が含ま
れることになり、”数３”で示される最大のビーム方向
変化が発生する。これは、上記に状態が、Ｂビットに量
子化された位相データと真値とが一致している状態か
ら、少しでもビーム走査を行うために発生する量子化誤
差を含んだ素子の配置がアンテナ面内に片寄って発生す
るためである。

【００２９】よって、従来のフェーズドアレーアンテナ
の微小ビーム走査特性は、移相器のビット数と、位相演
算回路の計算ビット数によって決まる。

【００３０】なお、従来のフェーズドアレーアンテナに
おける微小ビーム走査特性の計算結果を図１９に示す。
計算は、移相器のビット数を５ビット、モジュール内位
相演算回路の計算ビット数および電力分配合成回路から
素子アンテナまでの電気長の差を補正する位相データの
量子化ビット数を８ビットとした場合について行った。

【００３１】また、”数３”で示される値が発生する場
合の、誤差を含んだ素子のアンテナ面上での分布を図２
０に示す。

【００３２】

【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るので、
ビーム制御計算機又はモジュール内位相演算回路の計算
精度で実現できる細かさのビーム走査特性しか得ること
しかできないという問題点があった。

【００３３】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、ビーム制御計算機又はモジュー
ル内位相演算回路の計算精度で実現できる以上の細かさ
のビーム走査特性を持つフェーズドアレーアンテナ装置
を得ることを目的としている。

【００３４】

【課題を解決するための手段】この発明に係るフェーズ
ドアレーアンテナ装置は、電力分配合成回路から各素子
アンテナまでの電気長の差による理想波面からのずれを
補正する移相量をビーム制御計算機と同じ計算精度で量
子化した位相データと、不足している計算精度を補うラ
ンダムな位相データを保持し、ビーム制御計算機から送
られる量子化されたビーム走査用位相に加えるようにし
たものである。

【００３５】また、使用周波数帯域内で電力分配合成回
路から各素子アンテナまでの電気長の差による理想波面
からのずれを補正する移相量をビーム制御計算機と同じ
計算精度で量子化した位相データを複数個持ち、不足し
ている計算精度を補うランダムな位相データを周波数に
関係なく１つ保持し、それぞれの位相データをビーム制
御計算機から送られる量子化されたビーム走査用位相に
加えるようにしたものである。

【００３６】また、電力分配合成回路から各素子アンテ
ナまでの電気長の差による理想波面からのずれを補正す
る移相量を所望の細かさでビーム走査を行うのに必要な
計算精度で量子化した位相データを保持し、ビーム制御
計算機から送られる量子化されたビーム走査用位相に加
えるようにしたものである。

【００３７】また、電力分配合成回路から各素子アンテ
ナまでの電気長の差による理想波面からのずれを補正す
る移相量をビーム制御計算機と同じ計算精度で量子化し
た位相データと、不足している計算精度を補うランダム
な位相データを発生する乱数発生回路を有し、ビーム制
御計算機から送られる量子化されたビーム走査用位相に
加えるようにしたものである。

【００３８】また、使用周波数帯域内で電力分配合成回
路から各素子アンテナまでの電気長の差による理想波面
からのずれを補正する移相量をビーム制御計算機と同じ
計算精度で量子化した位相データを複数個持ち、不足し
ている計算精度を補うランダムな位相データを周波数に
関係なく１つ発生する乱数発生回路を有し、それぞれの
位相データをビーム制御計算機から送られる量子化され
たビーム走査用位相に加えるようにしたものである。

【００３９】この発明に係るフェーズドアレーアンテナ
装置は、電力分配合成回路から各素子アンテナまでの電
気長の差による理想波面からのずれを補正する位相デー
タをモジュール内位相演算回路と同じ計算精度で量子化
した位相データと、不足している計算精度を補うランダ
ムな位相データを保持し、モジュール内位相演算回路内
でビーム制御計算機から送られる量子化されたビーム走
査用位相に加えるようにしたものである。

【００４０】また、使用周波数帯域内で電力分配合成回
路から各素子アンテナまでの電気長の差による理想波面
からのずれを補正する位相データをモジュール内位相演
算回路と同じ計算精度と同じ計算精度で量子化した位相
データを複数個持ち、不足している計算精度を補うラン
ダムな位相データを周波数に関係なく１つ保持し、モジ
ュール内位相演算回路内でそれぞれの位相データをビー
ム制御計算機から送られる量子化されたビーム走査用位
相に加えるようにしたものである。

【００４１】また、電力分配合成回路から各素子アンテ
ナまでの電気長の差による理想波面からのずれを補正す
る移相量を所望の細かさでビーム走査を行うのに必要な
計算精度で量子化した位相データを保持し、ビーム制御
計算機から送られる量子化されたビーム走査用位相に加
えるようにしたものである。

【００４２】また、電力分配合成回路から各素子アンテ
ナまでの電気長の差による理想波面からのずれを補正す
る位相データをモジュール内位相演算回路と同じ計算精
度で量子化した位相データと、不足している計算精度を
補うランダムな位相データを発生する乱数発生回路を有
し、モジュール内位相演算回路内でビーム制御計算機か
ら送られる量子化されたビーム走査用位相に加えるよう
にしたものである。

【００４３】また、使用周波数帯域内で電力分配合成回
路から各素子アンテナまでの電気長の差による理想波面
からのずれを補正する位相データをモジュール内位相演
算回路と同じ計算精度と同じ計算精度で量子化した位相
データを複数個持ち、不足している計算精度を補うラン
ダムな位相データを周波数に関係なく１つ発生する乱数
発生回路を有し、モジュール内位相演算回路内でそれぞ
れの位相データをビーム制御計算機から送られる量子化
されたビーム走査用位相に加えるようにしたものであ
る。

【００４４】また、ビーム制御計算機からの素子座標デ
ータと波長データとビーム指向方向からビーム走査用位
相を演算すると同時に、電力分配合成回路から各素子ア
ンテナまでの電気長の差による理想波面からのずれを補
正する位相データをモジュール内位相演算回路と同じ計
算精度で量子化した位相データと、位相演算回路にて不
足している計算精度を補うランダムな位相データを保持
し、ビーム走査用位相に加えるようにしたものである。

【００４５】また、ビーム制御計算機からの素子座標デ
ータと波長データとビーム指向方向からビーム走査用位
相を演算すると同時に、電力分配合成回路から各素子ア
ンテナまでの電気長の差による理想波面からのずれを補
正する位相データをモジュール内位相演算回路と同じ計
算精度で量子化した位相データと、位相演算回路にて不
足している計算精度を補うランダムな位相データを発生
する乱数発生回路を有し、ビーム走査用位相に加えるよ
うにしたものである。

【００４６】

【作用】この発明は、ビーム制御計算機で不足している
所望の細かさでビーム走査を行う計算精度を補う位相デ
ータを移相器制御装置内で加算するので、所望の細かさ
でビーム走査を行うことができる。

【００４７】またこの発明は、モジュール内位相演算回
路で不足している所望の細かさでビーム走査を行う計算
精度を補う位相データをモジュール内位相演算回路内で
加算するので、所望の細かさでビーム走査を行うことが
できる。

【００４８】

【実施例】

実施例１．図１はこの発明の１実施例を示す図であり、
図において、１は素子アンテナ、２は移相器、３は電力
分配合成回路、４は移相器制御装置、５はビーム制御計
算機、６は電気長補正データ、７は計算精度補正デー
タ、８はビーム走査用位相である。

【００４９】次に動作について説明する。空間より各素
子アンテナ１に入射した信号は、移相器２により位相制
御して電力分配合成回路３に入力される。電力分配合成
回路３では、各素子アンテナからの信号を合成しモノパ
ルス和信号とモノパルス差信号を生成して出力する。

【００５０】一方、移相器２は移相器制御信号によって
動作する。この移相器制御信号は、ビーム制御計算機５
によって計算された所望の方向にビームを向けるための
ビーム走査用位相８に、電力分配合成回路３から素子ア
ンテナ１までの電気長に差による理想波面からのずれを
補正する位相データ６と、ビームを細かく制御するため
のランダムな位相データ７を加えたものである。

【００５１】次に、細かくビーム走査を行う場合につい
て説明する。図２は、この発明による位相制御の演算フ
ローを示したものである。この発明では、ビーム走査を
行うためのビーム走査用位相計算がビーム制御計算機５
によって行われる過程での計算精度で実現できる”数
１”で示されるところの微小ビーム走査特性が大きく、
より細かくビーム走査を行うことが必要な場合、その計
算精度の不足を補うデータ７をビーム制御計算機５によ
って計算されたビーム走査用位相８に加えるようにして
いる。

【００５２】次に、計算精度の不足を補うデータの役割
について説明する。従来の場合、前述の”数３”にて求
められる最大のビーム方向変化の発生は、ビーム制御計
算機５で計算されたＡビットのビーム走査用位相８のビ
ット列のうち、移相器のビット数に相当する上位のＢビ
ットを除いた部分がすべて０となる場合の近傍において
発生する。これは、上記の状態が、Ｂビットに量子化さ
れた位相データと真値とが一致している状態から、少し
でもビーム走査を行うために発生する量子化誤差が、ア
ンテナ面内に片寄って発生するためである。

【００５３】よって、この片寄りをなくすデータとし
て、所望の微小ビーム走査特性を得るのに必要な計算時
のビット数Ｃのうち、実際のビーム制御計算機５の計算
時のビット数Ａに相当する上位Ａビット分を除いた部分
に、０〜２^(C-A) の値をとるランダムな数値を入れ上位
Ａビット分はすべて０となるようなデータを保持し、ビ
ーム制御計算機５から送られたビーム走査を行うための
ビーム走査用位相８に、電力分配合成回路３から素子ア
ンテナ１までの電気長に差による理想波面からのずれを
補正する位相データ６を加えて理想波面に近付けた後
に、ビームを細かく制御するための計算精度補正データ
７を加えて、移相器の設定するＢビット量子化を行うこ
とにより、ビーム走査用位相８を演算する過程で発生し
た誤差がアンテナ面上で片寄ることなくアンテナ面上に
分散されるので、大きなビーム偏移が発生することなく
ビームを細かく走査できる。

【００５４】図３に、この発明によるフェーズドアレー
アンテナの微小ビーム走査特性の計算結果を示す。計算
は、移相器２のビット数Ｂを５ビット、ビーム制御計算
機５の計算ビット数Ａおよび電力分配合成回路から素子
アンテナまでの電気長の差を補正する位相データ６の量
子化ビット数Ａを８ビットとし、所望の微小ビーム走査
特性を得るために必要な計算ビット数Ｃを１６ビットと
した場合について行った。

【００５５】また、図４に、”数３”で示される値が発
生する場合の、誤差を含んだ素子のアンテナ面上での分
布を示す。図中、９は誤差が＋１ビットの素子、１０は
誤差が−１ビットの素子である。

【００５６】図３、図４から分るように、微小ビーム走
査特性は改善され、誤差の発生している素子のアンテナ
面上での片寄りが無くなっていることがわかる。

【００５７】実施例２．図５は、この発明の実施例２に
ついて説明したものである。この実施例２はアンテナが
任意の周波数帯域を持ち、電力分配合成回路３から素子
アンテナ１までの電気長の差による理想波面からのずれ
を補正する位相データ６を周波数帯域内で複数個持つ場
合についての例である。この実施例は、移相器に設定さ
れる位相データは、ビーム制御計算機５で計算されたビ
ーム走査位相８に、ＲＦ信号の周波数に応じた周波数帯
域の電気長補正データ６を加え、周波数に関係なく１つ
保持しているビーム制御計算機５の計算精度を補正する
計算精度補正データ７を加えて移相器に設定するための
量子化を行う場合について示している。ここで計算精度
補正データ７は、実施例１で説明したように、ビーム走
査位相８を計算するうえで発生する計算誤差を含んだ素
子をアンテナ面上に片寄ることなく分散させる役割を持
つデータであり、周波数によって選択される電気長補正
データ６との組合せによって、誤差を含んだ素子のアン
テナ面上への分散の仕方が変化するだけであり周波数に
依存せず１つ持てばよく、実施例１と同様に細かくビー
ム走査を行うことができる。

【００５８】実施例３．図６は、この発明の実施例３に
ついて説明したものである。上記の実施例では、電力分
配合成回路３から素子アンテナ１までの電気長の差によ
る理想波面からのずれを補正する位相データ６をビーム
制御計算機５内の計算ビット数と同じビット数で量子化
し、不足している計算精度を補うランダムな位相データ
７を別途保持する場合ついて述べたが、図６に示す例
は、電力分配合成回路３から素子アンテナ１までの電気
長の差による理想波面からのずれを補正する位相データ
６を所望の細かさでビーム走査を行うのに必要なビット
数で量子化した場合を示している。この場合、上記の実
施例における計算精度補正データに当たるデータは、電
気長補正データに含まれていることになり、電気長補正
データをビーム走査用位相に加えることにより、誤差を
含んだ素子をアンテナ面上に片寄ることなく分散させる
ことができ、ビームを細かく走査することができる。

【００５９】実施例４．図７は、この発明の実施例４に
ついて説明したものである。上記の実施例１では、電力
分配合成回路３から素子アンテナ１までの電気長の差に
よる理想波面からのずれを補正する位相データ６をビー
ム制御計算機５内の計算ビット数と同じビット数で量子
化し、不足している計算精度を補うランダムな位相デー
タ７を別途保持する場合について述べたが、図７に示す
例は、不足している計算精度を補うランダムな位相デー
タ７を１つ保持する代りに、計算精度を補うのに必要な
ビット長の乱数を発生させる乱数発生回路１１を有する
場合を示しており、この乱数発生回路で発生させたデー
タをビーム走査用位相に加えることによって上記実施例
と同様に効果が得られる。

【００６０】実施例５．図８は、この発明の実施例５に
ついて説明したものである。この実施例はアンテナが任
意の周波数帯域を持ち、電力分配合成回路３から素子ア
ンテナ１までの電気長の差による理想波面からのずれを
補正する位相データ６を周波数帯域内で複数個持ち、不
足している計算精度を補うランダムな位相データ７は周
波数に関係なく１つ持つだけ発生する乱数発生回路１１
を有する場合の例で、実施例２における計算精度補正デ
ータ７の代りとなるランダムなデータを乱数発生回路に
て発生させ、ビーム走査用位相８に加えるようにしたの
で、上記実施例と同様に、誤差を含んだ素子をアンテナ
面上に片寄ることなく分散させることができ、細かくビ
ーム走査を行うことができる。

【００６１】実施例６．図９はこの発明の実施例６を示
すモジュールＭの図であり、図において、２は移相器、
１２は位相演算回路、１３は低雑音増幅器、６は電気長
補正データ、７は計算精度補正データである。

【００６２】次に動作について説明する。空間より各素
子アンテナ１に入射した信号は、モジュール内の低雑音
増幅器１３で増幅され移相器２により位相制御されて電
力分配合成回路３に入力される。電力分配合成回路３で
は、各モジュールＭからの信号を合成しモノパルス和信
号とモノパルス差信号を生成して出力する。

【００６３】一方、移相器２はモジュール内位相演算回
路１２からの信号によって動作する。この信号は、ビー
ム制御計算機によって計算されモジュールに送られた所
望の方向にビームを向けるためのビーム走査用位相８
に、位相演算回路１２内の電力分配合成回路から素子ア
ンテナまでの電気長に差による理想波面からのずれを補
正する位相データ６とビームを細かく制御するためのラ
ンダムな位相データ（計算精度補正データ）７を加えた
ものである。

【００６４】次に、細かくビーム走査を行う場合につい
て説明する。図１０は、この発明による位相制御の演算
フローを示したものである。この発明では、ビーム制御
計算機４によって行われるビーム走査を行うためのビー
ム走査用位相８と電力分配合成回路３から素子アンテナ
１までの電気長の差による理想波面からのずれを補正す
る位相６を位相演算回路１２内にて加算する計算が、ビ
ーム制御を行う計算精度で実現できる”数４”で示され
るところの微小ビーム走査特性が大きく、より細かくビ
ーム走査を行うことが必要な場合、その計算精度の不足
を補うデータ７を位相演算回路１２内に保持し、ビーム
制御計算機４によって計算されたビーム走査用位相８に
加えるようにしている。

【００６５】次に、計算精度の不足を補うデータの役割
について説明する。従来の場合、前述の”数３”にて求
められる最大のビーム方向変化の発生は、モジュール内
位相演算回路１２で計算されたＡビットのビーム走査用
位相データ８のビット列のうち、移相器２のビット数に
相当する上位のＢビットを除いた部分がすべて０となる
場合の近傍において発生する。これは、上記に状態が、
Ｂビットに量子化された位相データと真値とが一致して
いる状態から、少しでもビーム走査を行うために発生す
る量子化誤差が、アンテナ面内に片寄って発生するため
である。

【００６６】よって、位相演算回路１２内に、この片寄
りをなくすデータとして、所望の微小ビーム走査特性を
得るのに必要な計算時のビット数Ｃのうち、実際の位相
演算回路１２での計算時のビット数Ａに相当する上位Ａ
ビット分を除いた部分に、０〜２^(C-A) の値をとるラン
ダムな数値を入れ上位Ａビット分はすべて０となるよう
なデータを保持し、ビーム制御計算機４から送られたビ
ーム走査用位相データ８に上記データと、電力分配合成
回路３から素子アンテナ１までの電気長に差による理想
波面からのずれを補正する位相データ６を加えた後に、
移相器２の設定するＢビット量子化を行うことにより、
ビーム走査用位相データ８を演算する過程で発生した誤
差がアンテナ面上で片寄ることなくアンテナ面場に分散
されるので、大きなビーム偏移が発生することなくビー
ムを細かく走査できる。

【００６７】この発明の実施例６によるフェーズドアレ
ーアンテナの微小ビーム走査特性の計算結果を図３に示
す。計算は、移相器６のビット数Ｂを５ビット、モジュ
ール内位相演算回路７の計算ビット数Ａおよび電力分配
合成回路３から素子アンテナ１までの電気長の差を補正
する位相データ９の量子化ビット数Ａを８ビットとし、
所望の微小ビーム走査特性を得るために必要な計算ビッ
ト数Ｃを１６ビットとした場合について行った。

【００６８】また、図４に、”数３”で示される値が発
生する場合の、誤差を含んだ素子のアンテナ面上での分
布を示す。図中、１０は誤差が＋１ビットの素子、１１
は誤差が−１ビットの素子である。

【００６９】図３、図４から分るように、微小ビーム走
査特性は改善され、誤差の発生している素子のアンテナ
面上での片寄りが無くなっていることがわかる。

【００７０】実施例７．図１１は、この発明の実施例７
によるモジュールについて説明したものである。この実
施例はアンテナが任意の周波数帯域を持ち、電力分配合
成回路３から素子アンテナ１までの電気長の差による理
想波面からのずれを補正する位相データを周波数帯域内
で複数個持つ場合についての例である。この実施例７
は、移相器２に設定されるデータは、ビーム制御計算機
で計算されたビーム走査用位相に、ＲＦ信号の周波数に
応じた周波数の電気長補正データ６を加え、周波数に関
係なく１つ保持しているビーム制御計算機の計算精度を
補正する計算精度補正データ７を加えて移相器２に設定
するための量子化を行う場合について示している。ここ
で、計算精度補正データ７は、実施例１で示したよう
に、ビーム走査用位相８を計算するうえで発生する計算
誤差を含んだ素子をアンテナ面上にかたよることなく分
散させる役割を持つデータであり、周波数によって選択
される電気長補正データとの組合せによって、誤差を含
んだ素子のアンテナ面上への分散の仕方が変化するだけ
であり周波数に依存せず１つ持てばよく、実施例１と同
様に細かくビーム走査を行うことができる。

【００７１】実施例８．図１２は、この発明の実施例８
について説明したものである。上記の実施例では、電力
分配合成回路から素子アンテナまでの電気長の差による
理想波面からのずれを補正する位相データをモジュール
内位相演算回路１２の計算ビット数と同じビット数で量
子化し、不足している計算精度を補うランダムな位相デ
ータを別途保持する場合ついて述べたが、図１２に示す
例は、電力分配合成回路から素子アンテナまでの電気長
の差による理想波面からのずれを補正する位相データ６
を所望の細かさでビーム走査を行うのに必要なビット数
で量子化した場合を示している。この場合、上記の実施
例における計算精度補正データに当るデータは、電気長
補正データ６に含まれていることになり、電気長補正デ
ータ６をビーム走査用位相に加えることにより、誤差を
含んだ素子をアンテナ面上に片寄ることなく分散させる
ことができ、ビームを細かく走査することができる。

【００７２】実施例９．図１３は、この発明の実施例９
によるモジュールについて説明したものである。実施例
１では、計算精度を補正するランダムな位相データを１
つ保持する場合について述べたが、図１３に示す例は、
不足している計算精度を補うランダムな位相データを発
生させる乱数発生回路１１を有する場合を示しており、
この乱数発生回路１１で発生させたデータをビーム走査
用位相８に加えることによって上記実施例と同様な効果
が得られる。

【００７３】実施例１０．図１４は、この発明の実施例
１０によるモジュールについて説明したものである。こ
の実施例はアンテナが任意の周波数帯域を持ち、電力分
配合成回路から素子アンテナまでの電気長の差による理
想波面からのずれを補正する位相データ６を周波数帯域
内で複数個持ち、周波数に関係なく不足している計算精
度を補うランダムな位相データを乱数発生回路１１にて
発生させ、ビーム走査用位相に加えるようにしたので、
上記実施例と同様に、誤差を含んだ素子をアンテナ面上
に片寄ることなく分散させることができ、細かくビーム
走査を行うことができる。

【００７４】実施例１１．図１５は、この発明の実施例
１１によるモジュールについて説明したものである。上
記実施例では、ビーム走査位相データはビーム制御計算
機で計算される場合について述べたが、図１５に示す実
施例では、ビーム制御計算機から素子座標と波長とビー
ム指向方向データ１５を各モジュールに設定し各モジュ
ール内でビーム走査用位相を演算する場合を示してお
り、不足している計算精度を補うランダムな位相データ
１２をモジュール内位相演算回路１２内に保持して１４
で演算されたビーム走査位相に加えることにより上記実
施例と同様の効果を奏する。

【００７５】実施例１２．図１６は、この発明の実施例
１２によるモジュールについて説明したものである。上
記実施例では、ビーム走査位相データはビーム制御計算
機で計算される場合について述べたが、図１６に示す実
施例では、ビーム制御計算機から素子座標と波長とビー
ム指向方向データ１５を各モジュールに設定し各モジュ
ール内でビーム走査用位相を演算する場合を示してお
り、不足している計算精度を補うランダムな位相データ
を発生する乱数発生回路１１を位相演算回路１２内に有
し演算されたビーム走査位相に加えることにより上記実
施例と同様の効果を奏する。

【００７６】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、電力
分配合成回路から素子アンテナまでの電気長の差による
理想波面からのずれを補正する位相データと、不足して
いる計算精度を補うランダムな位相データを保持し、そ
れぞれの位相データをビーム制御計算機から送られるビ
ーム走査用位相に加えるようにしたので、ビーム制御計
算機又はモジュール内位相演算回路の計算精度で実現で
きる以上の細かさでビーム走査を行うことのできるフェ
ーズドアレーアンテナを得られるという効果がある。

【００７７】また、任意の周波数帯域内で、電力分配合
成回路から素子アンテナまでの電気長の差による理想波
面からのずれを補正する位相データを複数個移相器制御
装置内又はモジュール内位相演算回路内に保持している
場合、不足している計算精度を補うランダムな位相デー
タを周波数に関係なく１つ保持し、それぞれの位相デー
タをビーム制御計算機から送られるビーム走査用位相に
加えるようにしたので、ビーム制御計算機又はモジュー
ル内位相演算回路の計算精度で実現できる以上の細かさ
でビーム走査を行うことのできるフェーズドアレーアン
テナを得られるという効果がある。

【００７８】また、電力分配合成回路から素子アンテナ
までの電気長の差による理想波面からのずれを補正する
位相を所望の細かさでビーム走査ができる計算精度で量
子化した位相データを保持し、ビーム制御計算機から送
られるビーム走査用位相に加えるようにしたので、ビー
ム制御計算機又はモジュール内位相演算回路の計算精度
で実現できる以上の細かさでビーム走査を行うことので
きるフェーズドアレーアンテナを得られるという効果が
ある。

【００７９】また、電力分配合成回路から素子アンテナ
までの電気長の差による理想波面からのずれを補正する
位相データと、不足している計算精度を補うランダムな
位相データを発生する乱数発生回路を有し、それぞれの
位相データをビーム制御計算機から送られるビーム走査
用位相に加えるようにしたので、ビーム制御計算機又は
モジュール内位相演算回路の計算精度で実現できる以上
の細かさでビーム走査を行うことのできるフェーズドア
レーアンテナを得られるという効果がある。

【００８０】また、任意の周波数帯域内で、電力分配合
成回路から素子アンテナまでの電気長の差による理想波
面からのずれを補正する位相データを複数個移相器制御
装置内に保持している場合、不足している計算精度を補
うランダムな位相データを周波数に関係なく１つ発生す
る乱数発生回路を有し、それぞれの位相データをビーム
制御計算機から送られるビーム走査用位相に加えるよう
にしたので、ビーム制御計算機の計算精度で実現できる
以上の細かさでビーム走査を行うことのできるフェーズ
ドアレーアンテナを得られるという効果がある。

【００８１】また、任意の周波数帯域内で、電力分配合
成回路から素子アンテナまでの電気長の差による理想波
面からのずれを補正する位相データを複数個モジュール
内位相演算回路内に保持している場合、不足している計
算精度を補うランダムな位相データを発生する乱数発生
回路を有し、それぞれの位相データをビーム制御計算機
から送られるビーム走査用位相に加えるようにしたの
で、モジュール内位相演算回路の計算精度で実現できる
以上の細かさでビーム走査を行うことのできるフェーズ
ドアレーアンテナを得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１によるフェーズドアレーア
ンテナ装置の構成を示す図である。

【図２】この発明の実施例１によるフェーズドアレーア
ンテナ装置の位相演算のフローを示す図である。

【図３】この発明の実施例１および６によるフェーズド
アレーアンテナ装置の微小ビーム走査特性の計算例を示
す図である。

【図４】この発明の実施例１および６によるフェーズド
アレーアンテナ装置の微小ビーム走査時の演算誤差のア
ンテナ面上でのばらつきの例を示す図である。

【図５】この発明の実施例２によるフェーズドアレーア
ンテナ装置の構成を示す図である。

【図６】この発明の実施例３によるフェーズドアレーア
ンテナ装置の構成を示す図である。

【図７】この発明の実施例４によるフェーズドアレーア
ンテナ装置の構成を示す図である。

【図８】この発明の実施例５によるフェーズドアレーア
ンテナ装置の構成を示す図である。

【図９】この発明の実施例６によるモジュールの構成を
示す図である。

【図１０】この発明の実施例６によるフェーズドアレー
アンテナ装置の位相演算のフローを示す図である。

【図１１】この発明の実施例７によるモジュールの構成
を示す図である。

【図１２】この発明の実施例８によるモジュールの構成
を示す図である。

【図１３】この発明の実施例９によるモジュールの構成
を示す図である。

【図１４】この発明の実施例１０によるモジュールの構
成を示す図である。

【図１５】この発明の実施例１１によるモジュールの構
成を示す図である。

【図１６】この発明の実施例１２によるモジュールの構
成を示す図である。

【図１７】従来のフェーズドアレーアンテナ装置の構成
を示す図である。

【図１８】従来のモジュールの構成を示す図である。

【図１９】従来のフェーズドアレーアンテナ装置の位相
演算のフローを示す図である。

【図２０】従来のフェーズドアレーアンテナ装置の構成
を示す図である。

【図２１】従来のフェーズドアレーアンテナ装置の位相
演算フローを示す図である。

【図２２】従来のフェーズドアレーアンテナ装置の微小
ビーム走査特性の計算例を示す図である。

【図２３】従来のフェーズドアレーアンテナ装置の微小
ビーム走査時の演算誤差のアンテナ面上でのばらつきの
例を示す図である。

【符号の説明】

１ 素子アンテナ ２ 移相器 ３ 電力分配合成回路 ４ 移相器制御装置 ５ ビーム制御計算機 ６ 電気長補正データ ７ 計算精度補正データ ８ ビーム走査用位相 ９ 誤差を＋１含んだ素子 １０ 誤差を−１含んだ素子 １１ 乱数発生回路 １２ 位相演算回路 １３ 低雑音増幅器 １４ ビーム走査位相演算回路 １５ 素子座標・波長・ビーム指向方向データ Ｍ モジュール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青木 俊彦 鎌倉市上町屋325番地 三菱電機株式会 社 鎌倉製作所内 (56)参考文献 特開 昭51−95763（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−77204（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−224403（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01Q 3/26 - 3/42

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数個の素子アンテナ、これら素子アン
   テナに対応するディジタル形の移相器、上記各移相器に
   電力分配する電力分配合成回路、上記移相器を制御する
   移相器制御装置、上記移相器制御装置に送るための量子
   化されたビーム走査用位相を計算することにおいて所望
   の細かさでビーム走査を行うのに必要な計算精度を持た
   ないビーム制御計算機からなるアンテナ装置において、
   上記電力分配合成回路から各素子アンテナまでの電気長
   の差による理想波面からのずれを補正する移相量をビー
   ム制御計算機と同じ計算精度で量子化した位相データ
   と、不足している計算精度を補うランダムな位相データ
   を保持し、それぞれの位相データを上記ビーム制御計算
   機から送られるビーム走査用位相に加えることを特徴と
   するフェーズドアレーアンテナ装置。
2. 【請求項２】 複数個の素子アンテナ、これら素子アン
   テナに対応するディジタル形の移相器、上記各移相器に
   電力分配する電力分配合成回路、上記移相器を制御する
   移相器制御装置、上記移相器制御装置に送るための量子
   化されたビーム走査用位相を計算することにおいて所望
   の細かさでビーム走査を行うのに必要な計算精度を持た
   ないビーム制御計算機からなるアンテナ装置において、
   使用周波数帯域内で複数個の上記電力分配合成回路から
   各素子アンテナまでの電気長の差による理想波面からの
   ずれを補正するための移相量をビーム制御計算機と同じ
   計算精度で量子化した位相データと、不足している計算
   精度を補うランダムな位相データを周波数に関係なく１
   つ保持し、それぞれの位相データを上記ビーム制御計算
   機から送られるビーム走査用位相に加えることを特徴と
   するフェーズドアレーアンテナ装置。
3. 【請求項３】 複数個の素子アンテナ、これら素子アン
   テナに対応するディジタル形の移相器、上記各移相器に
   電力分配する電力分配合成回路、上記移相器を制御する
   移相器制御装置、上記移相器制御装置に送るための量子
   化されたビーム走査用位相を計算することにおいて所望
   の細かさでビーム走査を行うのに必要な計算精度を持た
   ないビーム制御計算機からなるアンテナ装置において、
   上記電力分配合成回路から各素子アンテナまでの電気長
   の差による理想波面からのずれを補正する移相量を所望
   の細かさでビーム走査を行うのに必要な計算精度で量子
   化した位相データを保持し、上記ビーム制御計算機から
   送られるビーム走査用位相に加えることを特徴とするフ
   ェーズドアレーアンテナ装置。
4. 【請求項４】 複数個の素子アンテナ、これら素子アン
   テナに対応するディジタル形の移相器、上記各移相器に
   電力分配する電力分配合成回路、上記移相器を制御する
   移相器制御装置、上記移相器制御装置に送るための量子
   化されたビーム走査用位相を計算することにおいて所望
   の細かさでビーム走査を行うのに必要な計算精度を持た
   ないビーム制御計算機からなるアンテナ装置において、
   上記電力分配合成回路から各素子アンテナまでの電気長
   の差による理想波面からのずれを補正する移相量をビー
   ム制御計算機と同じ計算精度で量子化した位相データ
   と、不足している計算精度を補うランダムな位相データ
   を発生する乱数発生装置を有し、それぞれの位相データ
   を上記ビーム制御計算機から送られるビーム走査用位相
   に加えることを特徴とするフェーズドアレーアンテナ装
   置。
5. 【請求項５】 複数個の素子アンテナ、これら素子アン
   テナに対応するディジタル形の移相器、上記各移相器に
   電力分配する電力分配合成回路、上記移相器を制御する
   移相器制御装置、上記移相器制御装置に送るための量子
   化されたビーム走査用位相を計算することにおいて所望
   の細かさでビーム走査を行うのに必要な計算精度を持た
   ないビーム制御計算機からなるアンテナ装置において、
   使用周波数帯域内で複数個の上記電力分配合成回路から
   各素子アンテナまでの電気長の差による理想波面からの
   ずれを補正するための移相量をビーム制御計算機と同じ
   計算精度で量子化した位相データと、不足している計算
   精度を補うランダムな位相データを周波数に関係なく１
   つ発生する乱数発生回路を有し、それぞれの位相データ
   を上記ビーム制御計算機から送られるビーム走査用位相
   に加えることを特徴とするフェーズドアレーアンテナ装
   置。
6. 【請求項６】 複数個の素子アンテナ、これら素子アン
   テナに対応するディジタル形の移相器とビーム走査する
   ための移相量を加算する位相演算回路を含んだモジュー
   ル、上記各モジュールに電力分配する電力分配合成回
   路、上記モジュールに送るための量子化されたビーム走
   査用位相を所望の細かさでのビーム走査を行うのに十分
   な計算精度で計算するビーム制御計算機において、上記
   モジュール内の位相相演算回路が所望の細かさでビーム
   走査を行うため必要な計算精度を持たない場合、上記電
   力分配合成回路から各素子アンテナまでの電気長の差に
   よる理想波面からのずれを補正する位相データを上記モ
   ジュール内の位相演算回路と同じ計算精度で量子化した
   位相データと、不足している計算精度を補うランダムな
   位相データを保持し、それぞれの位相データを上記ビー
   ム制御計算機から送られるビーム走査用位相に加えるこ
   とを特徴とするフェーズドアレーアンテナ装置。
7. 【請求項７】 複数個の素子アンテナ、これら素子アン
   テナに対応するディジタル形の移相器とビーム走査する
   ための移相量を加算する位相演算回路を含んだモジュー
   ル、上記各モジュールに電力分配する電力分配合成回
   路、上記モジュールに送るための量子化されたビーム走
   査用位相を所望の細かさでのビーム走査を行うのに十分
   な計算精度で計算するビーム制御計算機において、上記
   モジュール内の位相演算回路が所望の細かさでビーム走
   査を行うため必要な計算精度を持たない場合、使用周波
   数帯域内で複数個の上記電力分配合成回路から各素子ア
   ンテナまでの電気長の差による理想波面からのずれを補
   正するための位相データを上記モジュール内の位相演算
   回路と同じ計算精度で量子化した周波数帯域ごとの位相
   データと、不足している計算精度を補うランダムな位相
   データを周波数に関係なく１つ保持し、それぞれの位相
   データを上記ビーム制御計算機から送られるビーム走査
   用移相に加えることを特徴とするフェーズドアレーアン
   テナ装置。
8. 【請求項８】 複数個の素子アンテナ、これら素子アン
   テナに対応するディジタル形の移相器とビーム走査する
   ための移相量を加算する位相演算回路を含んだモジュー
   ル、上記各モジュールに電力分配する電力分配合成回
   路、上記モジュールに送るための量子化されたビーム走
   査用位相を所望の細かさでのビーム走査を行うのに十分
   な計算精度で計算するビーム制御計算機において、上記
   モジュール内の位相演算回路が所望の細かさでビーム走
   査を行うため必要な計算精度を持たない場合、上記電力
   分配合成回路から各素子アンテナまでの電気長の差によ
   る理想波面からのずれを補正する位相データを所望の細
   かさでビーム走査を行うため必要な計算精度で量子化し
   た位相データを保持し、上記ビーム制御計算機から送ら
   れるビーム走査用位相に加えることを特徴とするフェー
   ズドアレーアンテナ装置。
9. 【請求項９】 複数個の素子アンテナ、これら素子アン
   テナに対応するディジタル形の移相器とビーム走査する
   ための移相量を加算する位相演算回路を含んだモジュー
   ル、上記各モジュールに電力分配する電力分配合成回
   路、上記モジュールに送るための量子化されたビーム走
   査用位相を所望の細かさでのビーム走査を行うのに十分
   な計算精度で計算するビーム制御計算機において、上記
   モジュール内の位相演算回路が所望の細かさでビーム走
   査を行うため必要な計算精度を持たない場合、上記電力
   分配合成回路から各素子アンテナまでの電気長の差によ
   る理想波面からのずれを補正する位相データを上記モジ
   ュール内の位相演算回路と同じ計算精度で量子化した位
   相データと、不足している計算精度を補うランダムな位
   相データを発生する乱数発生回路を有し、それぞれの位
   相データを上記ビーム制御計算機から送られるビーム走
   査用位相に加えることを特徴とするフェーズドアレーア
   ンテナ装置。
10. 【請求項１０】 複数個の素子アンテナ、これら素子ア
    ンテナに対応するディジタル形の移相器とビーム走査す
    るための移相量を加算する位相演算回路を含んだモジュ
    ール、上記各モジュールに電力分配する電力分配合成回
    路、上記モジュールに送るための量子化されたビーム走
    査用位相を所望の細かさでのビーム走査を行うのに十分
    な計算精度で計算するビーム制御計算機において、上記
    モジュール内の位相演算回路が所望の細かさでビーム走
    査を行うため必要な計算精度を持たない場合、使用周波
    数帯域内で複数個の上記電力分配合成回路から各素子ア
    ンテナまでの電気長の差による理想波面からのずれを補
    正するための位相データを上記モジュール内の位相演算
    回路と同じ計算精度で量子化した周波数帯域ごとの位相
    データと、不足している計算精度を補うランダムな位相
    データを周波数に関係なく１つ発生する乱数発生回路を
    有し、それぞれの位相データを上記ビーム制御計算機か
    ら送られるビーム走査用移相に加えることを特徴とする
    フェーズドアレーアンテナ装置。
11. 【請求項１１】 複数個の素子アンテナ、これら素子ア
    ンテナに対応するディジタル形の移相器とビーム走査す
    るための移相量を演算する位相演算回路を含んだモジュ
    ール、上記各モジュールに電力分配する電力分配合成回
    路、上記モジュール内の位相演算回路にてビーム走査用
    位相を演算するのに必要な素子座標と波長データとビー
    ム指向方向を演算しモジュールに設定するビーム制御計
    算機において、上記モジュール内の位相相演算回路が所
    望の細かさでビーム走査を行うため必要な計算精度を持
    たない場合、上記電力分配合成回路から各素子アンテナ
    までの電気長の差による理想波面からのずれを補正する
    位相データを上記モジュール内の位相演算回路と同じ計
    算精度で量子化した位相データと、不足している計算精
    度を補うランダムな位相データを保持し、それぞれの位
    相データを上記ビーム制御計算機から送られるビーム走
    査用位相に加えることを特徴とするフェーズドアレーア
    ンテナ装置。
12. 【請求項１２】 複数個の素子アンテナ、これら素子ア
    ンテナに対応するディジタル形の移相器とビーム走査す
    るための移相量を演算する位相演算回路を含んだモジュ
    ール、上記各モジュールに電力分配する電力分配合成回
    路、上記モジュール内の位相演算回路にてビーム走査用
    位相を演算するのに必要な素子座標と波長データとビー
    ム指向方向を演算しモジュールに設定するビーム制御計
    算機において、上記モジュール内の位相相演算回路が所
    望の細かさでビーム走査を行うため必要な計算精度を持
    たない場合、上記電力分配合成回路から各素子アンテナ
    までの電気長の差による理想波面からのずれを補正する
    位相データを上記モジュール内の位相演算回路と同じ計
    算精度で量子化した位相データと、不足している計算精
    度を補うランダムな位相データを発生する乱数発生回路
    を有し、それぞれの位相データを上記ビーム制御計算機
    から送られるビーム走査用位相に加えることを特徴とす
    るフェーズドアレーアンテナ装置。