JP3761840B2 - フェーズドアレイアンテナ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、素子アンテナの振幅位相測定を容易にしたフェーズドアレイアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複数個の素子アンテナと、各素子アンテナに接続された位相調整器とを備えたフェーズドアレイアンテナは、各素子アンテナの振幅・位相を正確に調整しなければ、本来の特性を得ることができない。このような調整に際しては、まず、その振幅位相の状態がどうなっているかを測定することが必要であり、そのための提案が種々なされている。
従来のフェーズドアレイアンテナにおける振幅位相測定に関して、特開昭６２−４７５６１号公報に開示された発明について、図１０により説明する。
【０００３】
図１０において、３１はフェーズドアレイアンテナを構成する素子アンテナで、図では数個示しているが多数個が図示しないアンテナ面に配列されている。７はあるひとつの素子アンテナの励信位相を変化させる位相器で、図では１個示しているが、各素子アンテナ３１にそれぞれ設けられている。６はあるひとつの素子アンテナの位相器７の位相量を制御する位相制御器、３２は各素子アンテナ３１からの信号を合成する合成回路である。３は前述の素子アンテナ３１と位相器７と合成回路３２を含むフェーズドアレイアンテナである。
【０００４】
２はフェーズドアレイアンテナ３の前記アンテナ面を所望の方向に向ける回転台で、一般には、図示しない駆動手段によって駆動可能に構成された機械的構造物である。８は全素子アンテナ３１の合成電界の振幅（要するに受信信号の振幅）を検出する受信振幅検波器、１１は全素子アンテナ３１の合成電界の振幅変化からフェーズドアレイアンテナ３の振幅位相測定を行う演算器、１５は振幅位相測定に用いるための基準電波（試験電波）を送信するコリメーションアンテナで、フェーズドアレイアンテナ３から十分（どの素子アンテナからもコリメーションアンテナが同じ角度で見えると見なし得る程度の距離、例えばフェーズドアレイアンテナの全幅又は全高の数１０倍以上）離れた場所に設置する必要がある。１６は回転台２を制御する回転台制御器である。
【０００５】
回転台制御器１６から回転台２を制御してフェーズドアレイアンテナ３のアンテナ面をコリメーションアンテナ１５に正対させ、試験電波を受信する。
位相制御器６からひとつの素子アンテナの位相器７の位相量を回転変化させたときのフェーズドアレイアンテナ全体の合成電界の振幅変化を受信振幅検波器８で検出し、フェーズドアレイアンテナ３の振幅位相測定を実施して、例えば図１１に示すような特性を得る。この場合の特性解析理論は前述の公報に開示されているので詳細な説明は省略する。
【０００６】
前述したとおり、コリメーションアンテナ１５はフェーズドアレイアンテナ３の全高または全幅の数１０倍以上の遠距離に設置する必要があるが、その理由の一つは、フェーズドアレイアンテナ３がある程度の広がりの範囲内に多数の素子アンテナ３１を配置した構造を持ち、コリメーションアンテナ１５の設置距離が近すぎると、各素子アンテナ３１から望むコリメーションアンテナの方向が、各素子アンテナごとに異なって見えてしまうためである。
しかし、このことのため、フェーズドアレイアンテナ３の構造が大型化するにつれ、コリメーションアンテナ１５の設置距離が遠方となり、測定設備全体としての規模は大型化する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のフェーズドアレイアンテナは、その振幅位相測定に際して試験電波を送信するためのコリメーションアンテナの専用設備が必ず必要であり、特にフェーズドアレイアンテナが大型化した場合には、フェーズドアレイアンテナからコリメーションアンテナまでの距離やコリメーションアンテナの高さ及び測定のための所要スペースなど測定系の規模が増大し、測定が困難になるという課題があった。
【０００８】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、コリメーションアンテナ等の専用設備を不要とすることにより、フェーズドアレイアンテナの規模に関係なく、振幅位相測定を容易に行えるようにしたフェーズドアレイアンテナを得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決する手段】
この発明のフェーズドアレイアンテナは、アンテナ面に配置され、それぞれが位相調整可能な位相器を有する複数の素子アンテナ、前記アンテナ面を任意の方向に回転させる回転台、太陽の現在位置を演算し、前記回転台に指令して前記アンテナ面を太陽に正対させる太陽軌道演算器、前記位相器の位相角を所定の周波数で変化させるディジタルビーム形成器を含む位相制御器、前記所定の周波数の帯域通過フィルタと前記帯域通過フィルタの出力信号を積分する積分器とを含み、互いに異なる周波数に対応する複数の信号処理系統、
前記ディジタルビーム形成器に、前記複数の信号処理系統が対応する複数の周波数のビームを同時に形成する指令を行う第１の指令手段を備え、
太陽電波信号を受信して、前記太陽電波の前記同時に形成された複数のビームに対する振幅位相測定を同時に処理可能としたものである。
【００１０】
また、アンテナ面に配置され、それぞれが位相調整可能な位相器を有する複数の素子アンテナ、前記位相器を調整して前記複数の素子アンテナの指向方向を任意の方向に制御する位相制御器、太陽の現在位置を演算し、前記位相制御器に指令して前記指向方向を太陽に正対させる太陽軌道演算器、前記位相器の位相角を所定の周期で変化させるディジタル ビーム形成器を含む位相制御器、前記所定の周波数の帯域通過フィルタと前記帯域通過フィルタの出力信号を積分する積分器とを含み、互いに異なる周波数に対応する複数の信号処理系統、前記ディジタルビーム形成器に前記複数の信号処理系統が対応する複数の周波数のビームを同時に形成する指令を行う第１の指令手段を備え、
前記太陽電波を受信して、前記太陽電波の前記同時に形成された複数のビームに対する振幅位相測定を同時に処理可能としたものである。
【００１１】
また、アンテナ面に配置され、それぞれが位相調整可能な位相器を有する複数の素子アンテナ、前記アンテナ面を任意の方向に回転させる回転台、太陽の現在位置を演算し、前記回転台に指令して前記アンテナ面を太陽に正対させる太陽軌道演算器、前記位相器の位相角を所定の周波数で変化させるディジタルビーム形成器を含む位相制御器、前記所定の周波数の帯域通過フィルタと前記帯域通過フィルタの出力信号を積分する積分器とを含み、互いに異なる周波数に対応する複数の信号処理系統、前記デジタルビーム形成器に、前記複数の素子アンテナの位相を同時に回転させる指令を行う第２の指令手段を備え、
太陽電波信号を受信して、前記同時に位相回転した前記複数の素子アンテナの前記太陽電波の振幅位相測定を同時に処理可能としたものである。
【００１２】
また、アンテナ面に配置され、それぞれが位相調整可能な位相器を有する複数の素子アンテナ、前記位相器を調整して前記複数の素子アンテナの指向方向を任意の方向に制御する位相制御器、太陽の現在位置を演算し、前記位相制御器に指令して前記指向方向を太陽に正対させる太陽軌道演算器、前記位相器の位相角を所定の周期で変化させるディジタルビーム形成器を含む位相制御器、前記所定の周波数の帯域通過フィルタと前記帯域通過フィルタの出力信号を積分する積分器とを含み、互いに異なる周波数に対応する複数の信号処理系統、前記デジタルビーム形成器に同時に複数の素子アンテナの位相を回転させる指令を行う第２の指令手段を備え、
太陽電波信号を受信して、前記同時に位相回転した前記複数の素子アンテナの前記太陽電波の振幅位相測定を同時に処理可能としたものである。
【００１３】
また、アンテナ面に配置され、それぞれが位相調整可能な位相器を有する複数の素子アンテナ、前記アンテナ面を任意の方向に回転させる回転台、
太陽の現在位置を演算し、前記回転台に指令して前記アンテナ面を太陽に正対させる太陽軌道演算器、前記位相器の位相角を所定の周波数で変化させるディジタルビーム形成器を含む位相制御器、前記所定の周波数の帯域通過フィルタと前記帯域通過フィルタの出力信号を積分する積分器とを含み、互いに異なる周波数に対応する複数の信号処理系統、
前記デジタルビーム形成器に、１つの素子アンテナの位相を同時に複数の周波数に対する複数の位相回転角とする指令を行う第３の指令手段を備え、
太陽電波信号を受信して、１つの素子アンテナの位相を複数の周波数に対する複数の位相回転角に同時に設定し、前記複数の位相角に対する前記太陽電波の振幅位相測定を同時に処理可能としたものである。
【００１４】
また、アンテナ面に配置され、それぞれが位相調整可能な位相器を有する複数の素子アンテナ、前記位相器を調整して前記複数の素子アンテナの指向方向を任意の方向に制御する位相制御器、太陽の現在位置を演算し、前記位相制御器に指令して前記指向方向を太陽に正対させる太陽軌道演算器、前記位相器の位相角を所定の周期で変化させるディジタルビーム形成器を含む位相制御器、前記所定の周波数の帯域通過フィルタと前記帯域通過フィルタの出力信号を積分する積分器とを含み、互いに異なる周波数に対応する複数の信号処理系統、前記デジタルビーム形成器に、１つの素子アンテナの位相を同時に複数の周波数のそれぞれに対する複数の位相回転角とする指令を行う第３の指令手段を備え、
太陽電波信号を受信しつつ、１つの素子アンテナの位相を複数の周波数のそれぞれに対する複数の位相回転角に同時に設定し、前記位相角に対する前記太陽電波の振幅位相測定を同時に処理可能としたものである。
【００１５】
また、アンテナ面に配置され、それぞれが位相調整可能な位相器を有する複数の素子アンテナ、前記アンテナ面を任意の方向に回転させる回転台、太陽の現在位置を演算し、前記回転台に指令して前記アンテナ面を太陽に正対させる太陽軌道演算器、前記位相器の位相角を所定の周波数で変化させるディジタルビーム形成器を含む位相制御器、前記所定の周波数の帯域通過フィルタと前記帯域通過フィルタの出力信号を積分する積分器とを含み、互いに異なる周波数に対応する複数の信号処理系統、前記デジタルビーム形成器に、前記複数の素子アンテナのそれぞれについて、複数の周波数に対する複数のビームを形成させ、複数の素子アンテナの位相を同時に回転させ、１つの素子アンテナを同時に複数の周波数に対する複数の位相回転角度に設定する指令を行う第４の指令手段を備え、
太陽電波信号を受信して、複数の周波数に対応した複数のビームの信号、複数の素子アンテナの位相を同時に回転した信号、１つの素子アンテナを同時に複数の周波数に対する複数の位相回転角度とした信号に対する前記太陽電波の振幅位相測定を同時に処理可能としたものである。
【００１６】
また、アンテナ面に配置され、それぞれが位相調整可能な位相器を有する複数の素子アンテナ、前記位相器を調整して前記複数の素子アンテナの指向方向を任意の方向に制御する位相制御器、太陽の現在位置を演算し、前記位相制御器に指令して前記指向方向を太陽に正対させる太陽軌道演算器、前記位相器の位相角を所定の周期で変化させるディジタルビーム形成器を含む位相制御器、前記所定の周波数の帯域通過フィルタと前記帯域通過フィルタの出力信号を積分する積分器とを含み、互いに異なる周波数に対応する複数の信号処理系統、前記デジタルビーム形成器に、同時に複数の素子アンテナのそれぞれについて、複数の周波数に対する複数のビームを形成し、複数の素子アンテナの位相を同時に回転させ、１つの素子アンテナを同時に複数の周波数のそれぞれに対する複数の位相回転角度に設定する指令を行う第４の指令手段を備え、
太陽電波信号を受信して、複数の周波数に対応した複数のビームの信号、複数の素子アンテナの位相を同時に回転した信号、１つの素子アンテナを同時に複数の周波数に対する複数の位相回転角度とした信号に対する前記太陽電波の振幅位相測定を同時に処理可能としたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１のフェーズドアレイアンテナについて図１を用いて説明する。３１はフェーズドアレイアンテナを構成する素子アンテナで、図では数個示しているが多数個が図示しないアンテナ面に配列されている。７は任意の一つの素子アンテナ３１の位相を変化させる位相器で、図では１個示しているが、各素子アンテナ３１にそれぞれ設けられている。６は任意の一つの素子アンテナの位相器の位相量を制御する位相制御器、３２は各素子アンテナ３１からの信号を合成する合成回路である。３は前述の素子アンテナ３１と位相器７と合成回路３２を含むフェーズドアレイアンテナである。
２はフェーズドアレイアンテナ３の前記アンテナ面を所望の方向に向ける回転台で図示しない工藤手段によって駆動可能に構成された機械的構造物である。８は全素子アンテナ３１の合成電界の振幅（要するに受信信号の振幅）を検出する受信振幅検波器、１１は全アレイ（以下、素子アンテナ３１の集合体を全アレイと呼ぶ場合もある）の合成電界の振幅変化からフェーズドアレイアンテナ３の振幅位相測定を行う演算器である。
なお、以下の各図において、従来例の説明に用いた図の符号と同符号のものは同一又は相当部分なので、その詳細な説明は省略する。
【００１８】
図１において、１は現在の太陽の方向を計算する太陽軌道演算器、４は太陽、５は太陽から放射される太陽電波、９は全素子アンテナ３１の振幅変化信号から所望の周期（詳細は後述するが位相器の位相を変化させる周波数に会わせる）に対応した成分のみを通過させる帯域通過フィルタ、１０は帯域通過フィルタ９を通過した信号に対して積分（Ｓ／Ｎ改善）処理を実施する積分器である。
【００１９】
この発明の実施の形態１におけるフェーズドアレイアンテナは、アンテナ利得の最適化（最大化）などを目的とした振幅位相測定を行うために、太陽軌道演算器１から回転台２を制御してフェーズドアレイアンテナ３のアンテナ面を太陽４に正対させ、太陽電波５を受信する。そして、位相制御器６から任意のひとつの素子アンテナ３１の位相器７の位相量を回転、変化させたときの、全アレイの合成電界の振幅変化を受信振幅検波器８で検出し、帯域通過フィルタ９を通過した信号に対して積分器１０にて積分（Ｓ／Ｎ改善）処理を実施し、演算器１１にて全アレイの合成電界の振幅変化から振幅位相測定を実施する。
【００２０】
ここで太陽電波５は白色雑音であり、かつ地表での電力密度が低い（電波が微弱である）ため、振幅変化を検出するのに十分なＳ／Ｎ比が得られないという問題があるが、この発明では、ある素子アンテナの位相器７の位相量を回転させたことによる振幅変化の周期に対応した帯域通過フィルタ９を用いて雑音成分を除去し、さらに積分器１０にて積分（Ｓ／Ｎ改善）処理を行うことにより、全素子アンテナ３１の合成電界の振幅変化を検出するのに必要なＳ／Ｎ比を得ることを可能にした。
【００２１】
上記についてさらに詳しく説明する。
太陽電波を用いてフェーズドアレイアンテナの振幅位相測定を行う場合の所要のＳ／Ｎ改善量を計算した例を以下に示す。
（以下の計算式は文献MICROWAVE & RF・October 1987による）
太陽電波によるアンテナ受信電力Ｓｉは
Ｓi＝(Ｆλ(ｆ)・Ａe)／２
ここで Ｓi ：太陽電波によるアンテナ受信電力［W/Hz］
Ｆλ(ｆ)：太陽の放射電力密度（＝2.5×10−３０ｆ）［W/Hz/m２］
Ａe ：アンテナ有効開口面積［m２］ である。
振幅位相測定時のアンテナ利得を１０［dB］と仮定し、その他、等価雑音温度、レドーム損失、受信系損失といった、実際のフェーズドアレイアンテナを想定したＳ／Ｎ計算に必要なパラメータを適宜仮定した計算結果は図２に示すとおりである。
上記の計算結果より、積分処理により約20〜30［dB］程度のＳ／Ｎ改善を図ることにより全アレイの合成電界の振幅変化を検出することが可能であるから、太陽電波によりフェーズドアレイアンテナ３の振幅位相測定が可能となる。
【００２２】
以上のように、この発明の実施の形態１では、太陽電波を用いてフェーズドアレイアンテナ３の振幅位相測定を行うことにより、従来必要であった試験電波を送信するためのコリメーションアンテナ等の大型の試験設備を不要とすることができる。
【００２３】
実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２について図３により説明する。図３に於いて３５は、太陽追尾指令手段であり太陽軌道演算器１に対して太陽を追尾する制御を行うよう指令するものである。
この発明の実施の形態１では、太陽軌道演算器１から回転台２を制御してフェーズドアレイアンテナ３のアンテナ面の初期方向を太陽４に正対させて振幅位相測定を実施するが、もし測定に要する時間が長ければ、時間経過にともない太陽方向が変化し、本来アンテナ面と正対すべき太陽方向が時間とともに変化することにより、振幅位相測定の誤差が発生する。そこで実施の形態２では、太陽軌道演算器１に太陽追尾指令手段３５を設けて、太陽軌道演算器１によりリアルタイムに回転台２を制御し、常にアンテナ面が太陽４に正対するよう追尾しながら振幅位相測定を行う。
【００２４】
以上のように、この発明の実施の形態２では、この発明の実施の形態１に加えてリアルタイムにアンテナ面を太陽に正対させたことにより、振幅位相測定の測定誤差を低減することができる。
【００２５】
実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３について図４を用いて説明する。図４では図１に示した回転台２がないこと、及び太陽軌道演算器１による制御対象が位相制御器６であること以外は図１と同じである。
図４のフェーズドアレイアンテナ３の動作は、太陽軌道演算器１による太陽方向の演算結果に基づき位相制御器６を用いてフェーズドアレイアンテナ３の電子走査により電気的にアンテナの指向方向を太陽に正対させている。振幅位相測定時には任意の１つの素子アンテナ３１の位相を変化させるので、アンテナ全体としての指向方向はわずかに変化するが、位相制御器６はこれには応答しないようにする。以下この発明の実施の形態１と同様に振幅位相測定を実施する。
【００２６】
以上のように、この発明の実施の形態３では、電子走査により電気的にアンテナ面を太陽に正対させることにより、回転台２を不要とするとともに瞬時にアンテナ面の初期方向を設定することができ、測定設備の簡素化、測定時間の短縮をはかることができる。
【００２７】
実施の形態４．
以下、この発明の実施の形態４について図５により説明する。図において３５は、太陽追尾指令手段であり太陽軌道演算器１に対して太陽を追尾する制御を行うよう指令するものである。
実施の形態３では、太陽軌道演算器１から位相制御器６を制御してフェーズドアレイアンテナ３のアンテナ面の初期方向を電気的に太陽４に正対させて振幅位相測定を実施したが、時間経過にともない太陽方向が変化し、本来アンテナ面と正対すべき太陽方向が時間とともに変化することにより、振幅位相測定の誤差が発生する。そこでこの発明の実施の形態４では、太陽追尾指令手段３５により
太陽軌道演算器１に指令して、リアルタイムに位相制御器６を制御し、常にアンテナ面が太陽４に正対するよう追尾しながら振幅位相測定を行う。
【００２８】
以上のように、この発明の実施の形態４では、この発明の実施の形態３に加えてリアルタイムにアンテナ面を電気的に太陽に正対させることにより、振幅位相測定の測定誤差を低減することができる。
【００２９】
実施の形態５．
以下、この発明の実施の形態５について図６を用いて説明する。図６において、１２は各素子アンテナ３１で受信した信号をデジタル信号に変換する受信Ａ／Ｄ変換器、１３は各素子アンテナ３１の受信デジタル信号を合成演算することにより所望のビームを形成するデジタルビーム形成器、１４は受信振幅検波器，帯域通過フィルタ，積分器，演算器の各処理を実施する系統を複数備えた処理系である。この複数の系統は処理する信号の周波数が互いに異なっている。５０はフェーズドアレイアンテナで、デジタル信号によりビームを形成するデジタルビームフォーミングアンテナ、ＤＢＦ(Digital Beam Forming)アンテナである。
５１はデジタルビーム形成器１３に指令して、同時に異なる周波数に対応した複数のビームを形成させる第１の指令手段である。
【００３０】
図６のフェーズドアレイアンテナ５０は、各素子アンテナで受信した信号を受信Ａ／Ｄ変換器１２でデジタル信号に変換し、デジタルビーム形成器１３で所望のビーム（アンテナ指向性パターン）を形成する。ここで、デジタルビーム形成器１３は受信デジタル信号の合成演算によりビームを形成するものであるので、第１の指令手段５１からの指令により、同時に異なる周波数に対応した複数のビームを形成することができる。この結果、同時に複数の周波数にそれぞれ対応したビームを形成して、処理系１４へ出力することにより、この発明の実施の形態１〜４では異なる周波数ごとに、順々に実施していた振幅位相測定処理を、複数の周波数の信号に対して同時に実施することができる。
【００３１】
以上より、この発明の実施の形態５では、この発明の実施の形態１〜４において実施した振幅位相測定を、ＤＢＦ(Digital Beam Forming)アンテナ５０に適用して、複数の周波数の信号を同時に処理することにより、振幅位相測定時間を短縮することができる。
【００３２】
実施の形態６．
以下、この発明の実施の形態６について図７により説明する。図７に於いて
５２はデジタルビーム形成器１３に対して、同時に複数の素子アンテナの位相を回転させる指令を行う第２の指令手段である。その他は実施の形態５の図６と同じなので詳細な説明を省略する。
図７のフェーズドアレイアンテナ５０の動作は、実施の形態５において図６を用いて説明したのとほぼ同じであるが、第２の指令手段５２の指令に基づき、デジタルビーム形成器１３において同時に複数の素子アンテナの位相を回転したときのビームを形成して、処理系１４へ出力することにより振幅位相測定処理を複数の位相回転素子アンテナの信号に対して実施する。
【００３３】
以上より、この発明の実施の形態６では、この発明の実施の形態１〜４においてＤＢＦ(DigitalBeam Forming)アンテナに適用して、複数の位相回転素子アンテナの信号を同時に処理することにより、振幅位相測定時間を短縮することができる。
【００３４】
実施の形態７．
以下、この発明の実施の形態７について図８により説明する。図に於いて５３はデジタルビーム形成器１３に指令して、同時に１つの素子アンテナを複数の位相回転角度に設定したときのビームを形成し、処理系１４へ出力させる第３の指令手段である。
第３の指令手段５３により、デジタルビーム形成器１３において同時に１つの素子アンテナを複数の位相回転角度に設定したときのビームを形成して、処理系１４へ出力することにより振幅位相測定処理を複数の位相回転角度の信号に対して実施する。
【００３５】
以上より、この発明の実施の形態７では、この発明の実施の形態１〜４においてＤＢＦ(DigitalBeam Forming)アンテナに適用して、複数の位相回転角度の信号を同時に処理することにより、振幅位相測定時間を短縮することができる。
【００３６】
実施の形態８．
以下、この発明の実施の形態８について図９により説明する。図に於いて５４はデジタルビーム形成器１３に指令して、複数の周波数，複数の位相回転素子アンテナ，複数の位相回転角度を任意に組み合わせたビームを形成させる第４の指令手段である。その他の符号は実施の形態５の図６と同じなので詳細な説明を省略する。
図９のフェーズドアレイアンテナ５０の動作は実施の形態５において図３を用いて説明したのとほぼ同じであるが、この発明の実施の形態５〜７の周波数，位相回転素子アンテナ，位相回転角度を任意に組み合わせた複数の信号を同時に処理することにより、振幅位相測定を実施する。
【００３７】
以上より、この発明の実施の形態８では、この発明の実施の形態１〜４においてＤＢＦ(DigitalBeam Forming)アンテナに適用して、この発明の実施の形態５〜７の周波数，位相回転素子アンテナ，位相回転角度を任意に組み合わせた複数の信号を同時に処理することより、振幅位相測定時間を短縮することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、この発明のフェーズドアレイアンテナは、素子アンテナの位相を変化させる周期にあわせた帯域通過フィルタと積分器とを用いて、微弱な太陽電波を用いてフェーズドアレイアンテナの振幅位相測定を可能としたので、コリメーションアンテナなどの専用設備を必要としないという効果が得られる。
【００３９】
また、回転台は太陽を追尾して回転するので、常に正対した状態でフェーズドアレイアンテナの振幅位相測定が行われ、測定精度が高められるという効果が得られる。
【００４０】
また、フェーズドアレイアンテナは電子走査により太陽の方向に指向させられるので、回転台を必要とせず、試験設備が簡素になるという効果が得られる。
【００４１】
また、電子走査により太陽を追尾するので、フェーズドアレイアンテナ全体としては常に太陽の方向に指向して調整が行われるので、測定精度が高められるという効果が得られる。
【００４２】
又、フェーズドアレイアンテナは指向性パターンをデジタル制御で調整できるデジタルビームフォーミングアンテナであり、複数の周波数の信号を同時に処理できるので、測定時間が短縮できるという効果が得られる。
【００４３】
また、同時に複数の素子アンテナの位相を変化させてフェーズドアレイアンテナの振幅位相測定が行えるので、測定時間が短縮できるという効果が得られる。
【００４４】
また、１つの素子アンテナの位相を同時に複数の位相角に変化させて振幅位相測定ができるので、測定時間が短縮できるという効果が得られる。
【００４５】
また、複数の周波数、複数の素子アンテナ、複数の位相角に同時に調整することにより、測定時間をより短縮できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１のフェーズドアレイアンテナの構成を示す図である。
【図２】 図１のフェーズドアレイアンテナの特性を説明するための図である。
【図３】 この発明の実施の形態２のフェーズドアレイアンテナの構成を示す図である。
【図４】 この発明の実施の形態３のフェーズドアレイアンテナを示す図である。
【図５】 この発明の実施の形態４のフェーズドアレイアンテナを示す図である。
【図６】 この発明の実施の形態５のフェーズドアレイアンテナを示す図である。
【図７】 この発明の実施の形態６のフェーズドアレイアンテナを示す図である。
【図８】 この発明の実施の形態７のフェーズドアレイアンテナを示す図である。
【図９】 この発明の実施の形態８のフェーズドアレイアンテナを示す図である。
【図１０】 従来技術におけるフェーズドアレイアンテナを示す図である。
【図１１】 図１０の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 太陽軌道演算器、 ２ 回転台、 ３ フェーズドアレイアンテナ、
４ 太陽、 ５ 太陽電波、 ６ 位相制御器、 ７ 位相器、
８ 受信振幅検波器、 ９ 帯域通過フィルタ、 １０ 積分器、
１１ 演算器、 １２ 受信A/D変換器、
１３ デジタルビーム形成器、 １４ 処理系、
１５ コリメーションアンテナ、 １６ 回転台制御器、
３２ 合成回路、 ３５ 太陽追尾指令手段、
５１ 第１の指令手段、 ５２ 第２の指令手段、
５３ 第３の指令手段、 ５４ 第４の指令手段。
【発明の属する技術分野】
本発明は、素子アンテナの振幅位相測定を容易にしたフェーズドアレイアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複数個の素子アンテナと、各素子アンテナに接続された位相調整器とを備えたフェーズドアレイアンテナは、各素子アンテナの振幅・位相を正確に調整しなければ、本来の特性を得ることができない。このような調整に際しては、まず、その振幅位相の状態がどうなっているかを測定することが必要であり、そのための提案が種々なされている。
従来のフェーズドアレイアンテナにおける振幅位相測定に関して、特開昭６２−４７５６１号公報に開示された発明について、図１０により説明する。
【０００３】
図１０において、３１はフェーズドアレイアンテナを構成する素子アンテナで、図では数個示しているが多数個が図示しないアンテナ面に配列されている。７はあるひとつの素子アンテナの励信位相を変化させる位相器で、図では１個示しているが、各素子アンテナ３１にそれぞれ設けられている。６はあるひとつの素子アンテナの位相器７の位相量を制御する位相制御器、３２は各素子アンテナ３１からの信号を合成する合成回路である。３は前述の素子アンテナ３１と位相器７と合成回路３２を含むフェーズドアレイアンテナである。
【０００４】
２はフェーズドアレイアンテナ３の前記アンテナ面を所望の方向に向ける回転台で、一般には、図示しない駆動手段によって駆動可能に構成された機械的構造物である。８は全素子アンテナ３１の合成電界の振幅（要するに受信信号の振幅）を検出する受信振幅検波器、１１は全素子アンテナ３１の合成電界の振幅変化からフェーズドアレイアンテナ３の振幅位相測定を行う演算器、１５は振幅位相測定に用いるための基準電波（試験電波）を送信するコリメーションアンテナで、フェーズドアレイアンテナ３から十分（どの素子アンテナからもコリメーションアンテナが同じ角度で見えると見なし得る程度の距離、例えばフェーズドアレイアンテナの全幅又は全高の数１０倍以上）離れた場所に設置する必要がある。１６は回転台２を制御する回転台制御器である。
【０００５】
回転台制御器１６から回転台２を制御してフェーズドアレイアンテナ３のアンテナ面をコリメーションアンテナ１５に正対させ、試験電波を受信する。
位相制御器６からひとつの素子アンテナの位相器７の位相量を回転変化させたときのフェーズドアレイアンテナ全体の合成電界の振幅変化を受信振幅検波器８で検出し、フェーズドアレイアンテナ３の振幅位相測定を実施して、例えば図１１に示すような特性を得る。この場合の特性解析理論は前述の公報に開示されているので詳細な説明は省略する。
【０００６】
前述したとおり、コリメーションアンテナ１５はフェーズドアレイアンテナ３の全高または全幅の数１０倍以上の遠距離に設置する必要があるが、その理由の一つは、フェーズドアレイアンテナ３がある程度の広がりの範囲内に多数の素子アンテナ３１を配置した構造を持ち、コリメーションアンテナ１５の設置距離が近すぎると、各素子アンテナ３１から望むコリメーションアンテナの方向が、各素子アンテナごとに異なって見えてしまうためである。
しかし、このことのため、フェーズドアレイアンテナ３の構造が大型化するにつれ、コリメーションアンテナ１５の設置距離が遠方となり、測定設備全体としての規模は大型化する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のフェーズドアレイアンテナは、その振幅位相測定に際して試験電波を送信するためのコリメーションアンテナの専用設備が必ず必要であり、特にフェーズドアレイアンテナが大型化した場合には、フェーズドアレイアンテナからコリメーションアンテナまでの距離やコリメーションアンテナの高さ及び測定のための所要スペースなど測定系の規模が増大し、測定が困難になるという課題があった。
【０００８】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、コリメーションアンテナ等の専用設備を不要とすることにより、フェーズドアレイアンテナの規模に関係なく、振幅位相測定を容易に行えるようにしたフェーズドアレイアンテナを得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決する手段】
この発明のフェーズドアレイアンテナは、アンテナ面に配置され、それぞれが位相調整可能な位相器を有する複数の素子アンテナ、前記アンテナ面を任意の方向に回転させる回転台、太陽の現在位置を演算し、前記回転台に指令して前記アンテナ面を太陽に正対させる太陽軌道演算器、前記位相器の位相角を所定の周波数で変化させるディジタルビーム形成器を含む位相制御器、前記所定の周波数の帯域通過フィルタと前記帯域通過フィルタの出力信号を積分する積分器とを含み、互いに異なる周波数に対応する複数の信号処理系統、
前記ディジタルビーム形成器に、前記複数の信号処理系統が対応する複数の周波数のビームを同時に形成する指令を行う第１の指令手段を備え、
太陽電波信号を受信して、前記太陽電波の前記同時に形成された複数のビームに対する振幅位相測定を同時に処理可能としたものである。
【００１０】
また、アンテナ面に配置され、それぞれが位相調整可能な位相器を有する複数の素子アンテナ、前記位相器を調整して前記複数の素子アンテナの指向方向を任意の方向に制御する位相制御器、太陽の現在位置を演算し、前記位相制御器に指令して前記指向方向を太陽に正対させる太陽軌道演算器、前記位相器の位相角を所定の周期で変化させるディジタル ビーム形成器を含む位相制御器、前記所定の周波数の帯域通過フィルタと前記帯域通過フィルタの出力信号を積分する積分器とを含み、互いに異なる周波数に対応する複数の信号処理系統、前記ディジタルビーム形成器に前記複数の信号処理系統が対応する複数の周波数のビームを同時に形成する指令を行う第１の指令手段を備え、
前記太陽電波を受信して、前記太陽電波の前記同時に形成された複数のビームに対する振幅位相測定を同時に処理可能としたものである。
【００１１】
また、アンテナ面に配置され、それぞれが位相調整可能な位相器を有する複数の素子アンテナ、前記アンテナ面を任意の方向に回転させる回転台、太陽の現在位置を演算し、前記回転台に指令して前記アンテナ面を太陽に正対させる太陽軌道演算器、前記位相器の位相角を所定の周波数で変化させるディジタルビーム形成器を含む位相制御器、前記所定の周波数の帯域通過フィルタと前記帯域通過フィルタの出力信号を積分する積分器とを含み、互いに異なる周波数に対応する複数の信号処理系統、前記デジタルビーム形成器に、前記複数の素子アンテナの位相を同時に回転させる指令を行う第２の指令手段を備え、
太陽電波信号を受信して、前記同時に位相回転した前記複数の素子アンテナの前記太陽電波の振幅位相測定を同時に処理可能としたものである。
【００１２】
また、アンテナ面に配置され、それぞれが位相調整可能な位相器を有する複数の素子アンテナ、前記位相器を調整して前記複数の素子アンテナの指向方向を任意の方向に制御する位相制御器、太陽の現在位置を演算し、前記位相制御器に指令して前記指向方向を太陽に正対させる太陽軌道演算器、前記位相器の位相角を所定の周期で変化させるディジタルビーム形成器を含む位相制御器、前記所定の周波数の帯域通過フィルタと前記帯域通過フィルタの出力信号を積分する積分器とを含み、互いに異なる周波数に対応する複数の信号処理系統、前記デジタルビーム形成器に同時に複数の素子アンテナの位相を回転させる指令を行う第２の指令手段を備え、
太陽電波信号を受信して、前記同時に位相回転した前記複数の素子アンテナの前記太陽電波の振幅位相測定を同時に処理可能としたものである。
【００１３】
また、アンテナ面に配置され、それぞれが位相調整可能な位相器を有する複数の素子アンテナ、前記アンテナ面を任意の方向に回転させる回転台、
太陽の現在位置を演算し、前記回転台に指令して前記アンテナ面を太陽に正対させる太陽軌道演算器、前記位相器の位相角を所定の周波数で変化させるディジタルビーム形成器を含む位相制御器、前記所定の周波数の帯域通過フィルタと前記帯域通過フィルタの出力信号を積分する積分器とを含み、互いに異なる周波数に対応する複数の信号処理系統、
前記デジタルビーム形成器に、１つの素子アンテナの位相を同時に複数の周波数に対する複数の位相回転角とする指令を行う第３の指令手段を備え、
太陽電波信号を受信して、１つの素子アンテナの位相を複数の周波数に対する複数の位相回転角に同時に設定し、前記複数の位相角に対する前記太陽電波の振幅位相測定を同時に処理可能としたものである。
【００１４】
また、アンテナ面に配置され、それぞれが位相調整可能な位相器を有する複数の素子アンテナ、前記位相器を調整して前記複数の素子アンテナの指向方向を任意の方向に制御する位相制御器、太陽の現在位置を演算し、前記位相制御器に指令して前記指向方向を太陽に正対させる太陽軌道演算器、前記位相器の位相角を所定の周期で変化させるディジタルビーム形成器を含む位相制御器、前記所定の周波数の帯域通過フィルタと前記帯域通過フィルタの出力信号を積分する積分器とを含み、互いに異なる周波数に対応する複数の信号処理系統、前記デジタルビーム形成器に、１つの素子アンテナの位相を同時に複数の周波数のそれぞれに対する複数の位相回転角とする指令を行う第３の指令手段を備え、
太陽電波信号を受信しつつ、１つの素子アンテナの位相を複数の周波数のそれぞれに対する複数の位相回転角に同時に設定し、前記位相角に対する前記太陽電波の振幅位相測定を同時に処理可能としたものである。
【００１５】
また、アンテナ面に配置され、それぞれが位相調整可能な位相器を有する複数の素子アンテナ、前記アンテナ面を任意の方向に回転させる回転台、太陽の現在位置を演算し、前記回転台に指令して前記アンテナ面を太陽に正対させる太陽軌道演算器、前記位相器の位相角を所定の周波数で変化させるディジタルビーム形成器を含む位相制御器、前記所定の周波数の帯域通過フィルタと前記帯域通過フィルタの出力信号を積分する積分器とを含み、互いに異なる周波数に対応する複数の信号処理系統、前記デジタルビーム形成器に、前記複数の素子アンテナのそれぞれについて、複数の周波数に対する複数のビームを形成させ、複数の素子アンテナの位相を同時に回転させ、１つの素子アンテナを同時に複数の周波数に対する複数の位相回転角度に設定する指令を行う第４の指令手段を備え、
太陽電波信号を受信して、複数の周波数に対応した複数のビームの信号、複数の素子アンテナの位相を同時に回転した信号、１つの素子アンテナを同時に複数の周波数に対する複数の位相回転角度とした信号に対する前記太陽電波の振幅位相測定を同時に処理可能としたものである。
【００１６】
また、アンテナ面に配置され、それぞれが位相調整可能な位相器を有する複数の素子アンテナ、前記位相器を調整して前記複数の素子アンテナの指向方向を任意の方向に制御する位相制御器、太陽の現在位置を演算し、前記位相制御器に指令して前記指向方向を太陽に正対させる太陽軌道演算器、前記位相器の位相角を所定の周期で変化させるディジタルビーム形成器を含む位相制御器、前記所定の周波数の帯域通過フィルタと前記帯域通過フィルタの出力信号を積分する積分器とを含み、互いに異なる周波数に対応する複数の信号処理系統、前記デジタルビーム形成器に、同時に複数の素子アンテナのそれぞれについて、複数の周波数に対する複数のビームを形成し、複数の素子アンテナの位相を同時に回転させ、１つの素子アンテナを同時に複数の周波数のそれぞれに対する複数の位相回転角度に設定する指令を行う第４の指令手段を備え、
太陽電波信号を受信して、複数の周波数に対応した複数のビームの信号、複数の素子アンテナの位相を同時に回転した信号、１つの素子アンテナを同時に複数の周波数に対する複数の位相回転角度とした信号に対する前記太陽電波の振幅位相測定を同時に処理可能としたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１のフェーズドアレイアンテナについて図１を用いて説明する。３１はフェーズドアレイアンテナを構成する素子アンテナで、図では数個示しているが多数個が図示しないアンテナ面に配列されている。７は任意の一つの素子アンテナ３１の位相を変化させる位相器で、図では１個示しているが、各素子アンテナ３１にそれぞれ設けられている。６は任意の一つの素子アンテナの位相器の位相量を制御する位相制御器、３２は各素子アンテナ３１からの信号を合成する合成回路である。３は前述の素子アンテナ３１と位相器７と合成回路３２を含むフェーズドアレイアンテナである。
２はフェーズドアレイアンテナ３の前記アンテナ面を所望の方向に向ける回転台で図示しない工藤手段によって駆動可能に構成された機械的構造物である。８は全素子アンテナ３１の合成電界の振幅（要するに受信信号の振幅）を検出する受信振幅検波器、１１は全アレイ（以下、素子アンテナ３１の集合体を全アレイと呼ぶ場合もある）の合成電界の振幅変化からフェーズドアレイアンテナ３の振幅位相測定を行う演算器である。
なお、以下の各図において、従来例の説明に用いた図の符号と同符号のものは同一又は相当部分なので、その詳細な説明は省略する。
【００１８】
図１において、１は現在の太陽の方向を計算する太陽軌道演算器、４は太陽、５は太陽から放射される太陽電波、９は全素子アンテナ３１の振幅変化信号から所望の周期（詳細は後述するが位相器の位相を変化させる周波数に会わせる）に対応した成分のみを通過させる帯域通過フィルタ、１０は帯域通過フィルタ９を通過した信号に対して積分（Ｓ／Ｎ改善）処理を実施する積分器である。
【００１９】
この発明の実施の形態１におけるフェーズドアレイアンテナは、アンテナ利得の最適化（最大化）などを目的とした振幅位相測定を行うために、太陽軌道演算器１から回転台２を制御してフェーズドアレイアンテナ３のアンテナ面を太陽４に正対させ、太陽電波５を受信する。そして、位相制御器６から任意のひとつの素子アンテナ３１の位相器７の位相量を回転、変化させたときの、全アレイの合成電界の振幅変化を受信振幅検波器８で検出し、帯域通過フィルタ９を通過した信号に対して積分器１０にて積分（Ｓ／Ｎ改善）処理を実施し、演算器１１にて全アレイの合成電界の振幅変化から振幅位相測定を実施する。
【００２０】
ここで太陽電波５は白色雑音であり、かつ地表での電力密度が低い（電波が微弱である）ため、振幅変化を検出するのに十分なＳ／Ｎ比が得られないという問題があるが、この発明では、ある素子アンテナの位相器７の位相量を回転させたことによる振幅変化の周期に対応した帯域通過フィルタ９を用いて雑音成分を除去し、さらに積分器１０にて積分（Ｓ／Ｎ改善）処理を行うことにより、全素子アンテナ３１の合成電界の振幅変化を検出するのに必要なＳ／Ｎ比を得ることを可能にした。
【００２１】
上記についてさらに詳しく説明する。
太陽電波を用いてフェーズドアレイアンテナの振幅位相測定を行う場合の所要のＳ／Ｎ改善量を計算した例を以下に示す。
（以下の計算式は文献MICROWAVE & RF・October 1987による）
太陽電波によるアンテナ受信電力Ｓｉは
Ｓi＝(Ｆλ(ｆ)・Ａe)／２
ここで Ｓi ：太陽電波によるアンテナ受信電力［W/Hz］
Ｆλ(ｆ)：太陽の放射電力密度（＝2.5×10−３０ｆ）［W/Hz/m２］
Ａe ：アンテナ有効開口面積［m２］ である。
振幅位相測定時のアンテナ利得を１０［dB］と仮定し、その他、等価雑音温度、レドーム損失、受信系損失といった、実際のフェーズドアレイアンテナを想定したＳ／Ｎ計算に必要なパラメータを適宜仮定した計算結果は図２に示すとおりである。
上記の計算結果より、積分処理により約20〜30［dB］程度のＳ／Ｎ改善を図ることにより全アレイの合成電界の振幅変化を検出することが可能であるから、太陽電波によりフェーズドアレイアンテナ３の振幅位相測定が可能となる。
【００２２】
以上のように、この発明の実施の形態１では、太陽電波を用いてフェーズドアレイアンテナ３の振幅位相測定を行うことにより、従来必要であった試験電波を送信するためのコリメーションアンテナ等の大型の試験設備を不要とすることができる。
【００２３】
実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２について図３により説明する。図３に於いて３５は、太陽追尾指令手段であり太陽軌道演算器１に対して太陽を追尾する制御を行うよう指令するものである。
この発明の実施の形態１では、太陽軌道演算器１から回転台２を制御してフェーズドアレイアンテナ３のアンテナ面の初期方向を太陽４に正対させて振幅位相測定を実施するが、もし測定に要する時間が長ければ、時間経過にともない太陽方向が変化し、本来アンテナ面と正対すべき太陽方向が時間とともに変化することにより、振幅位相測定の誤差が発生する。そこで実施の形態２では、太陽軌道演算器１に太陽追尾指令手段３５を設けて、太陽軌道演算器１によりリアルタイムに回転台２を制御し、常にアンテナ面が太陽４に正対するよう追尾しながら振幅位相測定を行う。
【００２４】
以上のように、この発明の実施の形態２では、この発明の実施の形態１に加えてリアルタイムにアンテナ面を太陽に正対させたことにより、振幅位相測定の測定誤差を低減することができる。
【００２５】
実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３について図４を用いて説明する。図４では図１に示した回転台２がないこと、及び太陽軌道演算器１による制御対象が位相制御器６であること以外は図１と同じである。
図４のフェーズドアレイアンテナ３の動作は、太陽軌道演算器１による太陽方向の演算結果に基づき位相制御器６を用いてフェーズドアレイアンテナ３の電子走査により電気的にアンテナの指向方向を太陽に正対させている。振幅位相測定時には任意の１つの素子アンテナ３１の位相を変化させるので、アンテナ全体としての指向方向はわずかに変化するが、位相制御器６はこれには応答しないようにする。以下この発明の実施の形態１と同様に振幅位相測定を実施する。
【００２６】
以上のように、この発明の実施の形態３では、電子走査により電気的にアンテナ面を太陽に正対させることにより、回転台２を不要とするとともに瞬時にアンテナ面の初期方向を設定することができ、測定設備の簡素化、測定時間の短縮をはかることができる。
【００２７】
実施の形態４．
以下、この発明の実施の形態４について図５により説明する。図において３５は、太陽追尾指令手段であり太陽軌道演算器１に対して太陽を追尾する制御を行うよう指令するものである。
実施の形態３では、太陽軌道演算器１から位相制御器６を制御してフェーズドアレイアンテナ３のアンテナ面の初期方向を電気的に太陽４に正対させて振幅位相測定を実施したが、時間経過にともない太陽方向が変化し、本来アンテナ面と正対すべき太陽方向が時間とともに変化することにより、振幅位相測定の誤差が発生する。そこでこの発明の実施の形態４では、太陽追尾指令手段３５により
太陽軌道演算器１に指令して、リアルタイムに位相制御器６を制御し、常にアンテナ面が太陽４に正対するよう追尾しながら振幅位相測定を行う。
【００２８】
以上のように、この発明の実施の形態４では、この発明の実施の形態３に加えてリアルタイムにアンテナ面を電気的に太陽に正対させることにより、振幅位相測定の測定誤差を低減することができる。
【００２９】
実施の形態５．
以下、この発明の実施の形態５について図６を用いて説明する。図６において、１２は各素子アンテナ３１で受信した信号をデジタル信号に変換する受信Ａ／Ｄ変換器、１３は各素子アンテナ３１の受信デジタル信号を合成演算することにより所望のビームを形成するデジタルビーム形成器、１４は受信振幅検波器，帯域通過フィルタ，積分器，演算器の各処理を実施する系統を複数備えた処理系である。この複数の系統は処理する信号の周波数が互いに異なっている。５０はフェーズドアレイアンテナで、デジタル信号によりビームを形成するデジタルビームフォーミングアンテナ、ＤＢＦ(Digital Beam Forming)アンテナである。
５１はデジタルビーム形成器１３に指令して、同時に異なる周波数に対応した複数のビームを形成させる第１の指令手段である。
【００３０】
図６のフェーズドアレイアンテナ５０は、各素子アンテナで受信した信号を受信Ａ／Ｄ変換器１２でデジタル信号に変換し、デジタルビーム形成器１３で所望のビーム（アンテナ指向性パターン）を形成する。ここで、デジタルビーム形成器１３は受信デジタル信号の合成演算によりビームを形成するものであるので、第１の指令手段５１からの指令により、同時に異なる周波数に対応した複数のビームを形成することができる。この結果、同時に複数の周波数にそれぞれ対応したビームを形成して、処理系１４へ出力することにより、この発明の実施の形態１〜４では異なる周波数ごとに、順々に実施していた振幅位相測定処理を、複数の周波数の信号に対して同時に実施することができる。
【００３１】
以上より、この発明の実施の形態５では、この発明の実施の形態１〜４において実施した振幅位相測定を、ＤＢＦ(Digital Beam Forming)アンテナ５０に適用して、複数の周波数の信号を同時に処理することにより、振幅位相測定時間を短縮することができる。
【００３２】
実施の形態６．
以下、この発明の実施の形態６について図７により説明する。図７に於いて
５２はデジタルビーム形成器１３に対して、同時に複数の素子アンテナの位相を回転させる指令を行う第２の指令手段である。その他は実施の形態５の図６と同じなので詳細な説明を省略する。
図７のフェーズドアレイアンテナ５０の動作は、実施の形態５において図６を用いて説明したのとほぼ同じであるが、第２の指令手段５２の指令に基づき、デジタルビーム形成器１３において同時に複数の素子アンテナの位相を回転したときのビームを形成して、処理系１４へ出力することにより振幅位相測定処理を複数の位相回転素子アンテナの信号に対して実施する。
【００３３】
以上より、この発明の実施の形態６では、この発明の実施の形態１〜４においてＤＢＦ(DigitalBeam Forming)アンテナに適用して、複数の位相回転素子アンテナの信号を同時に処理することにより、振幅位相測定時間を短縮することができる。
【００３４】
実施の形態７．
以下、この発明の実施の形態７について図８により説明する。図に於いて５３はデジタルビーム形成器１３に指令して、同時に１つの素子アンテナを複数の位相回転角度に設定したときのビームを形成し、処理系１４へ出力させる第３の指令手段である。
第３の指令手段５３により、デジタルビーム形成器１３において同時に１つの素子アンテナを複数の位相回転角度に設定したときのビームを形成して、処理系１４へ出力することにより振幅位相測定処理を複数の位相回転角度の信号に対して実施する。
【００３５】
以上より、この発明の実施の形態７では、この発明の実施の形態１〜４においてＤＢＦ(DigitalBeam Forming)アンテナに適用して、複数の位相回転角度の信号を同時に処理することにより、振幅位相測定時間を短縮することができる。
【００３６】
実施の形態８．
以下、この発明の実施の形態８について図９により説明する。図に於いて５４はデジタルビーム形成器１３に指令して、複数の周波数，複数の位相回転素子アンテナ，複数の位相回転角度を任意に組み合わせたビームを形成させる第４の指令手段である。その他の符号は実施の形態５の図６と同じなので詳細な説明を省略する。
図９のフェーズドアレイアンテナ５０の動作は実施の形態５において図３を用いて説明したのとほぼ同じであるが、この発明の実施の形態５〜７の周波数，位相回転素子アンテナ，位相回転角度を任意に組み合わせた複数の信号を同時に処理することにより、振幅位相測定を実施する。
【００３７】
以上より、この発明の実施の形態８では、この発明の実施の形態１〜４においてＤＢＦ(DigitalBeam Forming)アンテナに適用して、この発明の実施の形態５〜７の周波数，位相回転素子アンテナ，位相回転角度を任意に組み合わせた複数の信号を同時に処理することより、振幅位相測定時間を短縮することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、この発明のフェーズドアレイアンテナは、素子アンテナの位相を変化させる周期にあわせた帯域通過フィルタと積分器とを用いて、微弱な太陽電波を用いてフェーズドアレイアンテナの振幅位相測定を可能としたので、コリメーションアンテナなどの専用設備を必要としないという効果が得られる。
【００３９】
また、回転台は太陽を追尾して回転するので、常に正対した状態でフェーズドアレイアンテナの振幅位相測定が行われ、測定精度が高められるという効果が得られる。
【００４０】
また、フェーズドアレイアンテナは電子走査により太陽の方向に指向させられるので、回転台を必要とせず、試験設備が簡素になるという効果が得られる。
【００４１】
また、電子走査により太陽を追尾するので、フェーズドアレイアンテナ全体としては常に太陽の方向に指向して調整が行われるので、測定精度が高められるという効果が得られる。
【００４２】
又、フェーズドアレイアンテナは指向性パターンをデジタル制御で調整できるデジタルビームフォーミングアンテナであり、複数の周波数の信号を同時に処理できるので、測定時間が短縮できるという効果が得られる。
【００４３】
また、同時に複数の素子アンテナの位相を変化させてフェーズドアレイアンテナの振幅位相測定が行えるので、測定時間が短縮できるという効果が得られる。
【００４４】
また、１つの素子アンテナの位相を同時に複数の位相角に変化させて振幅位相測定ができるので、測定時間が短縮できるという効果が得られる。
【００４５】
また、複数の周波数、複数の素子アンテナ、複数の位相角に同時に調整することにより、測定時間をより短縮できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１のフェーズドアレイアンテナの構成を示す図である。
【図２】 図１のフェーズドアレイアンテナの特性を説明するための図である。
【図３】 この発明の実施の形態２のフェーズドアレイアンテナの構成を示す図である。
【図４】 この発明の実施の形態３のフェーズドアレイアンテナを示す図である。
【図５】 この発明の実施の形態４のフェーズドアレイアンテナを示す図である。
【図６】 この発明の実施の形態５のフェーズドアレイアンテナを示す図である。
【図７】 この発明の実施の形態６のフェーズドアレイアンテナを示す図である。
【図８】 この発明の実施の形態７のフェーズドアレイアンテナを示す図である。
【図９】 この発明の実施の形態８のフェーズドアレイアンテナを示す図である。
【図１０】 従来技術におけるフェーズドアレイアンテナを示す図である。
【図１１】 図１０の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 太陽軌道演算器、 ２ 回転台、 ３ フェーズドアレイアンテナ、
４ 太陽、 ５ 太陽電波、 ６ 位相制御器、 ７ 位相器、
８ 受信振幅検波器、 ９ 帯域通過フィルタ、 １０ 積分器、
１１ 演算器、 １２ 受信A/D変換器、
１３ デジタルビーム形成器、 １４ 処理系、
１５ コリメーションアンテナ、 １６ 回転台制御器、
３２ 合成回路、 ３５ 太陽追尾指令手段、
５１ 第１の指令手段、 ５２ 第２の指令手段、
５３ 第３の指令手段、 ５４ 第４の指令手段。
Claims (8)
- アンテナ面に配置され、それぞれが位相調整可能な位相器を有する複数の素子アンテナ、前記アンテナ面を任意の方向に回転させる回転台、
太陽の現在位置を演算し、前記回転台に指令して前記アンテナ面を太陽に正対させる太陽軌道演算器、
前記位相器の位相角を所定の周波数で変化させるディジタルビーム形成器を含む位相制御器、
前記所定の周波数の帯域通過フィルタと前記帯域通過フィルタの出力信号を積分する積分器とを含み、互いに異なる周波数に対応する複数の信号処理系統、
前記ディジタルビーム形成器に、前記複数の信号処理系統が対応する複数の周波数のビームを同時に形成する指令を行う第１の指令手段を備え、
太陽電波信号を受信して、前記太陽電波の前記同時に形成された複数のビームに対する振幅位相測定を同時に処理可能としたことを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。 - アンテナ面に配置され、それぞれが位相調整可能な位相器を有する複数の素子アンテナ、前記位相器を調整して前記複数の素子アンテナの指向方向を任意の方向に制御する位相制御器、
太陽の現在位置を演算し、前記位相制御器に指令して前記指向方向を太陽に正対させる太陽軌道演算器、
前記位相器の位相角を所定の周期で変化させるディジタルビーム形成器を含む位相制御器、
前記所定の周波数の帯域通過フィルタと前記帯域通過フィルタの出力信号を積分する積分器とを含み、互いに異なる周波数に対応する複数の信号処理系統、
前記ディジタルビーム形成器に前記複数の信号処理系統が対応する複数の周波数のビームを同時に形成する指令を行う第１の指令手段を備え、
前記太陽電波を受信して、前記太陽電波の前記同時に形成された複数のビームに対する振幅位相測定を同時に処理可能としたことを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。 - アンテナ面に配置され、それぞれが位相調整可能な位相器を有する複数の素子アンテナ、
前記アンテナ面を任意の方向に回転させる回転台、
太陽の現在位置を演算し、前記回転台に指令して前記アンテナ面を太陽に正対させる太陽軌道演算器、
前記位相器の位相角を所定の周波数で変化させるディジタルビーム形成器を含む位相制御器、
前記所定の周波数の帯域通過フィルタと前記帯域通過フィルタの出力信号を積分する積分器とを含み、互いに異なる周波数に対応する複数の信号処理系統、
前記デジタルビーム形成器に、前記複数の素子アンテナの位相を同時に回転させる指令を行う第２の指令手段を備え、
太陽電波信号を受信して、前記同時に位相回転した前記複数の素子アンテナの前記太陽電波の振幅位相測定を同時に処理可能としたことを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。 - アンテナ面に配置され、それぞれが位相調整可能な位相器を有する複数の素子アンテナ、前記位相器を調整して前記複数の素子アンテナの指向方向を任意の方向に制御する位相制御器、
太陽の現在位置を演算し、前記位相制御器に指令して前記指向方向を太陽に正対させる太陽軌道演算器、
前記位相器の位相角を所定の周期で変化させるディジタルビーム形成器を含む位相制御器、
前記所定の周波数の帯域通過フィルタと前記帯域通過フィルタの出力信号を積分する積分器とを含み、互いに異なる周波数に対応する複数の信号処理系統、
前記デジタルビーム形成器に同時に複数の素子アンテナの位相を回転させる指令を行う第２の指令手段を備え、
太陽電波信号を受信して、前記同時に位相回転した前記複数の素子アンテナの前記太陽電波の振幅位相測定を同時に処理可能としたことを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。 - アンテナ面に配置され、それぞれが位相調整可能な位相器を有する複数の素子アンテナ、前記アンテナ面を任意の方向に回転させる回転台、
太陽の現在位置を演算し、前記回転台に指令して前記アンテナ面を太陽に正対させる太陽軌道演算器、
前記位相器の位相角を所定の周波数で変化させるディジタルビーム形成器を含む位相制御器、
前記所定の周波数の帯域通過フィルタと前記帯域通過フィルタの出力信号を積分する積分器とを含み、互いに異なる周波数に対応する複数の信号処理系統、
前記デジタルビーム形成器に、１つの素子アンテナの位相を同時に複数の周波数に対する複数の位相回転角とする指令を行う第３の指令手段を備え、
太陽電波信号を受信して、１つの素子アンテナの位相を複数の周波数に対する複数の位相回転角に同時に設定し、前記複数の位相角に対する前記太陽電波の振幅位相測定を同時に処理可能としたことを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。 - アンテナ面に配置され、それぞれが位相調整可能な位相器を有する複数の素子アンテナ、前記位相器を調整して前記複数の素子アンテナの指向方向を任意の方向に制御する位相制御器、
太陽の現在位置を演算し、前記位相制御器に指令して前記指向方向を太陽に正対させる太陽軌道演算器、
前記位相器の位相角を所定の周期で変化させるディジタルビーム形成器を含む位相制御器、
前記所定の周波数の帯域通過フィルタと前記帯域通過フィルタの出力信号を積分する積分器とを含み、互いに異なる周波数に対応する複数の信号処理系統、
前記デジタルビーム形成器に、１つの素子アンテナの位相を同時に複数の周波数のそれぞれに対する複数の位相回転角とする指令を行う第３の指令手段を備え、
太陽電波信号を受信しつつ、１つの素子アンテナの位相を複数の周波数のそれぞれに対する複数の位相回転角に同時に設定し、前記位相角に対する前記太陽電波の振幅位相測定を同時に処理可能としたことを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。 - アンテナ面に配置され、それぞれが位相調整可能な位相器を有する複数の素子アンテナ、前記アンテナ面を任意の方向に回転させる回転台、
太陽の現在位置を演算し、前記回転台に指令して前記アンテナ面を太陽に正対させる太陽軌道演算器、
前記位相器の位相角を所定の周波数で変化させるディジタルビーム形成器を含む位相制御器、
前記所定の周波数の帯域通過フィルタと前記帯域通過フィルタの出力信号を積分する積分器とを含み、互いに異なる周波数に対応する複数の信号処理系統、
前記デジタルビーム形成器に、前記複数の素子アンテナのそれぞれについて、複数の周波数に対する複数のビームを形成させ、複数の素子アンテナの位相を同時に回転させ、１つの素子アンテナを同時に複数の周波数に対する複数の位相回転角度に設定する指令を行う第４の指令手段を備え、
太陽電波信号を受信して、複数の周波数に対応した複数のビームの信号、複数の素子アンテナの位相を同時に回転した信号、１つの素子アンテナを同時に複数の周波数に対する複数の位相回転角度とした信号に対する前記太陽電波の振幅位相測定を同時に処理可能としたことを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。 - アンテナ面に配置され、それぞれが位相調整可能な位相器を有する複数の素子アンテナ、前記位相器を調整して前記複数の素子アンテナの指向方向を任意の方向に制御する位相制御器、
太陽の現在位置を演算し、前記位相制御器に指令して前記指向方向を太陽に正対させる太陽軌道演算器、
前記位相器の位相角を所定の周期で変化させるディジタルビーム形成器を含む位相制御器、
前記所定の周波数の帯域通過フィルタと前記帯域通過フィルタの出力信号を積分する積分器とを含み、互いに異なる周波数に対応する複数の信号処理系統、
前記デジタルビーム形成器に、同時に複数の素子アンテナのそれぞれについて、複数の周波数に対する複数のビームを形成し、複数の素子アンテナの位相を同時に回転させ、１つの素子アンテナを同時に複数の周波数のそれぞれに対する複数の位相回転角度に設定する指令を行う第４の指令手段を備え、
太陽電波信号を受信して、複数の周波数に対応した複数のビームの信号、複数の素子アンテナの位相を同時に回転した信号、１つの素子アンテナを同時に複数の周波数に対する複数の位相回転角度とした信号に対する前記太陽電波の振幅位相測定を同時に処理可能としたことを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。
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