JP3845280B2 - Directional direction control device for phased array antenna - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
ビーコン電波を使用して対象アンテナの主ビーム照射方向を所定の方向に高精度に指向させる技術であり、人工衛星に搭載するアンテナ、合成開口アンテナ、および船舶に搭載するアンテナ等に用いられるフェーズドアレーアンテナに関連する。
【0002】
【従来の技術】
図5に従来のアンテナ指向方向制御装置の構成の例を示す。本例は衛星に搭載されたアンテナの高精度指向方向制御を目的としている。このアンテナが照射する地上の所定エリアにはこの衛星を介して通信する通信局6−1および通信局6−2が配置され、これらの局から通信波9−1および9−2がそれぞれ放射されている。
【0003】
また,この衛星搭載アンテナの所定エリアには同じ衛星に向けてビーコン波8が地上のビーコン局7から放射されている。衛星に搭載された機器構成において、1−1、1−2、1−3、1−4、1−nはアンテナ給電部のn個のアンテナ素子で、1−1から1−4の4アンテナ素子は通信波9−1および9−2の受信用兼アンテナ指向誤差検出用のアンテナ素子である。
【0004】
2−1はアンテナ素子で受けた該通信波とビーコン波8を同時に受信したアンテナ索子1−1の信号を通信信号10−1と指向方向検出に使用するセンサ信号11−1に分岐させる分波器である。同様に1−2、1−3および1−4のアンテナ素子の出力側にはそれぞれ同じ種類の分波器が設けられている。
【0005】
指向誤差検出に使用しない1−nを含む他のアンテナ素子についてはその出力がそのまま通信信号10となる。3は4つのセンサ信号から固定のビームバターンを形成するセンサ用ビーム形成回路で、4は該センサ用ビーム形成回路の出力を増幅するセンサ用低雑音増幅器、5は直交2軸方向の指向誤差信号X12−1およびY12−2を生成するセンサ処理回路である。
【0006】
図6は従来の指向方向誤差の検出方法を説明する図である。同図において、数字符号1−1から1−4の4アンテナ素子は方形状の形状で、2素子が1組となって相対向し、かつ2素子の中心線が直交するように90度間隔に配置されている。13−1は該直交する中心線の1つのX誤差方向で、該方向の誤差が指向誤差信号X12−1としてセンサ処理回路からの出力で得られる。同様に13−2はY誤差方向でこの方向の誤差が誤差信号Y12−2としてセンサ処理回路からの出力で得られる。
【0007】
衛星に搭載されているアンテナ素子1−1、1−2、1−3、1−4が正確にビーコン波の到来方向に向いている場合に、XおよびY方向の誤差信号12−1および12−2は0となるように設定すると、衛星の姿勢変動などにより該給電素子の方向がビーコン到来方向からズレた場合は、そのズレた角度に応じて誤差信号X、Yが出力され、2軸の指向誤差が検出できる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
フェーズドアレーアンテナは、ビームの走査が不可欠なレーダで主に地上移動通信用基地局アンテナや高機能化を目指す衛星搭載用アンテナにも使用され始めた。しかしながら衛星搭載用アンテナのように、照射エリア角度が比較的小さくかつアンテナ給電部自体以外の要因で指向方向が大きく損なわれるような場合は、アンテナ利得やアイソレーション等のアンテナ基本性能を大きく劣化させ、最終的には通信性能に問題を生じさせる。
【0009】
この問題を解決するには、アンテナの照射エリア内に設置されたビーコン局から放射されるビーコン波の到来方向を基準とした制御により高精度に指向方向を制御することが必要で、フェーズドアレーアンテナにおいてもビーコン波に対する指向方向の検出は不可欠となってきている。
【0010】
このフェーズドアレーアンテナに図5に示した従来の指向方向実施例の構成を適用した場合、全てのアンテナ素子でビーム形成しているフェーズドアレーアンテナの多くのアンテナ素子から4アンテナ素子のみの信号を使用するため、十分な信号対雑音比が確保できず高精度の指向誤差検出が不可能となる。
【0011】
また、フェーズドアレー給電ではビーム形成のため全ての給電素子の出力信号を両機器間の複数の線路位相を考慮してビーム形成回路に入力する必要から、この線路間位相偏差が問題となり、4線路のみセンサ信号を分岐させることによる位相偏差の増大はアンテナの基本特性の劣化の要因となっていた。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上述のような従来の課題は、前記特許請求の範囲に記載された手段によって解決される。すなわち請求項1の発明は、通信波及び1つのビーコン局からのビーコン波を受信する複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子に1つずつ組み合わされる複数の増幅器と、前記複数の増幅器に接続され、各経路毎の振幅及び位相を制御して形成したビームで前記通信波を受信して通信信号を出力する可変ビーム形成回路と、前記可変ビーム形成回路内に設けられ、前記複数のアンテナ素子と前記複数の増幅器によって得られたビーコン波の信号を合成し、所定の励振分布に沿って出力する付加回路と、該付加回路に3種類以上の異なるビームパターンを形成するための励振分布を順次入力する励振分布出力回路と、該励振分布出力回路からの励振分布の入力に応じて出力される該付加回路からの前記ビームパターンの利得の等高線が交わるビーコン位置の基準位置からの方向および両位置間角度に応じた直交するX誤差方向及びY誤差方向の2軸方向の指向誤差信号を出力するセンサ処理回路と、を有することを特徴とするフェーズドアレーアンテナの指向方向制御装置である。
【0013】
請求項2の発明は、請求項1記載のフェーズドアレーアンテナの指向方向制御装置において、異なるビームパターンを形成するための励振分布として、ビーム(参照ビーム)の中心から一定角度離れた計測点において、アンテナゲインと角度との比で表されるセンサ感度が異なる複数のビーム(アレーアンテナの指向性)パターンを形成する励振分布を入力するように構成したものである。
【0014】
請求項3の発明は、請求項1記載のフェーズドアレーアンテナの指向方向制御装置において、異なるビームパターンを形成するための励振分布として、同程度のセンサ感度をビーム(参照ビーム)の中心からの角度が異なる計測点で有する複数のビーム(アレーアンテナの指向性)パターンを形成する励振分布を入力するように構成したものである。
【0015】
請求項4の発明は、請求項2の発明において、前記付加回路には、指向誤差の変動が早い場合には、前記センサ感度の高い前記ビームパターンを形成し、前記指向誤差の変動が遅く且つ変動幅が大きい場合には、前記センサ感度の低い前記ビームパターンを形成する励振分布を入力する構成としたものである。
【0016】
上述のように本発明は、フェーズドアレーアンテナにおいて、既に通信機器用として準備されている可変ビーム形成回路内に指向誤差検出用のビームパターンを形成できる付加回路を追加する。そして、該付加回路に複数の異なる励振分布を順次入力して指向誤差を検出できる制御ビームパターンを形成し、全てのアンテナ素子で受信したビーコン波を該付加回路に入力し、該付加回路からの出力を用いてセンサ処理回路によって2軸の指向誤差信号を得て、高精度の指向方向制御の実現を図ることを可能にしたものである。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1に本発明の実施の形態の第1の例を示す。この例は衛星搭載のフェーズドアレーアンテナに本発明を適用した場合を示すもので、請求項1の発明に対応する。同図において、数字符号7は地上に設置したビーコン局、8はビーコン波でこの到来方向を該フェーズドアレーアンテナ指向方向の基準としている。
【0018】
1−1、1−2、l−mはm台配置されているアンテナ素子で、同じアンテナ性能においてフェーズドアレーアンテナのアンテナ素子数mは従来のアンテナの素子数nより大きく、場合によっては10倍以上となる。4ー1、4−2、4−mはm台の低雑音増幅器で各アンテナ素子に1台づつ組み合わされている。
【0019】
数字符号14はm系統全ての該低雑音増幅器の出力信号の位相および振幅を所定の励振分布に沿って位相および振幅を制御してビームを形成する可変ビーム形成回路である。
【0020】
該可変ビーム形成回路はm数の各経路毎に移相器と利得可変器を有して各経路の位相および振幅を制御することにより、複数の異なるビームパターンを形成でき、その形成されたパターンで通信波9−1、9−2を受信することにより、通信信号10を得る。
【0021】
15は該可変ビーム形成回路内に設けられた付加回路であり、該通信信号を得る回路と同様に全ての給電系統の信号を入力して、設定されている励振分布に沿って出力する機能を有している。
【0022】
16は異なる複数のビームパターンに対応する位相および振幅の励振分布を送出する励振分布出力回路である。5はセンサ処理回路で可変ビーム形成回路14から出力される複数のビームパターンでの出力を入力として直交2軸の指向誤差信号を出力する機能を有している。
【0023】
また、励振分布出力回路とセンサ処理回路は同一ハウジングに実装して1装置とし、励振分布の出力と処理回路への入力の同期をとるとともに、回路全体の軽量化を図る構成も考えられる。
【0024】
図2は、図1に示した構成のアンテナのビーコン到来波方向に対する指向誤差検出方法の例を示している。同図において、数字符号17−1、17−2、17−3は付加回路に順次入力した励振分布で形成された異なるアンテナパターンにおける参照ビーム1、2、3であり、それぞれのパターンにおける同一アンテナ利得レベルの等高線を表している。
【0025】
この等高線は、ほぼ円状であり、円の中心から離れるに従って利得が低下している。本説明において、アンテナ給電素子がビーコン到来方向に正確に向いている場合の該3つのアンテナパターン上での利得が丁度3つの円の中心から等しい基準位置24に位置するとし、実際にビーコン波の各ビームパターンでのビーコン波利得をそれぞれ18−1、18−2および18−3とすると、それぞれの利得の等高線が交わるビーコン位置25が実際のビーコン波到来方向に当る。
【0026】
該ビーコン位置の基準位置24からの方向および両位置間角度に応じたX誤差方向13−1の指向誤差信号XとY誤差方向13一2の指向誤差信号Yをセンサ処理回路5によって得ることが出来る。また本請求項を適用した別な指向誤差検出方法として、基準位置の周りに4つのビームパターンを形成して相対する2つのパターンによる出力によってX誤差方向の指向誤差信号XとY誤差方向の指向誤差信号Yを生成することも可能である。
【0027】
このようにビーコン波のセンサ信号を全てのアンテナ素子からの出力信号で合成された信号を用いて検出することによりビーコン波の信号対雑音比を増大させて指向誤差検出の際の誤差を抑えて高精度化を図ることができるとともに、任意のアンテナパターンを入力することができるので、汎用性が高く設計変更も容易な構成が実現できる。
【0028】
さらに、従来のフェーズドアレーアンテナの構成を変更することなく付加回路によって指向誤差の検出を実行させるため、通信アンテナとしての特性に影響を与えることなく実現できる。また、運用中においても指向誤差の検出結果が自由に取得できる。
【0029】
また、多数のアンテナ素子と、同数の低雑音増幅器から構成されるフェーズドアレー給電において、給電素子から可変ビーム形成回路への線路途中における分波が必要ないため、これによるアンテナ特性劣化が生じない。
【0030】
図3は本発明の実施の形態の第2の例を示す図であって、請求項2の発明に対応する。同図において、数字符号13−1はX誤差方向、19はアンテナ利得、21−1、21−2および21−3は指向誤差検出に使用するX誤差方向の制御ビームパターン1、制御ビームパターン2および制御ビームパターン3を示している。
【0031】
また、20−1は指向誤差を検出する計測点、22−1、22−2、22−3は該計測点における各制御ビームパターンの接線で、X誤差方向の誤差変化に対する利得の変化を表すセンサ感度1、2および3である。同じ計測点20−1でセンサ感度が異なる3つの制御ビームを使用することにより、指向方向の誤差要因に応じて3つの制御ビームから最適なものを選択することが可能となる。
【0032】
よって変動が比較的速い要因についてはセンサ感度の高い制御ビームパターンを選択し、変動は遅いが変動幅が大きい要因に対してはセンサ感度の低いものを選択して制御の最適化を図ることができる。また誤差の主要因が時間的に変化する場合にも制御ビームを入れ替えることにより対応できる。
【0033】
図4は本発明の実施の形態の第3の例を示す図であって、請求項3の発明に対応する。同図において、数字符号20−2、20−3、20−4はビーム中心からの距離角度が異なる計測点で、制御ビーム21−4、21−5、21−6のそれぞれでの指向方向を検出する位置である。
【0034】
3計測点に対応する角度にそれぞれビーコン局を設置し、それぞれのビーコン局から異なる周波数のビーコン波を送信することにより、3制御ビームでの計測点近傍で高精度の指向方向誤差を同時に検出できるため、高精度で広い検出範囲を得ることができる。
【0035】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、フェーズドアレーアンテナでの指向方向制御として通信信号と同様に全てのアンテナ素子からの信号を合成してビームを形成しているので、信号対雑音比を確保して高精度な検出を可能とすることができる。
【0036】
そして、可変ビーム形成回路内に設けた付加回路に複数の異なる励振分布を順次生成してビーコン波信号を受信してビーコン波到来方向を同定して直交2軸の誤差信号を検出する構成を採っているため、任意なビームパターン形成による誤差検出が可能となり、種々な指向方向制御に適用できる汎用性のある指向誤差検出を実現できる。
【0037】
また以上のような指向方向制御構成は、従来のフェーズドアレーアンテナの構成を変更することなく組み合わせることができるため、高精度化の要求に応じて容易に実装できる。また追加する付加装置はハード的には通信用の回路と同様な構造であり、設計上追加組み込みに問題が生じることはなく、実現性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の第1の例を示す図である。
【図2】アンテナのビーコン到来波方向に対する指向誤差検出方法の例を示す図である。
【図3】本発明の実施の形態の第2の例を示す図である。
【図4】本発明の実施の形態の第3の例を示す図である。
【図5】従来のアンテナ指向方向制御装置の構成の例を示す図である。
【図6】従来の指向方向誤差の検出方法を説明する図である。
【符号の説明】
1−1 アンテナ素子1
1−2 アンテナ素子2
1−3 アンテナ素子3
1−4 アンテナ索子4
1−m アンテナ素子m
2 分波器
3 センサ用ビーム形成回路
4 センサ用低雑音増幅器
4−1 低雑音増幅器1
4−2 低雑音増幅器2
4−m 低雑音増幅器m
5 センサ処理回路
6−1 通信局1
6−2 通信局2
7 ビーコン局
8 ビーコン波
9−1 通信波1
9−2 通信波2
10 通信信号
10−1 通信信号1
11−1 センサ信号1
12−1 指向誤差信号X
12−2 指向誤差信号Y
13−1 X誤差方向
13−2 Y誤差方向
14 可変ビーム形成回路
15 付加回路
16 励振分布出力回路
17−1 参照ビーム1
17−2 参照ビーム2
17−3 参照ビーム3
18−1 ビーコン波利得1
18−2 ビーコン波利得2
18−3 ビーコン波利得3
19 アンテナ利得
20−1 計測点1
20−2 計測点2
20−3 計測点3
20−4 計測点4
21−1 制御ビームパターン1
21−2 制御ビームパターン2
21−3 制御ビームパターン3
21−4 制御ビームパターン4
21−5 制御ビームパターン5
21−6 制御ビームパターン6
22−1 センサ感度1
22−2 センサ感度2
22−3 センサ感度3
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
It is a technology that uses beacon radio waves to direct the main beam irradiation direction of the target antenna in a predetermined direction with high accuracy, and is a phased array used for antennas mounted on artificial satellites, synthetic aperture antennas, antennas mounted on ships, etc. Related to antenna.
[0002]
[Prior art]
FIG. 5 shows an example of the configuration of a conventional antenna directivity direction control device. The purpose of this example is to control the directivity of the antenna mounted on the satellite with high accuracy. A communication station 6-1 and a communication station 6-2 that communicate via this satellite are arranged in a predetermined area on the ground irradiated by this antenna, and communication waves 9-1 and 9-2 are radiated from these stations, respectively. ing.
[0003]
In addition, a beacon wave 8 is radiated from a ground beacon station 7 toward the same satellite in a predetermined area of the satellite-mounted antenna. In the equipment configuration mounted on the satellite, 1-1, 1-2, 1-3, 1-4, 1-n are n antenna elements of the antenna feeding unit, and four antennas 1-1 to 1-4 are provided. The element is an antenna element for receiving the communication waves 9-1 and 9-2 and detecting the antenna pointing error.
[0004]
Reference numeral 2-1 indicates that the signal of the antenna cord 1-1 that simultaneously receives the communication wave received by the antenna element and the beacon wave 8 is branched into the communication signal 10-1 and the sensor signal 11-1 used for detecting the directivity. It is a waver. Similarly, the same type of duplexers are provided on the output sides of the antenna elements 1-2, 1-3, and 1-4, respectively.
[0005]
For other antenna elements including 1-n not used for pointing error detection, the output is the communication signal 10 as it is. Reference numeral 3 denotes a sensor beam forming circuit that forms a fixed beam pattern from four sensor signals. Reference numeral 4 denotes a sensor low noise amplifier that amplifies the output of the sensor beam forming circuit. Reference numeral 5 denotes an orthogonal biaxial pointing error signal. It is a sensor processing circuit that generates X12-1 and Y12-2.
[0006]
FIG. 6 is a diagram for explaining a conventional method of detecting a pointing direction error. In the same figure, the four antenna elements with numerals 1-1 to 1-4 are square-shaped, spaced by 90 degrees so that the two elements face each other as a set, and the center lines of the two elements are orthogonal to each other. Is arranged. 13-1 is one X error direction of the orthogonal center line, and the error in the direction is obtained as an output error signal X12-1 from the sensor processing circuit. Similarly, 13-2 is a Y error direction, and an error in this direction is obtained as an error signal Y12-2 as an output from the sensor processing circuit.
[0007]
When the antenna elements 1-1, 1-2, 1-3, 1-4 mounted on the satellite are accurately oriented in the direction of arrival of the beacon wave, error signals 12-1 and 12 in the X and Y directions are used. -2 is set to 0, and when the direction of the feeding element is deviated from the beacon arrival direction due to a change in the attitude of the satellite, error signals X and Y are output according to the deviated angle. Can be detected.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Phased array antennas are indispensable for beam scanning, and have begun to be used mainly for terrestrial mobile communication base station antennas and satellite-mounted antennas aiming for higher functionality. However, when the irradiation area angle is relatively small and the pointing direction is greatly impaired due to factors other than the antenna feeder itself, such as a satellite-mounted antenna, the basic antenna performance such as antenna gain and isolation is greatly degraded. Eventually causes problems in communication performance.
[0009]
In order to solve this problem, it is necessary to control the pointing direction with high accuracy by control based on the arrival direction of the beacon wave radiated from the beacon station installed in the antenna irradiation area. However, detection of the directivity direction with respect to beacon waves has become indispensable.
[0010]
When the configuration of the conventional directivity direction embodiment shown in FIG. 5 is applied to this phased array antenna, signals of only four antenna elements are used from the many antenna elements of the phased array antenna in which beams are formed by all antenna elements. As a result, a sufficient signal-to-noise ratio cannot be ensured, and high-precision pointing error detection is impossible.
[0011]
Also, in phased array feeding, it is necessary to input the output signals of all feeding elements to the beam forming circuit in consideration of multiple line phases between both devices for beam formation. The increase in the phase deviation due to the branching of the sensor signal only caused the deterioration of the basic characteristics of the antenna.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, the above-described conventional problems are solved by the means described in the claims. That is, the invention of claim 1 is connected to a plurality of antenna elements for receiving communication waves and beacon waves from one beacon station, a plurality of amplifiers combined with each of the plurality of antenna elements, and the plurality of amplifiers. A variable beam forming circuit that receives the communication wave with a beam formed by controlling the amplitude and phase of each path and outputs a communication signal ; and the plurality of antenna elements provided in the variable beam forming circuit. And the beacon signal obtained by the plurality of amplifiers are combined and output along a predetermined excitation distribution , and an excitation distribution for forming three or more different beam patterns in the additional circuit is sequentially formed. an excitation distribution output circuit for inputting, gain contours of the beam pattern from the additional circuit output in response to the input excitation distribution from該励oscillation distribution output circuit Phased to the sensor processing circuit for outputting a direction and pointing error signal biaxial directions orthogonal X error direction and the Y error direction corresponding to both positions between the angle from the reference position of the Waru beacon position, in that it has features This is an array antenna directivity direction control device.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, in the directivity control apparatus for the phased array antenna according to the first aspect, as an excitation distribution for forming different beam patterns, at a measurement point separated from the center of the beam (reference beam) by a certain angle, An excitation distribution that forms a plurality of beam (array antenna directivity) patterns having different sensor sensitivities represented by a ratio between an antenna gain and an angle is input.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, in the directivity control apparatus for the phased array antenna according to the first aspect, as the excitation distribution for forming different beam patterns, the same sensor sensitivity is obtained from the angle from the center of the beam (reference beam). Are configured to input excitation distributions that form a plurality of beam patterns (array antenna directivity) having different measurement points.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the beam pattern having a high sensor sensitivity is formed in the additional circuit when the variation in pointing error is fast, and the variation in the pointing error is slow and When the fluctuation range is large, an excitation distribution that forms the beam pattern with low sensor sensitivity is input.
[0016]
As described above, in the phased array antenna according to the present invention, an additional circuit capable of forming a beam pattern for detecting a pointing error is added to a variable beam forming circuit already prepared for communication equipment. Then, a plurality of different excitation distributions are sequentially input to the additional circuit to form a control beam pattern capable of detecting a pointing error, beacon waves received by all antenna elements are input to the additional circuit, A two-axis pointing error signal is obtained by a sensor processing circuit using the output, and high-precision pointing control can be realized.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a first example of an embodiment of the present invention. This example shows the case where the present invention is applied to a phased array antenna mounted on a satellite, and corresponds to the invention of claim 1. In the figure, numeral 7 is a beacon station installed on the ground, 8 is a beacon wave, and this arrival direction is used as a reference for the direction of the phased array antenna.
[0018]
1-1, 1-2, and l-m are m antenna elements, and in the same antenna performance, the number m of antenna elements of the phased array antenna is larger than the number n of elements of the conventional antenna, and in some cases 10 times. That's it. 4-1, 4-2 and 4-m are m low-noise amplifiers, one for each antenna element.
[0019]
Reference numeral 14 is a variable beam forming circuit that forms a beam by controlling the phase and amplitude of the output signals of all the m systems of the low noise amplifiers along a predetermined excitation distribution.
[0020]
The variable beam forming circuit has a phase shifter and a gain variable for each of the m number of paths, and controls the phase and amplitude of each path to form a plurality of different beam patterns. The communication signal 10 is obtained by receiving the communication waves 9-1 and 9-2.
[0021]
15 is an additional circuit provided in the variable beam forming circuit, and has a function of inputting signals of all power feeding systems and outputting them along the set excitation distribution in the same manner as the circuit for obtaining the communication signal. Have.
[0022]
Reference numeral 16 denotes an excitation distribution output circuit for transmitting an excitation distribution of phase and amplitude corresponding to a plurality of different beam patterns. Reference numeral 5 denotes a sensor processing circuit having a function of outputting a directivity error signal of two orthogonal axes with outputs from a plurality of beam patterns output from the variable beam forming circuit 14 as inputs.
[0023]
In addition, a configuration is also possible in which the excitation distribution output circuit and the sensor processing circuit are mounted in the same housing to form one device so that the output of the excitation distribution and the input to the processing circuit are synchronized, and the weight of the entire circuit is reduced.
[0024]
FIG. 2 shows an example of a pointing error detection method for the beacon arrival wave direction of the antenna having the configuration shown in FIG. In the figure, reference numerals 17-1, 17-2, and 17-3 denote reference beams 1, 2, and 3 in different antenna patterns formed by excitation distributions sequentially input to the additional circuit, and the same antenna in each pattern. It represents the contour of the gain level.
[0025]
This contour line is substantially circular, and the gain decreases as the distance from the center of the circle increases. In this description, it is assumed that the gains on the three antenna patterns when the antenna feeding element is accurately oriented in the direction of arrival of the beacon are located at the same reference position 24 from the center of the three circles. Assuming that the beacon wave gains in the respective beam patterns are 18-1, 18-2 and 18-3, the beacon position 25 where the contour lines of the respective gains meet the actual arrival direction of the beacon wave.
[0026]
The sensor processing circuit 5 can obtain the pointing error signal X in the X error direction 13-1 and the pointing error signal Y in the Y error direction 131 according to the direction of the beacon position from the reference position 24 and the angle between both positions. I can do it. As another pointing error detection method to which this claim is applied, the pointing error signal X in the X error direction and the pointing in the Y error direction are generated by forming four beam patterns around the reference position and outputting the two patterns opposite to each other. It is also possible to generate the error signal Y.
[0027]
In this way, by detecting the beacon wave sensor signal using the signal synthesized from the output signals from all the antenna elements, the signal-to-noise ratio of the beacon wave is increased and the error in detecting the pointing error is suppressed. Since high accuracy can be achieved and an arbitrary antenna pattern can be input, a configuration with high versatility and easy design change can be realized.
[0028]
Further, since the pointing error is detected by the additional circuit without changing the configuration of the conventional phased array antenna, it can be realized without affecting the characteristics of the communication antenna. Further, the detection result of the pointing error can be freely acquired even during operation.
[0029]
Further, in a phased array power feed composed of a large number of antenna elements and the same number of low-noise amplifiers, there is no need for demultiplexing in the middle of the line from the feed elements to the variable beam forming circuit, so that antenna characteristics are not deteriorated.
[0030]
FIG. 3 is a diagram showing a second example of the embodiment of the present invention, and corresponds to the invention of claim 2. In the figure, reference numeral 13-1 is the X error direction, 19 is the antenna gain, 21-1, 21-2 and 21-3 are the control beam pattern 1 and control beam pattern 2 in the X error direction used for pointing error detection. And the control beam pattern 3 is shown.
[0031]
Reference numeral 20-1 denotes a measurement point for detecting a pointing error, and 22-1, 22-2, and 22-3 denote tangents of the respective control beam patterns at the measurement point, which represent a gain change with respect to an error change in the X error direction. Sensor sensitivity 1, 2 and 3. By using three control beams having different sensor sensitivities at the same measurement point 20-1, it is possible to select an optimum one from the three control beams according to the error factor in the pointing direction.
[0032]
Therefore, it is possible to optimize the control by selecting a control beam pattern with high sensor sensitivity for factors with relatively fast fluctuations and selecting a sensor beam pattern with low sensor sensitivity for factors with slow fluctuations but large fluctuation ranges. it can. Further, even when the main cause of error changes with time, it can be dealt with by switching the control beam.
[0033]
FIG. 4 is a diagram showing a third example of the embodiment of the present invention, and corresponds to the invention of claim 3. In the figure, reference numerals 20-2, 20-3, and 20-4 denote measurement points having different distance angles from the beam center, and indicate the directivity directions of the control beams 21-4, 21-5, and 21-6, respectively. This is the position to detect.
[0034]
By installing beacon stations at angles corresponding to the three measurement points and transmitting beacon waves of different frequencies from the respective beacon stations, it is possible to simultaneously detect high-precision pointing direction errors near the measurement points with the three control beams. Therefore, it is possible to obtain a wide detection range with high accuracy.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the signal from all antenna elements is combined to form a beam in the same way as the communication signal as the directivity control in the phased array antenna, so that the signal-to-noise ratio is increased. It is possible to ensure high-accuracy detection.
[0036]
Then, a configuration is adopted in which a plurality of different excitation distributions are sequentially generated in an additional circuit provided in the variable beam forming circuit, a beacon wave signal is received, a beacon wave arrival direction is identified, and an orthogonal biaxial error signal is detected. Therefore, error detection by arbitrary beam pattern formation is possible, and versatile pointing error detection applicable to various pointing direction control can be realized.
[0037]
In addition, since the directivity control configuration as described above can be combined without changing the configuration of the conventional phased array antenna, it can be easily implemented in response to a demand for higher accuracy. Further, the additional device to be added has the same structure as a communication circuit in terms of hardware, and there is no problem in the additional incorporation due to the design, and the realization is high.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a first example of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a pointing error detection method for the direction of a beacon arrival wave of an antenna.
FIG. 3 is a diagram showing a second example of an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a third example of an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a configuration of a conventional antenna directivity direction control apparatus.
FIG. 6 is a diagram for explaining a conventional method of detecting a pointing direction error.
[Explanation of symbols]
1-1 Antenna element 1
1-2 Antenna element 2
1-3 Antenna element 3
1-4 Antenna cord 4
1-m Antenna element m
2 Demultiplexer 3 Sensor beam forming circuit 4 Sensor low noise amplifier 4-1 Low noise amplifier 1
4-2 Low noise amplifier 2
4-m Low noise amplifier m
5 Sensor processing circuit 6-1 Communication station 1
6-2 Communication station 2
7 Beacon station 8 Beacon wave 9-1 Communication wave 1
9-2 Communication wave 2
10 Communication signal 10-1 Communication signal 1
11-1 Sensor signal 1
12-1 Pointing error signal X
12-2 Pointing error signal Y
13-1 X error direction 13-2 Y error direction 14 Variable beam forming circuit 15 Additional circuit 16 Excitation distribution output circuit 17-1 Reference beam 1
17-2 Reference beam 2
17-3 Reference beam 3
18-1 Beacon wave gain 1
18-2 Beacon wave gain 2
18-3 Beacon wave gain 3
19 Antenna gain 20-1 Measurement point 1
20-2 Measurement point 2
20-3 Measurement point 3
20-4 Measurement point 4
21-1 Control beam pattern 1
21-2 Control beam pattern 2
21-3 Control beam pattern 3
21-4 Control beam pattern 4
21-5 Control beam pattern 5
21-6 Control beam pattern 6
22-1 Sensor sensitivity 1
22-2 Sensor sensitivity 2
22-3 Sensor sensitivity 3

Claims (4)

通信波及び1つのビーコン局からのビーコン波を受信する複数のアンテナ素子と
前記複数のアンテナ素子に1つずつ組み合わされる複数の増幅器と
前記複数の増幅器に接続され、各経路毎の振幅及び位相を制御して形成したビームで前記通信波を受信して通信信号を出力する可変ビーム形成回路と、
前記可変ビーム形成回路内に設けられ、前記複数のアンテナ素子と前記複数の増幅器によって得られたビーコン波の信号を合成し、所定の励振分布に沿って出力する付加回路と、
該付加回路に3種類以上の異なるビームパターンを形成するための励振分布を順次入力する励振分布出力回路と、
該励振分布出力回路からの励振分布の入力に応じて出力される該付加回路からの前記ビームパターンの利得の等高線が交わるビーコン位置の基準位置からの方向および両位置間角度に応じた直交するX誤差方向及びY誤差方向の2軸方向の指向誤差信号を出力するセンサ処理回路と、
を有することを特徴とするフェーズドアレーアンテナの指向方向制御装置。
A plurality of antenna elements for receiving communication waves and beacon waves from one beacon station ;
A plurality of amplifiers combined one by one with the plurality of antenna elements ;
A variable beam forming circuit connected to the plurality of amplifiers, receiving the communication wave with a beam formed by controlling the amplitude and phase for each path, and outputting a communication signal ;
An additional circuit that is provided in the variable beam forming circuit, synthesizes a beacon wave signal obtained by the plurality of antenna elements and the plurality of amplifiers, and outputs the signal along a predetermined excitation distribution ;
An excitation distribution output circuit that sequentially inputs excitation distributions for forming three or more different beam patterns in the additional circuit ;
The X direction orthogonal to the direction from the reference position of the beacon position where the contour line of the gain of the beam pattern from the additional circuit intersects with the input of the excitation distribution from the excitation distribution output circuit and the angle between the two positions. A sensor processing circuit for outputting a pointing error signal in the biaxial direction of the error direction and the Y error direction ;
A directivity direction control apparatus for a phased array antenna, comprising:
異なるビームパターンを形成するための励振分布として、ビーム(参照ビーム)の中心から一定角度離れた計測点において、アンテナゲインと角度との比で表されるセンサ感度が異なる複数のビーム(アレーアンテナの指向性)パターンを形成する励振分布を入力する請求項1記載のフェーズドアレーアンテナの指向方向制御装置。  As an excitation distribution for forming different beam patterns, a plurality of beams (array antennas having different sensor sensitivities expressed by a ratio of antenna gain and angle at a measurement point separated from the center of the beam (reference beam) by a certain angle are used. The directivity control apparatus for a phased array antenna according to claim 1, wherein an excitation distribution forming a directivity pattern is input. 異なるビームパターンを形成するための励振分布として、同程度のセンサ感度をビーム(参照ビーム)の中心からの角度が異なる計測点で有する複数のビーム(アレーアンテナの指向性)パターンを形成する励振分布を入力する請求項1記載のフェーズドアレーアンテナの指向方向制御装置。  As an excitation distribution for forming different beam patterns, an excitation distribution for forming a plurality of beam (array antenna directivity) patterns having the same sensor sensitivity at measurement points at different angles from the center of the beam (reference beam). The directivity control apparatus for a phased array antenna according to claim 1, wherein 前記付加回路には、指向誤差の変動が早い場合には、前記センサ感度の高い前記ビームパターンを形成し、前記指向誤差の変動が遅く且つ変動幅が大きい場合には、前記センサ感度の低い前記ビームパターンを形成する励振分布を入力することを特徴とする請求項2に記載のフェーズドアレーアンテナの指向方向制御装置。The additional circuit forms the beam pattern with high sensor sensitivity when the variation in pointing error is fast, and the sensor pattern with low sensor sensitivity when the variation in pointing error is slow and the variation range is large. The directivity control apparatus for a phased array antenna according to claim 2, wherein an excitation distribution for forming a beam pattern is input.
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