JP4121082B2

JP4121082B2 - アンテナ診断装置

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Publication number: JP4121082B2
Application number: JP2003307534A
Authority: JP
Inventors: 徹高橋; 善彦小西; 史郎北尾
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2023-08-29
Also published as: JP2005079879A

Description

この発明は、通信やレーダ等に使用されるフェーズドアレーアンテナに適用され、フェーズドアレーアンテナを構成する素子アンテナの素子電界を測定するアンテナ診断装置に関する。

従来、ピックアップアンテナをフェーズドアレーアンテナの中に複数個組みこみ、各種の合成を行う構成にすることにより、どのような場所でも各素子アンテナの振幅及び位相を測定するものがあった(例えば特許文献１参照)。

またこの種のアンテナ装置において、各素子アンテナの設定位相を順次変化させ、全アレー合成出力の最大値と最小値の比およびその最大値を与える位相変化量を測定して各素子アンテナの振幅、位相を算出する方法があった(例えば特許文献２参照)。

特許第２５６０４５３号公報特許第１５５３４４６号公報

以上のように構成された従来のアンテナ診断装置においては、切換器等により高周波信号の伝搬経路を切り替えたときの検波回路での受信電力値は系統ごとに必ずしも一致せず、異なった受信電力値となる。また検波回路の検波特性には、そのダイナミックレンジ内で最も良好な検波特性を持つ受信レベルが存在する。従って、切換器により伝搬経路を変えて測定すると、常に良好な検波状態で測定することができなくなる、言い換えれば、常に精度良い測定ができるとは限らないという問題があった。

またこれを回避するために、各ピックアップアンテナで得られた受信信号に合成、分配を行った出力系統ごとに検波回路を設けることも考えられる。しかしながら、検波回路の数が増えることにより装置が大型化するという問題があり、また出力系統ごとに検波回路のダイナミックレンジを調整する必要があるため設計・製造コストの増加につながるという問題があった。

さらに別の問題として、ピックアップアンテナから距離が離れた素子アンテナの素子電界振幅及び位相を測定する場合、検波回路における受信電力に比べて、当該素子アンテナの素子電界振幅値は極めて小さくなる。このため、当該素子アンテナの励振位相を３６０度回転させても受信電力の変化を検波することが困難となり、例えば上記特許第１５５３４４６号公報に記載されているような、各素子アンテナの設定位相を順次変化させ、全アレー合成出力の最大値と最小値の比およびその最大値を与える位相変化量を測定して各素子アンテナの振幅、位相を算出するといった方法による当該素子アンテナの素子電界振幅及び位相の測定が困難となるという問題があった。

この発明は以上のような課題を解決するためになされたもので、検波系統が複数個ある場合においても各系統の受信電力値が同一となるような励振位相状態を各素子アンテナに設定することにより、全ての検波系統において精度の良い測定が可能(検波系統が１つでもより精度の良い測定が可能)なアンテナ診断装置を得ることを目的としている。

また、素子アンテナの素子電界振幅値が小さく従来の測定装置では当該素子アンテナの励振位相を３６０度回転させても受信電力の変化を検波することができなかったような場合においても、受信電力の変化を検波することのできるような励振位相状態を各素子アンテナに設定することにより、素子電界振幅値が小さい素子に関しても精度良く測定可能なアンテナ診断装置を得ることを目的としている。

上記の目的に鑑み、この発明は、複数個の素子アンテナ、上記各素子アンテナにそれぞれ接続された移相器、上記各移相器の通過位相を制御する移相器制御回路、上記各移相器に接続された電力分配合成回路、上記電力分配合成回路に接続された第１の送信手段又は第１の検波手段、からなるフェーズドアレーアンテナにおいて、上記複数個の素子アンテナと共に上記フェーズドアレーアンテナ開口上に設けられた少なくとも１つのピックアップアンテナと、上記ピックアップアンテナに接続された第２の検波手段又は第２の送信手段と、上記移相器制御回路により上記各移相器の通過位相をそれぞれに３６０度回転させた時の上記第１の検波手段又は第２の検波手段の受信電力を測定し、その変化から該移相器に接続された上記素子アンテナの素子電界の振幅及び位相を測定する手段と、上記測定された素子アンテナの素子電界の振幅及び位相と外部からの所望の受信電力に基づき、上記第１の検波手段又は第２の検波手段での受信電力と上記所望の受信電力との差が最小になるように上記移相器制御回路から上記各素子アンテナに接続されたそれぞれの移相器に与える最適励振位相を決定する手段と、を備えたことを特徴とするアンテナ診断装置にある。

この発明では、検波系統が複数個ある場合においても各系統の受信電力値が同一となるような励振位相状態を各素子アンテナに設定することにより、全ての検波系統において精度の良い測定が可能となる。
また素子アンテナの素子電界振幅値が小さい場合にも、各素子アンテナへの励振位相状態の設定の仕方により受信電力の変化を検波することができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるアンテナ診断装置の構成を示す図である。図において、フェーズドアレーアンテナ開口上に設けられた複数の素子アンテナ１−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)には移相器２−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)がそれぞれに接続され、さらにこれらが電力分配合成回路３(素子アンテナ１−ｎ方向には分配、送信機５方向には合成を行う)に接続されている。移相器制御回路４は移相器２−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)の通過位相を制御する。そして電力分配合成回路３には送信機５が接続されている。フェーズドアレーアンテナ開口上にはさらにピックアップアンテナ６ａ〜６ｄが設けられ、これらには検波回路７ａ〜７ｄ、さらに上述の例えば特許文献２に記載された、各素子アンテナの設定位相を順次変化させ、全アレー合成出力の最大値と最小値の比およびその最大値を与える位相変化量を測定して各素子アンテナの振幅、位相を算出する方法により各素子アンテナ１−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)の素子電界振幅及び位相を測定する素子電界演算回路８ａ〜８ｄがそれぞれ接続されている。受信電力指示回路９は検波回路７ａ〜７ｂの受信電力の所望値を指示するものである。最適位相演算回路１０は、受信電力指示回路９により指示される電力値と検波回路７ａ〜７ｂそれぞれの受信電力との差が最小になるような素子アンテナ１−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)の励振位相を求める演算回路である。すなわち最適位相演算回路１０は、以下の(１)式を最小とするような素子アンテナの励振位相φｉｎを求めるものであり、ここでは例えば共役勾配法により励振位相φｉｎを求めるものとする。

(１)式において、ｉは上記検波回路７ａ〜７ｄ(又はピックアップアンテナ６ａ〜６ｄ)の番号を表し、本実施の形態ではｉ＝ａ〜ｄである。ｎは上記素子アンテナの番号を表し、本実施の形態ではｎ＝１、２、３．．．．．、Ｎである。Ｓｉｎは検波回路７ｉ(ｉ＝ａ〜ｄ)における素子アンテナｎの素子電界振幅値、φｉｎは上記検波回路７ｉ(ｉ＝ａ〜ｄ)における素子アンテナｎ(ｎ＝１、２、３．．．．．、Ｎ)の素子電界位相値を表している。また、Ｐgoalは、受信電力指示回路９により指示される所望の受信電力値である。

以上のように構成された実施の形態１のアンテナ診断装置においては、送信機５から送信された高周波信号は、電力分配合成回路３により分配され、移相器２−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)により適当な励振位相を与えられた後、素子アンテナ１−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)から空間に放射される。この放射された高周波信号はピックアップアンテナ６ａ〜６ｄによりそれぞれ受信され、検波回路７ａ〜７ｄにより受信電力が検波される。

このため、移相器制御回路４によってあるひとつの素子アンテナの励振位相を３６０度回転させたときの受信電力の変化は検波回路７ａ〜７ｄで検波され、さらにこの受信電力の変化を素子電界演算回路８ａ〜８ｄにより演算処理することにより、検波回路７ａ〜７ｄにおける当該素子アンテナの素子電界振幅及び位相が測定される。この手続きを全ての素子アンテナに対し繰り返すことにより、検波回路７ａ〜７ｄにおける全ての素子アンテナの素子電界振幅及び位相が測定される。この一連の測定手続きを手続きＡとする。

手続きＡにより測定された素子アンテナの素子電界振幅及び位相を(１)式中のＳｉｎ、φｉｎ(ｉ＝ａ〜ｄ、ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)に代入すれば、所望の受信電力Ｐgoalと検波回路７ａ〜７ｂそれぞれの受信電力との差が最小になるような素子アンテナ１−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)の最適励振位相を最適位相演算回路１０により求めることができる。このようにして求めた素子アンテナ１−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)の最適励振位相をΦｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)とする。

従って、上記最適励振位相Φｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)を各移相器２−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)に設定することにより、検波回路７ａ〜７ｂそれぞれの受信電力は所望の受信電力Ｐgoalに概ね等しくなる。この所望の受信電力Ｐgoalを、検波回路７ａ〜７ｄのダイナミックレンジ内で最も良好な検波特性の得られる受信電力値に選択することにより、すべての検波回路７ａ〜７ｄにおいて検波精度を向上できるという効果がある。また、上記最適励振位相Φｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)を設定した後、上記手続きＡを再度行うことにより、すべての検波回路７ａ〜７ｄにおける各素子アンテナの素子電界振幅及び位相の測定精度を向上できるという効果がある。さらに、最適励振位相Φｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)は再計算可能であるため、温度変化や経年変化により各機器の特性に変化が生じた場合においても、すべての検波回路７ａ〜７ｄの検波精度を維持できるという効果がある。加えて、素子電界の振幅が小さく上記手続きＡにおける受信電力の変化が十分に検波できない場合には、上記所望の受信電力Ｐgoalをこの素子電界の振幅と同等な値に設定することにより、上記手続きＡにおいて、十分な受信電力の変化を検波できるという効果がある。

なお、図１の素子アンテナ１−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)とピックアップアンテナ６ａ〜６ｄとの送信と受信との立場を入れ替えて、例えば図７に示すように、各ピックアップアンテナ６ａ〜６ｄに送信機５ａ〜５ｄを接続し、送信機５ａ〜５ｄから送信された高周波信号をピックアップアンテナ６ａ〜６ｄから空間に放射し、この放射された高周波信号を素子アンテナ１−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)によりそれぞれ受信し、移相器２−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)により適当な励振位相を与えた後、電力分配合成回路３により合成し、検波回路７ａにより受信電力を検波、素子電界演算回路８ａで電界演算(測定)を行うようにしてもよい。この時、ｉは上記送信機５ａ〜５ｄ(又はピックアップアンテナ６ａ〜６ｄ)の番号を表し、送信機５ａ〜５ｄからそれぞれに送信しこれを検波回路７ａで受ける。

実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２によるアンテナ診断装置の構成を示す図である。図２において上記実施の形態のものと同一もしくは相当部分は同一符号で示し説明を省略する。図２ではピックアップアンテナ６ａ〜６ｄが電力分配合成回路１１に接続され、さらにこの電力分配合成回路１１に一対の検波回路７ａ、素子電界演算回路８ａが接続されている。

以上のように構成された実施の形態２のアンテナ診断装置においては、送信機５から送信された高周波信号は、電力分配合成回路３により分配され、移相器２−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)により適当な励振位相を与えられた後、素子アンテナ１−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)から空間に放射される。この放射された高周波信号はピックアップアンテナ６ａ〜６ｄによりそれぞれ受信された後、電力分配合成回路１１により合成され、検波回路７ａにより受信電力が検波される。

従って、受信電力指示回路９より指示される受信電力Ｐgoalを、検波回路７ａのダイナミックレンジ内で最も良好な検波特性の得られる受信電力値に選択することにより、上記実施の形態１と同様に検波回路７ａにおいて検波精度を向上できるという効果がある。また、上記最適励振位相Φｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)を設定した後、上記手続きＡを再度行うことにより、検波回路７ａにおける各素子アンテナの素子電界振幅及び位相の測定精度を向上できるという効果がある。さらに、最適励振位相Φｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)は再計算可能であるため、温度変化や経年変化により各機器の特性に変化が生じた場合においても、検波回路７ａの検波精度を維持できるという効果がある。加えて、複数個のピックアップアンテナ６ａ〜６ｂで受信した電力を電力分配合成回路１１で合成しているため、検波回路７ａにおける各素子アンテナの素子電界振幅の差を小さくできる。従って、手続きＡによる素子アンテナの振幅及び位相測定精度を、全ての素子アンテナに対し向上できるという効果がある。さらに加えて、素子電界の振幅が小さく上記手続きＡにおける受信電力の変化が十分に検波できない場合には、上記所望の受信電力Ｐgoalをこの素子電界の振幅と同等な値に設定することにより、上記手続きＡにおいて、十分な受信電力の変化を検波できるという効果がある。

なお、図２の素子アンテナ１−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)とピックアップアンテナ６ａ〜６ｄとの送信と受信との立場を入れ替えて、例えば図８に示すように、各ピックアップアンテナ６ａ〜６ｄに電力分配合成回路１１を介して送信機５ａを接続し、送信機５ａから送信された高周波信号を電力分配合成回路１１を介してピックアップアンテナ６ａ〜６ｄから空間に放射し、この放射された高周波信号を素子アンテナ１−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)によりそれぞれ受信し、移相器２−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)により適当な励振位相を与えた後、電力分配合成回路３により合成し、検波回路７ａにより受信電力を検波、素子電界演算回路８ａで電界演算(測定)を行うようにしてもよい。

実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３によるアンテナ診断装置の構成を示す図である。図３において上記各実施の形態のものと同一もしくは相当部分は同一符号で示し説明を省略する。図３ではピックアップアンテナ６ａ〜６ｄと検波回路７ａ〜７ｄとの間に入力端子及び出力端子をそれぞれ複数有するマトリクス給電回路１２が挿入されており、ここでは例えばバトラーマトリクスとする。

以上のように構成された実施の形態３のアンテナ診断装置においては、送信機５から送信された高周波信号は、電力分配合成回路３により分配され、移相器２−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)により適当な励振位相を与えられた後、素子アンテナ１−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)から空間に放射される。この放射された高周波信号はピックアップアンテナ６ａ〜６ｄによりそれぞれ受信された後、マトリクス給電回路１２により一旦合成された後再分配され、検波回路７ａ〜７ｄにより受信電力が検波される。なおマトリクス給電回路１２は移送器の代わりをするもので、電気長を変化させる代わりに複数のピックアップアンテナ６ａ〜６ｄからの信号の電気長の異なる組み合わせの合成を出力するものである。

従って、上記実施の形態１と同様の効果を得る。また、複数個のピックアップアンテナ６ａ〜６ｂで受信した電力をマトリクス給電回路１２で一旦合成した後、再度分配し検波回路７ａ〜７ｄに出力しているため、各検波回路間及び各素子アンテナ間の素子電界振幅の差を小さくできる。従って、手続きＡによる素子アンテナの振幅及び位相測定精度を、全ての素子アンテナに対し向上できるという効果がある。加えて、検波回路７ａ〜７ｄはお互いを冗長系とすることができるという効果がある。

なお、図３の素子アンテナ１−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)とピックアップアンテナ６ａ〜６ｄとの送信と受信との立場を入れ替えて、例えば図９に示すように、各ピックアップアンテナ６ａ〜６ｄにマトリクス給電回路１２を介して送信機５ａ〜５ｄを接続し、送信機５ａ〜５ｄからマトリクス給電回路１２を介して送信された高周波信号をピックアップアンテナ６ａ〜６ｄから空間に放射し、この放射された高周波信号を素子アンテナ１−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)によりそれぞれ受信し、移相器２−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)により適当な励振位相を与えた後、電力分配合成回路３により合成し、検波回路７ａにより受信電力を検波、素子電界演算回路８ａで電界演算(測定)を行うようにしてもよい。

実施の形態４．
図４はこの発明の実施の形態４によるアンテナ診断装置の構成を示す図である。図４において上記各実施の形態のものと同一もしくは相当部分は同一符号で示し説明を省略する。図４では図３の装置において、高周波信号の伝搬経路を切り替えるスイッチ１３を設け、一対の検波回路７ａ、素子電界演算回路８ａとしている。

以上のように構成された実施の形態４のアンテナ診断装置においては、送信機５から送信された高周波信号は、電力分配合成回路３により分配され、移相器２−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)により適当な励振位相を与えられた後、素子アンテナ１−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)から空間に放射される。この放射された高周波信号はピックアップアンテナ６ａ〜６ｄによりそれぞれ受信された後、マトリクス給電回路１２により一旦合成された後、再分配され、スイッチ１３を介し、検波回路７ａにより受信電力が検波される。

従って、上記実施の形態３と同様の効果を得る。加えて、スイッチ１３により順次伝搬経路を切り替えることができるので、一つの検波回路により構成でき、測定装置を簡略化できるという効果がある。

なお、図４の素子アンテナ１−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)とピックアップアンテナ６ａ〜６ｄとの送信と受信との立場を入れ替えて、例えば図１０に示すように、各ピックアップアンテナ６ａ〜６ｄにマトリクス給電回路１２を介しかつスイッチ１３で経路を切り替えて送信機５ａを接続し、送信機５ａから送信された高周波信号をスイッチ１３、マトリクス給電回路１２を介してピックアップアンテナ６ａ〜６ｄから空間に放射し、この放射された高周波信号を素子アンテナ１−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)によりそれぞれ受信し、移相器２−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)により適当な励振位相を与えた後、電力分配合成回路３により合成し、検波回路７ａにより受信電力を検波、素子電界演算回路８ａで電界演算(測定)を行うようにしてもよい。

実施の形態５．
図５はこの発明の実施の形態５によるアンテナ診断装置の構成を示す図である。図５において上記各実施の形態のものと同一もしくは相当部分は同一符号で示し説明を省略する。図５ではピックアップアンテナ６ａ〜６ｄと検波回路７ａ〜７ｄとの間に増幅器１４ａ〜１４ｄが挿入され、さらにこれらの増幅器１４ａ〜１４ｄの利得を変える増幅器利得制御回路１５が接続されている。増幅器利得制御回路１５には受信電力指示回路９が接続されている。

以上のように構成された実施の形態５のアンテナ診断装置においては、送信機５から送信された高周波信号は、電力分配合成回路３により分配され、移相器２−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)により適当な励振位相を与えられた後、素子アンテナ１−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)から空間に放射される。この放射された高周波信号はピックアップアンテナ６ａ〜６ｄによりそれぞれ受信された後、増幅器１４ａ〜１４ｄにより増幅され、検波回路７ａ〜７ｄにより受信電力が検波される。

従って、上記実施の形態１と同様の効果を得る。加えて、増幅器利得制御回路１５により増幅器１４ａ〜１４ｄの利得を調整することができるので、上記(１)式のＰgoalの設定値にかかわらず、検波回路７ａ〜７ｂにおける受信電力値を一定に保つことができる、すなわち測定精度を一定に保つことができるという効果がある。

なお、図５の素子アンテナ１−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)とピックアップアンテナ６ａ〜６ｄとの送信と受信との立場を入れ替えて、例えば図１１に示すように、各ピックアップアンテナ６ａ〜６ｄに送信機５ａ〜５ｄを接続し、また電力分配合成回路３と検波回路７ａとの間に増幅器１４ａを挿入してこれに増幅器利得制御回路１５を接続し、送信機５ａ〜５ｄから送信された高周波信号をピックアップアンテナ６ａ〜６ｄから空間に放射し、この放射された高周波信号を素子アンテナ１−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)によりそれぞれ受信し、移相器２−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)により適当な励振位相を与えた後、電力分配合成回路３により合成しさらに増幅器１４ａにより所望の増幅を行って検波回路７ａにより受信電力を検波、素子電界演算回路８ａで電界演算(測定)を行うようにしてもよい。

また、上記増幅器およびその増幅器利得制御回路は上記各実施の形態においても適用可能であり、同様な効果を奏する。

実施の形態６．
図６はこの発明の実施の形態６によるアンテナ診断装置の構成を示す図である。図６において上記実施の形態のものと同一もしくは相当部分は同一符号で示し説明を省略する。図６ではピックアップアンテナ６ａ〜６ｄが電力分配合成回路１１に接続され、さらに素子電界演算回路８ａと最適位相演算回路１０の間に励振位相を初期状態に固定する素子アンテナを選択する手段である素子アンテナ選択回路１６が接続されている。

以上のように構成された実施の形態６のアンテナ診断装置においては、送信機５から送信された高周波信号は、電力分配合成回路３により分配され、移相器２−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)により適当な励振位相を与えられた後、素子アンテナ１−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)から空間に放射される。この放射された高周波信号はピックアップアンテナ６a〜６ｄによりそれぞれ受信された後、電力分配合成回路１１により合成され、検波回路７ａにより受信電力が検波される。

従って、上記実施の形態２と同様の効果を得る。加えて、素子アンテナ選択回路１６を備えているので、最適位相演算回路１０により所望の受信電力Ｐgoalと検波回路７ａの受信電力との差が最小になるような最適励振位相を求める際に、素子アンテナ選択回路１６により選択された素子アンテナの励振位相を初期状態に固定し、それ以外の素子アンテナに対し最適励振位相を求めるようにすることができる。すなわち、素子アンテナ選択回路１６により選択された素子アンテナ以外の素子アンテナの励振位相を変えることによって、検波回路７ａの受信電力を所望の受信電力Ｐgoalに近づけることができる。従って、移相器２−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)の通過特性に誤差がある場合、この誤差の影響を低減することができ、検波回路７ａの受信電力と所望の受信電力Ｐgoalとの差が、実施の形態２よりも小さくなるという効果がある。

なお、図６の素子アンテナ１−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)とピックアップアンテナ６ａ〜６ｄとの送信と受信との立場を入れ替えて、例えば図１２に示すように、各ピックアップアンテナ６ａ〜６ｄに電力分配合成回路１１を介して送信機５ａを接続し、送信機５ａから送信された高周波信号を電力分配合成回路１１を介してピックアップアンテナ６ａ〜６ｄから空間に放射し、この放射された高周波信号を素子アンテナ１−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)によりそれぞれ受信し、移相器２−ｎ(ｎ＝１、２、．．．．．、Ｎ)により適当な励振位相を与えた後、電力分配合成回路３により合成し、検波回路７ａにより受信電力を検波、素子電界演算回路８ａで電界演算(測定)を行い、この素子電界演算回路８ａと最適位相演算回路１０の間に励振位相を初期状態に固定する素子アンテナを選択する手段である素子アンテナ選択回路１６を挿入するようにしてもよい。

また、上記素子アンテナ選択回路は上記各実施の形態においても適用可能であり、同様な効果を奏する。

実施の形態７．
なお上記実施の形態３及び４では、マトリクス給電回路１２として、例えばバトラーマトリクスを用いたが、これに変わり、ブランチライン回路、ラットレース回路、あるいはこれらが従属して接続された回路等を用いた場合も同様の効果を得る。

実施の形態８．
また、上記実施の形態１〜７では、最適位相演算回路１０において、所望の受信電力Ｐgoalと検波回路７ａの受信電力との差が最小になるような最適励振位相を求める手段として、例えば共役勾配法によるものを用いたが、これの代わりにシミュレーテッドアニーリング法、遺伝的アルゴリズム、等の非線形最適化手法を用いた場合においても同様の効果を得る。

なおこの発明は上記各実施の形態に限定されるものではく、これらの可能な組み合わせを含むことは言うまでもない。

この発明よるアンテナ診断装置はいかなる分野におけるフェーズドアレーアンテナについても適用可能であり、フェーズドアレーアンテナの素子アンテナの素子電界の振幅及び位相をより精度良く測定することができる。

この発明の実施の形態１によるアンテナ診断装置の構成を示す図である。この発明の実施の形態２によるアンテナ診断装置の構成を示す図である。この発明の実施の形態３によるアンテナ診断装置の構成を示す図である。この発明の実施の形態４によるアンテナ診断装置の構成を示す図である。この発明の実施の形態５によるアンテナ診断装置の構成を示す図である。この発明の実施の形態６によるアンテナ診断装置の構成を示す図である。この発明の実施の形態１によるアンテナ診断装置の変形例の構成を示す図である。この発明の実施の形態２によるアンテナ診断装置の変形例の構成を示す図である。この発明の実施の形態３によるアンテナ診断装置の変形例の構成を示す図である。この発明の実施の形態４によるアンテナ診断装置の変形例の構成を示す図である。この発明の実施の形態５によるアンテナ診断装置の変形例の構成を示す図である。この発明の実施の形態６によるアンテナ診断装置の変形例の構成を示す図である。

符号の説明

１−１〜１−Ｎ素子アンテナ、２−１〜２−Ｎ移相器、３，１１電力分配合成回路、４移相器制御回路、５ａ〜５ｄ送信機、６ａ〜６ｄピックアップアンテナ、７ａ〜７ｂ検波回路、８ａ〜８ｄ素子電界演算回路、９受信電力指示回路、１０最適位相演算回路、１２マトリクス給電回路、１３スイッチ、１４ａ〜１４ｄ増幅器、１５増幅器利得制御回路、１６素子アンテナ選択回路。

Claims

複数個の素子アンテナ、上記各素子アンテナにそれぞれ接続された移相器、上記各移相器の通過位相を制御する移相器制御回路、上記各移相器に接続された電力分配合成回路、上記電力分配合成回路に接続された第１の送信手段又は第１の検波手段、からなるフェーズドアレーアンテナにおいて、
上記複数個の素子アンテナと共に上記フェーズドアレーアンテナ開口上に設けられた少なくとも１つのピックアップアンテナと、
上記ピックアップアンテナに接続された第２の検波手段又は第２の送信手段と、
上記移相器制御回路により上記各移相器の通過位相をそれぞれに３６０度回転させた時の上記第１の検波手段又は第２の検波手段の受信電力を測定し、その変化から該移相器に接続された上記素子アンテナの素子電界の振幅及び位相を測定する手段と、
上記測定された素子アンテナの素子電界の振幅及び位相と外部からの所望の受信電力に基づき、上記第１の検波手段又は第２の検波手段での受信電力と上記所望の受信電力との差が最小になるように上記移相器制御回路から上記各素子アンテナに接続されたそれぞれの移相器に与える最適励振位相を決定する手段と、
を備えたことを特徴とするアンテナ診断装置。
複数個の素子アンテナ、上記各素子アンテナにそれぞれ接続された移相器、上記各移相器の通過位相を制御する移相器制御回路、上記各移相器に接続された第１の電力分配合成回路、上記第１の電力分配合成回路に接続された第１の送信手段又は第１の検波手段、からなるフェーズドアレーアンテナにおいて、
上記複数個の素子アンテナと共に上記フェーズドアレーアンテナ開口上に設けられた複数のピックアップアンテナと、
上記複数のピックアップアンテナに接続された第２の電力分配合成回路と、
上記第２の電力分配合成回路に接続された第２の検波手段又は第２の送信手段と、
上記移相器制御回路により上記各移相器の通過位相をそれぞれに３６０度回転させた時の上記第１の検波手段又は第２の検波手段の受信電力を測定し、その変化から該移相器に接続された上記素子アンテナの素子電界の振幅及び位相を測定する手段と、
上記測定された素子アンテナの素子電界の振幅及び位相と外部からの所望の受信電力に基づき、上記第１の検波手段又は第２の検波手段での受信電力と上記所望の受信電力との差が最小になるように上記移相器制御回路から上記各素子アンテナに接続されたそれぞれの移相器に与える最適励振位相を決定する手段と、
を備えたことを特徴とするアンテナ診断装置。
複数個の素子アンテナ、上記各素子アンテナにそれぞれ接続された移相器、上記移相器の通過位相を制御する移相器制御回路、上記各移相器に接続された第１の電力分配合成回路、上記第１の電力分配合成回路に接続された第１の送信手段又は第１の検波手段、からなるフェーズドアレーアンテナにおいて、
上記複数個の素子アンテナと共に上記フェーズドアレーアンテナ開口上に設けられた複数のピックアップアンテナと、
上記複数のピックアップアンテナに接続され入力端子及び出力端子をそれぞれ複数有するマトリクス給電回路と、
上記マトリクス給電回路に接続された複数の検波系統を有する第２の検波手段又は複数の送信系統を有する第２の送信手段と、
上記移相器制御回路により上記各移相器の通過位相をそれぞれに３６０度回転させた時の上記第１の検波手段又は第２の検波手段の受信電力を測定し、その変化から該移相器に接続された上記素子アンテナの素子電界の振幅及び位相を測定する手段と、
上記測定された素子アンテナの素子電界の振幅及び位相と外部からの所望の受信電力に基づき、上記第１の検波手段又は第２の検波手段での受信電力と上記所望の受信電力との差が最小になるように上記移相器制御回路から上記各素子アンテナに接続されたそれぞれの移相器に与える最適励振位相を決定する手段と、
を備えたことを特徴とするアンテナ診断装置。
複数個の素子アンテナ、上記各素子アンテナにそれぞれ接続された移相器、上記移相器の通過位相を制御する移相器制御回路、上記各移相器に接続された第１の電力分配合成回路、上記第１の電力分配合成回路に接続された第１の送信手段又は第１の検波手段、からなるフェーズドアレーアンテナにおいて、
上記複数個の素子アンテナと共に上記フェーズドアレーアンテナ開口上に設けられた複数のピックアップアンテナと、
上記複数のピックアップアンテナに接続され入力端子及び出力端子をそれぞれ複数有するマトリクス給電回路と、
上記マトリクス給電回路に接続されたスイッチと、
上記スイッチに接続された第２の検波手段又は第２の送信手段と、
上記移相器制御回路により上記各移相器の通過位相をそれぞれに３６０度回転させた時の上記第１の検波手段又は第２の検波手段の受信電力を測定し、その変化から該移相器に接続された上記素子アンテナの素子電界の振幅及び位相を測定する手段と、
上記測定された素子アンテナの素子電界の振幅及び位相と外部からの所望の受信電力に基づき、上記第１の検波手段又は第２の検波手段での受信電力と上記所望の受信電力との差が最小になるように上記移相器制御回路から上記各素子アンテナに接続されたそれぞれの移相器に与える最適励振位相を決定する手段と、
を備えたことを特徴とするアンテナ診断装置。
上記第１の検波手段又は第２の検波手段の受信電力を増幅する増幅手段と、上記増幅手段の利得を調整する手段と、を備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のアンテナ診断装置。
上記第１の検波手段又は第２の検波手段の受信電力と所望の受信電力との差が最小になるような最適励振位相を求める対象となる素子アンテナを選択する手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のアンテナ診断装置。
上記マトリクス給電回路として、バトラーマトリクス、ブランチライン回路、ラットレース回路のいずれか１つを用いることを特徴とする請求項３又は４に記載のアンテナ診断装置。
上記最適励振位相を決定する手段が、共役勾配法、シミュレーテッドアニーリング法および遺伝的アルゴリズムのいずれか１つを用いることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のアンテナ診断装置。
上記最適励振位相を決定する手段が、共役勾配法により下記の式を最小とするような素子アンテナの励振位相φｉｎを求める

但し、ｉは検波手段がピックアップアンテナ毎に接続された複数の検波回路を含む場合の検波回路の番号、ｎは素子アンテナの番号、Ｓｉｎとφｉｎは第１の検波手段又は第２の検波手段で測定される素子アンテナのそれぞれ素子電界振幅値と素子電界位相値、Ｐgoalは外部からの所望の受信電力
ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載のアンテナ診断装置。
上記最適励振位相を決定する手段が、外部からの所望の受信電力の値を測定する素子電界の振幅のレンジに合わせることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載のアンテナ診断装置。
上記素子アンテナの素子電界の振幅及び位相を測定する手段が、上記移相器の通過位相を上記最適励振位相を決定する手段で決定された最適励振位相に設定して素子アンテナの素子電界の振幅及び位相を再度測定することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のアンテナ診断装置。