JP4282429B2 - アクティブフェーズドアレイアンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、特定方向に配列された複数のアンテナ素子に対応して送受信モジュールが設けられたアクティブフェーズドアレイアンテナ装置に関する。

レーダシステム等の多機能化に伴い、電子的にビームを形成し走査できるアクティブフェーズドアレイアンテナが活用されている。この種のアンテナでは、複数のアンテナ素子を１次元または２次元に配列し、これら各アンテナ素子毎に増幅器等のアクティブ素子を含む送受信モジュールを設けて各アンテナ素子で送受信される信号に対して所定の振幅及び位相制御を行なうことにより、電子的にビームを形成し走査している。このようなアクティブフェーズドアレイアンテナ装置の一例を図４に示す。

図４は、従来のアクティブフェーズドアレイアンテナ装置の構成の一例を示すブロック図である。この図に示す従来のアクティブフェーズドアレイアンテナ装置は、特定方向に配列された複数（ｎ）個のアンテナ素子５１１〜５１ｎからなるアレイアンテナ５１と、これら複数（ｎ）個のアンテナ素子５１１〜５１ｎにそれぞれ対応して接続された複数（ｎ）個の送受信モジュール５２１〜５２ｎと、これら複数（ｎ）個の送受信モジュール５２１〜５２ｎからの受信信号出力を合成する合成器５３と、この合成された受信信号を受信処理する受信器５４と、送信源信号を発生する送信器５５と、この送信源信号をｎ分配して複数（ｎ）個の送受信モジュール５２１〜５２ｎに出力する分配器５６から構成されている。

ここで、複数（ｎ）個の送受信モジュール５２１〜５２ｎのそれぞれは、例えば図５
のブロック図に示すように、送受信の切り換えを行なうサーキュレータ５２１１、受信信号を低雑音増幅する低雑音増幅器５２１２、増幅された受信信号の位相を制御する受信用移相器５２１３、送信信号を電力増幅する電力増幅器５２１４、増幅された送信信号の位相を制御する送信用移相器５２１５、位相制御後の送信信号のレベルをモニタする出力レベルモニタ回路５２１６、及び送信信号のレベルを一定になるように送信用電力増幅器５２１４を制御するレベル制御回路５２１７から構成されている。

次に、上述の構成による従来のアクティブフェーズドアレイアンテナ装置の動作について説明する。受信時においては、まずアレイアンテナ５１の各アンテナ素子５１１〜５１ｎで受信された受信信号は、各アンテナ素子５１１〜５１ｎから各送受信モジュール５２１〜５２ｎに送られる。これらの受信信号は、各送受信モジュール内においてサーキュレータ５２１１を経由して低雑音増幅器５２１２により低雑音増幅され、受信用移相器５２１３により所定の受信ビームを形成するための位相制御が施された後に、合成器５３に送られる。合成器５３では、これら各送受信モジュール５２１〜５２ｎからの信号が合成され、合成受信信号となって受信器５４に送出される。そして、受信器５４において合成受信信号に対する受信処理が行なわれる。

一方、送信時においては、送信器５５からの送信源信号は、分配器５６でｎ分配され、各送受信モジュール５２１〜５２ｎに向けて送出される。この送信源信号は、各送受信モジュール５２１〜５２ｎ内において電力増幅器５２１４により所定のレベルまで電力増幅され、さらに送信用移相器５２１５により所定の送信ビームを形成するための位相制御が施されて送信信号となる。その後、サーキュレータ５２１１を経由し、対応して接続されたアレイアンテナ５１の各アンテナ素子５１１〜５１ｎに送出される。そして、各アンテナ素子５１１〜５１ｎから空間に放射される。

さらに、送信時には、送信信号のレベルを種々の変動要因に対して所定の値に維持するための自動レベル制御が行なわれる。すなわち、各送受信モジュール内において、出力レベルモニタ回路５２１６により送信信号のレベルをモニタし、このモニタ結果に基づいてレベル制御回路５２１７により電力増幅器５２１４の利得を制御している。これにより、例えば、分配器５６からの送信源信号のレベル変動や周波数変化、あるいは周囲温度変化等の変動要因に対しても、各送受信モジュール５２１〜５２ｎから各アンテナ素子５１１〜５１ｎに送られる送信信号のレベルが所定の値となるように制御される。

このように、種々の変動要因に対する電力増幅器からの出力レベルの安定化に適用しうる技術として、自動利得制御回路により電力増幅器の利得を制御する、可変利得増幅器の事例が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、電力増幅器の前段に可変減衰器を設け、この可変減衰器の減衰量を調整することにより出力レベル変動を補償している事例もある（例えば、特許文献２参照。）。
特開平１０−４１７６９号公報（第３頁、図１） 特開平１１−２８４５２３号公報（第８頁、図１）

しかしながら、上記した可変利得増幅器、あるいは可変減衰器により増幅器の出力レベルを安定化させる場合には、その可変レベルによってこれら可変利得増幅器あるいは可変減衰器を通過する送信信号の位相が変動する。しかも、その位相の変動量は、複数（ｎ）個の送受信モジュール間で互いに異なる値となる。従って、上述のように構成した従来のアクティブフェーズドアレイアンテナ装置においては、各アンテナ素子５１１〜５１ｎから放射される送信信号のレベルは所定の値に維持できるものの、位相については所定の値から変動してしまうため、ビーム幅が広がったりサイドローブレベルが高くなるなど、所望するビームパターンが形成できなくなる問題があった。

また、複数（ｎ）個のすべての送受信モジュール５２１〜５２ｎ内に、出力レベルモニタ回路５２１６及びレベル制御回路５２１７を必要とするため、送受信モジュールを小型化することができず、装置全体を小型化する際の障害となるとともに、低コスト化も困難であった。

本発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり、アンテナパターンに影響を及ぼすことなく送受信モジュールを簡易な構成にして、小型軽量化、かつ低コスト化されたアクティブフェーズドアレイアンテナ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のアクティブフェーズドアレイアンテナ装置は、信号を送受信する複数個のアンテナ素子と、これら複数個のアンテナ素子に対応して設けられ送信源信号及び受信信号を増幅するとともにこれら信号の位相を制御する複数個の送受信モジュールと、これら複数個の送受信モジュールに前記送信源信号を分配して供給するとともに前記複数個の送受信モジュールからの前記受信信号を合成する分配合成器と、この分配合成器に前記送信源信号を供給する前置励振回路とを備えたアクティブフェーズドアレイアンテナ装置において、前記前置励振回路から前記分配合成器に供給される前記送信源信号のレベルを前記複数個の送受信モジュールのいずれか１つの温度変化に基づいて制御することにより、前記複数個の各送受信モジュールから前記複数個の各アンテナ素子に供給される送信信号のレベル変動を補償することを特徴とする。

本発明によれば、送信信号のレベルを所定の値に維持するためのレベル制御を、各送受信モジュールに送信源信号を分配する直前において行なうことによって送信信号の位相誤差要因を減らすとともに、送受信モジュールを簡易な構成にしているので、アンテナパターンに影響を及ぼすことなく小型軽量化、かつ低コスト化されたアクティブフェーズドアレイアンテナ装置を得ることができる。

以下に、本発明に係るアクティブフェーズドアレイアンテナ装置を実施するための最良の形態について、図１乃至図３を参照して説明する。

図１は、本発明に係るアクティブフェーズドアレイアンテナ装置の第１の実施例を示すブロック図である。

このアクティブフェーズドアレイアンテナ装置はアレイアンテナ１、複数（ｎ）個の送受信モジュール２１〜２ｎ、電力分配合成器３、受信器４、送信器５、及び前置励振器６から構成されている。

ここで、複数（ｎ）個の送受信モジュール２１〜２ｎのそれぞれは、本実施例においては、例えば図２のブロック図に示すように、送受信の切り換えを行なうサーキュレータ２１１、受信信号を低雑音増幅する低雑音増幅器２１２、増幅された受信信号の位相を制御する受信用移相器２１３、送信信号を電力増幅する電力増幅器２１４、増幅された送信信号の位相を制御する送信用移相器２１５から構成されている。また、前置励振器６は、出力レベルを制御できる前置増幅器６１、前置増幅器の出力レベルをモニタする出力レベルモニタ回路６２、及び前置増幅器６１の出力レベルを制御するレベル制御回路６３から構成されている。

アレイアンテナ１は、特定の方向に配列された複数（ｎ）個のアンテナ素子１１〜１ｎからなり、各アンテナ素子１１〜１ｎは、対応して設けられた各送受信モジュール２１〜２ｎに接続されている。そして、各送受信モジュール２１〜２ｎからの送信信号を空間に放射するとともに、受信した信号を各送受信モジュール２１〜２ｎに送出する。

複数（ｎ）個の送受信モジュール２１〜２ｎは、電力分配合成器３からの送信源信号を電力増幅器２１４で電力増幅し、送信用移相器２１５で所定の位相制御を行なった後、送信信号として対応して接続されたアレイアンテナ１の各アンテナ素子１１〜１ｎに送出する。また、対応して接続されたアレイアンテナ１の各アンテナ素子１１〜１ｎで受信した受信信号を低雑音増幅器２１２で低雑音増幅し、受信用移相器２１３で所定の位相制御を行なった後、電力分配合成器３に送出する。

電力分配合成器３は、前置励振器６からの送信源信号をｎ分配して複数（ｎ）個の送受信モジュール２１〜２ｎに出力するとともに、複数（ｎ）個の送受信モジュール２１〜２ｎからの受信信号出力を合成し、合成受信信号として受信器４に送出する。受信器４は、分配合成器からの合成受信信号を受信処理する。

送信器５は、送信源信号を発生し、前置励振器６に送出する。前置励振器６は、送信機５からの送信源信号を前置増幅器６１で増幅するとともに、その出力レベルを出力レベルモニタ回路６２でモニタし、レベル制御回路６３により出力レベルが所定の値となるように制御して電力分配合成器３に送出する。

次に、上述のように構成した本発明に係るアクティブフェーズドアレイアンテナ装置の動作について、図1乃至図２を参照して説明する。

受信時においては、まずアレイアンテナ１の各アンテナ素子１１〜１ｎで受信された受信信号は、各アンテナ素子１１〜１ｎから対応して接続された各送受信モジュール２１〜２ｎに送られる。各送受信モジュール内においては、これらの受信信号はサーキュレータ２１１を経由して低雑音増幅器２１２で低雑音増幅され、受信用移相器２１３により所定の受信ビームを形成するための位相制御が施された後に、電力分配合成器３に送られる。電力分配合成器３では、これら各送受信モジュール２１〜２ｎからの信号が合成され、合成受信信号となって受信器４に送出される。そして、受信器４において合成受信信号に対する受信処理が行なわれる。

一方、送信時においては、送信器５からの送信源信号は、前置励振器６に出力される。前置励振器６では、例えば、送信器５から送られてくる送信源信号のレベル変動、送信源信号の周波数変化、あるいは周囲の温度変化など、種々の変動要因に対して電力分配合成器３に送出する送信源信号のレベルを所定の値に維持するように、自動レベル制御が行なわれる。すなわち、前置増幅器６１で増幅後の送信源信号のレベルを出力レベルモニタ回路６２によりモニタし、このモニタ結果に基づいてレベル制御回路６３により前置増幅器６１の出力レベルを制御している。そして、所定のレベルに維持された送信源信号は、前置励振器６から電力分配合成器３に送られる。

電力分配合成器３では、所定のレベルに維持された前置励振器６からの送信源信号がｎ等分に分配され、各送受信モジュール２１〜２ｎに向けて送出される。これら分配された送信源信号は、いずれも各送受信モジュール２１〜２ｎ内の電力増幅器２１４により所定のレベルまで電力増幅された後、送信用移相器２１５により所定の送信ビームを形成するための位相制御が施されて送信信号となり、サーキュレータ２１１を経由して、対応して接続されたアレイアンテナ１の各アンテナ素子１１〜１ｎに送出される。そして、各アンテナ素子１１〜１ｎから空間に放射される。

以上説明したように、本実施例によるアクティブフェーズドアレイアンテナ装置においては、アレイアンテナ1の各アンテナ素子１１〜１ｎに供給される送信信号のレベル変動を、前置励振器６内で自動レベル制御を行なうことにより補償している。これにより、送信器５からの送信源信号のレベル変動、周波数変化、あるいは周囲温度変化等の種々の要因に対して各アンテナ素子１１〜１ｎに供給される送信信号のレベルを所定の値に維持することができる。

また、各送受信モジュール２１〜２ｎでは送信信号の自動レベル制御を行なわないため、アレイアンテナ1の各アンテナ素子１１〜１ｎに供給される送信信号に対する位相誤差要因を減らすことができ、良好なビームパターンを形成することができる。

さらに、各送受信モジュール２１〜２ｎ内には自動レベル制御のための回路を設ける必要がないため、送受信モジュールを簡易な構成とすることができ、装置全体を小型軽量化かつ低コスト化することができる。

図３は、本発明に係るアクティブフェーズドアレイアンテナ装置の第２の実施例を示すブロック図である。この第２の実施例の各部について、図１の第１の実施例の各部と同一の部分は同一の符号で示し、その説明は省略する。第２の実施例が第１の実施例と異なる点は、複数（ｎ）個の送受信モジュール２１〜２ｎのいずれか１つに温度センサ７をとりつけ、前置励振器６においては、この温度センサ７からの温度モニタ結果も取り込んで自動レベル制御を行なうようにした点である。以下、図３を参照して、その相違点のみを説明する。

図３において、温度センサ７は、複数（ｎ）個の送受信モジュール２１〜２ｎの任意のｉ（１≦ｉ≦ｎ）番目の送受信モジュール２ｉにとりつけられた温度センサである。そして、この送信モジュール２ｉの温度をモニタして、その結果を前置励振器６内のレベル制御回路６３に送出する。

この図３のように構成したアクティブフェーズドアレイアンテナ装置の送信時の動作では、前置励振器６において、送信器５から送られてくる送信源信号のレベル変動、送信源信号の周波数変化、あるいは周囲の温度変化などといったレベル変動要因に加え、送受信モジュールの温度変化に対しても、各送受信モジュール２１〜２ｎからアレイアンテナ１に送られる送信信号のレベルが所定の値となるように、電力分配合成器３に送出する送信源信号に対して自動レベル制御が行なわれる。すなわち、レベル制御回路６３は、前置増幅器６１で増幅後の送信源信号のレベルのモニタ結果を出力レベルモニタ回路６２から受けとるとともに、送受信モジュール２ｉの温度変化のモニタ結果を温度センサ７から受けとる。さらに、レベル制御回路６３は、各送受信モジュール２１〜２ｎからアレイアンテナ１に送られる送信信号のレベルが所定の値となるように、これらのモニタ結果に基づいて前置増幅器６１の出力レベルを制御している。そして、このようにレベル制御された送信源信号が前置励振器６から電力分配合成器３に送られる。

以上説明したように、本実施例においては、アレイアンテナ1の各アンテナ素子１１〜１ｎに供給される送信信号のレベル変動を、前置励振器６内において温度センサ７から送出される送受信モジュール２ｉの温度変化の結果も取り込んで自動レベル制御を行なうことにより補償している。これにより、送信器５からの送信源信号のレベル変動、周波数変化、あるいは周囲温度変化等の要因に加え、各送受信モジュール２１〜２ｎの温度変化に対しても各アンテナ素子１１〜１ｎに供給される送信信号のレベルを所定の値に維持することができる。

また、各送受信モジュール２１〜２ｎでは送信信号の自動レベル制御を行なわないため、アレイアンテナ1の各アンテナ素子１１〜１ｎに供給される送信信号に対する位相誤差要因を減らすことができ、良好なビームパターンを形成することができる。

さらに、各送受信モジュール２１〜２ｎ内には自動レベル制御のための回路を設ける必要がないため、送受信モジュールを簡易な構成とすることができ、装置全体を小型軽量化かつ低コスト化することができる。

本発明に係るアクティブフェーズドアレイアンテナ装置の第１の実施例を示すブロック図。 本発明に係るアクティブフェーズドアレイアンテナ装置の第１の実施例における送受信モジュールの構成を示すブロック図。 本発明に係るアクティブフェーズドアレイアンテナ装置の第２の実施例を示すブロック図。 従来のアクティブフェーズドアレイアンテナ装置の構成の一例を示すブロック図。 従来の送受信モジュールの構成の一例を示すブロック図。

符号の説明

１ アレイアンテナ
３ 電力分配合成器
４ 受信器
５ 送信器
６ 前置励振器
７ 温度センサ
１１〜１ｎ アンテナ素子
２１〜２ｎ 送受信モジュール
６１ 前置増幅器
６２ 出力レベルモニタ回路
６３ レベル制御回路
２１１ サーキュレータ
２１２ 低雑音増幅器
２１３ 受信用移相器
２１４ 電力増幅器
２１５ 送信用移相器

Claims (2)

1. 信号を送受信する複数個のアンテナ素子と、
   これら複数個のアンテナ素子に対応して設けられ送信源信号及び受信信号を増幅するとともにこれら信号の位相を制御する複数個の送受信モジュールと、
   これら複数個の送受信モジュールに前記送信源信号を分配して供給するとともに前記複数個の送受信モジュールからの前記受信信号を合成する分配合成器と、
   この分配合成器に前記送信源信号を供給する前置励振回路と
   を備えたアクティブフェーズドアレイアンテナ装置において、
   前記前置励振回路から前記分配合成器に供給される前記送信源信号のレベルを
   前記複数個の送受信モジュールのいずれか１つの温度変化に基づいて制御することにより、前記複数個の各送受信モジュールから前記複数個の各アンテナ素子に供給される送信信号のレベル変動を補償することを特徴とするアクティブフェーズドアレイアンテナ装置。
2. 信号を送受信する複数個のアンテナ素子と、
   これら複数個のアンテナ素子に対応して設けられ送信源信号及び受信信号を増幅するとともにこれら信号の位相を制御する複数個の送受信モジュールと、
   これら複数個の送受信モジュールに前記送信源信号を分配して供給するとともに前記複数個の送受信モジュールからの前記受信信号を合成する分配合成器と、
   この分配合成器に所定のレベルに制御された前記送信源信号を供給する前置増幅回路と、
   この前置増幅回路から前記分配合成器への前記送信源信号のレベルをモニタするレベルモニタ回路と、
   前記複数個の送受信モジュールのいずれか１つの温度をモニタする温度センサと、
   前記レベルモニタ回路からのモニタ結果及び前記温度センサからのモニタ結果に基づいて前記前置増幅回路から前記分配合成器に供給される前記送信源信号が前記所定のレベルとなるように前記前置増幅回路を制御するレベル制御回路と
   を有することを特徴とするアクティブフェーズドアレイアンテナ装置。

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