JP4297611B2 - フェーズド・アレー・アンテナのためのキャリブレーション・システム及びキャリブレーション方法 - Google Patents
フェーズド・アレー・アンテナのためのキャリブレーション・システム及びキャリブレーション方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広くはフェーズド・アレー・アンテナに関するものであり、より詳しくは、フェーズド・アレー・アンテナのキャリブレーション（較正）のための装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のごとく、フェーズド・アレー・アンテナは、複数のアンテナ素子（エレメント）をアレー状に構成したアンテナであり、それらアンテナ素子によって、無線周波数エネルギの平行化ビームを複数本形成して、様々な方向へ放射できるようにしている。フェーズド・アレー・アンテナの給電方式としては、コーポレート給電（ｃｏｒｐｏｒａｔｅ ｆｅｅｄ）方式が用いられることもあり、空間給電方式が用いられることもある。いずれの給電方式においても、アンテナ素子アレー全体に亘って相対的振幅及び位相シフトを与えることによって、アンテナ・ビームが形成されるようにしている。この相対的な振幅及び位相状態は、対応するアンテナ素子に結合された制御可能な減衰器及び移相器によって、あるいは複数のビーム・ポートと複数のアンテナ素子との間に配置されるビーム形成回路網を制御することによって発生され、ビーム・ポートの各々はビームの各々に対応する。
【０００３】
ビーム形成回路網を使用しているフェーズド・アレー・アンテナ・システムのうちには、ビーム形成回路網が複数のアレー・ポートを有し、それら複数のアレー・ポートが、夫々送信／受信（送受信）モジュールを介して、複数のアンテナ素子の対応するものに結合されるものがある。送受信モジュールの各々は、電子的制御可能な減衰器及び移相器を含んでいる。工場ないし試験施設における受信キャリブレーション・モードのとき、無線周波数（ＲＦ）エネルギを送出するＲＦソースを、そのフェーズド・アレー・アンテナの複数のアンテナ素子の近傍界に配置する。そして、複数の送受信モジュールを順次能動状態にする。送受信モジュールの各々が受信モードの能動状態にされるとき、その送受信モジュールに結合しているアンテナ素子が受信したエネルギが、その能動状態になった送受信モジュールを介して、ビーム形成回路網へ伝送される。複数の送受信モジュールを順次能動状態にしながら、いずれか１つのビーム・ポートにおいてエネルギの検出を行う。これによって、アレーを構成している複数のアンテナ素子の各々に関して検出したエネルギを、順次記録する。このプロセス（手順）を、複数のビーム・ポートの各々について、反復して実行する。そのアンテナ素子の各々に関して、複数のビーム・ポートにおいて夫々に検出したエネルギ値について最小二乗平均値（ｌｅａｓｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ ａｖｅｒａｇｅ）を算出する。これによって、各々のアンテナ素子は、振幅及び位相ベクトルに関連づけられる。更に、これら測定／ポスト（事後）算出ベクトルを、予め算出したプレ（事後）算出ベクトル（設計値ベクトル）と比較する。アンテナが適正に動作しているならば（即ち、設計した通りに動作していれば）、測定／事後算出ベクトルと事前算出ベクトルとは良好に一致して、両者の間の誤差は非常に小さなものとなるはずである。そのため、測定／事後算出ベクトルと事前算出ベクトルとの間に差がある場合には、その差を使用して、送受信モジュール内の制御可能な減衰器及び／または移相器へ制御信号を与えて、適当な補正調節を行うようにする。工場ないし試験施設において送信キャリブレーション・モードでキャリブレーションを実行するとき、以上と同様の方式で行うが、ただし受信キャリブレーション・モードとは、逆方向の処理が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、送信キャリブレーション・モード、または、受信キャリブレーション・モードでは、相対的な位相または振幅における誤差を検出し、モジュール内の制御可能な減衰器及び／または移相器に適当な調節が行われている。このような技術は、工場ないし試験施設の環境においては何ら問題がないが、このキャリブレーション方法では、別個の外部送信及び受信アンテナを用意しなければならず、そのため、実地環境においては非実用的であったり、高コストであったりする。例えば、アンテナを実際に使用するとき、ある程度の期間に亘って使用した後に、再度キャリブレーションを実行することが必要になることがある。また、例えば、アンテナが衛星に装備される場合には、そのアンテナの使用現場環境は宇宙空間になる場合がある。更に、アンテナは、固定翼型、回転翼型、或いは繋留型等の、様々な航空機上や地表で使用されることもある。
【０００５】
Ｈｅｒｂｅｒｔ Ｍ． Ａｕｍａｎｎ、Ａｌａｎ Ｊ． Ｆｅｎｎ、並びにＦｒａｎｋ Ｇ． Ｗｉｌｌｗｅｒｔｈの共著による論文「Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ Ａｎｔｅｎｎａ Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｐｒｅｄｉｃａｔｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ Ｍｕｔｕａｌ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ（相互結合測定法を用いたフェーズド・アレー・アンテナのキャリブレーション及びパターン決定）」（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ、１９８９年７月、Ｖｏｌ．３７、第８４４頁〜第８５０頁）には、キャリブレーション及び放射パターン測定のための方法が数学的に解説されている。その方法は、アレー内に本来的に存在する相互結合を利用しており、２つの互いに独立したビーム形成回路網（コーポレート給電回路網）を用いて、アレーにおいて隣り合う放射素子の対の全てで送信及び受信を行うようにしたものである。また、同論文の方法では、内部キャリブレーション用のエネルギソースとして、内部ソースを使用している。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの特徴によれば、フェーズド・アレー・アンテナを試験するための装置及び方法が提供される。アンテナは、複数のアンテナ素子と、複数の送信／受信（送受信）モジュールとを備えている。複数の送受信モジュールの各々は、複数のアンテナ素子のうちの対応するアンテナ素子に結合されている。その装置は、キャリブレーション・システムを備えており、このキャリブレーション・システムは、ＲＦ入力ポートと、ＲＦ検出器ポートと、該ＲＦ検出器ポートに結合したＲＦ検出器と、前記ＲＦ入力ポートに接続したＲＦソースとを有する。また、スイッチング部を備えており、このスイッチング部は、前記複数のアンテナ素子及びそれらアンテナ素子に結合している前記複数の送受信モジュールを、（ａ）受信キャリブレーション・モード時には前記検出器ポートへ、または、（ｂ）送信キャリブレーション・モード時には前記ＲＦ試験入力ポートへ、順次選択的に結合する。更に、前記複数のアンテナ素子のうちの１個または２個以上の（即ち、所定の集合を成す）アンテナ素子（即ち、キャリブレーション用アンテナ素子）を、前記スイッチング部に結合される。前記スイッチング部は、前記キャリブレーション用アンテナ素子の各々を、（ａ）前記受信キャリブレーション・モード時には前記ＲＦ試験入力ポートへ、または、（ｂ）前記送信キャリブレーション・モード時には前記ＲＦ検出器ポートへ結合する。
【０００７】
本発明の別の特徴によれば、ビーム形成回路網を有するフェーズド・アレー・アンテナを試験するための装置及び方法が提供される。このビーム形成回路網は、複数のアレー・ポートと複数のビーム・ポートとを備えている。また、複数のアンテナ素子と複数の送受信モジュールとが備えられている。複数のモジュールの各々は、前記複数のアンテナ素子のうちの対応するアンテナ素子と、前記複数のアレー・ポートのうちの対応するアレー・ポートとの間に接続されている。また、キャリブレーション・システムを備えており、このキャリブレーション・システムは、ＲＦ入力ポートと、ＲＦ検出器ポートと、該ＲＦ検出器ポートに結合されたＲＦ検出器と、前記ＲＦ入力ポートに接続されたＲＦソースとを有する。また、スイッチング部を備えており、該スイッチング部は、前記複数のアンテナ素子の各々を、前記ビーム形成回路網を介して、また、それに結合している１つの送受信モジュールを介して、（ａ）受信キャリブレーション・モード時には前記検出器ポートへ、または、（ｂ）送信キャリブレーション・モード時には前記ＲＦ試験入力ポートへ、順次選択的に結合するようにしている。また、前記スイッチング部は、前記複数のアンテナ素子のうちの所定のアンテナ素子（即ち、キャリブレーション用アンテナ素子）を、（ａ）前記受信キャリブレーション・モード時には、前記ビーム形成回路網とは別の経路を介して前記キャリブレーション・システムの前記ＲＦ試験入力ポートへ、または、（ｂ）前記送信キャリブレーション・モード時には、前記ビーム形成回路網とは別の経路を介して前記検出器ポートへ、選択的に結合するスイッチを含んでいる。かかる構成によって、ビーム形成回路網を介してキャリブレーション用アンテナ素子へ不所望な結合が生じるのを防止することができる。
【０００８】
本発明の更に別の特徴によれば、アンテナ素子のアレーが、複数のクラスタに配列され、それら複数のクラスタの各々は、所定のアンテナ素子（即ち、キャリブレーション用アンテナ素子）を有する。この構成によれば、各クラスタごとのキャリブレーションを、そのクラスタ内のキャリブレーション用アンテナ素子を用いて実行することができるため、クラスタのキャリブレーションを実行する際の、そのクラスタ内のアンテナ素子の間のダイナミック・レンジの変動を比較的小さくすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１に示したように、フェーズド・アレー・アンテナ・システム１０は、ビーム形成回路網１２を備えており、このビーム形成回路網１２は、複数の（図示例では１０６個の）アレー・ポート１４1〜１４106と、複数の（図示例ではｍ個の）ビーム・ポート１５1〜１５mとを備えている。また、ビーム・ポート１５1〜１５mの各々は、図示のごとく、複数の送信／受信（送受信）増幅部１６1〜１６mのうちの対応する１つの送受信増幅部と、複数の方向性結合器１９1〜１９mのうちの対応する１つの方向性結合器とを介して、複数のアンテナ・ポート１７1〜１７mのうちの対応する１つのアンテナ・ポートに結合されている。方向性結合器１９1〜１９mの各々は、その１つのポートが、図示のごとく、整合負荷２１で終端されている。送受信増幅部１６1〜１６mの各々は、図示のごとく、複数本のラインａ1〜ａmのうちの対応する１本のライン上の制御信号によって、個別にゲーティングされて、「オン」状態（即ち、能動状態）と「オフ」状態との間で切換えられるようにしてある。更に、それら送受信増幅部１６1〜１６mは、ラインｂ上の制御信号によって、選択的に受信状態と送信状態との間で切換えられるようにしてある（この切換えは、それら送受信増幅部１６1〜１６mの各々に備えられている、不図示の送受信（Ｔ／Ｒ）スイッチによって行われるようにしてある）。
【００１０】
複数の（図示例では１０６個の）アンテナ素子（エレメント）１８1〜１８106の各々は、図示のごとく、複数の送受信モジュール２０1〜２０106のうちの対応する１つの送受信モジュールを介して、複数のアレー・ポート１４1〜１４106のうちの対応する１つのアレー・ポートに結合されている。それら送受信モジュール２０1〜２０106は、互いに同一構造であり、その各々が、図示のごとく、直列に接続した電子的制御可能な減衰器２２及び移相器２４を備えている。減衰器２２及び移相器２４は、送信経路中の一群の送信増幅器３０と受信経路中の一群の受信増幅器３２とを介して、送受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ２５に接続されている。Ｔ／Ｒスイッチの各々は、ラインｂ上の制御信号によって制御されている（この制御信号は、既述のごとく、送受信増幅部１６1〜１６mにも供給されている）。送信増幅器３０及び受信増幅器３２の各々は、複数本のラインｃ1〜ｃ106のうちの対応する１本のライン上の制御信号によってゲーティングされて、「オン」状態（即ち、能動状態）と「オフ」状態との間で切換えられるようにしてある。またそれら送信増幅器３０及び受信増幅器３２は、図示のごとくサーキュレータ３４に結合されている。更に、複数の送受信モジュール２０1〜２０106の各々に装備されているサーキュレータ３４は、図示のごとく、複数のアンテナ素子１８1〜１８106のうちの対応する１つのアンテナ素子に結合している。
【００１１】
更に詳しく説明すると、フェーズド・アレー・アンテナ１０の放射面は、図２に示すように構成されている。即ち、図示例では、フェーズド・アレー・アンテナ１０は、図中に番号００１〜１０６を付して示した、１０６個のアンテナ素子１８1〜１８106を備えており、それらアンテナ素子１８1〜１８106のうちの４個のアンテナ素子（図中に番号００１、００９、０９７、及び１０６を付したアンテナ素子）は、アレー配置面の外縁（周辺）部の所定の位置に配置してあり、このようにした理由については後述する。また、図示例では、１０６個のアンテナ素子１８1〜１８106を、８本の縦列ＣＯＬ１〜ＣＯＬ８を成すように並べて配置してあり、隣り合う縦列どうしの間では、個々のアンテナ素子の位置を上下に（交互に）ずらしてある。
【００１２】
再び図１を参照すると、複数のアンテナ素子１８1〜１８106は、図示例では、その各々が円偏波アンテナ素子として構成されている。そして、それらアンテナ素子の各々は、右旋円偏波給電（ＲＨＣＰ：ｒｉｇｈｔ−ｈａｎｄ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｆｅｅｄ）と左旋円偏波給電線（ＬＨＣＰ：ｌｅｆｔ−ｈａｎｄ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｆｅｅｄ）とを有している。また、それら複数のアンテナ素子に接続している複数の右旋円偏波給電線（ＲＨＣＰ）は、その各々が、図示のごとく、複数のサーキュレータ３４のうちの対応する１つのサーキュレータに結合している。左旋円偏波給電線（ＬＨＣＰ）に関しては、１０６個のアンテナ素子１８1〜１８106のうち、所定の４個のアンテナ素子（図中に番号００１、００９、０９７、及び１０６を付したアンテナ素子）を除いたその他全てのアンテナ素子に接続している夫々のＬＨＣＰ給電線は、図示のごとく、整合負荷インピーダンス４０で終端されている。所定の４個のアンテナ素子は、キャリブレーション（較正）用アンテナ素子であり、アンテナ開口４１を介して、その他のアンテナ素子１８1〜１８106との間で相互結合するようにしてある。それらキャリブレーション用アンテナ素子の配置形態は、（図示例のように）アレーの両側の外縁部に配置するエッジ配置方式としてもよく、また、クラスタ配置方式としてもよいが、いずれにしても、較正誤差をできるだけ小さくし、また「通常動作」モードでのアンテナの動作をできるだけ良好にするような配置とする。エッジ配置方式の場合には、キャリブレーション用アンテナ素子は、アンテナ開口の外縁部に配設される。一方、クラスタ配置方式の場合には、アンテナ開口を複数の個別領域即ちクラスタに区画して、それらクラスタの中央に、夫々にキャリブレーション用アンテナ素子を配設する。図示例のように、キャリブレーション用アンテナ素子１８1〜１８106は方向性結合器の交差（直交）円偏波ポートを利用するか、或いは、専用のキャリブレーション用アンテナ素子を備えるようにしてもよい。専用のキャリブレーション用アンテナ素子は、キャリブレーションに使用するものであり、アンテナの「通常動作」モードでは機能せず、キャリブレーションのための構成要素に接続され、「通常動作」のための構成要素チェーンの間に組込まれることのないアンテナ素子である。エッジ配設方式を採用し、交差円偏波ポートを利用するようにした場合には、所定の４個のキャリブレーション用アンテナ素子１８1、１８9、１８97、及び１８106（即ち、図中に番号００１、００９、０９７、及び１０６を付したアンテナ素子）の左旋円偏波給電線（ＬＨＣＰ）が、図示のごとく、キャリブレーション・システム４２に結合される。
【００１３】
更に詳しく説明すると、キャリブレーション・システム４２は、スイッチ４３を備えており、このスイッチ４３は、ＲＦ入力ポート４４と、ビーム形成回路網ポート４５と、ＲＦ検出器ポート４６と、このＲＦ検出器ポート４６に結合したＲＦ検出器４８と、アンテナ素子ポート５０とを有する。また、スイッチング部５２が備えられている。スイッチング部５２は、複数のスイッチ５４1〜５４mを含んでおり、それらスイッチの各々は、その第１端子５５1〜５５mが、図示のごとく、複数の方向性結合器１９1〜１９mのうちの対応する１つの方向性結合器のポートＰに結合している。そして、それらスイッチ５４1〜５４mの各々は、図示のごとく、『「通常動作モード」／「キャリブレーション・モード」ライン』Ｎ／Ｃ上の制御信号に応答して、その第１端子５５1〜５５mが、第２端子５８1〜５８mと、第３端子６０1〜６０mとの、いずれか一方に、選択的に結合するように適応している。第２端子５８1〜５８mの各々は、図示のごとく整合負荷６２1〜６２mに結合しており、また、第３端子６０1〜６０mの各々は、図示のごとくセレクタ・スイッチ６４に結合している。スイッチング部５２及びセレクタ・スイッチ６４の機能については後に詳述することとし、ここでは単に次のことだけ述べておく。それは、通常動作モード時には、コンピュータ６６がラインＮ／Ｃ上に送出する制御信号によって、スイッチ５４1〜５４mは、それらの第１端子５５1〜５５mが整合負荷６２1〜６２mに結合するように設定されており、一方、キャリブレーション・モード時には、コンピュータ６６がラインＮ／Ｃ上に送出する制御信号によって、それらのスイッチ５４1〜５５mは、それらの第１端子５５1〜５５mが第３端子６０1〜６０mに、また従ってセレクタ・スイッチ６４の複数の入力に結合するように設定されているということである。（更に、キャリブレーション・モード時には、図から明らかなように、アンテナ・ポート１７1〜１７mが、スイッチ６５1〜６５mによって、整合負荷６７1〜６７mに結合されている。一方、スイッチ６５1〜６５mは、通常動作モード時には、アンテナ・ポート１７1〜１７mを、ポート１７’1〜１７’mに結合している）。
【００１４】
キャリブレーション・モード時には、コンピュータ６６がバス６８上に送出する制御信号によって、セレクタ・スイッチ６４を通して、ビーム形成回路網ポート４５が、端子６０1〜６０mの各々に、順次結合される。このとき、セレクタ・スイッチ６４の動作によって、それら端子６０1〜６０mの各々が時間Ｔの間にビーム形成回路網ポート４５に結合するようにしてある。
【００１５】
また後述する理由のために、コンピュータ６６は、ｍ個の端子６０1〜６０mを順番に次々とビーム形成回路網ポート４５に結合して行くとき、ｍ本のラインａ1〜ａm上に次々と制御信号を送出することによって、それらラインに対応したｍ個の送受信増幅部１６1〜１６mを次々と能動状態にして行く。従って、端子６０1〜６０mが次々とビーム形成回路網ポート４５に結合した状態になって行くときに、それと同期して、モジュール１６1〜１６mも次々と能動状態になって行く。これによって、ビーム形成回路網ポート４５がｍ個のビーム・ポート１５1〜１５mに、順次結合した状態となるようにし、ビーム形成回路網ポート４５がｍ個の時間間隔Ｔのそれぞれの間にビーム・ポートに電気的に結合することになる。
【００１６】
また、キャリブレーション・モード時には、コンピュータ６６は、時間Ｔの間に、ラインｃ1〜ｃ106上に信号を送出することによって、送受信モジュール２０1〜２０106を次々と能動（活性）状態にして行く。そのため、ビーム形成回路網ポート４５が例えばビーム・ポート１５1に時間Ｔだけ結合している間に、１０６個の送受信モジュール２０1〜２０106が順次能動状態になり、１つの送受信モジュールが能動状態となっている時間の長さは、Ｔ／１０６か、またはそれより短い。従って、時間Ｔの期間がｍ回反復するときの、その１回の時間の間に、１６０個のアンテナ素子１８1〜１８106が、１０６個のアレー・ポート１４1〜１４106に、次々と電気的に結合する。
【００１７】
既述のごとく、アンテナ素子１８1〜１８106には、その各々に一対の給電線が接続されており、それら給電線は、ＲＨＣＰ給電線とＬＨＣＰ給電線である。先に説明し、また図示したように、ＬＨＣＰ給電線の各々は、４個のアンテナ素子１８1、１８9、１８97、及び１８106に接続しているものを除いて、整合負荷４０で終端されている。一方、４個のアンテナ素子１８1、１８9、１８97、及び１８106に接続している夫々のＬＨＣＰ給電線は、図示のごとく、スイッチング回路網７２を介してセレクタ・スイッチ７０に結合している。更に詳しく説明すると、スイッチング回路網７２は、４個のスイッチ７２ａ〜７２ｄを含んでいる。それらスイッチ７２ａ〜７２ｄは、それらの第１端子７３ａ〜７３ｄが、図示のごとくアンテナ素子１８1、１８9、１８97、及び１８106のＬＨＰＣ給電線に結合しており、また第２端子が、図示のごとく整合負荷７４ａ〜７４ｄに結合しており、また第３端子が、図示のごとくセレクタ・スイッチ７０に結合している。それらスイッチ７２ａ〜７２ｄは、通常動作モード時には、ラインＮ／Ｃ（このラインについては上で説明した）上の信号に従って、アンテナ素子１８1、１８9、１８97、及び１８106に接続している夫々のＬＨＣＰ給電線を、整合負荷７４a〜７４dで終端させている。一方、キャリブレーション・モード時には、アンテナ素子１８1、１８9、１８97、及び１８106に接続している夫々のＬＨＣＰ給電線は、図示のごとくセレクタ・スイッチ７０に結合されている。このセレクタ・スイッチ７０の機能については後に詳述することとし、ここでは次のことだけを述べておく。それは、所定の４個のキャリブレーション用アンテナ素子１８1、１８9、１８97、及び１８106は、冗長性をもって利用されるものであるということである。即ち、後述するキャリブレーションの処理は、それら所定の４個のキャリブレーション用アンテナ素子１８1、１８9、１８97、及び１８106のうちのいずれか１つを使用するだけで実行することができる。そして、それらキャリブレーション用アンテナ素子１８1、１８9、１８97、及び１８106のいずれかが故障した場合には、残り３個のうちのいずれかを使用すればよく、使用するキャリブレーション用アンテナ素子の選択は、コンピュータ６６がバズ７６上に送出する制御信号によって決定される。
【００１８】
キャリブレーションには、送信モードのためのキャリブレーションと受信モードのためのキャリブレーションとがある。受信キャリブレーション・モード時には、所定の４個のキャリブレーション用アンテナ素子１８1、１８9、１８97、及び１８106のうちの１つへ、ＲＦソース７８から、ＲＦエネルギが供給される。またその際には、例えば、図３に示したように、ＲＦソース７８が、スイッチ４３のポート４４及び５０を介して結合されており、スイッチ７６が、キャリブレーション用アンテナ素子のうちの１つを選択している。図３には、それらのうち、アンテナ素子１８1が選択されている状態が示されている。受信キャリブレーション・モード時には、スイッチ４３の切換位置は、図３に示した位置に設定されており、即ち、ポート４４をポート５０に電気的に結合し、ポート４５をポート４６に電気的に結合している。一方、送信キャリブレーション・モード時には、スイッチ４３の切換位置は、図４に示した位置に設定されており、即ち、ポート４４（これはＲＦソース７８に電気的に結合している）をポート４５に電気的に結合し、ポート４６をポート５０に電気的に結合している。
【００１９】
従って、キャリブレーション・モード時の状態を要約すると次のようになる。即ち、キャリブレーション・モード時には、キャリブレーション・システム４２は、複数のアンテナ素子１８1〜１８106の各々を、ビーム形成回路網１２を介して、また、それに結合している複数の送受信モジュール２０1〜２０106を介して、（ａ）受信キャリブレーション・モード時には、図３に示すように検出器ポート４６へ、または、（ｂ）送信キャリブレーション・モード時（図４）にはポート４４へ、選択的に結合し、またその際に、結合すべき当該ポートへ、それら複数のアンテナ素子１８1〜１８106の各々を順次結合する。更に、キャリブレーション・システム４２は、セレクタ・スイッチ７０を含んでおり、このセレクタ・スイッチ７０は、所定の４個のキャリブレーション用アンテナ素子１８1、１８9、１８97、及び１８106（図１に番号００１、００９、０９７、及び１０６を付して示したアンテナ素子）のうちの１つのアンテナ素子に接続している左旋円偏波給電線（ＬＨＣＰ）を、そのときの試験モード（キャリブレーション・モード）に応じて選択的に結合するものであり、即ち、そのＬＨＣＰを、（ａ）受信キャリブレーション・モード時には、図３に示したように、ビーム形成回路網１２とは別の経路８０を介してポート４４へ、また、（ｂ）送信キャリブレーション・モード時には、図４に示すように、ビーム形成回路網１２とは別の経路８０を介して検出器ポート４６へ、選択的に結合する。
【００２０】
所定の４個のキャリブレーション用アンテナ素子１８1、１８9、１８97、及び１８106は、アンテナ素子のアレーの外縁部に配置してもよい（図２）。この配置形態とした場合には、アンテナの動作モードに対してＲＦ検出器に結合するＲＦ信号のダイナミック・レンジを、非常に小さなものとすることができる。
【００２１】
次に、工場ないし試験施設において、フェーズド・アレー・アンテナ１０のキャリブレーションを実行する場合について説明する。先ず、受信キャリブレーション・モードについて説明する。受信キャリブレーション・モード時には、ＲＦソース７８は、ポート４４から減結合（非結合）にされ、ポート４４は、不図示の整合負荷で終端しておく。また、スイッチ５４1〜５４m、スイッチ７２ａ〜７２ｄ、並びにスイッチ６５1〜６５mは、通常動作モードに設定しておく。それによって（１）方向性結合器１９1〜１９mの夫々のポートＰは、整合負荷６２1〜６２mで終端された状態となり、（２）アンテナ素子１８1、１８9、１８97、及び１８106の夫々のＬＨＣＰ給電線は、整合負荷７４ａ〜７４ｄで終端された状態となり、更に、アンテナ・ポート１７1〜１７mは、夫々、ポート１７’1〜１７’mに電気的結合した状態となる。また、無線周波数（ＲＦ）エネルギを送出する不図示のＲＦのソースを、このフェーズド・アレー・アンテナのアンテナ開口４１の近傍界に配置する。更に、ｍ個の送受信増幅部１６1〜１６mのうちの１つ（例えば、送受信増幅部１６1）を、受信モードの能動状態にする。そして、複数の送受信モジュール２０1〜２０106を、順番に次々と受信モードの能動状態にして行く。送受信モジュールの各々が受信モードの能動状態になったとき、その送受信モジュールに結合しているアンテナ素子が受信したエネルギが、その送受信モジュールを介してビーム形成回路網１２へ伝達される。こうして送受信モジュール２０1〜２０106を順番に次々と受信モードの能動状態にしつつ、ポート１７’1〜１７’mのうちの１つ（ここでは、それがポート１７’1であるものとする）においてエネルギの検出を行い、この検出は、このときポート１７’1に結合している検出器によって行われる。こうしてポート１７’1において検出される、複数のアンテナ素子の各々に関する、エネルギの振幅及び位相を記録する。更に、このプロセスを、その他のポート１７’2〜１７’mの各々について反復して実行する。続いてアンテナ素子１８1〜１８106の各々ごとに、そのアンテナ素子に関して、ｍ個のポート１７’1〜１７’mにおいて夫々に検出したエネルギ値の最小二乗平均値（ｌｅａｓｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ ａｖｅｒａｇｅ）を算出する。こうして最小二乗平均値を算出することで、複数のアンテナ素子１８1〜１８106の各々は１つの振幅及び位相ベクトルに関連づけられる。更に、こうして測定した／ポスト算出（事後算出）した１０６個の受信ベクトルの各々を、同じく１０６個の事前に算出しておいた（プレ算出した）設計値の受信ベクトルの対応する夫々のベクトルと比較する。アンテナが適正に動作しているならば（即ち、設計した通りに動作していれば）、測定／事後算出ベクトルと予め算出しておいた事前算出ベクトルとは良好に一致して、両者の間の誤差は非常に小さなものとなっているはずである。１０６個のアンテナ素子１８1〜１８106の各々について、そのアンテナ素子に対応した、測定／事後算出ベクトルと、事前算出ベクトルとの間に差があったならば、その差に基づいて、そのアンテナ素子に結合している送受信モジュール内の制御可能な減衰器２２及び／または移相器２４へ制御信号を送出して、アンテナの受信モードのための適当な補正調節を行う。この補正調節が完了した時点で、アンテナ・システム１０は受信モードに関して較正された状態になる。
【００２２】
工場ないし試験施設において送信キャリブレーション・モードでキャリブレーションを実行するときも、以上と同様の方式で行うが、ただし受信キャリブレーション・モードと送信キャリブレーション・モードとでは、逆方向の処理が行われる。即ち、送信キャリブレーション・モードでは、不図示の受信アンテナを、フェーズド・アレー・アンテナのアンテナ素子の近傍界に配置する。そして、不図示のＲＦソースが、複数のポート１７’1〜１７’mのうちの１つ（ここでは、それがポート１７’1であるものとする）へ給電しつつ、複数の送受信モジュール２０1〜２０106を、順次能動状態に活性化する。それら送受信モジュール２０1〜２０106の各々が送信モードに活性化されるにつれて、それら送受信モジュールに結合している夫々のアンテナ素子１８1〜１８106によってエネルギが放射され、それら放出されるエネルギを、不図示の受信アンテナで受信する。こうして、複数の送受信モジュール２０1〜２０106を順次能動状態にしつつ、不図示の受信アンテナが次々と受信するエネルギを検出する。そして、検出したエネルギの振幅及び位相を記録し、その記録に基づいて、１０６個のアンテナ素子１８1〜１８106の各々に対応した１０６個の送信ベクトルを算出する。更に、この手順を、ＲＦソースの結合先をその他のポート１７’2〜１７’mの各々に次々と変更して、反復して実行する。以上の処理を、ｍ個のポート１７’1〜１７’mの全てについて完了したならば、アンテナ素子１８1〜１８106の各々に関して、ｍ個ずつの送信ベクトルが得られている。即ち、それらアンテナ素子の各々に対応して、１つずつの送信ベクトル集合が得られており、１つの送信ベクトル集合はｍ個の送信ベクトルから成る。そして、各々の送信ベクトル集合に含まれているｍ個の送信ベクトルを最小二乗平均することによって、複数のアンテナ素子１８1〜１８106の各々に１つずつ、測定／事後算出送信ベクトルが得られる。これらの測定／事後算出送信ベクトルを、事前算出しておいた設計値の送信ベクトルと比較する。アンテナが適正に動作しているならば（即ち、設計した通りに動作していれば）、測定／事後算出したベクトルと事前算出したベクトルとは良好に一致して、両者の間の誤差は非常に小さなものとなっているはずである。１０６個のアンテナ素子１８1〜１８106の各々について、そのアンテナ素子に対応した、測定／事後算出したベクトルと、事前算出したベクトルとの間に差があったならば、その差に基づいて、そのアンテナ素子に結合している送受信モジュール内の制御可能な減衰器２２及び／または移相器２４へ制御信号を送出して、アンテナの受信モードの間に適当な補正調節を行う。この補正調節が完了した時点で、アンテナ・システム１０は送信モードに関して較正された状態になる。
【００２３】
以上のようにして、送信モードと受信モードの両方に関して減衰器及び移相器の補正調節が完了したならば、そのフェーズド・アレー・アンテナがまだ工場ないし試験施設にあるときに（即ち、上述したキャリブレーション処理が完了した直後に）キャリブレーション・システム４２を、図１、図３、及び図４に関連して説明したようにアンテナ・システムに結合して、そのアンテナ・システムの、複数のアンテナ素子１８1〜１８106の各々と、所定の４個のキャリブレーション用アンテナ素子１８1、１８9、１８97、及び１８106の各々との間の結合係数を求める。そのためには、先ず、図３に関連して説明した受信キャリブレーション・モードにする。このモードにしたときには、ＲＦソース７８は、スイッチ４３のポート４４及び５０を介して結合されており、スイッチ７０は、４つのキャリブレーション用アンテナ素子のうちの１つを選択している。ここでは、最初に、キャリブレーション用アンテナ素子１８1が選択されたものとする。受信キャリブレーション・モード時には、スイッチ４３は、図３に示した切換位置にあるため、ポート４４をポート５０に電気的に結合しており、ポート４５をポート４６に電気的に結合している。また、スイッチ７０は、ＲＦソース７８を、４個のキャリブレーション用アンテナ素子１８1、１８9、１８97、及び１８106のうちの１つに結合している。尚、ここでは、最初にキャリブレーション用アンテナ素子１８1が選択されたものとしているため、ＲＦソース７８は、このアンテナ素子１８1に結合している。このアンテナ素子１８1から、無線周波数エネルギが放射され、そのエネルギが、アンテナ開口４１における相互結合によって、アンテナ素子１８1〜１８106に結合される。また同時に、ｍ個の増幅部１６1〜１６mが能動状態とされ、スイッチング部６４が、先に説明したように動作することによって、ｍ個のビーム・ポート１５1〜１５mの各々を、順番に次々とポート４５に結合する。このとき、１つのビーム・ポートがポート４５に結合されている時間の長さは時間Ｔである。そのため、時間Ｔの期間のｍ回の期間の、それぞれの期間に、１０６個の送受信モジュール２０1〜２０106が順次受信モードの能動状態になり、それによって、検出器４８から、１０６個のアンテナ素子１８1〜１８106の各々に関して、振幅及び位相受信ベクトルが得られる。続いて、アンテナ素子１８1〜１８106の各々に関連するｍ個の位相ベクトルが最小二乗平均され、そのアンテナ素子に対応した１つの受信ベクトルが得られる。アンテナ１０は、キャリブレーションが完了した直後であるため、以上の処理によって生成された受信ベクトルは「較正された」受信ベクトルであり、これを、将来偏位が発生したときに、その偏位を測定するための基準として使用する。このようにして得た「較正された」受信ベクトルを、コンピュータ６６のメモリに保存する。更に、以上の処理手順を、その他の３つのキャリブレーション用アンテナ素子１８9、１８97、及び１８106についても反復して実行する。従って、受信キャリブレーション・モードで実行する以上の処理が完了した時点では、コンピュータ６６のメモリ内に、「較正された」受信ベクトルの集合として、４個のキャリブレーション用アンテナ素子１８1、１８9、１８97、及び１８106の各々に対して、４つのベクトル集合が保存される。
【００２４】
続いてキャリブレーション・システムを、図４に関連して説明した送信キャリブレーション・モードにする。このモードにしたときには、ＲＦソース７８は、ポート４４及び４５を介してスイッチ６４に結合されており、ポート５０は、スイッチ７０に結合されている。スイッチ７０は、４つのキャリブレーション用アンテナ素子のうちの１つを選択している。ここでは、最初に、キャリブレーション用アンテナ素子１８1が選択されたものとする。送信キャリブレーション・モード時には、スイッチ４３は、図４に示した切換位置にあるため、ポート４４をポート４５に電気的に接続しており、ポート５０をポート４６に電気的に接続している。また、スイッチ７０は、ＲＦソース７８を、４個のキャリブレーション用アンテナ素子１８1、１８9、１８97、及び１８106のうちの１つに結合している。尚、ここでは、最初にキャリブレーション用アンテナ素子１８1が選択されたものとしているため、ＲＦソース７８は、このアンテナ素子１８1に結合している。また同時に、増幅部１６1〜１６mが能動状態とされ、スイッチング部６４が、先に説明したように動作することによって、ビーム・ポート１５1〜１５mの各々を、時間Ｔの間に順次ＲＦソース７８に結合する。そのため、時間Ｔのｍ回の期間の各々の期間に、送受信モジュール２０1〜２０106が順番に次々と送信モードの能動状態になり、それによって、検出器４８から、１０６個のアンテナ素子１８1〜１８106の各々に関してｍ個の、振幅及び位相送信ベクトルが得られる。続いて、アンテナ素子１８1〜１８106の各々について、そのアンテナ素子に関して得られたｍ個の送信ベクトルが最小二乗平均されることによって、そのアンテナ素子に対応した１つの送信ベクトルが得られる。以上の処理を実行するのは、アンテナ１０のキャリブレーションが完了した直後であり、そのため、以上の処理によって生成された送信ベクトルは、「較正された」送信ベクトルであり、これを、将来偏位が発生したときに、その偏位を測定するための基準として使用する。こうして得た「較正された」送信ベクトルを、コンピュータ６６のメモリに保存する。更に、以上の処理手順を、その他の３つのキャリブレーション用アンテナ素子１８9、１８97、及び１８106についても反復して実行する。従って、送信キャリブレーション・モードで実行する以上の処理が完了した時点では、コンピュータ６６のメモリ内に、「較正された」送信ベクトルの集合として、４個のキャリブレーション用アンテナ素子１８1、１８9、１８97、及び１８106の各々に対応した、４つのベクトル集合が保存されている。
【００２５】
アンテナ素子１０を長期に亘って実地使用した後、再度のキャリブレーションが必要になったときには、キャリブレーション・システム４２を用いて「測定された」送信ベクトル及び受信ベクトルを生成する。それら「測定された」送信ベクトル及び受信ベクトルを新たに生成する際には、工場ないし試験施設において「較正された」受信ベクトル及び送信ベクトルのベクトル集合を４つ生成してコンピュータ６６のメモリに保存したときと同じ手順で、キャリブレーション・システム４２を用いてそれらを生成する。アンテナ・システムが良好に較正された状態にあるときには、コンピュータ６６のメモリに保存されている「較正された」受信ベクトルの４つのベクトル集合及び「較正された」送信ベクトルの４つのベクトル集合と、新たに生成した「測定された」受信ベクトルの４つのベクトル集合及び「測定された」送信ベクトルの４つのベクトル集合とは、一致しており、両者間の誤差は僅かなものとなっているはずである。それらベクトル集合から成るマトリクスに含まれているベクトルのうちに、差分の大きなものがあったならば、ゲイン補正値及び／または位相補正値を算出し、その算出した補正値を、送受信モジュール２０1〜２０106のうちの対応する送受信モジュール内の、減衰器２２及び移相器２４のうちの該当する一方もしくは両方へ供給する。
【００２６】
次に図５について説明する。図５は、所定の複数のキャリブレーション用アンテナ素子の配置形態に関する別の具体例を示したものである。図５に示した具体例では、１０６個のアンテナ素子が、１０個のクラスタに配置されている。このアンテナ素子のアレーでは、図２に関連して説明した所定のキャリブレーション用アンテナ素子として、１０個のキャリブレーション用アンテナ素子（番号０１１、０１７、０２８、０３４、０３７、０５２、０７１、０８９、０９２、及び０９５を付したアンテナ素子）を使用している。更に詳しく説明すると、図５の具体例では、アンテナ素子１８1〜１８106のアレーは、図示のごとく、複数の（図示例では１０個の）クラスタ８０1〜８０10を形成するように配置されている。それらクラスタ８０1〜８０10の各々は、図示のごとく、それらクラスタ８０1〜８０10に対して定められた所定の１０個のキャリブレーション用アンテナ素子（図示例では、アンテナ素子１８11、１８28、１８17、１８34、１８52、１８95、１８92、１８89、１８71、及び１８37）のうちの１個を含んでいる。そして、図５の具体例では、図１のスイッチ７０に相当するスイッチが、１０個の入力ポートを有しており、それら入力ポートが、１０個のキャリブレーション用アンテナ素子１８11、１８28、１８17、１８34、１８52、１８95、１８92、１８89、１８71、及び１８37の各々に結合するように適応している。この場合、それらキャリブレーション用アンテナ素子の各々について、当該キャリブレーション用アンテナ素子が配置されているクラスタに含まれている複数のアンテナ素子の各々に対して１つずつの「較正された」送信ベクトルのベクトル集合を生成し、また、そのクラスタに含まれている複数のアンテナ素子の各々に対して１つの「較正された」受信ベクトルのベクトル集合を生成するようにする。それら「較正された」ベクトルは、コンピュータ６６のメモリに格納され、後のキャリブレーションの際の基準として用いる。また、図５では、キャリブレーション用アンテナ素子１８11、１８28、１８17、１８34、１８52、１８95、１８92、１８89、１８71、及び１８37の個数が１０個であり、この点において、図３及び図４に説明したものと異なっているが、アンテナの使用現場においてキャリブレーションを実行する場合には、図３及び図４に関連して説明した手順と同じ手順に従って、夫々のクラスタに含まれている複数のアンテナ素子の各々に対して１つの「測定された」送信ベクトルのベクトル集合を生成し、また１つの「測定された」受信ベクトルのベクトル集合を生成するようにする。更に、図３及び図４に関連して説明したように、差分を使用して、補正信号を減衰器２２及び移相器２４に与える。
【００２７】
以上の構成によって、各々のクラスタごとに、そのクラスタ内のキャリブレーション用アンテナ素子を用いてキャリブレーションを行うため、各々のクラスタのキャリブレーションに際して、そのクラスタ内のアンテナ素子どうしの間のダイナミック・レンジの変動を比較的小さなものとすることができる。
【００２８】
以上に説明した実施の形態以外にも、本発明の概念並びに範囲に包含される実施の形態が存在する。例えば、以上に説明した実施の形態では、円偏波アンテナ素子を使用していたが、円偏波アンテナ素子でアンテナ開口を構成する場合に限らず、直線偏波アンテナ素子でアンテナ開口を構成する場合にも、本発明は適用可能である。二重直線偏波ポートを備えた直線偏波アンテナや、単一直線偏波ポートを備えた直線偏波アンテナでは（例えば、二重直線偏波の場合には垂直偏波と水平偏波とを用いることができ、単一直線偏波の場合には垂直偏波または水平偏波とすることができる）、キャリブレーション用アンテナ素子を非方向性結合器に、または、電磁的マジックＴに接続した構成とすることができる。その場合、メインの即ち最大の結合ポートはアンテナ素子及び送受信モジュールに接続し、結合ポートはキャリブレーション用の構成要素チェーンに接続される。このように構成したキャリブレーション用アンテナ素子は、キャリブレーションのための動作と、「通常」動作との両方が可能なものとなる。
【００２９】
更に、キャリブレーション用アンテナ素子の配置形態は、前述のエッジ配置方式とクラスタ配置方式のいずれとしてもよく、更には、それら２つの配置方式を組合せた配置形態としてもよい。それら異なる配置形態のうちから、較正誤差をできるだけ小さくすることができ、また「通常動作」モードでのアンテナの動作をできるだけ良好にすることのできる配置形態を選択するのがよい。例えば、アンテナ開口が小さく、アンテナ素子の個数が３００個以下のアンテナでは、エッジ配置構造の配置形態とすることによって高い効率が得られる。一方、アンテナ開口が大きく、数千個もの放射素子を備えたアンテナでは、キャリブレーション用アンテナ素子を、クラスタ配置形態とする方が優れている。
【００３０】
更に、キャリブレーション用アンテナ素子ポートには、必要に応じて、交差円偏波の非方向性結合器を用いることも可能であり、あるいは、専用の結合ポート構造としてもよい。例えば、アンテナが「通常動作」モードでは単一円偏波を使用するものである場合には、その円偏波に対する交差円偏波を、キャリブレーション用アンテナ素子を結合するための効果的な結合メカニズムとして利用することができる。アンテナ開口における偏波状態が右旋円偏波（ＲＨＣＰ）である場合には、交差円偏波は左旋円偏波（ＬＨＣＰ）である。別法として、非方向性結合器を、キャリブレーション用アンテナ素子と送受信モジュールとの間に挿入し、それを、キャリブレーション用アンテナ素子のためのポートとして使用してもよい。更に別の実施の形態として、アンテナ素子、またはアンテナ素子の１つまたは複数のポートをキャリブレーション機能の専用のものとして構成し、そのアンテナ素子については「通常動作」機能に利用しないものとしてもよい。
【００３１】
更に、キャリブレーション試験周波数と動作周波数とを同一の周波数集合に含まれるものとすることができ、あるいは互いに異なった周波数集合に含まれるものとすることが可能である。例えば、あるアンテナの通常動作周波数が、ｆlowからｆhighまでの周波数範囲を有する場合に、その動作周波数範囲に包含される１つまたは複数の周波数を、キャリブレーション用周波数ｆ1またはｆ2として用いてもよく、その周波数範囲外の周波数を用いてもよい。
【００３２】
更に、以上に説明したキャリブレーション方法は、自立型の方法である。ここで自立型というのは、キャリブレーションを施そうとするアンテナ・システムの放射領域に、キャリブレーションのための付加的な装置を配置する必要がないということである。例えば、キャリブレーションを施そうとするアンテナ・システムとは別に、外部アンテナ、オシレータ、受信機、アンテナ・システム、ないしはそれらと同等の装置を用意する必要がない。また、アンテナ・システムにキャリブレーションを施すために使用する装置も、それ自体内に含まれる自立型の装置である。自立型キャリブレーション装置の範疇に含まれるのは、アンテナの構成要素の試験を自動的に行える装置である。ここでは、オンボード・コンピュータが、（オペレータの介入無しに）自動的に、或いは、オペレータの操作に応答して（即ち、コマンドが入力されたときに）、アンテナの動作状態を判定するためのキャリブレーション・アルゴリズムを実行する。このキャリブレーション装置は、自動キャリブレーション作業の一部として、障害マップを作成し、修正動作を自動的に実行する。これは、オンボード・コンピュータが、キャリブレーション装置が生成したキャリブレーションデータを、付加的なビルト・イン・テスト（ＢＩＴ）に関連して、必要に応じて解析し、それによって、アンテナ・システムの構成要素の障害や故障を判定するようにしたものである。構成要素の障害は、障害マップとして格納（記憶）され、それによって、次の何れかの動作が行われる。（１）そのアンテナ素子の送受信モジュールに格納される複合補正（振幅及び位相の補正）の補正量を増大させる。（２）全ての機能している送受信モジュールへ複合補正量を加える。（３）障害を発生した構成要素をディスエーブルすると共に、その障害が発生したことをオペレータに報告して、オペレータがその構成要素を交換できるようにする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるフェーズド・アレー・アンテナ・システム及び同アンテナ・システムのためのキャリブレーション・システムのブロック図である。
【図２】 本発明の１つの実施の形態による、図１のフェーズド・アレー・アンテナ・システムのアンテナ開口の正面図である。
【図３】 受信キャリブレーション・モード時の、図１のフェーズド・アレー・アンテナ・システム及び同アンテナ・システムのためのキャリブレーション・システムを示したブロック図である。
【図４】 送信キャリブレーション・モード時の、図１のフェーズド・アレー・アンテナ・システム及び同アンテナ・システムのためのキャリブレーション・システムを示したブロック図である。
【図５】 本発明の別の実施の形態にかかる、図１のフェーズド・アレー・アンテナ・システムのアンテナ開口の正面図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、広くはフェーズド・アレー・アンテナに関するものであり、より詳しくは、フェーズド・アレー・アンテナのキャリブレーション（較正）のための装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のごとく、フェーズド・アレー・アンテナは、複数のアンテナ素子（エレメント）をアレー状に構成したアンテナであり、それらアンテナ素子によって、無線周波数エネルギの平行化ビームを複数本形成して、様々な方向へ放射できるようにしている。フェーズド・アレー・アンテナの給電方式としては、コーポレート給電（ｃｏｒｐｏｒａｔｅ ｆｅｅｄ）方式が用いられることもあり、空間給電方式が用いられることもある。いずれの給電方式においても、アンテナ素子アレー全体に亘って相対的振幅及び位相シフトを与えることによって、アンテナ・ビームが形成されるようにしている。この相対的な振幅及び位相状態は、対応するアンテナ素子に結合された制御可能な減衰器及び移相器によって、あるいは複数のビーム・ポートと複数のアンテナ素子との間に配置されるビーム形成回路網を制御することによって発生され、ビーム・ポートの各々はビームの各々に対応する。
【０００３】
ビーム形成回路網を使用しているフェーズド・アレー・アンテナ・システムのうちには、ビーム形成回路網が複数のアレー・ポートを有し、それら複数のアレー・ポートが、夫々送信／受信（送受信）モジュールを介して、複数のアンテナ素子の対応するものに結合されるものがある。送受信モジュールの各々は、電子的制御可能な減衰器及び移相器を含んでいる。工場ないし試験施設における受信キャリブレーション・モードのとき、無線周波数（ＲＦ）エネルギを送出するＲＦソースを、そのフェーズド・アレー・アンテナの複数のアンテナ素子の近傍界に配置する。そして、複数の送受信モジュールを順次能動状態にする。送受信モジュールの各々が受信モードの能動状態にされるとき、その送受信モジュールに結合しているアンテナ素子が受信したエネルギが、その能動状態になった送受信モジュールを介して、ビーム形成回路網へ伝送される。複数の送受信モジュールを順次能動状態にしながら、いずれか１つのビーム・ポートにおいてエネルギの検出を行う。これによって、アレーを構成している複数のアンテナ素子の各々に関して検出したエネルギを、順次記録する。このプロセス（手順）を、複数のビーム・ポートの各々について、反復して実行する。そのアンテナ素子の各々に関して、複数のビーム・ポートにおいて夫々に検出したエネルギ値について最小二乗平均値（ｌｅａｓｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ ａｖｅｒａｇｅ）を算出する。これによって、各々のアンテナ素子は、振幅及び位相ベクトルに関連づけられる。更に、これら測定／ポスト（事後）算出ベクトルを、予め算出したプレ（事後）算出ベクトル（設計値ベクトル）と比較する。アンテナが適正に動作しているならば（即ち、設計した通りに動作していれば）、測定／事後算出ベクトルと事前算出ベクトルとは良好に一致して、両者の間の誤差は非常に小さなものとなるはずである。そのため、測定／事後算出ベクトルと事前算出ベクトルとの間に差がある場合には、その差を使用して、送受信モジュール内の制御可能な減衰器及び／または移相器へ制御信号を与えて、適当な補正調節を行うようにする。工場ないし試験施設において送信キャリブレーション・モードでキャリブレーションを実行するとき、以上と同様の方式で行うが、ただし受信キャリブレーション・モードとは、逆方向の処理が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、送信キャリブレーション・モード、または、受信キャリブレーション・モードでは、相対的な位相または振幅における誤差を検出し、モジュール内の制御可能な減衰器及び／または移相器に適当な調節が行われている。このような技術は、工場ないし試験施設の環境においては何ら問題がないが、このキャリブレーション方法では、別個の外部送信及び受信アンテナを用意しなければならず、そのため、実地環境においては非実用的であったり、高コストであったりする。例えば、アンテナを実際に使用するとき、ある程度の期間に亘って使用した後に、再度キャリブレーションを実行することが必要になることがある。また、例えば、アンテナが衛星に装備される場合には、そのアンテナの使用現場環境は宇宙空間になる場合がある。更に、アンテナは、固定翼型、回転翼型、或いは繋留型等の、様々な航空機上や地表で使用されることもある。
【０００５】
Ｈｅｒｂｅｒｔ Ｍ． Ａｕｍａｎｎ、Ａｌａｎ Ｊ． Ｆｅｎｎ、並びにＦｒａｎｋ Ｇ． Ｗｉｌｌｗｅｒｔｈの共著による論文「Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ Ａｎｔｅｎｎａ Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｐｒｅｄｉｃａｔｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ Ｍｕｔｕａｌ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ（相互結合測定法を用いたフェーズド・アレー・アンテナのキャリブレーション及びパターン決定）」（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ、１９８９年７月、Ｖｏｌ．３７、第８４４頁〜第８５０頁）には、キャリブレーション及び放射パターン測定のための方法が数学的に解説されている。その方法は、アレー内に本来的に存在する相互結合を利用しており、２つの互いに独立したビーム形成回路網（コーポレート給電回路網）を用いて、アレーにおいて隣り合う放射素子の対の全てで送信及び受信を行うようにしたものである。また、同論文の方法では、内部キャリブレーション用のエネルギソースとして、内部ソースを使用している。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの特徴によれば、フェーズド・アレー・アンテナを試験するための装置及び方法が提供される。アンテナは、複数のアンテナ素子と、複数の送信／受信（送受信）モジュールとを備えている。複数の送受信モジュールの各々は、複数のアンテナ素子のうちの対応するアンテナ素子に結合されている。その装置は、キャリブレーション・システムを備えており、このキャリブレーション・システムは、ＲＦ入力ポートと、ＲＦ検出器ポートと、該ＲＦ検出器ポートに結合したＲＦ検出器と、前記ＲＦ入力ポートに接続したＲＦソースとを有する。また、スイッチング部を備えており、このスイッチング部は、前記複数のアンテナ素子及びそれらアンテナ素子に結合している前記複数の送受信モジュールを、（ａ）受信キャリブレーション・モード時には前記検出器ポートへ、または、（ｂ）送信キャリブレーション・モード時には前記ＲＦ試験入力ポートへ、順次選択的に結合する。更に、前記複数のアンテナ素子のうちの１個または２個以上の（即ち、所定の集合を成す）アンテナ素子（即ち、キャリブレーション用アンテナ素子）を、前記スイッチング部に結合される。前記スイッチング部は、前記キャリブレーション用アンテナ素子の各々を、（ａ）前記受信キャリブレーション・モード時には前記ＲＦ試験入力ポートへ、または、（ｂ）前記送信キャリブレーション・モード時には前記ＲＦ検出器ポートへ結合する。
【０００７】
本発明の別の特徴によれば、ビーム形成回路網を有するフェーズド・アレー・アンテナを試験するための装置及び方法が提供される。このビーム形成回路網は、複数のアレー・ポートと複数のビーム・ポートとを備えている。また、複数のアンテナ素子と複数の送受信モジュールとが備えられている。複数のモジュールの各々は、前記複数のアンテナ素子のうちの対応するアンテナ素子と、前記複数のアレー・ポートのうちの対応するアレー・ポートとの間に接続されている。また、キャリブレーション・システムを備えており、このキャリブレーション・システムは、ＲＦ入力ポートと、ＲＦ検出器ポートと、該ＲＦ検出器ポートに結合されたＲＦ検出器と、前記ＲＦ入力ポートに接続されたＲＦソースとを有する。また、スイッチング部を備えており、該スイッチング部は、前記複数のアンテナ素子の各々を、前記ビーム形成回路網を介して、また、それに結合している１つの送受信モジュールを介して、（ａ）受信キャリブレーション・モード時には前記検出器ポートへ、または、（ｂ）送信キャリブレーション・モード時には前記ＲＦ試験入力ポートへ、順次選択的に結合するようにしている。また、前記スイッチング部は、前記複数のアンテナ素子のうちの所定のアンテナ素子（即ち、キャリブレーション用アンテナ素子）を、（ａ）前記受信キャリブレーション・モード時には、前記ビーム形成回路網とは別の経路を介して前記キャリブレーション・システムの前記ＲＦ試験入力ポートへ、または、（ｂ）前記送信キャリブレーション・モード時には、前記ビーム形成回路網とは別の経路を介して前記検出器ポートへ、選択的に結合するスイッチを含んでいる。かかる構成によって、ビーム形成回路網を介してキャリブレーション用アンテナ素子へ不所望な結合が生じるのを防止することができる。
【０００８】
本発明の更に別の特徴によれば、アンテナ素子のアレーが、複数のクラスタに配列され、それら複数のクラスタの各々は、所定のアンテナ素子（即ち、キャリブレーション用アンテナ素子）を有する。この構成によれば、各クラスタごとのキャリブレーションを、そのクラスタ内のキャリブレーション用アンテナ素子を用いて実行することができるため、クラスタのキャリブレーションを実行する際の、そのクラスタ内のアンテナ素子の間のダイナミック・レンジの変動を比較的小さくすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１に示したように、フェーズド・アレー・アンテナ・システム１０は、ビーム形成回路網１２を備えており、このビーム形成回路網１２は、複数の（図示例では１０６個の）アレー・ポート１４1〜１４106と、複数の（図示例ではｍ個の）ビーム・ポート１５1〜１５mとを備えている。また、ビーム・ポート１５1〜１５mの各々は、図示のごとく、複数の送信／受信（送受信）増幅部１６1〜１６mのうちの対応する１つの送受信増幅部と、複数の方向性結合器１９1〜１９mのうちの対応する１つの方向性結合器とを介して、複数のアンテナ・ポート１７1〜１７mのうちの対応する１つのアンテナ・ポートに結合されている。方向性結合器１９1〜１９mの各々は、その１つのポートが、図示のごとく、整合負荷２１で終端されている。送受信増幅部１６1〜１６mの各々は、図示のごとく、複数本のラインａ1〜ａmのうちの対応する１本のライン上の制御信号によって、個別にゲーティングされて、「オン」状態（即ち、能動状態）と「オフ」状態との間で切換えられるようにしてある。更に、それら送受信増幅部１６1〜１６mは、ラインｂ上の制御信号によって、選択的に受信状態と送信状態との間で切換えられるようにしてある（この切換えは、それら送受信増幅部１６1〜１６mの各々に備えられている、不図示の送受信（Ｔ／Ｒ）スイッチによって行われるようにしてある）。
【００１０】
複数の（図示例では１０６個の）アンテナ素子（エレメント）１８1〜１８106の各々は、図示のごとく、複数の送受信モジュール２０1〜２０106のうちの対応する１つの送受信モジュールを介して、複数のアレー・ポート１４1〜１４106のうちの対応する１つのアレー・ポートに結合されている。それら送受信モジュール２０1〜２０106は、互いに同一構造であり、その各々が、図示のごとく、直列に接続した電子的制御可能な減衰器２２及び移相器２４を備えている。減衰器２２及び移相器２４は、送信経路中の一群の送信増幅器３０と受信経路中の一群の受信増幅器３２とを介して、送受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ２５に接続されている。Ｔ／Ｒスイッチの各々は、ラインｂ上の制御信号によって制御されている（この制御信号は、既述のごとく、送受信増幅部１６1〜１６mにも供給されている）。送信増幅器３０及び受信増幅器３２の各々は、複数本のラインｃ1〜ｃ106のうちの対応する１本のライン上の制御信号によってゲーティングされて、「オン」状態（即ち、能動状態）と「オフ」状態との間で切換えられるようにしてある。またそれら送信増幅器３０及び受信増幅器３２は、図示のごとくサーキュレータ３４に結合されている。更に、複数の送受信モジュール２０1〜２０106の各々に装備されているサーキュレータ３４は、図示のごとく、複数のアンテナ素子１８1〜１８106のうちの対応する１つのアンテナ素子に結合している。
【００１１】
更に詳しく説明すると、フェーズド・アレー・アンテナ１０の放射面は、図２に示すように構成されている。即ち、図示例では、フェーズド・アレー・アンテナ１０は、図中に番号００１〜１０６を付して示した、１０６個のアンテナ素子１８1〜１８106を備えており、それらアンテナ素子１８1〜１８106のうちの４個のアンテナ素子（図中に番号００１、００９、０９７、及び１０６を付したアンテナ素子）は、アレー配置面の外縁（周辺）部の所定の位置に配置してあり、このようにした理由については後述する。また、図示例では、１０６個のアンテナ素子１８1〜１８106を、８本の縦列ＣＯＬ１〜ＣＯＬ８を成すように並べて配置してあり、隣り合う縦列どうしの間では、個々のアンテナ素子の位置を上下に（交互に）ずらしてある。
【００１２】
再び図１を参照すると、複数のアンテナ素子１８1〜１８106は、図示例では、その各々が円偏波アンテナ素子として構成されている。そして、それらアンテナ素子の各々は、右旋円偏波給電（ＲＨＣＰ：ｒｉｇｈｔ−ｈａｎｄ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｆｅｅｄ）と左旋円偏波給電線（ＬＨＣＰ：ｌｅｆｔ−ｈａｎｄ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｆｅｅｄ）とを有している。また、それら複数のアンテナ素子に接続している複数の右旋円偏波給電線（ＲＨＣＰ）は、その各々が、図示のごとく、複数のサーキュレータ３４のうちの対応する１つのサーキュレータに結合している。左旋円偏波給電線（ＬＨＣＰ）に関しては、１０６個のアンテナ素子１８1〜１８106のうち、所定の４個のアンテナ素子（図中に番号００１、００９、０９７、及び１０６を付したアンテナ素子）を除いたその他全てのアンテナ素子に接続している夫々のＬＨＣＰ給電線は、図示のごとく、整合負荷インピーダンス４０で終端されている。所定の４個のアンテナ素子は、キャリブレーション（較正）用アンテナ素子であり、アンテナ開口４１を介して、その他のアンテナ素子１８1〜１８106との間で相互結合するようにしてある。それらキャリブレーション用アンテナ素子の配置形態は、（図示例のように）アレーの両側の外縁部に配置するエッジ配置方式としてもよく、また、クラスタ配置方式としてもよいが、いずれにしても、較正誤差をできるだけ小さくし、また「通常動作」モードでのアンテナの動作をできるだけ良好にするような配置とする。エッジ配置方式の場合には、キャリブレーション用アンテナ素子は、アンテナ開口の外縁部に配設される。一方、クラスタ配置方式の場合には、アンテナ開口を複数の個別領域即ちクラスタに区画して、それらクラスタの中央に、夫々にキャリブレーション用アンテナ素子を配設する。図示例のように、キャリブレーション用アンテナ素子１８1〜１８106は方向性結合器の交差（直交）円偏波ポートを利用するか、或いは、専用のキャリブレーション用アンテナ素子を備えるようにしてもよい。専用のキャリブレーション用アンテナ素子は、キャリブレーションに使用するものであり、アンテナの「通常動作」モードでは機能せず、キャリブレーションのための構成要素に接続され、「通常動作」のための構成要素チェーンの間に組込まれることのないアンテナ素子である。エッジ配設方式を採用し、交差円偏波ポートを利用するようにした場合には、所定の４個のキャリブレーション用アンテナ素子１８1、１８9、１８97、及び１８106（即ち、図中に番号００１、００９、０９７、及び１０６を付したアンテナ素子）の左旋円偏波給電線（ＬＨＣＰ）が、図示のごとく、キャリブレーション・システム４２に結合される。
【００１３】
更に詳しく説明すると、キャリブレーション・システム４２は、スイッチ４３を備えており、このスイッチ４３は、ＲＦ入力ポート４４と、ビーム形成回路網ポート４５と、ＲＦ検出器ポート４６と、このＲＦ検出器ポート４６に結合したＲＦ検出器４８と、アンテナ素子ポート５０とを有する。また、スイッチング部５２が備えられている。スイッチング部５２は、複数のスイッチ５４1〜５４mを含んでおり、それらスイッチの各々は、その第１端子５５1〜５５mが、図示のごとく、複数の方向性結合器１９1〜１９mのうちの対応する１つの方向性結合器のポートＰに結合している。そして、それらスイッチ５４1〜５４mの各々は、図示のごとく、『「通常動作モード」／「キャリブレーション・モード」ライン』Ｎ／Ｃ上の制御信号に応答して、その第１端子５５1〜５５mが、第２端子５８1〜５８mと、第３端子６０1〜６０mとの、いずれか一方に、選択的に結合するように適応している。第２端子５８1〜５８mの各々は、図示のごとく整合負荷６２1〜６２mに結合しており、また、第３端子６０1〜６０mの各々は、図示のごとくセレクタ・スイッチ６４に結合している。スイッチング部５２及びセレクタ・スイッチ６４の機能については後に詳述することとし、ここでは単に次のことだけ述べておく。それは、通常動作モード時には、コンピュータ６６がラインＮ／Ｃ上に送出する制御信号によって、スイッチ５４1〜５４mは、それらの第１端子５５1〜５５mが整合負荷６２1〜６２mに結合するように設定されており、一方、キャリブレーション・モード時には、コンピュータ６６がラインＮ／Ｃ上に送出する制御信号によって、それらのスイッチ５４1〜５５mは、それらの第１端子５５1〜５５mが第３端子６０1〜６０mに、また従ってセレクタ・スイッチ６４の複数の入力に結合するように設定されているということである。（更に、キャリブレーション・モード時には、図から明らかなように、アンテナ・ポート１７1〜１７mが、スイッチ６５1〜６５mによって、整合負荷６７1〜６７mに結合されている。一方、スイッチ６５1〜６５mは、通常動作モード時には、アンテナ・ポート１７1〜１７mを、ポート１７’1〜１７’mに結合している）。
【００１４】
キャリブレーション・モード時には、コンピュータ６６がバス６８上に送出する制御信号によって、セレクタ・スイッチ６４を通して、ビーム形成回路網ポート４５が、端子６０1〜６０mの各々に、順次結合される。このとき、セレクタ・スイッチ６４の動作によって、それら端子６０1〜６０mの各々が時間Ｔの間にビーム形成回路網ポート４５に結合するようにしてある。
【００１５】
また後述する理由のために、コンピュータ６６は、ｍ個の端子６０1〜６０mを順番に次々とビーム形成回路網ポート４５に結合して行くとき、ｍ本のラインａ1〜ａm上に次々と制御信号を送出することによって、それらラインに対応したｍ個の送受信増幅部１６1〜１６mを次々と能動状態にして行く。従って、端子６０1〜６０mが次々とビーム形成回路網ポート４５に結合した状態になって行くときに、それと同期して、モジュール１６1〜１６mも次々と能動状態になって行く。これによって、ビーム形成回路網ポート４５がｍ個のビーム・ポート１５1〜１５mに、順次結合した状態となるようにし、ビーム形成回路網ポート４５がｍ個の時間間隔Ｔのそれぞれの間にビーム・ポートに電気的に結合することになる。
【００１６】
また、キャリブレーション・モード時には、コンピュータ６６は、時間Ｔの間に、ラインｃ1〜ｃ106上に信号を送出することによって、送受信モジュール２０1〜２０106を次々と能動（活性）状態にして行く。そのため、ビーム形成回路網ポート４５が例えばビーム・ポート１５1に時間Ｔだけ結合している間に、１０６個の送受信モジュール２０1〜２０106が順次能動状態になり、１つの送受信モジュールが能動状態となっている時間の長さは、Ｔ／１０６か、またはそれより短い。従って、時間Ｔの期間がｍ回反復するときの、その１回の時間の間に、１６０個のアンテナ素子１８1〜１８106が、１０６個のアレー・ポート１４1〜１４106に、次々と電気的に結合する。
【００１７】
既述のごとく、アンテナ素子１８1〜１８106には、その各々に一対の給電線が接続されており、それら給電線は、ＲＨＣＰ給電線とＬＨＣＰ給電線である。先に説明し、また図示したように、ＬＨＣＰ給電線の各々は、４個のアンテナ素子１８1、１８9、１８97、及び１８106に接続しているものを除いて、整合負荷４０で終端されている。一方、４個のアンテナ素子１８1、１８9、１８97、及び１８106に接続している夫々のＬＨＣＰ給電線は、図示のごとく、スイッチング回路網７２を介してセレクタ・スイッチ７０に結合している。更に詳しく説明すると、スイッチング回路網７２は、４個のスイッチ７２ａ〜７２ｄを含んでいる。それらスイッチ７２ａ〜７２ｄは、それらの第１端子７３ａ〜７３ｄが、図示のごとくアンテナ素子１８1、１８9、１８97、及び１８106のＬＨＰＣ給電線に結合しており、また第２端子が、図示のごとく整合負荷７４ａ〜７４ｄに結合しており、また第３端子が、図示のごとくセレクタ・スイッチ７０に結合している。それらスイッチ７２ａ〜７２ｄは、通常動作モード時には、ラインＮ／Ｃ（このラインについては上で説明した）上の信号に従って、アンテナ素子１８1、１８9、１８97、及び１８106に接続している夫々のＬＨＣＰ給電線を、整合負荷７４a〜７４dで終端させている。一方、キャリブレーション・モード時には、アンテナ素子１８1、１８9、１８97、及び１８106に接続している夫々のＬＨＣＰ給電線は、図示のごとくセレクタ・スイッチ７０に結合されている。このセレクタ・スイッチ７０の機能については後に詳述することとし、ここでは次のことだけを述べておく。それは、所定の４個のキャリブレーション用アンテナ素子１８1、１８9、１８97、及び１８106は、冗長性をもって利用されるものであるということである。即ち、後述するキャリブレーションの処理は、それら所定の４個のキャリブレーション用アンテナ素子１８1、１８9、１８97、及び１８106のうちのいずれか１つを使用するだけで実行することができる。そして、それらキャリブレーション用アンテナ素子１８1、１８9、１８97、及び１８106のいずれかが故障した場合には、残り３個のうちのいずれかを使用すればよく、使用するキャリブレーション用アンテナ素子の選択は、コンピュータ６６がバズ７６上に送出する制御信号によって決定される。
【００１８】
キャリブレーションには、送信モードのためのキャリブレーションと受信モードのためのキャリブレーションとがある。受信キャリブレーション・モード時には、所定の４個のキャリブレーション用アンテナ素子１８1、１８9、１８97、及び１８106のうちの１つへ、ＲＦソース７８から、ＲＦエネルギが供給される。またその際には、例えば、図３に示したように、ＲＦソース７８が、スイッチ４３のポート４４及び５０を介して結合されており、スイッチ７６が、キャリブレーション用アンテナ素子のうちの１つを選択している。図３には、それらのうち、アンテナ素子１８1が選択されている状態が示されている。受信キャリブレーション・モード時には、スイッチ４３の切換位置は、図３に示した位置に設定されており、即ち、ポート４４をポート５０に電気的に結合し、ポート４５をポート４６に電気的に結合している。一方、送信キャリブレーション・モード時には、スイッチ４３の切換位置は、図４に示した位置に設定されており、即ち、ポート４４（これはＲＦソース７８に電気的に結合している）をポート４５に電気的に結合し、ポート４６をポート５０に電気的に結合している。
【００１９】
従って、キャリブレーション・モード時の状態を要約すると次のようになる。即ち、キャリブレーション・モード時には、キャリブレーション・システム４２は、複数のアンテナ素子１８1〜１８106の各々を、ビーム形成回路網１２を介して、また、それに結合している複数の送受信モジュール２０1〜２０106を介して、（ａ）受信キャリブレーション・モード時には、図３に示すように検出器ポート４６へ、または、（ｂ）送信キャリブレーション・モード時（図４）にはポート４４へ、選択的に結合し、またその際に、結合すべき当該ポートへ、それら複数のアンテナ素子１８1〜１８106の各々を順次結合する。更に、キャリブレーション・システム４２は、セレクタ・スイッチ７０を含んでおり、このセレクタ・スイッチ７０は、所定の４個のキャリブレーション用アンテナ素子１８1、１８9、１８97、及び１８106（図１に番号００１、００９、０９７、及び１０６を付して示したアンテナ素子）のうちの１つのアンテナ素子に接続している左旋円偏波給電線（ＬＨＣＰ）を、そのときの試験モード（キャリブレーション・モード）に応じて選択的に結合するものであり、即ち、そのＬＨＣＰを、（ａ）受信キャリブレーション・モード時には、図３に示したように、ビーム形成回路網１２とは別の経路８０を介してポート４４へ、また、（ｂ）送信キャリブレーション・モード時には、図４に示すように、ビーム形成回路網１２とは別の経路８０を介して検出器ポート４６へ、選択的に結合する。
【００２０】
所定の４個のキャリブレーション用アンテナ素子１８1、１８9、１８97、及び１８106は、アンテナ素子のアレーの外縁部に配置してもよい（図２）。この配置形態とした場合には、アンテナの動作モードに対してＲＦ検出器に結合するＲＦ信号のダイナミック・レンジを、非常に小さなものとすることができる。
【００２１】
次に、工場ないし試験施設において、フェーズド・アレー・アンテナ１０のキャリブレーションを実行する場合について説明する。先ず、受信キャリブレーション・モードについて説明する。受信キャリブレーション・モード時には、ＲＦソース７８は、ポート４４から減結合（非結合）にされ、ポート４４は、不図示の整合負荷で終端しておく。また、スイッチ５４1〜５４m、スイッチ７２ａ〜７２ｄ、並びにスイッチ６５1〜６５mは、通常動作モードに設定しておく。それによって（１）方向性結合器１９1〜１９mの夫々のポートＰは、整合負荷６２1〜６２mで終端された状態となり、（２）アンテナ素子１８1、１８9、１８97、及び１８106の夫々のＬＨＣＰ給電線は、整合負荷７４ａ〜７４ｄで終端された状態となり、更に、アンテナ・ポート１７1〜１７mは、夫々、ポート１７’1〜１７’mに電気的結合した状態となる。また、無線周波数（ＲＦ）エネルギを送出する不図示のＲＦのソースを、このフェーズド・アレー・アンテナのアンテナ開口４１の近傍界に配置する。更に、ｍ個の送受信増幅部１６1〜１６mのうちの１つ（例えば、送受信増幅部１６1）を、受信モードの能動状態にする。そして、複数の送受信モジュール２０1〜２０106を、順番に次々と受信モードの能動状態にして行く。送受信モジュールの各々が受信モードの能動状態になったとき、その送受信モジュールに結合しているアンテナ素子が受信したエネルギが、その送受信モジュールを介してビーム形成回路網１２へ伝達される。こうして送受信モジュール２０1〜２０106を順番に次々と受信モードの能動状態にしつつ、ポート１７’1〜１７’mのうちの１つ（ここでは、それがポート１７’1であるものとする）においてエネルギの検出を行い、この検出は、このときポート１７’1に結合している検出器によって行われる。こうしてポート１７’1において検出される、複数のアンテナ素子の各々に関する、エネルギの振幅及び位相を記録する。更に、このプロセスを、その他のポート１７’2〜１７’mの各々について反復して実行する。続いてアンテナ素子１８1〜１８106の各々ごとに、そのアンテナ素子に関して、ｍ個のポート１７’1〜１７’mにおいて夫々に検出したエネルギ値の最小二乗平均値（ｌｅａｓｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ ａｖｅｒａｇｅ）を算出する。こうして最小二乗平均値を算出することで、複数のアンテナ素子１８1〜１８106の各々は１つの振幅及び位相ベクトルに関連づけられる。更に、こうして測定した／ポスト算出（事後算出）した１０６個の受信ベクトルの各々を、同じく１０６個の事前に算出しておいた（プレ算出した）設計値の受信ベクトルの対応する夫々のベクトルと比較する。アンテナが適正に動作しているならば（即ち、設計した通りに動作していれば）、測定／事後算出ベクトルと予め算出しておいた事前算出ベクトルとは良好に一致して、両者の間の誤差は非常に小さなものとなっているはずである。１０６個のアンテナ素子１８1〜１８106の各々について、そのアンテナ素子に対応した、測定／事後算出ベクトルと、事前算出ベクトルとの間に差があったならば、その差に基づいて、そのアンテナ素子に結合している送受信モジュール内の制御可能な減衰器２２及び／または移相器２４へ制御信号を送出して、アンテナの受信モードのための適当な補正調節を行う。この補正調節が完了した時点で、アンテナ・システム１０は受信モードに関して較正された状態になる。
【００２２】
工場ないし試験施設において送信キャリブレーション・モードでキャリブレーションを実行するときも、以上と同様の方式で行うが、ただし受信キャリブレーション・モードと送信キャリブレーション・モードとでは、逆方向の処理が行われる。即ち、送信キャリブレーション・モードでは、不図示の受信アンテナを、フェーズド・アレー・アンテナのアンテナ素子の近傍界に配置する。そして、不図示のＲＦソースが、複数のポート１７’1〜１７’mのうちの１つ（ここでは、それがポート１７’1であるものとする）へ給電しつつ、複数の送受信モジュール２０1〜２０106を、順次能動状態に活性化する。それら送受信モジュール２０1〜２０106の各々が送信モードに活性化されるにつれて、それら送受信モジュールに結合している夫々のアンテナ素子１８1〜１８106によってエネルギが放射され、それら放出されるエネルギを、不図示の受信アンテナで受信する。こうして、複数の送受信モジュール２０1〜２０106を順次能動状態にしつつ、不図示の受信アンテナが次々と受信するエネルギを検出する。そして、検出したエネルギの振幅及び位相を記録し、その記録に基づいて、１０６個のアンテナ素子１８1〜１８106の各々に対応した１０６個の送信ベクトルを算出する。更に、この手順を、ＲＦソースの結合先をその他のポート１７’2〜１７’mの各々に次々と変更して、反復して実行する。以上の処理を、ｍ個のポート１７’1〜１７’mの全てについて完了したならば、アンテナ素子１８1〜１８106の各々に関して、ｍ個ずつの送信ベクトルが得られている。即ち、それらアンテナ素子の各々に対応して、１つずつの送信ベクトル集合が得られており、１つの送信ベクトル集合はｍ個の送信ベクトルから成る。そして、各々の送信ベクトル集合に含まれているｍ個の送信ベクトルを最小二乗平均することによって、複数のアンテナ素子１８1〜１８106の各々に１つずつ、測定／事後算出送信ベクトルが得られる。これらの測定／事後算出送信ベクトルを、事前算出しておいた設計値の送信ベクトルと比較する。アンテナが適正に動作しているならば（即ち、設計した通りに動作していれば）、測定／事後算出したベクトルと事前算出したベクトルとは良好に一致して、両者の間の誤差は非常に小さなものとなっているはずである。１０６個のアンテナ素子１８1〜１８106の各々について、そのアンテナ素子に対応した、測定／事後算出したベクトルと、事前算出したベクトルとの間に差があったならば、その差に基づいて、そのアンテナ素子に結合している送受信モジュール内の制御可能な減衰器２２及び／または移相器２４へ制御信号を送出して、アンテナの受信モードの間に適当な補正調節を行う。この補正調節が完了した時点で、アンテナ・システム１０は送信モードに関して較正された状態になる。
【００２３】
以上のようにして、送信モードと受信モードの両方に関して減衰器及び移相器の補正調節が完了したならば、そのフェーズド・アレー・アンテナがまだ工場ないし試験施設にあるときに（即ち、上述したキャリブレーション処理が完了した直後に）キャリブレーション・システム４２を、図１、図３、及び図４に関連して説明したようにアンテナ・システムに結合して、そのアンテナ・システムの、複数のアンテナ素子１８1〜１８106の各々と、所定の４個のキャリブレーション用アンテナ素子１８1、１８9、１８97、及び１８106の各々との間の結合係数を求める。そのためには、先ず、図３に関連して説明した受信キャリブレーション・モードにする。このモードにしたときには、ＲＦソース７８は、スイッチ４３のポート４４及び５０を介して結合されており、スイッチ７０は、４つのキャリブレーション用アンテナ素子のうちの１つを選択している。ここでは、最初に、キャリブレーション用アンテナ素子１８1が選択されたものとする。受信キャリブレーション・モード時には、スイッチ４３は、図３に示した切換位置にあるため、ポート４４をポート５０に電気的に結合しており、ポート４５をポート４６に電気的に結合している。また、スイッチ７０は、ＲＦソース７８を、４個のキャリブレーション用アンテナ素子１８1、１８9、１８97、及び１８106のうちの１つに結合している。尚、ここでは、最初にキャリブレーション用アンテナ素子１８1が選択されたものとしているため、ＲＦソース７８は、このアンテナ素子１８1に結合している。このアンテナ素子１８1から、無線周波数エネルギが放射され、そのエネルギが、アンテナ開口４１における相互結合によって、アンテナ素子１８1〜１８106に結合される。また同時に、ｍ個の増幅部１６1〜１６mが能動状態とされ、スイッチング部６４が、先に説明したように動作することによって、ｍ個のビーム・ポート１５1〜１５mの各々を、順番に次々とポート４５に結合する。このとき、１つのビーム・ポートがポート４５に結合されている時間の長さは時間Ｔである。そのため、時間Ｔの期間のｍ回の期間の、それぞれの期間に、１０６個の送受信モジュール２０1〜２０106が順次受信モードの能動状態になり、それによって、検出器４８から、１０６個のアンテナ素子１８1〜１８106の各々に関して、振幅及び位相受信ベクトルが得られる。続いて、アンテナ素子１８1〜１８106の各々に関連するｍ個の位相ベクトルが最小二乗平均され、そのアンテナ素子に対応した１つの受信ベクトルが得られる。アンテナ１０は、キャリブレーションが完了した直後であるため、以上の処理によって生成された受信ベクトルは「較正された」受信ベクトルであり、これを、将来偏位が発生したときに、その偏位を測定するための基準として使用する。このようにして得た「較正された」受信ベクトルを、コンピュータ６６のメモリに保存する。更に、以上の処理手順を、その他の３つのキャリブレーション用アンテナ素子１８9、１８97、及び１８106についても反復して実行する。従って、受信キャリブレーション・モードで実行する以上の処理が完了した時点では、コンピュータ６６のメモリ内に、「較正された」受信ベクトルの集合として、４個のキャリブレーション用アンテナ素子１８1、１８9、１８97、及び１８106の各々に対して、４つのベクトル集合が保存される。
【００２４】
続いてキャリブレーション・システムを、図４に関連して説明した送信キャリブレーション・モードにする。このモードにしたときには、ＲＦソース７８は、ポート４４及び４５を介してスイッチ６４に結合されており、ポート５０は、スイッチ７０に結合されている。スイッチ７０は、４つのキャリブレーション用アンテナ素子のうちの１つを選択している。ここでは、最初に、キャリブレーション用アンテナ素子１８1が選択されたものとする。送信キャリブレーション・モード時には、スイッチ４３は、図４に示した切換位置にあるため、ポート４４をポート４５に電気的に接続しており、ポート５０をポート４６に電気的に接続している。また、スイッチ７０は、ＲＦソース７８を、４個のキャリブレーション用アンテナ素子１８1、１８9、１８97、及び１８106のうちの１つに結合している。尚、ここでは、最初にキャリブレーション用アンテナ素子１８1が選択されたものとしているため、ＲＦソース７８は、このアンテナ素子１８1に結合している。また同時に、増幅部１６1〜１６mが能動状態とされ、スイッチング部６４が、先に説明したように動作することによって、ビーム・ポート１５1〜１５mの各々を、時間Ｔの間に順次ＲＦソース７８に結合する。そのため、時間Ｔのｍ回の期間の各々の期間に、送受信モジュール２０1〜２０106が順番に次々と送信モードの能動状態になり、それによって、検出器４８から、１０６個のアンテナ素子１８1〜１８106の各々に関してｍ個の、振幅及び位相送信ベクトルが得られる。続いて、アンテナ素子１８1〜１８106の各々について、そのアンテナ素子に関して得られたｍ個の送信ベクトルが最小二乗平均されることによって、そのアンテナ素子に対応した１つの送信ベクトルが得られる。以上の処理を実行するのは、アンテナ１０のキャリブレーションが完了した直後であり、そのため、以上の処理によって生成された送信ベクトルは、「較正された」送信ベクトルであり、これを、将来偏位が発生したときに、その偏位を測定するための基準として使用する。こうして得た「較正された」送信ベクトルを、コンピュータ６６のメモリに保存する。更に、以上の処理手順を、その他の３つのキャリブレーション用アンテナ素子１８9、１８97、及び１８106についても反復して実行する。従って、送信キャリブレーション・モードで実行する以上の処理が完了した時点では、コンピュータ６６のメモリ内に、「較正された」送信ベクトルの集合として、４個のキャリブレーション用アンテナ素子１８1、１８9、１８97、及び１８106の各々に対応した、４つのベクトル集合が保存されている。
【００２５】
アンテナ素子１０を長期に亘って実地使用した後、再度のキャリブレーションが必要になったときには、キャリブレーション・システム４２を用いて「測定された」送信ベクトル及び受信ベクトルを生成する。それら「測定された」送信ベクトル及び受信ベクトルを新たに生成する際には、工場ないし試験施設において「較正された」受信ベクトル及び送信ベクトルのベクトル集合を４つ生成してコンピュータ６６のメモリに保存したときと同じ手順で、キャリブレーション・システム４２を用いてそれらを生成する。アンテナ・システムが良好に較正された状態にあるときには、コンピュータ６６のメモリに保存されている「較正された」受信ベクトルの４つのベクトル集合及び「較正された」送信ベクトルの４つのベクトル集合と、新たに生成した「測定された」受信ベクトルの４つのベクトル集合及び「測定された」送信ベクトルの４つのベクトル集合とは、一致しており、両者間の誤差は僅かなものとなっているはずである。それらベクトル集合から成るマトリクスに含まれているベクトルのうちに、差分の大きなものがあったならば、ゲイン補正値及び／または位相補正値を算出し、その算出した補正値を、送受信モジュール２０1〜２０106のうちの対応する送受信モジュール内の、減衰器２２及び移相器２４のうちの該当する一方もしくは両方へ供給する。
【００２６】
次に図５について説明する。図５は、所定の複数のキャリブレーション用アンテナ素子の配置形態に関する別の具体例を示したものである。図５に示した具体例では、１０６個のアンテナ素子が、１０個のクラスタに配置されている。このアンテナ素子のアレーでは、図２に関連して説明した所定のキャリブレーション用アンテナ素子として、１０個のキャリブレーション用アンテナ素子（番号０１１、０１７、０２８、０３４、０３７、０５２、０７１、０８９、０９２、及び０９５を付したアンテナ素子）を使用している。更に詳しく説明すると、図５の具体例では、アンテナ素子１８1〜１８106のアレーは、図示のごとく、複数の（図示例では１０個の）クラスタ８０1〜８０10を形成するように配置されている。それらクラスタ８０1〜８０10の各々は、図示のごとく、それらクラスタ８０1〜８０10に対して定められた所定の１０個のキャリブレーション用アンテナ素子（図示例では、アンテナ素子１８11、１８28、１８17、１８34、１８52、１８95、１８92、１８89、１８71、及び１８37）のうちの１個を含んでいる。そして、図５の具体例では、図１のスイッチ７０に相当するスイッチが、１０個の入力ポートを有しており、それら入力ポートが、１０個のキャリブレーション用アンテナ素子１８11、１８28、１８17、１８34、１８52、１８95、１８92、１８89、１８71、及び１８37の各々に結合するように適応している。この場合、それらキャリブレーション用アンテナ素子の各々について、当該キャリブレーション用アンテナ素子が配置されているクラスタに含まれている複数のアンテナ素子の各々に対して１つずつの「較正された」送信ベクトルのベクトル集合を生成し、また、そのクラスタに含まれている複数のアンテナ素子の各々に対して１つの「較正された」受信ベクトルのベクトル集合を生成するようにする。それら「較正された」ベクトルは、コンピュータ６６のメモリに格納され、後のキャリブレーションの際の基準として用いる。また、図５では、キャリブレーション用アンテナ素子１８11、１８28、１８17、１８34、１８52、１８95、１８92、１８89、１８71、及び１８37の個数が１０個であり、この点において、図３及び図４に説明したものと異なっているが、アンテナの使用現場においてキャリブレーションを実行する場合には、図３及び図４に関連して説明した手順と同じ手順に従って、夫々のクラスタに含まれている複数のアンテナ素子の各々に対して１つの「測定された」送信ベクトルのベクトル集合を生成し、また１つの「測定された」受信ベクトルのベクトル集合を生成するようにする。更に、図３及び図４に関連して説明したように、差分を使用して、補正信号を減衰器２２及び移相器２４に与える。
【００２７】
以上の構成によって、各々のクラスタごとに、そのクラスタ内のキャリブレーション用アンテナ素子を用いてキャリブレーションを行うため、各々のクラスタのキャリブレーションに際して、そのクラスタ内のアンテナ素子どうしの間のダイナミック・レンジの変動を比較的小さなものとすることができる。
【００２８】
以上に説明した実施の形態以外にも、本発明の概念並びに範囲に包含される実施の形態が存在する。例えば、以上に説明した実施の形態では、円偏波アンテナ素子を使用していたが、円偏波アンテナ素子でアンテナ開口を構成する場合に限らず、直線偏波アンテナ素子でアンテナ開口を構成する場合にも、本発明は適用可能である。二重直線偏波ポートを備えた直線偏波アンテナや、単一直線偏波ポートを備えた直線偏波アンテナでは（例えば、二重直線偏波の場合には垂直偏波と水平偏波とを用いることができ、単一直線偏波の場合には垂直偏波または水平偏波とすることができる）、キャリブレーション用アンテナ素子を非方向性結合器に、または、電磁的マジックＴに接続した構成とすることができる。その場合、メインの即ち最大の結合ポートはアンテナ素子及び送受信モジュールに接続し、結合ポートはキャリブレーション用の構成要素チェーンに接続される。このように構成したキャリブレーション用アンテナ素子は、キャリブレーションのための動作と、「通常」動作との両方が可能なものとなる。
【００２９】
更に、キャリブレーション用アンテナ素子の配置形態は、前述のエッジ配置方式とクラスタ配置方式のいずれとしてもよく、更には、それら２つの配置方式を組合せた配置形態としてもよい。それら異なる配置形態のうちから、較正誤差をできるだけ小さくすることができ、また「通常動作」モードでのアンテナの動作をできるだけ良好にすることのできる配置形態を選択するのがよい。例えば、アンテナ開口が小さく、アンテナ素子の個数が３００個以下のアンテナでは、エッジ配置構造の配置形態とすることによって高い効率が得られる。一方、アンテナ開口が大きく、数千個もの放射素子を備えたアンテナでは、キャリブレーション用アンテナ素子を、クラスタ配置形態とする方が優れている。
【００３０】
更に、キャリブレーション用アンテナ素子ポートには、必要に応じて、交差円偏波の非方向性結合器を用いることも可能であり、あるいは、専用の結合ポート構造としてもよい。例えば、アンテナが「通常動作」モードでは単一円偏波を使用するものである場合には、その円偏波に対する交差円偏波を、キャリブレーション用アンテナ素子を結合するための効果的な結合メカニズムとして利用することができる。アンテナ開口における偏波状態が右旋円偏波（ＲＨＣＰ）である場合には、交差円偏波は左旋円偏波（ＬＨＣＰ）である。別法として、非方向性結合器を、キャリブレーション用アンテナ素子と送受信モジュールとの間に挿入し、それを、キャリブレーション用アンテナ素子のためのポートとして使用してもよい。更に別の実施の形態として、アンテナ素子、またはアンテナ素子の１つまたは複数のポートをキャリブレーション機能の専用のものとして構成し、そのアンテナ素子については「通常動作」機能に利用しないものとしてもよい。
【００３１】
更に、キャリブレーション試験周波数と動作周波数とを同一の周波数集合に含まれるものとすることができ、あるいは互いに異なった周波数集合に含まれるものとすることが可能である。例えば、あるアンテナの通常動作周波数が、ｆlowからｆhighまでの周波数範囲を有する場合に、その動作周波数範囲に包含される１つまたは複数の周波数を、キャリブレーション用周波数ｆ1またはｆ2として用いてもよく、その周波数範囲外の周波数を用いてもよい。
【００３２】
更に、以上に説明したキャリブレーション方法は、自立型の方法である。ここで自立型というのは、キャリブレーションを施そうとするアンテナ・システムの放射領域に、キャリブレーションのための付加的な装置を配置する必要がないということである。例えば、キャリブレーションを施そうとするアンテナ・システムとは別に、外部アンテナ、オシレータ、受信機、アンテナ・システム、ないしはそれらと同等の装置を用意する必要がない。また、アンテナ・システムにキャリブレーションを施すために使用する装置も、それ自体内に含まれる自立型の装置である。自立型キャリブレーション装置の範疇に含まれるのは、アンテナの構成要素の試験を自動的に行える装置である。ここでは、オンボード・コンピュータが、（オペレータの介入無しに）自動的に、或いは、オペレータの操作に応答して（即ち、コマンドが入力されたときに）、アンテナの動作状態を判定するためのキャリブレーション・アルゴリズムを実行する。このキャリブレーション装置は、自動キャリブレーション作業の一部として、障害マップを作成し、修正動作を自動的に実行する。これは、オンボード・コンピュータが、キャリブレーション装置が生成したキャリブレーションデータを、付加的なビルト・イン・テスト（ＢＩＴ）に関連して、必要に応じて解析し、それによって、アンテナ・システムの構成要素の障害や故障を判定するようにしたものである。構成要素の障害は、障害マップとして格納（記憶）され、それによって、次の何れかの動作が行われる。（１）そのアンテナ素子の送受信モジュールに格納される複合補正（振幅及び位相の補正）の補正量を増大させる。（２）全ての機能している送受信モジュールへ複合補正量を加える。（３）障害を発生した構成要素をディスエーブルすると共に、その障害が発生したことをオペレータに報告して、オペレータがその構成要素を交換できるようにする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるフェーズド・アレー・アンテナ・システム及び同アンテナ・システムのためのキャリブレーション・システムのブロック図である。
【図２】 本発明の１つの実施の形態による、図１のフェーズド・アレー・アンテナ・システムのアンテナ開口の正面図である。
【図３】 受信キャリブレーション・モード時の、図１のフェーズド・アレー・アンテナ・システム及び同アンテナ・システムのためのキャリブレーション・システムを示したブロック図である。
【図４】 送信キャリブレーション・モード時の、図１のフェーズド・アレー・アンテナ・システム及び同アンテナ・システムのためのキャリブレーション・システムを示したブロック図である。
【図５】 本発明の別の実施の形態にかかる、図１のフェーズド・アレー・アンテナ・システムのアンテナ開口の正面図である。
Claims (12)
- アンテナ・システムにおいて、
キャリブレーション・システムを備えており、該キャリブレーション・システムは、ＲＦ入力ポートと、ＲＦ検出器ポートと、該ＲＦ検出器ポートに結合したＲＦ検出器と、アンテナ素子ポートとを有しており、
複数のアレー・ポート及び複数のビーム・ポートを有するビーム形成回路網と、
複数のアンテナ素子と、
複数の送信／受信モジュールと、を備えており、それら送信／受信モジュールの各々は、前記複数のアンテナ素子のうち対応する１つのアンテナ素子と、前記複数のアレー・ポートのうちの対応する１つのアレー・ポートとの間に結合されており、
スイッチング部を備えており、該スイッチング部は、前記複数のアンテナ素子の各々を、前記ビーム形成回路網を介して、また、それに結合している１つの送信／受信モジュールを介して、（ａ）受信キャリブレーション・モード時には前記検出器ポートへ、または、（ｂ）送信キャリブレーション・モード時には前記ＲＦ入力ポートへ、順次選択的に結合するとともに、
前記スイッチング部が、前記複数のアンテナ素子の所定の１つのアンテナ素子を、（ａ）前記受信キャリブレーション・モード時には、前記ビーム形成回路網から分離された経路を介して前記キャリブレーション・システムの前記ＲＦ入力ポートへ、または、（ｂ）前記送信キャリブレーション・モード時には、前記ビーム形成回路網から分離された経路を介して前記検出器ポートへ、選択的に結合するスイッチを含む、アンテナ・システム。 - 前記複数のアンテナ素子の所定の１つのアンテナ素子が、前記複数のアンテナ素子の外縁領域部の近傍に配置されている請求項１記載のアンテナ・システム。
- ビーム・ステアリング・コンピュータを備えており、該ビーム・ステアリング・コンピュータは、ビーム・ステアリング・コマンド信号に応答して、前記複数の送信／受信モジュールに対してゲイン及び位相制御信号を発生し、前記ビーム・ステアリング・コマンド信号は、前記ビーム・ステアリング・コンピュータに格納されるとともに前記ＲＦ検出器によって発生される信号に応じて算出されるゲイン及び位相キャリブレーション・データに基づいて修正される請求項１記載のアンテナ・システム。
- アンテナ・システムのキャリブレーション方法であって、前記アンテナ・システムが、複数のアンテナ素子と、複数のアレー・ポート及び複数のビームポートを有するビーム形成回路網と、複数の送信／受信モジュールとを備えており、それら送信／受信モジュールの各々が、前記複数のアレー・ポートのうちの対応する１つのアレー・ポートと前記複数のアンテナ素子のうちの対応する１つのアンテナ素子とに結合されている、キャリブレーション方法において、
ＲＦ入力ポートと、ＲＦ検出器ポートと、該ＲＦ検出器ポートに結合したＲＦ検出器と、アンテナ素子ポートとを有するキャリブレーション・システムを用意するステップと、
前記複数のアンテナ素子の各々を、前記ビーム形成回路網を介して、また、それに結合している１つの送信／受信モジュールを介して、（ａ）受信キャリブレーション・モード時には前記検出器ポートへ、または、（ｂ）送信キャリブレーション・モード時には前記ＲＦ試験入力ポートへ、順次選択的に結合するステップと、
前記複数のアンテナ素子の所定の１つのアンテナ素子を、（ａ）前記受信キャリブレーション・モード時には、前記ビーム形成回路網から分離された経路を介して前記ＲＦ試験入力ポートへ、または、（ｂ）前記送信キャリブレーション・モード時には、前記ビーム形成回路網から分離された経路を介して前記検出器ポートへ、選択的に結合するステップと、
を含む方法。 - 前記複数のアンテナ素子の所定の１つのアンテナ素子が、前記複数のアンテナ素子の外縁領域部の近傍に配置されている請求項４記載の方法。
- 前記アンテナ・システムがビーム・ステアリング・コンピュータを備えており、該ビーム・ステアリング・コンピュータは、ビーム・ステアリング・コマンド信号に応答して、前記複数の送信／受信モジュールに対して、ゲイン及び位相制御信号を発生し、
前記方法が、前記ビーム・ステアリング・コンピュータに格納されるとともに前記ＲＦ検出器によって発生される信号に応じて算出されるゲイン及び位相キャリブレーション・データに基づいて、前記ビーム・ステアリング・コマンド信号を修正するステップを含む、請求項４記載の方法。 - アンテナ位相システムのキャリブレーション方法であって、前記アンテナ位相システムが複数のアンテナ素子を有し、それら複数のアンテナ素子が複数の送信／受信モジュールを介してビーム形成回路網に結合している、キャリブレーション方法において、
受信キャリブレーション・モード時に、前記ビーム形成回路網から分離された経路を介して、前記複数のアンテナ素子の第１の所定の１つのアンテナ素子へ無線周波数エネルギ試験信号を送信するステップと、
前記受信キャリブレーション・モード時に、前記第１の所定の１つのアンテナ素子から送出されるエネルギを、前記複数のアンテナ素子のうちのその他のアンテナ素子へ結合するステップと、
前記受信キャリブレーション・モード時に、前記複数のアンテナ素子の第１の選択された１つのアンテナ素子へ結合されたエネルギの一部を、前記ビーム形成回路網を介して検出器へ伝送するステップと、
送信キャリブレーション・モード時に、前記ビーム形成回路網を通る経路を介して、前記複数のアンテナ素子の第２の選択された１つのアンテナ素子へ、無線周波数エネルギ試験信号を伝送するステップと、
前記送信キャリブレーション・モード時に、前記第２の選択された１つのアンテナ素子から送出されるエネルギを、前記複数のアンテナ素子のうちのその他のアンテナ素子へ結合するステップと、
前記送信キャリブレーション・モード時に、前記複数のアンテナ素子の第２の所定の１つのアンテナ素子へ結合されたエネルギの一部を、前記ビーム形成回路網から分離された経路を介して、前記検出器へ伝送するステップと、
前記検出器へ伝送された無線周波数エネルギの振幅及び位相を測定するステップと、
を含む方法。 - 前記アンテナ・システムがビーム・ステアリング・コンピュータを備えており、該ビーム・ステアリング・コンピュータは、ビーム・ステアリング・コマンド信号に応答して、前記複数の送信／受信モジュールに対して、ゲイン及び位相制御信号を発生し、
前記方法が、前記ビーム・ステアリング・コンピュータに格納されるとともに前記ＲＦ検出器によって発生される信号に応じて算出されるゲイン及び位相キャリブレーション・データに基づいて、前記ビーム・ステアリング・コマンド信号を修正するステップを含む、請求項７記載の方法。 - 前記第１の所定の１つのアンテナ素子が、前記第２の所定の１つのアンテナ素子であり、前記第１の選択された１つのアンテナ素子が、前記第２の選択された１つのアンテナ素子である請求項７記載の方法。
- アンテナ位相システムのキャリブレーション方法であって、前記アンテナ位相システムが複数のアンテナ素子を有し、それら複数のアンテナ素子の各々が、ビーム形成回路網の複数のアレー・ポートの対応する１つのアレー・ポートに、複数のアレー送信／受信モジュールの対応する１つのアレー送信／受信モジュールを介して結合されており、前記ビーム形成回路網が複数のビーム・ポートを有する、キャリブレーション方法において、
受信キャリブレーション・モード時に、前記ビーム形成回路網から分離された経路を介して、前記複数のアンテナ素子の第１の所定の１つのアンテナ素子へ無線周波数エネルギ試験信号を送信するステップと、
前記受信キャリブレーション・モード時に、前記第１の所定の１つのアンテナ素子から送出されるエネルギを、前記複数のアンテナ素子のうちのその他のアンテナ素子へ結合するステップと、
前記受信キャリブレーション・モード時に、前記複数のアレー送信／受信モジュールの各々を順次能動状態にして、前記複数のアンテナ素子のうちのその他のアンテナ素子へ結合された無線周波数エネルギの一部を、前記ビーム形成回路網を通る経路を介して検出器へ結合するステップと、
送信キャリブレーション・モード時に、前記複数のアレー送信／受信モジュールの各々を順次能動状態にして、無線周波数エネルギ試験信号を、前記ビーム形成回路網を通る経路を介して、前記複数のアンテナ素子のうちの能動状態にされたアンテナ素子へ結合するステップと、
前記送信キャリブレーション・モード時に、前記複数のアンテナ素子から送出されるエネルギを、前記複数のアンテナ素子の第２の所定の１つのアンテナ素子へ結合するステップと、
前記送信キャリブレーション・モード時に、前記第２の所定の１つのアンテナ素子へ結合されたエネルギを、前記ビーム形成回路網から分離された経路を介して前記検出器へ結合するステップと、
前記検出器へ結合された無線周波数エネルギの振幅及び位相を測定するステップと、
を含む方法。 - 前記アンテナ・システムがビーム・ステアリング・コンピュータを備えており、該ビーム・ステアリング・コンピュータは、ビーム・ステアリング・コマンド信号に応答して、前記複数の送信／受信モジュールに対して、ゲイン及び位相制御信号を発生し、
前記方法が、前記ビーム・ステアリング・コンピュータに格納されるとともに前記ＲＦ検出器によって発生される信号に応じて算出されるゲイン及び位相キャリブレーション・データに基づいて、前記ビーム・ステアリング・コマンド信号を修正するステップを含む、請求項１０記載の方法。 - 前記第１の所定の１つのアンテナ素子が、前記第２の所定の１つのアンテナ素子である請求項１０記載の方法。
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