JP4952681B2 - アンテナ装置 - Google Patents
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さらに上記手法により、フェーズドアレーアンテナの初期構成時に測定した各素子アンテナの初期位相と、フェーズドアレー運用中に上記手法によって測定した各素子アンテナの位相との差分位相を求め、この差分位相を補正位相として各素子アンテナの励振位相を変更し、フェーズドアレーアンテナの放射特性変化を校正するものがあった。(例えば特許文献2参照)
図1は、この発明の実施の形態1に係わるアンテナ装置を示す構成説明図である。図において、フェーズドアレーアンテナ開口面上に設置された複数の素子アンテナ1−n(n=1、2、3、・・・、N)にそれぞれ移相器2−n(n=1、2、3、・・・、N)が接続され、さらにこれらが電力分配合成回路3に接続され、電力分配合成回路3には送信機4が接続されている。なお、電力分配合成回路3は素子アンテナ方向へは電力分配回路として動作し、送信機4方向へは電力合成回路として動作する。また、これら移相器2−nにはそれぞれ移相器制御回路5が接続され、移相器制御回路5が各移相器2−nを制御する。フェーズドアレーアンテナの各素子アンテナ1−nとは別に設けられたピックアップアンテナ6には、検波回路7が接続され、さらに、フェーズドアレーアンテナの各移相器2−nの設定位相を変化させた時の受信電力を測定し、その受信電力の変化から該移相器に接続された各素子アンテナの素子電界の振幅及び位相を算出する素子電界演算回路8が接続されている。さらに、素子電界演算回路8には、アンテナ初期構成時に素子電界演算回路8で求められた各素子アンテナの初期電界位相φ0,n(n=1、2、3、・・・、N)を記憶する初期位相記憶回路9と、アンテナ運用中に上記素子電界演算回路8で求められた各アンテナ素子の電界位相φ1,n(n=1、2、3、・・・、N)を記憶する位相記憶回路10と、が接続される。なお、アンテナ初期構成とは、基準とするアンテナ運用前などのアンテナ構成のことを言う。さらに、初期位相記憶回路9と位相記憶回路10は、アンテナ運用中に発生した放射特性変化を補正するため、これら回路に記憶された位相量の差分量を求める差分位相演算回路11に接続される。つまり、差分位相演算回路11は、(1)式により各素子アンテナの差分位相φ2,n(n=1、2、3、・・・、N)を求める回路である。
さらに、位相面演算回路12は、補正位相演算回路13に接続される。補正位相演算回路13は、上記位相面演算回路12により求められた位相面φsより各素子アンテナに設定する補正位相φc,n(n=1、2、3、・・・、N)を求める回路である。つまり、補正位相演算回路13は、(3)式により各素子アンテナに与える補正位相φc−nを求める。
送信機4から送信された高周波信号は、電力分配合成回路3によって分配され、移相器2−nによって励振位相が与えられた後に素子アンテナ1−nから空間中に放射される。放射された信号はピックアップアンテナ6によって受信され、検波回路7によって検波される。
このため、移相器制御回路5によりある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7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8により演算処理することにより、当該素子アンテナの素子電界振幅及び位相が求められる。さらに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、全ての素子アンテナの素子電界振幅及び位相が求められる。この一連の測定手続きを手続きAとする。
フェーズドアレーアンテナの初期構成時に上記手続きAにより測定された全素子アンテナの初期素子電界位相φ0,nは初期位相記憶回路9に記憶され、以後フェーズドアレーアンテナ運用中に、同様に上記手続きAにより測定した全素子アンテナの素子電界位相φ1,nは位相記憶回路10に記憶される。上記の記憶された両位相は、アンテナ運用中における放射特性変化により異なった値となり、この特性変化を校正するため、上記両位相から各素子アンテナの差分位相φ2,nを差分位相演算回路11により求める。得られた差分位相を(2)式に代入すれば、最適な所望関数の位相面φsが位相面演算回路12により求められる。得られた位相面φsと各素子アンテナ位置より(3)式によって各素子アンテナに与える補正位相が補正位相演算回路13により求められる。このようにして求めた各素子アンテナの補正位相をφc,nとする。求めた補正位相φc,nと、初期励振位相記憶回路15に記憶されたフェーズドアレーアンテナ初期構成時において各移相器2−nに与えていた初期励振位相Φ0,nを(4)式に代入すれば、新たに各移相器2−nに与える励振位相Φ1,nが励振位相演算回路14により求められる。この一連の手続きを手続きBとする。
従って、上記手続きBによって得られる上記励振位相Φ1,nを各移相器2−nに与えることにより、検波系統の信号対雑音比が小さく、手続きAによる測定が十分に行えないような場合においても、従来技術に比べアンテナ利得低下量を小さくするような放射特性の校正が可能となる効果がある。
実施の形態1では、位相面φsがアレーアンテナ開口面の回転変形による光路長の変化を示す位相分布と同様の位相面となるよう、所望関数として上記各素子アンテナ位置に関して1次の関数を採用した。
実施の形態2では、位相面φsがアレーアンテナ開口面の熱歪み変形による光路長の変化を示す位相分布と同様の位相面となるよう、所望関数として上記各素子アンテナ位置に関して2次の関数を採用する。従って、実施の形態2では、アレーアンテナ開口面に熱歪み変形が生じた場合にも、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
実施の形態3では、位相面φsがアレーアンテナ開口面の波状変形による光路長の変化を示す位相分布と同様の位相面となるよう、所望関数として上記各素子アンテナ位置に関する正弦関数を採用する。従って、実施の形態3では、アレーアンテナ開口面に波状変形が生じた場合にも、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
実施の形態4では、所望関数として上記各素子アンテナ位置に関する1次の関数と2次の関数と正弦関数の和であらわされる関数を採用する。従って、実施の形態4では、上記実施で示したような、アレーアンテナ開口面に軸回転、歪変形、波状変形が同時に生じた場合にも、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
図7はこの発明の実施の形態5におけるアンテナ装置の構成を示す図である。ここでは、実施の形態1で例示した図1に適用した場合を例示して説明する。図7において上記実施の形態1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。実施の形態5では、フェーズドアレーアンテナに対向して反射鏡16を設置し、アレー給電反射鏡アンテナを構成する。
以上のように構成された実施の形態5では、送信機4から送信された高周波信号は、電力分配合成回路3によって分配され、移相器2−nによって励振位相が与えられた後に素子アンテナ1−nから空間中に放射され、反射鏡16によって放射された信号を反射する。反射鏡16により反射された信号はピックアップアンテナ6によって受信され、検波回路7によって検波される。
従って、実施の形態5では、フェーズドアレーアンテナと反射鏡との位置関係が変化しアンテナ放射特性が変化した場合にも、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
図9はこの発明の実施の形態6におけるアンテナ装置の構成を示す図である。ここでは、実施の形態1で例示した図1に適用した場合を例示して説明する。図9において上記実施の形態1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。
実施の形態6では、フェーズドアレーアンテナと、受信用アンテナ17と、受信機18と、を移動体に搭載し、実施の形態1で述べたその他の手段と、送信用アンテナ19と、送信機20、を固定局に備えた形態をとる。
従って、例えば移動体を静止衛星とし、固定局を地球局とした場合には、静止衛星の軌道が本来の軌道から僅かに変化したことによりアンテナ放射特性が変化した場合にも、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
上記実施の形態では、位相面演算回路12において、差分位相φ2,nと所望関数の位相面との差が最小となるような位相面φsを求める手段として、(2)式を用いた。しかし、上記手続きAにより求められる各素子アンテナの電界位相には360度の不確定性が存在するため、図11に示すように上記差分位相φ2,nの分布が、アレーアンテナ開口面の機械的変形による光路長の変化を示す位相分布から大きく異なる分布となる場合がある。
Claims (7)
- 複数個の素子アンテナ、上記素子アンテナのそれぞれに接続された移相器、上記各移相器の設定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検波手段、を有するフェーズドアレーアンテナと、上記フェーズドアレーアンテナが放射特性校正用の電波を受信した場合に、上記各移相器の設定位相を順次それぞれに360度回転させた時の上記検波手段から出力される受信電力の変化に基づいて、対応する各移相器に接続された素子アンテナの設定位相を算出する手段と、2度にわたって上記手段により算出した上記各移相器の設定位相の上記フェーズドアレーアンテナの放射特性変化の校正に供する基準値と比較値を記憶し、上記基準値と比較値の差分位相を算出する差分位相算出手段と、上記差分位相から所定の最適化により所望関数の位相面を算出し、算出された位相面に基づいて各素子アンテナに設定する補正位相を算出する補正位相算出手段と、上記補正位相と上記各移相器に予め設定された初期励振位相に基づいて上記各素子アンテナに与える励振位相を算出し、上記移相器制御回路に出力する励振位相演算回路と、を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
- 複数個の素子アンテナ、上記素子アンテナのそれぞれに接続された移相器、上記各移相器の設定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送信手段、を有するフェーズドアレーアンテナと、上記フェーズドアレーアンテナからの電波を受信可能に上記フェーズドアレーアンテナに対向して設置される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検波手段と、上記各移相器の設定位相を順次それぞれに360度回転させた時の上記検波手段から出力される上記ピックアップアンテナでの受信電力の変化に基づいて、対応する各移相器に接続された素子アンテナの設定位相を算出する手段と、2度にわたって上記手段により算出した上記各移相器の設定位相の上記フェーズドアレーアンテナの放射特性変化の校正に供する基準値と比較値を記憶し、上記基準値と比較値の差分位相を算出する差分位相算出手段と、上記差分位相から所定の最適化により所望関数の位相面を算出し、算出された位相面に基づいて各素子アンテナに設定する補正位相を算出する補正位相算出手段と、上記補正位相と上記各移相器に予め設定された初期励振位相に基づいて上記各素子アンテナに与える励振位相を算出し、上記移相器制御回路に出力する励振位相演算回路と、を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
- 請求項2記載のアンテナ装置において、さらに上記励振位相演算回路の出力を上記移相器制御回路へ空間伝送する送信手段と受信手段を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
- 上記フェーズドアレーアンテナからの電波を受信可能に上記フェーズドアレーアンテナに対向して設置された反射鏡を備えたことを特徴とする請求項1、2、又は3記載のアンテナ装置。
- 上記所望関数の位相面として、上記各素子アンテナの位置座標に関する1次の関数で表される位相面としたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のアンテナ装置。
- 上記所望関数の位相面として、上記各素子アンテナの位置座標に関する2次の関数で表される位相面としたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のアンテナ装置。
- 上記所望関数の位相面として、上記各素子アンテナの位置座標に関する正弦関数で表される位相面としたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のアンテナ装置。
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