JP5206267B2 - 無限移相器アレイ - Google Patents

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Description

本発明は、cos(ωt-ｎθ) 、sin(ωt-ｎθ) 、cos(ωt+ｎθ) 、sin(ωt+ｎθ) などの、位相がｎθで、搬送波間の位相差がθである余弦波、正弦波の集合を生成できる無限移相器アレイに関する。本発明は、電波の放射方向や受信方向を走査できるアレイアンテナを用いたレーダに応用することができる。
下記特許文献１による技術は、フェーズドアレイアンテナにおいて、受信回路に移相器を設けると、移相器による損失が大きくなるという課題を解決するものである。特許文献１の技術は、cos(ωt+θ) と、cos(ωt-θ) の波を、第１及び第２の２本のアンテナから、それぞれ、送出して、第２アンテナにより受信した信号を、第１アンテナの送信信号cos(ωt+θ) で復調し、第１アンテナで受信した信号を、第２アンテナの送信信号cos(ωt-θ) で復調して、合成するものである。この合成信号は、受信角２θでの電波を最大振幅とするものである。これにより、受信信号の損失を防止している。
一方、無限移相器としては、下記特許文献２に記載のように、バランスドミキサ、９０度移相器、合成器により構成された無限移相器が知られている。この無限移相器では、入力信号cos(ωt)と第１制御信号cos(θ) を用いてそれらの積信号を出力し、入力信号の位相を９０度シフトさせたsin(ωt)と、第２制御信号sin(θ) とを用いてそれらの積信号を出力して、それらの積信号の和により、cos(ωt-θ) の信号を生成するものである。
特許第４０１１２３０ 特開２００３−２４３９５９
近年、７７ＧＨｚ帯の車載用ミリ波レーダを用いて、近距離から遠距離までの広距離範囲で且つ広角度範囲の物体を、高感度且つ高分解能で検出する要望が高まっている。この目的のためには、フェーズドアレイ方式が有効である。この方式を実現するには、３以上のｎ本のアンテナを有するアレイアンテナに対する送信信号として、ｎ本の隣接信号間での位相差θを有する搬送波が必要である。すなわち、第ｎ番目のアンテには、cos(ωt-ｎθ）の送信搬送波が必要である。また、復調時には、各ブランチ毎に、復調後の受信信号をＡ／Ｄ変換するディジタルビームフォーミング（ＤＢＦ）においては、漏れ波をキャンセルするために、送信搬送波に直交するsin(ωt-ｎθ）の復調搬送波が必要であり、各ブランチの受信信号を合成して、出力を大きくする送受信フェーズトアレイ方式の場合には、cos(ωt+ｎθ）の復調搬送波が必要となる。
ところが、これらの信号を生成する場合に、特許文献２に記載の無限移相器を、多段に縦続接続することが考えられるが、この場合には、各段毎に、入力信号cos(ωt-ｎθ) から、sin(ωt-ｎθ) を生成する必要があり、各段毎に９０度移相器を必要とした。このため、装置が大型になり、ＩＣの実現を妨げている。
本発明は、上記の課題を解決するものであり、その目的は、各段に、９０度移相器を用いることなく、多段のcos(ωt-ｎθ) 、sin(ωt-ｎθ) 、cos(ωt+ｎθ) 、sin(ωt+ｎθ) 信号を生成することである。これにより、装置を小型化することを目的とする。
本第１の発明は、位相ｎθ（ｎは自然数）を有した余弦波と正弦波とを生成する無限移相器アレイにおいて、cos(ωt)、sin(ωt)の直交波形を生成する直交波形生成器と、cos(θ) 、sin(θ) を生成する関数値生成器と、cos(ωt-ｎθ) 又は、cos(ωt+ｎθ) の第ｎ搬送波と、sin(ωt-ｎθ) 又は、sin(ωt+ｎθ) の第ｎ直交搬送波を生成する第ｎ段搬送波生成器とを有し、ｎ＝１に対する第１段搬送波生成器は、直交波形生成器の出力と、関数値生成器の出力との出力から、第１乗算出力cos(ωt)cos(θ) を得る第１乗算器と、第２乗算出力sin(ωt)sin(θ) を得る第２乗算器と、第３乗算出力cos(ωt)sin(θ) を得る第３乗算器と、第４乗算出力sin(ωt)cos(θ) を得る第４乗算器と、第１乗算器及び第２乗算器の出力から、cos(ωt-θ) 又は、cos(ωt+θ) の第１搬送波を出力する第１搬送波生成器と、第３乗算器及び第４乗算器の出力から、sin(ωt-θ) 又は、sin(ωt+θ) の第１直交搬送波を出力する第１直交搬送波生成器と、を有し、２以上のｎに対する第ｎ段搬送波発生器は、第ｎ−１段搬送波生成器に対して縦続接続され、cos(ωt)に代えて、第ｎ−１段搬送波波生成器の出力であるcos[ωt-(ｎ-1)θ] 又は、cos[ωt+(ｎ-1)θ] の第ｎ−１搬送波と、sin(ωt)に代えて、第ｎ−１段搬送波波生成器の出力であるsin[ωt-(ｎ-1)θ] 又は、sin[ωt+(ｎ-1)θ] の第ｎ−１直交搬送波とを用いて、第１段搬送波生成器と同一構成により、第ｎ搬送波cos(ωt-ｎθ) 又は、cos(ωt+ｎθ) と、第ｎ直交搬送波sin(ωt-ｎθ) 又は、sin(ωt+ｎθ) を出力するものであることを特徴とする。
上記の発明において、cos(θ) 、sin(θ) の関数値発生器は、たとえば、θを数値で設定して、これをＤ／Ａ変換する装置で構成できる。本発明は、cos(ωt ±ｎθ）、sin(ωt ±ｎθ）の、位相差がθの直交関数を生成する装置である。本発明は、送信をフェーズドアレイ、受信をＤＢＦで行うアレイアンテナを用いたレーダに用いることができる。なお、上記のθ、ωｔは、任意点を基準とする変数であるので、上記の関数は、上記の関数のθに、−θ、θ−π／２、θ±πを代入して得られる関数、上記の関数のωｔに、−ωｔ、ωｔ−π／２を代入して得られる関数、上記の関数のθに、−θ、θ−π／２、θ±πの何れかを代入した関数における変数ωｔに、−ωｔ、ωｔ−π／２を代入して得られる関数も、意味するものである。
第２の発明は、位相ｎθ（ｎは自然数）を有した余弦波と正弦波とを生成する無限移相器アレイにおいて、cos(ωt)、sin(ωt)の直交波形を生成する直交波形生成器と、cos(θ) 、sin(θ) を生成する関数値生成器と、cos(ωt-ｎθ) の第ｎ段第１搬送波、cos(ωt+ｎθ) の第ｎ段第２搬送波、sin(ωt-ｎθ) の第ｎ段第１直交搬送波、及び、sin(ωt+ｎθ) の第ｎ段第２直交搬送波を生成する第ｎ段搬送波生成器と、とを有し、ｎ＝１における、第１段搬送波生成器に対しては、直交波形生成器の出力するcos(ωt)と関数値生成器との出力とからcos(ωt)cos(θ) を得る第１段第１乗算器と、直交波形生成器の出力するsin(ωt)と関数値生成器との出力とからsin(ωt)sin(θ) を得る第１段第２乗算器と、直交波形生成器の出力するcos(ωt)と関数値生成器との出力とからcos(ωt)sin(θ) を得る第１段第３乗算器と、直交波形生成器の出力するsin(ωt)と関数値生成器との出力とからsin(ωt)cos(θ) を得る第１段第４乗算器と、第１段第１乗算器と第１段第２乗算器の出力からcos(ωt-θ) の第１段第１搬送波を生成する第１段第１加算器と、第１段第１乗算器と第１段第２乗算器の出力からcos(ωt+θ) の第１段第２搬送波を生成する第１段第１減算器と、第１段第３乗算器と第１段第４乗算器の出力からsin(ωt+θ) の第１段第２直交搬送波を生成する第１段第２加算器と、第１段第３乗算器と第１段第４乗算器の出力からsin(ωt-θ) の第１段第１直交搬送波を生成する第１段第２減算器と、を有し、２以上のｎに対する第ｎ段搬送波発生器は、第ｎ−１段搬送波生成器に対して縦続接続され、第ｎ段搬送波生成器は、第ｎ−１段搬送波波生成器の出力であるcos[ωt-(ｎ-1)θ] の第ｎ−１段第１搬送波と関数値生成器の出力とからcos[ωt-(ｎ-1)θ] cos(θ) を得る第ｎ段第１乗算器と、第ｎ−１段搬送波波生成器の出力であるsin[ωt-(ｎ-1)θ] の第ｎ−１段第１直交搬送波と関数値生成器の出力とからsin[ωt-(ｎ-1)θ] sin(θ) を得る第ｎ段第２乗算器と、第ｎ−１段搬送波波生成器の出力であるcos[ωt+(ｎ-1)θ] の第ｎ−１段第２搬送波と関数値生成器の出力とからcos[ωt+(ｎ-1)θ]cos(θ) を得る第ｎ段第３乗算器と、第ｎ−１段搬送波波生成器の出力であるsin[ωt+(ｎ-1)θ] の第ｎ−１段第２直交搬送波と関数値生成器の出力とからsin[ωt+(ｎ-1)θ] sin(θ) を得る第ｎ段第４乗算器と、第ｎ−１段搬送波波生成器の出力であるcos[ωt+(ｎ-1)θ] の第ｎ−１段第２搬送波と関数値生成器の出力とからcos[ωt+(ｎ-1)θ]sin(θ) を得る第ｎ段第５乗算器と、第ｎ−１段搬送波波生成器の出力であるsin[ωt+(ｎ-1)θ] の第ｎ−１段第２直交搬送波と関数値生成器の出力とからsin[ωt+(ｎ-1)θ]cos(θ) を得る第ｎ段第６乗算器と、第ｎ−１段搬送波波生成器の出力であるcos[ωt-(ｎ-1)θ] の第ｎ−１段第１搬送波と関数値生成器の出力とからcos[ωt-(ｎ-1)θ]sin(θ) を得る第ｎ段第７乗算器と、第ｎ−１段搬送波波生成器の出力であるsin[ωt-(ｎ-1)θ] の第ｎ−１段第１直交搬送波と関数値生成器の出力とからsin[ωt-(ｎ-1)θ]cos(θ) を得る第ｎ段第８乗算器と、第ｎ段第１乗算器と第ｎ段第２乗算器の出力からcos(ωt-ｎθ) の第ｎ段第１搬送波を生成する第ｎ段第１加算器と、第ｎ段第３乗算器と第ｎ段第４乗算器の出力からcos(ωt+ｎθ) の第ｎ段第２搬送波を生成する第ｎ段第１減算器と、第ｎ段第５乗算器と第ｎ段第６乗算器の出力からsin(ωt+ｎθ) の第ｎ段第２直交搬送波を生成する第ｎ段第２加算器と、第ｎ段第７乗算器と第ｎ段第８乗算器の出力からsin(ωt-ｎθ) の第ｎ段第１直交搬送波を生成する第ｎ段第２減算器と、を有することを特徴とする無限移相器アレイである。
本発明は、cos(ωt −ｎθ) 及びcos(ωt ＋ｎθ) 、又は、sin(ωt −ｎθ) 及びsin(ωt ＋ｎθ) の信号を生成する装置である。本発明は、送受信共にフェーズドアレイとするレーダに用いることができる。なお、本発明においても、上記のθ、ωｔは、任意点を原点とする変数であるので、上記の関数は、上記の関数のθに、−θ、θ−π／２、θ±πを代入して得られる関数、上記の関数のωｔに、−ωｔ、ωｔ−π／２を代入して得られる関数、上記の関数のθに、−θ、θ−π／２、θ±πの何れかを代入した関数における変数ωｔに、−ωｔ、ωｔ−π／２を代入して得られる関数も、意味するものである。また、減算器は、異符号の２信号を加算する加算器、加算器は、異符号の２信号を減算する減算器と、等価であるので、両者は、実質的に同一である。
第３の発明は、各乗算器のうちの第１出力と第２出力との２出力の和と差とにより、搬送波、直交搬送波を生成する場合において、第ｎ段搬送波発生器は、第１出力とその反転出力による第１差動増幅器回と、第２出力とその反転出力による第２差動増幅回路との並列接続による差動出力で和出力を得て、第１出力が入力される第１差動増幅器の回路と第２出力の反転出力が入力される第２差動増幅器の回路との並列接続、第１出力の反転出力が入力される第１差動増幅器の回路と第２出力が入力される第２差動増幅器の回路との並列接続とによる差動出力で差出力を得る構成であることを特徴とする。
上記の全発明において、本発明は、モノパルス方式、ＦＭＣＷ方式の何れにも用いることができる。
本発明では、cos(ωt)、sin(ωt)の直交波形を生成するのは、初段においてのみである。したがって、９０度移相器は、１つだけあれば良く、各段毎に必要とはしない。また、各段間にも、位相差θを与える移相器を必要としない。このために、装置を小型化でき、ＩＣの製造に適する。
以下、本発明の具体的な実施例を図を参照しながら説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
図１は、本発明の具体的な一実施例に係る無限移相器アレイの回路図である。図には、３段だけの従続接続回路が表示されているが、実際は、ｎ段の従続接続回路で構成されている。第１段搬送波生成器Ａ１は、信号cos(ωt)を生成する信号生成器１１０と、その信号を増幅する増幅器１１３、増幅器１１３の出力信号を９０度遅延させて信号sin(ωt)を生成する９０度移相器１１２を有している。信号生成器１１０、増幅器１１３、９０度移相器１１２とで、直交波形生成器が構成されている。cos(θ) を生成する関数値生成器１２１、sin(θ) を生成する関数値生成器１２２、−sin(θ) を生成する関数値生成器１２３が設けられている。これらは、数値θを設定して、その値をＤ／Ａ変換する装置である。
第１乗算器１４１は、関数値生成器１２１の出力するcos(θ) と、信号生成器１１０の出力するcos(ωt)との積cos(ωt)cos(θ) を生成するミキサーである。また、第２乗算器１４２は、関数値生成器１２２の出力するsin(θ) と、移相器１１２の出力するsin(ωt)との積sin(ωt)sin(θ) を生成するミキサーである。第３乗算器１４３は、関数値生成器１２３の出力する−sin(θ) と、信号生成器１１０の出力するcos(ωt)との積−cos(ωt)sin(θ) を生成するミキサーである。第４乗算器１４４は、関数値生成器１２１の出力するcos(θ) と、移相器１１２の出力するsin(ωt)との積sin(ωt)cos(θ) を生成するミ キサーである。
第１乗算器１４１の出力と第２乗算器１４２の出力は、第１加算器１５１に入力している。また、第３乗算器１４３の出力と第４乗算器１４４の出力は、第２加算器１５２に入力している。第１加算器１５１の出力は、cos(ωt)cos(θ) ＋sin(ωt)sin(θ) であるので、cos(ωt −θ) となる。第２加算器１５２の出力は、−cos(ωt)sin(θ) ＋sin(ωt)cos(θ) であるので、sin(ωt −θ) となる。第１加算器１５１が第１搬送波生成器、第２加算器１５２が第１直交搬送波生成器を構成している。そして、増幅器１５３、１５４から、第１搬送波cos(ωt −θ) と、これと同位相の第１直交搬送波sin(ωt −θ) が出力される。
第２段搬送波生成器Ａ２は、次のように構成されている。
第１乗算器２４１は、関数値生成器１２１の出力するcos(θ) と、第１段搬送波生成器Ａ１の増幅器１５３の出力（第１搬送生成器１５１の出力）である第１搬送波cos(ωt−θ)との積cos(ωt−θ)cos(θ) を生成するミキサーである。また、第２乗算器２４２は、関数値生成器１２２の出力するsin(θ) と、第１段搬送波生成器Ａ１の増幅器１５４の出力（第１直交搬送波生成器１５２の出力）である第１直交搬送波sin(ωt−θ)との積sin(ωt−θ)sin(θ) を生成するミキサーである。第３乗算器２４３は、関数値生成器１２３の出力する−sin(θ) と、第１段搬送波生成器Ａ１の増幅器１５３の出力（第１搬送生成器１５１の出力）である第１搬送波cos(ωt−θ)との積−cos(ωt−θ)sin(θ) を生成するミキサーである。第４乗算器２４４は、関数値生成器１２１の出力するcos(θ) と、第１段搬送波生成器Ａ１の増幅器１５４の出力（第１直交搬送波生成器１５２の出力）である第１直交搬送波sin(ωt−θ)との積sin(ωt−θ)cos(θ) を生成するミキサーである。
第１乗算器２４１の出力と第２乗算器２４２の出力は、第１加算器２５１に入力している。また、第３乗算器２４３の出力と第４乗算器２４４の出力は、第２加算器２５２に入力している。第１加算器２５１の出力は、cos(ωt−θ)cos(θ) ＋sin(ωt−θ)sin(θ) であるので、cos(ωt −２θ) となる。第２加算器２５２の出力は、−cos(ωt−θ)sin(θ) ＋sin(ωt−θ)cos(θ) であるので、sin(ωt −２θ) となる。第１加算器２５１が第２搬送波生成器、第２加算器２５２が第２直交搬送波生成器となる。そして、増幅器２５３、２５４から、第２搬送波cos(ωt −２θ) と、これと同位相の第２直交搬送波sin(ωt −２θ) が出力される。
第３段搬送波生成器Ａ３は、入力が、第２段搬送波生成器Ａ２の出力である第２搬送波cos(ωt −２θ) と第２直交搬送波sin(ωt −２θ) である点のみが異なり、他の構成は、第２段搬送波生成器Ａ２の構成と同一である。同一機能を有する素子には、百位を３として、十位、一位の数字を同一とする符号で表されている。
このようにして、ｎ段の搬送波生成器を設けることで、ｎ個の搬送波cos(ωt −ｎθ) と、ｎ個の直交搬送波sin(ωt −ｎθ) を生成することができる。このようにして、直交波形生成器として、第１段搬送波生成器Ａ１にのみ９０度遅延移相器１１２を設けるだけ、他の段の搬送波生成器には、９０度移相器を必要としなし、段間で移相をθだけ遅延させる移相器が不要となる。したがって、装置を小型化することができ、本無限移相器アレイのＩＣの製造が可能となる。もちろん、θを−θとして、すなわち、関数値発生器１２２の出力を−sin(θ) として、関数値発生器１２３の出力をsin(θ) とすることで、第ｎ搬送波をcos(ωt ＋ｎθ) 、第ｎ直交搬送をsin(ωt ＋ｎθ) としても良い。
上記実施例において、関数値発生器１２３は、関数値発生器１２２の出力を反転させたものでも良い。また、関数値発生器１２３を設けずに、−sin(θ) の代わりに、関数値発生器１２２の出力sin(θ) を用いて、第２加算器１５２を、減算器で構成しても良い。他の段も同様である。信号生成器１１０は、当然のことながら、信号sin(ωt)を生成するものであっても良い。すなわち、ωｔをωｔ−π／２としても良い。
図２は、実施例２に係る無限移相器アレイの回路図である。図には、２段だけの従続接続回路が表示されているが、実際は、ｎ段の従続接続回路で構成されている。第１段搬送波生成器Ａ１は、信号cos(ωt)を生成する信号生成器１１４と、信号sin(ωt)を生成する信号生成器１１６とを有している。これらの構成は、実施例１と同一である。信号生成器器１１４、１１６とで、直交波形生成器が構成されている。cos(θ) を生成する関数値生成器１３１、sin(θ) を生成する関数値生成器１３２が設けられている。これらは、数値θを設定して、その値をＤ／Ａ変換する装置である。
第１段第１乗算器１４５は、関数値生成器１３１の出力するcos(θ) と、信号生成器１１４の出力するcos(ωt)との積cos(ωt)cos(θ) を生成するミキサーである。また、第１段第２乗算器１４７は、関数値生成器１３２の出力するsin(θ) と、信号生成器１１６のの出力するsin(ωt)との積sin(ωt)sin(θ) を生成するミキサーである。第１段第３乗算器１４９は、関数値生成器１３２の出力するsin(θ) と、信号生成器１１４の出力するcos(ωt)との積cos(ωt)sin(θ) を生成するミキサーである。第１段第４乗算器１５１は、関数値生成器１３１の出力するcos(θ) と、信号生成器１１６の出力するsin(ωt)との積sin(ωt)cos(θ) を生成するミキサーである。
第１段第１乗算器１４５の出力と第１段第２乗算器１４７の出力は、第１段第１加算器１６１に入力している。また、第１段第３乗算器１４９の出力と第１段第４乗算器１５１の出力は、第１段第２加算器１６２に入力している。第１段第１加算器１６１の出力は、cos(ωt)cos(θ) ＋sin(ωt)sin(θ) であるので、第１段第１搬送波であるcos(ωt −θ) となる。第１段第２加算器１６２の出力は、cos(ωt)sin(θ) ＋sin(ωt)cos(θ) であるので、第１段第２直交搬送波であるsin(ωt ＋θ) となる。
第１段第１乗算器１４５の出力と第１段第２乗算器１４７の出力は、第１段第１減算器１６３に入力している。また、第１段第３乗算器１４９の出力と第１段第４乗算器１５１の出力は、第１段第２減算器１６４に入力している。第１段第１減算器１６３の出力は、cos(ωt)cos(θ) −sin(ωt)sin(θ) であるので、第１段第２搬送波であるcos(ωt ＋θ) となる。第１段第２減算器１６４の出力は、−cos(ωt)sin(θ) ＋sin(ωt)cos(θ) であるので、第１段第１直交搬送波であるsin(ωt −θ) となる。
第２段搬送波生成器Ａ２は、次のように構成されている。
第２段第１乗算器２４５は、関数値生成器１３１の出力するcos(θ) と、第１段搬送波生成器Ａ１の出力である第１段第１搬送波cos(ωt−θ)との積cos(ωt−θ)cos(θ) を生成するミキサーである。また、第１段第２乗算器２４６は、関数値生成器１３２の出力するsin(θ) と、第１段搬送波生成器Ａ１の出力である第１段第１直交搬送波sin(ωt−θ)との積sin(ωt−θ)sin(θ) を生成するミキサーである。第２段第３乗算器２４７は、関数値生成器１３１の出力するcos(θ) と、第１段搬送波生成器Ａ１の出力である第１段第２搬送波cos(ωt＋θ)との積cos(ωt＋θ)cos(θ) を生成するミキサーである。第２段第４乗算器２４８は、関数値生成器１３２の出力するsin(θ) と、第１段搬送波生成器Ａ１の出力である第１段第２直交搬送波sin(ωt＋θ)との積sin(ωt＋θ)sin(θ) を生成するミキサーである。
第２段第５乗算器２４９は、関数値生成器１３２の出力するsin(θ) と、第１段搬送波生成器Ａ１の出力である第１段第２搬送波cos(ωt＋θ)との積cos(ωt＋θ)sin(θ) を生成するミキサーである。また、第１段第６乗算器２５０は、関数値生成器１３１の出力するcos(θ) と、第１段搬送波生成器Ａ１の出力である第１段第２直交搬送波sin(ωt＋θ)との積sin(ωt＋θ)cos(θ) を生成するミキサーである。第２段第７乗算器２５１は、関数値生成器１３２の出力するsin(θ) と、第１段搬送波生成器Ａ１の出力である第１段第１搬送波cos(ωt−θ)との積cos(ωt−θ)sin(θ) を生成するミキサーである。第２段第８乗算器２５２は、関数値生成器１３１の出力するcos(θ) と、第１段搬送波生成器Ａ１の出力である第１段第１直交搬送波sin(ωt−θ)との積sin(ωt−θ)css(θ) を生成するミキサーである。
第２段第１乗算器２４５の出力と第２段第２乗算器２４６の出力は、第２段第１加算器２６１に入力している。また、第２段第５乗算器２４９の出力と第２段第６乗算器２５０の出力は、第２段第２加算器２６２に入力している。第２段第１加算器２６１の出力は、cos(ωt−θ)cos(θ) ＋sin(ωt−θ)sin(θ) であるので、第２段第１搬送波であるcos(ωt −２θ) となる。第２段第２加算器２６２の出力は、cos(ωt＋θ)sin(θ) ＋sin(ωt＋θ)cos(θ) であるので、第２段第２直交搬送波であるsin(ωt ＋２θ) となる。
第２段第３乗算器２４７の出力と第２段第４乗算器２４８の出力は、第２段第１減算器２６３に入力している。また、第２段第７乗算器２５１の出力と第２段第８乗算器２５２の出力は、第２段第２減算器２６４に入力している。第２段第１減算器２６３の出力は、cos(ωt＋θ)cos(θ) −sin(ωt＋θ)sin(θ) であるので、第２段第２搬送波であるcos(ωt＋２θ) となる。第２段第２減算器２６４の出力は、−cos(ωt−θ)sin(θ) ＋sin(ωt−θ)cos(θ) であるので、第２段第１直交搬送波であるsin(ωt−２θ) となる。
第３段搬送波生成器Ａ３は、第２段搬送波生成器Ａ２と同一に構成されており、入力搬送波波が、第２段搬送波生成器Ａ２の出力であるcos(ωt−２θ) 、cos(ωt＋２θ) 、sin(ωt−２θ) 、sin(ωt＋２θ) である点においてのみ異なる。
このようにして、ｎ段の搬送波生成器を設けることで、ｎ個の第１搬送波cos(ωt−ｎθ) 及びｎ個の第２搬送波cos(ωt＋ｎθ) と、ｎ個の第１直交搬送波sin(ωt−ｎθ) 及びｎ個の第２直交搬送波sin(ωt＋ｎθ) を生成することができる。このようにして、、cos(ωt)とsin(ωt)を発生する直交波形生成器と、cos(θ) とsin(θ) を生成する関数値生成器とを設けるだけで、上記のように、±ｎθの位相を有した、余弦波、正弦波を生成することができる。したがって、段間において、移相をθだけ遅延させる移相器を必要としないので、装置を小型化することができ、本無限移相器アレイのＩＣの製造が可能となる。
なお、第１段搬送波生成器Ａ１は、cos(ωt−ｎθ) 、cos(ωt＋ｎθ) におけるｎ＝０の場合に相当して、入力搬送波がcos(ω）に、sin(ωt−ｎθ) 、sin(ωt＋ｎθ) におけるｎ＝０の場合に相当して、入力直交搬送波がsin(ωt)に宿約されている点のみ、第２段搬送波生成器Ａ２と異なる。したがって、乗算器の数が第２段搬送波生成器Ａ２に比べて１／２となるが、もちろん、第２段搬送波生成器と、完全に同一構成にして、乗算器を８個用いるようにしても良い。
このような実施例２の構成を採用すると、送受信フェーズトアレイ方式のレーダにおいて、まず、各アンテナ（１〜ｎ）に、cos[ωt−(ｎ−１)θ]の搬送波を供給する。そして、送信回路から受信回路に回り込んだ信号cos[ωt−(ｎ−１)θ−φn] をsin[ωt−(ｎ−１)θ]で復調して、下側帯波だけ抽出する。φn は、第ｎアンテナ系統の送信回路と受信回路による伝播遅延時間に相当する位相である。すると、復調結果は、直流のsin(φn ) となる。この値を、各アンテナ系統毎にオフセット値として記憶しておく。すなわち、回路の遅延位相を知ることができる。
次に、レーダにより距離を測定する場合には、実施例２の本無限位相器アレイにより、ｎ個の第１搬送波cos(ωt−ｎθ) とｎ個の第２搬送波cos(ωt＋ｎθ) とを生成することができる。これにより、各アンテナ（１〜ｎ）の送信変調搬送波をcos(ωt−ｎθ) 、受信復調搬送波をcos(ωt＋ｎθ) として、復調後のｎ本の信号を合成する。この時、各受信系統の受信信号には、位相φnによる遅延が含まれている。この位相が各アンテナ毎に異なると、合成した場合に最大電力が得られないので、この位相φnにより、各受信復調搬送波の位相を進めた、搬送波で復調する。これにより、各アンテナ系統の回路の伝播遅延時間差によるバラツキを補正することができる。
加算器１６１、１６２、２６１、２６２と減算器１６３、１６４、２６３、２６４は、図３の差動増幅回路で構成することができる。各加算器は同一構成であるので、代表して、加算器１６１について説明する。加算器１６１は、トランジスタＴｒ１とＴｒ２から成る差動増幅回路と、トランジスタＴｒ３とＴｒ４とから成る差動増幅回路との並列接続回路で構成されている。すなわち、負荷抵抗Ｒ１を共通にして、トランジスタＴｒ１とＴｒ３とが並列接続され、負荷抵抗Ｒ２を共通にして、トランジスタＴｒ２とＴｒ４とが並列接続されている。ただし、負荷抵抗Ｒ１と、負荷抵抗Ｒ２の抵抗値は等しくＲとする。トランジスタＴｒ１のベースには、信号Ｓ１が印加され、トランジスタＴｒ２のベースには、信号−Ｓ１が印加され、トランジスタＴｒ３のベースには、信号Ｓ２が印加され、トランジスタＴｒ４のベースには信号−Ｓ２が印加されている。したがって、抵抗Ｒ１を流れる電流Ｉ１は、Ｉ0＋Ｇ・（Ｓ１＋Ｓ２）となり、抵抗Ｒ２を流れる電流Ｉ２は、Ｉ0−Ｇ・（Ｓ１＋Ｓ２）となる。ただし、２Ｉ0は、それぞれの電流源の電流である。したがって、正端子出力端１２の電圧は、Ｖｃｃ−Ｒ・［Ｉ0−Ｇ・（Ｓ１＋Ｓ２）］となり、負端子出力１１の電圧は、Ｖｃｃ−Ｒ・［Ｉ0＋Ｇ・（Ｓ１＋Ｓ２）］となる。したがって、差動出力Ｏｕｔ１は、２Ｇ・Ｒ・（Ｓ２＋Ｓ１）となる。信号Ｓ１は、cos(ωt)cos(θ) であり、信号Ｓ２は、sin(ωt)sin(θ) であるので、差動出力Ｏｕｔ１は、２Ｇ・Ｒ・cos(ωt −θ) となる。
また、各減算器は同一構成であるので、代表して、減算器１６３について説明する。減算器１６３は、トランジスタＴｒ５とＴｒ６から成る差動増幅回路と、トランジスタＴｒ７とＴｒ８とから成る差動増幅回路とを、Ｔｒ７とＴｒ８をクロスさせた並列接続回路で構成されている。すなわち、負荷抵抗Ｒ３を共通にして、トランジスタＴｒ５とＴｒ８とが並列接続され、負荷抵抗Ｒ４を共通にして、トランジスタＴｒ６とＴｒ７とが並列接続されている。ただし、負荷抵抗Ｒ３と、負荷抵抗Ｒ４の抵抗値は等しくＲとする。トランジスタＴｒ５のベースには、信号Ｓ１が印加され、トランジスタＴｒ６のベースには、信号−Ｓ１が印加され、トランジスタＴｒ７のベースには、信号Ｓ２が印加され、トランジスタＴｒ８のベースには信号−Ｓ２が印加されている。
したがって、抵抗Ｒ３を流れる電流Ｉ１は、Ｉ0＋Ｇ・（Ｓ１−Ｓ２）となり、抵抗Ｒ４を流れる電流Ｉ２は、Ｉ0＋Ｇ・（−Ｓ１＋Ｓ２）となる。したがって、正端子出力端１４の電圧は、Ｖｃｃ−Ｒ・［Ｉ0＋Ｇ・（−Ｓ１＋Ｓ２）］となり、負端子出力１３の電圧は、Ｖｃｃ−Ｒ・［Ｉ0＋Ｇ・（Ｓ１−Ｓ２）］となる。したがって、差動出力Ｏｕｔ２は、２Ｇ・Ｒ・（Ｓ１−Ｓ２）となる。信号Ｓ１は、cos(ωt)cos(θ) であり、信号Ｓ２は、sin(ωt)sin(θ) であるので、差動出力Ｏｕｔ２は、２Ｇ・Ｒ・cos(ωt ＋θ) となる。
第２段搬送波生成器Ａ２の加算器２６１、２６２と減算器２６３、２６４についても、第１段搬送波生成器Ａ１の加算器１６１と減算器１６３と同一構成である。ただし、第２段搬送波生成器Ａ２においては、信号Ｓ１は、cos(ωt−θ)cos(θ) 、信号Ｓ２は、sin(ωt−θ)sin(θ) である。したがって、差動出力Ｏｕｔ１は、２Ｇ・Ｒ・cos(ωt −２θ) となり、差動出力Ｏｕｔ2 は、２Ｇ・Ｒ・cos(ωt ＋２θ) となる。
他の加算器、減算器も、入力搬送波が異なるだけで、構成及び搬送波を出力する原理は、同一である。
なお、cos(ωt)、sin(ωt)、cos(θ) 、sin(θ) 、cos(ωt-ｎθ) 、cos(ωt+ｎθ) 、sin(ωt-ｎθ) 、sin(ωt+ｎθ) における、θ、ωｔの座標系の原点は、任意である。したがって、上記の関数は、上記の関数のθに、−θ、θ−π／２、θ±πを代入して得られる関数であっても良い。また、上記の関数は、上記の関数のωｔに、−ωｔ、ωｔ−π／２を代入して得られる関数であっても良い。さらに、上記の関数は、上記の関数のθに、−θ、θ−π／２、θ±πの何れかを代入した関数における変数ωｔに、−ωｔ、ωｔ−π／２を代入して得られる関数であっても良い。
本発明は、指向性を制御するために、フェーズドアレイアンテナ装置へ供給する変調搬送波、復調搬送波を生成する装置に用いることができる。
本発明の具体的な実施例１に係る装置の構成を示した回路図。 本発明の具体的な実施例２に係る装置の構成を示した回路図。 実施例２で用いた加算回路及び減算回路の構成を示した回路図。
符号の説明
１２１、１２２…関数値発生装置
１１０…信号生成器
１５１、１５２…加算器
１６１、１６２、２６１、２６２…加算器
１６３、１６４、２６３、２６４…減算器

Claims (3)

  1. 位相ｎθ（ｎは自然数）を有した余弦波と正弦波とを生成する無限移相器アレイにおいて、
    cos(ωt)、sin(ωt)の直交波形を生成する直交波形生成器と、
    cos(θ) 、sin(θ) を生成する関数値生成器と、
    cos(ωt-ｎθ) 又は、cos(ωt+ｎθ) の第ｎ搬送波と、sin(ωt-ｎθ) 又は、sin(ωt+ｎθ) の第ｎ直交搬送波を生成する第ｎ段搬送波生成器とを有し、
    ｎ＝１に対する第１段搬送波生成器は、
    前記直交波形生成器の出力と、前記関数値生成器の出力とから、第１乗算出力cos(ωt)cos(θ) を得る第１乗算器と、第２乗算出力sin(ωt)sin(θ) を得る第２乗算器と、第３乗算出力cos(ωt)sin(θ) を得る第３乗算器と、第４乗算出力sin(ωt)cos(θ) を得る第４乗算器と、前記第１乗算器及び前記第２乗算器の出力から、cos(ωt-θ) 又は、cos(ωt+θ) の第１搬送波を出力する第１搬送波生成器と、前記第３乗算器及び前記第４乗算器の出力から、sin(ωt-θ) 又は、sin(ωt+θ) の第１直交搬送波を出力する第１直交搬送波生成器と、
    を有し、
    ２以上のｎに対する第ｎ段搬送波発生器は、第ｎ−１段搬送波生成器に対して縦続接続され、前記cos(ωt)に代えて、第ｎ−１段搬送波波生成器の出力であるcos[ωt-(ｎ-1)θ] 又は、cos[ωt+(ｎ-1)θ] の第ｎ−１搬送波と、前記sin(ωt)に代えて、第ｎ−１段搬送波波生成器の出力であるsin[ωt-(ｎ-1)θ] 又は、sin[ωt+(ｎ-1)θ] の第ｎ−１直交搬送波とを用いて、前記第１段搬送波生成器と同一構成により、第ｎ搬送波cos(ωt-ｎθ) 又は、cos(ωt+ｎθ) と、第ｎ直交搬送波sin(ωt-ｎθ) 又は、sin(ωt+ｎθ) を出力するものである
    ことを特徴とする無限移相器アレイ。
  2. 位相ｎθ（ｎは自然数）を有した余弦波と正弦波とを生成する無限移相器アレイにおいて、
    cos(ωt)、sin(ωt)の直交波形を生成する直交波形生成器と、
    cos(θ) 、sin(θ) を生成する関数値生成器と、
    cos(ωt-ｎθ) の第ｎ段第１搬送波、cos(ωt+ｎθ) の第ｎ段第２搬送波、sin(ωt-ｎθ) の第ｎ段第１直交搬送波、及び、sin(ωt+ｎθ) の第ｎ段第２直交搬送波を生成する第ｎ段搬送波生成器と、
    とを有し、
    ｎ＝１における、第１段搬送波生成器に対しては、
    前記直交波形生成器の出力するcos(ωt)と前記関数値生成器との出力とからcos(ωt)cos(θ) を得る第１段第１乗算器と、
    前記直交波形生成器の出力するsin(ωt)と前記関数値生成器との出力とからsin(ωt)sin(θ) を得る第１段第２乗算器と、
    前記直交波形生成器の出力するcos(ωt)と前記関数値生成器との出力とからcos(ωt)sin(θ) を得る第１段第３乗算器と、
    前記直交波形生成器の出力するsin(ωt)と前記関数値生成器との出力とからsin(ωt)cos(θ) を得る第１段第４乗算器と、
    第１段第１乗算器と第１段第２乗算器の出力からcos(ωt-θ) の第１段第１搬送波を生成する第１段第１加算器と、
    第１段第１乗算器と第１段第２乗算器の出力からcos(ωt+θ) の第１段第２搬送波を生成する第１段第１減算器と、
    第１段第３乗算器と第１段第４乗算器の出力からsin(ωt+θ) の第１段第２直交搬送波を生成する第１段第２加算器と、
    第１段第３乗算器と第１段第４乗算器の出力からsin(ωt-θ) の第１段第１直交搬送波を生成する第１段第２減算器と、
    を有し、
    ２以上のｎに対する第ｎ段搬送波発生器は、第ｎ−１段搬送波生成器に対して縦続接続され、
    第ｎ段搬送波生成器は、
    第ｎ−１段搬送波波生成器の出力であるcos[ωt-(ｎ-1)θ] の第ｎ−１段第１搬送波と前記関数値生成器の出力とからcos[ωt-(ｎ-1)θ] cos(θ) を得る第ｎ段第１乗算器と、第ｎ−１段搬送波波生成器の出力であるsin[ωt-(ｎ-1)θ] の第ｎ−１段第１直交搬送波と前記関数値生成器の出力とからsin[ωt-(ｎ-1)θ] sin(θ) を得る第ｎ段第２乗算器と、
    第ｎ−１段搬送波波生成器の出力であるcos[ωt+(ｎ-1)θ] の第ｎ−１段第２搬送波と前記関数値生成器の出力とからcos[ωt+(ｎ-1)θ]cos(θ) を得る第ｎ段第３乗算器と、
    第ｎ−１段搬送波波生成器の出力であるsin[ωt+(ｎ-1)θ] の第ｎ−１段第２直交搬送波と前記関数値生成器の出力とからsin[ωt+(ｎ-1)θ] sin(θ) を得る第ｎ段第４乗算器と、
    第ｎ−１段搬送波波生成器の出力であるcos[ωt+(ｎ-1)θ] の第ｎ−１段第２搬送波と前記関数値生成器の出力とからcos[ωt+(ｎ-1)θ]sin(θ) を得る第ｎ段第５乗算器と、
    第ｎ−１段搬送波波生成器の出力であるsin[ωt+(ｎ-1)θ] の第ｎ−１段第２直交搬送波と前記関数値生成器の出力とからsin[ωt+(ｎ-1)θ]cos(θ) を得る第ｎ段第６乗算器と、
    第ｎ−１段搬送波波生成器の出力であるcos[ωt-(ｎ-1)θ] の第ｎ−１段第１搬送波と前記関数値生成器の出力とからcos[ωt-(ｎ-1)θ]sin(θ) を得る第ｎ段第７乗算器と、
    第ｎ−１段搬送波波生成器の出力であるsin[ωt-(ｎ-1)θ] の第ｎ−１段第１直交搬送波と前記関数値生成器の出力とからsin[ωt-(ｎ-1)θ]cos(θ) を得る第ｎ段第８乗算器と、
    第ｎ段第１乗算器と第ｎ段第２乗算器の出力からcos(ωt-ｎθ) の第ｎ段第１搬送波を生成する第ｎ段第１加算器と、
    第ｎ段第３乗算器と第ｎ段第４乗算器の出力からcos(ωt+ｎθ) の第ｎ段第２搬送波を生成する第ｎ段第１減算器と、
    第ｎ段第５乗算器と第ｎ段第６乗算器の出力からsin(ωt+ｎθ) の第ｎ段第２直交搬送波を生成する第ｎ段第２加算器と、
    第ｎ段第７乗算器と第ｎ段第８乗算器の出力からsin(ωt-ｎθ) の第ｎ段第１直交搬送波を生成する第ｎ段第２減算器と、
    を有することを特徴とする無限移相器アレイ。
  3. 前記各乗算器のうちの第１出力と第２出力との２出力の和と差とにより、前記搬送波、前記直交搬送波を生成する場合において、第ｎ段搬送波発生器は、前記第１出力とその反転出力による第１差動増幅器回と、前記第２出力とその反転出力による第２差動増幅回路との並列接続による差動出力で和出力を得て、
    前記第１出力が入力される前記第１差動増幅器の回路と前記第２出力の反転出力が入力される前記第２差動増幅器の回路との並列接続、前記第１出力の反転出力が入力される前記第１差動増幅器の回路と前記第２出力が入力される前記第２差動増幅器の回路との並列接続とによる差動出力で差出力を得る構成である
    ことを特徴とする請求項２に記載の無限移相器アレイ。
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