JP6532017B2 - Phased array transmitter - Google Patents
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Description
本開示は、フェーズドアレイアンテナにより無線信号を送信するフェーズドアレイ送信装置に関する。 The present disclosure relates to a phased array transmission apparatus that transmits a wireless signal by a phased array antenna.
フェーズドアレイアンテナ技術は、無線通信装置やレーダ装置において広範に用いられている技術であり、送信装置に本技術を適用することによって、指向性ビームの形成とビームの電子的走査とが可能となる。例えば、無線通信装置に適用すると、ビームを形成してアンテナ利得を向上させ、かつこれを走査することによって結果として通信エリアのレンジを拡張する、あるいは、基地局において収容ユーザ数に応じてカバーエリアを動的に制御することができる。また、レーダ装置に適用すると、フェーズドアレイアンテナによって形成した指向性の鋭いビームを、送信装置から検知対象物に放射させることによって、非検知対象物からの反射(クラッタ反射)を抑制でき、対象物の位置に関する検知精度を向上させることができる。 Phased array antenna technology is a technology widely used in wireless communication devices and radar devices, and application of the present technology to a transmitter enables formation of a directional beam and electronic scanning of the beam. . For example, when applied to a wireless communication device, it forms a beam to improve antenna gain, and by scanning it extends the range of the communication area as a result, or covers an area according to the number of users accommodated in a base station Can be controlled dynamically. In addition, when applied to a radar device, reflection from a non-detection target (clutter reflection) can be suppressed by causing a directional object to emit a sharp sharp beam formed by a phased array antenna from the transmitter to the detection target, and thus the target It is possible to improve the detection accuracy regarding the position of
フェーズドアレイアンテナ技術を用いた送信装置は、複数のアンテナ素子をアレイ状に配置して、各アンテナ素子に給電する複数の並列送信系統(以下「送信ブランチ」という)の各位相と振幅を適切に制御することで、所望の指向性利得を得る。なお、各送信ブランチの位相と振幅とは高精度な制御が必要である。各送信ブランチの位相または振幅の制御に誤差が生じると、ビームの形状が崩れ、主ビームのアンテナ利得の劣化や不要方向への強い放射ビーム等が発生し、システム特性が劣化する。 In a transmitting apparatus using phased array antenna technology, a plurality of antenna elements are arranged in an array, and each phase and amplitude of a plurality of parallel transmission systems (hereinafter referred to as “transmission branches”) feeding power to each antenna element are appropriately selected. The desired directional gain is obtained by control. The phase and amplitude of each transmission branch need to be controlled with high precision. If an error occurs in the control of the phase or amplitude of each transmission branch, the beam shape is broken, the antenna gain of the main beam is degraded, a strong radiation beam in the unnecessary direction, etc. is generated, and the system characteristics are degraded.
フェーズドアレイアンテナを用いた無線送信において、送信ブランチ間の位相と振幅との制御に誤差が生じる場合には、誤差を補正する技術が求められる。誤差を生じる原因には、例えば、回路実装上の使用部品の性能バラツキ、集積回路上のプロセスバラツキ、使用環境(例えば、温度)による変化、各送信ブランチに使用する電源の性能バラツキ、といった様々な要因が考えられる。 In radio transmission using a phased array antenna, when an error occurs in control of phase and amplitude between transmission branches, a technique for correcting the error is required. The causes of errors include, for example, performance variations of components used in circuit mounting, process variations on integrated circuits, variations due to usage environment (eg, temperature), and performance variations of power supplies used for each transmission branch. A factor can be considered.
フェーズドアレイアンテナを用いた無線送信において、位相誤差および振幅誤差を補正する技術としては、例えば特許文献1〜3に示された従来例がある。
As a technique for correcting a phase error and an amplitude error in wireless transmission using a phased array antenna, for example, there are conventional examples shown in
特許文献1に開示されたアレーアンテナ送信装置および受信装置は、複数のアンテナに各々給電するRF送信部(無線送信部)を備えてビームを形成する。そして、特許文献1では、各送信ブランチの位相および振幅の誤差を検出するために、キャリブレーション用RF受信部(キャリブレーション用無線受信部)、高速フーリエ変換部、およびキャリブレーション値測定部を備える。これらの構成により、切り替えスイッチによって抜き出した各送信ブランチの送信信号を順次受信処理し、誤差検出と補正のためのキャリブレーション値を算出する。そして、特許文献1に開示されたアレーアンテナ送信装置および受信装置は、算出されたキャリブレーション値に基づいて、各送信ブランチへのフィードバックすることにより、位相誤差および振幅誤差を補正する。
The array antenna transmitter and receiver disclosed in
また、特許文献2に開示された通信装置は、各送信ブランチの位相および振幅の誤差を検出するためのキャリブレーション部と、RF・IF部(無線周波数ベースバンド周波数変換部)、検波部、キャリブレーションウエイト算出部を備える。特許文献2に開示された通信装置では、カプラによって抜き出した各送信ブランチの送信信号を順次受信処理し、誤差検出と補正のためのキャリブレーション値を算出して誤差を補正する。
The communication device disclosed in
また、特許文献3に開示されたフェーズドアレーアンテナ装置は、補正位相情報を保存した補正位相記憶装置と、各実時間遅延移相器の遅延時間に関する情報を取得し、各実時間遅延移相器の遅延時間に応じた補正位相を指示する補正位相指示回路とを備える。そして、各送信ブランチ間の位相誤差を、移相器と遅延器とによって補正する。
Further, the phased array antenna device disclosed in
特許文献1から3に開示された技術を含む従来のフェーズドアレイ送信装置では、各送信ブランチの位相誤差および振幅誤差を各々検出するためのキャリブレーション用受信系を設けることにより、回路規模および消費電力が大きくなるという課題があった。また、キャリブレーション用受信系の回路実装時の配線において、位相および振幅の検出誤差が生じることがあった。
In conventional phased array transmitters including the techniques disclosed in
本開示の目的は、フェーズドアレイアンテナによる無線送信において、回路の増大または消費電力の増加を抑制し、実装容易な簡易な構成によって、送信ブランチ間の送信信号の位相誤差および振幅誤差を補正できるフェーズドアレイ送信装置を提供することである。 The object of the present disclosure is to provide a phased array antenna capable of correcting phase errors and amplitude errors of transmission signals between transmission branches by suppressing circuit increase or power consumption increase and facilitating easy configuration in wireless transmission by phased array antenna. An array transmitter is provided.
本開示のフェーズドアレイ送信装置は、M個(Mは3以上の整数)の送信ブランチと、無線周波数の送信信号を送信する送信部と、前記送信信号の位相を調整する位相調整部と、前記送信信号の振幅を調整する振幅調整部と、前記送信部が送信する前記送信信号の一部を抜き出す送信出力検出部と、前記M個の送信ブランチのうち、任意の隣接する2つの送信ブランチのそれぞれの出力を抜き出した前記送信出力検出部からの出力に基づいて、送信ブランチ間の位相および振幅の誤差を検出する誤差検出信号を生成するブランチ間誤差検出部と、前記ブランチ間誤差検出部からの誤差検出信号を記憶する誤差記憶部と、前記ブランチ間誤差検出部からの誤差検出信号に基づいて、N−1番目(NはM以下の整数)の送信ブランチとN番目の送信ブランチ間の位相および振幅の誤差を補正する補正値を算出するとき、前記誤差記憶部に記憶された、N−2番目の送信ブランチより前の隣接する2つの送信ブランチ間の位相および振幅の補正値に基づいて、N−1番目の送信ブランチとN番目の送信ブランチ間の位相および振幅の補正値を算出する補正制御部と、前記補正制御部の位相の誤差を補正する補正値および前記誤差記憶部に記憶された誤差検出信号に基づいて前記位相調整部による前記送信信号の位相の調整を制御する位相制御部と、前記補正制御部の振幅の誤差を補正する補正値および前記誤差記憶部に記憶された誤差検出信号に基づいて前記振幅調整部による前記送信信号の振幅の調整を制御する振幅制御部と、を備え、前記位相調整部及び前記振幅調整部が所定の調整単位を有する場合に、前記ブランチ間誤差検出部は、前記隣接する2つの送信ブランチ間の位相および振幅の誤差を補正する補正値を算出するときに、前記位相調整部および前記振幅調整部の調整単位未満の誤差であって、当該位相調整部および当該振幅調整部の調整後における前記調整単位の倍数のうち当該誤差に最も近い値および2番目に近い値と、当該誤差との差である残留誤差を検出し、前記補正制御部は、前記誤差記憶部に記憶されたN−1番目より小さい番号の送信ブランチの間の前記残留誤差の値に基づいてN−1番目の送信ブランチとN番目の送信ブランチの位相および振幅の補正値を算出するとき、前記誤差記憶部に記憶されたN−2番目とN−1番目の送信ブランチの間の残留誤差の値の正負の符号と、N−1番目の送信ブランチとN番目の送信ブランチの間の残留誤差の値の正負の符号とが反転するように、位相および振幅の補正値を算出する。
また、本開示のフェーズドアレイ送信装置は、M個(Mは3以上の整数)の送信ブランチと、無線周波数の送信信号を送信する送信部と、前記送信信号の位相を調整する位相調整部と、前記送信信号の振幅を調整する振幅調整部と、前記送信部が送信する前記送信信号の一部を抜き出す送信出力検出部と、前記M個の送信ブランチのうち、任意の隣接する2つの送信ブランチのそれぞれの出力を抜き出した前記送信出力検出部からの出力に基づいて、送信ブランチ間の位相および振幅の誤差を検出する誤差検出信号を生成するブランチ間誤差検出部と、前記ブランチ間誤差検出部からの誤差検出信号を記憶する誤差記憶部と、前記ブランチ間誤差検出部からの誤差検出信号に基づいて、N−1番目(NはM以下の整数)の送信ブランチとN番目の送信ブランチ間の位相および振幅の誤差を補正する補正値を算出するとき、前記誤差記憶部に記憶された、N−2番目の送信ブランチより前の隣接する2つの送信ブランチ間の位相および振幅の補正値に基づいて、N−1番目の送信ブランチとN番目の送信ブランチ間の位相および振幅の補正値を算出する補正制御部と、前記補正制御部の位相の誤差を補正する補正値および前記誤差記憶部に記憶された誤差検出信号に基づいて前記位相調整部による前記送信信号の位相の調整を制御する位相制御部と、前記補正制御部の振幅の誤差を補正する補正値および前記誤差記憶部に記憶された誤差検出信号に基づいて前記振幅調整部による前記送信信号の振幅の調整を制御する振幅制御部と、を備え、前記位相調整部及び前記振幅調整部が所定の調整単位を有する場合に、前記ブランチ間誤差検出部は、前記隣接する2つの送信ブランチ間の位相および振幅の誤差を補正する補正値を算出するときに、前記位相調整部および前記振幅調整部の調整単位未満の誤差であって、当該位相調整部および当該振幅調整部の調整後における前記調整単位の倍数のうち当該誤差に最も近い値および2番目に近い値と、当該誤差との差である残留誤差を検出し、前記補正制御部は、前記誤差記憶部に記憶されたN−1番目より小さい番号の送信ブランチの間の前記残留誤差の値に基づいてN−1番目の送信ブランチとN番目の送信ブランチの位相および振幅の補正値を算出するとき、1番目の送信ブランチと2番目の送信ブランチの間の残留誤差から、N−2番目の送信ブランチとN−1番目の送信ブランチの間の残留誤差までの累積値を算出し、当該累積値の正負の符号と、N−1番目の送信ブランチとN番目の送信ブランチの間の残留誤差の値の正負の符号とが反転するように、位相および振幅の補正値を算出する。
また、本開示のフェーズドアレイ送信装置は、M個(Mは3以上の整数)の送信ブランチと、無線周波数の送信信号を送信する送信部と、前記送信信号の位相を調整する位相調整部と、前記送信信号の振幅を調整する振幅調整部と、前記送信部が送信する前記送信信号の一部を抜き出す送信出力検出部と、前記M個の送信ブランチのうち、任意の隣接する2つの送信ブランチのそれぞれの出力を抜き出した前記送信出力検出部からの出力に基づいて、送信ブランチ間の位相および振幅の誤差を検出する誤差検出信号を生成するブランチ間誤差検出部と、前記ブランチ間誤差検出部からの誤差検出信号を記憶する誤差記憶部と、前記ブランチ間誤差検出部からの誤差検出信号に基づいて、N−1番目(NはM以下の整数)の送信ブランチとN番目の送信ブランチ間の位相および振幅の誤差を補正する補正値を算出するとき、前記誤差記憶部に記憶された、N−2番目の送信ブランチより前の隣接する2つの送信ブランチ間の位相および振幅の補正値に基づいて、N−1番目の送信ブランチとN番目の送信ブランチ間の位相および振幅の補正値を算出する補正制御部と、
前記補正制御部の位相の誤差を補正する補正値および前記誤差記憶部に記憶された誤差検出信号に基づいて前記位相調整部による前記送信信号の位相の調整を制御する位相制御部と、前記補正制御部の振幅の誤差を補正する補正値および前記誤差記憶部に記憶された誤差検出信号に基づいて前記振幅調整部による前記送信信号の振幅の調整を制御する振幅制御部と、を備え、前記位相調整部及び前記振幅調整部が所定の調整単位を有する場合に、前記ブランチ間誤差検出部は、前記隣接する2つの送信ブランチ間の位相および振幅の誤差を補正する補正値を算出するときに、前記位相調整部および前記振幅調整部の調整単位未満の誤差であって、当該位相調整部および当該振幅調整部の調整後における前記調整単位の倍数のうち当該誤差に最も近い値および2番目に近い値と、当該誤差との差である残留誤差を検出し、前記補正制御部は、前記誤差記憶部に記憶されたN−1番目より小さい番号の送信ブランチの間の前記残留誤差の値に基づいてN−1番目の送信ブランチとN番目の送信ブランチの位相および振幅の補正値を算出するとき、1番目の送信ブランチと2番目の送信ブランチの間の残留誤差から、N−2番目の送信ブランチとN−1番目の送信ブランチの間の残留誤差までの累積値を算出し、当該累積値と、N−1番目の送信ブランチとN番目の送信ブランチの間の残留誤差の取り得る値とを加算して、加算した値の絶対値が小さくなるように、位相および振幅の補正値を算出する。
A phased array transmission apparatus according to the present disclosure includes M (M is an integer of 3 or more) transmission branches, a transmission unit that transmits a transmission signal of a radio frequency, a phase adjustment unit that adjusts the phase of the transmission signal, An amplitude adjustment unit that adjusts the amplitude of the transmission signal, a transmission output detection unit that extracts a part of the transmission signal that the transmission unit transmits, and any two adjacent transmission branches of the M transmission branches An inter-branch error detection unit that generates an error detection signal for detecting an error in phase and amplitude between transmission branches based on the output from the transmission output detection unit from which each output is extracted, and from the inter-branch error detection unit And an N−1th (N is an integer less than or equal to M) transmission branch and an Nth transmission based on an error storage unit that stores an error detection signal of When calculating a correction value for correcting phase and amplitude errors between branches, correction of phase and amplitude between two adjacent transmission branches prior to the (N-2) th transmission branch stored in the error storage unit A correction control unit that calculates a correction value of the phase and amplitude between the (N−1) th transmission branch and the Nth transmission branch based on the value, a correction value that corrects the phase error of the correction control unit, and the error A phase control unit that controls adjustment of the phase of the transmission signal by the phase adjustment unit based on an error detection signal stored in a storage unit; a correction value that corrects an error in the amplitude of the correction control unit; wherein and a amplitude control section for controlling the adjustment of the amplitude of the transmission signal, the phase adjustment portion and said adjustment amplitude adjusting unit of predetermined by the amplitude adjusting unit based on the error detection signal stored in the When having an order, the inter-branch error detection unit adjusts the phase adjustment unit and the amplitude adjustment unit when calculating a correction value for correcting an error in phase and amplitude between the two adjacent transmission branches. An error less than a unit, which is a difference between the value closest to the error and a value closest to the second among the multiples of the adjustment unit after adjustment of the phase adjustment unit and the amplitude adjustment unit, and the error An error is detected, and the correction control unit is configured to calculate an N−1th transmission branch and an Nth transmission branch based on the value of the residual error between the N−1th smaller transmission branch stored in the error storage unit. When calculating the correction values of the phase and amplitude of the transmission branch of N, the positive / negative sign of the value of the residual error between the (N-2) th and the (N-1) th transmission branches stored in the error storage unit; 1st transmission The phase and amplitude correction values are calculated so that the positive and negative signs of the residual error value between the branch and the Nth transmission branch are inverted .
In addition, the phased array transmission apparatus of the present disclosure includes M (M is an integer of 3 or more) transmission branches, a transmission unit that transmits a transmission signal of a radio frequency, and a phase adjustment unit that adjusts the phase of the transmission signal. An amplitude adjustment unit for adjusting the amplitude of the transmission signal; a transmission output detection unit for extracting a part of the transmission signal transmitted by the transmission unit; and arbitrary two adjacent transmissions among the M transmission branches An inter-branch error detection unit that generates an error detection signal for detecting an error in phase and amplitude between transmission branches based on an output from the transmission output detection unit that extracts each output of a branch, and the inter-branch error detection And an N-1th (N is an integer less than or equal to M) transmission branch and an N-th transmission branch based on an error storage unit for storing an error detection signal from the control unit and an error detection signal from the inter-branch error detection unit. When calculating a correction value for correcting the phase and amplitude errors between the transmission branches of the second phase, the phase and amplitude between two adjacent transmission branches prior to the N-2nd transmission branch stored in the error storage unit. A correction control unit that calculates a correction value of the phase and amplitude between the (N−1) th transmission branch and the Nth transmission branch based on the correction value of (1); a correction value for correcting the phase error of the correction control unit; A phase control unit that controls the adjustment of the phase of the transmission signal by the phase adjustment unit based on the error detection signal stored in the error storage unit; a correction value for correcting an error in the amplitude of the correction control unit; An amplitude control unit for controlling the adjustment of the amplitude of the transmission signal by the amplitude adjustment unit based on the error detection signal stored in the storage unit; and the phase adjustment unit and the amplitude adjustment unit When the adjustment unit is included, the inter-branch error detection unit calculates the correction value for correcting the error of the phase and the amplitude between the two adjacent transmission branches. An error less than the adjustment unit, which is a difference between the value closest to the error and a value closest to the second among the multiples of the adjustment unit after adjustment of the phase adjustment unit and the amplitude adjustment unit, and the error The residual error is detected, and the correction control unit determines the N-1th transmission branch and the N-1th transmission branch based on the value of the residual error between the (N-1) th smaller numbered transmission branch stored in the error storage unit. When calculating the phase and amplitude correction values of the second transmission branch, the N-2th transmission branch and the N-1th transmission branch are obtained from the residual error between the first transmission branch and the second transmission branch. Calculate the cumulative value up to the residual error during the launch, and the positive / negative sign of the cumulative value and the positive / negative sign of the value of the residual error between the N-1st transmission branch and the Nth transmission branch are inverted The phase and amplitude correction values are calculated as follows.
In addition, the phased array transmission apparatus of the present disclosure includes M (M is an integer of 3 or more) transmission branches, a transmission unit that transmits a transmission signal of a radio frequency, and a phase adjustment unit that adjusts the phase of the transmission signal. An amplitude adjustment unit for adjusting the amplitude of the transmission signal; a transmission output detection unit for extracting a part of the transmission signal transmitted by the transmission unit; and arbitrary two adjacent transmissions among the M transmission branches An inter-branch error detection unit that generates an error detection signal for detecting an error in phase and amplitude between transmission branches based on an output from the transmission output detection unit that extracts each output of a branch, and the inter-branch error detection And an N-1th (N is an integer less than or equal to M) transmission branch and an N-th transmission branch based on an error storage unit for storing an error detection signal from the control unit and an error detection signal from the inter-branch error detection unit. When calculating a correction value for correcting the phase and amplitude errors between the transmission branches of the second phase, the phase and amplitude between two adjacent transmission branches prior to the N-2nd transmission branch stored in the error storage unit. A correction control unit that calculates a correction value of phase and amplitude between the (N−1) th transmission branch and the Nth transmission branch based on the correction value of
A phase control unit for controlling the adjustment of the phase of the transmission signal by the phase adjustment unit based on the correction value for correcting the phase error of the correction control unit and the error detection signal stored in the error storage unit; An amplitude control unit for controlling the adjustment of the amplitude of the transmission signal by the amplitude adjustment unit based on a correction value for correcting an error in the amplitude of the control unit and an error detection signal stored in the error storage unit; When the phase adjustment unit and the amplitude adjustment unit have predetermined adjustment units, the inter-branch error detection unit calculates a correction value for correcting an error in phase and amplitude between the two adjacent transmission branches. An error less than the adjustment unit of the phase adjustment unit and the amplitude adjustment unit, the error being the largest among the multiples of the adjustment unit after adjustment of the phase adjustment unit and the amplitude adjustment unit; The residual error, which is the difference between the near value and the second closest value, and the error is detected, and the correction control unit is configured to transmit the N-1th smaller number of transmission branches stored in the error storage unit. When calculating phase and amplitude correction values of the (N−1) th transmission branch and the Nth transmission branch based on the value of the residual error, the residual error between the first transmission branch and the second transmission branch is calculated. , The cumulative value up to the residual error between the (N-2) th transmission branch and the (N-1) th transmission branch, calculate the accumulated value, and between the (N-1) th transmission branch and the N-th transmission branch A possible value of the residual error is added, and correction values of phase and amplitude are calculated so that the absolute value of the added value becomes smaller.
本開示によれば、フェーズドアレイアンテナによる無線送信において、回路の増大または消費電力の増加を抑制し、実装容易な簡易な構成によって、送信ブランチ間の送信信号の位相誤差および振幅誤差を補正できる。 According to the present disclosure, in wireless transmission by a phased array antenna, it is possible to suppress an increase in circuits or an increase in power consumption, and correct phase errors and amplitude errors of transmission signals between transmission branches by a simple configuration that is easy to implement.
<本開示に係る各実施の形態の内容に至る経緯>
先ず、本開示に係るフェーズドアレイ送信装置の実施の形態を説明する前に、フェーズドアレイアンテナにおける位相誤差および振幅誤差の補正技術における課題について説明する。
<Circumstances leading to the contents of each embodiment according to the present disclosure>
First, before describing an embodiment of a phased array transmission apparatus according to the present disclosure, problems in a technique for correcting a phase error and an amplitude error in a phased array antenna will be described.
前述した特許文献1および特許文献2では、キャリブレーション用受信系として、各送信ブランチのループバック信号をダウンコンバート処理し、ディジタル信号処理によって位相誤差および振幅誤差を各々検出する回路を別途設けている。キャリブレーション用受信系は、信号受信系の回路と同様に、送信RF信号(送信無線信号)の受信処理を行う回路であり、回路規模および消費電力が大きくなる課題がある。
In the
また、各送信ブランチのループバック信号をキャリブレーション用受信系に入力する配線において、配線長または付加される寄生素子(他の回路との電気的結合)に違いが生じると、位相および振幅の検出結果に誤差が生じる要因となる。特に、RF信号(無線信号)がマイクロ波またはミリ波といった高周波信号では、キャリブレーション用受信系の配線による誤差要因が大きくなる。例えば、ループバック信号の配線を等長とする、あるいは、シールドを設ける、等の対策を施す必要があり、回路の実装が困難となる課題がある。 In addition, in the wiring for inputting the loopback signal of each transmission branch to the calibration reception system, if there is a difference in the wiring length or the parasitic element to be added (electrical coupling with other circuits), detection of phase and amplitude It is a factor that causes an error in the result. In particular, when the RF signal (radio signal) is a high frequency signal such as a microwave or a millimeter wave, an error factor due to the wiring of the calibration receiving system becomes large. For example, it is necessary to take measures such as making the wiring of the loopback signal equal in length or providing a shield, which causes a problem that the circuit mounting becomes difficult.
また、前述した特許文献3では、実際に各アンテナより送信される送信信号の位相および位相を検出する手段が設けられていない。従って、特許文献3に開示された技術では、温度を含む様々な要因により送信信号の位相および振幅の誤差が時間変化する場合、位相および振幅の誤差を高精度に補正することが困難である。
Moreover, in the
上述した電流出力の高速立ち上げにおける課題を鑑み、本開示では、実装容易な簡易な構成によって実現可能であり、位相誤差および振幅誤差を高精度に補正可能なフェーズドアレイ送信装置を提供する。 In view of the problem in high-speed startup of the current output described above, the present disclosure provides a phased array transmission device that can be implemented with a simple configuration that is easy to mount and that can correct phase errors and amplitude errors with high accuracy.
<本開示に係る実施の形態の説明>
以下に本開示に係るフェーズドアレイ送信装置の実施の形態について説明する。なお、以下の各実施の形態において、同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。以下では、フェーズドアレイアンテナ技術を用いた無線送信装置(フェーズドアレイアンテナによる無線送信装置)を、フェーズドアレイ送信装置と記載する。
<Description of the embodiment according to the present disclosure>
Hereinafter, an embodiment of a phased array transmission apparatus according to the present disclosure will be described. In each of the following embodiments, the same reference numeral is given to the same configuration, and the overlapping description will be omitted. Hereinafter, a wireless transmission device using phased array antenna technology (a wireless transmission device using a phased array antenna) will be referred to as a phased array transmission device.
(第1の実施の形態)
図1は本開示に係る第1の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置の構成を示すブロック図である。第1の実施の形態では、複数の並列送信系統として、2つの送信ブランチを有する構成例を示す。しかしながら、第1の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置は、送信ブランチを3つ以上有する構成にも適用は可能である。
First Embodiment
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a phased array transmission apparatus according to a first embodiment of the present disclosure. The first embodiment shows a configuration example having two transmission branches as a plurality of parallel transmission systems. However, the phased array transmission apparatus of the first embodiment is also applicable to a configuration having three or more transmission branches.
第1の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置は、送信ブランチ101、102、ブランチ間誤差検出部110、送信信号発生部120、補正制御部130、ビーム角制御部140、補正記憶部150、送信部制御部170、位相制御部180、および振幅制御部190を備える。
The phased array transmission apparatus according to the first embodiment includes
送信ブランチ101、102は、フェーズドアレイ送信装置において複数の各アンテナに各々送信信号を給電し、送信信号を無線周波数へアップコンバートするとともに、送信信号の位相および振幅の制御を行う。
In the phased array transmission apparatus, the
送信ブランチ101は、アンテナ部11、送信出力検出部161、送信部171、位相調整部181、および振幅調整部191をを有する。送信ブランチ102は、アンテナ部12、送信出力検出部162、送信部172、位相調整部182、および振幅調整部192を有する。すなわち、送信ブランチ101および102は、同様の構成を有する。
The
アンテナ部11、12は、送信信号を空間に放射する。アンテナ部11および12は、ビームの制御をアンテナ素子の励振係数の相対位相によって行うフェーズドアレイアンテナを構成する。フェーズドアレイアンテナでは、アンテナ単体の指向性、複数のアンテナの配置間隔、各アンテナへ給電される送信信号のレベルと位相によって、送信ビームの形状を決定する。
The
送信出力検出部161、162は、各々アンテナ部11、12の手前のアンテナ端付近に設けられ、給電される送信信号の一部を抜き出して、ブランチ間誤差検出部110に出力する。以下では、送信出力検出部161が送信ブランチ101から抜き出した信号をブランチA信号と称し、送信出力検出部162が送信ブランチ102から抜き出した信号をブランチB信号と称する。送信信号のレベル減少および品質劣化、並びにアンテナ端出力インピーダンスへの影響を考慮して、送信出力検出部161および162が抜き出すブランチAおよびB信号のレベルは、送信信号に対して5分の1程度またはそれ以下となるように設定される。送信出力検出部161、162は、例えば、送信信号の伝送路に対して、電界結合または磁界結合する分布結合線路またはトランス、あるいは、比較的容量値の小さい容量、またはインダクタンス値の大きなチョークインダクタ等の受動回路を結合することによって構成される。
The transmission
送信部171、172は、電力増幅器1713、1723およびミキサ回路1711、1721を有する。電力増幅器1713、1723およびミキサ回路1711、1721は、送信信号を無線周波数帯へアップコンバートし、送信に必要な出力レベルにまで増幅する。
The
位相調整部181、182は、例えば移相器や遅延器等の回路(図示しない)によって構成され、各送信ブランチ101、102における送信信号の位相を調整する。位相調整部181、182は、後述する補正制御部130が生成した移相制御量に基づいて、位相の調整を行う。
The
なお、位相調整部181、182による送信信号の位相調整は、ベースバンド信号と無線周波数信号のどちらに対して行ってもよい。また、位相調整部181、182は、ベースバンド信号をアップコンバートする場合に使用される局部発振信号に対して位相調整を行ってもよい。また、送信部171、172が中間周波数を使用する場合には、位相調整部181、182は当該中間周波数に対して位相調整を行ってもよい。
The phase adjustment of the transmission signal by the
すなわち、図1においては、位相調整部181、182はベースバンド帯の回路に設けられているが、本開示はこれには限定されず、無線周波数帯の回路に設けられてもよい。具体的には、位相調整部181、182は、送信部171、172の内部に設けられてもよいし、または、送信出力検出部161、162と送信部171、172との間に設けられてもよい。あるいは、位相調整部181、182は、図示しない局部発振信号源と、送信部171、172のアップコンバート用のミキサ回路1711、1721との間に設けられてもよい。
That is, in FIG. 1, the
振幅調整部191、192は、例えば可変利得増幅器や可変減衰器等の回路によって構成され、各送信ブランチ101、102における送信信号の振幅を調整する。振幅調整部191、192は、後述する補正制御部130が生成した振幅制御量に基づいて、振幅の調整を行う。
The
なお、振幅調整部191、192による送信信号の振幅調整は、ベースバンド信号と無線周波数信号のどちらに対して行ってもよい。また、振幅調整部191、192は、ベースバンド信号をアップコンバートする場合に使用される局部発振信号に対して振幅調整を行うことで送信信号の振幅を調整してもよい。
The amplitude adjustment of the transmission signal by the
すなわち、図1においては、位相調整部181、182と同様に、振幅調整部191、192は、ベースバンド帯の回路に設けられているが、本開示はこれには限定されず、無線周波数帯の回路に設けられてもよい。つまり、振幅調整部191、192は、送信部171、172の内部に設けられてもよいし、または、送信出力検出部161、162と送信部171、172との間に設けられてもよい。あるいは、振幅調整部191、192は、図示しない局部発振信号源と、送信部171、172のアップコンバート用のミキサ回路1711、1721との間に設けられてもよい。また、振幅調整部191、192は、送信部171、172の電力増幅器1713、1723のバイアス制御によって利得を調整することで実現されてもよい。
That is, in FIG. 1, the
また、送信部171、172、位相調整部181、182、および振幅調整部191、192の配置順については、本開示では限定しない。送信部171、172、位相調整部181、182、および振幅調整部191、192は、図1に示した順番に限らず、どのような順番で配置してもよい。
Further, the arrangement order of the
ブランチ間誤差検出部110は、送信出力検出部161および162から入力される、ブランチAおよびB信号に基づいて、送信ブランチ101および102の送信信号の各出力レベル(振幅)と、2つの送信信号の位相差に関する情報を検出する。そして、ブランチ間誤差検出部110は、検出した情報に基づいて誤差検出信号を生成し、当該誤差検出信号を補正制御部130へ出力する。図1に示すように、ブランチ間誤差検出部110は、送信ブランチ101と送信ブランチ102との間に設けられ、これら送信ブランチ101、102の送信出力検出部161、162と接続されている。ブランチ間誤差検出部110の構成および動作の詳細については後述する。
The inter-branch
送信信号発生部120は、送信しようとする変調されたベースバンド信号を生成し、各送信ブランチ101、102に同じ送信信号を同じタイミングで供給する。
The transmission
ビーム角制御部140は、送信信号の出力レベルと、送信信号を放射したい方向および不要方向への放射量(指向性サイドローブ)の抑圧比等のビーム指向性の要求仕様とに基づいて、送信ブランチ101、102が送信すべき送信信号の移相量および振幅量を算出する。ここで、ビーム角制御部140が算出する、送信ブランチ101、102が送信すべき送信信号の移相量および振幅量を、以下では所要移相量および所要振幅量と称する。
The beam
補正制御部130は、ブランチ間誤差検出部110から入力される送信ブランチ101および102の誤差検出信号に基づいて、送信ブランチ間の位相および振幅に関する誤差量を算出する。そして、補正制御部130は、ビーム角制御部140から入力された所要移相量および所要振幅量の値を当該誤差量によって補正し、移相制御量および振幅制御量を算出する。さらに、補正制御部130は、算出した移相制御量および振幅制御量とに基づいて、各送信ブランチに対して送信信号の出力のオンまたはオフを制御するための出力指示を後述する送信部制御部170に対して出力する。
Based on the error detection signals of the
補正記憶部150は、補正制御部130によって算出された各送信ブランチの位相および振幅の誤差量、あるいは、誤差量に基づく補正値である振幅制御量と移相制御量に関する情報のいずれかを記憶する。また、補正記憶部150は、補正制御部130が新たに誤差量を算出した場合には、記憶している誤差量あるいは補正した移相制御量および振幅制御量に関する情報を更新する。なお、補正記憶部150において移相および振幅の誤差量と移相制御量および振幅制御量の双方を記憶してもよい。
The
送信部制御部170は、補正制御部130の出力指示に従い、送信部171および172に対して、送信ブランチ101、102の送信信号の出力を個別にオンまたはオフする制御を行う。なお、図1においては、送信部制御部170が送信部171、172を制御する例を示したが、本開示はこれには限定されず、例えば送信部制御部170が送信信号発生部120を制御することによって、各送信ブランチ101、102の出力の有無を制御するようにしてもよい。
According to the output instruction of the
位相制御部180は、補正制御部130が算出した移相制御量を用いて生成した移相制御信号を送信し、送信ブランチ101の位相調整部181と送信ブランチ102の位相調整部182を制御する。例えば位相調整部181、182がアナログ電圧値またはディジタル電圧値によって移相量を変化させる場合、位相制御部180は、位相調整部181、182に与える移相制御信号をアナログ電圧値またはディジタル値に変換する。
The
振幅制御部190は、補正制御部130が算出した振幅制御量を用いて生成した振幅制御信号を送信し、送信ブランチ101の振幅調整部191と送信ブランチ102の振幅調整部192を制御する。例えば振幅調整部191、192がアナログ電圧値またはディジタル電圧値によって振幅量を変化させる場合、振幅制御部190は、振幅調整部191、192に与える振幅制御信号をアナログ電圧値またはディジタル値に変換する。
The
補正制御部130および補正記憶部150、並びに、送信部制御部170、位相制御部180、振幅制御部190、ビーム角制御部140は、プロセッサ、メモリを含む情報処理回路によるディジタル信号処理によって実現することができる。具体的には、これらの構成は、プロセッサにおいてソフトウェアプログラムを動作させて所定の処理を実行することによって、各々が有する機能を実現することができる。
The
図2は、図1におけるブランチ間誤差検出部110の構成を示すブロック図である。ブランチ間誤差検出部110は、信号合成部210、検波部220、およびAD変換部230を備える。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the inter-branch
信号合成部210は、送信出力検出部161、162から入力されるブランチA信号(送信ブランチ101の送信信号を一部抜き取った信号)とブランチB信号(送信ブランチ102の送信信号を一部抜き取った信号)の2つの信号を加算する。信号合成部210は、例えば2つの信号を電力合成するウイルキンソン型電力合成器等の受動回路により構成され、2つの送信ブランチ101、102間の分離を確保することができる。2つの送信ブランチ101、102からの入力信号が同位相の場合に、信号合成部210の加算出力は振幅最大となる。一方で、2つの送信ブランチ101、102からの入力信号が逆位相、すなわち180度位相差の場合には、信号合成部210の加算出力は振幅最小となる。
The
検波部220は、信号合成部210の出力端と接続され、信号合成部210の出力レベルを検波して検波信号を出力(測定)する。検波部220は、例えばダイオードまたはFET(電界効果型トランジスタ)による二乗検波器等、簡単かつ小型であり、さらに低消費電力な回路により構成することができる。また、検波部220は、必要に応じて増幅器と検波器とをさらに有し、検波性能を向上するように構成されてもよい。
The
AD変換部230は、検波部220の出力端と接続され、検波部220の出力する検波信号のアナログ電圧を補正制御部130が処理できるディジタル値の誤差検出信号に変換する。AD変換部230は、検波部220が2乗検波または包絡線検波動作によって出力する直流の検波電圧値をディジタル値に変換する直流用の回路等によって構成される。AD変換部230としては、低速動作の回路を利用してもよい。すなわち、AD変換部230としては、送信信号の復調用途に使用されるような変調速度相当、またはそれ以上に高速なサンプリング動作を行う回路は不要である。よってAD変換部230は、簡単かつ小型であり、さらに低消費電力な回路により実現することができる。
The
第1の実施の形態における、各送信ブランチ間の位相誤差および振幅誤差に関する誤差補正の手順について説明する。 The procedure of the error correction regarding the phase error and the amplitude error between each transmission branch in the first embodiment will be described.
第1の手順として、補正制御部130が、送信ブランチ101と送信ブランチ102の送信出力レベルを各々検出する。具体的には、まず、補正制御部130の出力指示に応じて、送信部制御部170は送信ブランチ101に送信信号を送信させる。送信出力検出部161によって送信信号の一部が抜き取られ、ブランチA信号としてブランチ間誤差検出部110に入力される。そして、ブランチ間誤差検出部110は、ブランチA信号に基づいて、送信信号101の送信出力レベル(振幅)を検出する。同様に、補正制御部130の出力指示に応じて、送信部制御部170は送信ブランチ102に送信信号を送信させる。送信出力検出部162によって送信信号の一部が抜き取られ、ブランチB信号としてブランチ間誤差検出部110に入力される。そして、ブランチ間誤差検出部110は、ブランチB信号に基づいて、送信信号102の送信出力レベルを検出する。この際、補正制御部130は、送信ブランチ間誤差が0であると仮定した場合に、すべての送信ブランチの振幅が等しくなるような振幅制御量の初期値を生成して振幅制御部190に出力する。これにより、補正制御部130は、送信ブランチ101、102に対して振幅制御部190への振幅制御量の初期値に対する実際の送信出力レベルを把握することができる。
As a first procedure, the
第2の手順として、補正制御部130は、ブランチ間誤差検出部110から入力される送信ブランチ101および102の誤差検出信号に基づいて、送信ブランチ101、102間の位相誤差量を算出する。
As a second procedure, the
図3は、2つの送信ブランチ101、102の送信信号の位相差と、ブランチ間誤差検出部110からの誤差検出信号との関係を示す特性図である。図3において、横軸は送信ブランチ101、102間の位相差、縦軸はブランチ間誤差検出部110の出力を示す。ブランチ間誤差検出部110から実際に出力される値は、AD変換部230によるAD変換後のディジタル値であるが、図3では簡単のため、検波部220が出力するアナログ電圧値として図示する。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the phase difference between the transmission signals of the two
図3に示すように、ブランチ間位相差を0度から360度まで変化させると、誤差検出信号は位相差が同相となる条件において最大値を示し、位相差が逆相の180度となる条件において最小値を示す。また、誤差検出信号の参照値として、例えば参照電圧値0.3Vの設定では、誤差検出信号が参照値となる位相値(位相差の値)が2つ存在する。
As shown in FIG. 3, when the phase difference between branches is changed from 0 degree to 360 degrees, the error detection signal shows the maximum value under the condition that the phase difference becomes the same phase, and the condition that the phase difference becomes the
図3に示すように、ブランチ間位相差が同相および逆相となる移相制御量は、誤差検出信号が最大値および最小値である場合に得られる。しかし、例えばブランチ間位相差が逆相となる場合では、誤差検出信号がゼロの電圧値、またはゼロに近い値の電圧値となる。ここで、ブランチ間誤差検出部110のAD変換部230が、微小である誤差検出信号を高精度に検出してディジタル値に変換することは困難である。また、例えば位相差が180度から1度だけずれた場合の出力の変化は数ミリボルト程度と小さく、微小な電圧差を検出するためには多くのビット数を有するAD変換回路をAD変換部230に用意する必要があり、回路が大きくなるという課題がある。
As shown in FIG. 3, phase shift control amounts in which the phase differences between the branches are in phase and out of phase are obtained when the error detection signal has the maximum value and the minimum value. However, for example, when the phase difference between the branches is in reverse phase, the error detection signal has a voltage value of zero or a value close to zero. Here, it is difficult for the
このような課題を解決するために、第1の実施の形態では、誤差検出信号に対して検出の困難な微小の電圧値を検出するのではなく、精度確保が容易な参照電圧値を設定し、誤差検出信号の出力が参照電圧値となる位相値に基づいて同相および逆相の移相制御量を得る。すなわち、第1の実施の形態では、位相差に対する誤差検出信号の対称性を利用し、1つの参照電圧値に対応する同値となる2点を検出し、検出した2点の中央値を求め、同相条件および逆相条件に相当する移相制御量を得る。参照電圧値は、例えば、誤差検出信号の出力レベル範囲の中間付近の値として、位相変化に対する誤差検出信号の出力レベル変化が大きくなるように設定すればよい。 In order to solve such a problem, in the first embodiment, a reference voltage value that is easy to ensure accuracy is set instead of detecting a minute voltage value that is difficult to detect for the error detection signal. The phase shift control amount of the in-phase and the anti-phase is obtained based on the phase value at which the output of the error detection signal becomes the reference voltage value. That is, in the first embodiment, using the symmetry of the error detection signal with respect to the phase difference, two points having the same value corresponding to one reference voltage value are detected, and the median value of the detected two points is determined. A phase shift control amount corresponding to the in-phase condition and the anti-phase condition is obtained. The reference voltage value may be set, for example, as a value near the middle of the output level range of the error detection signal so that the output level change of the error detection signal with respect to the phase change becomes large.
具体的には、第1の実施の形態では、以下のようにして移相制御量を取得する。まず、補正制御部130は、振幅制御部190によって送信ブランチ101と送信ブランチ102の送信出力レベルが同程度となるように調整する。次に、補正制御部130は、位相制御部180によって位相調整部181の移相量を固定するとともに、位相調整部182の移相量を制御し、送信ブランチ間の位相差を0度から360度まで変化させる。
Specifically, in the first embodiment, the phase shift control amount is acquired as follows. First, the
これにより、補正制御部130は、ブランチ間誤差検出部110からの誤差検出信号があらかじめ設定した参照電圧値となる第1および第2の参照移相制御量(2つの参照移相制御量(1)および(2))を取得する。
Thereby, the
最後に、補正制御部130は、位相調整部182に対する第1および第2の参照移相制御量と、位相変化に対する誤差検出信号の出力レベル変化の関係から、送信ブランチ間が同相および逆相となる移相制御量を各々算出する。
Finally, the
なお、送信ブランチ間が同相および逆相となる移相制御量は、以下のようにして算出することができる。例えば図3においては、あらかじめ設定する参照電圧値を0.3Vとして、位相制御部180に与える位相調整部182に対する移相制御量を変化させた場合に、図3に示す2つの参照移相制御量AおよびBが得られる。移相制御量をAからBへ変化させたときに誤差検出信号の出力レベルが減少の後増加する場合には、これらの間に逆相条件における最小値が存在すると想定され、移相制御量AとBとの中央値が送信ブランチ間位相差が逆相となる移相制御量Cとなる。また、移相制御量BとAとの中央値が、送信ブランチ間位相差が同相となる移相制御量Dとなる。
The phase shift control amount in which the transmission branches have the same phase and the opposite phase can be calculated as follows. For example, in FIG. 3, when the reference voltage value set in advance is 0.3 V and the phase shift control amount to the
もし反対に、移相制御量をAからBへ変化させたときに誤差検出信号の出力レベルが増加の後減少する場合には、これらの間に同相条件における最大値が存在すると想定される。移相制御量AとBとの中央値が、ブランチ間位相差が同相となる移相制御量D、移相制御量BとAとの間の中央値が、ブランチ間位相差が逆相となる移相制御量Cとなる。 Conversely, if the output level of the error detection signal decreases after increasing when the phase shift control amount is changed from A to B, it is assumed that there is a maximum value in the in-phase condition between them. The median of the phase shift control amounts A and B is the phase shift control amount D where the phase difference between the branches is in phase, the median between the phase shift control amounts B and A is the phase difference between the branches is the opposite phase The phase shift control amount C is
このように上記第2の手順により、例えば各種バラツキの要因により送信部171と送信部172の位相特性が異なる場合であっても、送信ブランチ101と送信ブランチ102をと同相あるいは逆相とするような移相制御量を取得することができる。そして、位相調整部182に対する移相制御量と位相調整部181に対する移相制御量とを比較することによって、送信部171と送信部172の位相誤差量を把握することができる。
As described above, even if the phase characteristics of the transmitting
補正制御部130は、このようにして位相誤差量を算出する。ここで、同相条件によって得られた位相誤差量と逆相条件によって得られた位相誤差量とは、基本的には同じ量となる。よって、一方の条件により得られた位相誤差量をもって、他方の条件により得た位相誤差量の妥当性を評価することができる。但し、例えば位相調整部181、182の非線形性等の要因により、同相条件と逆相条件の位相誤差量が異なる場合もある。同相条件と逆相条件の各々について位相誤差量を補正データとして導出し、0度と180度の間の位相設定に対しては、2つの補正データを基に内挿補間によって補正データを算出することもできる。
The
なお、上述した第2の手順では、最初に送信ブランチ101と送信ブランチ102の送信出力レベルを同じレベルに調整するように説明したが、2つの出力レベルが同じとならなくても、同じ手順により同相および逆相となる移相制御量を得ることができる。従って、送信ブランチ101、102間の振幅誤差が残留している場合、ビーム形成動作時において意図的に送信信号に振幅差を生じさせている場合でも、位相誤差および移相制御量の検出を行うことができる。
In the second procedure described above, it has been described that the transmit power levels of the transmit
また、第2の手順では、位相調整部182を調整して送信ブランチ間の位相差が0度から360度まで変化させるように説明した。しかしながら、位相調整部181を調整する、もしくは位相調整部181と182の両方を調整して、送信ブランチ間の位相差を0度から360度まで変化させるように動作させてもよい。
In the second procedure, the
次に、第3の手順として、補正制御部130は、振幅誤差の補正値と位相誤差の補正値を算出する。具体的には、まず、補正制御部130は、第1の手順において各送信ブランチに対して行った振幅制御部190への振幅制御量に対する実際の送信出力レベルの比較結果に基づいて、各送信ブランチの振幅誤差の補正値を算出する。そして、補正制御部130は、第2の手順によって求めた送信ブランチ間位相差の同相条件および逆相条件の移相制御量に基づいて、各送信ブランチの位相誤差の補正値を算出する。そして、補正制御部130は、振幅誤差の補正値と位相誤差の補正値を補正記憶部150に記憶させる。
Next, as a third procedure, the
補正記憶部150は、振幅補正テーブルおよび位相補正テーブルを保持する。振幅補正テーブルは、ビーム角制御部140より入力される所要振幅量を実現するために、振幅制御部190へ入力するべき各送信ブランチへの振幅制御量の情報を有する。すなわち、振幅補正テーブルは、例えば、所要振幅量としての所定の振幅値に対して、送信ブランチ毎に、各振幅値に対する補正値または振幅制御量が対応づけられたテーブルである。位相補正テーブルは、ビーム角制御部140より入力される所要移相量を実現するために、位相制御部180へ入力するべき各送信ブランチへの移相制御量の情報を有する。すなわち、位相補正テーブルは、例えば、所要移相量としての所定の位相値に対して、送信ブランチ毎に、各位相値に対する補正値または移相制御量が対応付けられたテーブルである。
The
補正制御部130は、補正記憶部150が保持する振幅補正テーブルおよび位相補正テーブルに、算出した振幅補正値と位相補正値を加えて記憶させる。また、補正制御部130は、第1の手順および第2の手順によって振幅誤差および位相誤差に関する補正値を得る度に、補正記憶部150が有する振幅補正テーブルおよび位相補正テーブルを更新する。
The
以上の手順によって、補正制御部130は、各送信ブランチ間の位相誤差および振幅誤差に関する補正値を取得し、補正記憶部150に記憶させる。そして、補正制御部130は、各送信ブランチ101、102に対して、位相補正テーブルと振幅補正テーブルの情報に基づいて位相調整部181、182および振幅調整部191、192を制御し、位相および振幅の誤差を補正する。
According to the above-described procedure, the
これにより、誤差補正がなされた所要の振幅と位相を持つ送信信号を、各送信ブランチ101、102より出力可能である。よって、所望のビーム指向性を得るための位相および振幅の調整において、送信ブランチ間の誤差が抑制された送信ビームを形成できる。
As a result, it is possible to output the transmission signal having the required amplitude and phase which has been subjected to the error correction from each of the
なお、実際の運用では、例えば、環境の変化によって送信ブランチ間の誤差の値が変化するため、上述した誤差補正の手順は定期的に行うようにすればよい。 In an actual operation, for example, since the value of the error between transmission branches changes due to the change of the environment, the above-described procedure of the error correction may be performed periodically.
また、送信ブランチ101、102において、送信信号の出力レベルによって位相誤差が異なる場合は、例えば実使用時に必要となる振幅毎に位相誤差を求めて補正するようにすればよい。位相調整部181、182の移相器における移相特性が非線形である場合は、例えば実使用時に必要となる移相量毎に位相誤差を求めて補正するようにすればよい。
Further, in the
以上のように、第1の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置では、送信ブランチ101と送信ブランチ102の間にブランチ間誤差検出部110を設け、補正制御部130がブランチ間誤差検出部110の出力する誤差検出信号に基づいて複数の送信ブランチ間の位相誤差および振幅誤差を算出し、位相制御部180および振幅制御部190によって位相誤差および振幅誤差を補正する。ブランチ間誤差検出部110は、小型かつ低電力に実装可能な信号合成部、検波部およびAD変換部によって構成することができる。このため、第1の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置では、2つの送信ブランチ間の振幅特性および位相特性の誤差を、簡単な構成を用いて、かつ簡単な手順によって検出し補正することができる。
As described above, in the phased array transmission apparatus according to the first embodiment, the inter-branch
また、第1の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置では、ブランチ間誤差検出部110を小型回路とすることができる。このため、集積回路またはプリント基板上にブランチ間誤差検出部110の回路を実装する場合、送信ブランチ101と送信ブランチ102の回路レイアウトまたは回路実装パターンの間のスペースに、自由度を持って実装することが容易となる。したがって、送信出力検出部161、162からブランチ間誤差検出部110に接続する高周波の信号配線を、短く、かつ等長、対称となるように配線することができ、実装性を高くすることができる。
Further, in the phased array transmission apparatus according to the first embodiment, the inter-branch
これにより、送信信号を抜き出す配線によって生じ得る振幅および位相の検出誤差を低減でき、精度の高い位相および振幅の補正を実現することができる。従って、第1の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置は、例えば回路の製造プロセスによるバラツキ、使用環境(例えば、温度)のバラツキ、動作時の電源電圧のバラツキといった各種バラツキに対する耐性を有する。また、第1の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置は、同様の理由により、バラツキ対策も可能であり、精度良く振幅誤差および位相誤差を検出することができる。 As a result, it is possible to reduce the detection error of the amplitude and the phase that may occur due to the wiring that extracts the transmission signal, and it is possible to realize the phase and the amplitude correction with high accuracy. Therefore, the phased array transmission apparatus according to the first embodiment is resistant to various variations such as variations due to circuit manufacturing processes, variations in use environment (for example, temperature), and variations in power supply voltage during operation. In addition, the phased array transmission apparatus of the first embodiment can also take measures against variations for the same reason, and can accurately detect an amplitude error and a phase error.
また、第1の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置では、送信出力検出部161、162によって各送信ブランチから送信信号の一部を抜き出す構成を有する。これにより、特許文献1に示すようなスイッチ切り替えによって送信信号を抜き出す構成における、スイッチ切り替え時のインピーダンス変化によりアンテナの特性が変化してしまう事態を回避することができる。
Further, in the phased array transmission apparatus according to the first embodiment, the transmission
また、第1の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置では、各送信ブランチの振幅誤差および位相誤差を検出するために、送信信号をベースバンド信号にダウンコンバートして受信処理するキャリブレーション用受信系の回路が不要である。このため、回路の増大、消費電力の増加、コスト増を抑制できる。 Further, in the phased array transmission apparatus according to the first embodiment, in order to detect an amplitude error and a phase error of each transmission branch, a reception system for calibration which down converts a transmission signal into a baseband signal and performs reception processing No circuit is required. Therefore, it is possible to suppress an increase in circuits, an increase in power consumption, and an increase in cost.
また、第1の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置は、各送信ブランチが個別に振幅を調整する手段として振幅調整部191、192を有する。このため、複数アンテナからの送信出力レベルを重み付けすることによって、送信出力レベルを一様とした場合と比較して送信ビームの指向性サイドローブをさらに抑圧することができる。
In addition, the phased array transmission apparatus according to the first embodiment includes
結果として、第1の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置では、送信ブランチ間の振幅位相調整をキャリブレーションすることにより、所望のビーム指向性を得ルことができ、サイドローブ抑圧量の劣化を抑制することができる。第1の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置の構成は、送信信号をミキサによってダウンコンバートする受信系を備える従来方式の構成と比較して、校正に必要な付加回路を小型、低コスト、低電力にて実装することができる。このため、回路を集積化することができ、プリント基板実装においても実装性の高い構成とすることができる。 As a result, in the phased array transmission apparatus according to the first embodiment, the desired beam directivity can be obtained by calibrating the amplitude and phase adjustment between the transmission branches, and the deterioration of the side lobe suppression amount is suppressed. can do. The configuration of the phased array transmission apparatus according to the first embodiment is small in size, low in cost, and low in power of the additional circuit required for calibration as compared with the configuration of the conventional system having a reception system for down converting a transmission signal by a mixer. Can be implemented by Therefore, the circuit can be integrated, and the configuration can be high in mountability also in printed circuit board mounting.
(第2の実施の形態)
図4は本開示の第2の実施の形態に係るフェーズドアレイ送信装置の構成を示すブロック図である。第2の実施の形態では、図1に示した第1の実施の形態の構成を基本として、送信ブランチ数を3つとした構成例を示す。
Second Embodiment
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a phased array transmission apparatus according to a second embodiment of the present disclosure. In the second embodiment, based on the configuration of the first embodiment shown in FIG. 1, a configuration example in which the number of transmission branches is three is shown.
第2の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置は、送信ブランチ101、102に加えて送信ブランチ103を設けた構成である。さらに、ブランチ間誤差検出部111と、ブランチ間誤差検出部110、111と接続される検波部制御部410を設けた構成である。その他の構成は第1の実施の形態と同様であり、図1と同じ番号を付したものは同じ機能を有するため、説明を省略する。
The phased array transmission apparatus according to the second embodiment has a configuration in which a
ブランチ間誤差検出部111は、送信ブランチ102と送信ブランチ103との間に設けられ、これら送信ブランチ102、103の送信出力検出部162、163と接続される。ブランチ間誤差検出部111は、送信出力検出部162および163から入力される信号に基づいて、送信ブランチ102および103の送信信号の各出力レベル(振幅)と2つの信号の位相差に関する情報を検出し、誤差検出信号として補正制御部130へ出力する。ブランチ間誤差検出部111の構成および動作は、図2により説明したブランチ間誤差検出部110と同様である。
The inter-branch
検波部制御部410は、補正制御部130によって算出した各ブランチ間誤差検出部の検出特性の誤差を補正するように、ブランチ間誤差検出部110および111を制御する。検波部制御部410は、ブランチ間誤差検出部110とブランチ間誤差検出部111とが同じ誤差検出特性を有するようにするために、例えば、各ブランチ間誤差検出部の内部にある検波部の回路のバイアスを調整し、検波特性の誤差を補正する。
The detection
以下、第2の実施の形態における、各送信ブランチ間の位相誤差および振幅誤差に関する誤差補正の手順を説明する。第2の実施の形態の基本的な動作は第1の実施の形態と同様である。以下では、第1の実施の形態と異なる部分について主に説明する。 The procedure of the error correction regarding the phase error and the amplitude error between each transmission branch in the second embodiment will be described below. The basic operation of the second embodiment is the same as that of the first embodiment. In the following, portions different from the first embodiment will be mainly described.
第2の実施の形態では、3つの送信ブランチ間の位相誤差および振幅誤差を補正する。そのために、第1の実施の形態に示した手順によって送信ブランチ101と102の間の位相誤差および振幅誤差を検出して補正した後、同じ手順によって送信ブランチ102と103の間の位相誤差および振幅誤差を検出して補正する。すなわち、第2の実施の形態では、3つ以上の送信ブランチ101〜103を備える場合に、隣り合う送信ブランチ間の相対誤差を検出、補正することで、全ての送信ブランチ間の相互の位相誤差および振幅誤差を補正する。
In the second embodiment, phase errors and amplitude errors between three transmission branches are corrected. Therefore, after detecting and correcting the phase error and the amplitude error between the
ここで、精度の良い補正を実現するために、ブランチ間誤差検出部110、111の誤差検出特性が同一であることが重要である。第2の実施の形態では、ブランチ間誤差検出部110、111の検波特性を同一にするために、以下の手順を行う。
Here, in order to realize accurate correction, it is important that the error detection characteristics of the
第1の手順として、補正制御部130は、送信部制御部170によって送信ブランチ101、103をオフとして送信ブランチ102を送信動作させる。送信出力検出部162は、ブランチ間誤差検出部110、111への2つの出力が略同レベルとなるように設計され、送信ブランチ102の送信信号がブランチ間誤差検出部110、111の両方へ同レベルで入力される。
As a first procedure, the
第2の手順として、補正制御部130は、ブランチ間誤差検出部110、111のそれぞれから入力される2つの誤差検出信号を比較して、両者が同じレベルとなるように検波部制御部410に制御を指示する。検波部制御部410は、ブランチ間誤差検出部110、111それぞれが有する検波部のどちらか一方、または両方の検波特性を例えばバイアスによって調整し、ブランチ間誤差検出部110、111のそれぞれが出力する誤差検出信号が同じレベルとなるようにする。
As a second procedure, the
なお、ブランチ間誤差検出部110、111が有する検波部の初期設定として、例えば、検波部制御部410が各検波部のバイアス電流をチェックして、これらが同じとなるように初期調整しておいてもよい。このようにすることで、検波部にある検波回路の検波特性、すなわち入力信号レベルに対する出力検波電圧値の関係を予めある程度揃えておくことができる。これにより、第1の手順の実行前に誤差を小さくしておくことができる。
In addition, as an initial setting of the detection units included in the inter-branch
以上の手順によって、全てのブランチ間誤差検出部が同じ検波特性を有するように補正した後、補正制御部130は、第1の実施の形態と同様にして、各送信ブランチの送信出力レベルを検出する。すなわち、補正制御部130は、送信部制御部170によって全ての送信ブランチ101〜103を順次動作させ、信号レベルを検知し、全ての送信ブランチの出力レベルを検出し、全送信ブランチの送信出力レベルを比較し、送信ブランチ間の振幅誤差を検出する。その後、補正制御部130は、振幅制御部190に各送信ブランチ101〜103の振幅誤差の補正値を算出させ、補正された振幅制御量によって送信ブランチ101〜103の振幅調整部191〜193を各々調整し、振幅特性を補正する。
After correcting all inter-branch error detectors to have the same detection characteristic by the above procedure, the
また、位相誤差についても、第1の実施の形態と同様に、送信ブランチ間の位相誤差量を検出し、位相誤差の補正値を算出し、補正された移相制御量によって送信ブランチ101〜103の位相調整部181〜183を各々調整し、位相特性を補正する。
Further, as for the phase error, as in the first embodiment, the phase error amount between the transmission branches is detected, the correction value of the phase error is calculated, and the
以上のように、第2の実施の形態では、3つ以上のアンテナを使用するフェーズドアレイ送信装置において、第1の実施の形態と同様に全ての送信ブランチ間の振幅特性および位相特性の誤差を検出できる。また、簡単な手順によって、位相誤差および振幅誤差を補正すつことができる。これにより、多くのアンテナを制御することで指向性の高いビームを形成するフェーズドアレイ送信系において、高精度のビーム形成を行うことができる。 As described above, in the second embodiment, in the phased array transmission apparatus using three or more antennas, as in the first embodiment, errors in amplitude characteristics and phase characteristics between all transmission branches are obtained. It can be detected. Also, the phase error and the amplitude error can be corrected by a simple procedure. Thereby, highly accurate beam formation can be performed in a phased array transmission system that forms a highly directional beam by controlling many antennas.
なお、送信ブランチを4つ以上有する構成にも第2の実施の形態において示した構成は適用することができる。例えば、N個の送信ブランチがある場合、送信ブランチ間に(N−1)個のブランチ間誤差検出部を設け、隣り合う送信ブランチ間の位相誤差および振幅誤差を順次検出することによって、全ての送信ブランチ間の誤差を把握して、同様に補正することができる。 The configuration shown in the second embodiment can be applied to a configuration having four or more transmission branches. For example, when there are N transmission branches, all (N-1) inter-branch error detectors are provided between the transmission branches, and phase error and amplitude error between adjacent transmission branches are sequentially detected. The error between the transmission branches can be grasped and corrected similarly.
第2の実施の形態によれば、N個の送信ブランチを有するフェーズドアレイ送信装置に対して、全ての組み合わせ(N×(N−1)/2)についてブランチ間誤差検出部を設ける必要が無く、より少数の(N−1)の回路を設ければよい。これは、隣接する送信ブランチ間のみブランチ間誤差検出部を設けるようにしているからである。したがって、回路の増大や消費電力の増加を抑制することができ、小型であり実装容易な構成によってフェーズドアレイ送信装置全体の誤差を補正することができる。 According to the second embodiment, it is not necessary to provide an inter-branch error detection unit for all combinations (N × (N−1) / 2) for a phased array transmission apparatus having N transmission branches. A smaller number of (N-1) circuits may be provided. This is because the inter-branch error detection unit is provided only between adjacent transmission branches. Therefore, it is possible to suppress an increase in circuits and an increase in power consumption, and it is possible to correct an error of the entire phased array transmission apparatus by a compact and easy-to-implement configuration.
なお、第2の実施の形態では、送信出力検出部162がブランチ間誤差検出部110および111への2つの出力を有し、送信出力検出部161と163はそれぞれ1つのブランチ間誤差検出部110あるいは111への出力を有した非対称な構成とした。しかしながら、本開示は、これには限定されない。例えば、同じ送信信号レベルに対して、各送信出力検出部により抜き出される信号レベルを全て同じとなるようにすれば動作上問題はない。
In the second embodiment, the transmission
また、例えば全てのブランチ間誤差検出部の出力が同じとなるように設計することが実装上難しく、理想的な動作をする回路としての設計が困難であり、検出誤差を生じる場合には、検出誤差を考慮して補正する構成としてもよい。このような場合、回路の設計誤差は予め見込むことができるため、設計誤差を考慮して補正制御部130が位相誤差および振幅誤差を補正する、もしくは検波部制御部410が誤差検出信号を補正するように制御すれば動作上問題はない。
Also, for example, it is difficult to design so that the outputs of all the inter-branch error detection units are the same, and it is difficult to design as a circuit that performs ideal operation, and detection errors occur. Correction may be performed in consideration of an error. In such a case, since the design error of the circuit can be estimated in advance, the
(第3の実施の形態)
図5は、本開示の第3の実施の形態に係るフェーズドアレイ送信装置を含む集積回路の構成を示す図である。第3の実施の形態は、4つの送信ブランチを有するフェーズドアレイ送信系の回路を集積回路に実装した構成例を示す。
Third Embodiment
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of an integrated circuit including a phased array transmission apparatus according to a third embodiment of the present disclosure. The third embodiment shows a configuration example in which a circuit of a phased array transmission system having four transmission branches is implemented in an integrated circuit.
フェーズドアレイ送信装置を構成する集積回路200には、4つの送信ブランチ101、102、103、104の回路が半導体チップ上にレイアウトされて実装されている。送信ブランチ101〜104の端部には、それぞれパッド201、202、203、204が形成され、各パッド201〜204にアンテナ部11、12、13、14がそれぞれ接続される。なお、図5ではアンテナ部11〜14を外部に設けてパッド201〜204に接続する構成を示したが、パッド201〜204を設けずにアンテナ部11〜14を半導体チップ上に形成した構成であってもよい。
In the
各送信ブランチ101〜104は、第1の実施の形態と同様に、送信出力検出部161〜164、送信部171〜174、位相調整部181〜184、および振幅調整部191〜194を有する。また、送信ブランチ101と102との間にブランチ間誤差検出部110、送信ブランチ102と103との間にブランチ間誤差検出部111、送信ブランチ103と104との間にブランチ間誤差検出部112が配置される。
As in the first embodiment, each of the
また、集積回路200には、送信信号発生部120、補正制御部130が配置される。なお、位相制御部180、振幅制御部190を含む回路も同様に集積回路200に配置されるが、図示は省略する。
Further, in the
第3の実施の形態のブランチ間誤差検出部110〜112は、受信信号の処理に用いる受信回路と比較して、簡単な回路により小型に構成でき、小さいスペースに実装可能である。ブランチ間誤差検出部を各送信ブランチの間にレイアウトすることによって、送信出力検出部161〜164からブランチ間誤差検出部110〜112までの配線211〜216を短くすることができる。
The
すなわち、配線引き回しの回避によって、他の回路および配線との間の寄生素子(電気的結合)を低減したレイアウト設計(配線)が可能である。また、各送信ブランチ101〜104からブランチ間誤差検出部110〜112までの配線211〜216の長さを等長にできる。結果として、寄生素子が少なく、信号の位相変化および振幅変化は各配線において同じとなるので、配線引き回しによる振幅誤差、位相誤差を低減でき、高精度の補正が可能となる。
That is, the layout design (wiring) with reduced parasitic elements (electrical coupling) with other circuits and wirings is possible by avoiding the wiring routing. Further, the lengths of the
集積回路200において、配線に寄生素子が生じると、信号の位相および振幅を変化させる要因となり、振幅および位相の検出誤差が発生する。仮に、1系統のキャリブレーション用受信系を設けて各送信ブランチの送信出力を受信検波する構成では、集積回路のどこか1か所に受信部が配置される。このような構成では、各送信ブランチの出力を1か所に設けた受信部の入力まで配線を引き回して接続するため、特に高周波信号に対して配線による位相振幅変化を同じ特性を得ることは困難である。よって、配線による誤差と送信ブランチに内在する誤差との区別が困難であり、精度良いキャリブレーションが困難となる事態が生じる。
In the
これに対し、第3の実施の形態では、送信ブランチ間のブランチ間誤差検出部への配線を短くかつ等長にできるため、回路の配線レイアウトによる誤差を最小限に抑えられる。なお、ブランチ間誤差検出部110〜112と補正制御部130との間を伝送される誤差検出信号は、検波レベルを示すディジタル信号であり、高周波信号ではないため、配線が長くても問題なく、等長配線の制約もない。
On the other hand, in the third embodiment, since the wiring to the inter-branch error detection unit between the transmission branches can be made short and equal in length, the error due to the wiring layout of the circuit can be minimized. The error detection signal transmitted between the
以上のように、第3の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置は、送信ブランチ間の位相誤差と振幅誤差を補正することにより、精度の高い送信ビームを形成可能となり、主ビーム方向の指向性利得を向上させ、不要方向の放射レベルを抑圧できる。例えば、振幅誤差および位相誤差の目標精度としては、サイドローブ抑圧レベルの劣化許容量を3dBとした場合、振幅誤差1dB以下、位相誤差5度以下の精度確保が必要となるが、第3の実施の形態の構成を適用すれば十分に対応可能である。これにより、無線通信における通信エリアの制御、リンクバジェットの改善、あるいは、レーダにおける不要方向からのクラッタ反射またはマルチパスの抑圧による検知精度の向上に有効である。 As described above, the phased array transmitter according to the third embodiment can form a highly accurate transmit beam by correcting the phase error and the amplitude error between the transmit branches, and the directivity gain in the main beam direction can be obtained. To reduce the radiation level in the unwanted direction. For example, as the target accuracy of the amplitude error and the phase error, assuming that the allowable amount of deterioration of the side lobe suppression level is 3 dB, it is necessary to ensure the accuracy of 1 dB or less for the amplitude error and 5 degrees or less for the phase error. It is possible to sufficiently cope with the application of the configuration of the above. This is effective for control of a communication area in wireless communication, improvement of a link budget, or improvement of detection accuracy by clutter reflection from an unnecessary direction in a radar or suppression of multipath.
また、本第3の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置は、簡単な回路によって誤差を検出するブランチ間誤差検出部を実装することができる。このため、回路の低消費電力化を実現することができ、ミリ波帯といった高い周波数の送信信号に対しても精度よく誤差を補正することができ、高い周波数を利用するシステムへの適用が可能である。 Also, the phased array transmission apparatus of the third embodiment can be implemented with an inter-branch error detection unit that detects an error with a simple circuit. Therefore, low power consumption of the circuit can be realized, and the error can be corrected accurately even for a high frequency transmission signal such as a millimeter wave band, and application to a system using high frequency is possible. It is.
また、高周波数帯に適用する場合、ブランチ間誤差検出部および送信出力検出部等の高周波信号を処理する回路部分は、集積化に親和性の高い回路を用いて実装することができるので、システム全体の小型実装が可能である。さらに、ブランチ間誤差検出部といった誤差検出用の回路にバラツキが生じて、補正誤差の要因となる場合にも、誤差検出用の回路自体を補正可能であるため、システム全体として精度の高い振幅および位相の誤差補正が実現できる。 Further, when applied to a high frequency band, a circuit portion that processes high frequency signals, such as an inter-branch error detection unit and a transmission output detection unit, can be implemented using a circuit having high affinity for integration. Small overall mounting is possible. Furthermore, even when the error detection circuit such as the inter-branch error detection unit is dispersed and causes a correction error, the error detection circuit itself can be corrected. Phase error correction can be realized.
(第4の実施の形態)
図6は、本開示の第4の実施の形態に係るフェーズドアレイ送信装置の構成を示すブロック図である。第4の実施の形態では、図1に示した第1の実施の形態の構成を基本として、送信ブランチ数を4つとした構成例を示す。
Fourth Embodiment
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a phased array transmission apparatus according to a fourth embodiment of the present disclosure. In the fourth embodiment, based on the configuration of the first embodiment shown in FIG. 1, a configuration example in which the number of transmission branches is four is shown.
第4の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置は、送信ブランチ101、102に加えて送信ブランチ103、104を、ブランチ間誤差検出部110に加えてブランチ間誤差検出部111、112を有する。さらに、第4の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置は、ブランチ間誤差検出部110、111、112のそれぞれの出力および補正制御部130と接続される誤差記憶部510を有する。その他の構成は第1の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置と同様であり、図1と同じ番号を付したものは同じ機能を有するため、説明を省略する。
The phased array transmission apparatus according to the fourth embodiment includes
ブランチ間誤差検出部111は、送信ブランチ102と送信ブランチ103との間に設けられ、送信出力検出部162、163と接続される。また、ブランチ間誤差検出部112は、送信ブランチ103と送信ブランチ104との間に設けられ、送信出力検出部163、164と接続される。
The inter-branch
ブランチ間誤差検出部111、112はそれぞれ、送信出力検出部162、163、164から入力される信号に基づいて、送信ブランチ102、103及び104の送信信号の各出力レベル(振幅)と位相差に関する情報を検出する。そして、ブランチ間誤差検出部111、112は、検出した情報に基づいて誤差検出信号を生成し、補正制御部130へ出力する。ブランチ間誤差検出部111、112の構成及び動作は、図2に関連して説明したブランチ間誤差検出部110と同様である。
The
以下、第4の実施の形態フェーズドアレイ送信装置における、各送信ブランチ間の位相誤差及び振幅誤差に関する誤差補正の手順を説明する。第4の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置の基本動作は第1の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置と同様であり、ここでは第1の実施の形態と異なる部分を中心に説明する。 The procedure of the error correction regarding the phase error and the amplitude error between each transmission branch in the phased array transmitter according to the fourth embodiment will be described below. The basic operation of the phased array transmission apparatus according to the fourth embodiment is the same as that of the phased array transmission apparatus according to the first embodiment, and here, parts different from the first embodiment will be mainly described.
第4の実施の形態では、4つの送信ブランチ間の位相誤差及び振幅誤差を補正するために、以下のような動作を行う。まず、第1の実施の形態に示した手順によって送信ブランチ101と102の間の位相誤差及び振幅誤差を検出して補正し、同じ手順によって送信ブランチ102と103の間の位相誤差及び振幅誤差を検出して補正する。さらに、同じ手順によって送信ブランチ103と104の間の位相誤差及び振幅誤差を検出して補正することで、全ての送信ブランチ101〜104間の相互の位相誤差及び振幅誤差の補正を行う。
In the fourth embodiment, the following operation is performed to correct the phase error and the amplitude error between the four transmission branches. First, the phase error and the amplitude error between the
ここで、第4の実施の形態では、精度の良い補正を実現するため、補正後に各ブランチ間に残留する位相誤差および振幅誤差に注目する。図7に示すように、位相調整部181〜184および振幅調整部191〜194における位相および振幅の調整をディジタル値によって行う場合、ディジタル値を扱うためにステップ状に非連続な調整となる。このため、第1の実施の形態において説明したような位相誤差及び振幅誤差の補正を行った後に、図7(a)に示す位相調整部または振幅調整部のステップサイズS(本発明の調整単位に対応)以下の誤差が残留してしまう可能性がある。
Here, in the fourth embodiment, in order to realize accurate correction, attention is paid to the phase error and the amplitude error remaining between the branches after the correction. As shown in FIG. 7, when the phase and amplitude adjustment in the
具体的には、例えば図7(b)を参照して説明する。図7(b)において、V2は初期状態での送信ブランチ102の振幅であり、V3は初期状態での送信部探知103の振幅である。ここで、例えばV2とV3との差、すなわち初期状態での送信ブランチ102、103間の振幅誤差は、V2の方がV3よりも+2.3dBだけ大きいとする。そして、振幅調整部191、192の振幅調整ステップサイズが1.0dBであると仮定する。このような場合を想定すると、誤差の補正単位は1.0dB毎となるため、ステップサイズの2倍である2.0dBをV3に足した値から当該振幅誤差の値を見ると、+0.3dBの誤差が残留する。また、ステップサイズの3倍である3.0dBをV3に足した値から見ると、−0.7dBの誤差が残留する。このように、位相調整部または振幅調整部におけるステップサイズ未満の誤差、すなわち位相調整部および振幅調整部に補正しきれない誤差を残留誤差と称する。
Specifically, this will be described with reference to, for example, FIG. 7 (b). In FIG. 7B, V2 is the amplitude of the
ここで、残留誤差の絶対値が最小になるように位相誤差および振幅誤差の補正を行うようにすると、補正後の残留誤差の絶対値は最大で位相調整部および振幅調整部のステップサイズの半分の値(S/2)となる。このとき例えば、ブランチ間誤差検出部110、111、112による補正の結果、全ての補正後の残留誤差の値の正負が同一であった場合には、送信ブランチ101と送信ブランチ104の間の位相誤差および振幅誤差の最大値は3S/2となる。これは、各ブランチ間の残留誤差の最大値S/2が同一符号方向に累積されるからである。残留誤差の影響はN個のブランチのフェーズドアレイ送信装置についても同様に求められ、全てのブランチ間の誤差補正後における1番目とN番目の送信ブランチの間の誤差は、最大で((N−1)×S/2)となる。従って、隣接するブランチ間においては位相誤差および振幅誤差を予め設定した目標値以下に補正したとしても、フェーズドアレイ送信装置全体としての位相誤差および振幅誤差が目標値を超えてしまう事態が生じうる。
Here, if the phase error and the amplitude error are corrected so that the absolute value of the residual error is minimized, the absolute value of the residual error after correction is at most half the step size of the phase adjustment unit and the amplitude adjustment unit. The value of (S / 2). At this time, for example, as a result of the correction by the inter-branch
第4の実施の形態では、このような事態を回避するために、すなわち、補正後の残留誤差がフェーズドアレイ送信装置全体に与える影響を緩和するために、以下の各手順を実行する。 In the fourth embodiment, in order to avoid such a situation, that is, to reduce the influence of the residual error after correction on the entire phased array transmission apparatus, the following procedures are performed.
まず、第4の手順として、ブランチ間誤差検出部110が、送信ブランチ101と送信ブランチ102の間の位相誤差および振幅誤差の検出を行う。補正の方法は、第1の実施の形態において説明した方法と同様の方法を用いればよい。そして、補正制御部130は、位相誤差および振幅誤差の補正後の残留誤差の絶対値が最小値となるように補正値の算出を行う。
First, as a fourth procedure, the inter-branch
次に、第5の手順として、補正制御部130は、第4の手順で算出した補正値を用いて、第1の実施の形態の同様に、位相調整部181、182および振幅調整部191、192を制御する。この状態において、補正制御部130は、ブランチ間誤差検出部110により送信ブランチ101と送信ブランチ102の間に残留する位相誤差および振幅誤差を検出し、その値を誤差記憶部510に記憶させる。
Next, as the fifth procedure, using the correction value calculated in the fourth procedure, the
なお、誤差記憶部510に記憶させる残留誤差の値は、絶対値ではなく、正負の符号を有する値である。残留誤差の値の正負は、例えば以下のように決定すればよい。すなわち、番号が大きい送信ブランチの出力信号の位相および振幅が、番号が小さい送信ブランチの出力信号の位相および振幅より大きい場合の誤差を正の値とし、逆の場合には負の値とする。すなわち、送信ブランチ101と送信ブランチ102と間の残留誤差の値は、送信ブランチ102の出力信号の位相および振幅が送信ブランチ101の出力信号の位相および振幅より大きい場合は正の値とし、小さい場合は負の値とすればよい。
The value of the residual error stored in the
なお、反対に、番号が小さい送信ブランチの出力信号の位相および振幅が、番号が大きい送信ブランチの出力信号の位相および振幅より大きい場合の誤差を正の値としてもよい。すなわち、フェーズドアレイ送信装置においては、全てのブランチ間の誤差補正において同一のルールに従って誤差値の正負の定義を行うようにすればよい。具体的には、送信ブランチ101と送信ブランチ102との間の誤差値を、送信ブランチ102の出力信号の位相および振幅が送信ブランチ101の出力信号の位相および振幅より大きい場合を正の値としたとする。この場合には、送信ブランチ102と送信ブランチ103との間の誤差値においても、同様に送信ブランチ103の出力信号の位相および振幅が送信ブランチ102の出力信号の位相および振幅より大きい場合を正の値としなければならない。それ以降のブランチ間の誤差値においても同様の定義を用いる。
On the contrary, the error may be a positive value when the phase and amplitude of the output signal of the smaller transmission branch are larger than the phase and amplitude of the output signal of the larger transmission branch. That is, in the phased array transmission apparatus, positive and negative definitions of error values may be performed according to the same rule in error correction among all branches. Specifically, the error value between the
次に、第6の手順として、補正制御部130は、ブランチ間誤差検出部111により送信ブランチ102と送信ブランチ103の間の位相誤差および振幅誤差の補正を行う。この際、補正制御部130は、誤差記憶部510に記憶されている送信ブランチ101と送信ブランチ102の間の位相および振幅の残留誤差の正負の符号と送信ブランチ102と送信ブランチ103の間の位相誤差及び振幅誤差の正負の符号とが反転するように、かつ、送信ブランチ102と送信ブランチ103の間の位相誤差及び振幅誤差の絶対値が最小となるように、補正値の算出を行う。すなわち、補正制御部130は、送信ブランチ102と送信ブランチ103の間の位相および振幅の残留誤差が正の値である場合には、送信ブランチ102と送信ブランチ103の間の位相誤差及び振幅誤差が負の値、かつ絶対値が最小となるように、補正値の算出を行う。そして、補正制御部130は、送信ブランチ102と送信ブランチ103の間の残留誤差の値を誤差記憶部510に記憶させる。
Next, as a sixth procedure, the
第6の手順を完了した時点での送信ブランチ101と送信ブランチ103の間の位相誤差および振幅誤差は、送信ブランチ101と送信ブランチ102の間の残留誤差と、送信ブランチ102と送信ブランチ103の間の残留誤差との和となる。上述したように、両者の正負の符号が反転するように送信ブランチ102と送信ブランチ103の誤差補正値が決定されるため、これらの誤差の値が相殺され、結果として、送信ブランチ101と送信ブランチ103の間の位相誤差および振幅誤差の増加が抑制される。
The phase error and the amplitude error between the
以降、第6の手順と同様に、送信ブランチ102と送信ブランチ103の間の残留誤差の値を用いて、送信ブランチ103と送信ブランチ104の間の位相誤差および振幅誤差の補正を行う。このような手順により、複数のブランチ間の位相誤差および振幅誤差が正負のいずれかに偏ることで、フェーズドアレイ送信装置全体での誤差の値が大きくなることを抑制できる。
Thereafter, as in the sixth procedure, the value of the residual error between the
以下、上記説明した第4の実施の形態における補正値の設定方法を、数値を例示して具体的に説明する。なお、簡単のため、振幅誤差についてのみ例示するが、位相誤差についても同様に設定すればよい。また、この例では振幅調整部のステップサイズを1.0dBとする。 Hereinafter, a method of setting the correction value in the fourth embodiment described above will be specifically described by exemplifying numerical values. Although only the amplitude error is illustrated for the sake of simplicity, the phase error may be set similarly. Further, in this example, the step size of the amplitude adjustment unit is 1.0 dB.
まず、送信ブランチ101と送信ブランチ102の間の残留誤差の値が+0.5dBである、すなわち、送信ブランチ101の振幅誤差値の方が送信ブランチ102の振幅誤差値より0.5dBだけ大きいとする。
First, it is assumed that the residual error value between the
次に、送信ブランチ102と送信ブランチ103の間の残留誤差の値は、+0.3dB、あるいは−0.7dBであるとする。上述したように、送信ブランチ101と送信ブランチ102の間の残留誤差の値は正の値である。このため、補正制御部130は、送信ブランチ102と送信ブランチ103の間の残留誤差の値が、負の値である−0.7dBとなるように、振幅誤差の補正値を設定する。
Next, it is assumed that the residual error value between the
さらに、送信ブランチ103と送信ブランチ104の間の残留誤差値は、+0.4dB、あるいは−0.6dBであるとする。上述したように、送信ブランチ102と送信ブランチ103の間の残留誤差の値は負の値である。このため、補正制御部130は、送信ブランチ103と送信ブランチ104の間の残留誤差の値が、正の値である+0.4dBとなるように、振幅誤差の補正値を設定する。
Furthermore, it is assumed that the residual error value between the
以上のように、補正制御部130は、N−2番目とN−1番目の送信ブランチの間の残留誤差の正負の符号と、N−1番目の送信ブランチとN番目の送信ブランチの間の残留誤差の正負の符号とが反転するように補正値を算出する。なお、Nは3以上の整数であり、送信ブランチの数以下の値である。ここで、フェーズドアレイ送信装置全体の残留誤差の値の合計、すなわち送信ブランチ101と送信ブランチ104との間の残留誤差の値は、+0.2dBとなる。また、送信ブランチ間の残留誤差の値の最大値(絶対値)は、送信ブランチ102と送信ブランチ103の間の値である0.7dBとなる。この値は、送信ブランチ101〜104間の残留誤差の値の符号が偏った場合、例えばすべて正の値であった場合の合計値である+1.2dBと比較して小さい値となる。
As described above, the
以上説明したように、第4の実施の形態では、補正制御部130は、N−2番目とN−1番目の送信ブランチの間の残留誤差の正負の符号と、N−1番目の送信ブランチとN番目の送信ブランチの間の残留誤差の正負の符号とが反転するように補正値を算出する。このため、複数のブランチ間の位相誤差および振幅誤差が正負のいずれかに偏ることで、フェーズドアレイ送信装置全体での誤差値が大きくなることを抑制することができる。
As described above, in the fourth embodiment, the
なお、第4の実施の形態では、送信ブランチが4つの場合について説明したが、上記第5の手順と第6の手順とを複数のブランチ間で繰り返すことにより、本開示は送信ブランチを5つ以上有する構成にも適用することができる。 In the fourth embodiment, the case where there are four transmission branches has been described, but the present disclosure can obtain five transmission branches by repeating the fifth procedure and the sixth procedure among a plurality of branches. It is applicable also to the composition which has more than.
(第5の実施の形態)
上記説明した第4の実施の形態においては、誤差記憶部510において、1つ前のブランチ間誤差補正を行った後の残留誤差を記憶し、現在のブランチ間誤差補正の補正値の算出に用いた。第5の実施の形態では、最初に誤差補正が行われるブランチ間から、1つ前に誤差補正が行われるブランチ間までの全てのブランチ間の残留誤差を誤差記憶部510で記憶して現在のブランチ間の補正値の算出に用いる。このような構成により、フェーズドアレイ送信装置全体としての位相誤差および振幅誤差が増大することを抑制できる。なお、第5の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置の各構成は、上述した第4の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置と同一である。補正制御部130が振幅誤差の補正値を算出する際に、送信ブランチ間の残留誤差の値の正負を設定する方法が上述した第4の実施の形態と異なっている。従って、以下では、第4の実施の形態とは異なる手順について説明を行う。
Fifth Embodiment
In the fourth embodiment described above, the
補正制御部130は、第4の実施の形態において説明した第4の手順から第6の手順を実行し、送信ブランチ101と送信ブランチ102の間の誤差補正および送信ブランチ102と送信ブランチ103の間の誤差補正を行う。
The
次に、補正制御部130は第7の手順として、第6の手順で算出された補正値を用いて位相調整部182、183および振幅調整部192、193を制御する。この状態において、補正制御部130は、ブランチ間誤差検出部111を用いて送信ブランチ102と送信ブランチ103の間に残留する位相誤差および振幅誤差を検出する。さらに、補正制御部130は、送信ブランチ102と送信ブランチ103の間のに残留誤差を第5の手順で誤差記憶部510に記憶されている送信ブランチ101と送信ブランチ102の間に残留する位相誤差および振幅誤差と足し合わせる。そして、足し合わせた値を新たに誤差記憶部510に記憶させる。
Next, as a seventh procedure, the
なお、補正制御部130は、送信ブランチ101と送信ブランチ102の間の残留誤差と送信ブランチ102と送信ブランチ103の間の残留誤差とを足し合わせた値を誤差記憶部510に記憶させるのではなく、以下のようにしてもよい。すなわち、補正制御部130は、送信ブランチ101と送信ブランチ102の間の残留誤差および送信ブランチ102と送信ブランチ103の間の残留誤差を、それぞれ個別に誤差記憶部510に記憶させておく。そして、補正制御部130は、後述する補正値の算出の過程において、これらの誤差の和を求めるようにしてもよい。
The
次に、第8の手順として、補正制御部130は、ブランチ間誤差検出部112により送信ブランチ103と送信ブランチ104の間の位相誤差および振幅誤差の補正を行う。この際、補正制御部130は、誤差記憶部510に記憶されている送信ブランチ101と送信ブランチ102の間の残留誤差と送信ブランチ102と送信ブランチ103の間の残留誤差の和の値の正負の符号と、送信ブランチ103と送信ブランチ104の間の位相誤差及び振幅誤差の正負の符号が反転するように、かつ、送信ブランチ103と送信ブランチ104の間の位相誤差及び振幅誤差の絶対値が最小となるように、補正値の算出を行う。すなわち、補正制御部130は、送信ブランチ101と送信ブランチ102の間の残留誤差と、送信ブランチ102と送信ブランチ103の間の残留誤差との和の値が正の値である場合には、送信ブランチ103と送信ブランチ104の間の誤差の値が負の値、かつ絶対値が最小となるように、補正値の算出を行う。そして、補正制御部130は、送信ブランチ102と送信ブランチ103の間の残留誤差の値を誤差記憶部510に記憶させる。
Next, as an eighth procedure, the
すなわち、第5の実施の形態では、補正制御部130は、現在のブランチの1つ前までのブランチ間の残留誤差の累積値(積分値)を算出し、当該累積値の正負の符号と、現在のブランチ間の残留誤差の値の正負の符号とが反転するように補正値を算出する。ここで、現在のブランチの1つ前までのブランチ間の残留誤差の累積値の算出は、第5の手順等において予め誤差記憶部510に記憶された複数のブランチ間の残留誤差の値を用いて行うようにすればよい。
That is, in the fifth embodiment, the
以下、上記説明した第5の実施の形態における補正値の設定方法を、数値を例示して具体的に説明する。なお、簡単のため、振幅誤差についてのみ例示する。 Hereinafter, the setting method of the correction value in the above-described fifth embodiment will be specifically described by exemplifying numerical values. In addition, only the amplitude error is illustrated for simplicity.
まず、送信ブランチ101と送信ブランチ102の間の残留誤差の値が+0.5dBである、すなわち、送信ブランチ101の振幅誤差値の方が送信ブランチ102の振幅誤差値より0.5dBだけ大きいとする。
First, it is assumed that the residual error value between the
次に、送信ブランチ102と送信ブランチ103の間の残留誤差の値は、+0.9dB、あるいは−0.1dBであるとする。上述したように、送信ブランチ101と送信ブランチ102の間の残留誤差の値は正の値である。このため、補正制御部130は、送信ブランチ102と送信ブランチ103の間の残留誤差の値が、負の値である−0.1dBとなるように、振幅誤差の補正値を設定する。
Next, it is assumed that the residual error value between the
ここで、補正制御部130は、送信ブランチ101から送信ブランチ103までの残留誤差の値の累積値を算出し、誤差記憶部510に記憶させる。すなわち、送信ブランチ101と送信ブランチ102の間の残留誤差の値+0.5dBと、送信ブランチ102と送信ブランチ103の間の残留誤差の値が−0.1dBとを累積すると、累積値+0.4dBが得られる。
Here, the
次に、送信ブランチ103と送信ブランチ104の間の残留誤差の値が、+0.8dB、あるいは−0.2dBであるとする。上述したように、送信ブランチ101と送信ブランチ103までの残留誤差の値の累積値は正の値である。このため、補正制御部130は、送信ブランチ103と送信ブランチ104の間の残留誤差の値が負の値である−0.2dBとなるように、振幅誤差の補正値を設定する。
Next, it is assumed that the residual error value between the
補正制御部130は、以上のように現在の送信ブランチ間の残留誤差の値の正負が、1つ前までの送信ブランチ間の残留誤差の値の累積値の正負と反転するように、振幅誤差の補正値を設定する。ここで、フェーズドアレイ送信装置全体の残留誤差の値の合計、すなわち送信ブランチ101と送信ブランチ104との間の残留誤差の値は、+0.2dBとなる。また、送信ブランチ間の残留誤差の値の最大値(絶対値)は、送信ブランチ102と送信ブランチ103の間の値である0.5dBとなる。これらの値は、送信ブランチ101〜104間の残留誤差の値の符号が偏った場合、例えばすべて正の値であった場合の合計値である+2.2dBと比較して小さい値となる。
As described above, the
以上説明したように、第5の実施の形態では、補正制御部130は、現在の送信ブランチ間の残留誤差の値の正負が、1つ前までの送信ブランチ間の残留誤差の値の累積値の正負と反転するように、振幅誤差の補正値を設定する。このため、複数のブランチ間の位相誤差および振幅誤差が正負のいずれかに偏ることで、フェーズドアレイ送信装置全体での誤差値が大きくなることを抑制することができる。
As described above, in the fifth embodiment, the
なお、第5の実施の形態では、送信ブランチが4つの場合について説明したが、本開示は送信ブランチを5つ以上有する構成にも適用することができる。すなわち、例えばN−1番目の送信ブランチとN番目の送信ブランチの間の誤差補正は、1番目の送信ブランチと2番目の送信ブランチの間の補正後の残留誤差から、(N−2)番目の送信ブランチとN−1番目の送信ブランチの間の補正後の残留誤差までの全ての残留誤差の累積値を用いて行うようにすればよい。なお、Nは3以上の整数であり、送信ブランチの数(M)以下の値である。 Although the fifth embodiment has described the case of four transmission branches, the present disclosure can be applied to a configuration having five or more transmission branches. That is, for example, the error correction between the N−1th transmission branch and the Nth transmission branch is the (N−2) th from the residual error after correction between the first transmission branch and the second transmission branch. It should be done using the accumulated value of all the residual errors up to the corrected residual error between the transmission branch and the (N−1) th transmission branch. Here, N is an integer of 3 or more and a value equal to or less than the number (M) of transmission branches.
(第6の実施の形態)
上記説明した第5の実施の形態においては、1つ前までのブランチ間誤差補正後の残留誤差の累積値を、現在のブランチ間誤差補正の補正値の算出に用いた。第6の実施の形態では、1つ前までのブランチ間誤差補正後の残留誤差の累積値と、現在のブランチ間の残留誤差の値との和の絶対値が最小となるように、現在のブランチ間誤差補正値を算出する。このような構成により、フェーズドアレイ送信装置全体としての位相誤差および振幅誤差が増大することを抑制できる。なお、第6の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置の各構成は、上述した第4および5の実施の形態のフェーズドアレイ送信装置と同一である。補正制御部130が振幅誤差の補正値を算出する際に、送信ブランチ間の残留誤差の値の正負を設定する方法が上述した第4および5の実施の形態と異なっている。従って、以下では、第4および5の実施の形態とは異なる手順について説明を行う。
Sixth Embodiment
In the fifth embodiment described above, the accumulated value of the residual error after the previous inter-branch error correction is used for calculation of the current inter-branch error correction correction value. In the sixth embodiment, the current value is calculated so that the absolute value of the sum of the residual value after the previous inter-branch error correction and the value of the residual error between the current branch is minimized. Calculate the inter-branch error correction value. Such a configuration can suppress an increase in phase error and amplitude error in the entire phased array transmission apparatus. The configuration of the phased array transmission apparatus of the sixth embodiment is the same as that of the phased array transmission apparatus of the fourth and fifth embodiments described above. When the
補正制御部130は、第4の実施の形態において説明した第4の手順から第6の手順を実行し、送信ブランチ101と送信ブランチ102の間の誤差補正および送信ブランチ102と送信ブランチ103の間の誤差補正を行う。
The
次に、補正制御部130は第5の実施の形態において説明した第7の手順において、第6の手順で算出された補正値を用いて位相調整部182、183および振幅調整部192、193を制御する。この状態において、補正制御部130は、ブランチ間誤差検出部111を用いて送信ブランチ102と送信ブランチ103の間に残留する位相誤差および振幅誤差を検出する。さらに、補正制御部130は、送信ブランチ102と送信ブランチ103の間のに残留誤差を第5の手順で誤差記憶部510に記憶されている送信ブランチ101と送信ブランチ102の間に残留する位相誤差および振幅誤差と足し合わせる。そして、足し合わせた値を新たに誤差記憶部510に記憶させる。
Next, in the seventh procedure described in the fifth embodiment, the
次に、第5の実施の形態において説明した第8の手順の代わりに、以下説明する第9の手順を実行する。すなわち、補正制御部130は、ブランチ間誤差検出部112により送信ブランチ103と送信ブランチ104の間の位相誤差および振幅誤差の補正を行う。ここで、補正制御部130は、送信ブランチ101と送信ブランチ102の間の残留誤差と送信ブランチ102と送信ブランチ103の間の残留誤差の和の値と、送信ブランチ103と送信ブランチ104の間の誤差の値とを加算する。以下では、送信ブランチ101と送信ブランチ102の間の残留誤差と送信ブランチ102と送信ブランチ103の間の残留誤差の和の値を、送信ブランチ101から送信ブランチ103の残留誤差の累積値と称する。
Next, in place of the eighth procedure described in the fifth embodiment, the ninth procedure described below is performed. That is, the
なお、送信ブランチ103と送信ブランチ104の間の残留誤差の値としては、上述したように正の値と負の値の両方が存在する。従って、補正制御部130は、送信ブランチ101から送信ブランチ103の残留誤差の累積値と、送信ブランチ103と送信ブランチ104の間の誤差値の正負両方の値を足し合わせて、その絶対値が小さくなるように補正値を設定する。そして、補正制御部130は、送信ブランチ102と送信ブランチ103の間の残留誤差の値を誤差記憶部510に記憶させる。
As the value of the residual error between the
以下、上記説明した第6の実施の形態における補正値の設定方法を、数値を例示して具体的に説明する。なお、簡単のため、振幅誤差についてのみ例示する。 Hereinafter, the setting method of the correction value in the sixth embodiment described above will be specifically described by exemplifying numerical values. In addition, only the amplitude error is illustrated for simplicity.
まず、送信ブランチ101と送信ブランチ102の間の残留誤差の値が+0.5dBである、すなわち、送信ブランチ101の振幅誤差値の方が送信ブランチ102の振幅誤差値より0.5dBだけ大きいとする。
First, it is assumed that the residual error value between the
次に、送信ブランチ102と送信ブランチ103の間の残留誤差の値は、+0.8dB、あるいは−0.2dBであるとする。ここで、補正制御部130は、現在の送信ブランチ103の1つ前までの送信ブランチ間残留誤差の値の累積値と、送信ブランチ102と送信ブランチ103との間の残留誤差の値との和を算出する。現在の送信ブランチ103の1つ前までの送信ブランチ間残留誤差の値の累積値は、送信ブランチ101と送信ブランチ102の間の残留誤差の値である+0.5dBである。この値と送信ブランチ102と送信ブランチ103の間の残留誤差の値である+0.8dBあるいは−0.2dBとを加算すると、+1.3dBあるいは+0.3dBとなる。
Next, it is assumed that the residual error value between the
補正制御部130は、このように算出した値のうち、絶対値が小さくなるように補正値を設定する。すなわち、この例では、現在の送信ブランチ103の1つ前までの送信ブランチ間残留誤差の値の累積値と、送信ブランチ102と送信ブランチ103との間の残留誤差の値との和が+0.3dBとなるように補正値を設定する。従って、補正制御部130は、送信ブランチ102と送信ブランチ103の間の残留誤差の値が−0.2dBとなるように補正値を設定する。
The
次に、送信ブランチ103と送信ブランチ104の間の残留誤差の値は、+0.1dB、あるいは−0.9dBであるとする。ここで、補正制御部130は、現在の送信ブランチ104の1つ前までの送信ブランチ間残留誤差の値の累積値と、送信ブランチ103と送信ブランチ104との間の残留誤差の値との和を算出する。現在の送信ブランチ104の1つ前までの送信ブランチ間残留誤差の値の累積値は、送信ブランチ101から送信ブランチ103までの残留誤差の値の累積値である+0.3dBである。この値と送信ブランチ102と送信ブランチ103の間の残留誤差の値である+0.1dBあるいは−0.9dBとを加算すると、+0.4dBあるいは−0.6dBとなる。補正制御部130は、このように算出した値のうち、絶対値が小さくなるように補正値を設定する。すなわち、この例では、現在の送信ブランチ103の1つ前までの送信ブランチ間残留誤差の値の累積値と、送信ブランチ102と送信ブランチ103との間の残留誤差の値との和が+0.4dBとなるように補正値を設定する。従って、補正制御部130は、送信ブランチ102と送信ブランチ103の間の残留誤差の値が+0.1dBとなるように補正値を設定する。
Next, it is assumed that the residual error value between the
補正制御部130は、以上のようにN−2番目の送信ブランチとN−1番目の送信ブランチの間の残留誤差まですべての累積値を算出し、当該累積値と、N−1番目の送信ブランチとN番目の送信ブランチの間の残留誤差の取り得る値とを加算しする。そして、加算した値の絶対値が小さくなるように、位相および振幅の補正値を算出する。ここで、フェーズドアレイ送信装置全体の残留誤差の値の合計、すなわち送信ブランチ101と送信ブランチ104との間の残留誤差の値は、+0.2dBとなる。また、送信ブランチ間の残留誤差の値の最大値(絶対値)は、送信ブランチ102と送信ブランチ103の間の値である0.5dBとなる。この値は、送信ブランチ101〜104間の残留誤差の値の符号が偏った場合、例えばすべて正の値であった場合の合計値である+1.4dBと比較して小さい値となる。
The
以上説明したように、第6の実施の形態では、補正制御部130は、現在の1つ前までの送信ブランチ間の残留誤差の値の累積値と、現在の送信ブランチ間の残留誤差の値とを加算し、加算した値の絶対値が小さくなるように補正値を設定する。このため、複数のブランチ間の位相誤差および振幅誤差が正負のいずれかに偏ることで、フェーズドアレイ送信装置全体での誤差値が大きくなることを抑制することができる。
As described above, in the sixth embodiment, the
本開示は、複数の送信ブランチを有するフェーズドアレイ送信装置に好適である。 The present disclosure is suitable for a phased array transmission apparatus having a plurality of transmission branches.
11、12、13、14 アンテナ部
101、102、103、104 送信ブランチ
110、111、112 ブランチ間誤差検出部
120 送信信号発生部
130 補正制御部
140 ビーム角制御部
150 補正記憶部
161、162、163、164 送信出力検出部
170 送信部制御部
171、172、173、174 送信部
180 位相制御部
181、182、183、184 位相調整部
190 振幅制御部
191、192、193、194 振幅調整部
210 信号合成部
220 検波部
230 AD変換部
410 検波部制御部
510 誤差記憶部
11, 12, 13, 14
Claims (3)
無線周波数の送信信号を送信する送信部と、
前記送信信号の位相を調整する位相調整部と、
前記送信信号の振幅を調整する振幅調整部と、
前記送信部が送信する前記送信信号の一部を抜き出す送信出力検出部と、
前記M個の送信ブランチのうち、任意の隣接する2つの送信ブランチのそれぞれの出力を抜き出した前記送信出力検出部からの出力に基づいて、送信ブランチ間の位相および振幅の誤差を検出する誤差検出信号を生成するブランチ間誤差検出部と、
前記ブランチ間誤差検出部からの誤差検出信号を記憶する誤差記憶部と、
前記ブランチ間誤差検出部からの誤差検出信号に基づいて、N−1番目(NはM以下の整数)の送信ブランチとN番目の送信ブランチ間の位相および振幅の誤差を補正する補正値を算出するとき、前記誤差記憶部に記憶された、N−2番目の送信ブランチより前の隣接する2つの送信ブランチ間の位相および振幅の補正値に基づいて、N−1番目の送信ブランチとN番目の送信ブランチ間の位相および振幅の補正値を算出する補正制御部と、
前記補正制御部の位相の誤差を補正する補正値および前記誤差記憶部に記憶された誤差検出信号に基づいて前記位相調整部による前記送信信号の位相の調整を制御する位相制御部と、
前記補正制御部の振幅の誤差を補正する補正値および前記誤差記憶部に記憶された誤差検出信号に基づいて前記振幅調整部による前記送信信号の振幅の調整を制御する振幅制御部と、
を備え、
前記位相調整部及び前記振幅調整部が所定の調整単位を有する場合に、前記ブランチ間誤差検出部は、前記隣接する2つの送信ブランチ間の位相および振幅の誤差を補正する補正値を算出するときに、前記位相調整部および前記振幅調整部の調整単位未満の誤差であって、当該位相調整部および当該振幅調整部の調整後における前記調整単位の倍数のうち当該誤差に最も近い値および2番目に近い値と、当該誤差との差である残留誤差を検出し、
前記補正制御部は、前記誤差記憶部に記憶されたN−1番目より小さい番号の送信ブランチの間の前記残留誤差の値に基づいてN−1番目の送信ブランチとN番目の送信ブランチの位相および振幅の補正値を算出するとき、前記誤差記憶部に記憶されたN−2番目とN−1番目の送信ブランチの間の残留誤差の値の正負の符号と、N−1番目の送信ブランチとN番目の送信ブランチの間の残留誤差の値の正負の符号とが反転するように、位相および振幅の補正値を算出する、
フェーズドアレイ送信装置。 M (M is an integer of 3 or more) transmission branches,
A transmitter for transmitting a radio frequency transmission signal;
A phase adjustment unit that adjusts the phase of the transmission signal;
An amplitude adjustment unit that adjusts the amplitude of the transmission signal;
A transmission output detection unit that extracts a part of the transmission signal transmitted by the transmission unit;
Error detection for detecting an error in phase and amplitude between transmission branches based on the output from the transmission output detection unit that extracts the respective outputs of any two adjacent transmission branches among the M transmission branches An inter-branch error detection unit that generates a signal;
An error storage unit for storing an error detection signal from the inter-branch error detection unit;
Based on the error detection signal from the inter-branch error detection unit, a correction value for correcting an error in phase and amplitude between the N-1st (N is an integer less than M) transmission branch and the Nth transmission branch is calculated. And the N−1th transmission branch and the Nth transmission branch based on the phase and amplitude correction values between the two adjacent transmission branches prior to the N−2nd transmission branch, stored in the error storage unit. A correction control unit that calculates correction values of phase and amplitude between transmission branches of
A phase control unit for controlling the adjustment of the phase of the transmission signal by the phase adjustment unit based on a correction value for correcting the phase error of the correction control unit and an error detection signal stored in the error storage unit;
An amplitude control unit for controlling the adjustment of the amplitude of the transmission signal by the amplitude adjustment unit based on a correction value for correcting an error in the amplitude of the correction control unit and an error detection signal stored in the error storage unit;
Equipped with
When the phase adjustment unit and the amplitude adjustment unit have predetermined adjustment units, the inter-branch error detection unit calculates a correction value for correcting an error in phase and amplitude between the two adjacent transmission branches. An error less than the adjustment unit of the phase adjustment unit and the amplitude adjustment unit, and a second closest value to the error among multiples of the adjustment unit after adjustment of the phase adjustment unit and the amplitude adjustment unit; Detect a residual error that is the difference between a value close to
The correction control unit is configured to calculate a phase of an N−1th transmission branch and an Nth transmission branch based on the value of the residual error between the N−1th smaller transmission branch stored in the error storage unit. And when calculating the correction value of the amplitude, the positive / negative sign of the value of the residual error between the (N-2) th and the (N-1) th transmission branches stored in the error storage unit, and the (N-1) th transmission branch Calculate the phase and amplitude correction values so that the positive and negative signs of the residual error value between N and the Nth transmission branch are inverted,
Phased array transmitter.
無線周波数の送信信号を送信する送信部と、A transmitter for transmitting a radio frequency transmission signal;
前記送信信号の位相を調整する位相調整部と、A phase adjustment unit that adjusts the phase of the transmission signal;
前記送信信号の振幅を調整する振幅調整部と、An amplitude adjustment unit that adjusts the amplitude of the transmission signal;
前記送信部が送信する前記送信信号の一部を抜き出す送信出力検出部と、A transmission output detection unit that extracts a part of the transmission signal transmitted by the transmission unit;
前記M個の送信ブランチのうち、任意の隣接する2つの送信ブランチのそれぞれの出力を抜き出した前記送信出力検出部からの出力に基づいて、送信ブランチ間の位相および振幅の誤差を検出する誤差検出信号を生成するブランチ間誤差検出部と、Error detection for detecting an error in phase and amplitude between transmission branches based on the output from the transmission output detection unit that extracts the respective outputs of any two adjacent transmission branches among the M transmission branches An inter-branch error detection unit that generates a signal;
前記ブランチ間誤差検出部からの誤差検出信号を記憶する誤差記憶部と、An error storage unit for storing an error detection signal from the inter-branch error detection unit;
前記ブランチ間誤差検出部からの誤差検出信号に基づいて、N−1番目(NはM以下の整数)の送信ブランチとN番目の送信ブランチ間の位相および振幅の誤差を補正する補正値を算出するとき、前記誤差記憶部に記憶された、N−2番目の送信ブランチより前の隣接する2つの送信ブランチ間の位相および振幅の補正値に基づいて、N−1番目の送信ブランチとN番目の送信ブランチ間の位相および振幅の補正値を算出する補正制御部と、Based on the error detection signal from the inter-branch error detection unit, a correction value for correcting an error in phase and amplitude between the N-1st (N is an integer less than M) transmission branch and the Nth transmission branch is calculated. And the N−1th transmission branch and the Nth transmission branch based on the phase and amplitude correction values between the two adjacent transmission branches prior to the N−2nd transmission branch, stored in the error storage unit. A correction control unit that calculates correction values of phase and amplitude between transmission branches of
前記補正制御部の位相の誤差を補正する補正値および前記誤差記憶部に記憶された誤差検出信号に基づいて前記位相調整部による前記送信信号の位相の調整を制御する位相制御部と、A phase control unit for controlling the adjustment of the phase of the transmission signal by the phase adjustment unit based on a correction value for correcting the phase error of the correction control unit and an error detection signal stored in the error storage unit;
前記補正制御部の振幅の誤差を補正する補正値および前記誤差記憶部に記憶された誤差検出信号に基づいて前記振幅調整部による前記送信信号の振幅の調整を制御する振幅制御部と、An amplitude control unit for controlling the adjustment of the amplitude of the transmission signal by the amplitude adjustment unit based on a correction value for correcting an error in the amplitude of the correction control unit and an error detection signal stored in the error storage unit;
を備え、Equipped with
前記位相調整部及び前記振幅調整部が所定の調整単位を有する場合に、前記ブランチ間誤差検出部は、前記隣接する2つの送信ブランチ間の位相および振幅の誤差を補正する補正値を算出するときに、前記位相調整部および前記振幅調整部の調整単位未満の誤差であって、当該位相調整部および当該振幅調整部の調整後における前記調整単位の倍数のうち当該誤差に最も近い値および2番目に近い値と、当該誤差との差である残留誤差を検出し、When the phase adjustment unit and the amplitude adjustment unit have predetermined adjustment units, the inter-branch error detection unit calculates a correction value for correcting an error in phase and amplitude between the two adjacent transmission branches. An error less than the adjustment unit of the phase adjustment unit and the amplitude adjustment unit, and a second closest value to the error among multiples of the adjustment unit after adjustment of the phase adjustment unit and the amplitude adjustment unit; Detect a residual error that is the difference between a value close to
前記補正制御部は、前記誤差記憶部に記憶されたN−1番目より小さい番号の送信ブランチの間の前記残留誤差の値に基づいてN−1番目の送信ブランチとN番目の送信ブランチの位相および振幅の補正値を算出するとき、1番目の送信ブランチと2番目の送信ブランチの間の残留誤差から、N−2番目の送信ブランチとN−1番目の送信ブランチの間の残留誤差までの累積値を算出し、当該累積値の正負の符号と、N−1番目の送信ブランチとN番目の送信ブランチの間の残留誤差の値の正負の符号とが反転するように、位相および振幅の補正値を算出する、The correction control unit is configured to calculate a phase of an N−1th transmission branch and an Nth transmission branch based on the value of the residual error between the N−1th smaller transmission branch stored in the error storage unit. And when calculating the correction value of the amplitude, from the residual error between the first transmission branch and the second transmission branch, to the residual error between the N-2nd transmission branch and the N-1th transmission branch The accumulated value is calculated, and the phase and amplitude of the accumulated value are inverted so that the positive and negative signs of the accumulated value and the sign of the residual error between the N-1st transmission branch and the Nth transmission branch are inverted. Calculate correction value,
フェーズドアレイ送信装置。Phased array transmitter.
無線周波数の送信信号を送信する送信部と、A transmitter for transmitting a radio frequency transmission signal;
前記送信信号の位相を調整する位相調整部と、A phase adjustment unit that adjusts the phase of the transmission signal;
前記送信信号の振幅を調整する振幅調整部と、An amplitude adjustment unit that adjusts the amplitude of the transmission signal;
前記送信部が送信する前記送信信号の一部を抜き出す送信出力検出部と、A transmission output detection unit that extracts a part of the transmission signal transmitted by the transmission unit;
前記M個の送信ブランチのうち、任意の隣接する2つの送信ブランチのそれぞれの出力を抜き出した前記送信出力検出部からの出力に基づいて、送信ブランチ間の位相および振幅の誤差を検出する誤差検出信号を生成するブランチ間誤差検出部と、Error detection for detecting an error in phase and amplitude between transmission branches based on the output from the transmission output detection unit that extracts the respective outputs of any two adjacent transmission branches among the M transmission branches An inter-branch error detection unit that generates a signal;
前記ブランチ間誤差検出部からの誤差検出信号を記憶する誤差記憶部と、An error storage unit for storing an error detection signal from the inter-branch error detection unit;
前記ブランチ間誤差検出部からの誤差検出信号に基づいて、N−1番目(NはM以下の整数)の送信ブランチとN番目の送信ブランチ間の位相および振幅の誤差を補正する補正値を算出するとき、前記誤差記憶部に記憶された、N−2番目の送信ブランチより前の隣接する2つの送信ブランチ間の位相および振幅の補正値に基づいて、N−1番目の送信ブランチとN番目の送信ブランチ間の位相および振幅の補正値を算出する補正制御部と、Based on the error detection signal from the inter-branch error detection unit, a correction value for correcting an error in phase and amplitude between the N-1st (N is an integer less than M) transmission branch and the Nth transmission branch is calculated. And the N−1th transmission branch and the Nth transmission branch based on the phase and amplitude correction values between the two adjacent transmission branches prior to the N−2nd transmission branch, stored in the error storage unit. A correction control unit that calculates correction values of phase and amplitude between transmission branches of
前記補正制御部の位相の誤差を補正する補正値および前記誤差記憶部に記憶された誤差検出信号に基づいて前記位相調整部による前記送信信号の位相の調整を制御する位相制御部と、A phase control unit for controlling the adjustment of the phase of the transmission signal by the phase adjustment unit based on a correction value for correcting the phase error of the correction control unit and an error detection signal stored in the error storage unit;
前記補正制御部の振幅の誤差を補正する補正値および前記誤差記憶部に記憶された誤差検出信号に基づいて前記振幅調整部による前記送信信号の振幅の調整を制御する振幅制御部と、An amplitude control unit for controlling the adjustment of the amplitude of the transmission signal by the amplitude adjustment unit based on a correction value for correcting an error in the amplitude of the correction control unit and an error detection signal stored in the error storage unit;
を備え、Equipped with
前記位相調整部及び前記振幅調整部が所定の調整単位を有する場合に、前記ブランチ間誤差検出部は、前記隣接する2つの送信ブランチ間の位相および振幅の誤差を補正する補正値を算出するときに、前記位相調整部および前記振幅調整部の調整単位未満の誤差であって、当該位相調整部および当該振幅調整部の調整後における前記調整単位の倍数のうち当該誤差に最も近い値および2番目に近い値と、当該誤差との差である残留誤差を検出し、When the phase adjustment unit and the amplitude adjustment unit have predetermined adjustment units, the inter-branch error detection unit calculates a correction value for correcting an error in phase and amplitude between the two adjacent transmission branches. An error less than the adjustment unit of the phase adjustment unit and the amplitude adjustment unit, and a second closest value to the error among multiples of the adjustment unit after adjustment of the phase adjustment unit and the amplitude adjustment unit; Detect a residual error that is the difference between a value close to
前記補正制御部は、前記誤差記憶部に記憶されたN−1番目より小さい番号の送信ブランチの間の前記残留誤差の値に基づいてN−1番目の送信ブランチとN番目の送信ブランチの位相および振幅の補正値を算出するとき、1番目の送信ブランチと2番目の送信ブランチの間の残留誤差から、N−2番目の送信ブランチとN−1番目の送信ブランチの間の残留誤差までの累積値を算出し、当該累積値と、N−1番目の送信ブランチとN番目の送信ブランチの間の残留誤差の取り得る値とを加算して、加算した値の絶対値が小さくなるように、位相および振幅の補正値を算出する、The correction control unit is configured to calculate a phase of an N−1th transmission branch and an Nth transmission branch based on the value of the residual error between the N−1th smaller transmission branch stored in the error storage unit. And when calculating the correction value of the amplitude, from the residual error between the first transmission branch and the second transmission branch, to the residual error between the N-2nd transmission branch and the N-1th transmission branch Calculate the accumulated value, add the accumulated value and the possible value of the residual error between the N-1st transmission branch and the Nth transmission branch, and the absolute value of the added value becomes smaller. , Calculate phase and amplitude correction values,
フェーズドアレイ送信装置。Phased array transmitter.
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