JP6815340B2

JP6815340B2 - Antenna device

Info

Publication number: JP6815340B2
Application number: JP2018021740A
Authority: JP
Inventors: 良夫稲澤; 有昌金指; 仁深尾野; 山本　伸一; 伸一山本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-02-09
Filing date: 2018-02-09
Publication date: 2021-01-20
Anticipated expiration: 2038-02-09
Also published as: JP2019140508A

Description

本発明は、複数のアンテナ素子、及び電磁波を反射する反射鏡を備えたアンテナ装置に関する。 The present invention relates to an antenna device including a plurality of antenna elements and a reflector that reflects electromagnetic waves.

アンテナ装置のなかには、アレー給電方式を採用し、アンテナ素子群がそれぞれ放射する電磁波を反射鏡により反射させてアンテナビームを形成するタイプがある。このようなアンテナ装置では、所望の放射特性を得るために、給電回路を含めた各アンテナ素子間の振幅の差異、および位相特性の差異を補償する校正が行われる。 Among the antenna devices, there is a type that adopts an array feeding method and forms an antenna beam by reflecting electromagnetic waves radiated by each antenna element group by a reflector. In such an antenna device, in order to obtain desired radiation characteristics, calibration is performed to compensate for the difference in amplitude and the difference in phase characteristics between each antenna element including the feeding circuit.

従来の校正では、アンテナ素子群とは別に、ピックアップアンテナを設置し、各アンテナ素子から放射された電磁波をピックアップアンテナで受信させる。そして、ピックアップアンテナにより得られた受信電界の振幅、位相を測定し、この測定結果をもとに、各アンテナ素子間の差異を補正している（例えば、非特許文献１参照）。 In the conventional calibration, a pickup antenna is installed separately from the antenna element group, and the electromagnetic wave radiated from each antenna element is received by the pickup antenna. Then, the amplitude and phase of the received electric field obtained by the pickup antenna are measured, and the difference between the antenna elements is corrected based on the measurement result (see, for example, Non-Patent Document 1).

“衛星搭載フェーズドアレーアンテナの系統誤差補正評価に関する基礎実験”、第61回宇宙科学技術連合講演会講演集JSASS-2017-4527"Basic Experiments on Systematic Error Correction Evaluation of Satellite-mounted Phased Array Antennas", Proceedings of the 61st Space Science and Technology Association Lecture JSASS-2017-4527

ピックアップアンテナは、従来、アンテナ素子群の近傍に配置することが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。これは、反射鏡で反射された電磁波を受信するためである。しかし、反射鏡は、アンテナ素子から放射された電磁波を効率的に目標に向けて反射するように設計されている。このため、非特許文献１のような構成では、各アンテナ素子とピックアップアンテナとの結合が非常に小さく、適切な校正が困難という課題がある。 Conventionally, it has been proposed to arrange the pickup antenna in the vicinity of the antenna element group (see, for example, Non-Patent Document 1). This is to receive the electromagnetic waves reflected by the reflector. However, the reflector is designed to efficiently reflect the electromagnetic waves radiated from the antenna element toward the target. Therefore, in the configuration as in Non-Patent Document 1, there is a problem that the coupling between each antenna element and the pickup antenna is very small and proper calibration is difficult.

本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、その目的は、各アンテナ素子の高い精度での校正をより確実に行うことが可能なアンテナ装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide an antenna device capable of more reliably calibrating each antenna element with high accuracy.

本発明に係るアンテナ装置は、複数のアンテナ素子、並びに各アンテナ素子から放射された電磁波の反射、及び該各アンテナ素子への電磁波の反射のうちの少なくとも一方に用いられる反射鏡を備えていることを前提とし、反射鏡に配置され、電磁波を散乱する散乱体と、散乱体が散乱させた電磁波の受信に用いる受信素子と、を有する。 The antenna device according to the present invention includes a plurality of antenna elements, and a reflector used for at least one of the reflection of electromagnetic waves radiated from each antenna element and the reflection of electromagnetic waves to each antenna element. It has a scatterer which is arranged in the reflector and scatters the electromagnetic wave, and a receiving element used for receiving the electromagnetic wave scattered by the scatterer.

本発明によれば、各アンテナ素子の高い精度での校正をより確実に行うことができる。 According to the present invention, it is possible to more reliably calibrate each antenna element with high accuracy.

本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の構成例を説明する図である。It is a figure explaining the structural example of the antenna device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の構成例を説明する図である。It is a figure explaining the structural example of the antenna device which concerns on Embodiment 2 of this invention.

以下、本発明に係るリソース割当方法の各実施の形態を、図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the resource allocation method according to the present invention will be described with reference to the drawings.

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の構成例を説明する図である。 Embodiment 1.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an antenna device according to a first embodiment of the present invention.

本実施の形態１に係るアンテナ装置は、アレー給電方式を採用したものである。図１に示すアンテナ装置は、反射鏡１を備え、フェイズドアレイアンテナを構成する各アンテナ素子２から放射された電磁波６を反射鏡１により反射させてアンテナビームを形成するようになっている。図１では、Ｎ個のアンテナ素子２（１）〜２（Ｎ）を例示している。各アンテナ素子２（１）〜２（Ｎ）には、それぞれ対応するアンテナ素子を励振する給電部３（１）〜３（Ｎ）が接続されている。ピックアップアンテナ４は、アンテナ素子２（Ｎ）の近傍に設置されている。なお、反射鏡１は、複数、存在していても良い。 The antenna device according to the first embodiment adopts an array feeding method. The antenna device shown in FIG. 1 includes a reflector 1 and reflects an electromagnetic wave 6 radiated from each antenna element 2 constituting a phased array antenna by the reflector 1 to form an antenna beam. In FIG. 1, N antenna elements 2 (1) to 2 (N) are illustrated. Feeding units 3 (1) to 3 (N) for exciting the corresponding antenna elements are connected to the antenna elements 2 (1) to 2 (N), respectively. The pickup antenna 4 is installed in the vicinity of the antenna element 2 (N). In addition, a plurality of reflectors 1 may exist.

アンテナ素子２に付したかっこ書きの符号と、給電部３に付したかっこ書きの符号とは、アンテナ素子２と給電部３との間の対応関係を表している。すなわち、ｎ＝１〜Ｎとしたときに、アンテナ素子２（ｎ）には、給電部３（ｎ）が接続されている。 The parenthesized code attached to the antenna element 2 and the parenthesis code attached to the feeding unit 3 represent the correspondence between the antenna element 2 and the feeding unit 3. That is, when n = 1 to N, the feeding unit 3 (n) is connected to the antenna element 2 (n).

反射鏡１の端部には、電磁波の散乱体５が設置されている。この散乱体５は、入射してきた電磁波６を散乱させ、散乱波７として広範囲に反射させる。そのため、各アンテナ素子２（１）〜２（Ｎ）から放射された電磁波６は、散乱体５により、散乱波７としてピックアップアンテナ４により受信することができる。この結果、各アンテナ素子２（１）〜２（Ｎ）とピックアップアンテナ４との十分な結合量を実現させることができる。 An electromagnetic wave scatterer 5 is installed at the end of the reflector 1. The scatterer 5 scatters the incident electromagnetic wave 6 and reflects it over a wide range as a scattered wave 7. Therefore, the electromagnetic wave 6 radiated from each of the antenna elements 2 (1) to 2 (N) can be received by the pickup antenna 4 as a scattered wave 7 by the scatterer 5. As a result, a sufficient amount of coupling between the antenna elements 2 (1) to 2 (N) and the pickup antenna 4 can be realized.

十分な結合量の実現により、各アンテナ素子２（１）〜２（Ｎ）から放射された電磁波６の散乱波７の振幅特性及び位相特性を、確実に取得することができる。各アンテナ素子２（１）〜２（Ｎ）で受信されるべき電磁波６の振幅、位相の基準値は、電磁界シミュレーション、実測などにより得られる。振幅、位相の基準値と、実際に測定された散乱波７の振幅、位相とを比較することにより、各給電部３の特性を含めた各アンテナ素子２（１）〜２（Ｎ）間の差異を補償することができる。この結果、各アンテナ素子２（１）〜２（Ｎ）を、高精度で校正することが確実に、或いは非常に高い確率で行うことができる。 By realizing a sufficient coupling amount, it is possible to reliably acquire the amplitude characteristic and the phase characteristic of the scattered wave 7 of the electromagnetic wave 6 radiated from each of the antenna elements 2 (1) to 2 (N). The reference values of the amplitude and phase of the electromagnetic wave 6 to be received by each of the antenna elements 2 (1) to 2 (N) can be obtained by electromagnetic field simulation, actual measurement, or the like. By comparing the reference values of the amplitude and phase with the actually measured amplitude and phase of the scattered wave 7, between the antenna elements 2 (1) and 2 (N) including the characteristics of each feeding unit 3. Differences can be compensated. As a result, each antenna element 2 (1) to 2 (N) can be calibrated with high accuracy with certainty or with a very high probability.

なお、校正のための構成、つまりピックアップアンテナ４の受信信号を処理し、各給電部３に設定すべき設定内容を決定し、決定した設定内容で各給電部３の設定変更を行う構成には、周知の技術を用いることができる。このことから、ここでは詳細な説明は省略する。 In addition, in the configuration for calibration, that is, the configuration in which the reception signal of the pickup antenna 4 is processed, the setting contents to be set in each feeding unit 3 are determined, and the setting content of each feeding unit 3 is changed according to the determined setting content. , Well-known techniques can be used. For this reason, detailed description will be omitted here.

散乱体５としては、例えば金属球、金属平板、コーナーリフレクタなどのレーダ反射器を用いることができる。コーナーリフレクタを散乱体５として採用した場合、各面の角度を変化させて、効率的に散乱波７をピックアップアンテナ４に到来させるようにすることもできる。 As the scatterer 5, for example, a radar reflector such as a metal sphere, a metal flat plate, or a corner reflector can be used. When the corner reflector is adopted as the scatterer 5, the angle of each surface can be changed so that the scattered wave 7 arrives at the pickup antenna 4 efficiently.

本実施の形態１では、散乱体５は、反射鏡１の端部に設置しているが、散乱体５の設置場所は、これに限定されない。散乱体５は、例えば反射鏡１の中央部、反射鏡１の周辺等に設置しても良い。また、ピックアップアンテナ４は、アンテナ素子２（Ｎ）の近傍に設置しているが、ピックアップアンテナ４の設置場所も、これに限定されない。ピックアップアンテナ４は、アンテナ素子２（Ｎ）から離れた位置に設置しても良い。また、各アンテナ素子２（１）〜２（Ｎ）は、電磁波６の受信に用いることができる。従って、Ｎ個のアンテナ素子の何れか２つ以上をピックアップアンテナ４の代わりとして用いても良い。電磁波を高感度で受信可能な受信素子は、ピックアップアンテナ４として幅広く用いることが可能である。 In the first embodiment, the scatterer 5 is installed at the end of the reflector 1, but the location of the scatterer 5 is not limited to this. The scatterer 5 may be installed, for example, in the central portion of the reflector 1, around the reflector 1, or the like. Further, although the pickup antenna 4 is installed in the vicinity of the antenna element 2 (N), the installation location of the pickup antenna 4 is not limited to this. The pickup antenna 4 may be installed at a position away from the antenna element 2 (N). Further, each of the antenna elements 2 (1) to 2 (N) can be used for receiving the electromagnetic wave 6. Therefore, any two or more of the N antenna elements may be used instead of the pickup antenna 4. A receiving element capable of receiving electromagnetic waves with high sensitivity can be widely used as the pickup antenna 4.

ピックアップアンテナ４は、反射鏡に配置することも提案されている（例えば、非特許文献１参照）。しかし、反射鏡に配置する場合、各アンテナ素子２と同様にピックアップアンテナ４の配線を行える本実施の形態１とは異なり、ピックアップアンテナ４を接続する配線を別に設けなければならず、別途の配線設計も必要となる。衛星に用いられるアンテナ装置の反射鏡は、折り畳んだ状態でロケットに搭載されることもあり、反射鏡、及びその周辺の構造および配線が複雑化するのは望ましくない。ピックアップアンテナ４をアンテナ素子２の近傍に配置した理由には、このような視点及び利点もある。 It has also been proposed that the pickup antenna 4 be arranged in a reflector (see, for example, Non-Patent Document 1). However, when the pickup antenna 4 is arranged in the reflector, unlike the first embodiment in which the pickup antenna 4 can be wired in the same manner as each antenna element 2, a separate wiring for connecting the pickup antenna 4 must be provided, and a separate wiring must be provided. Design is also required. The reflector of the antenna device used in the satellite may be mounted on the rocket in a folded state, and it is not desirable that the structure and wiring of the reflector and its surroundings become complicated. The reason why the pickup antenna 4 is arranged in the vicinity of the antenna element 2 also has such a viewpoint and an advantage.

実施の形態２．
上記実施の形態１では、散乱体５を固定的に設定している。これに対し、実施の形態２は、散乱体５と反射鏡１の相対的な位置関係を変更可能としたものである。ここでは、上記実施の形態１で用いた符号をそのまま用いて、その実施の形態１から異なる部分にのみ着目する形で説明を行う。 Embodiment 2.
In the first embodiment, the scatterer 5 is fixedly set. On the other hand, in the second embodiment, the relative positional relationship between the scatterer 5 and the reflector 1 can be changed. Here, the reference numerals used in the first embodiment will be used as they are, and only the parts different from the first embodiment will be described.

図２は、本発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の構成例を説明する図である。本実施の形態２では、図２に示すように、散乱体５を移動可能に支持する支持部８を反射鏡１の端部に設けている。この支持部８は、駆動部９からの信号により駆動され、反射鏡１と散乱体５との位置関係を変更する。 FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the antenna device according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, as shown in FIG. 2, a support portion 8 that movably supports the scatterer 5 is provided at an end portion of the reflector 1. The support unit 8 is driven by a signal from the drive unit 9 to change the positional relationship between the reflector 1 and the scatterer 5.

支持部８に散乱体５を支持させた場合、散乱体５を適切な位置に移動させることが可能となる。そのため、各アンテナ素子２とピックアップアンテナ４との十分な結合量をより確実に実現させることができる。それにより、各アンテナ素子２の高い精度での校正も、更に確実に行えることとなる。 When the scatterer 5 is supported by the support portion 8, the scatterer 5 can be moved to an appropriate position. Therefore, a sufficient amount of coupling between each antenna element 2 and the pickup antenna 4 can be more reliably realized. As a result, the calibration of each antenna element 2 with high accuracy can be performed more reliably.

なお、本実施の形態２では、反射鏡１と散乱体５の相対的な位置関係を変更可能としているが、その位置関係は固定としても良い。シミュレーション等によって各アンテナ素子２とピックアップアンテナ４との十分な結合量が得られる散乱体５の範囲が予め特定できるような場合、その範囲内に支持部８を用いて散乱体５を配置しても良い。 In the second embodiment, the relative positional relationship between the reflector 1 and the scatterer 5 can be changed, but the positional relationship may be fixed. When the range of the scatterer 5 from which a sufficient amount of coupling between each antenna element 2 and the pickup antenna 4 can be obtained can be specified in advance by simulation or the like, the scatterer 5 is arranged using the support portion 8 within the range. Is also good.

また、本実施の形態１、２では、散乱体５を一つとしているが、散乱体５は複数であっても良い。各アンテナ素子２とピックアップアンテナ４との十分な結合量が得られる散乱体５の位置の候補が複数、存在するような場合、２つ以上の位置に散乱体５をそれぞれ配置することも考えられる。このとき、１つ以上の散乱体５の配置に支持部８を用いても良い。このようなことから、反射鏡１に配置する散乱体５の位置としては、広義には、反射鏡１上の位置の他に、反射鏡１、或いはその反射鏡１を支える構造体に間接的に支持させることで配置可能な範囲が含まれる。 Further, in the first and second embodiments, the number of scattering bodies 5 is one, but the number of scattering bodies 5 may be plural. When there are a plurality of candidates for the position of the scatterer 5 that can obtain a sufficient coupling amount between each antenna element 2 and the pickup antenna 4, it is conceivable to arrange the scatterer 5 at two or more positions. .. At this time, the support portion 8 may be used for arranging one or more scatterers 5. Therefore, in a broad sense, the position of the scatterer 5 arranged on the reflector 1 is indirect to the reflector 1 or the structure supporting the reflector 1, in addition to the position on the reflector 1. The range that can be arranged is included by supporting it.

本実施の形態１、２に係るアンテナ装置は、共に送信用である。しかし、アンテナ装置は、受信用であっても良く、送受信用であっても良い。つまり、フェイズドアレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子２は、反射鏡１からの電磁波の受信用であっても良く、電磁波の放射、及び受信の両方に用いるものであっても良い。受信用、送受信用のアンテナ装置であっても校正が必要であり、本実施の形態１、２は共に、受信用、送受信用の何れのアンテナ装置にも適用可能である。 The antenna devices according to the first and second embodiments are both for transmission. However, the antenna device may be for receiving or for transmitting and receiving. That is, the plurality of antenna elements 2 constituting the phased array antenna may be used for receiving electromagnetic waves from the reflector 1, or may be used for both radiation and reception of electromagnetic waves. Calibration is required even for the receiving and transmitting / receiving antenna devices, and both of the first and second embodiments can be applied to both the receiving and transmitting / receiving antenna devices.

受信用、送受信用の何れのアンテナ装置であっても、ピックアップアンテナ４を設けても良く、ピックアップアンテナ４を設けなくとも良い。つまり、複数のアンテナ素子２のうちの２つ以上をピックアップアンテナ４の代わりとして用いても良い。 The pickup antenna 4 may be provided in any of the receiving and transmitting antenna devices, and the pickup antenna 4 may not be provided. That is, two or more of the plurality of antenna elements 2 may be used instead of the pickup antenna 4.

上記変形例を含む本実施の形態１、２では、ピックアップアンテナ４、或いはアンテナ素子２である受信素子を一つだけ散乱波７の受信に用いている。しかし、散乱波７の受信に複数の受信素子を用いても良い。その場合、散乱波７の受信結果が最良のものを選択できることから、各アンテナ素子２の高い精度での校正はより確実に行えるようになる。このことから、ピックアップアンテナ４は複数、設けても良い。 In the first and second embodiments including the above modification, only one receiving element, which is the pickup antenna 4 or the antenna element 2, is used for receiving the scattered wave 7. However, a plurality of receiving elements may be used for receiving the scattered wave 7. In that case, since the best reception result of the scattered wave 7 can be selected, the calibration of each antenna element 2 with high accuracy can be performed more reliably. For this reason, a plurality of pickup antennas 4 may be provided.

１反射鏡、２（１）〜２（Ｎ）アンテナ素子、３（１）〜３（Ｎ）給電部、４ピックアップアンテナ（受光素子）、５散乱体、６電磁波、７散乱波、８支持部、９駆動部。 1 Reflector, 2 (1) to 2 (N) Antenna element, 3 (1) to 3 (N) Feeding unit, 4 Pickup antenna (light receiving element), 5 Scatterer, 6 Electromagnetic wave, 7 Scattered wave, 8 Support part , 9 Drive unit.

Claims

In an antenna device including a plurality of antenna elements and a reflector used for at least one of reflection of electromagnetic waves radiated from each antenna element and reflection of electromagnetic waves to each antenna element.
A scatterer that is placed on the reflector and scatters the electromagnetic waves,
A receiving element used for receiving the electromagnetic wave scattered by the scatterer, and
Antenna device with.

A support portion that can change the positional relationship between the scatterer and the reflector, and
A drive unit that drives the support unit and changes the positional relationship,
The antenna device according to claim 1, further comprising.

As the plurality of antenna elements, a plurality of antenna elements used for radiating the electromagnetic wave, a plurality of antenna elements used for receiving the electromagnetic wave from the reflector, and a plurality of antenna elements used for both radiating and receiving the electromagnetic wave. The antenna device according to claim 1 or 2, further comprising one of them.