JP7505898B2 - Phased array antenna calibration device, phased array antenna device, and phased array antenna calibration program - Google Patents
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本開示は、フェーズドアレイアンテナを較正する技術に関する。 This disclosure relates to techniques for calibrating phased array antennas.
フェーズドアレイアンテナを較正する技術が、非特許文献1等に開示されている。非特許文献1では、REV法(Rotating element Electric field Vector method)が開示されている。送信較正時では、各素子の送信波を外部アンテナで受信し、受信較正時では、外部アンテナの送信波を各素子で受信する。REV法では、ある素子の送信/受信位相の変化に伴う、全素子の送信/受信合成振幅の変化に基づいて、その素子の送信/受信位相及び送信/受信振幅を測定する。
Technology for calibrating phased array antennas is disclosed in
従来技術のフェーズドアレイアンテナ装置の構成を図1に示す。コストの観点から、複数の素子は、D/A変換器及びA/D変換器を共有しており、連続的でなく離散的である調整値を有する送信位相振幅調整器及び受信位相振幅調整器を個々に有する。 The configuration of a prior art phased array antenna device is shown in Figure 1. From a cost perspective, multiple elements share D/A and A/D converters, and each element has a transmit phase amplitude adjuster and a receive phase amplitude adjuster with adjustment values that are discrete rather than continuous.
フェーズドアレイアンテナ装置Pは、M個のアレイA-1、・・・、A-M及びフェーズドアレイアンテナ較正装置Cを備える。アレイA-1は、N個の素子1-11、・・・、1-1N、N個の送信位相振幅調整器及び受信位相振幅調整器2-11、・・・、2-1N、1個の送信信号分配器及び受信信号合成器3-1、1個のD/A変換器及びA/D変換器4-1を備える。アレイA-Mは、N個の素子1-M1、・・・、1-MN、N個の送信位相振幅調整器及び受信位相振幅調整器2-M1、・・・、2-MN、1個の送信信号分配器及び受信信号合成器3-M、1個のD/A変換器及びA/D変換器4-Mを備える。フェーズドアレイアンテナ較正装置Cは、較正値算出部6及び調整値算出部7を備える。
The phased array antenna device P comprises M arrays A-1, ..., A-M and a phased array antenna calibration device C. The array A-1 comprises N elements 1-11, ..., 1-1N, N transmit phase amplitude adjusters and receive phase amplitude adjusters 2-11, ..., 2-1N, one transmit signal distributor and receive signal combiner 3-1, and one D/A converter and A/D converter 4-1. The array A-M comprises N elements 1-M1, ..., 1-MN, N transmit phase amplitude adjusters and receive phase amplitude adjusters 2-M1, ..., 2-MN, one transmit signal distributor and receive signal combiner 3-M, and one D/A converter and A/D converter 4-M. The phased array antenna calibration device C comprises a calibration
従来技術のフェーズドアレイアンテナ較正の処理を図2に示す。較正値算出部6は、アレイA-1において、REV法等を用いて、D/A変換器及びA/D変換器4-1を共有する各素子1-11、・・・、1-1Nの送信/受信位相及び送信/受信振幅の相対値に基づいて、各素子1-11、・・・、1-1Nの送信/受信位相及び送信/受信振幅の較正値を算出する。図2では、素子1-11の送信/受信位相の較正値cphs、1、1が算出され、素子1-11の送信/受信振幅の較正値camp、1、1が算出され、素子1-1Nの送信/受信位相の較正値cphs、1、Nが算出され、素子1-1Nの送信/受信振幅の較正値camp、1、Nが算出される。アレイA-Mでも、同様な処理が行われる。
The process of phased array antenna calibration of the prior art is shown in FIG. 2. In the array A-1, the calibration
調整値算出部7は、アレイA-1において、各素子1-11、・・・、1-1Nの送信/受信位相及び送信/受信振幅の較正値に基づいて、各素子1-11、・・・、1-1Nの送信/受信位相及び送信/受信振幅の離散的な調整値を算出し、各素子1-11、・・・、1-1Nの送信/受信位相及び送信/受信振幅の離散的な調整値を実装する。図2では、素子1-11の送信/受信位相の離散的な調整値dphs、2(cphs、1、1に最近接)が算出され、素子1-11の送信/受信振幅の離散的な調整値damp、2(camp、1、1に最近接)が算出され、素子1-1Nの送信/受信位相の離散的な調整値dphs、2(cphs、1、Nに最近接)が算出され、素子1-1Nの送信/受信振幅の離散的な調整値damp、2(camp、1、Nに最近接)が算出される。アレイA-Mでも、同様な処理が行われる。
The adjustment
すると、素子1-11の送信/受信位相の離散的な調整値dphs、2に対する、素子1-11の送信/受信位相の較正値cphs、1、1の残差ephs、1、1=cphs、1、1-dphs、2が存在し、素子1-1Nの送信/受信位相の離散的な調整値dphs、2に対する、素子1-1Nの送信/受信位相の較正値cphs、1、Nの残差ephs、1、N=cphs、1、N-dphs、2が存在する。そして、素子1-11の送信/受信振幅の離散的な調整値damp、2に対する、素子1-11の送信/受信振幅の較正値camp、1、1の残差eamp、1、1=camp、1、1-damp、2が存在し、素子1-1Nの送信/受信振幅の離散的な調整値damp、2に対する、素子1-1Nの送信/受信振幅の較正値camp、1、Nの残差eamp、1、N=camp、1、N-damp、2が存在する。よって、全素子1-11、・・・、1-1Nの合成ビーム方向が、全素子1-11、・・・、1-1Nの所望ビーム方向から、チルトする可能性がある。
Then, for the discrete adjustment value d phs,2 of the transmit/receive phase of element 1-11, there is a residual e phs ,1,1 =c phs,1,1 -d phs,2 of the calibration value c phs,1,1 of the transmit/receive phase of element 1-11, and for the discrete adjustment value d phs,2 of the transmit/receive phase of element 1-1N, there is a residual e phs,1,N =c phs,1,N -d phs,2 of the calibration value c phs,1,N of the transmit/receive phase of element 1-1N. Then, there exists a residual e amp,1,1 =c amp,1,1 -d amp, 2 of the
ここで、送信位相振幅調整器及び受信位相振幅調整器2-11、・・・、2-1Nの送信/受信位相の量子化誤差は、+(360°/2x)/2から-(360°/2x)/2まで(xはビット数)、一様にかつランダムに分布すると仮定することができる。よって、素子1-11、・・・、1-1Nの個数が無限個であるならば、素子1-11、・・・、1-1Nの送信/受信位相の較正値cphs、1、1、・・・、cphs、1、Nの残差ephs、1、1、・・・、ephs、1、Nは、ランダムな傾向を有するため、全素子1-11、・・・、1-1Nの合成ビーム方向は、全素子1-11、・・・、1-1Nの所望ビーム方向から、チルトする可能性が低い。しかし、素子1-11、・・・、1-1Nの個数が有限個であるならば、素子1-11、・・・、1-1Nの送信/受信位相の較正値cphs、1、1、・・・、cphs、1、Nの残差ephs、1、1、・・・、ephs、1、Nは、特定の傾向を有し得るため(例えば、ephs、1、1=φ、・・・、ephs、1、n=φ+(n-1)Δφ、・・・、ephs、1、N=φ+(N-1)Δφ)、全素子1-11、・・・、1-1Nの所望ビーム方向から、チルトする可能性が高い。 Here, it can be assumed that the quantization errors of the transmit/receive phases of the transmit phase/amplitude adjusters and the receive phase/amplitude adjusters 2-11, ..., 2-1N are uniformly and randomly distributed from +(360°/2 x )/2 to -(360°/2 x )/2 (x is the number of bits). Therefore, if the number of elements 1-11, ..., 1-1N is infinite, the residuals e phs ,1,1 , ..., e phs,1,N of the transmit/receive phase calibration values c phs,1,1 , ..., c phs ,1,N of the elements 1-11, ..., 1-1N tend to be random, so that the composite beam direction of all elements 1-11, ..., 1-1N is unlikely to tilt from the desired beam direction of all elements 1-11, ..., 1-1N. However, if the number of elements 1-11, ..., 1-1N is finite, the residuals e phs ,1,1 , ..., e phs,1,N of the calibration values c phs,1,1 , ..., c phs,1,N of the transmit/receive phases of elements 1-11 , ..., 1-1N may have a certain tendency (e.g., e phs,1,1 =φ, ..., e phs,1,n =φ+(n-1)Δφ, ..., e phs,1,N =φ+(N-1)Δφ), and therefore there is a high possibility that all elements 1-11, ..., 1-1N will tilt from the desired beam direction.
従来技術のフェーズドアレイアンテナ較正の結果を図3に示す。全素子数は、8×4個である。位相調整器は、ビット数3を有し、離散的な調整値0°、45°、・・・、315°を有する。振幅調整器は、ビット数3を有し、離散的な調整値0dB、-1dB、・・・、-7dBを有する。各素子毎に、位相及び振幅の較正値のランダムな残差(具体的には、±22.5°の範囲内の一様分布に従う位相の較正値の残差、及び、±0.5dBの範囲内の一様分布に従う振幅の較正値の残差。)を、100回のシミュレーションの各試行において与える。全素子の合成メインローブ方向が、全素子の所望メインローブ方向から、±0.5°の範囲内においてチルトしている。 The result of the prior art phased array antenna calibration is shown in Figure 3. The total number of elements is 8 x 4. The phase adjuster has 3 bits and has discrete adjustment values of 0°, 45°, ..., 315°. The amplitude adjuster has 3 bits and has discrete adjustment values of 0 dB, -1 dB, ..., -7 dB. For each element, random residuals of the phase and amplitude calibration values (specifically, the residuals of the phase calibration values that follow a uniform distribution within the range of ±22.5°, and the residuals of the amplitude calibration values that follow a uniform distribution within the range of ±0.5 dB) are given in each trial of 100 simulations. The composite main lobe direction of all elements is tilted within the range of ±0.5° from the desired main lobe direction of all elements.
そこで、前記課題を解決するために、本開示は、複数の素子が、D/A変換器又はA/D変換器を共有しており、連続的でなく離散的である調整値を有する送信位相振幅調整器又は受信位相振幅調整器を個々に有するときでも、全素子の合成ビーム方向が、全素子の所望ビーム方向から、チルトする可能性を低くすることを目的とする。 Therefore, in order to solve the above problem, the present disclosure aims to reduce the possibility that the composite beam direction of all elements will tilt from the desired beam direction of all elements, even when multiple elements share a D/A converter or an A/D converter and each element has a transmit phase amplitude adjuster or a receive phase amplitude adjuster that has an adjustment value that is discrete rather than continuous.
仮に、複数の素子がD/A変換器を「個々」に有するならば、「各々」の素子の送信位相の較正値の残差を打ち消すように、「各々」のD/A変換器が入力するデジタル送信信号に対してデジタル補正すればよい。実際は、複数の素子がD/A変換器を「共有」しているため、「全て」の素子の送信位相の較正値の残差の「平均」を打ち消すように、「単数」のD/A変換器が入力するデジタル送信信号に対してデジタル補正すればよい。 If multiple elements have their own D/A converters, then digital correction can be made to the digital transmit signal input to each D/A converter to cancel out the residual error in the calibration value of the transmit phase of each element. In reality, multiple elements share a D/A converter, so digital correction can be made to the digital transmit signal input to a single D/A converter to cancel out the "average" of the residual error in the calibration value of the transmit phase of all elements.
具体的には、本開示は、フェーズドアレイアンテナにおいて、D/A変換器を共有する各素子の送信位相の相対値に基づいて、前記各素子の送信位相の較正値を算出する較正値算出部と、前記各素子の送信位相の較正値に基づいて、前記各素子の送信位相の離散的な調整値を算出し、前記各素子の送信位相の離散的な調整値を実装する調整値算出部と、IQ平面内において、前記各素子の送信位相の離散的な調整値に対する、前記各素子の送信位相の較正値の残差ベクトルを算出する残差ベクトル算出部と、前記各素子の送信位相の較正値の残差ベクトルを合成し、前記D/A変換器を共有する全素子の送信位相の較正値の残差ベクトル和を算出する残差ベクトル合成部と、前記全素子の送信位相の較正値の残差ベクトル和を打ち消すように、前記D/A変換器が入力する送信信号に対して補正するD/A変換器補正部と、を備えることを特徴とするフェーズドアレイアンテナ較正装置である。 Specifically, the present disclosure relates to a phased array antenna calibration device that includes a calibration value calculation unit that calculates a calibration value of the transmission phase of each element based on the relative value of the transmission phase of each element that shares a D/A converter in a phased array antenna, an adjustment value calculation unit that calculates a discrete adjustment value of the transmission phase of each element based on the calibration value of the transmission phase of each element and implements the discrete adjustment value of the transmission phase of each element, a residual vector calculation unit that calculates a residual vector of the calibration value of the transmission phase of each element for the discrete adjustment value of the transmission phase of each element in an IQ plane, a residual vector synthesis unit that synthesizes the residual vector of the calibration value of the transmission phase of each element and calculates a residual vector sum of the calibration values of the transmission phase of all elements that share the D/A converter, and a D/A converter correction unit that corrects the transmission signal input to the D/A converter so as to cancel the residual vector sum of the calibration values of the transmission phase of all elements.
また、本開示は、フェーズドアレイアンテナにおいて、D/A変換器を共有する各素子の送信位相の相対値に基づいて、前記各素子の送信位相の較正値を算出する較正値算出ステップと、前記各素子の送信位相の較正値に基づいて、前記各素子の送信位相の離散的な調整値を算出し、前記各素子の送信位相の離散的な調整値を実装する調整値算出ステップと、IQ平面内において、前記各素子の送信位相の離散的な調整値に対する、前記各素子の送信位相の較正値の残差ベクトルを算出する残差ベクトル算出ステップと、前記各素子の送信位相の較正値の残差ベクトルを合成し、前記D/A変換器を共有する全素子の送信位相の較正値の残差ベクトル和を算出する残差ベクトル合成ステップと、前記全素子の送信位相の較正値の残差ベクトル和を打ち消すように、前記D/A変換器が入力する送信信号に対して補正するD/A変換器補正ステップと、を順にコンピュータに実行させるためのフェーズドアレイアンテナ較正プログラムである。 The present disclosure also relates to a phased array antenna calibration program for causing a computer to execute, in sequence, a calibration value calculation step for calculating a calibration value of the transmission phase of each element based on the relative value of the transmission phase of each element that shares a D/A converter in a phased array antenna; an adjustment value calculation step for calculating a discrete adjustment value of the transmission phase of each element based on the calibration value of the transmission phase of each element and implementing the discrete adjustment value of the transmission phase of each element; a residual vector calculation step for calculating a residual vector of the calibration value of the transmission phase of each element for the discrete adjustment value of the transmission phase of each element in an IQ plane; a residual vector synthesis step for synthesizing the residual vector of the calibration value of the transmission phase of each element and calculating a residual vector sum of the calibration values of the transmission phase of all elements that share the D/A converter; and a D/A converter correction step for correcting the transmission signal input to the D/A converter so as to cancel the residual vector sum of the calibration values of the transmission phase of all elements.
これらの構成によれば、複数の素子が、D/A変換器を共有しており、連続的でなく離散的である調整値を有する送信位相調整器を個々に有するときでも、全素子の合成ビーム方向が、全素子の所望ビーム方向から、チルトする可能性を低くすることができる。 With these configurations, even when multiple elements share a D/A converter and each has a transmit phase adjuster with an adjustment value that is discrete rather than continuous, the possibility of the composite beam direction of all elements tilting from the desired beam direction of all elements can be reduced.
また、本開示は、前記較正値算出部は、前記各素子の送信位相及び送信振幅の相対値に基づいて、前記各素子の送信位相及び送信振幅の較正値を算出し、前記調整値算出部は、前記各素子の送信位相及び送信振幅の較正値に基づいて、前記各素子の送信位相及び送信振幅の離散的な調整値を算出し、前記各素子の送信位相及び送信振幅の離散的な調整値を実装し、前記残差ベクトル算出部は、前記各素子の送信位相及び送信振幅の離散的な調整値に対する、前記各素子の送信位相及び送信振幅の較正値の残差ベクトルを算出し、前記残差ベクトル合成部は、前記各素子の送信位相及び送信振幅の較正値の残差ベクトルを合成し、前記全素子の送信位相及び送信振幅の較正値の残差ベクトル和を算出し、前記D/A変換器補正部は、前記全素子の送信位相及び送信振幅の較正値の残差ベクトル和を打ち消すように、前記D/A変換器が入力する送信信号に対して補正することを特徴とするフェーズドアレイアンテナ較正装置である。 The present disclosure also relates to a method for implementing a method for implementing a transmission phase and transmission amplitude of each element, the calibration value calculation unit calculating a calibration value of the transmission phase and transmission amplitude of each element based on the relative values of the transmission phase and transmission amplitude of each element, the adjustment value calculation unit calculating a discrete adjustment value of the transmission phase and transmission amplitude of each element based on the calibration value of the transmission phase and transmission amplitude of each element, and implementing the discrete adjustment value of the transmission phase and transmission amplitude of each element, and the residual vector calculation unit calculating a residual vector of each element for the discrete adjustment value of the transmission phase and transmission amplitude of each element. The phased array antenna calibration device is characterized in that the residual vector synthesis unit synthesizes the residual vectors of the calibration values of the transmission phase and transmission amplitude of each element, calculates the residual vector sum of the calibration values of the transmission phase and transmission amplitude of all elements, and the D/A converter correction unit corrects the transmission signal input to the D/A converter so as to cancel the residual vector sum of the calibration values of the transmission phase and transmission amplitude of all elements.
この構成によれば、複数の素子が、D/A変換器を共有しており、連続的でなく離散的である調整値を有する送信位相振幅調整器を個々に有するときでも、全素子の合成ビーム方向が、全素子の所望ビーム方向から、チルトする可能性を低くすることができる。 This configuration reduces the possibility that the composite beam direction of all elements will tilt from the desired beam direction of all elements, even when multiple elements share a D/A converter and each has a transmit phase amplitude adjuster with an adjustment value that is discrete rather than continuous.
また、本開示は、上記のフェーズドアレイアンテナ較正装置と、前記各素子と、前記D/A変換器と、前記各素子が個々に有する各送信位相調整器と、前記各素子が共有する送信信号分配器と、を備えることを特徴とするフェーズドアレイアンテナ装置である。 The present disclosure also relates to a phased array antenna device comprising the above-mentioned phased array antenna calibration device, each of the elements, the D/A converter, a transmission phase adjuster that each of the elements has individually, and a transmission signal distributor that each of the elements shares.
この構成によれば、送信較正時において、上記のフェーズドアレイアンテナ較正処理を行うフェーズドアレイアンテナ装置を提供することができる。 This configuration makes it possible to provide a phased array antenna device that performs the above-mentioned phased array antenna calibration process during transmission calibration.
仮に、複数の素子がA/D変換器を「個々」に有するならば、「各々」の素子の受信位相の較正値の残差を打ち消すように、「各々」のA/D変換器が出力するデジタル受信信号に対してデジタル補正すればよい。実際は、複数の素子がA/D変換器を「共有」しているため、「全て」の素子の受信位相の較正値の残差の「平均」を打ち消すように、「単数」のA/D変換器が出力するデジタル受信信号に対してデジタル補正すればよい。 If multiple elements have their own A/D converters, then digital correction can be applied to the digital received signal output by each A/D converter to cancel out the residual error in the calibration value of the receive phase of each element. In reality, multiple elements share an A/D converter, so digital correction can be applied to the digital received signal output by a single A/D converter to cancel out the "average" of the residual error in the calibration value of the receive phase of all elements.
具体的には、本開示は、フェーズドアレイアンテナにおいて、A/D変換器を共有する各素子の受信位相の相対値に基づいて、前記各素子の受信位相の較正値を算出する較正値算出部と、前記各素子の受信位相の較正値に基づいて、前記各素子の受信位相の離散的な調整値を算出し、前記各素子の受信位相の離散的な調整値を実装する調整値算出部と、IQ平面内において、前記各素子の受信位相の離散的な調整値に対する、前記各素子の受信位相の較正値の残差ベクトルを算出する残差ベクトル算出部と、前記各素子の受信位相の較正値の残差ベクトルを合成し、前記A/D変換器を共有する全素子の受信位相の較正値の残差ベクトル和を算出する残差ベクトル合成部と、前記全素子の受信位相の較正値の残差ベクトル和を打ち消すように、前記A/D変換器が出力する受信信号に対して補正するA/D変換器補正部と、を備えることを特徴とするフェーズドアレイアンテナ較正装置である。 Specifically, the present disclosure relates to a phased array antenna calibration device that includes a calibration value calculation unit that calculates a calibration value of the reception phase of each element based on the relative value of the reception phase of each element that shares an A/D converter, an adjustment value calculation unit that calculates a discrete adjustment value of the reception phase of each element based on the calibration value of the reception phase of each element and implements the discrete adjustment value of the reception phase of each element, a residual vector calculation unit that calculates a residual vector of the calibration value of the reception phase of each element for the discrete adjustment value of the reception phase of each element in the IQ plane, a residual vector synthesis unit that synthesizes the residual vector of the calibration value of the reception phase of each element and calculates a residual vector sum of the calibration values of the reception phase of all elements that share the A/D converter, and an A/D converter correction unit that corrects the reception signal output by the A/D converter so as to cancel the residual vector sum of the calibration values of the reception phase of all elements.
また、本開示は、フェーズドアレイアンテナにおいて、A/D変換器を共有する各素子の受信位相の相対値に基づいて、前記各素子の受信位相の較正値を算出する較正値算出ステップと、前記各素子の受信位相の較正値に基づいて、前記各素子の受信位相の離散的な調整値を算出し、前記各素子の受信位相の離散的な調整値を実装する調整値算出ステップと、IQ平面内において、前記各素子の受信位相の離散的な調整値に対する、前記各素子の受信位相の較正値の残差ベクトルを算出する残差ベクトル算出ステップと、前記各素子の受信位相の較正値の残差ベクトルを合成し、前記A/D変換器を共有する全素子の受信位相の較正値の残差ベクトル和を算出する残差ベクトル合成ステップと、前記全素子の受信位相の較正値の残差ベクトル和を打ち消すように、前記A/D変換器が出力する受信信号に対して補正するA/D変換器補正ステップと、を順にコンピュータに実行させるためのフェーズドアレイアンテナ較正プログラムである。 The present disclosure also relates to a phased array antenna calibration program for causing a computer to execute, in sequence, a calibration value calculation step for calculating a calibration value of the reception phase of each element based on the relative value of the reception phase of each element that shares an A/D converter in a phased array antenna; an adjustment value calculation step for calculating a discrete adjustment value of the reception phase of each element based on the calibration value of the reception phase of each element and implementing the discrete adjustment value of the reception phase of each element; a residual vector calculation step for calculating a residual vector of the calibration value of the reception phase of each element for the discrete adjustment value of the reception phase of each element in an IQ plane; a residual vector synthesis step for synthesizing the residual vector of the calibration value of the reception phase of each element and calculating a residual vector sum of the calibration values of the reception phase of all elements that share the A/D converter; and an A/D converter correction step for correcting the reception signal output by the A/D converter so as to cancel the residual vector sum of the calibration values of the reception phase of all elements.
これらの構成によれば、複数の素子が、A/D変換器を共有しており、連続的でなく離散的である調整値を有する受信位相調整器を個々に有するときでも、全素子の合成ビーム方向が、全素子の所望ビーム方向から、チルトする可能性を低くすることができる。 With these configurations, even when multiple elements share an A/D converter and each has a receive phase adjuster with an adjustment value that is discrete rather than continuous, the possibility of the composite beam direction of all elements tilting from the desired beam direction of all elements can be reduced.
また、本開示は、前記較正値算出部は、前記各素子の受信位相及び受信振幅の相対値に基づいて、前記各素子の受信位相及び受信振幅の較正値を算出し、前記調整値算出部は、前記各素子の受信位相及び受信振幅の較正値に基づいて、前記各素子の受信位相及び受信振幅の離散的な調整値を算出し、前記各素子の受信位相及び受信振幅の離散的な調整値を実装し、前記残差ベクトル算出部は、前記各素子の受信位相及び受信振幅の離散的な調整値に対する、前記各素子の受信位相及び受信振幅の較正値の残差ベクトルを算出し、前記残差ベクトル合成部は、前記各素子の受信位相及び受信振幅の較正値の残差ベクトルを合成し、前記全素子の受信位相及び受信振幅の較正値の残差ベクトル和を算出し、前記A/D変換器補正部は、前記全素子の受信位相及び受信振幅の較正値の残差ベクトル和を打ち消すように、前記A/D変換器が出力する受信信号に対して補正することを特徴とするフェーズドアレイアンテナ較正装置である。 The present disclosure also relates to a method for calculating a calibration value for each of the elements based on the relative values of the reception phase and reception amplitude of each of the elements, the adjustment value calculation unit calculates a discrete adjustment value for the reception phase and reception amplitude of each of the elements based on the calibration values of the reception phase and reception amplitude of each of the elements, and implements the discrete adjustment values of the reception phase and reception amplitude of each of the elements, and the residual vector calculation unit calculates a residual vector for each of the elements based on the discrete adjustment values of the reception phase and reception amplitude of each of the elements. The phased array antenna calibration device is characterized in that the residual vector of the calibration values of the reception phase and reception amplitude of each element is calculated, the residual vector synthesis unit synthesizes the residual vectors of the calibration values of the reception phase and reception amplitude of each element and calculates the residual vector sum of the calibration values of the reception phase and reception amplitude of all elements, and the A/D converter correction unit corrects the reception signal output by the A/D converter so as to cancel the residual vector sum of the calibration values of the reception phase and reception amplitude of all elements.
この構成によれば、複数の素子が、A/D変換器を共有しており、連続的でなく離散的である調整値を有する受信位相振幅調整器を個々に有するときでも、全素子の合成ビーム方向が、全素子の所望ビーム方向から、チルトする可能性を低くすることができる。 With this configuration, even when multiple elements share an A/D converter and each has a receive phase amplitude adjuster with an adjustment value that is discrete rather than continuous, the possibility of the composite beam direction of all elements tilting from the desired beam direction of all elements can be reduced.
また、本開示は、上記のフェーズドアレイアンテナ較正装置と、前記各素子と、前記A/D変換器と、前記各素子が個々に有する各受信位相調整器と、前記各素子が共有する受信信号合成器と、を備えることを特徴とするフェーズドアレイアンテナ装置である。 The present disclosure also relates to a phased array antenna device comprising the above-mentioned phased array antenna calibration device, each of the elements, the A/D converter, a receiving phase adjuster that each of the elements has individually, and a receiving signal combiner that each of the elements shares.
この構成によれば、受信較正時において、上記のフェーズドアレイアンテナ較正処理を行うフェーズドアレイアンテナ装置を提供することができる。 This configuration makes it possible to provide a phased array antenna device that performs the above-mentioned phased array antenna calibration process during reception calibration.
このように、本開示は、複数の素子が、D/A変換器又はA/D変換器を共有しており、連続的でなく離散的である調整値を有する送信位相振幅調整器又は受信位相振幅調整器を個々に有するときでも、全素子の合成ビーム方向が、全素子の所望ビーム方向から、チルトする可能性を低くすることができる。 In this manner, the present disclosure can reduce the likelihood that the composite beam direction of all elements will tilt from the desired beam direction of all elements, even when multiple elements share a D/A converter or an A/D converter and each have a transmit phase amplitude adjuster or a receive phase amplitude adjuster with an adjustment value that is discrete rather than continuous.
添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。 Embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of implementations of the present disclosure, and the present disclosure is not limited to the following embodiments.
本開示のフェーズドアレイアンテナ装置の構成を図4に示す。コストの観点から、複数の素子は、D/A変換器及びA/D変換器を共有しており、連続的でなく離散的である調整値を有する送信位相振幅調整器及び受信位相振幅調整器を個々に有する。 The configuration of the phased array antenna device of the present disclosure is shown in FIG. 4. From the viewpoint of cost, multiple elements share D/A converters and A/D converters, and each element has a transmit phase amplitude adjuster and a receive phase amplitude adjuster with adjustment values that are discrete rather than continuous.
フェーズドアレイアンテナ装置Pは、M個のアレイA-1、・・・、A-M及びフェーズドアレイアンテナ較正装置Cを備える。アレイA-1は、N個の素子1-11、・・・、1-1N、N個の送信位相振幅調整器及び受信位相振幅調整器2-11、・・・、2-1N、1個の送信信号分配器及び受信信号合成器3-1、1個のD/A変換器及びA/D変換器4-1、1個のデジタル乗算器5-1を備える。アレイA-Mは、N個の素子1-M1、・・・、1-MN、N個の送信位相振幅調整器及び受信位相振幅調整器2-M1、・・・、2-MN、1個の送信信号分配器及び受信信号合成器3-M、1個のD/A変換器及びA/D変換器4-M、1個のデジタル乗算器5-Mを備える。フェーズドアレイアンテナ較正装置Cは、較正値算出部6、調整値算出部7、残差ベクトル算出部8、残差ベクトル合成部9、D/A変換器補正部及びA/D変換器補正部10を備え、図5のフェーズドアレイアンテナ較正プログラムをコンピュータにインストールし実現可能である。
The phased array antenna device P comprises M arrays A-1, ..., A-M and a phased array antenna calibration device C. The array A-1 comprises N elements 1-11, ..., 1-1N, N transmit phase amplitude adjusters and receive phase amplitude adjusters 2-11, ..., 2-1N, one transmit signal distributor and receive signal combiner 3-1, one D/A converter and A/D converter 4-1, and one digital multiplier 5-1. The array A-M comprises N elements 1-M1, ..., 1-MN, N transmit phase amplitude adjusters and receive phase amplitude adjusters 2-M1, ..., 2-MN, one transmit signal distributor and receive signal combiner 3-M, one D/A converter and A/D converter 4-M, and one digital multiplier 5-M. The phased array antenna calibration device C includes a calibration
本開示のフェーズドアレイアンテナ較正の手順を図5に示す。本開示のフェーズドアレイアンテナ較正の処理を図6及び図7に示す。較正値算出部6は、アレイA-1において、REV法等を用いて、D/A変換器及びA/D変換器4-1を共有する各素子1-11、・・・、1-1Nの送信/受信位相及び送信/受信振幅の相対値に基づいて、各素子1-11、・・・、1-1Nの送信/受信位相及び送信/受信振幅の較正値を算出する(ステップS1)。図6では、素子1-11の送信/受信位相の較正値cphs、1、1が算出され、素子1-11の送信/受信振幅の較正値camp、1、1が算出され、素子1-1Nの送信/受信位相の較正値cphs、1、Nが算出され、素子1-1Nの送信/受信振幅の較正値camp、1、Nが算出される。アレイA-M及び他アレイでも、同様な処理が行われる。つまり、各m(m=1~Mの整数)及び全n(n=1~Nの整数)について、各素子の送信/受信位相及び送信/受信振幅の較正値cphs、m、n、camp、m、nが算出される。
The procedure of the phased array antenna calibration of the present disclosure is shown in FIG. 5. The process of the phased array antenna calibration of the present disclosure is shown in FIG. 6 and FIG. 7. The calibration
調整値算出部7は、アレイA-1において、各素子1-11、・・・、1-1Nの送信/受信位相及び送信/受信振幅の較正値に基づいて、各素子1-11、・・・、1-1Nの送信/受信位相及び送信/受信振幅の離散的な調整値を算出し、各素子1-11、・・・、1-1Nの送信/受信位相及び送信/受信振幅の離散的な調整値を実装する(ステップS2)。図6では、素子1-11の送信/受信位相の離散的な調整値dphs、2(cphs、1、1に最近接)が算出され、素子1-11の送信/受信振幅の離散的な調整値damp、2(camp、1、1に最近接)が算出され、素子1-1Nの送信/受信位相の離散的な調整値dphs、2(cphs、1、Nに最近接)が算出され、素子1-1Nの送信/受信振幅の離散的な調整値damp、2(camp、1、Nに最近接)が算出される。アレイA-M及び他アレイでも、同様な処理が行われる。つまり、各m(m=1~Mの整数)及び全n(n=1~Nの整数)について、各素子の送信/受信位相及び送信/受信振幅の離散的な調整値dphs、dampが算出される。
The adjustment
残差ベクトル算出部8は、アレイA-1において、各素子1-11、・・・、1-1Nの送信/受信位相及び送信/受信振幅の離散的な調整値に対する、各素子1-11、・・・、1-1Nの送信/受信位相及び送信/受信振幅の較正値の残差を算出する(ステップS3)。図6では、素子1-11の送信/受信位相の離散的な調整値dphs、2に対する、素子1-11の送信/受信位相の較正値cphs、1、1の残差ephs、1、1=cphs、1、1-dphs、2が算出され、素子1-1Nの送信/受信位相の離散的な調整値dphs、2に対する、素子1-1Nの送信/受信位相の較正値cphs、1、Nの残差ephs、1、N=cphs、1、N-dphs、2が算出される。そして、素子1-11の送信/受信振幅の離散的な調整値damp、2に対する、素子1-11の送信/受信振幅の較正値camp、1、1の残差eamp、1、1=camp、1、1-damp、2が算出され、素子1-1Nの送信/受信振幅の離散的な調整値damp、2に対する、素子1-1Nの送信/受信振幅の較正値camp、1、Nの残差eamp、1、N=camp、1、N-damp、2が算出される。アレイA-M及び他のアレイでも、同様な処理が行われる。つまり、各m(m=1~Mの整数)及び全n(n=1~Nの整数)について、各素子の送信/受信位相及び送信/受信振幅の較正値の残差ephs、m、n、eamp、m、nが算出される。
The residual
仮に、素子1-11、・・・、1-1NがD/A変換器及びA/D変換器を「個々」に有するならば、「各々」の素子1-11、・・・、1-1Nの送信/受信位相及び送信/受信振幅の較正値の残差を打ち消すように、「各々」のD/A変換器及びA/D変換器が入力/出力するデジタル送信/受信信号に対してデジタル補正すればよい。実際は、素子1-11、・・・、1-1NがD/A変換器及びA/D変換器4-1を「共有」しているため、「全て」の素子1-11、・・・、1-1Nの送信/受信位相及び送信/受信振幅の較正値の残差の「平均」を打ち消すように、「単数」のD/A変換器及びA/D変換器4-1が入力/出力するデジタル送信/受信信号に対してデジタル補正すればよい。 If the elements 1-11, ..., 1-1N have their own D/A converters and A/D converters, then digital correction can be made to the digital transmit/receive signals input/output by each D/A converter and A/D converter to cancel out the residuals of the calibration values of the transmit/receive phases and transmit/receive amplitudes of each element 1-11, ..., 1-1N. In reality, since the elements 1-11, ..., 1-1N share the D/A converter and A/D converter 4-1, digital correction can be made to the digital transmit/receive signals input/output by a single D/A converter and A/D converter 4-1 to cancel out the "average" of the residuals of the calibration values of the transmit/receive phases and transmit/receive amplitudes of all elements 1-11, ..., 1-1N.
残差ベクトル算出部8は、アレイA-1において、IQ平面内において、各素子1-11、・・・、1-1Nの送信/受信位相及び送信/受信振幅の離散的な調整値に対する、各素子1-11、・・・、1-1Nの送信/受信位相及び送信/受信振幅の較正値の残差ベクトルを算出する(ステップS4)。図6では、素子1-11の送信/受信位相及び送信/受信振幅の較正値cphs、1、1、camp、1、1の残差ベクトルA1、1=(1+eamp、1、1)exp(jephs、1、1)が算出され、素子1-1Nの送信/受信位相及び送信/受信振幅の較正値cphs、1、N、camp、1、Nの残差ベクトルA1、N=(1+eamp、1、N)exp(jephs、1、N)が算出される。アレイA-M及び他のアレイでも、同様な処理が行われる。つまり、各m(m=1~Mの整数)及び全n(n=1~Nの整数)について、各素子の送信/受信位相及び送信/受信振幅の較正値の残差ベクトルAm、nが算出される。
The residual
仮に、素子1-11、・・・、1-1NがD/A変換器及びA/D変換器を「個々」に有するならば、「各々」のD/A変換器及びA/D変換器が入力/出力するデジタル送信/受信信号に対して残差ベクトルA1、nを乗算すれば、素子1-11、・・・、1-1Nの送信/受信位相及び送信/受信振幅の較正値を正確に実現可能である。 If the elements 1-11, ..., 1-1N have "individual" D/A converters and A/D converters, the calibration values of the transmit/receive phases and transmit/receive amplitudes of the elements 1-11, ..., 1-1N can be accurately realized by multiplying the digital transmit/receive signals input/output by "each" D/A converter and A/D converter by the residual vector A 1,n .
残差ベクトル合成部9は、アレイA-1において、各素子1-11、・・・、1-1Nの送信/受信位相及び送信/受信振幅の較正値の残差ベクトルを合成し、D/A変換器及びA/D変換器4-1を共有する全素子1-11、・・・、1-1Nの送信/受信位相及び送信/受信振幅の較正値の残差ベクトル和を算出する(ステップS5、S6)。
The residual
図6では、素子1-11、・・・、1-1Nの送信/受信位相及び送信/受信振幅の較正値cphs、1、n、camp、1、nの規格化前の残差ベクトル和A1=Σ(1+eamp、1、n)exp(jephs、1、n)が算出される。図7では、素子1-M1、・・・、1-MNの送信/受信位相及び送信/受信振幅の較正値cphs、M、n、camp、M、nの規格化前の残差ベクトル和AM=Σ(1+eamp、M、n)exp(jephs、M、n)が算出される。他のアレイでも、同様な処理が行われる。つまり、各m(m=1~Mの整数)について、全素子の送信/受信位相及び送信/受信振幅の較正値の規格化前の残差ベクトル和Amが算出される。ここで、「規格化前」とは、「全て」の素子1-11、・・・、1-1Nの送信/受信位相及び送信/受信振幅の較正値の残差について、「平均」を算出する前の段階であることを示す。 In Fig. 6, the residual vector sum A 1 =Σ(1+e amp,1,n ) exp(je phs,1,n ) of the calibration values c phs,1,n , c amp,1,n of the transmit/receive phases and transmit/receive amplitudes of elements 1-11, ..., 1-1N before normalization is calculated. In Fig. 7, the residual vector sum A M =Σ(1+e amp, M,n ) exp(je phs,M,n ) of the calibration values c phs,M,n , c amp ,M,n of the transmit/receive phases and transmit/receive amplitudes of elements 1-M1, ..., 1-MN before normalization is calculated. Similar processing is performed for other arrays. That is, for each m (m = an integer from 1 to M), a residual vector sum A m before normalization of the calibration values of the transmit/receive phases and transmit/receive amplitudes of all elements is calculated. Here, "before normalization" refers to a stage before the "average" is calculated for the residuals of the calibration values of the transmit/receive phases and transmit/receive amplitudes of "all" elements 1-11, ..., 1-1N.
図7では、素子1-11、・・・、1-1Nの送信/受信位相及び送信/受信振幅の較正値cphs、1、n、camp、1、nの規格化後の残差ベクトル和C1=A1/Amax(ただし、|Amax|=max(|A1|、・・・、|AM|)、maxは最大値)が算出される。そして、素子1-M1、・・・、1-MNの送信/受信位相及び送信/受信振幅の較正値cphs、M、n、camp、M、nの規格化後の残差ベクトル和CM=AM/Amax(ただし、|Amax|=max(|A1|、・・・、|AM|)、maxは最大値)が算出される。他のアレイでも、同様な処理が行われる。つまり、各m(m=1~Mの整数)について、全素子の送信/受信位相及び送信/受信振幅の較正値の規格化後の残差ベクトル和Cmが算出される。ここで、「規格化後」とは、「全て」の素子1-11、・・・、1-1Nの送信/受信位相及び送信/受信振幅の較正値の残差について、「平均」を算出した後の段階であることを示す。 7, a residual vector sum C 1 =A 1 /A max (where |A max |=max(|A 1 |, ..., |A M |) , max is the maximum value) after normalization of the calibration values c phs,1,n , c amp,1,n of the transmit/receive phases and transmit/receive amplitudes of elements 1-11, ..., 1-1N is calculated. Then, a residual vector sum C M =A M /A max (where |A max |=max(|A 1 |, ..., |A M |), max is the maximum value) after normalization of the calibration values c phs,M,n , c amp,M, n of the transmit/receive phases and transmit/receive amplitudes of elements 1-M1 , ..., 1-MN is calculated. Similar processing is performed for other arrays. That is, for each m (m = an integer from 1 to M), a residual vector sum Cm is calculated after normalization of the calibration values of the transmit/receive phases and transmit/receive amplitudes of all elements. Here, "after normalization" refers to the stage after the "average" is calculated for the residuals of the calibration values of the transmit/receive phases and transmit/receive amplitudes of "all" elements 1-11, ..., 1-1N.
D/A変換器補正部及びA/D変換器補正部10は、アレイA-1において、全素子1-11、・・・、1-1Nの送信/受信位相及び送信/受信振幅の較正値の残差ベクトル和を打ち消すように、D/A変換器及びA/D変換器4-1が入力/出力する送信/受信信号に対して補正する(ステップS7)。図7では、素子1-11、・・・、1-1Nの送信/受信位相及び送信/受信振幅の較正値cphs、1、n、camp、1、nの規格化後の残差ベクトル和C1が、送信/受信信号補正値としてデジタル乗算器5-1に入力される。そして、素子1-M1、・・・、1-MNの送信/受信位相及び送信/受信振幅の較正値cphs、M、n、camp、M、nの規格化後の残差ベクトル和CMが、送信/受信信号補正値としてデジタル乗算器5-Mに入力される。他のアレイでも、同様な処理が行われる。つまり、各m(m=1~Mの整数)について、全素子の送信/受信位相及び送信/受信振幅の較正値の規格化後の残差ベクトル和Cmが、送信/受信信号補正値として適用される。
The D/A converter correction unit and A/D
実際は、素子1-11、・・・、1-1NがD/A変換器及びA/D変換器4-1を「共有」しているため、「単数」のD/A変換器及びA/D変換器4-1が入力/出力するデジタル送信/受信信号に対して規格化後の残差ベクトル和C1を乗算すれば、素子1-11、・・・、1-1Nの送信/受信位相及び送信/受信振幅の較正値をほぼ実現可能である。 In reality, since the elements 1-11, ..., 1-1N "share" the D/A converter and A/D converter 4-1, by multiplying the digital transmit/receive signal input/output by the "single" D/A converter and A/D converter 4-1 by the normalized residual vector sum C1, it is possible to approximately realize the calibrated values of the transmit/receive phase and transmit/receive amplitude of the elements 1-11, ..., 1-1N.
本開示のフェーズドアレイアンテナ較正の結果を図8に示す。全素子数は、8×4個である。位相調整器は、ビット数3を有し、離散的な調整値0°、45°、・・・、315°を有する。振幅調整器は、ビット数3を有し、離散的な調整値0dB、-1dB、・・・、-7dBを有する。各素子毎に、位相及び振幅の較正値のランダムな残差(具体的には、±22.5°の範囲内の一様分布に従う位相の較正値の残差、及び、±0.5dBの範囲内の一様分布に従う振幅の較正値の残差。)を、100回のシミュレーションの各試行において与える。全素子の合成メインローブ方向が、全素子の所望メインローブ方向から、±0.05°の範囲内でのみチルトしている。 The result of the phased array antenna calibration of the present disclosure is shown in FIG. 8. The total number of elements is 8×4. The phase adjuster has 3 bits and has discrete adjustment values of 0°, 45°, ..., 315°. The amplitude adjuster has 3 bits and has discrete adjustment values of 0 dB, -1 dB, ..., -7 dB. For each element, random residuals of the phase and amplitude calibration values (specifically, the residuals of the phase calibration values that follow a uniform distribution within the range of ±22.5°, and the residuals of the amplitude calibration values that follow a uniform distribution within the range of ±0.5 dB) are given in each trial of 100 simulations. The composite main lobe direction of all elements is tilted only within the range of ±0.05° from the desired main lobe direction of all elements.
従来技術及び本開示のフェーズドアレイアンテナ較正の結果を図9に示す。図9の右欄は、図9の左欄の全素子の所望メインローブ仰角方向=0°の近傍の拡大図である。図3の従来技術のフェーズドアレイアンテナ較正の結果のうち、全素子の合成メインローブ仰角方向が全素子の所望メインローブ仰角方向=0°から+0.5°チルトしている結果を、図9の実線のグラフで示している。図8の本開示のフェーズドアレイアンテナ較正の結果のうち、全素子の合成メインローブ仰角方向が全素子の所望メインローブ仰角方向=0°からチルトしていない結果を、図9の破線のグラフで示している。 The results of the phased array antenna calibration of the conventional technology and the present disclosure are shown in FIG. 9. The right column of FIG. 9 is an enlarged view of the vicinity of the desired main lobe elevation angle direction of all elements = 0° in the left column of FIG. 9. Among the results of the phased array antenna calibration of the conventional technology in FIG. 3, the result in which the composite main lobe elevation angle direction of all elements is tilted by +0.5° from the desired main lobe elevation angle direction of all elements = 0° is shown by the solid line graph in FIG. 9. Among the results of the phased array antenna calibration of the present disclosure in FIG. 8, the result in which the composite main lobe elevation angle direction of all elements is not tilted from the desired main lobe elevation angle direction of all elements = 0° is shown by the dashed line graph in FIG. 9.
以上のように、複数の素子が、D/A変換器及びA/D変換器を共有しており、連続的でなく離散的である調整値を有する送信位相振幅調整器及び受信位相振幅調整器を個々に有するときでも、全素子の合成ビーム方向が、全素子の所望ビーム方向から、チルトする可能性を低くすることができる。そして、D/A変換器及びA/D変換器の台数を減らすとともに、送信位相振幅調整器及び受信位相振幅調整器のビット数を減らしたうえで、フェーズドアレイアンテナ較正プログラムをコンピュータにインストールするのみでよいため、フェーズドアレイアンテナ装置のコストを抑えることができる。 As described above, even when multiple elements share D/A converters and A/D converters and each has a transmit phase amplitude adjuster and a receive phase amplitude adjuster with adjustment values that are discrete rather than continuous, the possibility that the composite beam direction of all elements will tilt from the desired beam direction of all elements can be reduced. Furthermore, by reducing the number of D/A converters and A/D converters and reducing the number of bits of the transmit phase amplitude adjuster and the receive phase amplitude adjuster, it is possible to reduce the cost of the phased array antenna device, since it is only necessary to install a phased array antenna calibration program on a computer.
本実施形態では、各素子の送信/受信位相及び送信/受信振幅を較正している。変形例として、各素子の送信/受信位相のみを較正してもよく、各素子の送信位相及び送信振幅のみを較正してもよく、各素子の受信位相及び受信振幅のみを較正してもよい。 In this embodiment, the transmit/receive phase and transmit/receive amplitude of each element are calibrated. As a variant, only the transmit/receive phase of each element may be calibrated, only the transmit phase and transmit amplitude of each element may be calibrated, or only the receive phase and receive amplitude of each element may be calibrated.
本実施形態では、各アレイの全素子の送信/受信位相及び送信/受信振幅の較正値の規格化後の残差ベクトル和として、Cm=Am/Amax(Amaxは素子数Nに近い)を算出している。変形例として、各アレイの全素子の送信/受信位相及び送信/受信振幅の較正値の規格化後の残差ベクトル和として、Cm=Am/N(Nは素子数)を算出してもよい。 In this embodiment, the residual vector sum after normalization of the calibration values of the transmit/receive phases and transmit/receive amplitudes of all elements of each array is calculated as Cm = Am / Amax ( Amax is close to the number of elements N). As a modified example, the residual vector sum after normalization of the calibration values of the transmit/receive phases and transmit/receive amplitudes of all elements of each array may be calculated as Cm = Am /N (N is the number of elements).
このように、本開示のフェーズドアレイアンテナ較正装置、フェーズドアレイアンテナ装置及びフェーズドアレイアンテナ較正プログラムは、数100kmに及ぶ遠距離における降雨等を検出する気象レーダ等において、全素子の合成ビーム方向が、全素子の所望ビーム方向から、チルトする可能性を低くすることができる。 In this way, the phased array antenna calibration device, phased array antenna apparatus, and phased array antenna calibration program disclosed herein can reduce the possibility that the composite beam direction of all elements will tilt from the desired beam direction of all elements in weather radars that detect precipitation, etc., over long distances of up to hundreds of kilometers.
P:フェーズドアレイアンテナ装置
A-1、A-M:アレイ
C:フェーズドアレイアンテナ較正装置
1-11、1-1N、1-M1、1-MN:素子
2-11、2-1N、2-M1、2-MN:送信位相振幅調整器、受信位相振幅調整器
3-1、3-M:送信信号分配器、受信信号合成器
4-1、4-M:D/A変換器、A/D変換器
5-1、5-M:デジタル乗算器
6:較正値算出部
7:調整値算出部
8:残差ベクトル算出部
9:残差ベクトル合成部
10:D/A変換器補正部、A/D変換器補正部
P: Phased array antenna device A-1, A-M: Array C: Phased array antenna calibration device 1-11, 1-1N, 1-M1, 1-MN: Elements 2-11, 2-1N, 2-M1, 2-MN: Transmission phase and amplitude adjuster, reception phase and amplitude adjuster 3-1, 3-M: Transmission signal distributor, reception signal combiner 4-1, 4-M: D/A converter, A/D converter 5-1, 5-M: Digital multiplier 6: Calibration value calculation unit 7: Adjustment value calculation unit 8: Residual vector calculation unit 9: Residual vector combination unit 10: D/A converter correction unit, A/D converter correction unit
Claims (8)
前記各素子の送信位相の較正値に基づいて、前記各素子の送信位相の離散的な調整値を算出し、前記各素子の送信位相の離散的な調整値を実装する調整値算出部と、
前記各素子の送信位相の離散的な調整値に対する、前記各素子の送信位相の較正値の残差を算出し、前記各素子の送信位相の較正値の残差に基づいて、IQ平面内において、前記各素子の送信位相の較正値の残差ベクトルを算出する残差ベクトル算出部と、
前記各素子の送信位相の較正値の残差ベクトルを合成し、前記D/A変換器を共有する前記全素子の送信位相の較正値の残差ベクトル和を算出する残差ベクトル合成部と、
前記全素子の送信位相の較正値の残差ベクトル和を打ち消すように、前記D/A変換器が入力する送信信号に対して補正するD/A変換器補正部と、
を備えることを特徴とするフェーズドアレイアンテナ較正装置。 a calibration value calculation unit for, in a phased array antenna , receiving a transmission wave from each element sharing a D/A converter by an external antenna, measuring a transmission phase of a certain element based on a change in a transmission composite amplitude of all elements accompanying a change in the transmission phase of the certain element, and calculating a calibration value of the transmission phase of each element based on a relative value of the transmission phase of each element;
an adjustment value calculation unit that calculates a discrete adjustment value of the transmission phase of each of the elements based on a calibration value of the transmission phase of each of the elements, and implements the discrete adjustment value of the transmission phase of each of the elements;
a residual vector calculation unit that calculates a residual of a calibrated value of the transmission phase of each of the elements with respect to a discrete adjustment value of the transmission phase of each of the elements, and calculates a residual vector of the calibrated value of the transmission phase of each of the elements in an IQ plane based on the residual of the calibrated value of the transmission phase of each of the elements;
a residual vector synthesis unit that synthesizes a residual vector of the calibration values of the transmission phases of the elements and calculates a residual vector sum of the calibration values of the transmission phases of all the elements that share the D/A converter;
a D/A converter correction unit that corrects a transmission signal input to the D/A converter so as to cancel a residual vector sum of the calibration values of the transmission phases of all the elements;
A phased array antenna calibration device comprising:
前記調整値算出部は、前記各素子の送信位相及び送信振幅の較正値に基づいて、前記各素子の送信位相及び送信振幅の離散的な調整値を算出し、前記各素子の送信位相及び送信振幅の離散的な調整値を実装し、
前記残差ベクトル算出部は、前記各素子の送信位相及び送信振幅の離散的な調整値に対する、前記各素子の送信位相及び送信振幅の較正値の残差を算出し、前記各素子の送信位相及び送信振幅の較正値の残差に基づいて、IQ平面内において、前記各素子の送信位相及び送信振幅の較正値の残差ベクトルを算出し、
前記残差ベクトル合成部は、前記各素子の送信位相及び送信振幅の較正値の残差ベクトルを合成し、前記全素子の送信位相及び送信振幅の較正値の残差ベクトル和を算出し、
前記D/A変換器補正部は、前記全素子の送信位相及び送信振幅の較正値の残差ベクトル和を打ち消すように、前記D/A変換器が入力する送信信号に対して補正する
ことを特徴とする、請求項1に記載のフェーズドアレイアンテナ較正装置。 the calibration value calculation unit receives the transmission waves of the elements by the external antenna, measures the transmission phase and transmission amplitude of the certain element based on a change in the transmission composite amplitude of all the elements accompanying a change in the transmission phase of the certain element, and calculates calibration values of the transmission phase and transmission amplitude of each of the elements based on the relative values of the transmission phase and transmission amplitude of each of the elements;
The adjustment value calculation unit calculates discrete adjustment values of the transmission phase and transmission amplitude of each of the elements based on the calibration values of the transmission phase and transmission amplitude of each of the elements, and implements the discrete adjustment values of the transmission phase and transmission amplitude of each of the elements;
the residual vector calculation unit calculates a residual of a calibrated value of the transmission phase and transmission amplitude of each element with respect to a discrete adjustment value of the transmission phase and transmission amplitude of each element, and calculates a residual vector of the calibrated value of the transmission phase and transmission amplitude of each element in an IQ plane based on the residual of the calibrated value of the transmission phase and transmission amplitude of each element;
the residual vector synthesis unit synthesizes residual vectors of the calibration values of the transmission phase and transmission amplitude of each of the elements, and calculates a residual vector sum of the calibration values of the transmission phase and transmission amplitude of all of the elements;
2. The phased array antenna calibration device according to claim 1, wherein the D/A converter correction unit corrects the transmission signal input to the D/A converter so as to cancel a residual vector sum of calibration values of transmission phases and transmission amplitudes of all elements.
前記各素子の送信位相の較正値に基づいて、前記各素子の送信位相の離散的な調整値を算出し、前記各素子の送信位相の離散的な調整値を実装する調整値算出ステップと、
前記各素子の送信位相の離散的な調整値に対する、前記各素子の送信位相の較正値の残差を算出し、前記各素子の送信位相の較正値の残差に基づいて、IQ平面内において、前記各素子の送信位相の較正値の残差ベクトルを算出する残差ベクトル算出ステップと、
前記各素子の送信位相の較正値の残差ベクトルを合成し、前記D/A変換器を共有する前記全素子の送信位相の較正値の残差ベクトル和を算出する残差ベクトル合成ステップと、
前記全素子の送信位相の較正値の残差ベクトル和を打ち消すように、前記D/A変換器が入力する送信信号に対して補正するD/A変換器補正ステップと、
を順にコンピュータに実行させるためのフェーズドアレイアンテナ較正プログラム。 a calibration value calculation step of, in the phased array antenna, receiving a transmission wave from each element sharing a D/A converter by an external antenna, measuring a transmission phase of a certain element based on a change in a combined transmission amplitude of all elements accompanying a change in the transmission phase of the certain element, and calculating a calibration value of the transmission phase of each element based on a relative value of the transmission phase of each element;
an adjustment value calculation step of calculating a discrete adjustment value of the transmission phase of each of the elements based on the calibration value of the transmission phase of each of the elements, and implementing the discrete adjustment value of the transmission phase of each of the elements;
a residual vector calculation step of calculating a residual of a calibrated value of the transmission phase of each of the elements for a discrete adjustment value of the transmission phase of each of the elements, and calculating a residual vector of the calibrated value of the transmission phase of each of the elements in an IQ plane based on the residual of the calibrated value of the transmission phase of each of the elements;
a residual vector synthesis step of synthesizing a residual vector of the calibration values of the transmission phases of the elements and calculating a residual vector sum of the calibration values of the transmission phases of all the elements that share the D/A converter;
a D/A converter correction step of correcting a transmission signal input to the D/A converter so as to cancel a residual vector sum of the calibration values of the transmission phases of all the elements;
A phased array antenna calibration program for causing a computer to execute the above steps in sequence.
前記各素子の受信位相の較正値に基づいて、前記各素子の受信位相の離散的な調整値を算出し、前記各素子の受信位相の離散的な調整値を実装する調整値算出部と、
前記各素子の受信位相の離散的な調整値に対する、前記各素子の受信位相の較正値の残差を算出し、前記各素子の受信位相の較正値の残差に基づいて、IQ平面内において、前記各素子の受信位相の較正値の残差ベクトルを算出する残差ベクトル算出部と、
前記各素子の受信位相の較正値の残差ベクトルを合成し、前記A/D変換器を共有する前記全素子の受信位相の較正値の残差ベクトル和を算出する残差ベクトル合成部と、
前記全素子の受信位相の較正値の残差ベクトル和を打ち消すように、前記A/D変換器が出力する受信信号に対して補正するA/D変換器補正部と、
を備えることを特徴とするフェーズドアレイアンテナ較正装置。 a calibration value calculation unit for calculating a calibration value of the reception phase of each element based on a relative value of the reception phase of each element, after a transmission wave of an external antenna is received by each element sharing an A /D converter, and measuring the reception phase of a certain element based on a change in a combined reception amplitude of all elements that accompanies a change in the reception phase of the certain element;
An adjustment value calculation unit that calculates a discrete adjustment value of the reception phase of each element based on a calibration value of the reception phase of each element and implements the discrete adjustment value of the reception phase of each element;
a residual vector calculation unit that calculates a residual of a calibrated value of the reception phase of each of the elements with respect to a discrete adjustment value of the reception phase of each of the elements, and calculates a residual vector of the calibrated value of the reception phase of each of the elements in an IQ plane based on the residual of the calibrated value of the reception phase of each of the elements;
a residual vector synthesis unit that synthesizes a residual vector of the calibration values of the reception phases of the elements and calculates a residual vector sum of the calibration values of the reception phases of all the elements that share the A/D converter;
an A/D converter correction unit that corrects the received signal output by the A/D converter so as to cancel a residual vector sum of the calibration values of the reception phases of all the elements;
A phased array antenna calibration device comprising:
前記調整値算出部は、前記各素子の受信位相及び受信振幅の較正値に基づいて、前記各素子の受信位相及び受信振幅の離散的な調整値を算出し、前記各素子の受信位相及び受信振幅の離散的な調整値を実装し、
前記残差ベクトル算出部は、前記各素子の受信位相及び受信振幅の離散的な調整値に対する、前記各素子の受信位相及び受信振幅の較正値の残差を算出し、前記各素子の受信位相及び受信振幅の較正値の残差に基づいて、IQ平面内において、前記各素子の受信位相及び受信振幅の較正値の残差ベクトルを算出し、
前記残差ベクトル合成部は、前記各素子の受信位相及び受信振幅の較正値の残差ベクトルを合成し、前記全素子の受信位相及び受信振幅の較正値の残差ベクトル和を算出し、
前記A/D変換器補正部は、前記全素子の受信位相及び受信振幅の較正値の残差ベクトル和を打ち消すように、前記A/D変換器が出力する受信信号に対して補正する
ことを特徴とする、請求項5に記載のフェーズドアレイアンテナ較正装置。 the calibration value calculation unit receives a transmission wave from the external antenna at each of the elements, measures a reception phase and a reception amplitude of the certain element based on a change in a reception composite amplitude of all the elements that accompanies a change in the reception phase of the certain element, and calculates a calibration value of the reception phase and the reception amplitude of each of the elements based on a relative value of the reception phase and the reception amplitude of each of the elements;
The adjustment value calculation unit calculates a discrete adjustment value of the reception phase and reception amplitude of each of the elements based on the calibration value of the reception phase and reception amplitude of each of the elements, and implements the discrete adjustment value of the reception phase and reception amplitude of each of the elements;
the residual vector calculation unit calculates a residual of a calibrated value of the reception phase and reception amplitude of each element with respect to a discrete adjustment value of the reception phase and reception amplitude of each element, and calculates a residual vector of the calibrated value of the reception phase and reception amplitude of each element in an IQ plane based on the residual of the calibrated value of the reception phase and reception amplitude of each element;
the residual vector synthesis unit synthesizes residual vectors of the calibration values of the reception phase and reception amplitude of each of the elements, and calculates a residual vector sum of the calibration values of the reception phase and reception amplitude of all of the elements;
6. The phased array antenna calibration device according to claim 5, wherein the A/D converter correction unit corrects the received signal output by the A/D converter so as to cancel a residual vector sum of calibration values of the received phases and received amplitudes of all the elements.
前記各素子の受信位相の較正値に基づいて、前記各素子の受信位相の離散的な調整値を算出し、前記各素子の受信位相の離散的な調整値を実装する調整値算出ステップと、
前記各素子の受信位相の離散的な調整値に対する、前記各素子の受信位相の較正値の残差を算出し、前記各素子の受信位相の較正値の残差に基づいて、IQ平面内において、前記各素子の受信位相の較正値の残差ベクトルを算出する残差ベクトル算出ステップと、
前記各素子の受信位相の較正値の残差ベクトルを合成し、前記A/D変換器を共有する前記全素子の受信位相の較正値の残差ベクトル和を算出する残差ベクトル合成ステップと、
前記全素子の受信位相の較正値の残差ベクトル和を打ち消すように、前記A/D変換器が出力する受信信号に対して補正するA/D変換器補正ステップと、
を順にコンピュータに実行させるためのフェーズドアレイアンテナ較正プログラム。 a calibration value calculation step of, in the phased array antenna, receiving a transmission wave from an external antenna by each element sharing an A/D converter, measuring the reception phase of a certain element based on a change in a combined reception amplitude of all elements that accompanies a change in the reception phase of the certain element, and calculating a calibration value of the reception phase of each element based on a relative value of the reception phase of each element;
An adjustment value calculation step of calculating a discrete adjustment value of the reception phase of each element based on the calibration value of the reception phase of each element, and implementing the discrete adjustment value of the reception phase of each element;
a residual vector calculation step of calculating a residual of the calibration value of the reception phase of each element for the discrete adjustment value of the reception phase of each element, and calculating a residual vector of the calibration value of the reception phase of each element in an IQ plane based on the residual of the calibration value of the reception phase of each element;
a residual vector synthesis step of synthesizing a residual vector of the calibration values of the reception phases of the elements and calculating a residual vector sum of the calibration values of the reception phases of all the elements that share the A/D converter;
an A/D converter correction step of correcting the received signal output by the A/D converter so as to cancel a residual vector sum of the calibration values of the receive phases of all the elements;
A phased array antenna calibration program for causing a computer to execute the above steps in sequence.
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---|---|---|---|---|
WO2004013644A1 (en) | 2002-08-06 | 2004-02-12 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Antenna measurement device and method |
JP2010071889A (en) | 2008-09-19 | 2010-04-02 | Toshiba Corp | Radar system mounted on movable body and calibration method |
JP2011142708A (en) | 2010-01-05 | 2011-07-21 | Mitsubishi Electric Corp | Wireless power transmission system, power transmission apparatus, and rectenna base station |
WO2018221022A1 (en) | 2017-05-29 | 2018-12-06 | 三菱電機株式会社 | Radio wave measurement system, wireless power transmission device, and system for transmitting power to flying body |
CN108155958A (en) | 2017-11-22 | 2018-06-12 | 西南电子技术研究所(中国电子科技集团公司第十研究所) | Extensive mimo antenna array far field calibration system |
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