JPH02122701A - フェーズド・アレイアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はフェーズド・アンテナに関し、殊にアンテナエ
レメントへの多数の給電系統のいづれかに障害が発生し
た場合に、その影響が他の系統に及ぶのを防止すると同
時に残された系統によって所望の性能を得られるように
したフェーズド・アレイアンテナの制御に関する。

（従来技術） プレイアンテナは複数のアンテナエレメントを配列し、
その全部又は一部のニレメントラ励振することによって
、単一のエレメントにては得られない種々の機能をもっ
たものとすることができ、従来から様々な形態のプレイ
アンテナが実用に供されている。

更に、各アンテナエレメントに給電する信号の位相或は
電力を電気的に変化させて放射ビーム方向及びパターン
を任意自在に制御するものを一般にフェーズド嗜アレイ
アンテナと称し。

殊に人工衛星を介した無線通信用アンテナにはアイクロ
ストリップ型のフェーズド・アレイアンテナが多用され
ている。

フェーズド・プレイアンテナの基本的な構成は例えば第
７図に示す通りである。

同図に於いてＩＶｉフェーズド・アレイアンテナ全体を
示し、その内部は所定間隔にて配列した複数のアンテナ
エレメントＡＩ、Ａ！、・・・・・・ＡＨとその各々に
接続した移相器（ｐｈａｓｅ　５ｉｆｔｅｒ）ｙ’　１
．ｌ　ｚ　、ｌ　ｇ　、−−１ｎ及び分配器Ｄ　Ｉ　Ｖ
　（ｆｅｖｉｄｅｒ）とを有する。

更に、前記移相器０１，０２，０．、・・・・・・Ｏｎ
は図示を省略した制御器ｃｏｎ　ｔからの信号によって
夫々の移相量が制御され、前記分配器ＤＩＶから供給さ
れろ信号に所要の位相推移を与えて各アンテナニレメン
）　ＡＩ　、Ａ２　、・・・・・・Ａｎに印加し。

又は、これらアンテナエレメントに訪起した信号に同様
の位相推移を付与して前記分配器ＤＩＶに集め、これら
を合成して一つの信号を作出すもので、この信号は例え
ば同図に示す如く分離器Ｄｕｐｌｅｘを介して送信機Ｔ
Ｘ及び受信機ＲＸに接続する。

斯かるフェーズド・アンテナの分配器ＤＩＶの電力分配
率の制御あるいは移相器り１．ダ２゜・・・・・・戸に
於ける位相の制御は、一般にＰＩＮダイオード等のスイ
ッチング素子あるいは可変リアクタンス素子を具え、各
々への制御電圧を変化することにより、又はスイッチン
グすべき素子の組合せを変えることによって行うのが一
般的である。

一万、ＰＩＮダイオード等の半導体素子は比較的最大許
容熱損失が小さく、規定以上の電力を印加すると壊れる
虞れが高く、設計上注意を要する。

しかし各制御素子に於ける通過電力あるいは熱損失発生
を定格内に抑えたとしても、多数の移相器及びアンテナ
エレメント或は夫々を接続するケーブル類のいづれかに
障害を生ずると。

分配器から当該障害系統部に供給された電力のほとんど
又は一部が障害部分から反射し他の非障害系統に再分配
される。

その結果障害系統の数によっては他の系統へ供給される
電力が大巾に増加して、前記許容定格値を越え非障害系
統の素子をも破壊してしまう虞れがある。

又、すべての系統に障害が無い状態に於いてはじめて夫
々の回路の入出力インピーダンス整合が保たれるが、そ
のうちの一つの系統にでも障害を生ずると、その影響を
受けて他の系統のインピーダンス整合状態が保てなくな
ることもある。

その結果、非障害系統の各ブロック入出力又は内部回路
に於ける電力反射又は熱損失が増え。

よシー層回路素子の破壊の危険が増加する。

この不具合を除去するためには、従来各系統毎に障害の
有無を検出する手段を設け、いづれかに障害を検出すれ
ば送信機の機能を停止する等の手段を講じている。

しかしながら、上述の如く多数のアンテナ系統のうち一
つでも障害を生じた場合、その全体の機能暑停止する従
来の方法ではこれに係かる通信設備全体が機能を失うこ
ととなり極めて不都合である。

例えば、近年研究が進められている航空機塔載用公衆通
信システム或はその他航法管理通信システムに使用する
アンテナである場合、これら通信システム全体の機能停
止は安全上甑めて問題がある。

（発明の目的） 本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって
、上述したようなアレイアンテナシステムに於いてその
いくつかの系統に障害を生じた場合であっても、アンテ
ナシステム全体の機能を損ねることなく、シかもこの障
害が非障害系統に及ぶのを防止することのできるフェー
ズド嗜アレイアンテナを提供することを目的とする。

（発明の概保） この目的を達成するため２本発明に於いてはフェーズド
・アレイアンテナ各ブロックの所要部に障害の有無を検
出する手段を設けろと共に。

該検出手段にて得た結果に基づいて、各系統の移相器又
は／及び分配器を制御して夫々の制御量を決定する。

即ち、複数のアレイアンテナ夫々の給電系統のうち、ど
の系統に障害が生じたかを検知し。

その障害状況に応じて残シの系統にて得られる最適の性
能を確保するように制御を行う。

又、このときの制御手段として９例えば複数の系統のう
ち障害が生じたものの組合せとそれら各々に対する最適
な制御アルゴリズムとを予め記憶した記憶手段を具えて
おき、前記検出手段の結果と該記憶手段内容とから所要
制御信号を選定する。

あるいは、これらの制御信号設定アルゴリズムをプログ
ラムとして記憶したコンピュータシステムを具え、障害
発生時にこのプログラムの実行によって、最適な制御信
号を作出してもよい。

（実施例） 以下９図示した実施例に基づいて本発明の詳細な説明す
る。

第１図は本発明の基本的概念を説明するためのフロック
図である。

同図に於いてＡｌ、Ａ２．・−・・・・Ａｎ及び０１．
ダ２゜・・・・・・９６ｎ、ＤＩ■は第７　図と同様に
夫々複数のアンテナエレメントとその各々に付加した移
相器及び分配器であって、この実施例では更に、前記移
相器の入出力端に付加した障害検知回路ＤＥＴ１．ＤＢ
Ｔ２．−＝−・・−ＤＥＴ　　と制御装置ｃｏｎ　ｔを
有したことを特徴としている。

該制御装置ｃｏｎｔに於いては前記障害検知回路ＤＥＴ
からの信号を監視し、かついづれかから障害検知信号が
出力されると、その結果に基づいて前記移相器ダ１＋３
’２ｔ・・・・・・Ｏｎ又は／及び分配器ＤＩＶへの制
御信号を変化し、轟該障害発生系統への電力供給を停止
すると共に、残る非障害系統への電力配分と夫々の移相
関係を再設定する。

この再設定は１例えば非障害系統の数及びアンテナアレ
イ位置夫々の状況により判断し、該状況に於いて最良の
制御を行って、所望の性能即ち指向性パターン或はビー
ム掃引角度及び各方向に対する利得等が所定の規格を満
すよう設定するものである。

この方法によれば、複数の系統のいづれかに障害が発生
しても、障害系統を除いた残りの系統を動作せしめ、あ
る程度アンテナとして機能を確保できるので通信不能に
陥いることがない。

次に上記障害検知回路ＤＢＴと制御装置ｃｏｎの具体例
について説明する。

第２図は前記障害検知回路ＤＥＴの一実施例を示す構成
図であって、移相器ダの入力、出力大々のストリップ線
路ラインＩＮと０ｔＪＴに僅かな間隙をもって所要長の
ストリップライン５Ｌｉｎ、　　５Ｌｏｕｔ　　５平行
に設け、該ス）　ＩＪツブライン５ＬＩＮ　、　ＳＬＯ
［ＪＴに誘起する信号電流をダイオードＤＩ、Ｄ２．コ
ンデンサＣ１，Ｃ２及び抵抗Ｒ１，Ｒ２により整流した
のち、比較器ＣＯＭによって両者の大小関係を検出する
よう構成したものである。

この構成によれば、前記移相器ダに障害を生じれば入力
する電力と出力する電力に所定以上の差が生じるから、
比較器ＣＯＭ出力にはそれに対応した出力電圧となる。

従って、この電圧な監視することによって。

少なくとも移相器ダの障害を検知することができる。こ
の障害検知手段は上記方法に限らず種々のものが考えら
れる。

例えば第３図に示すように移相器ダの入力端に入力信号
電力と反射信号電力の比を検出する手段を具え、その比
が所定値以上になったとき障害と判定する方法でもよい
。

メ、このような反射電力測定手段を各アンテナエレメン
トの入力端に設ければ、アンテナエレメントの障害を検
知可能であり、同様にその他のブロックの入力端に設け
てもよい。

第４図は前記制御装＠　ＣＯＮ’ｌ’の内部構成の一部
を示すブロック図であって、各障害検知回路ＤＥＴから
の信号によって、障害発生の有無とその箇所を判別する
と共に、その情報を所定のデジタル信号に変換して出力
するマトリックス回路Ｍａｔと、このデジタル信号を受
けて、内部に記憶し前記デジタル信号夫々に対応した制
御信号を選出する記憶回路ＲＯＭと、該ＲＯＭからの信
号に対応して移相器２又は／及び分配器ＤＩ■への制御
信号を作出する制御信号発生部Ｃ０ＮＴ、　ＳＩＧとを
具えたものである。

このうち、前記ＲＯＭ　ＫＨすべての系統の障害状況に
対応して出力すべき制御信号を１例えば障害状況を示す
符号（ビット列）をアドレスとして記憶せしめろ。この
ときの制御信号は。

あらかじめ障害系統の数とその組合せをシュミレーショ
ンして、その時の非障害系統をいかに制御すればより機
能的に機能せしめ得るかを横割したうえで決定する。

又、この制御信号は非障害系統の移相器の移相ｆｔを増
減する信号及び／又は分配器の電力分配率を変更するも
のである。

各移相器あるいは分配器に於ける。これらの設定は移相
回路方式及び分配回路方式により異なるが、移相器の方
式が第５図（ａ）の如くダイオードの反射係数を変える
３ｄＢカプラ形であれば、該ダイオードに印加する電圧
を変ることにより、メ第５図（ｂ）のように伝送路長を
切替える線路切換形では同様に導通するダイオードを選
択すればよい。

メ、前記ＢＧＭに記憶する内容を、簡単にする方法とし
て、各種障害の有無及びその箇所を入力して再制御決定
手順を決めたプログラムをメモリしてもよい。

即ち、障害の生じた系統からの情報を読み取り、その結
果非障害系統をどのように制御すベキ力を決定するため
のシーケンスコントロールプログラム”：　ＲＯＭにメ
モリしておき、このプログラムを図示を省略したＣＰＵ
にて実行し。

その都度出力すべき制御信号を作出するものである。

このようにすれば系統が多数に及ぶ場合であっても記憶
すべき容量が比較的少なくて済むメリ　　フ　　ト　が
　あ　る　。

第６図はアンテナエレメントが８ケのフェーズド・アン
テナの配置例を示した図で２例えば指向性を基準方位か
ら３５°方向に形成する場合はすべてのアンテナと移相
器が正常な場合は下表１の最上段の如く移相器ｚ１を基
準（移相量０°）とし０２から順に約１０３．２度の差
をもって信号を制御する。

この状態で位相器０１メはアンテナ＃１の系統に障害が
発生した場合、従来ではシステム全体ｔダウンして他の
系統に障害が及ぶのを防止していたか、或は該障害系統
への給電を停止し。

他の系統をそのまま運用するに止まっていたため所望の
指向特性を得ることができなかったこと上述した通シで
ある。

表−１ そこで、この実施例では以上説明した手段を用いて障害
箇所を検知し、この場合であれば第１表２段目に示す如
く移相器０！ヲ０°（基準）とし以下順次−つづつずら
して制御する。

この方法によれば、何等位相制御に変更を加えない場合
に比べて指向特性が向上し、しかも理論的な指向性形成
が可能となる。

同１位相器０１と０２が共に故障した場合は同第１表第
３段のようにこれらを除いた他の系統について同様の位
相制御を行う。

又１両側以外中間の移相器の障害１例えば０、あるいは
ダ６等の障害に際しては、他の移相器の位相量は特に変
更する必要はない。

伺１以上の説明では移相器の位相制御量についてのみ言
及したが、フェーズド・アレイアンテナが各系統への給
電電力に重み付けを行うものである場合に障害の状況に
応じて非障害系統への重み付けを再設定することも性能
を向上するうえで有効であろう。

この重み付けとしては例えばチエビシエフの重み付けが
知られているが、これに限る必要は無い。

又、障害が発生した移相器の入力端あるいは出力端を規
定の抵抗又はインピーダンス素子にて強制的に終端する
ことによって当該部分のインピーダンス不整合を防止す
ることも、障害の影響が他の系統に及ぶのを防ぐうえで
効果があろう。

このために各入出力端に切替スイッチと抵抗器＠を設け
、上述した方法によって障害部分のスイッチを制御して
終端抵抗に接続するよう構成する。

（発明の効果） 本発明は以上説明したように、フェーズド・プレイアン
テナにおいて複数の給電系統のいづれかに障害が生じた
場合、その状況に応じて他の移相器の位相制御量あるい
は分配電力を再設定するようにしたので、非障害系統に
より最適の制御が可能となシ、フェーズド・アレイアン
テナの性能を向上する上で著効を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するためのブロック図、第
２図及び第３図は移相器の障害検出手段の一例を示すブ
ロック図、第４図は本発明の制御装置の一例を示すブロ
ック図、第５図（ａｌ（ｂｌは移相切替装置の一例を示
す回路図、第６図は本発明の位相制御例を説明するため
のブロック図、第７図は従来の７エーズド・アレイアン
テナを示すブロック図である。 Ａｔ、Ａ２．・−・・・・Ａ　・・・囮・・アンテナ。 、ｙｌ、ｐ２．・・・・・・Ｏｎ・・・・・・・・・移
相器。 ＤＥ’ｌ’　ｔ 、ＤＥＴ　２ ・・・・・・・・・ＤＥＴｎ ・・・・・・・・・障害検知 回路 ＣＯＮ’ｌ’・・・・・・・・・制御器ＤＩ■・・・・
・・・・・分配器 ＲＯＭ・・・・・・・・・記憶装 置。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数のアンテナエレメントとこれらに対応して設
   けた移相器に分配器を介して信号を入力し又は出力する
   フェーズド・アレイアンテナに於いて、前記複数のアン
   テナエレメント又はこれらへの給電系統のいずれかに障
   害を生じた場合、その障害状況に応じ非障害系統への給
   電位相及び／又は分配率を制御したことを特徴とするフ
   ェーズド・アンテナ。
2. （２）前記障害がいずれの系統であるかを検知する手段
   と、障害状況及びその各々に対応して出力すべき制御信
   号を予め記憶した記憶手段とを備え、障害の発生に際し
   前記検知結果に対応した制御信号を前記記憶手段から出
   力したことを特徴とする（１）項記載のフェーズド・ア
   ンテナ。
3. （３）前記制御信号が、前記分配器における各系統への
   電力分配率と、前記移相器の移相角度とを制御する信号
   を含んだものであることを特徴とする（１）、（２）項
   いずれかのフェーズド・アレイアンテナ。