JPH0290804A - アンテナ装置 - 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〕 この発明はデジタル移相器を用いてアンテナのビーム方
向を変化させるモノパルス電子走査アンテナの差パター
ンのナル方向角度設定法の改良に関するものである。

〔従来の技術〕

ここで用いるモノパルス電子走査アンテナ開口面の素子
アンテナとこれに接続された移相器等で構成され、移相
器の移相量を変化させてアンテナから放射される電波の
ビーム方向を変什させるものである、 第６図に従来のモノパルス電子走査アンテナの構成図を
示す。

図中ｉ１１は素子アンテナ、（２）はデジタル移相器。

＋３１１ｄ　ｔ　力分配？５　、１４１はモノパルスコ
ンパレータ。

（５）は和信号端子、（６）はＡｚ方向差信号端子、（
７１はＥ／方向差信号端子である。

第７図に素子アンテナの１置図を示す。アンテナ開口面
（９１を構成する複数個の素子アンテナ＋１１は４個の
電力分配器（３１に接続されたサブアレーＡ。

Ｂ、Ｃ，Ｄに分けられる。サブアレーＡ、Ｂ、Ｃ。

ると、和信号端子＋５１．　Ａｚ方向差信号端子（６）
。

Ｅ／方向差信号端子１７１で見た合成電界ベクトル。

Σ、ΔＡＺＩ　　ΔＥｌ！はそれぞれ以下であられされ
る。

ΔＡｚ”ＥＡ＋ＥＢ　　”Ｃ−ＥＤ 次に動作について説明する。

モノパルス電子走査アンテナにおけるビーム走査とは、
デジタル移相器（２）の位相を変えることにより各素子
アンテナ＋１１への給電位相を制御し、これによって極
座標で表わした空間的の所望の角度制御してΣ、Δｆｉ
（ｌｅ　　ΔＥ／についての所期の値を得る操作のこと
である。

ここでビーム指向角を差信号が最小値を示す角度と定義
し、説明の便宜上、走査する面を第３図のＸ−Ｚ平面と
し、アンテナ正面Ｚ軸から測った指向角を００とする。

即ち極座標で表わしたビーム指向角を（θｏ、０）とす
る。またＸ軸方向のアンテナ開口幅をＤｘとする。

かかるモノパルス電子走査アンテナのビーム指向誤差、
即ち所望のビーム指向角（ビーム指令角）に対する実際
のビーム指向角のずれは、大別して以下の２つの要因に
より決定される。

（７）移相器がデジタル移相器であることから。

各素子アンテナに与えることができる給電位相が離散値
となり、所望のビーム走査ｆｈＫ対応して個別に決定さ
れる理想的な給電位相に対する差異が牛じることに寄因
する量子化位相誤差 （イ）電子走査アンテナを構成する素子アンテナ。

デジタル移相器等のコンポーネントが持つランダム位相
誤差 上記要因（７）量子化位相誤差によって決まる実現可能
な最小ビーム走査間隔Δθは次式で表わされる、 ここでλは波長、ρはデジタル移相器のビット数、には
開口分布及び位相変化させる素子アンテナの励振電力比
によって決まる係数であり、これる。

また、要因（（イ）ランダム位相誤差に基〈、ビーム指
向誤差のｒｍｓ値σθは以下で表わされる、λ “０＝ゞ°、／ぷ８．。。５．。°０φ−−−−−−　
＋２１ここでσφは開口面ランダム位相誤差のｒｍｓ値
である。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のモノパルス電子走査アンテナのビーム走査には以
上のような指向誤差が含まれるので、そのビーム指令角
対ビーム指向角特性は第８図に示すように凹凸を持った
ものとなり、これを追尾アンテナとして使用した場合に
は追尾性能の安定性を欠く等の問題点があり９寸法上の
制約から素子数に限界がある場合にもこの方式のままで
追尾性能の安定性を改善するためには。

○　デジタル移相器のビット数の増加 ○　構成コンポーネントの固有ランダム誤差の低減 等、構成コンポーネントに対する規模、性能要求を厳し
く設定する必要が生じるため、装置が大規模かつ高価に
ならざるを得ない等の欠点があった。

〔発明が解決しようとする！１頭〕 この発明は上記のような課題を解消するためになされた
もので、比較的小規模な構成のままで。

高精度のビーム指向特性を持つモノパルス電子走査アン
テナを得ることを目的とする。

〔課四、を解決するための手段〕

この発明に係るモノパルス電子走査アンテナは。

開口面を構成する全素子アンテナ中の限られた一部の素
子アンテナに従来のデジタル移相器に加えてアナログ移
相器を接続し、デジタル移相器によるビームの粗設定と
、アナログ移相器による指向角度誤差の補正を含むビー
ムの精密設定を組み合わせたビーム制御アルゴリズムを
用いることにより、小さな伸度間隔で高精度にビーム指
向角を制御することを可能としたものである。

〔作用〕

この発明におけるモノパルス電子走査アンテナは、その
最小ビーム走査間隔が給電位相の設定の細かさに比例す
ることを利用し、一部の素子のみの給電位相をアナログ
移相器によって細かく変化させることにより、デジタル
移相器のビット数によって決まるビーム走査間隔の範囲
内をさらに細か〈ビーム走査する。

また、デジタル移相器によって初期設定された微小領域
内ビーム走査時は、アナログ移相器の接続されたごく一
部の素子アンテナの給電位相しか変化しないため、この
範囲内での開口面ランダム位相誤差の変動は微小である
ことを利用し、この微小領域毎に固有の値を持つランダ
ム位相誤差に寄因するビーム指向誤差分のうち補正可能
なもの。

即ちデジタル移相器のピット設電変更に基〈ランダム誤
差変動分をアナログ移相器によって補正することにより
ビーム指向誤差の低減がなされる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図にこの発明の一実施例によるモノパルス電子走査
アンテナの構成ブロック図ヲ示ス。

図中（８）は一部の限られた素子アンテナ＋１１にのみ
接続されたアナログ移相器である。

以下、その作用動作について第２図のフローチャートに
基いて峻明する。

第３図に示すように、全ビーム走査空間が破線円で示し
た領域として設定されたとする。まずこの領域を実線円
で示したような微小領域に分割し。

個々に番号を付与する、この微小領域内へのビーム走査
は従来の方式どおり、デジタル移相器の位相制御によっ
て行う。したがってこの微小領域の配列の間隔δは（式
１）によって決まる最小ビーム走査間隔Δ０と同等もし
くはそれ以上の値に設定する。デジタル移相器によるビ
ーム指向誤差は前記したように最小ビーム走査間隔によ
って決まるビーム指向誤食Δθ／２に、（式２）によっ
て決まるランダム位相誤差に基〈ビーム指向誤差σθが
加算されたものであり、第４図の実線円ａｉで示したよ
うに、量子化誤差Δθ／２を半径とする一点鎖線で示し
た円αυの円周上に中心を持つ、ビーム指向誤差σθを
半径とする破線で示した円ｆ１２の外縁の回転軌跡とし
て表わされるから、その範囲けこの円の大きさとして表
わされるビーム指向誤差範囲が第３図の実線円に示す微
小領域の大きさになる。

本実施例によるビーム制御アルゴリズムはまずビーム指
令弁に応じて、この角度が含まれる微小領域の番号を選
定することから始まる。これが第２図のステップ１　＋
１３である。

この指定された微小領域内にビームが初期設定されるよ
うにアナログ移相器の設定を初期値に固定したまま、全
デジタル移相器を設定する。これが第２図のステップ２
ａ４１である。次にこのビームをアナログ移相器を用い
て微小領域の中心に導く。

ステップ２の初期設定によって微小領域内のどの位置に
ビームが指向されるか、即ち、微小領域中心からのオフ
セット量と方向についてはランダム性を持った値となる
ので、各アナログ移相器の補正のための移相量の決定に
ついては、事前に取得した初期設定角度データに基いた
メモリ参照等の方法によることとなる。これが第２図の
ステップ３αりである。

次に９以上によって微小＠緘の中１ｃ？に通力）れたビ
ームをアナログ移相器を用いて領域内の任意の角度に走
査する。このだめの各アナログ移相器の設定移相量は各
微小領域の中心−ｉ−らのオフセット量に応じて決定さ
れる。これ力；第２図のステップ４０ｅである。

今、仮にアナログ移相器１個をΔψだけ位相変化させて
基５ｆ１３度θ。から動妙）すことのできる走査浄度幅
をΔθ０とすると、Δθ０の値はΔψ。

Δθ０が微小量としたとき式（１）と類似の形４ψ　　
　　　−１０，−０，−１３１Δ’　”　’　ｃｏｓθ
。

で表わされる。ここでに、は素子数、波長、開口分布等
によって決まる比例定数である。（式３）かられかるよ
うに開口諸元が一定であれ＋ｆ走査角度変化幅Δθ０は
基糸となる角度を００としたときＣＯＳθ　に反比例す
ると考えてよく、　このことより各微小領域中心の極座
標位置（θ０．φ０）の関数として、微小健域内走査の
ための冬アナログ移相器の必要移相量を定式化して表わ
せる。アナログ移相器はその移相量Δψを十分な細かさ
で設定できるものとすると、（式３）ＶＣより走査角度
幅Δθ０も十分な細かさで制御できることとなる。

次にアナログ移相器１個の最大移相量をΔφｍａｘとし
た場合、これによってビーム走査することのできる角度
幅Δθｍａｘは式（３１よりで表わされる。Δθｍａｘ
が小さい場合、複数個（ｍ個）のアナログ移相器を全て
Δψｍａｘだけ位相変化させた場合のビーム走査角度幅
は、概ねアナログ移相器の個数倍９ｍΔ’ｍａｘとなる
。アナログ移相器のみの位相変化によってビーム走査す
べき伸度範囲は半径Δθ／２＋σθの円で表わされる微
小領域の範囲内であるからアナログ移相器の最大移相量
Δψｍａｘと個数ｍｉｄ を満足するように決定してやればよい。

以上一連の動作をビーム指令角が更新される毎に行うこ
と忙より全空間内を細かくビーム走査することが可能で
ある。

なお、説明の都合上、第２図フローチャートにおけるス
テップ３とステップ４を時系列的に別の動作として説明
したが、実際はビーム指令角が与えられたら、誤差補正
のためのアナログ移相器移相量と、指令角まで走査する
ためのアナログ移相器移相量の合計値を同時に設定する
ことが可能である。

ビーム指向誤差については ＋１１　　各微小領域単位で量子化誤差とランダム誤差
をまとめてアナログ移相器によって補正可能であること ＋２１　　各微小領域内のビーム走査は全素子アンテナ
中の限られた一部の素子アンテナの位相をアナログ移相
器によって変えることによって行うので、この範囲内で
のランダム誤差の変動はごくわずかであり、（１）で実
施した補正が有効であること により相当量低減することができるため、結果として、
そのビーム指令角対ビーム指向角特性は第５図に示すよ
うに凹凸の少ないなめらかなものとすることができる。

なお、上記実施例では微小＠琥内の誤差補正及びビーム
走査にアナログ移相器を使用するものを示したが、これ
に替えて全素子に接続したデジタル移相器よりも位相設
定精度の細かい高ビツトデジタル移相器であってもよく
、上記実施例と同様の効果を奏する。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、全ビーム走査空間を
多くの微小領域に分割し、この微小領域内へのビーム設
定を通常のデジタル移相器の位相制御により行い、デジ
タル移相器の量子化位相誤差と、開口面ランダム位相誤
差に寄因するビーム指向誤差の補正及び微小領域内の細
かなビーム走査を、全素子アンテナ中の眼られた一部の
素子にのみ接続したアナログ移相器の位相制御により行
うような方式としたので、比較的安価な装置構成で、精
密なビーム制御のできるモノパルス電子走査アンテナが
得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるモノパルス電子走査
アンテナ方式の樽故ブロック図、第２図はこの発明の一
実施例によるビーム制御アルゴリズムを示すフローチャ
ート、第３図はこの発明の一実施例による全ビーム走査
空間を多数の微小儂域に分けた状態を示す概念図、第４
図はデジタル移相器によるビーム指向誤差の構成要素を
示す概念図、第５図はこの発明の一実施例によるビーム
指令角対ビーム指向誤差性を示す図、第６図は従来のモ
ノパルス電子走査アンテナの構成ブロック図、第７図は
素子アンテナ配置図、第８図は従来のモノパルス電子走
査アンテナ方式によるビーム指令角対ビーム指向角特性
を示す図である。 （１）は素子アンテナ、（２）はデジタル移相器、（３
）は電力分配器、（４１はモノパルスコンパレータ、　
＋５１ｉｊ和信号端子、（６１はＡｚ方向差信号端子、
（］１はＥ／方向差信号端子、（８）はアナログ移相器
、（９）はアンテナ開ロ面、ａｎＦｉデジタル移相器に
よるビーム指向誤差範囲を示す円、　ｆｉｌ＋は最小ビ
ーム走査間隔によって決まるビーム指向誤差範囲を示す
円、０？けランダム位相誤差によるビーム指向誤差範囲
を示す円、　Ｑ３１１４１ｆｌりａｅ　ａ７１はそれぞ
れビーム制御フローにおけるステップ１．ステップ２．
ステップ３．ステップ４．ステップ５である。 なお２図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 代庁人　大岩増雄 第２ 第 図 １０ニア”アタル杓相誌１ｚ、！うｉ′−ムオ旨向該Ｘ
範囲Σ斤、１円１１：最小ビームを奎間隔１；５・７快
二うヒーｑ馳護塩範」を洞旧１２ｊ　ラ〉り゛′ムイｆ
１才目１基ＩＪ’）　ｌ：”−７、ＪｊｈｉＱｋｉ［１
ｌＥｉ’ｒＦ１第７ 図 １：素÷アシラす アレ丹ゴ開口面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数の素子アンテナとこれに接続した移相器、電力分配
   器、モノパルスコンパレータ等から構成されるモノパル
   ス電子走査アンテナにおいて、全ビーム走査空間を複数
   の微小領域に分割し、微小空間へのビーム粗設定と、微
   小空間内部のビーム精設定を、それぞれ別々の移相器群
   の制御により実施するような構成にしたことを特徴とす
   るアンテナ装置。