JPH03143105A - アンテナアレイ - 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 本発明は送信アンテナアレイの校正に関する。

本発明は特に、アレイの各アンテナに接続された送信機
に位相シフターが含まれ、それにより各アンテナが異な
った位相で送信して送信ビームを操縦できるようにする
フェイズドアンテナアレイに関する。

本願出願人は、高周波数（ＨＦ）レーダーそして特に第
１図に示されている例（４つの素子を持ち、それぞれの
素子が５つのダイポールを備える）のログ周期ダイポー
ルアレイ（ｌｏｇ　ｐｅｒｉｏｄｉｃｄｉｐｏｌｅ　ａ
ｒｒａｙｓ）といったものに関係している。アレイのそ
れぞれの素子１．２．３．４を形成する一連のダイポー
ルＤは先端に与えられており、平行ワイアＷはエネルギ
ーをダイポールの後ろへと導き、そしてその放射信号は
素子の方向（ｂｏｒｅｓｉｇｈｔ）　Ｂに沿って現れる
。それらの素子は異なる周波数で励起されるものであり
、個々の要素のうちあるダイポールだけがある所定の周
波数によって励起される。このようなアンテナを調査し
ている間、本願出願人はある発見をした。それは、どの
所定のアレイ要素においても、伝播されるべきであろう
放射線の中心、いわゆる動作領域、即ち位相中心は、励
起されているダイポールと正確には一致せず、それどこ
ろかダイポールの中心から、素子の方向に沿ってずれて
いるし、またはそれを横切る方向ににおいてもずれてし
まっているということである。

本発明は、送信アンテナアレイの校正のための装置を提
供することにあり、それらはお互いに分離され且つアン
テナアレイの近くあるいは中間フィールド領域に配置さ
れた２つあるいはそれより多いプローブアンテナ、モし
てアレイのアンテナより送信された信号のプローブアン
テナにおける位相からアレイのアンテナのうちの１つの
位相中心の位置を決定する手段とを備えている。

アレイのアンテナの位相中心の決定はプローブアンテナ
における位相測定により可能になる。この知識は、その
予期される位置から位相中心までの偏位を補完するため
それぞれの周波数においてそれぞれの位相シフトを使用
するということに用いられうる。

本発明によって構成された、送信アンテナアレイの校正
方法を行うための装置は、ここでは添付した図表の第２
図に参照した例を挙げて記述されており、その一部はア
レイ及び装置の図表であり、また一部は平面図である。

実施例 ７つのログ周期ダイポールアンテナのフェイズ（ｐｈａ
ｓｅｄ）されたアレイが示されている。各々のアンテナ
は垂直に配列された５つのダイポールＤ１〜Ｄ５を備え
ている。最も左のアンテナのダイポールだけに番号が付
されている。それらのダイポールは、バランを形成して
いるトランスフォーマ−を通じてアレイの第１のダイポ
ールＤｉの中心に接続されている同軸ケーブルＣ（図示
されていない）から従来の方法で与えられている。アン
テナの長さに渡っている平行ワイアＷは（第１図に示さ
れている）、他のダイポールの中心に接続されている。

最短の素子はＤｌであり、最長の素子はＤ５である。放
射線が伝搬される方向は第１図の方向Ｂとして示されて
いる。

パワーはそれぞれ独自の送信機Ｔｘから各々のアンテナ
に伝えられ、そこからの信号はパワーアンプＡで増幅さ
れそして位相シフターＰＳを通じて同軸ケーブルＣに与
えられる。これらは全てアンテナからは離れた制御領域
５に設置されている。

本発明のログ周期アンテナの特性は、いろんな周波数に
渡って放射させ受信する。そして特定の周波数に対して
は１つもしくは２つのアレイのダイポールだけが励起さ
れるという特性がある。最も高い周波数は最も短いダイ
ポールＤＩにおいてそして最も短い周波数は最も長いダ
イポールＤ５において放射される。アンテナは一般的に
は３〜３０ＭｔｌｚのＨＦバンドで取り扱われる。

もし全てのアンテナが同一の振幅及び位相で操縦されれ
ば、予想されうる通りビームは前方に向けられる。もし
アンテナが直線的な位相変化（ｌｉｎｅａｒ　ｐｈａｓ
ｅ　５ｌｏｐｅ）で駆動されれば、例えば左側のアンテ
ナを位相０°で、次のを位相■０°で、次のを位相２０
°というふうにした場合、ビームは真っ直ぐの位置に対
しである一定の角度で操縦されかつ向けられる。アレイ
の中心における真っ直ぐ前の位置に対して０°の角度で
ビームを向けるためには、各々のアンテナの位相シフト
φは、２πｄｓｉｎ１３ φ λ により与えられる。

ｄはアンテナの隔離距離でありそしてλは伝播されてい
る放射線の波長である。

ＨＦアレイにおいてはかなり大きなものとすることが可
能であり、送信機Ｔｘを中心位置５から各々のアンテナ
へと接合している同軸ケーブルの長さは一般に異なって
おり、それ故に個々の送信機ＴＸにより発生された同一
の信号は一般にそれぞれのアンテナに到達したときには
異なる振幅及び異なる位相となっている。一般にはこれ
を測定しそれを矯正することは可能であるが、アンテナ
が放射をしたとき隣接のアンテナがその信号を傍受しそ
して再放射してしまうため、その位置はそれ以上に複雑
である。

本願出願人は、前記の効果は放射したと見られるダイポ
ールの実際の位相の中心がアンテナの長さ方向に沿って
だけでなく、ダイポールを直交する方向においてもダイ
ポールの中心からずれているからであるということを発
見した。例えばそれが放射されている時左手アンテナの
ダイポールＤ４は「Ｘ」で印付けられた隣接位置から放
射しているように見えるのである。

本発明において、本願出願人は、アンテナの近くあるい
は中間フィールド領域に３つのプローブアンテナ、ＰＩ
、Ｐ２、Ｐ３（領域検出プローブ）を設けている。アン
テナの中間フィールド領域とファーフィールド領域との
間の境界はアレイの前方の距離はぼ Ｄ２ で与えられる。

λ ここでＤは左手のアンテナと右手のアンテナとの間の隔
離距離であるアンテナアパーチャ（ａｎｔｅｎｎａ　ａ
ｐｅｒｔｕｒｅ）であり、モしてλは伝播された放射ビ
ームの波長である。

これらのプローブアンテナは次のように用いられる。ア
レイの左手においてアンテナは、特定の周波数で既知の
振幅及び周波数で操作された送信機Ｔ。で励起され、そ
してプローブアンテナＰ１、Ｐ３により受信された信号
の振幅及び位相が測定される。周波数はダイポール４が
放射したものと仮定して、Ｐ３における信号の位相が送
信機のそれと比較される。プロセッサは実際の位置から
放射した場合におけるダイポールＤ４及びプローブアン
テナＰ３との間の予期される位相シフトを示しているデ
ータを含んでいる。エラー信号の結果が計算され、そし
てこれによって仮想のサイクル６が、実際の位相中心が
なくてはならない点の軌跡を示すため、Ｐ３を中心とし
たものとして描かれるのである。Ｐｌで受信された信号
の位相はその後送信機Ｔ、により送信されたそれと比較
され、そしてこの相対位相は、中心から放射したと場合
におけるダイポールＤ４とアンテナＰｌとの間の予期さ
れる相対位相を幾何学的な考察により示しているプロセ
ッサ内のデータと再び比較される。

第２のエラー位相が求められそして第２の円形軌跡が可
能となる。この時はＰＩを中心として計算される。

円６及び７の交差点はそのアンテナの周波数の実際の位
相中心の位置を正確に示している。そして、周波数がア
ンテナから放射された時はどんな時でも実際の位相中心
と予期された位相中心との間のエラーを矯正するように
、エラー信号は位相シフターＰＳに送信されるべく、プ
ロッサ内に記憶されることが可能である。例えば、送信
機の位相を、Ｐ３を中心としたサイクルがダイポールＤ
４を通過するように、矯正して進ませることができる。

校正は左手のアンテナのための個々のダイポールに適し
た周波数のために繰り返され、そしてその後その手続き
は他の各々のアンテナのために繰り返される。

それに加えてＰ２を含ませることで検出の正確さは増す
。なぜなら多数の決定がアンテナから得られた結果より
導かれるからである。しかしながら、もし希望なら２つ
のプローブアンテナだけを使用してもよく、また同様に
もし希望なら３つ以上を使用することも可能である。

プローブアンテナはプロセッサに出力を供給するのに充
分に大きいループ（ｌｏｏｐｓ）であるが、アンテナア
レイの実行に影響を与えるほどは大きくない。電気的な
短いダイポールあるいはモノポール（ｍｏｎｏｐｏｌｅ
）のような他のプローブアンテナをループの代わりに使
用することも出来る。

動作が開始した時もアレイは校正され得るし、また年月
が経って素子の値が変化してしまうのを校正するために
も定期的に使用される得る。

プローブアンテナはアンテナアレイを横切るようにして
一列に並んでいるループとして示されているが、もし希
望なら異なる位置に配置することも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、４つの素子を持ち、それぞれの素子が５つの
ダイポールを備えるログ周期ダイポールアレイを示して
いる。 第２図は、本発明によって構成された、送信アンテナア
レイの校正方法を行うための装置を示している。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）送信アンテナアレイを校正するための装置におい
   て、お互いに分離され且つアンテナアレイの近くあるい
   は中間フィールド領域に配置された２つあるいはそれよ
   り多いプローブアンテナと、アレイのアンテナより送信
   された信号のプローブアンテナにおける位相からアレイ
   のアンテナのうちの１つの位相中心位置を決定する手段
   とを備えることを特徴とする装置。
2. （２）請求項（１）記載の校正装置において、決定手段
   は、送信機の位相に関係した、プローブアンテナにおけ
   る受信信号の位相と、幾何学的考察から予期されるであ
   ろう個々のダイポールの位相に関係した、プローブアン
   テナにおける位相とを比較するようになっている校正装
   置。
3. （３）請求項（２）記載の校正装置において、決定手段
   は、エラー信号を実際のものと予期されるものとの相対
   位相から求め、そしてそのエラー信号に依存してアンテ
   ナに接続された位相シフターを調整するようになってい
   る校正装置。
4. （４）請求項（１）〜（３）のいづれかに記載の校正装
   置において、アレイの各々のアンテナはログ周期アンテ
   ナである校正装置。
5. （５）請求項（１）〜（４）のいづれかに記載の校正装
   置において、３つのプローブアンテナが設けられている
   校正装置。
6. （６）請求項（５）記載の校正装置において、前記プロ
   ーブアンテナはアレイのアンテナの方向を横切るように
   して一列に並んでいる校正装置。
7. （７）送信アンテナアレイを校正する方法において、ア
   ンテナアレイの近くあるいは中間フィールド領域で隔離
   された２つあるいはそれより多い位置において、アレイ
   のアンテナの１つにより送信された信号の位相を測定し
   、そしてそれらの測定値からそのアンテナの位相中心の
   位置を決定することを特徴をする方法。
8. （８）請求項（７）記載の方法において、決定された位
   相中心の位置に依存して、それぞれのアンテナによって
   送信された信号の位相に対してあるオフセットが加えら
   れるような方法。