JPH03248602A - アンテナ開口位相面の自動補正方式 - 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レイアンテナに関し、特にビーム
指向誤差を低減するために複数個の放射素子の位相面を
自動補正するための方式に関する。

〔従来の技術〕

従来、フェーズドアレイアンテナを用いる装置としてＭ
ＬＳがある。ＭＬＳは現行のＩＬＳに代わる次世代の着
陸誘導装置であり、５ＧＨｚ帯の周波数を使用して電波
を送信する。ＭＬＳは垂直方向に広く水平方向に狭いビ
ームを左右に往復走査する方位誘導装置（ＡＺ）と、垂
直方向に広く水平方向に狭いビームを上下に往復走査す
る高低誘導装置と、進入復行のとき後方から方位誘導を
行う後方方位誘導装置とから構成され、これらの電波に
より、高い角度精度で着陸誘導を行うことができる。

そして、このＭＬＳのフェーズドアレイアンテナにおい
ては、アンテナ開口の位相面を補正するためにディジタ
ル制御の移相器を用いており、内部の温度変化や温度傾
斜による位相の変化を動作中に測定し、所定の位相誤差
のスレショルドを超えた移相器に補正データを加えた制
御信号を送り、ビーム指向精度の温度によるドリフトを
補償するためのものがある。

第３図はＭＬＳの高低誘導装置を例とした従来の一例で
あり、ＭＬＳのアンテナの原理及び従来のアンテナ開口
面位相の自動補正について説明する。ビーム走査アンテ
ナは、ＭＬＳ送信機１から入力された５ＧＨｚ帯のＲＦ
倍信号所定の分配比となるように電力分配器２にて分配
し、各々を複数個の移相器３に入力する。この移相器３
はＢＳＵ（ビームステアリングユニット）４によって制
御され、ビームを形成するための等位相面を予め決めら
れた速度で電子的に走査させる。すなわち、ＢＳＵ４か
ら各移相器３の制御コードを走査させたいタイミングで
連続して送出し、移相器３はそれに従って位相を切り換
えて行く。このように位相制御されたＲＦ倍信号各移相
器３に接続された放射素子５を通り空間に放射される。

ところで、ＭＬＳのような高い角度精度が要求されるア
ンテナにおいては、アンテナ筐体内部の温度変化が、Ｒ
Ｆユニット各部の長さや電力分配器、放射素子に使用し
ている基板の誘電率に変化をもたらし、ＢＳＵ’４によ
り設定された位相面が変化し、角度精度を劣化させるこ
とがある。この位相面の変化に対して何も補正をしなけ
れば、温度による角度ドリフトは０．０３〜０．０４°
程度にもなることがある。

そこで、これを補正するために、インテグラルモニタに
よる自動補正が行なわれている。インテグラルモニタに
よる補正は、航空機を誘導するためにビームを走査する
以外のタイミングで電波を出し、これをインテグラルマ
ニホールド６でピックアップした後、モニタ検出器７に
より検波し、得られた電圧をオペアンプ８で増幅し、Ａ
／Ｄ変換器９でＡ−Ｄ変換してＩ１０インターフェース
１０を通した後、ＣＰＵＩ　１で位相の計算を行い温度
等による位相のずれを検知する。この検出の結果、位相
のずれが移相器３のデジタルコードの最小ビットの１／
２以上ずれているときには、Ｉ１０インターフェース１
２を介してデータラ・ノチ１３に補正コードを書き込み
、これを加算器１４において移相コードに加算し、この
結果得られたコードで移相器３を制御することにより、
位相面の補正を行う。これにより、開口面の位相をシス
テムを運用しながら測定し、温度変化等による位相のず
れを補正することが可能になる。

第４図は位相面の自動補正を行うために、インテグラル
モニタの受信角にビーム方向を設定した時の各放射素子
の放射電流ベクトル１０１を基準ベクトル１０２に合成
した状態を示したものである。今、この内の１つの放射
素子に着目し、その放射素子の位相を９０°毎に回転し
、その都度合成されたベクトルの電圧Ｖ、〜■４を測定
し、これを前記Ａ／Ｄ変換器９でＡ−Ｄ変換してＣＰＵ
１１に取り込む。

ＣＰＵＩＩは取り込んだデータから次の計算を行う。

この（１）式は、９０°毎に位相を回転する素子を除く
、残りの素子の放射電流ベクトルを合成したベクトルに
対する回転する素子の相対位相を示している。

このように、ベクトル電圧の計測及び（１）式での計算
を全ての移相器３について実行する。さらに、測定精度
を上げるため、これを繰り返して各々複数回の平均をと
り、これをデータラッチ１３を経由して補正データとし
て加算している。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来のアンテナ開口位相面の自動補正は、全て
の放射電流ベクトルを合成したものに対して１つの素子
だけを回転させるため、そのレベル変動は極めて微小で
あり、測定系のＳ／Ｎには細心の注意をはらう必要があ
る。系のＳ／Ｎが悪いと測定誤差により本来補正をかけ
る必要のない素子に補正をかけてしまうことがある。こ
の問題を解決するために、測定回数を多くとって誤差の
平均化を図っているが、１つの素子に対して補正をかけ
るスパンが長くなる。このため、起動時に時間がかかり
、運用上不具合が生じるとともに、夏期のスコール等の
ように急激にアンテナ筐体内の温度が下がる場合に、測
定結果の追随性が劣化することがあり、結果としてビー
ム指向性の不要な変動が生じてしまうという問題がある
。

本発明の目的は、このようなビーム指向性の不要な変動
を防止したアンテナ開口位相面の自動補正方式を提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のアンテナ開口位相面の自動補正方式は、フェー
ズドアレイアンテナの複数個の放射素子の位相測定値を
ローパスフィルタによってフィルタリング処理し、温度
変動によるドリフト成分のみを取り出して位相面を補正
する。

ローパスフィルタは、位相測定値を増幅するアンプと、
１回前の位相測定値を遅延する遅延部と、遅延された値
を増幅するアンプと、この増幅された値を前記位相測定
値に加算する加算器とで構成することができる。

〔作用〕

本発明によれば、測定した各素子の位相に対してローパ
スフィルタによりフィルタリング処理を行うことにより
、測定による誤差成分を除去し、かつ補正をかける間隔
を短くすることにより、純粋に温度による変動分を取り
出してその値によって補正をかけることにより、ビーム
指向性の不要な変動を除去する。

〔実施例〕

次に、本発明を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例を示しており、第３図に示し
たＭＬＳのアンテナにおけるＣＰＵＩ　１の一部構成を
示す図である。すなわち、ここでは、測定結果をフィル
タリングするだめのディジタルフィルタを設けており、
このディジタルフィルタを巡回型−次のローパスフィル
タで実現している。

第１図において、２１は測定された被測定素子位相の値
を増幅するアンプ、２２は増幅された値を取り出して遅
延させる遅延部、２３は遅延された値を増幅するアンプ
、２４は増幅された値を１回後に測定された値に加算す
る加算器である。

第２図にこのフィルタを利用した本発明による補正手順
を示す。

先ず、測定する素子を従来と同様に９０°毎に回転させ
て第４図に示したＶＩ〜■４の状態の電圧を測定しくＳ
ｌ）、ＣＰｔＪｌ　１でこれを取り込む。これを前記（
１）式に代入し、基準ベクトルに対する相対位相差の値
φ５を計算（Ｓ２）する。

ｋは素子番号である。この値φうはフィルタリング処理
用メモリ領域Ｍの所定のアドレスに格納する。

ここで、この値を用いてフィルタリング処理（Ｓ３）を
行う。このとき、インテグラルモニタによる計測は毎ス
キャン終了後に行うとし、１つの素子につき４状態位相
を回転させる。したがって、仮に素子数を６２素子とす
ると高低誘導装置の場合、フィルタリングのサンプルル
ートは３９Ｈ２／　４　Ｘ　６２　＝６．３６ｓｅｃと
なる。３９Ｈｚは高低誘導装置の送信レートである。

フィルタリングのカントオフ周波数をω。とする。ω。

は前記レートで測定の度に変動する誤差成分を除去し、
温度変動により少しずつ変化するドリフト成分だけを取
り出せるように選定する。

フィルタリングは、計算値φ、がアンプ２１でα倍にア
ンプされた後、加算器２４において１回前に処理された
データが加算されて出力される。

つまり、遅延器２２ではα・φ６とＴだけ遅延され、ア
ンプ２３で８倍された値が加算器２４において加算され
ることになる。

これを式で表すと、出力は、φに１ｎ＝αφ３＋βφに
、ｎ’−１となる。

前記αとβをＺ変換、逆変換により求めると、により計
算すればよいことが判る。

６．３６ｓｅｃは先に算出したフィルタリングのサンプ
リングレートである。

このように、ローパスフィルタによりリングの計算を行
い、φに＋、、−１　　φ６．．．を各素子に対し、所
定のメモリ領域Ｍに格納（Ｓ４）する。

その上で、この結果を移相器のＬＳＢの１／２の値と比
較しくＳ５）、これを超えていれば補正をかけ（Ｓ６）
、１えていなければ補正をかけない（Ｓ７）こととする
。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、測定した各素子の位相に
対してフィルタリング処理を行うことにより、測定によ
る誤差成分を除去し、かつ補正をかける間隔を短くする
ことにより、純粋に温度による変動分を取り出し、その
値によって補正をかけることにより、ビーム指向性の不
要な変動を除去できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のアンテナ開口位相面の自動補正方式で
用いられるＣＰＵ内のローパスフィルタのブロック図、
第２図は本発明の自動補正方式の処理工程を示すフロー
チャート図、第３図はＭＬＳアンテナにおける自動補正
方式の装置ブロック図、第４図は補正の基本概念を示す
ベクトル図である。 １・・・ＭＬＳ送信機、２・・・電力分配器、３・・・
移相器、４・・・ＢＳＵ、５・・・放射素子、６・・・
インテグラルマニホールド、７・・・モニタ検出器、８
・・・オペアンプ、９・・・Ａ／Ｄ変換器、１０・・弓
１０インターフェース、１１・・・ＣＰＵ、１２・・・
Ｉ１０インターフェース、２１・・・アンプ、２２・・
・遅延部、２３・・・アンプ、２４・・・加算器。 第 図 第２ 図 第３ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、フェーズドアレイアンテナの複数個の放射素子の位
   相を測定し、その位相の変化を検出して位相面を自動的
   に補正する回路において、位相測定値をローパスフィル
   タによってフィルタリング処理し、温度変動によるドリ
   フト成分のみを取り出して位相面を補正することを特徴
   とするアンテナ開口位相面の自動補正方式。 ２、ローパスフィルタは、位相測定値を増幅するアンプ
   と、１回前の位相測定値を遅延する遅延部と、遅延され
   た値を増幅するアンプと、この増幅された値を前記位相
   測定値に加算する加算器とで構成してなる特許請求の範
   囲第１項記載のアンテナ開口位相面の自動補正方式。