JPH0350442B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0350442B2
JPH0350442B2 JP55113032A JP11303280A JPH0350442B2 JP H0350442 B2 JPH0350442 B2 JP H0350442B2 JP 55113032 A JP55113032 A JP 55113032A JP 11303280 A JP11303280 A JP 11303280A JP H0350442 B2 JPH0350442 B2 JP H0350442B2
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JP
Japan
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signal
antenna element
phase
phase shifter
equation
Prior art date
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Application number
JP55113032A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5738002A (en
Inventor
Hiroshi Kitani
Kazuo Oohayashi
Yasuo Suzuki
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP11303280A priority Critical patent/JPS5738002A/en
Publication of JPS5738002A publication Critical patent/JPS5738002A/en
Publication of JPH0350442B2 publication Critical patent/JPH0350442B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/2605Array of radiating elements provided with a feedback control over the element weights, e.g. adaptive arrays
    • H01Q3/2611Means for null steering; Adaptive interference nulling
    • H01Q3/2617Array of identical elements

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアレイアンテナを用いた装置におい
て、各アンテナ素子の入力信号を使い一定の評価
基準の下にそれぞれのアンテナのウエイトを自動
的に決定していくいわゆる学習機能をもつアダプ
テイブアンテナ装置に関する。
Detailed Description of the Invention The present invention provides a device using an array antenna with a so-called learning function that automatically determines the weight of each antenna based on a certain evaluation standard using the input signal of each antenna element. The present invention relates to an adaptive antenna device.

受信電界中に所望信号以外の雑音や妨害波が存
在するとき、信号対雑音(SN)比を改善するに
は指向性合成により妨害波方向に零点を持つ指向
性をつくればよい。アダプテイブアンテナ装置は
システムが持つ学習機能によつてこの指向性をリ
アルタイムで実現するものである。
When noise or interference waves other than the desired signal are present in the received electric field, the signal-to-noise (SN) ratio can be improved by creating directivity with a zero point in the direction of the interference wave by directional synthesis. The adaptive antenna device realizes this directivity in real time using the system's learning function.

第1図は従来のアダプテイブアンテナ装置を示
すもので、複数のアンテナ素子11,12……1
l……1kによりアレイアンテナを構成するアン
テナ素子群1は外来電波を受信する。このアンテ
ナ素子群1で受信された信号は分岐され、一方は
各アンテナ素子11,12……1l……1kごと
にそれぞれ対応して直列接続された各デジタル移
相器21,22……2l……2kに供給される。
なお、上記各アンテナ素子11,12……1l…
…1kは複数のアンテナ素子で構成されるサブア
レイによつても構成可能である。
FIG. 1 shows a conventional adaptive antenna device, in which a plurality of antenna elements 11, 12...1
Antenna element group 1 forming an array antenna by l...1k receives external radio waves. The signal received by this antenna element group 1 is branched, and one is divided into digital phase shifters 21, 22, . . . 2l, . ...2k is supplied.
In addition, each of the above antenna elements 11, 12...1l...
...1k can also be constructed by a subarray composed of a plurality of antenna elements.

上記各デジタル移相器21,22……2l……
2kは各アンテナ素子からの信号をそれぞれ位相
制御するもので、その位相制御された信号は合成
器3に供給され出力される。さて、合成器3出力
信号は分岐され一方は出力として取り出されると
ともに他方は信号処理器4に供給される。この信
号処理器4はデジタル移相器21,22……2l
……2kを制御するため、ウエイト量の大きさが
常に1であるという拘束をつけている。即ち、任
意の順位l番目のアンテナ素子に対する移相器の
ウエイト量Wlを Wl=ej l …(1) (l;l番目のアンテナ素子における位相量) で表わす。そこでl番目のアンテナ素子において
真に求める信号の複素量信号をSl、同じくジヤミ
ング、インターフエアランス等の不要信号の複素
量信号をZlと表わすとき、k個からなる全アンテ
ナ素子の各合成出力成分S(1〜k)、Z(1〜k)
はそれぞれ次の(2)、(3)式で表わされる。
Each digital phase shifter 21, 22...2l...
2k controls the phase of each signal from each antenna element, and the phase-controlled signal is supplied to the combiner 3 and output. Now, the output signal of the combiner 3 is branched, one is taken out as an output, and the other is supplied to the signal processor 4. This signal processor 4 is a digital phase shifter 21, 22...2l
...In order to control 2k, a constraint is imposed such that the size of the weight amount is always 1. That is, the weight amount Wl of the phase shifter for an arbitrary l-th antenna element is expressed as Wl=e j l (1) (l: phase amount in the l-th antenna element). Therefore, when the complex quantity signal of the signal truly desired in the l-th antenna element is expressed as Sl, and the complex quantity signal of unnecessary signals such as jamming and interference is expressed as Zl, each composite output component of all k antenna elements S(1~k), Z(1~k)
are expressed by the following equations (2) and (3), respectively.

S(1〜k)=kl=1 WlSl=〔W〕T〔S〕=〔S〕T〔W〕 …(2) Z(1〜k)=kl=1 Wl(Zl+nl〕=〔W〕T〔N〕 …(3) 但し、上記(3)式においてnlはl番目のチヤンネ
ルの内部雑音を表わす。
S (1 ~ k) = kl=1 WlSl = [W] T [S] = [S] T [W] ...(2) Z (1 ~ k) = kl=1 Wl (Zl + nl) = [W] T [N]...(3) However, in the above equation (3), nl represents the internal noise of the l-th channel.

また(2)、(3)式において〔W〕Tおよび〔S〕Tはそ
れぞれベクトル(一次元のマトリツクスを意味す
る)〔W〕、〔S〕の転置を表わし、それぞれ 〔W〕T=〔W1、W2……Wl……Wk〕 …(4) 〔S〕T=〔S1、S2……Sl……Sk〕 …(5) を意味する。また同様に〔N〕の転置〔N〕Tも 〔N〕T=〔Z1+n1、Z2+n2…Zl+nl…Zk+nk〕 …(6) と表わされる。
In equations (2) and (3), [W] T and [S] T represent the transposition of vectors (meaning one-dimensional matrices) [W] and [S], respectively, and [W] T = [ W 1 , W 2 ...W l ...W k ] ...(4) [S] T = [S 1 , S 2 ...S l ...S k ] ...(5). Similarly, the transposition of [N] [N] T is expressed as [N] T = [Z 1 +n 1 , Z 2 +n 2 ...Z l +n l ...Z k +n k ] ...(6).

そこで、いま信号合成器3の出力におけるSN
比γを考える。SN比γは既知のように真に求め
る信号の尖頭値と不要波信号の時間軸上における
集合平均された値との比で表わすことができる。
Therefore, now the SN at the output of the signal synthesizer 3 is
Consider the ratio γ. As is known, the SN ratio γ can be expressed as the ratio between the peak value of the truly desired signal and the collective averaged value of the unwanted wave signal on the time axis.

真に求める信号の尖頭値を電力PSで表わすと、 PS|〔W〕T〔S〕|2 ……(7) となる。同じく不要波信号の時間軸上における集
合平均された電力をPZで表わすと、不要波信号
の電界合成出力が(3)式で与えられているので、 PZ=1/T0T0 0Z*Zdt=1/T0T0 0{〔
W〕T〔N〕}*{〔W〕T〔N〕}dt =〔W*T{1/T0T0 0〔N*〕〔N〕Td
t}〔W〕…(8) と表わせる。なお、*印は複素共役を表わす記号
であり、〔N〕*=〔N*〕である。この(8)式におい
て、 1/T0T0 0〔N*〕〔N〕Tdt は時間軸上の集合平均に置きかえることができる
ので(8)式は、 PZ=〔W*TE{〔N*〔N〕T}〔W〕 …(9) と表わせる。この(9)式において、E{ }は{ }
内すなわち、マトリツクス〔N*〕〔N〕T(対角要
素はスカラー、非対角要素は一般に複素数とな
る)の時間軸上の集合平均をとることを意味し、 E{〔N*〕〔N〕T}=〔M〕 …(10) とおくことにより、(9)式は、 PZ=〔W*〕〔M〕〔W〕 …(11) となる。マトリツクス〔M〕は不要波信号成分の
共分散(相関)マトリツクスに相当している。し
たがつて、SN比γ=PS/PZは次式のようにな
る。
When the peak value of the signal that is truly sought is expressed by power P S , it becomes P S | [W] T [S] | 2 ...(7). Similarly, if the collective averaged power of the unnecessary wave signal on the time axis is expressed as P Z , the electric field composite output of the unnecessary wave signal is given by equation (3), so P Z = 1/T 0T0 0 Z * Zdt=1/T 0T0 0 {[
W] T [N]} * {[W] T [N]}dt = [W * ] T {1/T 0T0 0 [N * ] [N] T d
t}[W]…(8) Note that the * mark represents a complex conjugate, and [N] * =[N * ]. In this equation (8), 1/T 0T0 0 [N * ] [N] T dt can be replaced with the collective average on the time axis, so equation (8) becomes P Z = [W * ] T It can be expressed as E{[N * [N] T }[W]...(9). In this equation (9), E{ } is { }
In other words, it means taking the collective average on the time axis of the matrix [N * ] [N] T (diagonal elements are scalars, off-diagonal elements are generally complex numbers), and E { [N * ] [ By setting N] T } = [M] ... (10), equation (9) becomes P Z = [W * ] [M] [W] ... (11). The matrix [M] corresponds to a covariance (correlation) matrix of unnecessary wave signal components. Therefore, the SN ratio γ=P S /P Z is as follows.

γ=|〔W〕T〔S〕|2/〔W*〕〔M〕〔W〕…
(12) 次に、SN比γを最大にする位相ベクトル〔〕
T=1、2……l……k〕をいわゆるグラジエン
ト(勾配)サーチ法により逐次決定していく。
γ=|[W] T [S]| 2 / [W * ] [M] [W]…
(12) Next, find the phase vector that maximizes the S/N ratio γ.
T = 1, 2...l...k] are sequentially determined by a so-called gradient search method.

即ち、いま(X+1)回目の繰返しによつて決
定される位相ベクトルを〔(X+1)〕にて表わ
すとき、この位相ベクトル〔(X+1)〕は既に
X回目の繰返し時に決定されている位相ベクトル
〔(X)〕を用いて次式のように表わすことがで
きる。
That is, when the phase vector determined by the (X+1)th repetition is now represented by [(X+1)], this phase vector [(X+1)] is the phase vector determined by the Xth repetition. (X)] can be expressed as in the following equation.

〔(X+1)〕=〔(X)〕 +μ∂γ/∂〔〕|〔〕=〔(X)〕…(13) 但し、(13)式の右辺第2項においてμは解の
収速性と安定性を制御する係数を表わす。
[(X+1)] = [(X)] +μ∂γ/∂[] | [] = [(X)]…(13) However, in the second term on the right side of equation (13), μ is the convergence of the solution and represents a coefficient that controls stability.

また、 であり、添字は(14)式の微分を行つた後、〔〕
に対してX回目の繰返しによつて得られた〔
(X)〕を代入することを意味する。
Also, , and the subscript is [] after differentiating equation (14).
obtained by the Xth iteration for [
(X)].

さて上記(13)式において出力のSN比γのベ
クトル〔〕に対する勾配∂γ/∂〔〕特願昭53− 23753号明細書(特開昭54−116868号公報参照)
にも記されているように、 ∂γ/∂l=1/〔W*T〔M〕〔W〕 ∂
/∂l(〔W*T〔S*〕〔S〕T〔W〕) −〔W*T〔S*〕〔S〕T〔W〕/(〔W〕
T〔M〕〔W〕2 ∂/∂l(〔W*T〔M〕〔W〕…(1
5) である。この(15)式の右辺第1項において、 ∂/∂l(〔W*T〔S*〕〔S〕T〔W〕) =∂/∂l(ki=1 Si*e-j i km=1 Smej m) =−jSl*Wl*〔S〕T〔W〕 +jSlWl〔S*T〔W*〕 =2Im(Sl*Wl*〔S〕T〔W〕 であり、また、(15)式の右辺第2項において、 ∂/∂l(〔W*T〔M〕〔W〕) =∂/∂l(ki=1 ej i km=1 Mimej m) =−jWl*〔WW〕l+jWl〔M*W*〕l =2Im(Wl*〔MW〕l) である。したがつて、(15)式は、 ∂γ/∂l=1/〔W*T〔M〕〔W〕2Im
(Sl*Wl*〔S〕T〔W〕) −〔W*T〔S*〕〔S〕T〔W〕/(〔W*
T〔M〕〔W〕22Im(Wl*〔MW〕l)…(16) となる。ここでいま 〔〕T=〔12……l……k〕 …(17) なるベクトルを定義することにより、位相ベクト
ルに対するSN比γの勾配は次式のようになる。
Now, in the above equation (13), the gradient ∂γ/∂ [] of the output SN ratio γ with respect to the vector []
As also noted, ∂γ/∂l=1/[W * ] T [M] [W] ∂
/∂l([W * ] T [S * ] [S] T [W]) − [W * ] T [S * ] [S] T [W]/([W]
T [M] [W] 2 ∂/∂l([W * ] T [M] [W]…(1
5). In the first term on the right side of equation (15), ∂/∂l ([W * ] T [S * ] [S] T [W]) = ∂/∂l ( ki=1 Si * e -j i km=1 Sme j m ) = −jSl * Wl * [S] T [W] +jSlWl [S * ] T [W * ] =2Im(Sl * Wl * [S] T [W], Also, in the second term on the right side of equation (15), ∂/∂l([W * ] T [M][W]) = ∂/∂l( ki=1 e j i km=1 Mime j m ) = −jWl * [WW]l + jWl[M * W * ]l = 2Im (Wl * [MW]l).Therefore, equation (15) is ∂γ/∂l=1/[ W *T 〔M〕〔W〕2Im
(Sl * Wl * [S] T [W]) - [W * ] T [S * ] [S] T [W]/([W * ]
T [M] [W] 2 2Im (Wl * [MW]l)…(16). Now, by defining the vector [] T = [ 1 , 2 ...l...k]...(17), the slope of the SN ratio γ with respect to the phase vector becomes as follows.

∂γ/∂〔〕=2Im{〔Ω*〕(a〔S*
〕−|a|2〔M〕〔W〕)}…(18) 但し 係数 a=〔S〕T〔W〕/〔W*T〔M〕〔W〕 …(20) なお、係数aは数学的に導かれた値であり、実
用上は(27)式の解の収束に速度と安定性から自
由に選ぶことができる。また、Imは{ }内の
マトリツクスの各要素の虚数部をとることを意味
する。したがつて、(18)式で表わされた出力SN
比γを最大にするための大きさ1の複素ウエイト
ベクトルWoはIm{〔Ω*〕(a〔S*〕−|a|2〔M〕
〔W〕}=Oを満足することになる。
∂γ/∂〔〕=2Im{〔Ω * 〕(a〔S *
]−|a| 2 [M] [W])}…(18) However Coefficient a = [S] T [W] / [W * ] T [M] [W] ...(20) Note that the coefficient a is a value derived mathematically, and in practice it is a solution of equation (27). You can freely choose between speed and stability for convergence. Also, Im means taking the imaginary part of each element of the matrix in { }. Therefore, the output SN expressed by equation (18)
The complex weight vector Wo of size 1 to maximize the ratio γ is Im {[Ω * ] (a [S * ] − | a | 2 [M]
[W]}=O is satisfied.

ここで、(10)式より〔M〕=E{〔N*〕〔N〕T} であり、特に集合平均のサンプル数を1個とする
と 〔M〕≒〔N*〕〔N〕T …(21) と近似できる。また、実際にパルスレーダ信号の
送受信状況を考えた場合、発射レーダパルス信号
が受信されるまでの時間帯においては信号〔S〕
=0と考えられるからアンテナ出力〔Y〕は似的
に〔S〕+〔N〕=〔Y〕≒〔N〕が成立すると考え
られる。(ただし、〔Y〕T=〔Y1,Y2……Yk〕、
Ykはk番目のアンテナ素子の出力信号)したが
つて、(21)式は 〔M〕≒〔Y*〕〔Y〕T …(22) とおける。
Here, from equation (10), [M] = E { [N * ] [N] T }, and especially if the number of samples for the ensemble average is one, [M] ≒ [N * ] [N] T ... It can be approximated as (21). Also, when considering the actual transmission and reception status of pulse radar signals, in the time period until the emitted radar pulse signal is received, the signal [S]
= 0, it is considered that antenna output [Y] satisfies [S] + [N] = [Y]≒[N]. (However, [Y] T = [Y 1 , Y 2 ...Yk],
(Yk is the output signal of the k-th antenna element) Therefore, equation (21) can be set as [M]≒[Y * ][Y] T ...(22).

この(22)式を(18)式に代入すると、 ∂γ/∂〔〕=2Im{〔Ω*〕(a〔S*〕 −|a|2〔Y*〕〔Y〕T〔W〕)} …(23) となる。ここで、信号合成器3の出力y(X)は y(X)=〔Y〕T〔W〕 …(24) であるから、(23)式は ∂γ/∂〔〕=2Im{〔Ω*〕(a〔S*〕−|a|2〔Y*
y)}=2|a|2Im{〔Ω*〕(〔S*〕/a*−〔Y*〕y)
}…(25) となる。したがつて、 ∂γ/∂〔〕|〔〕=〔(X)〕=2|a(X)|2Im
{〔Ω*(X)〕(〔S*(X)〕/a*(X)−〔Y*(X)〕y(X))}
…(26) が得られる。この(26)式を(13)式に代入する
と、 〔(X+1)〕=〔(X)〕+μsIm{〔Ω*(X)
〕(〔S*(X)〕/a*(X))−〔Y*(X)y(X)〕}…(27) 但し0<μs、μs;解の安定性と収束の速さを制
御する係数。即ち、信号処理器3において(27)
式に基づくアルゴリズムを用いればデジタル移相
器21,22……2l……2kのみによるアダプ
テイブアルゴリズムが実現されることを意味す
る。この(27)式に基づくアルゴリズムによつて
アンテナ指向性を改善できることは、例えば特開
昭54−116868号公報第3図のシミユレーシヨン結
果に示されるとおりである。
Substituting this equation (22) into equation (18), ∂γ/∂[]=2Im{[Ω * ](a[S * ] −|a| 2 [Y * ][Y] T [W]) } …(23) becomes. Here, since the output y(X) of the signal synthesizer 3 is y(X)=[Y] T [W]...(24), equation (23) is ∂γ/∂[]=2Im{[Ω * 〕(a〔S * 〕−|a| 2 〔Y *
y)}=2|a| 2 Im{[Ω * ]([S * ]/a * −[Y * ]y)
}...(25) becomes. Therefore, ∂γ/∂〔〕|〕=〔(X)〕=2|a(X)| 2 Im
{[Ω * (X)] ([S * (X)]/a * (X)−[Y * (X)]y(X))}
…(26) is obtained. Substituting this equation (26) into equation (13), we get [(X+1)] = [(X)] + μsIm {[Ω * (X)
]([S * (X)]/a * (X))−[Y * (X)y(X)]}…(27) However, 0< μs, μs; The stability of the solution and the speed of convergence are Coefficient to control. That is, in the signal processor 3 (27)
This means that if an algorithm based on the formula is used, an adaptive algorithm using only the digital phase shifters 21, 22...2l...2k can be realized. The fact that the antenna directivity can be improved by the algorithm based on equation (27) is shown, for example, in the simulation results shown in FIG. 3 of Japanese Patent Application Laid-open No. 54-116868.

このシミユレーシヨン結果は(27)式の演算を
行う計算機の高精度な演算結果と同じ値に移相器
の位相量を制御できるという仮定に基づいてい
る。
This simulation result is based on the assumption that the phase amount of the phase shifter can be controlled to the same value as the highly accurate calculation result of the computer that calculates equation (27).

しかしながら、実際は、デジタル移相器の精度
は計算機の精度より低く、通常、次式の演算結果
を用いることによりデジタル移相器を直接制御す
ることができる。
However, in reality, the accuracy of the digital phase shifter is lower than that of a computer, and the digital phase shifter can usually be directly controlled by using the calculation result of the following equation.

〔(X+1)〕=〔(X)〕+360゜/2nSg
n{Im(〔Ω*(X)〕{〔S*〕(X)〕/ a*(X)−〔Y*(X)〕y(X)})} …(28) ただしnはデジタル移相器のビツト数を、また
Sgn(δ)は符号関数をそれぞれ表わし、符号関
数Sgn(δ)は次のように定める。
[(X+1)]=[(X)]+360°/2 n Sg
n{Im([Ω * (X)] {[S * ](X)]/a * (X)−[Y * (X)]y(X)})} …(28) where n is the digital transfer The number of bits of the phaser is also
Sgn(δ) represents a sign function, and the sign function Sgn(δ) is determined as follows.

Sgn(δ)=1δ0 −1δ<0 しかしながら、(28)式によつて直接デジタル
移相器を制御した場合は、相当に細かいビツトを
用いないと十分な収束解が得られないことがあ
る。例えば第2図は、デジタル移相器のビツト数
n=4、アンテナ素子数k=10で不要信号が方位
角θ=30゜の方向から入射してきた場合のシミユ
レーシヨンの結果を示すもので、不要波信号の入
射方向に指向性の零点が形成されておらず、所望
の特性が得られていないことがわかる。これは
(28)式のデジタル計算に起因する計算結果の粗
さが不要信号の到来方向特性の高精度化を阻害し
ているためである。この場合高精度化をはかるに
はデジタル移相器のビツト数nを増大させること
で可能であるが、現実にはnの増加には困難が多
い。したがつて、(28)式によるアルゴリズムで
は必ずしも不要信号の入射方向に対してアンテナ
指向性の零点を形成できずSN比が改善されない
という欠点があつた。
Sgn(δ)=1δ0 −1δ<0 However, when the digital phase shifter is directly controlled by equation (28), a sufficient convergence solution may not be obtained unless extremely fine bits are used. For example, Figure 2 shows the simulation results when the number of bits of the digital phase shifter is n = 4, the number of antenna elements is k = 10, and an unnecessary signal is incident from an azimuth angle of θ = 30°. It can be seen that no zero point of directivity is formed in the incident direction of the wave signal, and desired characteristics are not obtained. This is because the roughness of the calculation result due to the digital calculation of equation (28) hinders the improvement of the accuracy of the arrival direction characteristics of the unnecessary signal. In this case, higher accuracy can be achieved by increasing the number of bits n of the digital phase shifter, but in reality there are many difficulties in increasing n. Therefore, the algorithm based on equation (28) has the drawback that it is not necessarily possible to form a zero point of antenna directivity in the direction of incidence of unnecessary signals, and the S/N ratio cannot be improved.

本発明は、上記した如き欠点を除去するもの
で、各移相器の位相のみを制御し、アンテナの置
かれた周囲環境に適合した指向性、即ち不要信号
の入射方向に対してはアンテナ指向性利得を有し
ないSN比の大幅に改善されたアダプテイブアン
テナ装置を提供するものである。
The present invention eliminates the above-mentioned drawbacks, and controls only the phase of each phase shifter to provide directivity that matches the surrounding environment in which the antenna is placed. An object of the present invention is to provide an adaptive antenna device that has a significantly improved SN ratio and has no inherent gain.

第3図は本発明によるアダプテイブアンテナ装
置の一実施例を示す構成図で、複数のアンテナ素
子11,12……1l……1kによりアレイアン
テナを構成するアンテナ素子群1は外来電波を受
信する。このアンテナ素子群1で受信された信号
は分岐され、一方は各アンテナ素子11,12…
…1l……1kごとにそれぞれ対応して直列接続
された各デジタル移相器21,22……2l……
2kに供給される。なお、上記各アンテナ素子1
1,12……1l……1kはサブアレイによつて
も構成可能である。上記各デジタル移相器21,
22……2l……2kは各アンテナ素子からの信
号をそれぞれ位相制御するものでその位相制御さ
れた信号は合成器3に供給され出力される。さ
て、合成器3の出力信号は分岐され一方は出力と
して取り出されるとともに他方は信号処理器4に
供給される。この信号処理器4に供給された信号
に基づいて演算器41で各デジタル移相器21,
22……2l……2kでの最適位相量が(28)式
ではなく(27)式によつて演算される。この後、
求められた最適位相量は量子化器42により各移
相器のビツト数に対応して量子化され各デジタル
移相器21,22……2l……2kに位相制御信
号が供給される。
FIG. 3 is a configuration diagram showing an embodiment of the adaptive antenna device according to the present invention. An antenna element group 1 that constitutes an array antenna by a plurality of antenna elements 11, 12...1l...1k receives external radio waves. do. The signals received by this antenna element group 1 are branched, one for each antenna element 11, 12...
...1l... Each digital phase shifter 21, 22 connected in series corresponds to each 1k...2l...
2k is supplied. In addition, each of the above antenna elements 1
1, 12...1l...1k can also be configured by subarrays. Each digital phase shifter 21,
22...2l...2k control the phase of the signals from each antenna element, and the phase-controlled signals are supplied to the combiner 3 and output. Now, the output signal of the combiner 3 is branched, one is taken out as an output, and the other is supplied to the signal processor 4. Based on the signal supplied to the signal processor 4, the arithmetic unit 41 calculates each digital phase shifter 21,
The optimum phase amount at 22...2l...2k is calculated by equation (27) instead of equation (28). After this,
The obtained optimum phase amount is quantized by a quantizer 42 in accordance with the number of bits of each phase shifter, and a phase control signal is supplied to each digital phase shifter 21, 22...2l...2k.

この場合、演算器41において求められる最適
位相量、即ちSN比を最大にする位相量を求める
式は、(27)式と全く同様であり次式で示される。
In this case, the equation for finding the optimal phase amount found in the calculator 41, that is, the phase amount that maximizes the SN ratio, is exactly the same as equation (27) and is expressed by the following equation.

〔(X+1)〕=〔(X)〕+μsIm{〔Ω*(X)

(〔S*(X)〕/a*(X)−〔Y*(X)〕y(X))}…(27) 但し0<μs、μs;解の安定性と収束の速さを制
御する係数。この場合(27)式で演算される位相
量は(28)式で演算される位相量より誤差が少な
く、より最適な位相量である。そして、本発明で
は演算器41において、(27)式によるアルゴリ
ズムに基づいた最適位相量を求め、その後、量子
化器42によつて最適位相量を各デジタル移相器
のビツト数に応じて量子化したものである。した
がつて、本発明での量子化された最適位相量は
(28)式で示される位相量より誤差が少なくより
正確なものである。第4図は第2図と同条件即
ち、デジタル移相器のビツト数n=4、アンテナ
素子数k=10で不要信号が方位角30゜の方向から
入射してきた場合において、本発明による装置に
従つたシミユレーシヨンの結果を示すものであ
る。この第4図において方位角30゜でのアンテナ
指向性は第3図と比較して25dB以上大きく改善
されていることがわかる。したがつて、実際のア
ダプテイブアンテナに本発明による装置を用いれ
ば、大きな効果がもたらされるものである。
[(X+1)] = [(X)] + μsIm {[Ω * (X)
]
([S * (X)]/a * (X)−[Y * (X)]y(X))}…(27) where 0< μs, μs; controls the stability of the solution and the speed of convergence coefficient. In this case, the phase amount calculated using equation (27) has less error than the phase amount calculated using equation (28), and is a more optimal phase amount. In the present invention, the arithmetic unit 41 calculates the optimum phase amount based on the algorithm according to equation (27), and then the quantizer 42 converts the optimum phase amount into quantizers according to the number of bits of each digital phase shifter. It has become. Therefore, the quantized optimal phase amount in the present invention has less error and is more accurate than the phase amount shown by equation (28). FIG. 4 shows a device according to the present invention under the same conditions as FIG. 2, that is, the number of bits of the digital phase shifter n = 4, the number of antenna elements k = 10, and an unnecessary signal is incident from an azimuth angle of 30°. The results of the simulation are shown below. It can be seen in Fig. 4 that the antenna directivity at an azimuth angle of 30° has been greatly improved by more than 25 dB compared to Fig. 3. Therefore, if the device according to the present invention is used in an actual adaptive antenna, great effects will be brought about.

以上、説明したように、本発明によるアダプテ
イブアンテナ装置は、不要信号到来方向のアンテ
ナ指向性を改善、即ちSN比を大幅に改善し、実
用上大きな効果をもたらすものである。
As described above, the adaptive antenna device according to the present invention improves the antenna directivity in the direction of arrival of unnecessary signals, that is, significantly improves the SN ratio, and brings about a large practical effect.

なお、第3図により説明した上記実施例におい
ては、このアダプテイブアンテナ装置が受信用と
して動作する状態について述べたが、勿論送受共
用として考えることもできる。送受共用として考
える場合の構成は、演算器41に信号をとり込む
点つまりアンテナ素子群1とデジタル移相器2
1,22……2l……2kとの間に第1の送受切
換器を、また信号合成器3の出力側にも同じく第
2の送受切換器を設けてこの第1、第2の送受切
換器を介して受信時に演算器41に信号を供給す
るようにする。また当然のことであるが送信時は
信号合成器3は同じ構成で送信信号の分配器とし
て作用することは言うまでもない。
In the above embodiment described with reference to FIG. 3, a state in which the adaptive antenna device operates for reception has been described, but of course it can also be considered to be used for both transmission and reception. When considered as a shared transmission/reception configuration, the configuration consists of the point where the signal is taken into the arithmetic unit 41, that is, the antenna element group 1 and the digital phase shifter 2.
1, 22...2l...2k, and a second transmitting/receiving switching device is also provided on the output side of the signal synthesizer 3 to switch between the first and second transmitting/receiving. A signal is supplied to the arithmetic unit 41 through the receiver at the time of reception. It goes without saying that during transmission, the signal combiner 3 has the same configuration and functions as a transmitting signal distributor.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来のアダプテイブアンテナ装置を示
す構成略図、第2図は第1図に示す装置により得
られるアンテナパターン図、第3図は本発明によ
るアダプテイブアンテナ装置の一実施例を示す構
成略図、第4図は第3図に示す装置により得られ
るアンテナパターン図の例を示す図である。 1……アンテナ素子群、21,22……2l…
…2k……デジタル移相器、3……信号合成器、
4……信号処理器、41……演算器、42……量
子化器。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a conventional adaptive antenna device, FIG. 2 is an antenna pattern diagram obtained by the device shown in FIG. 1, and FIG. 3 is an embodiment of the adaptive antenna device according to the present invention. FIG. 4 is a diagram showing an example of an antenna pattern diagram obtained by the apparatus shown in FIG. 3. 1... Antenna element group, 21, 22... 2l...
...2k...digital phase shifter, 3...signal synthesizer,
4... Signal processor, 41... Arithmetic unit, 42... Quantizer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 電磁波を送信または受信するアンテナ素子群
と、このアンテナ素子群の各アンテナ素子に直列
に接続されてなる複数のデジタル移相器と、この
複数のデジタル移相器に接続され信号を分配また
は合成する回路と、この回路を介して得られる前
記デジタル移相器からの信号と前記アンテナ素子
群からの信号とを導入し上記回路の合成出力信号
の信号対雑音比を最大にする位相量〔〕を、 〔(X+1)〕=〔(X)〕+μsIm{〔Ω*(X
)〕(〔S*(X)〕/a*(X)−〔Y*(X)〕y(X)
)} なる演算により導出する演算手段と、この演算手
段で導出された位相量〔〕に対し前記デジタル
移相器のビツト数に対応した量子化を行い前記デ
ジタル移相器に位相制御信号を供給する量子化手
段とを具備するアダプテイブアンテナ装置。 〔ただし、〔〕T=〔12……k〕、(Tは転置

意味する。)、kはk番目のアンテナ素子に対す
る移相器における位相量、μs及びaは解の安定性
と収束の速さを制御する係数、 Wkはk番目のアンテナ素子に対する移相器の
ウエイト量でありWk=ej k、 〔S〕T=〔S1、S2……Sk〕、 Skはk番目のアンテナ素子における所望信号、 〔Y〕T=〔Y1、Y2……Yk〕、 Ykはk番目のアンテナ素子の出力信号、 yは合成する回路の出力信号、 Xは演算の繰返し回数、 *は複素共役を表わす記号、 Im{ }は{ }内の行列の各要素の虚数部を
とることを意味する。〕
[Claims] 1. An antenna element group for transmitting or receiving electromagnetic waves, a plurality of digital phase shifters connected in series to each antenna element of the antenna element group, and a plurality of digital phase shifters connected to the plurality of digital phase shifters. A circuit for distributing or combining signals, and a signal from the digital phase shifter obtained through this circuit and a signal from the antenna element group are introduced to maximize the signal-to-noise ratio of the combined output signal of the circuit. The phase amount [] to make is, [(X+1)] = [(X)] + μsIm {[Ω * (
)] ([S * (X)] / a * (X) - [Y * (X)] y (X)
)}, and a calculation means for deriving the phase amount [ ] by the calculation means, quantizes the phase amount [ ] corresponding to the number of bits of the digital phase shifter, and supplies a phase control signal to the digital phase shifter. An adaptive antenna device comprising: quantization means. [However, [] T = [ 1 , 2 ... k ], (T means transposition), k is the phase amount in the phase shifter for the k-th antenna element, μs and a are the stability of the solution a coefficient that controls the speed of convergence, W k is the weight amount of the phase shifter for the k-th antenna element, W k = e j k , [S] T = [S 1 , S 2 ...S k ], S k is the weight amount of the phase shifter for the k-th antenna element. Desired signal, [Y] T = [Y 1 , Y 2 ... Y k ], Y k is the output signal of the k-th antenna element, y is the output signal of the combining circuit, X is the number of repetitions of operation, * is The symbol Im{ } representing complex conjugate means taking the imaginary part of each element of the matrix in { }. ]
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