JPH0398302A - 電子走査とディジタル式ビーム形成を有するアンテナ系の指向性制御システム - Google Patents

電子走査とディジタル式ビーム形成を有するアンテナ系の指向性制御システム

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JPH0398302A
JPH0398302A JP2228535A JP22853590A JPH0398302A JP H0398302 A JPH0398302 A JP H0398302A JP 2228535 A JP2228535 A JP 2228535A JP 22853590 A JP22853590 A JP 22853590A JP H0398302 A JPH0398302 A JP H0398302A
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JP
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delay
digital
signal
input
analog
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Application number
JP2228535A
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Inventor
Andre Champeau
アンドレ　シャンポー
Serge Maclman
セルジュ　マクルマン
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Thales SA
Original Assignee
Thomson CSF SA
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements 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
    • H01Q3/2682—Time delay steered arrays

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

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） 本発明は電子操作とディジタル式ビーム形成を有するア
ンテナ系、特に非常に広範囲な角度にわたり、広帯域の
周波数で正確な指向性を得る方法に関する。
これらのアンテナにおいては、固定アレーが非常に多く
の基本アンテナに使われている。これらのそれぞれの基
本アンテナは基本信号を受信し（または送信し）、異な
る基本信号の組合わせは受信（または送信）される電波
に対応している。
電子操作はアレーと同じ方向に向けられていない電波、
例えばアレーの軸に対しある仰角とある方位角の両方ま
たは一方を有する伝搬方向の電波を受信（または送信）
することである。
この電子操作を行うためには、基本アンテナのそれぞれ
により受信（または送信）された信号に対し時間遅れを
加えることが必要であり、この時間遅れはアレーの軸に
対して、指向方向が傾くことにより伝搬通路が増加する
ことに対応している。これを図示したのが第１図、第２
図であり、参照番号１はそれぞれの基本アンテナを、Ｐ
はアレ一の平面を（説明を明確にするため線形平面アレ
ーを仮定している）、Ｐ′は指向方向δに受信または送
信される電波の平面を示している。これにより、各基本
素子１に対し、アンテナ相互で異なる遅延Δｔ１，Δｔ
２，・・・，Δｔｎを加える必要があることが判る。
（従来の技術） この段階的な時間遅れを作るため基本的に２つの技術が
提案されている。
１番目の技術は、受信された電波の位相をシフトするこ
とにより遅延を近似させることである。
この技術の実施が容易なのは電子装置（基本アンテナの
それぞれに接続された能動モジュール内に置かれた位相
シフト回路）だけが必要となるからである。更に、位相
シフトは敏速にかつ適当に量を定めることにより調整で
きる。
使用に融通性があるにもかかわらず、この技術が使用で
きるのは残念ながらアレーの寸法に対し角度変化が比較
的小さな場合のみであり（位相シフトは時間遅れで近似
されるのみである）、周波数の帯域幅が非常に小さい場
合のみである。
実際、後者の点に関しては、位相関係が周波数に依存し
ているので、狭い周波数帯域の外で動作されるならば周
波数の広がり現象が観測される。
周波数のこの広がり現象は、例えば光学におけるフレネ
ルレンズおよびプリズムの場合に出会う色収差と同じ現
象である。
言い替えれば、移相器により行なわれる指向性により、
周波数に対する指向性感度が意味することは、非常に小
さな帯域幅の瞬時値により、きわめてすぐ動作が制限さ
れることであり、この帯域内で得られる指向性精度はア
ンテナの素子数と位相制御のこまかさにより決まる。
この理由と場合により動作周波数でのアンテナのスペク
トルは広がりを持つ必要があり、特に距離に対し高分解
能が要求されるならば、位相をシフトさせることにより
近似させる技術をやめて、実際の正味の遅延を取り入れ
る必要がある。
第２の技術である正味の遅延を生じさせるため（本発明
の系に関連した）現在のところ伝搬遅延線が使用されて
いる。これらの伝搬遅延線電波的なもの（同軸線路）、
または光学的なもの（電気光学変換後の光ファイバ）の
いずれかによっている。
各受信チャンネルには一組の遅延線がある。目的とする
各方向に対し切替えが行われ、各チャンネルに対し遅延
線により段階的な遅延に対応した遅延を得ることができ
るようにされている。
この技術により、もはや遅延の近似ではなく正味の遅延
が取り入れられるので、前述の欠点である周波数の広が
りが取り除力１れ、それ故、非常に広帯域にわたり、更
に大きさの大きいアレーに対する動作が得られる。
しかし、第２の技術には特に実際に動作させる場合に欠
点があり、すなわち実際には処理がスイッチ動作により
行われるので、遅延の変化は連続的に行うことができず
、それ故、アンテナを指向させようとする個別の方向と
同じ数の遅延線を用意する必要がある。これにより、遅
延線が全数必要となり、すべてのアレーに対しその数は
個々の指向方向が必要とする数に等しく、アレーの基本
アンテナ数との積となる。アンテナが高い角度分解能を
持ち、ポテンシャル精度を最大限に使用するようにする
ので、必要な遅延線の数があり得ない程多くなることが
容易に理解されるであろう。
更に、遅延線（電気的または光学的）切替えが意味する
ことは、無視できないほどの応答時間により、アンテナ
アレーの゛最プログラミング゜゛をある程度ゆっくり行
わせることである（すなわち、指向と照射の関係を変更
すること）。
指向方向を連続的にカバーしたいならば、前述０２つの
技術を結合する必要があり、従って指向性は正味の遅延
により主指向（方向゛の選択）から得られるが、この遅
延は移相器により２番目の指向（選択した方向における
良好な指向）と一緒にされている。
しかしこの結合の方法を作るのは複雑であり、指向性を
制御するのが難しいが、それは異なった２つの方法を重
ね合わせるからであり、それ故特に経費がかかる。
（発明の目的） 本発明の目的の１つは、前記の２つの技術の双方の欠点
を解決する新しい指向方法を提案することであり、非常
に簡単であり、実施に経費がががらないのと同様に、非
常に広範囲にほとんど連続的に指向方向を変化すること
ができ、周波数の広がり現象がない。
（発明の要約） 原理的には、本発明は前記の２番目の技術の改良であり
、すなわちアレー内に配置された多数の基本アンテナか
ら構成されたアンテナ系の改良で９ １　０ あり、その系には各アンテナまたはアンテナのサブアレ
ーに接続された受信チャンネルがあり、前記受信チャン
ネルには直列に能動モジュールと遅延装置があり、この
遅延装置はそれぞれ異なった基本アンテナに対し段階的
な遅延を生ずるように基本アンテナにより受信された信
号の正味の伝搬遅延を選択的に発生することができ、前
記の段階的な遅延によりアレーの特別な方向に対して受
信される電波の方向に希望の指向性を決めることができ
、更にアナログ／ディジタル変換器があり、入力では受
信されたアナログ信号を受け、出力ではそれに対応した
ディジタル信号をビーム形成用コンピュータに送る。
アナログ／ディジタル変換器にはアナログ信号入力、デ
ィジタル化された信号出力、クロック信号入力があり、
このクロック信号入力は変換された標本値の瞬時値を制
御するクロック信号を受信する。
本発明によると、遅延装置にはプログラムできるディジ
タル遅延発生器があり、これは指向性用コンピュータか
ら来るディジタル制御ワードを受け、発生すべき遅延を
決めるプログラム入力と、アナログ／ディジタル変換器
で変換された標本値の瞬時値を制御するクロック信号を
受信するトリガ用入力と、アナログ／ディジタル変換器
のクロック入力を制御する信号出力と、ビーム形成用コ
ンピュータの対応した入力に直接加えられるアナログ／
ディジタルコンピュータのディジタル信号出力から構成
されている。
本発明は照射ビームを形成することにより、送信モード
で動作するアンテナの場合にも適用できる。
この場合、各アンテナまたはアンテナのサブアレーに接
続された送信チャネルには、直列にディジタル／アナロ
グ変換器があり、どの変換器は入力では送信されるディ
ジタル信号をビーム形成用コンピュータから受け、出力
では対応したアナログ信号を送出し、更に遅延装置があ
り、この遅延装置はそれぞれ異なった基本アンテナに対
し段階的な遅延を生ずるようにするため基本アンテナに
１ｌ １２ より送信された信号の正味の伝搬遅延を選択的に発生す
ることができ、前記の段階的な遅延によりアレーの特別
な方向に対して送信される電波の方向に希望の指向性を
決めることができ、更に能動的な送信モジュールがある
。
ディジタル／アナログ変換器にはディジタル信号入力、
アナログ信号出力、クロック信号入力があり、このクロ
ック信号入力は変換された標本値の瞬時値を制御するク
ロック信号を受信する。
本発明によると、遅延装置にはプログラムできるディジ
タル遅延発生器があり、これには指向性用コンピュータ
から来るディジタル制御ワードを受発生すべき遅延を決
めるプログラム入力と、ディジタル／アナログ変換器で
変換された標本値の瞬時値を制御するクロック信号を受
信するトリガ用入力と、ディジタル／アナログ変換器の
クロック入力を制御する信号出力がある。
都合の良いことに、受信モードでも送信モードでも、指
向性に必要な正味の遅延を考慮することに加え、指向性
用コンピュータにより生ずるデイジタル制御ワードには
チャンネル間の正味の遅延の違いの補正も考慮する必要
があり、これらの差はクロック信号の送信と、基本アン
テナによって受信される信号の送信の両方または一方の
遅延線のそれぞれの長さの違いによって生ずる。
更に、各チャンネルには制御された移相器があり、基本
アンテナにより受信と送信の両方または一方による信号
の中に位相遅延を選択的に発生させることができるが、
それはディジタル遅延装置により発生する段階的な正味
の遅延により決まる指向性を微細に調整できるようにす
るためである。
（実施例） 以下に、図面に基づき電波を受信するアンテナ形の例に
対って基本的な説明を行う。しかし、本発明は受信アン
テナに限定されず、相互作用として必要な変更を加える
ことにより送信アンテナにも同様に適用できる。送信ア
ンテナの構造は信号の方向が異なる（すなわち、入力が
出力、そのまた逆となる）だけで送信アンテナの構造と
同一で１　３ １　４ ある。
更に説明を簡単にするため、本発明では直線アレーにつ
いて述べる。しかし、このアレーの配列に限定されるこ
となく、本発明は平面またはその他（コンフォームド（
ｃｏｍｆｏｒｍｅｄ）アレー）の表面波アレー、更には
バルク（　ｂｕｌｋ）波アレー（ステリック（ｓｔｅｒ
ｉｃ）アレー）にも同様に適用することができる。
同様に、基本アンテナを有する多くの受信チャンネルか
らなるアレーについて述べる。しかし、系の各チャンネ
ルに接続されたサブアレーを取り付けるようにするため
、既知の方法により更にいくつかの基本アンテナを取り
付けることができる。
第１図には今まで使用されており、正味の遅延を有する
前述の指向性の系を示している。
基本アンテナ１のそれぞれに接続された受信アンテナチ
ャンネルには能動的な受信モジュール２とアナログ／デ
ィジタル変換器３があり、この変換器３により受信信号
はディジタルの形でビーム形或用コンピュータ４に伝達
される。ビームの形成は各チャンネルに加えられた多数
の重み付け係数により行われ、それぞれの係数は照射と
所要の関係にある関数として係数予備設定用コンピュー
タ５によって決められる。
それぞれのチャンネルの重み付けの和は、角度で処理さ
れる受信信号に対応しており、処理を行う他の軸で解析
するため通路６に伝送される（または他の伝送の方法に
よる）。
この系には更にタイムベース７があり、アナログ／ディ
ジタル変換器３のそれぞれに加えられたクロック信号（
これらの変換器の標本値保持回路の標本化した瞬時値を
制御するため）を発生させ、各チャンネルに入れられる
こととなっている正味の所要伝搬遅延を生ずる一組の遅
延線８に供給している。
より詳細には、一組の遅延線８は各チャンネルに対し多
数の（電気的な、または光学的な）遅延線９から構成さ
れており、この遅延線９は制御線１３の装置を通して指
向性用コンビュークにより制１　５ 御される転換スイッチ１０．　１１　（ダイオードまた
はトランジスタ）により選択されている。各チャンネル
に対し、選択された制御線により、アレ一の平面Ｐと電
波を受ける平面Ｐ′の間の方向の差から生ずる伝搬遅延
Δｔｉが補正される。
送信の場合には同じ配列を使用するのが自然であり、変
換器３はデイジタル／アナログ変換器であり、モジュー
ル２は送信モジュールであり、指向性の方向は電波が送
信される方向である。
第２図は本発明の実施の形態を図示している。
第１図の系と比較すると、一組の遅延４１８が取り除か
れており、基本アンテナが能動モジュール２とアナログ
／デイジタル変換器３に直接接続されており、すなわち
アナログ／デイジタル変換器３の入力Ａに加えられた信
号（アナログ入力）は遅延が付加されていない信可であ
る。
アナログ回路には従来の技術の場合における補正の遅延
はもはや取り入れられていないが、デイジタル回路には
ダウンライン（ｄｏｗｎｌｉｎｅ）がある。
１　６ この実施例において、電波を受信する平面Ｐ′とセンサ
ーであるアレーの平面Ｐの間のプリズム系の空間を伝搬
する信号に必要な時間に対応した時間により、選択的に
遅延するのはアナログ／ディジタル変換器３の標本化し
た瞬時値である。
これらのアレーは、好都合なことに゛プログラム可能な
ディジタル遅延発生器”の種類である回路ｌ４により発
生することができる。
これらの“プログラム可能なディジタル遅延発生器゛′
の回路は市場で普通に使用されており、今まで主に機器
（遅延測定、信号発生器等）への使用が提案されている
。
第３図に示すように、これらの回路には基本的に、トリ
ガ用入力Ｄ、遅延した信号出力Ｓ、所要の遅延を決める
ディジタルワードを受信するプログラム用入力Ｐがある
。
パルス信号が入力Ｄに加えられると、このパルスは入力
Ｐに加えられたディジタルワードの関数として可変的な
遅延を伴い出力Ｓに伝えられる。
現在使用できるプログラム可能な遅延発生器の１　７ １　８ 遅延の範囲は非常に広く、数マイクロ秒から数１００マ
イクロ秒までは典型的であり、１０ｐｓのオーダーの分
解能を有している。
Ｉ　ＧＨｚでｌ　Ｏｐｓの時間分解能に対して、電波で
は３度のオーダーの位相の分解能が得られており、本発
明の系ではいかなる付加的な位相シフト回路も使用する
ことなく指向性を非常に良くすることができる（しかし
、これらの位相シフト回路は必要に応じて用意され、特
にサブアレー内の位相シフト関係の調整を良くすること
ができる）。
タイムベース７により作られるクロック信号は、それぞ
れの遅延発生器のトリガ用入力Ｄに加えられ、その後前
記クロック信号は遅延のあるアナログ／ディジタル変換
器３の入力Ｈと各チャンネルに個々に伝えられ、各チャ
ンネルは指向性用コンビューク１２により発生するディ
ジタルワードにより決められたプログラム用入力Ｐに加
えられる。
タイムベース７から各遅延発生器１４に至るクロック信
号の分配綿は等しいかまたは異なる長さである。後者の
場合、指向性用コンピュータはこれらの長さの違いを計
算に入れ、入力Ｐに加えられるディジタルワードの適当
な修正の相関値により補正される。
この場合は、受信機との間に挿入する遅延の差または基
本アンテナとの間の位置の違いに対する場合でもある（
典型的には、コンフォームドアンテナの場合である）。
この実施例では、動作はクロック信号により行なわれ、
更に動作は内部ではタイムベースにより発生し、それ故
、妨害に対し感度がほとんど無く、複合した情報を伝え
ない信号により行われる利点がある。このようにすると
（ジッターまたは位相雑音を除いて）、付加アレーを挿
入することにより信号対雑音比に劣化が観測されない。
反対に、本発明の原理により、送信の照射ビームの形成
が適切であることは明らかであり、差動遅延は基本アン
テナの伝送モジュールを制御する信号を発生させるディ
ジタルレベルで加えられている。
ｌ　９ ２　０
【図面の簡単な説明】
第１図は従来の技術のアレーアンテナの指向性の系の概
略図を示し、 第２図は第１図と同じく本発明の実施例によるアレーア
ンテナの指向性の系の概略図を示し、第３図はプログラ
ム可能な分離型デイジタル遅延発生器を示している。 １・・・基本アンテナ、 ２・・・能動的な受信（送信）モジュール３・・・アナ
ログ／デイジタル（デイジタル／アナログ）変換器、 ４・・・ビーム形成用コンピュータ、 ５・・・係数予備設定用コンピュータ、６・・・通路、
　　　　　　７・・・タイムベース、８・・・一組の遅
延線、　９・・・遅延線、１０．　１１・・・転換スイ
ッチ、 １２・・・指向性用コンピュータ、 ｌ３・・・制御線、　　　　１４・・・遅延発生器、Ｄ
・・・トリガ用入力、 Ｐ・・・（第２図中）アレーの平面、 Ｓ・・・遅延した信号入力、 Ｐ・・・（第３図中）プログラム用入力、Ｐ′・・・指
向方向δの電波の平面、 Δｔ．Δｔｓ，・・・，Δｔｎ・・・伝搬遅延、δ・・
・指向方向、

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）各アンテナまたはアンテナのサブアレーに接続さ
    れた受信チャンネルを内部に有し、前記受信チャンネル
    には直列に次のものがあり、アレー内には多数の基本ア
    ンテナが配置されていおり、電子走査とディジタル式ビ
    ーム形成を有するアンテナ系： （ａ）能動的な受信モジュール、 （ｂ）それぞれ異なった基本アンテナに対し段階的な遅
    延を生ずるように、基本アンテナにより受信された信号
    の正味の伝搬遅延を選択的に発生することができ、前記
    の段階的な遅延によりアレーの特別な方向に対して受信
    される電波の方向に希望の指向性を決めることができる
    遅延装置； （ｃ）入力では受信されたアナログ信号を受け、出力で
    は対応したディジタル信号をビーム形成用コンピュータ
    に送る変換器であり、アナログ信号入力、ディジタル化
    された信号出力、クロック信号入力から構成され、この
    クロック信号入力は変換された標本値の瞬時値を制御す
    るクロック信号を受信するアナログ／ディジタル変換器
    、 （ｄ）前記遅延装置はプログラム可能でディジタル遅延
    発生器を具備し、次の構成を有する；（ｅ）指向性用コ
    ンピュータから来るディジタル制御ワードを受け、発生
    すべき遅延を決めるプログラム入力； （ｆ）アナログ／ディジタル変化器で変換された標本値
    の瞬時値を制御するクロック信号を受信するトリガ用入
    力； （ｇ）アナログ／ディジタル変換器のクロック入力を制
    御する信号出力、 ビーム形成用コンピュータの入力に対応して直接加えら
    れるアナログ／ディジタルコンピュータのディジタル化
    された信号出力。
  2. （２）ディジタル遅延装置により生ずる段階的な正味の
    遅延を決める指向性を微細に調整することができるよう
    にするため、基本アンテナにより受信された信号に位相
    遅延を選択的に生じさせることができる制御された移相
    器が各チャンネルに更に含まれている請求項１記載のア
    ンテナ系。
  3. （３）各アンテナまたはアンテナのサブアレーに接続さ
    れた送信チャンネルを内部に有し、前記送信チャンネル
    には直列に次のものがあり、アレー内には多数の基本ア
    ンテナが配置されており、電子操作とディジタル式ビー
    ム形成を有するアンテナ系： （ａ）入力では送信されるディジタル信号をビーム形成
    用コンピュータから受け、出力では対応したアナログ信
    号を送出する変換器であり、ディジタル信号入力、アナ
    ログ信号出力、クロック信号入力から構成され、このク
    ロック信号入力は変換された標本値の瞬時値を制御する
    クロック信号を受けるディジタル／アナログ変換器、 （ｂ）それぞれ異なった基本アンテナに対し段階的な遅
    延を生ずるようにするため、基本アンテナにより送信さ
    れた信号の正味の伝搬遅延を選択的に発生することがで
    き、前記の段階的な遅延によりアレーの特別な方向に対
    して送信される電波の方向に希望の指向性を決めること
    ができる遅延装置； （ｃ）能動的な送信モジュール； （ｄ）前記遅延装置はプログラム可能でディジタル遅延
    発生器を具備し、次の構成を有する；（ｅ）指向性用コ
    ンピュータから来るディジタル制御ワードを受け発生す
    べき遅延を決めるプログラム入力、 （ｆ）ディジタル／アナログ変換器で変換された標本値
    の瞬時値を制御するクロック信号を受信するトリガ用入
    力、 （ｇ）ディジタル／アナログ変換器のクロック入力を制
    御する信号出力、 送信される電波の形状をしたディジタル発生器の信号を
    受けるディジタル／アナログ変換器のディジタル信号入
    力。
  4. （４）ディジタル遅延装置により生ずる段階的な正味の
    遅延により決まる指向性を微細に調整できるようにする
    ため、基本アンテナにより送信される信号に位相遅延を
    選択的に生ずることができる制御された移相器を各チャ
    ネルが更に含む請求項３記載のアンテナ系。
JP2228535A 1989-09-01 1990-08-31 電子走査とディジタル式ビーム形成を有するアンテナ系の指向性制御システム Pending JPH0398302A (ja)

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FR8911492A FR2651609B1 (fr) 1989-09-01 1989-09-01 Commande de pointage pour systeme d'antenne a balayage electronique et formation de faisceau par le calcul.

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