JPH0659017A - フェーズドアレイアンテナ装置 - Google Patents

フェーズドアレイアンテナ装置

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JPH0659017A
JPH0659017A JP4232662A JP23266292A JPH0659017A JP H0659017 A JPH0659017 A JP H0659017A JP 4232662 A JP4232662 A JP 4232662A JP 23266292 A JP23266292 A JP 23266292A JP H0659017 A JPH0659017 A JP H0659017A
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angle
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array antenna
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 クロスオーバロスが少くかつ追尾誤差の小さ
い良好な自動追尾機能を有し、かつ装置規模の小さい、
フェーズドアレイアンテナ装置を提供すること。 【構成】 正方向及び負方向にビームをオフセットした
状態で受信機で受信した信号レベルをもとに角度誤差演
算回路7で算出した角度誤差信号に、ビーム走査時のビ
ーム幅の変化を補正するビーム幅補正回路8により、ビ
ームのオフセット角度を補正し、この角度を角度指令回
路5に与えるように構成し、これによって制御回路4を
動作させてビームを精度良く目標物に追尾するように構
成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、目的の対象物に対し
て電波を送信または受信する機能を有する、例えば、レ
ーダあるいは衛星通信等の分野で使用される自動追尾機
能を有するフェーズドアレイアンテナ装置に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】図4は例えば「アンテナ工学ハンドブッ
ク」(昭和61年5月10日,オーム社発行)に示され
た従来のビーム切り換え方式による自動追尾機能を有す
るフェーズドアレイアンテナ装置を示すブロック図であ
り、また図5は各ビーム指令方向に対する追尾角度誤差
及びクロスオーバロスの変化を示す特性図の一例であ
る。図において、1i (i=1〜n)は素子アンテナ、
i (i=1〜n)は素子アンテナ1i の励振信号の位
相量を変えるための移相器、3は素子アンテナ1iで受
信した信号を合成するための合成回路、4は移相器2i
の位相を制御するための制御回路、5は制御回路4にビ
ーム角度を指令し、それによってフェーズドアレイアン
テナ装置のビームを所定の方向に向けるための角度指令
回路、6は合成回路3からの信号を受信するための受信
機、7はビーム指令角度の異なる状態で受信機6で受信
した信号のレベル差を演算し、目標物に対する角度誤差
を算出する角度誤差演算回路である。
【0003】次に動作について説明する。ジャイロある
いはビームサーチ等により、初期捕捉したビーム方向θ
0 に対して、角度指令回路5であらかじめ設定した角度
Δθだけオフセットさせるように、すなわちθ=θ0
Δθの方向にビームを向けるように制御回路4に指令を
与える。制御回路4では、上記指令角度θに対して、
【0004】
【数1】
【0005】で与えられる位相量Φi (i=1〜n)を
移相器2i に与え制御する。ここで、λは自由空間波
長、ki は素子アンテナ1i の各位置ベクトル、nはビ
ーム指向方向であり、( ・ )はベクトルの内積を表
す。なお図4に示す1次元の場合は、n=(sin θ,
0,cos θ)で表される。
【0006】この時、合成回路3からの信号を受信機6
で受信し、次に逆方向に角度Δθだけオフセットさせる
ように、すなわちθ=θ0 +Δθの方向にビームを向け
るように制御回路4に指令を与え、移相器2i を制御し
合成回路3からの信号を受信機6で受信する。この時の
信号レベルA(+) と上記角度θ=θ0 −Δθの場合の信
号レベルA(-) とにより、
【0007】
【数2】
【0008】をもとに目標物に対する角度誤差δを角度
誤差演算回路7で演算し、これをもとに角度指令回路5
で角度補正を行い、これらの動作を継続することによっ
て、フェーズドアレイアンテナ装置のビームを目標物に
指向することができる。ここで、km は誤差感度であ
り、ガウスビームと近似すると
【0009】
【数3】
【0010】で表され、また、角度Δθだけオフセット
させたことによる、レベル低下すなわちクロスオーバロ
スΔLは−3dBビーム幅θ-3を使って式4で与えられ
る。
【0011】
【数4】
【0012】また、追尾角度誤差θεは、信号のS/N
比に対して式5で表わされる。
【0013】
【数5】
【0014】
【発明が解決しようとする課題】従来のフェーズドアレ
イアンテナ装置は以上のように構成されているので、ビ
ームを走査した場合に−3dBビーム幅θ-3が変化し、
θが大きくなるほどθ-3は大きくなるため、誤差感度k
m が式3に従って変化し、これによって図5に示すよう
に、追尾角度誤差θε及びクロスオーバロスΔLが式4
及び式5に従ってビームの指向方向によって変化し、例
えば、ビームの走査範囲内で追尾角度誤差の最大値を小
さくするとクロスオーバロスが大きくなり、逆にクロス
オーバロスを小さくすると追尾角度誤差が大きくなるな
どの問題点があった。
【0015】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、クロスオーバロスが少なくかつ
追尾誤差の小さい良好な自動追尾機能を有し、かつ装置
規模の小さい、フェーズドアレイアンテナ装置を提供す
ることを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係るフ
ェーズドアレイアンテナは、正方向及び負方向にビーム
をオフセットした状態で受信機で受信した信号レベルを
もとに角度誤差演算回路で算出した角度誤差信号に、ビ
ーム走査時のビーム幅の変化を補正するビーム幅補正回
路を経由して、ビームのオフセット角度を補正し、この
角度を角度指令回路に与えるように構成したものであ
る。
【0017】請求項2の発明に係るフェーズドアレイア
ンテナ装置は、各ビーム角度指令方向を領域分けし各領
域毎のビーム幅を記憶する記憶回路を設け、この記憶回
路からのデータを上記ビーム幅補正回路に入力するよう
にしたものである。
【0018】
【作用】請求項1の発明におけるフェーズドアレイアン
テナ装置は、正方向及び負方向にビームをオフセットし
た状態で受信機で受信した信号レベルをもとに角度誤差
演算回路で算出した角度誤差信号に、ビーム走査時のビ
ーム幅の変化を補正するビーム幅補正回路を経由して、
ビームのオフセット角度を補正し、この角度を角度指令
回路に信号を与え、これによって制御回路を動作させる
ことにより、ビームを精度良く目標物に追尾することが
できる。
【0019】請求項2の発明に係るフェーズドアレイア
ンテナ装置は、記憶回路のデータを用いてビーム幅補正
演算を行うことにより、演算を高速で行うことができ
る。
【0020】
【実施例】
実施例1.以下、請求項1の発明の一実施例を図につい
て説明する。図1においては、図4と対応する部分には
同一符号を付して説明を省略する。図1において、8は
受信機6で受信した信号レベルをもとに角度誤差演算回
路7で算出した角度誤差信号に対して走査時のビーム幅
の変化を補正し、角度指令回路5に与えるためのビーム
幅補正回路である。なお、移相器2i と制御回路4とに
より制御手段が構成される。
【0021】次に動作について説明する。ジャイロある
いはビームサーチ等により、初期捕捉したビーム方向θ
0 に対して、このビーム方向θ0 時のビーム幅は、
【0022】
【数6】
【0023】で表わされる(但し、θ-3(0)はθ=0
方向のビーム幅)。ここで、このビーム幅を補正するビ
ーム幅補正回路8にてビームのオフセット角度Δθを補
正し、式7を演算し、
【0024】
【数7】
【0025】で表されるオフセット角を角度指令回路5
に与える(但し、Δθ(0)はθ=0方向のオフセット
角)。
【0026】ここで角度指令回路5に与えられた式7で
表されるオフセット角度Δθだけオフセットされるよう
に、すなわちθ=θ0 −Δθの方向にビームを向けるよ
うに制御回路4に指令を与える。制御回路4では、上記
指令角度θに対して、式1で与えられる位相量Φi (i
=1〜n)をそれぞれの移相器2i に与え制御する。こ
の時、合成回路3からの信号を受信機6で受信し、次に
逆方向に角度Δθだけオフセットさせるように、すなわ
ちθ=θ0 +Δθの方向にビームを向けるように制御回
路4に指令を与え、移相器2i を制御し合成回路3から
の信号を受信機6で受信する。この時の信号レベルと上
記指令角度θ=θ0 −Δθの場合の信号レベルより、式
2に従って目標物に対する角度誤差δを角度誤差演算回
路7で演算し、これをもとに角度指令回路5で角度補正
を行い、これらの動作を継続する。ここで、式6,式7
を式3,式4に代入して、この時の誤差感度km 及びク
ロスオーバロスΔLを求めると、式8,式9で表わされ
る。
【0027】
【数8】
【0028】
【数9】
【0029】すなわち、誤差感度がビーム走査方向に対
して一定の値となる。従来の技術では、誤差感度km
びクロスオーバロスΔLは、
【0030】
【数10】
【0031】
【数11】
【0032】で表わされるため、式8,式9,式10,
式11より、ある与えられたビーム走査範囲θ=0〜θ
max に対して、クロスオーバロスΔLの最大値をある値
に実現した時、誤差感度km の最小値は、従来の技術に
おける式10に比べて式8で求められるこの発明の場合
には、大幅に大きくなる。すなわち、誤差感度km に逆
比例する追尾角度誤差は大幅に低減される。例えば、θ
max =45°の場合には、ビーム走査範囲θ=0〜θma
x に対して、追尾角度誤差の最大値は、従来の技術の場
合に比べて1/2に低減される。図2は従来とこの発明
の場合におけるクロスオーバロスΔLと追尾角度誤差を
示したものである。
【0033】実施例2.図3は請求項2の発明の一実施
例を示す。上記実施例1では、ビーム幅補正回路8にお
いて、ビームのオフセット角度Δθを式7に従って補正
演算し、このオフセット角を角度指令回路5に与える構
成としたが、図3においては、各ビーム指令方向を領域
分けし、各領域毎のビーム幅を記憶する記憶回路9を有
し、この記憶回路9からのデータを各ビーム指令方向で
のビーム幅を補正するビーム幅補正回路8に入力するよ
うに構成している。この場合は、図1と同様の効果が得
られると共に、装置がより小型になり、かつ高速の演算
を行なうことが可能となる。
【0034】
【発明の効果】以上のように、請求項1の発明によれ
ば、正方向及び負方向にビームをオフセットした状態で
受信機で受信した信号レベルをもとに角度誤差演算回路
で算出した角度誤差信号に、ビーム走査時のビーム幅の
変化を補正するビーム幅補正回路を経由して、ビームの
オフセット角度を補正し、この角度を角度指令回路に与
え、これによって制御回路を動作させてビームをオフセ
ットし、その状態での受信機で受信した信号レベルをも
とに角度誤差演算回路で角度誤差を演算するよう構成し
たので、クロスオーバロスが少なく、かつ追尾角度誤差
の小さい良好な自動追尾機能を有し、かつ装置規模の小
さい、フェーズドアレイアンテナ装置が得られる効果が
ある。
【0035】また、請求項2の発明によれば、各ビーム
角度指令方向を領域分けし各領域毎のビーム幅を記憶す
る記憶回路を設け、この記憶回路からのデータを上記ビ
ーム幅補正回路に入力するように構成したので、ビーム
幅補正演算を高速化することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1の発明の一実施例によるフェーズドア
レイアンテナ装置を示すブロック図である。
【図2】この発明と従来の場合における、各ビーム指令
方向に対する追尾角度誤差及びクロスオーバロスの変化
を示す特性図である。
【図3】請求項2の発明の一実施例によるフェーズドア
レイアンテナ装置を示すブロック図である。
【図4】従来のフェーズドアレイアンテナ装置を示すブ
ロック図である。
【図5】従来のフェーズドアレイアンテナ装置における
各ビーム指令方向に対する追尾角度誤差及びクロスオー
バロスの変化を示す特性図である。
【符号の説明】
i 素子アンテナ 2i 移相器(制御手段) 4 制御回路(制御手段) 5 角度指令回路 7 角度誤差演算回路 8 ビーム幅補正回路 9 記憶回路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の素子アンテナに与える励振信号の
    位相量を制御することにより、ビーム方向を制御するフ
    ェーズドアレイアンテナ装置において、上記複数の素子
    アンテナの受信信号のレベル差に基づいて目標物に対す
    るビームの角度誤差を演算する角度誤差演算回路と、上
    記角度誤差演算回路の出力に基づいて各素子アンテナに
    対するビーム角度指令信号を発生する角度指令回路と、
    上記角度指令回路から得られる各ビーム角度指令信号に
    対応するビーム幅を補正するビーム幅補正回路と、上記
    ビーム幅補正回路の出力に応じて各素子アンテナに与え
    る励振信号の位相量を制御する制御手段とを備えたフェ
    ーズドアレイアンテナ装置。
  2. 【請求項2】 複数の素子アンテナに与える励振信号の
    位相量を制御することにより、ビーム方向を制御するフ
    ェーズドアレイアンテナ装置において、上記複数の素子
    アンテナの受信信号のレベル差に基づいて目標物に対す
    るビームの角度誤差を演算する角度誤差演算回路と、上
    記角度誤差演算回路の出力に基づいて各素子アンテナに
    対するビーム角度指令信号を発生する角度指令回路と、
    上記角度指令回路から得られる各ビーム角度指令信号に
    対応するビーム幅を補正するビーム幅補正回路と、各ビ
    ーム角度指令方向を領域分けし、各領域毎のビーム幅を
    記憶し、その記憶内容を上記ビーム幅補正回路に入力す
    る記憶回路と、上記ビーム幅補正回路の出力に応じて各
    素子アンテナに与える励振信号の位相量を制御する制御
    手段とを備えたフェーズドアレイアンテナ装置。
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