JPH0770909B2 - Antenna monitor - Google Patents

Antenna monitor

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JPH0770909B2
JPH0770909B2 JP63241928A JP24192888A JPH0770909B2 JP H0770909 B2 JPH0770909 B2 JP H0770909B2 JP 63241928 A JP63241928 A JP 63241928A JP 24192888 A JP24192888 A JP 24192888A JP H0770909 B2 JPH0770909 B2 JP H0770909B2
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JP
Japan
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antenna
failure
array antenna
phase shifter
array
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次雄 山崎
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はアレイアンテナのモニター装置に関し、特にア
ンテナモジュールの故障などによるフェーズドアレイア
ンテナの運用限界をモニターするアンテナモニター装置
に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an array antenna monitoring device, and more particularly to an antenna monitoring device for monitoring the operational limit of a phased array antenna due to a failure of an antenna module or the like.

[従来の技術] 一般に複数のアンテナモジュールにより放射開口を構成
するアレイアンテナは、アンテナモジュールの一部が故
障してもアンテナの性能の大幅な劣化が生じないという
冗長性を有している。例えば素子数約2000のだ円開口ア
レイアンテナにおいて開口分布を−35dBテイラーで設計
した場合、5%のアンテナモジュールがランダムに故障
してもサイドローブレベルの上昇は3dB程度であるとい
う報告がある(加藤他「放送衛生搭載用アレーアンテナ
の特性検討」電子情報通信学会論文誌Bvol.J70−B N
O.9pp.1071−1081,1987年9月)。
[Prior Art] In general, an array antenna in which a radiation opening is formed by a plurality of antenna modules has redundancy that the antenna performance does not significantly deteriorate even if a part of the antenna module fails. For example, in an elliptical aperture array antenna with about 2000 elements, if the aperture distribution is designed at -35 dB Taylor, it is reported that the side lobe level rises about 3 dB even if 5% of the antenna modules fail randomly ( Kato et al. "Characteristics of array antenna for broadcasting hygiene" IEICE Transactions Bvol.J70-BN
O.9pp.1071-1081, September 1987).

またリニアアレイアンテナの場合はアンテナモジュール
故障数の割合に対する許容値が小さくなるが、冗長性を
有するという性質は平面アレイアンテナと同様である。
In the case of a linear array antenna, the allowable value for the ratio of the number of antenna module failures decreases, but the property of having redundancy is similar to that of a planar array antenna.

前期アレイアンテナの冗長性を生かすため、従来はアン
テナモジュールの動作状況をモニターし、許容される故
障数に達した時点でアレイアンテナが故障という警報を
出す方法がとられている。なおここで許容されるアンテ
ナモジュール故障数の設定は、前記引用文献に示されて
いる場合と同様に、ランダムに故障した場合、アレイア
ンテナの中央部が故障した場合、端部が故障した場合な
どいくつかの故障状況を仮定してアンテナパターンのシ
ミュレーションを行い、当該アレイアンテナを含むレー
ダーシステムなどの性能を考慮して決定していた。
In order to take advantage of the redundancy of the array antenna in the previous term, conventionally, the method of monitoring the operation status of the antenna module and issuing a warning that the array antenna has failed when the number of allowable failures is reached has been adopted. Note that the allowable number of antenna module failures is set here in the same manner as in the case of the cited document, such as random failure, failure of the central portion of the array antenna, failure of the end portion, etc. The antenna pattern was simulated assuming some failure conditions, and it was decided in consideration of the performance of the radar system including the array antenna.

次に従来技術の一例を第2図に示すリニアアレイアンテ
ナの系統図を用いて説明する。
Next, an example of the prior art will be described with reference to the system diagram of the linear array antenna shown in FIG.

第2図の例はアンテナ素子1−1〜1−N(ここでNは
正の整数)と、移相器2−1〜2−Nと、移相器駆動回
路3−1〜3−Nとを含むアンテナモジュール4−1〜
4−Nを直線状に配列し、給電回路5により送受信機6
とアンテナモジュール4−1〜4−Nとの間の高周波信
号を分配及び合成している。ビーム制御器7は移相器駆
動回路3−1〜3−Nを通して移相器2−1〜2−Nを
制御し、所定の方向にビーム走査するためのものであ
る。
In the example of FIG. 2, antenna elements 1-1 to 1-N (where N is a positive integer), phase shifters 2-1 to 2-N, and phase shifter drive circuits 3-1 to 3-N. Antenna module 4-1 including and
4-N are arranged in a straight line and the transmitter / receiver 6 is connected by the power supply circuit 5.
And the high frequency signals between the antenna modules 4-1 to 4-N are distributed and combined. The beam controller 7 is for controlling the phase shifters 2-1 to 2-N through the phase shifter driving circuits 3-1 to 3-N to perform beam scanning in a predetermined direction.

アンテナモジュールの動作状況を検出する方法は、高周
波信号の振幅及び移相の両方または一方を点検する方法
や、移相器の動作電流を点検する方法などがあるが、モ
ニター系を簡潔にするため、移相器の動作電流を点検す
る方法が一般に用いられている。第2図の例では移相器
駆動回路3−1〜3−Nに移相器の動作電流の点検機能
を含んでおり、故障の有無の信号はアンテナモニター回
路8に集められる。
There are methods to detect the operating status of the antenna module, such as checking the amplitude and / or phase shift of the high frequency signal, and checking the operating current of the phase shifter, but to simplify the monitoring system. The method of checking the operating current of the phase shifter is generally used. In the example of FIG. 2, the phase shifter driving circuits 3-1 to 3-N include a function of checking the operating current of the phase shifter, and a signal indicating the presence or absence of a failure is collected in the antenna monitor circuit 8.

集められたアンテナモジュールの故障の有無の信号は、
故障数判定回路11に送られ、あらかじめ設定された許容
数と比較し、当該アレイアンテナの運用継続の可否がア
ラーム表示器12に表示される。故障数判定回路11に設定
される許容数を決めるためにアンテナモジュールの故障
数及びアレイアンテナ内の故障部位を仮定した多数の組
合せのアンテナパターンシミュレーションが必要であっ
た。
The collected signal of the presence or absence of the antenna module is
It is sent to the failure number judgment circuit 11 and compared with a preset allowable number, and whether or not the array antenna can be continuously operated is displayed on the alarm display 12. In order to determine the allowable number set in the failure number determination circuit 11, it is necessary to perform many combinations of antenna pattern simulations assuming the failure number of the antenna module and the failure site in the array antenna.

[発明が解決しようとする問題点] 上述した従来のアンテナモニター方式は、アンテナモジ
ュールの故障数およびアレイ開口面内の故障部位を仮定
してアレイアンテナの運用限界を決定しているので、ア
ンテナモジュールの故障数の許容値に余裕をもたせる必
要があり、アレイアンテナが有する冗長性を充分活用で
きないという欠点があった。
[Problems to be Solved by the Invention] In the above-described conventional antenna monitoring method, the operational limit of the array antenna is determined by assuming the number of failures of the antenna module and the failure site in the array aperture plane. However, there is a drawback in that the redundancy of the array antenna cannot be fully utilized because it is necessary to allow an allowance for the number of failures of.

また、許容されるアレイアンテナの運用限界を決定する
ためには、多大なアンテナパターンシミュレーションを
行った上で当該アレイアンテナを含むシステムの検討を
行う必要があるため、多大な労力を要する欠点があっ
た。
In addition, in order to determine the allowable operation limit of the array antenna, it is necessary to perform a large antenna pattern simulation and then examine a system including the array antenna, which is a disadvantage that requires a lot of labor. It was

[問題点を解決するための手段] 本願発明に係るフェーズドアレイアンテナは、アンテナ
素子と移相器と移相器駆動回路とを含む複数のアンテナ
モジュールと、前期複数のアンテナモジュールの各々を
制御してビーム走査を行うビーム制御手段と、前記アン
テナモジュールの故障または動作不良を検出するアンテ
ナモニター手段とを備え、前期アンテナモニター手段が
検出した故障または動作不良に関する検出結果を用いて
アンテナパターンを計算する計算手段と、前期計算手段
が決定したアンテナパターンに基づきアンテナの特性を
判定しフェーズドアレイアンテナの運用限界に達したか
否かを判断する判定手段とを有することを要旨とする。
[Means for Solving Problems] A phased array antenna according to the present invention controls a plurality of antenna modules each including an antenna element, a phase shifter, and a phase shifter drive circuit, and controls each of the plurality of antenna modules in the previous period. Beam control means for performing beam scanning by means of beam scanning, and antenna monitor means for detecting a failure or malfunction of the antenna module, and an antenna pattern is calculated using the detection result relating to the malfunction or malfunction detected by the antenna monitor means in the previous period. The gist is to have a calculating means and a judging means for judging the characteristics of the antenna based on the antenna pattern determined by the calculating means in the previous period and judging whether or not the operational limit of the phased array antenna has been reached.

[実施例] 次に本発明の実施例について図面を参照して説明する。[Embodiment] Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例を示す系統図であり、アンテ
ナ素子1−1〜1−N(ここでNは正の整数)と移相器
2−1〜2−Nと移相器駆動回路3−1〜3−Nとを含
むアンテナモジュール4−1〜4−Nを直線状に配列
し、給電回路5により送受信機6とアンテナモジュール
4−1〜4−Nとの間で高周波信号を分配及び合成して
いる。ビーム制御器7は移相器駆動回路3−1〜3−N
を通して移相器2−1〜2−Nを所定の移相遅延量に設
定することにより、ビーム走査を行うためのものであ
る。
FIG. 1 is a system diagram showing an embodiment of the present invention, in which antenna elements 1-1 to 1-N (where N is a positive integer), phase shifters 2-1 to 2-N, and phase shifters. The antenna modules 4-1 to 4-N including the drive circuits 3-1 to 3-N are arranged in a straight line, and the power feeding circuit 5 causes a high frequency between the transceiver 6 and the antenna modules 4-1 to 4-N. It distributes and combines signals. The beam controller 7 is a phase shifter driving circuit 3-1 to 3-N.
The beam scanning is performed by setting the phase shifters 2-1 to 2-N to a predetermined phase shift delay amount.

アンテナモジュール4−1〜4−Nの故障検出は、移相
器駆動回路3−1〜3−Nにより行われ、アンテナモニ
ター回路8に故障の有無の信号が集められる。アンテナ
モニター回路8は、故障の有無の信号と共に、アンテナ
モジュール4−1〜4−Nの番号を対応させて記憶し、
アンテナパターン計算機9に故障したアンテナモジュー
ルの番号を伝送する。アンテナパターン計算機9には、
アレイアンテナの開口分布、給電回路5の製造誤差によ
る振幅及び移相誤差、アンテナモジュール4−1〜4−
Nの振幅及び移相誤差などが記憶されており、アンテナ
モニター回路8からの故障したアンテナモジュールの番
号を受け、対応した素子を間引いたアレイアンテナモデ
ルで上記誤差を含めてアンテナパターンの計算を行う。
なお予め、ビーム制御器7から移相器2−1〜2−Nを
制御するデータに対応したビーム指向データをアンテナ
パターン計算機9に入力することにより、ビーム指向精
度の点検もできる。アンテナパターンを計算した後、ア
ンテナパターン計算機9は、当該アレイアンテナのビー
ム幅、利得、サイドローブレベル、ビーム指向精度など
の特性の一部または全部を判定し、その判定結果がアラ
ーム表示器10に表示される。上記アレイアンテナの特性
の判定基準は、レーダーシステムなど、当該アレイアン
テナを含むシステム性能の検討により、容易に設定で
き、アンテナパターン計算機9のメモリやスイッチなど
に記憶させておくことができる。
The failure detection of the antenna modules 4-1 to 4-N is performed by the phase shifter driving circuits 3-1 to 3-N, and the antenna monitor circuit 8 collects signals indicating the presence or absence of a failure. The antenna monitor circuit 8 stores the number of antenna modules 4-1 to 4-N in association with the signal indicating the presence or absence of a failure,
The number of the failed antenna module is transmitted to the antenna pattern calculator 9. The antenna pattern calculator 9
Aperture distribution of array antenna, amplitude and phase shift error due to manufacturing error of feeding circuit 5, antenna modules 4-1 to 4-
The amplitude of N, the phase shift error, etc. are stored, the number of the failed antenna module is received from the antenna monitor circuit 8, and the antenna pattern is calculated by the array antenna model with corresponding elements thinned out, including the above error. .
The beam pointing accuracy can be checked by inputting the beam pointing data corresponding to the data for controlling the phase shifters 2-1 to 2-N from the beam controller 7 to the antenna pattern calculator 9 in advance. After calculating the antenna pattern, the antenna pattern calculator 9 determines some or all of the characteristics of the array antenna, such as the beam width, gain, side lobe level, and beam pointing accuracy, and the determination result is displayed on the alarm display 10. Is displayed. The criteria for determining the characteristics of the array antenna can be easily set by studying the system performance including the array antenna, such as a radar system, and can be stored in the memory or switch of the antenna pattern calculator 9.

なお、以上の説明はリニアアレイについて行ったが、平
面アレイアンテナについても効果は同様である。また、
アンテナモジュールに低雑音増幅器や電力増幅器を含む
アクティブアレイアンテナの場合も、モニターする内容
は本実施例と異なるが、本発明を適用できることはもち
ろんである。
Although the above description has been given for the linear array, the same effect can be obtained for the planar array antenna. Also,
Even in the case of an active array antenna including a low noise amplifier and a power amplifier in the antenna module, the contents to be monitored are different from those in the present embodiment, but the present invention can of course be applied.

[発明の効果] 以上説明したように本発明は、アンテナモニター系統に
アンテナパターン計算手段と判定手段とを有することに
より、アンテナモジュールの故障に対応したアンテナパ
ターンを把握できるので、仮定が入らずアレイアンテナ
運用限界が明確となり、アレイアンテナの冗長性を充分
活用できる。すなわちアレイアンテナの整備周期を長く
することができ、システムの運用の継続性を向上させる
ことができる。
EFFECTS OF THE INVENTION As described above, according to the present invention, since the antenna monitor system has the antenna pattern calculation means and the determination means, the antenna pattern corresponding to the failure of the antenna module can be grasped. The antenna operation limit becomes clear, and the redundancy of the array antenna can be fully utilized. That is, the maintenance period of the array antenna can be lengthened, and the continuity of system operation can be improved.

また、許容されるアンテナモジュール故障数を設定する
ための多大なアンテナパターンシミュレーションが不要
となる。
In addition, a large amount of antenna pattern simulation for setting the allowable number of antenna module failures is unnecessary.

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

第1図は本発明の一実施例を示す系統図、第2図は従来
技術の一例を示す系統図である。 1−1〜1−N……アンテナ素子、 2−1〜2−N……移相器、 3−1〜3−N……移相器駆動回路、 4−1〜4−N……アンテナモジュール、 5……給電回路、 6……送受信機、 7……ビーム制御器、 8……アンテナモニター回路、 9……アンテナパターン計算機、 10,12……アラーム表示器、 11……故障数判定回路。
FIG. 1 is a system diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a system diagram showing an example of a conventional technique. 1-1 to 1-N ... Antenna element, 2-1 to 2-N ... Phase shifter, 3-1 to 3-N ... Phase shifter drive circuit, 4-1 to 4-N ... Antenna Module, 5 ... Feeding circuit, 6 ... Transceiver, 7 ... Beam controller, 8 ... Antenna monitor circuit, 9 ... Antenna pattern calculator, 10, 12 ... Alarm display, 11 ... Failure number judgment circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】アンテナ素子と移相器と移相器駆動回路と
を含む複数のアンテナモジュールと、前期複数のアンテ
ナモジュールの各々を制御してビーム走査を行うビーム
制御手段と、前記アンテナモジュールの故障または動作
不良を検出するアンテナモニター手段とを備えたフェー
ズドアレイアンテナにおいて、前期アンテナモニター手
段が検出した故障または動作不良に関する検出結果を用
いてアンテナパターンを計算する計算手段と、前期計算
手段が決定したアンテナパターンに基づきアンテナの特
性を判定しフェーズドアレイアンテナの運用限界に達し
たか否かを判断する判定手段とを有することを特徴とす
るフェーズドアレイアンテナ。
1. A plurality of antenna modules including an antenna element, a phase shifter, and a phase shifter drive circuit, beam control means for controlling each of the plurality of antenna modules to perform beam scanning, and said antenna module. In a phased array antenna equipped with an antenna monitoring means for detecting a failure or malfunction, a calculating means for calculating an antenna pattern using the detection result regarding the failure or malfunction detected by the antenna monitoring means in the previous term and a calculating means for the previous term are determined. A phased array antenna, comprising: a determination unit that determines the characteristics of the antenna based on the antenna pattern and determines whether or not the operation limit of the phased array antenna has been reached.
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