JPH09130128A - フェーズドアレー多領域ゼロ化アンテナ構造体 - Google Patents

フェーズドアレー多領域ゼロ化アンテナ構造体

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JPH09130128A
JPH09130128A JP8247824A JP24782496A JPH09130128A JP H09130128 A JPH09130128 A JP H09130128A JP 8247824 A JP8247824 A JP 8247824A JP 24782496 A JP24782496 A JP 24782496A JP H09130128 A JPH09130128 A JP H09130128A
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signal
beam forming
zeroing
signals
adaptive
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JP8247824A
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James L Wolcott
エル ウォルコット ジェームズ
William C Wong
シー ウォン ウィリアム
Kenneth E Westall
イー ウェストール ケニス
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Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
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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
    • H01Q3/22—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 orientation in accordance with variation of frequency of radiated wave
    • 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
    • H01Q3/2605—Array of radiating elements provided with a feedback control over the element weights, e.g. adaptive arrays

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  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多数の個々の別々の有効到達領域内で通信信
号からの不所望な信号をゼロ化するための適応性ゼロ化
通信システムを提供する。 【解決手段】 適応性ゼロ化通信システムは、多数の信
号を受信する単一のアパーチャを形成するように多数の
受信素子を有するフェーズドアレーアンテナを備えてい
る。このフェーズドアレーアンテナに接続された第１組
のビーム形成ネットワークは、多数の個々の別々の有効
到達領域を形成する。第１組のビーム形成ネットワーク
に接続された分配ネットワークは、これら有効到達領域
から受け取った信号を分配する。分配ネットワークに接
続された第２のビーム形成ネットワークを有するゼロ化
プロセッサは、通信信号からの不所望な信号に応答し
て、これら不所望な信号をゼロ化するように第２のビー
ム形成ネットワークを重み付け及び調整する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、通信シス
テムに係り、より詳細には、単一のゼロ化アンテナによ
って見られる２つ以上の個別の別々の有効到達領域に独
立した同時のゼロ化を与える（ナル状態にする）ために
適応ゼロ化通信システムに使用されるフェーズドアレー
多領域ゼロ化アンテナに係る。
【０００２】
【従来の技術】ジャミングが生じたシステムや意図しな
い干渉に対処するために種々の形式の適応アンテナ制御
システムが開発されている。一般に、適応アンテナ制御
システムは、ジャミング又は意図しない干渉信号の発生
方向を感知し、その方向におけるアンテナの応答性を大
幅に減少する一方、所望の放射器の方向に比較的大きな
利得を維持することにより、その相対的な強度を減少す
る。問題とする個々の別々の有効到達領域即ちシアター
内の信号特性に基づいて所望の放射器をグループ分けで
きるときには、所望の信号の受信強度を最大にするため
の一般的な設計戦略は、有効到達領域に合致するように
アンテナパターンを整形することである。しかしなが
ら、ストレスのある環境では、これら有効到達領域の各
々に独立した同時のゼロ化を与える必要性が存在する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】公知の高性能の適応ゼ
ロ化システムでは、ゼロ化プロセスを用いて、多ビーム
アンテナからの比較的少数の信号が高速度で処理され
る。米国特許第５，１７５，５５８号は、関連多ビーム
アンテナサブシステムを有し、軍用の通信衛星として実
施される１つのこのようなプロセスを開示している。公
知技術では、物理的に別々の機械的に操向可能な多ビー
ムアンテナ及びゼロ化サブシステムが、それ自身の個別
の信号特性を有する各々の当該有効到達領域即ちシアタ
ーに対して使用される。これは、作用されるべき各シア
ターごとにアンテナ重量、電力及びコストについて付加
的な増加を招く。加えて、各シアターは、一般に、サイ
ズ又は形状が異なるので、各多ビームアンテナアパーチ
ャは、各特定のシアターの予想される大きさに対し前も
って特注設計されねばならない。これは、各システムご
とに高いコスト及び非均一性を招き、又、実際のシアタ
ーの形状が設計において予期されたものと著しく異なる
場合には、最適でない性能を招くことになる。更に、各
アンテナを特注設計することにより、互換性がほとんど
ないものとなり、これは、故障が生じたときにシステム
の寿命を短縮する結果となる。従って、多ビームアンテ
ナをベースとする公知の適応ゼロ化システムは、所望さ
れるような経済性、融通性又は信頼性で動作しない。
【０００４】能動的なフェーズドアレーアンテナは、固
定パターンの多ビームアンテナとは対照的に、この用途
において大きな融通性を与えることができる。このフェ
ーズドアレーアンテナは、カバーされるべき領域の形状
の変化に応答して、いつでも電気的に再構成することが
でき、そして単一のアパーチャを用いて多数の領域を同
時にカバーするように容易に拡張できる。更に、アンテ
ナの取り付けに使用できる全表面積が貴重である衛星プ
ラットホームのような用途では、その同じ使用可能な取
付領域において小さなアパーチャを拡散しそしてこれら
小さなアパーチャの各々を単一のシアターに専用化する
のではなく、１つの大きなアパーチャを「再使用」する
ことにより、アンテナパターンの鋭い分解能及び良好な
制御を各シアターごとに達成することができる。しかし
ながら、比較的多数のフェーズドアレー素子からの信号
を処理し、そしてそれらの各々の利得及び位相をリアル
タイムで非常に迅速に変更することが必要であるため
に、ゼロ化プロセスを実施する処理要素に対し並外れた
挑戦をしなければならない。ある処理要素能力が与えら
れると、設計者は、多数の素子のパターン制御の利益に
対しゼロ化の反応時間を妥協することが余儀なくされ
る。公知技術では、この処理要素の計算速度及びスルー
プットに対する実際的な制約により、米国特許第５，１
７５，５５８号に開示されたような高性能のゼロ化プロ
セスは、衛星通信のような重量及び電力に制限のある用
途において、中規模サイズのフェーズドアレーアンテナ
システムでは手の届かないところに位置された。
【０００５】従って、適応ゼロ化通信システムに使用す
るためのフェーズドアレーベースの多領域ゼロ化アンテ
ナ構造体であって、２つ以上の個別の別々のシアターに
単一のアンテナで独立した同時のゼロ化を与え、且つ多
ビームアンテナをベースとする公知構造体と同程度の性
能レベルを示すことのできるゼロ化アンテナ構造体が要
望される。これは、高性能プロセスの全ての干渉減少利
益を与える一方、多数のアンテナアパーチャで多数のシ
アターをカバーする必要性を排除し、付加的なシアター
をカバーするに必要な重量、電力及びコストを低減し、
有効到達領域のリアルタイム調整を行えるようにし、そ
してシステムに更に信頼性を与えるのに有用な高度の冗
長性を与える。それ故、本発明の目的は、適応ゼロ化通
信システムに使用するためのこのようなフェーズドアレ
ー多領域ゼロ化アンテナを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の教示によれば、
多数の個別の別々の有効到達領域において通信信号から
の不所望な信号をゼロ化(nulling) するための適応ゼロ
化通信システムが開示される。これは、各有効到達領域
のユーザが互いに他の有効到達領域のユーザと区別する
共通の信号特性を共用することを必要とし、そして２段
の能動的ビーム形成ネットワークをもつシステム構造を
用いることにより達成される。第１段のビーム形成ネッ
トワークは、多数の個々の別々の有効到達領域を比較的
ゆっくりと変化する空間特性でカバーする有効到達パタ
ーンを形成するように単一のフェーズドアレーアンテナ
に接続される。第２段のビーム形成ネットワークは、迅
速に作用するジャミング又は意図しない干渉に応答して
動的に調整される。
【０００７】１つの好ましい実施形態において、フェー
ズドアレーアンテナは、多数の信号を受信するための単
一のアパーチャを形成するのに使用される多数の受信素
子を備えている。第１組のビーム形成ネットワークは、
多数の個々の別々の有効到達（カバレージ）領域に単一
の有効到達範囲を与えるようフェーズドアレーアンテナ
に接続される。第１組のビーム形成ネットワークに接続
された分配ネットワークは、これら多数の個々の別々の
有効到達領域から受け取った信号を分配する。この分配
ネットワークに接続された第２のビーム形成ネットワー
クを有するゼロ化プロセッサは、不所望な信号に応答し
て第２のビーム形成ネットワークを重み付け及び調整
し、通信信号からの不所望な信号をゼロ化する。
【０００８】本発明を用いると、多数の個々の別々の有
効到達領域において通信信号からの不所望な信号をゼロ
化するための適応ゼロ化通信システムが提供される。こ
れにより、現在の適応ゼロ化技術に関連した上記の欠点
が実質的に排除される。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の更に別の効果は、添付図
面を参照した以下の詳細な説明より当業者に明らかとな
ろう。適応ゼロ化通信システムのためのフェーズドアレ
ー多領域ゼロ化アンテナ構造体に関する好ましい実施形
態の以下の説明は、単なる例示に過ぎず、本発明、その
用途又はその使用をこれに限定するものではない。更
に、本発明は、衛星をベースとする通信システムを参照
して以下に詳細に説明するが、本発明は、衛星通信シス
テムに厳密に限定されるものではなく、航空機搭載、宇
宙船搭載、陸上又は水中通信用途でも実施できることが
当業者に明らかであろう。更に、本発明は、ジャミング
信号の適応ゼロ化のみに限定されるものではなく、意図
しない干渉信号の適応ゼロ化も包含する。
【００１０】図１は、ジャミング又は意図しない干渉信
号を適応ゼロ化するための適応ゼロ化通信システムのブ
ロック回路図である。適応ゼロ化通信システム１０は、
Ｘ帯域のような種々の帯域において通信信号及び不所望
な信号を受信するフェーズドアレー多領域ゼロ化アンテ
ナ１２を備えている。このフェーズドアレー多領域ゼロ
化アンテナ１２により受信されたＲＦ信号は、分配ネッ
トワーク１４によって分配される。この分配ネットワー
ク１４は、フェーズドアレー多領域ゼロ化アンテナ１２
により受信されたＲＦ信号を多数のゼロ化プロセッサ１
６へ分配するか又は受信器１８へ直接分配する。
【００１１】図２に明確に示されたフェーズドアレー多
領域ゼロ化アンテナ１２は、該アンテナ１２の単一のア
パーチャ２２を形成するのに使用される多数の受信素子
２０を備えている。説明上、３２ｘ３２の受信素子２０
が存在し、全部で２５６個の受信素子２０が方形アパー
チャ２２を形成するように配置される。受信素子２０
は、放射フィールドからの電磁エネルギーを結合するこ
とのできるダイポール、交差ダイポール、パッチ、螺旋
体、ホーン又は他の形式の受信素子２０で構成すること
ができる。受信素子２０は、方形、長方形、円形、楕円
形又は他の形状のアパーチャ２２を形成するような格子
又は六角形間隔のような間隔をもつことができる。受信
素子２０の特定の間隔及びアパーチャ２２の形状は、当
該有効到達領域即ちシアターのサイズ及び形状に基づく
が、多数の有効到達領域をカバーするように均一の間隔
及び標準的な形状をもつよう構成されるのが好ましい。
【００１２】受信素子２０により受信されたＲＦ信号
は、バンドパスフィルタ２３によってバンドパスフィル
タされ、そして増幅器２４によって増幅される。フィル
タされそして増幅されたＲＦ信号は、次いで多数のビー
ム形成ネットワーク（ＢＦＮ）２６（即ちＢＦＮ Ａ−
Ｈ）へ分配される。換言すれば、各受信素子２０は、個
別のバンドパスフィルタ２３及び増幅器２４を有してい
て、受信したＲＦ信号をフィルタ及び増幅し、そしてそ
のフィルタ及び増幅されたＲＦ信号を各々のビーム形成
ネットワーク２６へ同時に分配する。当該周波数帯域の
みで動作するように特定形式の受信素子２０を選択でき
ることも当業者に明らかであり、この場合は、バンドパ
スフィルタ２３を除去することができる。
【００１３】各ビーム形成ネットワーク２６は、図２に
示すように、多数の可変振幅・位相（ＶＡＰ）素子２８
と、加算器３０とを含む。可変振幅・位相素子２８の数
は、受信素子２０の数に対応する。各々の可変振幅・位
相素子２８は、オープンループであるか又は受信したＲ
Ｆ信号の振幅及び位相を調整するように静的に重み付け
され、これら信号は、その後、加算器３０において合成
及び加算される。
【００１４】可変振幅・位相素子２８による振幅及び位
相の調整は、各ビーム形成ネットワーク２６が、問題と
する多数の有効到達領域即ちシアターをカバーするよう
に多数の高利得アンテナパターンを同時に且つ独立して
形成できるようにする。これらの多数の有効到達パター
ンは、特に、異なる大陸又は種々の海洋の部分のような
種々の領域をカバーする形状にされる。例えば、図３な
いし６を参照すれば、ビーム形成ネットワーク２６によ
り形成される多数の有効到達パターン又は領域が説明の
目的で示されている。
【００１５】図３には、既知のアンテナビーム形成技術
を使用して単一のＢＦＮ Ａにより整形された有効到達
領域３２及び３４が示されている。有効到達領域３２の
ユーザには周波数帯域Ｆ１が指定され、そして有効到達
領域３４のユーザには周波数帯域Ｆ２が指定される。シ
ステムの考えられる自己干渉を防止するために別々の個
々のシアター３２及び３４のユーザに別々の個々の周波
数帯域Ｆ１及びＦ２が指定される。第１段のビーム形成
ネットワーク２６の各出力は、多数の有効到達領域から
の信号を含むので、１つのシアター即ち有効到達領域に
位置するシステムの正当なユーザは、他のシアターに指
定されたゼロ化プロセッサ１６に干渉を生じさせ、それ
らの指定のシアター内の実際のジャム又は意図しない干
渉を抑制するためにそれらの電力を弱めることになる。
この潜在的な自己干渉は、ゼロ化プロセッサ１６に指定
されたシアターの外部に位置するシステムユーザを弁別
するフィルタをゼロ化プロセッサ１６に設けることによ
り回避される。又、当業者に明らかなように、周波数帯
域以外の共用信号特長又は特徴（例えば、擬似ランダム
コード及びタイムスロットの指定）を用いて、１つの有
効到達領域のユーザを他の領域のユーザから区別するこ
ともできる。例えば、有効到達領域３２のユーザは、コ
ード分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）システムにおいてス
ペクトル拡散コードの１つのサブセットを共用し、個別
の１組のコードを共用する有効到達領域３４内のユーザ
に対して信号弁別を与えることができる。
【００１６】図３には、２つの別々の個別の有効到達領
域３２及び３４しか示されていないが、更に多くの別々
の個別の有効到達パターン又は領域も単一のＢＦＮ Ａ
により形成できることが当業者に明らかであろう。有効
到達領域の数及び質は、フェーズドアレー多領域ゼロ化
アンテナ１２のアパーチャ２２を形成するために使用さ
れる受信素子２０の数（即ち、自由度）によって左右さ
れる。
【００１７】図４及び５には、ＢＦＮ Ｂにより形成さ
れた有効到達領域３６及び３８が示されている。これら
の有効到達領域３６及び３８は、有効到達領域３２及び
３４と同じ形状であり且つ同じ当該周波数帯域を有する
が、図５に示すように、有効到達領域３２及び３４から
若干オフセットされている。図６には、ＢＦＮ Ｃ−Ｇ
により形成された付加的な有効到達領域が示されてい
る。図６に示すように、ＢＦＮ Ａは、主たる即ち一次
の有効到達領域３２及び３４を形成し、そしてＢＦＮ
Ｂ−Ｇは、２対の６個のオフセットした有効到達領域を
形成し、これらは既知のゼロ化技術を使用してこれらの
有効到達領域に受信された信号を重み付け及び合成する
ことによりジャミング又は意図しない干渉信号をゼロ化
するのに用いられる。これらのゼロ化技術は、システム
が不所望な信号の方向に無視できる応答を有するように
させる。又、本発明は、図３ないし６に示された構成に
厳密に限定されるものでないことが当業者に明らかであ
ろう。更に、本発明は、ＢＦＮ Ａが一次の有効到達領
域３２及び３４をカバーし、ＢＦＮ Ｂ−Ｇがゼロ化の
目的でオフセットした有効到達領域を与え、そしてＢＦ
Ｎ ＨがＢＦＮ Ａ−Ｇのいずれかが故障した場合のバ
ックアップとして用いられる状態で示されている。
【００１８】第１段即ち第１組のビーム形成ネットワー
ク２６（即ちＢＦＮ Ａ−Ｈ）は、オープンループであ
るか又は当該シアターに対する有効到達パターンを与え
るためにコントローラ３１により静的に重み付け及び調
整される。例えば、衛星通信システムでは、ビーム形成
ネットワーク２６は、地上ベースのコントローラ３１を
使用して個別の当該有効到達領域に対する信号有効到達
範囲を与えるために最初に推測的に調整される。換言す
れば、ビーム形成ネットワーク２６のオープンループ又
は静的な重み付け及び調整は、特定の有効到達領域を形
成することのみに基づいており、受信されるジャミング
信号に動的に基づくものではない。それ故、衛星が完全
な静止軌道にある場合には、第１段のビーム形成ネット
ワーク２６は、必要な有効到達領域を形成するために、
いったん調整するだけでよい。しかしながら、衛星は一
般に完全な静止軌道に保持されず、そして衛星の姿勢エ
ラーによりアンテナの指向誤りが生じるので、所望の有
効到達領域を維持するためには時間と共にビーム形成ネ
ットワーク２６に若干の調整が必要となる。
【００１９】更に、敏捷なビーム有効到達範囲が所望さ
れる場合に、コントローラ３１は、有効到達領域の種々
の組をカバーするように時間と共にビーム形成ネットワ
ーク２６を調整することができる。例えば、ＢＦＮ Ａ
−Ｇは、特定の時間フレームに対し図３ないし６に示さ
れた有効到達領域を形成するように重み付け及び調整す
ることができる。ＢＦＮ Ａ−Ｇは、次いで、別の特定
の時間フレームに対して別の１組の有効到達領域をカバ
ーするように重み付け及び調整することができる。これ
を行うことにより、単一のフェーズドアレー多領域ゼロ
化アンテナ１２によって多数の組の多数の有効到達領域
にサービスすることができる。１組の有効到達領域が別
の組よりも更に重要な場合には、これらの特定の有効到
達領域を長い時間フレームにわたり監視することができ
る。このように、コントローラ３１は、ビーム形成ネッ
トワーク２６をオープンループにしそして多数の有効到
達領域の種々の組を介して動的に繰り返し動作させ、こ
れにより、更に大きな有効到達能力を与える。
【００２０】図１に戻ると、種々の有効到達領域で受信
したＲＦ信号を表すビーム形成ネットワーク２６からの
重み付け及び加算されたＲＦ信号は、分配ネットワーク
１４に付与される。この分配ネットワーク１４は、ＲＦ
信号をゼロ化プロセッサ１６に分配すると共に、受信器
１８に直接分配する。又、分配ネットワーク１４は、Ｒ
Ｆ信号の分配中にＲＦ信号の利得を維持するための増幅
器（図示せず）を備えてもよい。説明上、分配ネットワ
ーク１４は、８つの入力４０及び３２の出力４２を有す
る８ｘ３２ｄｅｍｕｘ／スイッチ１４を備えている。各
入力４０は、第１段のビーム形成ネットワーク２６（即
ちＢＦＮ Ａ−Ｈ）の１つからＲＦ信号を受け取る。１
２の出力４２は、一次有効到達領域３２及び３４からＢ
ＦＮ Ａを経て受け取ったＲＦ信号のみを、適応ゼロ化
を実行せずに１２の受信器１８へ分配する。２組の８つ
の出力４２は、各ＢＦＮ Ａ−Ｈから受け取ったＲＦ信
号を２つの個別のゼロ化プロセッサ１６（即ちゼロ化プ
ロセッサ＃１及びゼロ化プロセッサ＃２）へ分配する。
【００２１】ＢＦＮ ＡからＲＦ信号を直接受け取る受
信器１８は、適応ゼロ化の利益を伴わずに動作され、そ
れ故、ジャミング又は意図しない干渉信号の影響を受け
る。ゼロ化プロセッサ１６に続く受信器１８は、有効到
達領域３２又は３４からジャミングも意図しない干渉信
号も実質的にないＲＦ信号を受け取る。従って、個々の
ゼロ化プロセッサ１６の数は、別々の個々の主たる有効
到達領域の数に匹敵する。付加的な有効到達領域が所望
される場合には、付加的なゼロ化プロセッサ１６が分配
ネットワーク１４に単に追加されるだけである。ゼロ化
プロセッサ１６のこの追加は、付加的なアンテナアパー
チャ２２を必要とせずに行われる。
【００２２】ゼロ化プロセッサ１６は、参考としてここ
に取り上げる米国特許第５，１７５，５５８号に開示さ
れたゼロ化プロセッサより成るのが好ましい。各々のゼ
ロ化プロセッサ１６は、閉ループ又は動的に調整される
ビーム形成ネットワーク４４と、ＲＦ部分４６と、フィ
ードバックループ５０を有するデジタル部分４８とを備
えている。各ゼロ化プロセッサ１６のビーム形成ネット
ワーク４４は、受信したＲＦ信号に独立して基づいて各
ＢＦＮ Ａ−Ｈからの到来ＲＦ信号の振幅及び位相を動
的に重み付け及び調整する。各ＲＦ部分４６は、当該有
効到達領域の外側のユーザを抑制するための特徴付け即
ちフィルタ動作と、ジャミング信号がどこから受け取ら
れるか（即ち、ＢＦＮ Ａ−Ｈ）を決定するためのリア
ルタイム相関とを実行する。ＲＦ部分４６のＲＦ信号
は、次いで、ＲＦ信号をデジタル化しそして処理するデ
ジタル部分４８に付与される。デジタル処理は、ジャミ
ング又は意図しない干渉信号を実質的に排除するために
フィードバックループ５０を経てビーム形成ネットワー
ク４４に適用されるべき重み及び調整の次の組を決定す
る。
【００２３】図７は、ゼロ化プロセッサ１６の１つの好
ましい実施形態の詳細なブロック回路図である。ビーム
形成ネットワーク２６（即ちＢＦＮ Ａ−Ｈ）からの８
つの出力は、ビーム形成ネットワーク４４に送られる。
ビーム形成ネットワーク４４は、８つの可変振幅・位相
（ＶＡＰ）素子５２と、加算器５４とを備えている。各
々の可変振幅・位相素子５２は、ＲＦ信号の振幅及び位
相をリアルタイムで動的に重み付け及び調整し、それに
より得られるＲＦ信号を加算器５４へ与える。加算器５
４は、重み付けされたＲＦ信号を合成及び加算し、そし
てその加算されたＲＦ信号をＲＦ部分４６の相関手段５
６へ付与する。
【００２４】相関手段５６は、ビーム形成ネットワーク
４４からの加算されたＲＦ信号を、重み付けの前に、各
ビーム形成ネットワーク２６（即ちＢＦＮ Ａ−Ｈ）か
らの各個別のＲＦ信号と比較する。相関手段５６は、高
速ビーム選択スイッチ５８で各ＢＦＮ Ａ−Ｈからの各
ＲＦ信号をサンプリングすることによりＲＦ比較を実行
する。高速ビーム選択スイッチ５８は、デジタル部分４
８からのタイミング制御信号６０に基づいてビーム形成
ネットワーク４４への各入力を順次にスイッチする。
【００２５】加算されたＲＦ信号は、相関手段５６の第
１ミクサ６２に送られる。この第１ミクサ６２は、加算
されたＲＦ信号を局部発振器６４からの局部発信信号と
混合し、加算されたＲＦ信号を加算された中間周波（Ｉ
Ｆ）信号へダウン変換する。高速ビーム選択スイッチ５
８からのサンプリングされたＲＦ信号は、第２ミクサ６
６へ送られる。この第２ミクサ６６は、サンプリングさ
れたＲＦ信号を局部発振器６４からの局部発信信号と混
合し、サンプリングされたＲＦ信号をサンプリングされ
たＩＦ信号へとダウン変換する。加算されたされたＩＦ
信号は、スイッチ式フィルタバンク６８へ送られ、そし
てサンプリングされたＲＦ信号は、スイッチ式フィルタ
バンク７０へ送られる。スイッチ式フィルタバンク６８
及び７０の両方は、当該有効到達領域に指定された同じ
所望の周波数帯域へ静的にスイッチされる。局部発振器
６４の同じ周波数と、スイッチ式フィルタバンク６８及
び７０の同じフィルタ応答とを使用することにより、Ｒ
Ｆ信号に結合されたいかなるノイズも相関ミクサ７２に
おいて実質的に打ち消される。
【００２６】スイッチ式フィルタバンク６８は、図７で
は、バンドパスフィルタとして働くよう配置されて示さ
れている。換言すれば、スイッチ式フィルタバンク６８
は、スイッチ式フィルタバンク７０と同様に、カバーさ
れる特定の有効到達領域において当該周波数帯域（即ち
Ｆ１又はＦ２）以外で動作する全てのＲＦ信号を排除
し、除去し又は抑制する。スイッチ式フィルタバンク６
８は、適応性ゼロ化通信システム１０がコード分割多重
アクセス（ＣＤＭＡ）信号フォーマットを用いてＲＦ信
号を受信するように動作するときは図示されたように配
置される。
【００２７】或いは又、スイッチ式フィルタバンク６８
は、点Ａに配置されてもよく、この場合には、スイッチ
式フィルタバンク６８は、バンドストップフィルタとし
て動作する。即ち、スイッチ式フィルタバンク６８及び
７０は、当該周波数帯域内で動作する全ての信号を排除
し、従って、不所望な通信信号及びジャミング信号のみ
を残すようにする。スイッチ式フィルタバンク６８及び
７０のこの構成は、適応性ゼロ化通信システム１０が周
波数ホッピング信号フォーマットを用いてＲＦ信号を受
信するときに好ましく使用される。
【００２８】更に、「スイッチ式」フィルタバンク６８
及び７０を使用するのに対し、単一のフィルタ６８及び
７０を使用する一方、局部発振器６４の周波数を当該周
波数帯域に基づいて変化させることもできる。換言すれ
ば、各ゼロ化プロセッサ１６の局部発振器６４は、フィ
ルタバンク６８及び７０の種々のフィルタを調整し即ち
入れたり切ったりするのに対し、所望の当該周波数帯域
（即ちＦ１又はＦ２）を追跡しそしてその他は除去する
ように調整される。周波数帯域のこの調整は、当該有効
到達領域のユーザに指定された周波数ホッピングパター
ンを追跡するように擬似ランダムコードに基づいて変え
ることもできる。
【００２９】加算されたＵＦ信号及びサンプリングされ
たＩＦ信号は、次いで、相関ミクサ７２へ送られ、該ミ
クサは、これらＩＦ信号を混合し、ビーム形成ネットワ
ーク４４の和の出力信号のサンプルと、単一のビーム形
成ネットワーク２６（即ちＢＦＮ Ａ−Ｈ）に存在する
予め重み付けされた信号のサンプルの複雑な変化との複
雑な乗算を実行する。それにより得られるＩＦ信号は、
加算されたＩＦ信号とサンプリングされたＩＦ信号との
相関関係を表す。サンプリングされた特定のＩＦ信号
が、加算されたＩＦ信号に比して高い電力レベルを有す
る場合には、その特定のサンプリングされたＩＦ信号又
はビーム形成ネットワーク２６がジャミング又は意図し
ない干渉信号を受信している。従って、ビーム形成ネッ
トワーク４４の可変振幅・位相素子５２は、その特定の
ジャミング信号を打ち消すために、フィードバックルー
プ５０を経て動的に一斉に調整される。従って、それに
より得られる加算されたＩＦ信号は、デジタル部分４８
の制御のもとで適応ゼロ化が実行された後に、ジャミン
グ信号が実質的にないものでなければならない。この
「きれいな」加算されたＩＦ信号は、次いで、出力ミク
サ７４へ送られ、該ミクサは、加算されたＩＦ信号を第
２の局部発振器７６からの第２の局部発信信号と混合
し、加算されたＩＦ信号を加算されたＲＦ信号へとアッ
プ変換する。この加算されたＲＦ信号は、その後、受信
器１８へ送られる。
【００３０】ミクサ７２からの相関ＩＦ信号は、デジタ
ル部分４８の高速アナログ／デジタルコンバータ（Ａ／
Ｄ）７８へ送られ、これは、アナログ信号をデジタル信
号に変換する。相関ＩＦ信号を表すこのデジタル化され
た信号は、パイプラインデジタルプロセッサ８０におい
て処理される。デジタル部分４８は、タイミング制御信
号６０により、どのＢＦＮ Ａ−Ｈが特定の時間にサン
プリングされたか知るので、デジタルプロセッサ８０
は、どのデジタル相関信号がどのＢＦＮ Ａ−Ｈに対応
するかを知る。デジタルプロセッサ８０は、デジタル相
関信号に基づいて動作し、ビーム形成ネットワーク４４
の可変振幅・位相素子５２に適用されるべき個々の適応
重みを決定する。この適応重み付けは、特定のビーム形
成ネットワーク２６により受け取られたジャミング信号
を打ち消し即ちゼロ化する。
【００３１】図８には、ゼロ化プロセッサ１６の別の好
ましい実施形態が示されている。図８に示されたゼロ化
プロセッサ１６は、図７に示されたゼロ化プロセッサ１
６と実質的に同一であるが、各ビーム形成ネットワーク
２６（即ちＢＦＮ Ａ−Ｈ）からＲＦ信号をサンプリン
グする高速ビーム選択スイッチ５８が除去され、且つサ
ンプリングされる各ビーム形成ネットワーク２６に対
し、アナログ／デジタルコンバータ７８に加えて、ミク
サ６６、スイッチ式フィルタバンク７０及び相関ミクサ
７２より成る個別のＰＦブランチが複製されている。高
速ビーム選択スイッチ５８を排除しそしてビーム形成ネ
ットワーク２６からＲＦ信号を連続的にサンプリングす
ることによりゼロ化プロセッサ１６の性能及び応答が高
められる。しかしながら、この変形態様のコストは、増
大したハードウェアコスト、増加された消費電力、及び
増加された重量を含む。
【００３２】動作に際し、第１段のビーム形成ネットワ
ーク２６（即ちＢＦＮ Ａ−Ｈ）はオープンループであ
るか又は特定の当該有効到達領域をカバーするように推
測的に静的に重み付け及び調整される。ビーム形成ネッ
トワーク２６は、有効到達領域が変化するか、又はフェ
ーズドアレー多領域ゼロ化アンテナ１２の位置が有効到
達領域に対して変化する場合に、時間と共にゆっくりと
調整される。フェーズドアレー多領域ゼロ化アンテナ１
２は、次いで、受信素子２０を経てＲＦ信号を受信し、
そしてそのＲＦ信号をＢＦＮ Ａ−Ｈへ付与し、これに
より生じる特定の有効到達領域の信号を表すＲＦ信号は
分配ネットワーク１４に付与される。この分配ネットワ
ーク１４は、ビーム形成ネットワーク２６からのＲＦ信
号を、ゼロ化プロセッサ１６の第２段の閉ループ即ち動
的に重み付け及び調整されたビーム形成ネットワーク４
４へ分配すると共に、受信器１８へ直接的に分配する。
従って、一次有効到達領域をカバーするビーム形成ネッ
トワーク２６から直接的にＲＦ信号を受け取る受信器１
８は、ジャミング又は意図しない干渉信号の影響を受け
る。
【００３３】第２段の閉ループ即ち動的に調整されたビ
ーム形成ネットワーク４４により受け取られたＲＦ信号
は、ジャミング又は意図しない干渉信号を除去即ちゼロ
化するためにゼロ化プロセッサ１６において適応処理さ
れる。ゼロ化プロセッサ１６の最初の始動時に、１組の
静止重みが可変振幅・位相素子５２に付与される。これ
らの静止重みは、一次有効到達領域（即ちＢＦＮ Ａ）
をカバーするようにセットされたビーム形成ネットワー
ク２６から受け取ったＲＦ信号がビーム形成ネットワー
ク４４を通過し、一方、適応ゼロ化のために使用される
他のビーム形成ネットワーク２６（即ちＢＦＮ Ｂ−
Ｇ）の各々からの信号が当該有効到達領域からの出力に
対し実効信号を作用させないようにセットされる。相関
ミクサ７２を経て加算されたＩＦ信号とサンプリングさ
れたＩＦ信号を相関する際に、デジタルプロセッサ８０
は、ジャミング又は意図しない干渉信号を減少又は打ち
消し（即ちゼロ化）するように、フィードバックループ
５０を経て、可変振幅・位相素子５２を独立して適応式
に重み付け及び調整する。これは、最終的に、実質的に
きれいな加算されたＩＦ信号を生じ、この信号は、ミク
サ７４においてアップ変換されて、加算されたＲＦ信号
を発生する。この加算されたＲＦ信号は、ジャミング又
は意図しない干渉信号が含まれないもので、受信器１８
に送られる。
【００３４】本発明を用いると、各個々の当該シアター
をカバーするための個別の適応ゼロ化通信システムの必
要性が排除される。これは、最終的に、各々の当該シア
ターごとの個別のアンテナアパーチャの必要性を排除
し、１つの大きなアパーチャを同じ取付領域において再
使用できるようにする。その結果、本発明を使用するこ
とにより、公知の適応性ゼロ化通信システムの技術に比
して、性能、融通性、コスト、重量、消費電力及び冗長
性が改善される。
【００３５】以上の説明は、本発明の実施形態を単に例
示するものに過ぎない。当業者であれば、上記説明、添
付図面及び特許請求の範囲から、本発明の精神及び範囲
から逸脱せずに種々の変更や修正がなされ得ることが容
易に明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフェーズドアレー多領域ゼロ化アンテ
ナを用いた適応性ゼロ化通信システムのブロック回路図
である。
【図２】本発明のフェーズドアレー多領域ゼロ化アンテ
ナを示す拡大ブロック回路図である。
【図３】本発明のフェーズドアレー多領域ゼロ化アンテ
ナにより形成される有効到達範囲のパターンを示す図で
ある。
【図４】本発明のフェーズドアレー多領域ゼロ化アンテ
ナにより形成される有効到達範囲のパターンを示す図で
ある。
【図５】本発明のフェーズドアレー多領域ゼロ化アンテ
ナにより形成される有効到達範囲のパターンを示す図で
ある。
【図６】本発明のフェーズドアレー多領域ゼロ化アンテ
ナにより形成される有効到達範囲のパターンを示す図で
ある。
【図７】本発明のフェーズドアレー多領域ゼロ化アンテ
ナに関連して使用されるゼロ化プロセッサの１つの好ま
しい実施形態を示すブロック回路図である。
【図８】本発明のフェーズドアレー多領域ゼロ化アンテ
ナに関連して使用されるゼロ化プロセッサの別の好まし
い実施形態を示すブロック回路図である。
【符号の説明】
１０ 適応性ゼロ化通信システム １２ フェーズドアレー多領域ゼロ化アンテナ １４ 分配ネットワーク １６ ゼロ化プロセッサ １８ 受信器 ２０ 受信素子 ２２ 単一のアパーチャ ２３ バンドパスフィルタ ２４ 増幅器 ２６ ビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ） ２８ 可変振幅・位相素子 ３０ 加算器 ３２、３４ 有効到達領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム シー ウォン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 90274 パロス ヴァーデス エステータ ス ルーセラ サークル 2678 (72)発明者 ケニス イー ウェストール アメリカ合衆国 カリフォルニア州 90740 シール ビーチ スタンフォード レーン 140

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 多数の個々の別々の有効到達領域内で通
    信信号からの不所望な信号をゼロ化するための適応性ゼ
    ロ化通信システムにおいて、 複数の信号を受信するためのフェーズドアレーアンテナ
    手段と、 上記フェーズドアレーアンテナ手段に接続され、上記多
    数の個々の別々の有効到達領域に信号の有効到達範囲を
    与えるための第１のビーム形成手段と、 上記多数の個々の別々の有効到達領域から受け取った複
    数の信号を分配するための分配手段と、 上記分配手段に接続され、上記不所望な信号をゼロ化す
    るための第２のビーム形成手段と、 上記不所望な信号に応答して、上記第２のビーム形成手
    段を重み付け及び調整するためのプロセッサ手段とを備
    え、上記第２のビーム形成手段が上記通信信号からの上
    記不所望な信号をゼロ化することを特徴とする適応性ゼ
    ロ化通信システム。
  2. 【請求項２】 上記フェーズドアレーアンテナ手段は、
    単一のアパーチャを形成する複数の受信素子を有するフ
    ェーズドアレーアンテナを含む請求項１に記載の適応性
    ゼロ化通信システム。
  3. 【請求項３】 上記第１のビーム形成手段は、上記フェ
    ーズドアレーアンテナ手段に接続された複数の第１ビー
    ム形成ネットワークを含み、各々の第１ビーム形成ネッ
    トワークは、多数の個々の別々の有効到達領域を形成す
    る請求項１に記載の適応性ゼロ化通信システム。
  4. 【請求項４】 上記多数の個々の別々の有効到達領域を
    形成するように各々の第１ビーム形成ネットワークを重
    み付け及び調整するためのコントローラを更に備えた請
    求項３に記載の適応性ゼロ化通信システム。
  5. 【請求項５】 上記第２のビーム形成手段は、複数の第
    ２のビーム形成ネットワークを含み、これらの複数の第
    ２のビーム形成ネットワークは、上記不所望な信号に応
    答して、その不所望な信号をゼロ化するように重み付け
    及び調整される請求項１に記載の適応性ゼロ化通信シス
    テム。
  6. 【請求項６】 上記プロセッサ手段は、上記個々の別々
    の有効到達領域の数に対応する複数のゼロ化プロセッサ
    を含む請求項１に記載の適応性ゼロ化通信システム。
  7. 【請求項７】 上記プロセッサ手段は、第１の有効到達
    領域からの第１の通信信号を識別すると共に第２の有効
    到達領域からの第２の通信信号を抑制するための特徴付
    け手段を有するゼロ化プロセッサを含む請求項１に記載
    の適応性ゼロ化通信システム。
  8. 【請求項８】 上記特徴付け手段は、上記第１の有効到
    達領域からの第１の通信信号をフィルタすると共に上記
    第２の有効到達領域からの第２の通信信号を拒絶するフ
    ィルタ手段を含む請求項７に記載の適応性ゼロ化通信シ
    ステム。
  9. 【請求項９】 上記特徴付け手段は、上記第１の有効到
    達領域からの第１の通信信号を追跡すると共に上記第２
    の有効到達領域からの第２の通信信号を拒絶する可変発
    振手段を含む請求項７に記載の適応性ゼロ化通信システ
    ム。
  10. 【請求項１０】 少なくとも１つの有効到達領域内で通
    信信号からの不所望な信号をゼロ化するための適応性ゼ
    ロ化通信システムにおいて、 複数の信号を受信するための単一のアパーチャを形成す
    る複数の受信素子を有するフェーズドアレーアンテナ
    と、 上記フェーズドアレーアンテナに接続された複数の第１
    ビーム形成ネットワークであって、その各々が少なくと
    も１つの有効到達領域を形成するような第１ビーム形成
    ネットワークと、 上記複数の第１ビーム形成ネットワークに接続され、上
    記有効到達領域から受け取った複数の信号を分配するた
    めの分配ネットワークと、 上記分配ネットワークに接続された第２ビーム形成ネッ
    トワークを有するゼロ化プロセッサであって、上記通信
    信号からの上記不所望な信号に応答して、上記不所望な
    信号をゼロ化するように上記第２のビーム形成ネットワ
    ークを重み付け及び調整するゼロ化プロセッサとを備え
    たことを特徴とする適応性ゼロ化通信システム。
  11. 【請求項１１】 上記受信素子は、ダイポール、交差ダ
    イポール、螺旋体、パッチ及びホーンより成る群から選
    択される請求項１０に記載の適応性ゼロ化通信システ
    ム。
  12. 【請求項１２】 上記複数の第１ビーム形成ネットワー
    クは、上記受信素子の各々に接続され、上記第１ビーム
    生成ネットワークの各々は、上記受信素子から上記複数
    の信号を同時に受信する請求項１０に記載の適応性ゼロ
    化通信システム。
  13. 【請求項１３】 上記第１ビーム生成ネットワークの各
    々は、上記受信素子の数に対応する複数の第１の可変振
    幅・位相素子と、第１の加算器とを含み、これらの第１
    の可変振幅・位相素子の各々は、各受信素子により受信
    された信号の振幅及び位相を重み付け及び調整してその
    結果の信号を発生し、そして上記第１加算器は、この結
    果の信号を上記第１加算器において加算して、上記有効
    到達領域から受け取った上記信号を発生する請求項１２
    に記載の適応性ゼロ化通信システム。
  14. 【請求項１４】 各々の第１ビーム形成ネットワーク
    は、多数の個々の別々の有効到達領域を形成する請求項
    １０に記載の適応性ゼロ化通信システム。
  15. 【請求項１５】 上記第２のビーム形成ネットワーク
    は、第１のビーム形成ネットワークの数に対応する複数
    の第２の可変振幅・位相素子と、第２の加算器とを備
    え、これらの第２の可変振幅・位相素子の各々は、上記
    有効到達領域から受信した上記信号の振幅及び位相を重
    み付け及び調整してその結果の信号を発生し、そして上
    記第２の加算器は、この結果の信号を加算して、加算信
    号を発生する請求項１０に記載の適応性ゼロ化通信シス
    テム。
  16. 【請求項１６】 上記ゼロ化プロセッサは、上記第２の
    ビーム形成ネットワークからの加算信号を各第１のビー
    ム形成ネットワークからの各信号と比較し、上記不所望
    な信号がどの有効到達領域から送信されたか決定するた
    めの相関手段を備えた請求項１０に記載の適応性ゼロ化
    通信システム。
  17. 【請求項１７】 上記ゼロ化プロセッサは、更に、各々
    の上記第の１ビーム形成ネットワークから上記信号の各
    々をサンプリングするための高速ビーム選択スイッチを
    更に備えた請求項１６に記載の適応性ゼロ化通信システ
    ム。
  18. 【請求項１８】 上記相関手段は、上記第２のビーム形
    成ネットワークからの上記加算信号を上記第１のビーム
    形成ネットワークの各々からの上記信号の各々と同時に
    比較する請求項１６に記載の適応性ゼロ化通信システ
    ム。
  19. 【請求項１９】 多数の個々の別々の有効到達領域内で
    通信信号からの不所望な信号を適応式にゼロ化するため
    の方法において、 単一のアパーチャを形成する複数の受信素子を有するフ
    ェーズドアレーアンテナから複数の信号を受信し、 複数の第１ビーム形成ネットワークから多数の個々の別
    々の一次有効到達領域及びオフセット有効到達領域を形
    成し、 上記一次有効到達領域及び上記オフセット有効到達領域
    で受信した複数の信号を複数の第２ビーム形成ネットワ
    ークへ分配し、そして上記通信信号からの上記不所望な
    信号に応答して、その不所望な信号をゼロ化するように
    上記複数の第２ビーム形成ネットワークを重み付け及び
    調整する、という段階を備えたことを特徴とする方法。
  20. 【請求項２０】 複数の第１ビーム形成ネットワークか
    ら多数の個々の別々の一次有効到達領域及びオフセット
    有効到達領域を形成する上記段階は、更に、各々の第１
    ビーム形成ネットワークにおいて複数の可変振幅・位相
    素子を重み付け及び調整する段階を備えた請求項１９に
    記載の方法。
  21. 【請求項２１】 上記複数の第２ビーム形成ネットワー
    クを重み付け及び調整する上記段階は、更に、各々の第
    ２ビーム形成ネットワークにおいて複数の第２の可変振
    幅・位相素子を重み付け及び調整する段階を備えた請求
    項１９に記載の方法。
JP8247824A 1995-09-20 1996-09-19 フェーズドアレー多領域ゼロ化アンテナ構造体 Pending JPH09130128A (ja)

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US08/531,262 US5579016A (en) 1995-09-20 1995-09-20 Phased array multiple area nulling antenna architecture
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