JPH0933585A - アンテナ測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 直列給電型モノパルス分配器を備えたフェー
ズドアレイアンテナのビーム指向特性を、複雑な測定用
送信アンテナを用いることなく短時間に測定する。 【構成】 測定周波数を含む所定周波数範囲を３以上に
分割した送信信号１１を送信機１から生成して送信アン
テナ２から送出する。同時に、この送信周波数の各分割
タイミングに同期した検出トリガ信号１ｂをも生成して
受信機４へ供給する。モノパルスアンテナ３により和信
号Σと差信号Δとの比Δ／Σを信号処理器７で算出し、
その最小となる周波数を求め、設定周波数からの差分に
よりビーム走査角を計算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアンテナ測定装置に
関し、特に直列給電型モノパルス分配器を有するフェー
ズドアレイアンテナのビーム指向精度を測定するための
アンテナ測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のモノパルス測角を行うフェーズド
アレイアンテナのビーム指向特性を測定する従来の方法
としては、図８に示す方法がある。図８は従来のアンテ
ナ測定装置の構成を示す図である。

【０００３】３は電子走査によりビーム走査角度を微細
に変化させることが可能なモノパルスアンテナであり、
３ａはその和信号（Σ）出力端子、３ｂは差信号（Δ）
出力端子である。１はＲＦ信号を発生する送信機であ
り、１４は複数の素子アンテナから成る送信アンテナ、
１３はこれに接続された移相器、１５はこれを制御する
移相器制御器、１２は送信機１からのＲＦ信号を各素子
アンテナ１４−１〜１４−ｎに分配供給するための分配
器、４は送信アンテナ１４から放射されるＲＦ信号をモ
ノパルスアンテナ３を介して受信する受信機、５はモノ
パルスアンテナを保持回転させる回転台、６はその回転
制御を行う回転台制御器、７は受信機４による受信信号
の処理及び移相器制御器１５、回転台制御器６の制御を
行う信号処理器である。

【０００４】次に動作について図９（ａ），（ｂ）を用
いて説明する。図９（ａ），（ｂ）は、各素子アンテナ
１４−１〜１４−ｎから送信したＲＦ信号がモノパルス
パターンＥｓ，Ｅｄの形状により送信アンテナ１４の各
素子位置で変化することを示す機能説明図である。差パ
ターンＥｄの最小値方向及び和パターンＥｓの最大値方
向はいずれも角度のδだけ機械的ボアサイト軸３Ｃ方向
から走査されているものとする。

【０００５】モノパルスアンテナ３の開口面３ｆが送信
アンテナ１４の方向に向くように回転台５を動作制御す
る。素子アンテナ１４−１〜１４−ｎに接続されている
移相器１３の位相をある一定値に設定することにより各
素子アンテナ１４−１〜１４−ｎの励振振幅、位相を一
定の初期状態に設定する。素子アンテナ１４−１〜１４
−ｎのいずれか１つの励振位相を、これに接続されてい
る移相器１３を用いて初期状態から変化させた場合、送
信アンテナ１４からの放射電界の位相が変化することに
より、図中の矢印で表される各素子アンテナ１４−１〜
１４−ｎの放射電界とそれらの素子を見込む角度方向の
モノパルスアンテナ３の放射電界との合成電界が変化す
る。

【０００６】この合成電界の変化を演算処理することに
より励振位相を変化させた送信アンテナ１４の初期状態
における合成ベクトルに対する相対振幅、相対位相（電
界ベクトルＥ）を求めることができる。尚、この方法は
素子電界ベクトル回転法と称するものであり、特開昭５
７−９３２６７号公報に「アンテナ測定法」として開示
されている。

【０００７】この素子電界ベクトル回転法を、モノパル
スアンテナ３の和信号出力端子３ａ及び差信号出力端子
３ｂで受信しながら行い、全ての素子アンテナ１４−１
〜１４−ｎに対する和パターン受信電界Ｅｓと差パター
ン受信電界Ｅｄの比の絶対値｜Ｅｄ／Ｅｓ｜を求める。
ビーム走査方向に配列された素子アンテナ１４−１〜１
４−ｎの素子列に対応する上記絶対値毎に内挿計算を行
えばナル点（零点）方向（ビーム方向）を求めることが
できる。この方法は特開平３−２５８１０２号公報に
「アンテナ測定装置」として開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来のアンテナ測定装
置は送信アンテナが複数の素子で構成される平面開口フ
ェーズドアレイアンテナであり、ある程度被測定アンテ
ナ開口面の中心から送信アンテナの開口を見込んだ見込
み角が測定する角度範囲を覆う大きさの開口長を必要と
し、測定速度を保つためには複数の素子の素子間隔を小
さくとる必要がある。これは送信アンテナの素子数を増
大させるという問題があった。

【０００９】また、送信アンテナは、複数の素子で構成
されるため各素子毎の素子電界ベクトルを測定するが、
素子電界ベクトル測定を行うためには各素子に接続され
る移相器、これを制御する制御器、送信ＲＦ信号を各素
子に分配する分配器を設ける必要がある。

【００１０】これ等理由により、従来の方法では、送信
アンテナの構成が複雑で規模が大きく測定手段も複雑で
時間がかかるという問題点があった。

【００１１】本発明の目的は、簡単な構成の測定用送信
アンテナを用いて短時間にビーム指向特性を測定するこ
とができるアンテナ測定装置を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、複数の
放射素子と、これ等放射素子の励振位相条件を個々に変
化自在な素子励振条件変更手段と、前記放射素子の各受
信信号から和信号と差信号とを生成するモノパルス電力
分配手段とを有するフェーズドアレイアンテナのビーム
指向精度の測定をなすアンテナ測定装置であって、前記
フェーズドアレイアンテナを搭載して回転制御自在なア
ンテナ搭載手段と、前記フェーズドアレイアンテナに信
号を放射する送信アンテナと、前記送信アンテナを前記
フェーズドアレイアンテナの機械的基準面または線に対
して直交する面内で移動制御自在な機械的走査手段と、
測定すべき周波数を含む所定周波数範囲を所定間隔で分
割して順次一定時間毎に生成しつつ前記送信アンテナへ
送出する周波数送出手段と、前記周波数送出手段による
前記一定時間毎に同期した検出信号を生成する検出信号
生成手段と、この検出信号のタイミングにより前記和信
号に対する差信号の電力比を算出する算出手段と、前記
電力比から零点周波数を検出して前記フェーズドアレイ
アンテナの指向精度を算出する手段とを含むことを特徴
とするアンテナ測定装置が得られる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の作用は以下の如くであ
る。すなわち、直列給電型モノパルスアンテナの差パタ
ーンナル点（零点）方向角度を知るために、直列給電型
モノパルスアンテナを固定した状態で１つの送信アンテ
ナから放射されるＲＦ信号の周波数を変化させることに
より、直列給電型モノパルス電力分配器を備えるフェー
ズドアレイアンテナの直列給電線路による周波数走査特
性が得られるようにしており、よって従来のアンテナ測
定装置による測定の場合に必要であった複数素子で構成
されるフェーズドアレイアンテナの複雑な送信アンテナ
が不要となり、簡単化される。

【００１４】また、直列給電型モノパルスアンテナの直
列給電線路による周波数走査特性を利用しているので、
従来のアンテナ測定装置による測定の場合に必要であっ
た複数素子の素子電界ベクトル回転法による全素子測定
を必要とすることなく、１回の周波数走査で目的とする
結果が得られることになる。

【００１５】更に、直列給電線路による周波数走査特性
を利用するものであるから、角度分解能は送信周波数範
囲の分割数（隣接周波数間隔）に依存し、容易に高分解
能が得られることになる。また、隣接周波数間隔を送信
信号の中で等間隔とせずに自由に設定することで、１つ
の測定パターン内において分解能を自在に調整できるこ
とにもなる。

【００１６】以下に、図面を用いて本発明の実施例につ
いて詳述する。

【００１７】図１（ａ），（ｂ）は本発明の一実施例の
構成ブロック図であり、図２は機能説明図である。尚、
図８，９と同等部分は同一符号により示している。説明
の便宜上、送信アンテナ２の放射法線２ａとモノパルス
アンテナ基準線３ｃとは，放射法線２ａの同一線上に取
付けられた光学的位置検出装置９ａを用いて回転台５及
びスキャナ９（機械的平面走査手段）を操作すること
で、ｘ，ｙ軸両方向とも既に一致しているものとし、こ
の時のスキャナ９のｘ，ｙ座標値及び回転台５の回転角
度は既知としている。また、送信アンテナ２とモノパル
スアンテナ３との距離ｌも、トランシット等の一般的光
学測量器により既知としている。

【００１８】次に動作について図１（ｃ），図２，図３
を用いて説明する。説明の便宜上、差パターンΔの最小
値方向及び和パターンΣの最大値方向は、周波数ｆ０に
おいて、いずれも角度θ０だけ機械的ボアサイト軸３ｃ
方向から、素子励振条件変更手段であるビーム制御器８
と移相器３−２により位相走査されているものとする。
また、送信アンテナ３は、θ０とｌとの関係から機械的
ボアサイト軸３ｃよりｙ０分（ｙ０＝ｔａｎθ０・ｌ）
だけスキャナ９により移動しているものとする。

【００１９】送信機１は、周波数変化によるビーム方向
のシフト角が、周波数ｆ０の時の走査角θ０から＋Δ
θ，−Δθとなる周波数ｆ０＋Δｆ，ｆ０−Δｆとｆ０
の３つの送信信号を一定時間間隔で連続する１つの送信
信号１１として、送信アンテナ２へ同軸ケーブル１ａを
介して送出する。この送信周波数の例が図１（ｃ）に示
されている。送信アンテナ２はこの送信信号１１をモノ
パルスアンテナ３へ空間を介して送出する。

【００２０】モノパルスアンテナ３は直列給電型モノパ
ルス分配器の和信号分配器３−３ａと差信号分配器３−
３ｂにより、送信信号１１の周波数ｆ０−Δｆ，ｆ０，
ｆ０＋Δｆに夫々対応した周波数シフト角θ１，θ０，
θ２へビームが向いた時の送信アンテナ２方向の和信号
Σ及び差信号Δを夫々和信号出力ケーブル３ａ，差信号
出力ケーブル３ｂを介し、受信機４へ送出する。

【００２１】送信機１は送信信号１１の周波数ｆ０−Δ
ｆ，ｆ０，ｆ０＋Δｆ夫々の送信時間の中間点で受信機
４に対して受信トリガ１ｂを送出する。受信機４は、受
信トリガ１ｂにより和信号Σを比較基準信号として差信
号Δとの比Δ／Σを標本化し、受信データとして制御ケ
ーブル７ａを介し信号処理器７へ送出する。

【００２２】信号処理器７は周波数ｆ０−Δｆ，ｆ０，
ｆ０＋Δｆ夫々の受信データからナル点（Δ／Σ比最小
点）周波数を検出し、ビーム方向を算出する。これによ
り得られた周波数ｆ０−Δｆ，ｆ０，ｆ０＋Δｆ夫々の
Δ／Σ比は、図３（ｂ）に示すようにＰ０，Ｐ１，Ｐ２
となり、周波数ｆ０においてΔ／Σ比が最小となってい
ることから、概ね周波数ｆ０でθ０の方向にモノパルス
ビームが向いていることを知ることができる。

【００２３】次に、図４，図５を用いて測定角度分解能
について説明する。本実施例で得られた結果が図５であ
る。図４においてＥ１，Ｅ２，Ｅ３は送信信号１１の前
記周波数ｆ０−Δｆ，ｆ０，ｆ０＋Δｆの夫々の測定結
果（Δ／Σ電圧比）であり、直列給電型モノパルス分配
器３−３ａ，３−３ｂを有するモノパルスアンテナ３に
おいて、ビーム方向は、送信信号１１を構成する各周波
数に対応したビームシフトにより、θ０，θ１，θ２方
向に夫々向いていることがわかる。

【００２４】また図４のＥ１及びＥ２は送信信号１１の
周波数間隔ΔｆとΔ／Σ比が１となるビーム角度、つま
り送信信号１１の周波数間隔とモノパルスパターンの和
パターンΣと差パターンΔが交差する角度との関係を示
しており、送信信号１１の周波数間隔Δｆは測定角度の
分解能となっている。

【００２５】このことから図５に示すように、送信信号
１１の周波数間隔を周波数ｆ０−Δｆから周波数ｆ０＋
Δｆまでｎ個（ｎは３以上）で分割し、その周波数間隔
をｆｓとする送信信号１１を、送信機１で生成して送信
アンテナ２からモノパルスアンテナ３へ送信する。モノ
パルスアンテナ３と受信機４は前記の如く動作し信号処
理器７は送信信号１１を構成する各周波数に対応するΔ
／Σ比の相関を取る。

【００２６】図５に示すＥ１〜Ｅｎはその結果を示すも
のであり、これにより測定角度分解能は送信信号１１の
送信周波数間隔で決定できることがわかる。

【００２７】次に図６，図７を用いてビーム方向測定方
法について説明する。便宜上、周波数ｆ０において設定
されたビーム位相走査角をθ０とした時、真のビーム方
向はθ０よりθＭ分ずれているものとする。

【００２８】上記実施例と同様にΔ／Σ比が１／１とな
る周波数範囲（周波数ｆ０−Δｆ〜周波数ｆ０＋Δｆ）
を充分な角度分解能を得られる数ｎ個で分割し、その周
波数間隔をｆｓとする送信信号１１を送信機１で生成し
て、送信アンテナ２からモノパルスアンテナ３に送信す
る。

【００２９】上記実施例の如く、送信信号１１を構成す
る各周波数に対応するΔ／Σ比を計測し出力すると、図
６に示すようにモノパルスパターンのナル点（Δ／Σ比
最小点）周波数は、ビーム位相走査角がθＭ分ずれてい
るため、ｆ０とならずｆＭ点となっている。この時、周
波数間隔ｆｓによる角度分解能をθｓとすると真のビー
ム走査角θＭは、 θＭ＝θ０−［（ｆ０−ｆＭ）×θｓ／ｆｓ］ となり、真のビーム走査角度を測定することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、直列給
電型分配方式を用いたモノパルスアンテナの直列給電線
路による周波数特性を利用したアンテナビーム指向特性
測定方式としたので、従来技術のように送信アンテナが
大きく複雑にならず、周波数走査時間が極めて短時間で
測定を行うことができるという効果がある。

【００３１】また、本発明によれば、直列給電型分配方
式を用いたモノパルスアンテナの直列給電線路による周
波数特性を利用したアンテナビーム指向特性測定方式と
したので、測定角度分解能は送信する周波数範囲を分割
した時の隣接する周波数間隔で決定でき、よって必要と
される測定分解能に応じて周波数間隔を変更すれば良い
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す図であり、（ａ）は構成
図，（ｂ）はその機能ブロック図，（ｃ）は測定用送信
信号の周波数を示す図である。

【図２】図１の構成の動作を説明するための機能ブロッ
ク図である。

【図３】（ａ）はモノパルスパターン周波数対受信信号
の関係図，（ｂ）はモノパルスパターン周波数走査図，
（ｃ）は受信トリガ波形図，（ｄ）はモノパルスパター
ン周波数対Δ／Σ比の関係図である。

【図４】本発明の実施例の分解能を説明する図である。

【図５】本発明の実施例における分解能の変更を説明す
る図である。

【図６】本発明の実施例におけるビーム方向測定手法を
説明する図である。

【図７】本発明の実施例における送受信のタイミングを
示す図である。

【図８】従来のアンテナ測定装置の一例を示す構成図で
ある。

【図９】図８の例における機能説明図である。

【符号の説明】

１ 送信機 ２ 送信アンテナ ３ モノパルスアンテナ ４ 受信機 ５ 回転台 ６ 回転台制御器 ７ 信号処理器 ８ ビーム制御器 ９ スキャナ １０ スキャナ制御器 １１ 送信信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｑ 25/02 Ｈ０１Ｑ 25/02

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の放射素子と、これ等放射素子の励
   振位相条件を個々に変化自在な素子励振条件変更手段
   と、前記放射素子の各受信信号から和信号と差信号とを
   生成するモノパルス電力分配手段とを有するフェーズド
   アレイアンテナのビーム指向精度の測定をなすアンテナ
   測定装置であって、 前記フェーズドアレイアンテナを搭載して回転制御自在
   なアンテナ搭載手段と、前記フェーズドアレイアンテナ
   に信号を放射する送信アンテナと、前記送信アンテナを
   前記フェーズドアレイアンテナの機械的基準面または線
   に対して直交する面内で移動制御自在な機械的走査手段
   と、測定すべき周波数を含む所定周波数範囲を所定間隔
   で分割して順次一定時間毎に生成しつつ前記送信アンテ
   ナへ送出する周波数送出手段と、前記周波数送出手段に
   よる前記一定時間毎に同期した検出信号を生成する検出
   信号生成手段と、この検出信号のタイミングにより前記
   和信号に対する差信号の電力比を算出する算出手段と、
   前記電力比から零点周波数を検出して前記フェーズドア
   レイアンテナの指向精度を算出する手段とを含むことを
   特徴とするアンテナ測定装置。
2. 【請求項２】 前記機械的走査手段は、前記送信アンテ
   ナの放射法線と前記基準面または線とを光学的に一致さ
   せる一検出手段を有することを特徴とする請求項１記載
   のアンテナ測定装置。
3. 【請求項３】 前記所定周波数範囲の分割数は３以上で
   あることを特徴とする請求項１または２の記載のアンテ
   ナ測定装置。