JPH1197922A

JPH1197922A - アレイアンテナ装置

Info

Publication number: JPH1197922A
Application number: JP9258652A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Watabe; 勉渡部; Kazumi Yahagi; 和美矢作; Hideaki Fukuda; 英明福田; Shinichi Takeya; 晋一竹谷
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-09-24
Filing date: 1997-09-24
Publication date: 1999-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】種々のアンテナ形状のアレイアンテナ装置に
対応し、短時間でアンテナの波面補正を行なうことが可
能なアレイアンテナ装置を提供する。【解決手段】第１の位相偏差検出制御手段８１０が、
各サブアレイの１つの送受信モジュールを同時に動作さ
せて、出力される受信信号間の位相偏差を検出する。第
２の位相偏差検出制御手段８２０は、各サブアレイの１
つの送受信モジュールを同時に動作させて、出力される
受信信号間の位相偏差を検出する制御を、すべての送受
信モジュールについて行なう。なお、この検出制御で
は、同時に動作させる送受信モジュールの各組み合わせ
として、第１の位相偏差検出制御手段８１０が同時に動
作させた送受信モジュールを、少なくとも１つ含むよう
に動作させる。そして、位相偏差調整制御手段８３０
が、以上の位相偏差の検出結果に基づいて、アンテナ波
面の補正制御を行なうようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、レーダ装置、通
信装置等に用いられるアレイアンテナ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーダや通信などのアンテナ装置におい
ては、広範囲を高速で観測することが可能なビーム走査
機能が求められる。このような機能を備えるアンテナ装
置の一例として、アレイ状に複数のアンテナ素子を配列
したアレイアンテナ装置がある。

【０００３】このアレイアンテナ装置では、各アンテナ
素子に対応する送受信モジュールにおける送受信信号の
通過位相を制御することによって、アンテナ装置本体を
固定した状態で高速に広範囲をビーム走査することを可
能としている。

【０００４】しかしながら、上述したようなアレイアン
テナ装置では、電波環境やアンテナ内部の温度変化等に
より、送受信モジュールを通過する送受信信号の位相制
御特性が変動するため、各送受信モジュールについて移
相量の補正を定期的に行なって、当該アレイアンテナ装
置のアンテナ波面補正を行なう必要がある。

【０００５】以下、図６を参照して、従来のアレイアン
テナ装置について説明する。尚、図６には、特に受信系
についてのみ図示した。観測対象からの反射エコーは、
アンテナ素子１１１１〜１１ｎｍにて受信される。各ア
ンテナ素子１１１１〜１１ｎｍにて受信された信号は、
それぞれに対応する送受信モジュール１２１１〜１２ｎ
ｍにて振幅と位相が調整される。尚、これらの送受信モ
ジュール１２１１〜１２ｎｍは、後述の走査制御器５０
によって動作のＯＮ／ＯＦＦや、受信信号に対する移相
量が制御される。

【０００６】送受信モジュール１２１１〜１２１ｍから
出力される受信信号は、第１のＲＦ合成器１３１にてＲ
Ｆ（アナログ）合成される。同様に、送受信モジュール
１２２１〜１２２ｍ，１２３１〜１２３ｍ，…１２ｎ１
〜１２ｎｍから出力される受信信号は、それぞれ対応す
る第１のＲＦ合成器１３２，１３３，…１３ｎにてＲＦ
合成される。

【０００７】第１のＲＦ合成器１３１，１３２，１３
３，…１３ｎにてそれぞれＲＦ合成された受信信号は、
第２のＲＦ合成器１４にてさらにＲＦ合成され、ＲＦ合
成信号として出力される。

【０００８】このＲＦ合成信号は、周波数変換器２１に
おいて、励振器２０にて生成されたローカル信号とミキ
シングされて、周波数変換される。周波数変換器２１に
て周波数変換されたＲＦ合成信号は、Ａ／Ｄ変換器（Ａ
／Ｄ）２２にてディジタル信号に変換されたのち、信号
処理器４０にて検波され、受信データが得られる。

【０００９】ところで、送受信モジュール１２１１〜１
２ｎｍの位相制御機能を補正する場合には、当該アンテ
ナ装置の各部を統括して制御する制御回路８０が制御信
号を励振器２０、走査制御器５０、スキャナ装置９０に
それぞれ入力して、上記補正動作を開始する。

【００１０】走査制御器５０に対しては、補正対象とな
る特定の送受信モジュールのみがＯＮ状態となるように
指示し、スキャナ装置９０に対しては、アンテナ素子か
らなるプローブ９１が、上記特定の送受信モジュールの
アンテナ素子と対峙するように駆動制御させる。そし
て、励振器２０に対しては、上記ローカル信号とコヒー
レントな関係にあるＲＦリファレンス信号を生成させ
る。

【００１１】このＲＦリファレンス信号は、プローブ９
１に入力され、上記特定の送受信モジュールのアンテナ
素子に向け放射される。この放射されたＲＦリファレン
ス信号は、上記特定の送受信モジュールで受信され、前
述の観測対象からのレーダエコーの場合と同様に、対応
する第１のＲＦ合成器１３１〜１３ｎおよび第２のＲＦ
合成器１４を介して周波数変換器２１に入力される。

【００１２】そして、周波数変換器２１にて周波数変換
されたのち、Ａ／Ｄ変換器２２にてディジタル信号に変
換され、信号処理器４０に入力される。信号処理器４０
は、上記ディジタル信号を検波して受信データを得て、
この受信データから上記特定の送受信モジュールの受信
信号の位相を検出する。そして、予め蓄積しておいた上
記特定の送受信モジュールの初期の位相のデータと比較
して、位相の補正量を算出する。この位相補正量のデー
タは、制御回路８０に入力される。

【００１３】制御回路８０は、上記位相補正量のデータ
を走査制御器５０に出力し、走査制御器５０は、入力さ
れた位相補正量データに基づいて、上記ＯＮ状態にした
特定の送受信モジュールの位相制御機能の補正を行な
う。

【００１４】以後、制御回路８０は、全ての送受信モジ
ュール１２１１〜１２ｎｍに対して以上の操作を順次繰
り返して、位相制御機能の補正、すなわち当該アレイア
ンテナ装置のアンテナ波面補正を行なう。

【００１５】しかしながら、上記構成の従来のアレイア
ンテナ装置では、補正対象となる特定の送受信モジュー
ルのアンテナ素子とプローブ９１とを対峙させ、各送受
信モジュールの補正量を算出し補正する操作を、順次１
つずつ行なう必要があるため、アンテナ素子数の多いア
レイアンテナにあってはすべての素子について上記補正
を実施するにはかなりの時間が必要とされるという問題
がある。

【００１６】一方、スキャナ装置９０には、プローブ９
１をアンテナ素子に正確に対峙させる高精度な駆動制御
機能が求められるという問題があり、また大開口のアレ
イアンテナ装置や、円筒形といった複雑な形状のアレイ
アンテナ装置に対応するためには、さらに高精度・高機
能な制御機能が要求されるという問題がある。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】従来のアレイアンテナ
装置では、アンテナの波面補正に長い時間を要するとと
もに、アンテナの形状によっては複雑な物理的制御が可
能な高機能／高精度のスキャナ装置を必要とするという
問題があった。

【００１８】この発明は上記の問題を解決すべくなされ
たもので、複雑な物理的制御を行なうスキャナ装置を用
いることなく、種々のアンテナ形状のアレイアンテナ装
置に対応し、短時間でアンテナの波面補正を行なうこと
が可能なアレイアンテナ装置を提供することを目的とす
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明に係わるアレイアンテナ装置は、アレイ
配列された複数のアンテナ素子と、これらのアンテナ素
子にそれぞれ対応し、制御信号にて指示される移相量に
応じてアンテナ素子の受信信号の位相を制御する複数の
受信モジュールと、この複数の受信モジュールによって
それぞれ位相制御された受信信号間の位相偏差を検出
し、前記制御信号を通じて前記複数の受信モジュールの
移相量を制御して、前記位相偏差を補正してアンテナ波
面の調整を行なう波面調整手段とを具備して構成するよ
うにした。

【００２０】上記構成のアレイアンテナ装置では、各受
信モジュールによって位相制御された受信信号間の位相
偏差を検出し、この検出結果に基づいてアンテナ波面の
調整を行なうようにしている。

【００２１】したがって、上記構成のアレイアンテナ装
置によれば、複雑な物理的制御を必要とするスキャナ装
置を用いた場合に比べ、短時間で波面補正を行なうこと
ができ、なおかつ種々のアンテナ形状のアレイアンテナ
装置にも対応することができる。

【００２２】また、この発明では、受信信号間の相対的
な位相偏差を検出し、この検出結果に基づいて波面補正
を行なうため、上記波面補正を行なう際にアンテナ波面
に入力するＲＦ信号は、後段の受信信号の処理に用いら
れるローカル信号などと、非コヒーレントな信号であっ
てもよい。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の一実施形態について説明する。図１は、この発明の一
実施形態に係わるアレイアンテナ装置の構成を示すもの
で、ｎチャネルの１次元ＤＢＦ（Digital Beam Formin
g）を実現するものである。

【００２４】但し、図１は、受信系のみについて示すも
ので、図６に示した従来のアレイアンテナ装置と同一部
分には同一符号を付して示し、ここでは異なる部分を中
心に述べる。

【００２５】観測対象からの反射エコーは、アンテナ素
子１１１１〜１１ｎｍにて受信される。各アンテナ素子
１１１１〜１１ｎｍにて受信された信号は、それぞれに
対応する送受信モジュール１２１１〜１２ｎｍに入力さ
れる。

【００２６】送受信モジュール１２１１〜１２ｎｍは、
入力される送受信信号の振幅や位相を制御するもので、
後述の走査制御器５００によって動作のＯＮ／ＯＦＦ
や、送受信信号に対する位相の制御量（移相量）が制御
される。

【００２７】ＲＦ合成器１３１は、送受信モジュール１
２１１〜１２１ｍから出力される受信信号を、１つのチ
ャネルの受信信号としてＲＦ（アナログ）合成して出力
する。同様に、ＲＦ合成器１３２，１３３，…１３ｎ
は、それぞれ対応する送受信モジュール１２２１〜１２
２ｍ，１２３１〜１２３ｍ，…１２ｎ１〜１２ｎｍから
出力される受信信号を、１つのチャネルの受信信号とし
て合成し出力する。

【００２８】すなわち、ＲＦ合成器１３１〜１３ｎによ
って、ｎチャネルのサブアレイが形成されている。ＲＦ
合成器１３１〜１３ｎにてそれぞれ合成された各サブア
レイの受信信号は、周波数変換部２１０に入力される。

【００２９】周波数変換部２１０は、周波数変換器２１
１〜２１ｎからなる。周波数変換器２１１〜２１ｎは、
それぞれ対応するＲＦ合成器１３１〜１３ｎの出力する
受信信号を、励振器２００にて生成されたローカル信号
とミキシングしてベースバンド周波数の信号に変換す
る。なお、励振器２００は、後述の制御回路８００に指
示される周波数のローカル信号を生成する発振器であ
る。

【００３０】Ａ／Ｄ変換部２２０は、Ａ／Ｄ変換器２２
１〜２２ｎからなる。Ａ／Ｄ変換器２２１〜２２ｎは、
それぞれ対応する周波数変換器２１１〜２１ｎの周波数
変換結果を、ディジタル信号に変換して、補正ユニット
３００に入力する。

【００３１】補正ユニット３００は、後述の信号処理器
４００から入力される補正データに基づいて、上記Ａ／
Ｄ変換器２２１〜２２ｎにてディジタル信号に変換され
た受信信号を補正するもので、Ａ／Ｄ変換器２２１〜２
２ｎからのディジタル信号にそれぞれ対応する乗算器３
０１〜３０ｎを備えている。

【００３２】この乗算器３０１〜３０ｎでは、上記Ａ／
Ｄ変換器２２１〜２２ｎからのディジタル信号に対し
て、それぞれ信号処理器４００から入力される補正デー
タを複素乗算して、振幅および位相の補正を行なう。こ
の補正のなされたディジタル信号は、受信データとして
出力される。

【００３３】信号処理器４００は、制御回路８００の指
示に応じて、補正ユニット３００の出力する受信データ
から、各チャネル（各サブアレイ）のＲＦ合成信号の振
幅と位相を検出し、制御回路８００に通知する。そして
また、この検出結果に基づいて、補正ユニット３００の
補正に用いられる補正データを求める。

【００３４】走査制御器５００は、制御回路８００の指
示に応じて、送受信モジュール１２１１〜１２ｎｍの動
作制御や、通過位相や振幅の制御などを行なう。リファ
レンス信号発生器６００は、制御回路８００の指示に応
じて、所定の周波数のアンテナ波面調整用のＲＦリファ
レンス信号を生成する。調整用アンテナ７００は、リフ
ァレンス信号発生器６００にて生成されたＲＦリファレ
ンス信号をアンテナ素子１１１１〜１１ｎｍに向け放射
する。なお、リファレンス信号発生器６００にて生成さ
れるＲＦ信号は、励振器２００にて生成されるローカル
信号と、非コヒーレントな関係にある。

【００３５】制御回路８００は、例えばマイクロコンピ
ュータを主制御部として備え、上述した当該アレイアン
テナ装置の各部を、送信／受信、目標方向に応じて統括
して制御するものである。

【００３６】また、この制御回路８００は、新たにアン
テナ波面を調整する手段として、第１の位相偏差検出制
御手段８１０と、第２の位相偏差検出制御手段８２０
と、位相偏差調整制御手段８３０とを備えている。

【００３７】第１の位相偏差検出制御手段８１０は、各
チャネル（各サブアレイ）の送受信モジュールを同時に
１つずつ動作させて、この動作させた送受信モジュール
より出力される受信信号間の位相偏差を検出する制御を
行なうものである。

【００３８】第２の位相偏差検出制御手段８２０は、第
１の位相偏差検出制御手段８１０と同様に、各チャネル
（各サブアレイ）の送受信モジュールを同時に１つずつ
動作させて、この動作させた送受信モジュールより出力
される受信信号間の位相偏差を検出する制御を繰り返し
て、すべての送受信モジュールについて行なうものであ
る。

【００３９】なお、第２の位相偏差検出制御手段８２０
は、同時に動作させる送受信モジュールの各組み合わせ
に、第１の位相偏差検出制御手段８１０が同時に動作さ
せた送受信モジュールを、少なくとも１つ含むように動
作させるものとする。

【００４０】位相偏差調整制御手段８３０は、第１の位
相偏差検出制御手段８１０および第２の位相偏差検出制
御手段８２０の検出制御によって求められた位相偏差に
基づいて、アンテナ波面の補正制御を行なうものであ
る。

【００４１】次に、図２乃至図５を参照して、上記構成
のアレイアンテナ装置のアンテナ波面の補正処理動作に
ついて説明する。なお、以下の説明では、説明の便宜
上、アンテナ素子１１１１〜１１ｎｍは、ｍ（列）×ｎ
（行）個に整然と配列されているものとする。

【００４２】このアンテナ波面の補正処理は、属するサ
ブアレイ（チャネル）と列とが異なる（すなわち、斜め
に並ぶ）送受信モジュール間の相対的な位相偏差を検出
／補正する第１の処理（図２参照）と、各列毎に送受信
モジュール間の相対的な位相偏差を検出し、アンテナ波
面の補正を行なう第２の処理（図３参照）とからなる。

【００４３】まず、第１の処理では、ステップ１ａにお
いて、制御部８００がリファレンス信号発生器６００に
対して、ＲＦリファレンス信号を生成するように指示す
る。この指示に応じて、リファレンス信号発生器６００
により所定の周波数のＲＦリファレンス信号が生成さ
れ、調整用アンテナ７００よりアンテナ素子１１１１〜
１１ｎｍに向け放射される。

【００４４】そして次に、ステップ１ｂでは、第１の位
相偏差検出制御手段８１０が走査制御器５００に対し
て、各行（サブアレイ）毎に異なる列のアンテナ素子、
すなわち図４（ａ）に示すように、斜めに並ぶアンテナ
素子１１１１，１１２２，１１３３，…１１ｎｎに対応
する送受信モジュール１２１１，１２２２，１２３３，
…１２ｎｎを動作させる。走査制御器５００は、この指
示に従って、上記送受信モジュールのみをＯＮ状態に制
御する。

【００４５】これにより、調整用アンテナ７００より放
射されたＲＦリファレンス信号は、斜め方向に並ぶｎ個
の送受信モジュール１２１１，１２２２，１２３３，…
１２ｎｎのみによって受信される。このｎ個の受信信号
は、それぞれ各チャネルの受信信号として、各サブアレ
イより対応するＲＦ合成器１３１〜１３ｎ、周波数変換
器２１１〜２１ｎ、Ａ／Ｄ変換器２２１〜２２ｎおよび
補正ユニット３００を介して、各チャネルの受信データ
に変換され、出力される。

【００４６】ステップ１ｃでは、第１の位相偏差検出制
御手段８１０が信号処理器４００に対して、補正ユニッ
ト３００が出力する各チャネルの受信データの振幅と位
相を検出するように指示する。これに対して、信号処理
器４００は、各チャネルの受信データの振幅と位相を検
出し、制御回路８００に通知する。

【００４７】ステップ１ｄでは、第１の位相偏差検出制
御手段８１０が、ステップ１ｂで検出された各チャネル
の受信データの位相が互いに一致しているか否かを判定
する。ここで、一致していない、すなわち位相偏差があ
る場合にはステップ１ｅに移行し、一方、位相偏差がな
い場合にはステップ１ｆに移行する。

【００４８】ステップ１ｅでは、第１の位相偏差検出制
御手段８１０が、上記受信データに基づいて、前述の斜
め方向に並ぶｎ個の送受信モジュール１２１１，１２２
２，１２３３，…１２ｎｎにて受信した信号間の位相偏
差を求め、上記ｎ個の送受信モジュールの移相量の補正
値を算出する。

【００４９】そして、位相偏差調整制御手段８３０が、
この算出結果を走査制御器５００を通じて、対応する送
受信モジュールに設定し、再びステップ１ｂに移行し
て、再度、上記送受信モジュール１２１１，１２２２，
１２３３，…１２ｎｎ間の位相の一致を検証する。

【００５０】一方、ステップ１ｆでは、第１の位相偏差
検出制御手段８１０が、すべて列について、少なくとも
１つの送受信モジュールに対する移相量の補正値の算出
および設定を実行したか否かを判定する。ここで、実行
した場合には、第２の処理に移行し、一方、実行してい
ない場合には、ステップ１ｇに移行する。

【００５１】ステップ１ｇでは、図４（ｂ）に示すよう
に、ステップ１ｂにおいてＯＮ状態に制御される送受信
モジュールのなかった列、すなわちｎ＋１列からｍ列を
含むように、斜め方向に並ぶｎ個の送受信モジュール１
２１ｋ，…１２ｎｍ（ｋ＝ｍ−ｎ）のみをＯＮ状態にす
るように指示する。

【００５２】そして再びステップ１ｃに移行して、以
下、前述の送受信モジュール１２１１，１２２２，１２
３３，…１２ｎｎのみを動作させた場合と同様にして、
上記送受信モジュールの移相量の補正を行なう。

【００５３】次に、第２の処理では、まずステップ２ａ
において、第２の位相偏差検出制御手段８２０が、アン
テナ波面調整の対象となる列を示すパラメータ「Ｍ」の
値を「１」に設定し、ステップ２ｂに移行する。この時
点で、図５（ａ）に示すように、１列目がアンテナ波面
調整の対象となる。

【００５４】ステップ２ｂでは、第２の位相偏差検出制
御手段８２０が走査制御器５００に対して、「Ｍ」列目
のアンテナ素子１１１Ｍ〜１１ｎＭに対応する送受信モ
ジュール１２１Ｍ〜１２ｎＭのみをＯＮ状態にするよう
に指示する。これに対して、走査制御器５００は、送受
信モジュール１２１Ｍ〜１２ｎＭのみをＯＮ状態に制御
する。

【００５５】これにより、調整用アンテナ７００より放
射されたＲＦ信号は送受信モジュール１２１Ｍ〜１２ｎ
Ｍのみ、すなわち各チャネル（各サブアレイ）毎に１つ
の送受信モジュールによって受信される。

【００５６】そして、このｎ個の受信信号は、それぞれ
対応するＲＦ合成器１３１〜１３ｎ、周波数変換器２１
１〜２１ｎ、Ａ／Ｄ変換器２２１〜２２ｎおよび補正ユ
ニット３００を介して、各チャネルの受信データに変換
されて出力される。

【００５７】ステップ２ｃでは、第２の位相偏差検出制
御手段８２０が信号処理器４００に対して、補正ユニッ
ト３００が出力する各チャネルの受信データの振幅と位
相を検出するように指示する。これに対して、信号処理
器４００は、各チャネルの受信データの振幅と位相を検
出し、制御回路８００に通知する。

【００５８】ステップ２ｄでは、第２の位相偏差検出制
御手段８２０が、ステップ２ｃで検出された各チャネル
の受信データの位相が、互いに一致しているか否かを判
定する。ここで、一致していない、すなわち位相偏差が
ある場合にはステップ２ｅに移行し、一方、位相偏差が
ない場合にはステップ２ｆに移行する。

【００５９】一方、ステップ２ｅでは、第２の位相偏差
検出制御手段８２０が、第１の処理にてＯＮ状態にした
Ｍ列目の送受信モジュールによって得られた受信データ
の位相に基準にして、Ｍ列目の送受信モジュールにて受
信した信号間の位相偏差を求め、移相量の補正値を算出
する。

【００６０】そして、位相偏差調整制御手段８３０が、
この算出結果を走査制御器５００を通じて、Ｍ列目の対
応する送受信モジュールに設定し、ステップ２ｂに移行
する。

【００６１】ステップ２ｆでは、「Ｍ」が「ｍ」と一致
するか否かを判定する。すなわち、すべての送受信モジ
ュール１２１１〜１２ｎｍについて、列毎の位相偏差の
補正が終了したか否かを判定する。

【００６２】ここで、「Ｍ」が「ｍ」と一致する場合に
は、アンテナ波面の補正処理を終了する。一方、一致し
ない場合には、ステップ２ｇにて「Ｍ」を「１」だけ増
加させてステップ２ｂに移行し、図５（ｂ）および
（ｃ）に示すように、２，３，…ｍ列の順に各列の送受
信モジュール１２１Ｍ〜１２ｎＭの位相偏差の補正を行
なう。

【００６３】以上のように、上記構成のアレイアンテナ
装置では、第１の処理として、各チャネル（各サブアレ
イ）毎に列の異なる（図４の例では斜めの並びの）送受
信モジュールを動作させ、この動作させた送受信モジュ
ールが出力する受信信号間の相対的な位相偏差を検出
し、この位相偏差に基づいて上記動作させた送受信モジ
ュールの移相量の補正を行なう。

【００６４】そして、次に第２の処理において、各列毎
に送受信モジュールを動作させ、第１の処理で動作させ
た送受信モジュールの受信信号の位相を基準に、同じ列
の送受信モジュールが出力する受信信号の相対的な位相
偏差を検出し、各送受信モジュールの移相量の補正を行
なう。

【００６５】すなわち、上記構成のアレイアンテナ装置
では、各列の一部の送受信モジュールが出力する受信信
号間の相対的な位相偏差を検出し、続いて各列の送受信
モジュールが出力する受信信号の相対的な位相偏差を検
出する。そして、これらの検出結果に基づいて、すべて
の送受信モジュールの出力する受信信号間の相対的な位
相偏差を、移相量の調整により補正するようにしてい
る。

【００６６】すなわち、上記構成のアレイアンテナ装置
では、受信信号の周波数変換時に用いられるローカル信
号と、非コヒーレントな信号を用いて、すべての受信信
号間の相対的な位相偏差を検出し、これに基づいて送受
信モジュールの移相量の調整を行なってアンテナ波面の
補正を行なうようにしている。

【００６７】次に、リファレンス信号として、周波数変
換に用いるローカル信号と非コヒーレントな信号を用い
て、送受信モジュール１２１１〜１２ｎｍの出力する受
信信号間の位相偏差が検出できることについて説明す
る。調整用アンテナ７００から送信される送信信号をＴ
Ｘ（ｔ）、励振器２００にて生成されるローカル信号を
Ｌｏ（ｔ）とすると、それぞれ下式で示される。

【００６８】

【数１】

【００６９】なお、ｆ₀ は送信信号の周波数、ω₀ は送
信信号の角周波数、ｆ₁ はローカル信号の周波数、ω₁
はローカル信号の角周波数、θ（ｔ）は送信信号の非コ
ヒーレント位相成分、Ａは送信信号の振幅強度、Ｂはロ
ーカル信号の振幅強度である。また、送信信号とローカ
ル信号との間のコヒーレント性が保たれていないため、
θ（ｔ）が時間関数として存在している。ところで、あ
るアンテナ素子Ａ（１１１１〜１１ｎｍのいずれか）に
て上記送信信号を受信した受信信号を、ＲＸ_A （ｔ）と
すると、下式で示される。

【００７０】

【数２】

【００７１】なお、φ_A は、アンテナ素子Ａの固有移相
量（時間に依存しない一定値）で、Ｃ_A は、アンテナ素
子Ａの受信信号の振幅強度である。この受信信号ＲＸ_A
（ｔ）が、対応するＲＦ合成器（１３１〜１３ｎのいず
れか）を介して、周波数変換器（２１１〜２１ｎのいず
れか）にて周波数変換されると、以下に示すＩＦ信号Ｉ
Ｆ_A となる。なお、Ｄ_A はＩＦ信号ＩＦ_A の信号強度で
ある。

【００７２】

【数３】

【００７３】そして、上記ＩＦ信号ＩＦ_A は、対応する
Ａ／Ｄ変換器（２２１〜２２ｎのいずれか）において、
ω₀ −ω₁ に同期してデータサンプリングされ、そして
信号処理器４００において振幅強度Ｄ_A と、移相量θ
（ｔ）＋φ_A が検出される。

【００７４】一方、アンテナ素子Ａとは異なるアンテナ
素子Ｂ（１１１１〜１１ｎｍのいずれか）にて、アンテ
ナ素子Ａの受信信号ＲＸ_A （ｔ）と同時刻に受信される
受信信号を、ＲＸ_B （ｔ）とすると、下式で示される。

【００７５】

【数４】

【００７６】なお、φ_B は、アンテナ素子Ｂの固有移相
量（時間に依存しない一定値）で、Ｃ_B は、アンテナ素
子Ｂの受信信号の振幅強度である。この受信信号ＲＸ_B
（ｔ）が、対応するＲＦ合成器（１３１〜１３ｎのいず
れか）を介して、周波数変換器（２１１〜２１ｎのいず
れか）にて周波数変換されると、以下に示すＩＦ信号Ｉ
Ｆ_B となる。なお、Ｄ_B はＩＦ信号ＩＦ_B の信号強度で
ある。

【００７７】

【数５】

【００７８】そして、上記ＩＦ信号ＩＦ_B は、対応する
Ａ／Ｄ変換器（２２１〜２２ｎのいずれか）において、
ω₀ −ω₁ に同期してデータサンプリングされ、そして
信号処理器４００において振幅強度Ｄ_B と、移相量θ
（ｔ）＋φ_B が検出される。

【００７９】ここで、アンテナ素子Ａの受信信号ＲＸ_A
（ｔ）から得た移相量θ（ｔ）＋φ_A に基づいて、アン
テナ素子Ｂの移相量を補正する場合、アンテナ素子Ａと
アンテナ素子Ｂの移相量の差、すなわち

【００８０】

【数６】

【００８１】だけ、アンテナ素子Ｂに対応する送受信モ
ジュール（１２１１〜１２ｎｍのいずれか）の移相量を
補正すれば、アンテナ素子Ｂの受信信号とアンテナＡの
受信信号の位相が一致する。

【００８２】すなわち、時間によって変動する非コヒー
レント成分θ（ｔ）を含むリファレンス信号を用いて
も、受信信号間の相対的な位相偏差を検出することによ
り、上記非コヒーレント成分はキャンセルされ、受信信
号間の位相偏差を求めることができる。

【００８３】以上のように、上記構成のアレイアンテナ
装置によれば、非コヒーレントなリファレンス信号を用
いて、送受信モジュール１２１１〜１２ｎｍの出力する
受信信号間の相対的な位相偏差を検出することができる
ため、従来に比して、複雑な物理的制御を行なう必要も
なく、なおかつ短時間で、高精度なアンテナの波面補正
を行なうことができる。

【００８４】尚、この発明は上記実施の形態に限定され
るものではない。例えば、上記実施の形態では、リファ
レンス信号として、周波数変換に用いるローカル信号と
非コヒーレントなＲＦ信号を用いたが、コヒーレントな
ＲＦ信号を用いても、同様の効果を得られる。

【００８５】また、上記実施の形態では、はじめに列と
サブアレイが互いに異なる（斜めに並ぶ）送受信モジュ
ールを動作させ、この動作させた送受信モジュールの移
相量の調整を行なった後、この送受信モジュールの受信
信号の位相を基準にして各列の送受信モジュールの移相
量の調整を行なうようにした。

【００８６】これに対して、例えば、列毎に送受信モジ
ュールを動作させて列毎に移相量の調整を行なった後、
列とサブアレイが互いに異なる送受信モジュールを動作
させる。そして、この動作させた送受信モジュールの移
相量の調整を行なった後、この送受信モジュールの受信
信号の位相を基準にして各列の送受信モジュールの移相
量の調整するようにしてもよい。

【００８７】その他、この発明の要旨である、すべての
受信信号間の相対的な位相偏差を検出し、これに基づい
て送受信モジュールの移相量の調整を行なう点を逸脱し
ない範囲で種々の変形を施しても同様に実施可能である
ことはいうまでもない。

【００８８】

【発明の効果】以上述べたように、この発明では、各受
信モジュールによって位相制御された受信信号間の位相
偏差を検出し、この検出結果に基づいてアンテナ波面の
調整を行なうようにしている。

【００８９】したがって、この発明によれば、複雑な物
理的制御を必要とするスキャナ装置を用いた場合に比
べ、短時間で波面補正を行なうことが可能なアレイアン
テナ装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係わるアレイアンテナ装置の一実施
の形態の構成を示す回路ブロック図。

【図２】図１に示したアレイアンテナ装置のアンテナ波
面の補正処理（第１の処理）動作を説明するためのフロ
ーチャート。

【図３】図１に示したアレイアンテナ装置のアンテナ波
面の補正処理（第２の処理）動作を説明するためのフロ
ーチャート。

【図４】図２に示したアンテナ波面の補正の第１の処理
において、動作させる送受信モジュールの順序を説明す
るための図。

【図５】図２に示したアンテナ波面の補正の第２の処理
において、動作させる送受信モジュールの順序を説明す
るための図。

【図６】従来のアレイアンテナ装置の構成を示す回路ブ
ロック図。

【符号の説明】

１１１１〜１１ｎｍ…アンテナ素子１２１１〜１２ｎｍ…送受信モジュール１３１〜１３ｎ…ＲＦ合成器２００…励振器２１０…周波数変換部２１１〜２１ｎ…周波数変換器２２０…Ａ／Ｄ変換部２２１〜２２ｎ…Ａ／Ｄ変換器３００…補正ユニット３０１〜３０ｎ…乗算器４００…信号処理器５００…走査制御器６００…リファレンス信号発生器７００…調整用アンテナ８００…制御回路８１０…第１の位相偏差検出制御手段８２０…第２の位相偏差検出制御手段８３０…位相偏差調整制御手段

フロントページの続き (72)発明者竹谷晋一神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝小向工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アレイ配列された複数のアンテナ素子
と、これらのアンテナ素子にそれぞれ対応し、制御信号にて
指示される移相量に応じてアンテナ素子の受信信号の位
相を制御する複数の受信モジュールと、この複数の受信モジュールによってそれぞれ位相制御さ
れた受信信号間の位相偏差を検出し、前記制御信号を通
じて前記複数の受信モジュールの移相量を制御して、前
記位相偏差を補正してアンテナ波面の調整を行なう波面
調整手段とを具備することを特徴とするアレイアンテナ
装置。
【請求項２】前記受信モジュールにて位相制御された
受信信号を、それぞれ複数合成してサブアレイを形成す
る複数の合成手段を備え、前記波面調整手段は、各サブアレイ毎に多くとも１つの
受信モジュールを動作させて各サブアレイが出力する受
信信号間の位相偏差を検出する操作を、すべての受信モ
ジュールに対して行ない、この検出結果に基づいてアン
テナ波面の調整を行なうことを特徴とする請求項１に記
載のアレイアンテナ装置。
【請求項３】前記複数のアンテナ素子が面アレイ状に
配列されるアレイアンテナ装置であって、前記受信モジュールにて位相制御された受信信号を、そ
れぞれ複数合成してサブアレイを形成する複数の合成手
段を備え、前記波面調整手段は、各サブアレイ毎に多くとも１つの受信モジュールを動作
させて各サブアレイが出力する受信信号間の位相偏差を
検出する第１の位相偏差検出制御手段と、この第１の位相偏差検出制御手段にて動作させた受信モ
ジュールを少なくとも１つ含み、なおかつ各サブアレイ
毎に多くとも１つだけ動作させて各サブアレイの出力す
る受信信号間の位相偏差を検出する操作を、すべての受
信モジュールに対して行なう第２の位相偏差検出制御手
段と、第１の位相偏差検出制御手段にて検出した位相偏差と、
第２の位相偏差検出制御手段にて検出した位相偏差とに
基づいて、アンテナ波面の調整を行なう位相偏差調整手
段とを備えることを特徴とする請求項１に記載のアレイ
アンテナ装置。
【請求項４】各サブアレイにて合成された受信信号
を、それぞれ周波数変換する周波数変換手段と、この周波数変換手段にて変換された各サブアレイの合成
出力を、それぞれディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換
手段と、このＡ／Ｄ変換手段にて変換された各サブアレイのディ
ジタル信号に対して、それぞれ振幅および位相の調整を
行なう補正手段とを備えることを特徴とする請求項２ま
たは請求項３に記載のアレイアンテナ装置。