JPS5961304A - 自動ビ−ム安定化式の走査アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 本発明は一般に走査アンテナに係し、特に走査整相アレ
イアンテナのビーム指間精度を自動的に安定化する装置
に係る。

公知技術の説明 走査アンテナ、特にマイクロ波着陸システムに見られる
ような整相アレイアンテナは、アンテナのアパーチャー
を監視するスロット付の導波管を使用していた。桔相ア
ンイにおいては、バイアスエラーはスペースの角度に無
関係である。これに対してビームボートアンテナの角度
エラーは、角度によって左右される。典型的にこれらの
導波管はアパーチャーに弱く結合され、そしてこれら導
波管は温度変化や、温度勾配や、部品の性能低下及び部
品交換からのようなアンテナ回路のＲＦ位相障害によっ
て生じたアレイビーム指向バイアスエラーを手動で検出
するのに使用できる。

発明の既製 本発明の目的は、ビームを自動的に安定させるアンテナ
を提供することである。

本発明の別の目的は、走査アレイアンテナのビーム指向
角をフィードバック回路網によって感知し、修正する装
置を提供することである。

本発明は、空間の選択された領域に所望の放射パターン
で波エネルギー信号を放射するアンテナシステムに係る
。本発明のシステムは、アンテナ素子のアレイを含むア
パーチャ−と、供給された波エネルギー信号をアンテナ
素子へ接続する第１手段とを備えている。、８２手段は
、供給された波エネルギー信号からアレイによって放射
されたビームを走査する。第６手段は、放射されたビー
ムのビーム指向角全測定し、そしてビーム指向角をあら
れず出力を発生する。第２手段に組み合わされた第４手
段は、放射ビームのビーム指向角を自動的に安定化する
ように、第６手段の出方に応答して放射ビームの走査を
制御する。木兄９Ｊのシステムは、更に空間結合モニタ
ーの出力に応答して警報を発する手段を備えている。

本発明及び本発明の他の目的をよく理解するため、添付
図面を参照して本発明を以下に詳細に説明する。本発明
の範囲は特許請求の範囲に規定する。

好ましい実施例の説明 本発明は、Ｈａｚｅｌｔｉｎｅ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏ
ｎ　Ｋ　％渡された参考としてここに取υ上げるＦｒａ
ｚｉｔａ氏等の米国特許第４，０４１，５０１号に開示
されているように、応走査ｊη相アレイアンテナと、素
子バタ・−ンを鋭くカットする限定走査整相アレイアン
プナシステムを使用したマイクロ波渚１幸システムに適
用テキる。第１［ｄを参照すると、一般にこのようなア
ンテナシステムは、１′）以上の放射素子を含み、これ
らの素子は、素子がアレイ軸に沿って配ＩＩ￥ｉ′、さ
れていて、しかも互いに成る距離だけ、１１ｆされてい
るようなアレイを形成している。それぞれの素子は分配
網２により、これら素子に接続された複数の移相器９の
中の対応する移相２ｔを経由して電力分割器８に結合さ
れている。発信器１１と電力分割器８から発せられる波
エネルギー信号は、移相器９に対して相対的な千ご相値
を適切に選択することにより、アンテナ素子１２が選択
された角度領域の空間に所望の放射パターンで放射する
ように、移相器９Ｖこよってアンテナ素子に供給される
。移相器９の相対的な位相値の変化はコントロールライ
ン２２を経由してビーム操向ユニット１０によシ得られ
、その結果放射アンテナパターンが空間の角度Ａに対し
方向を変える。以上のことがら移相器９とビーム操向ユ
ニット１０は、電力分割器８と分配網２によってアレイ
１の素子に結合された発信器１１から波エネルギー信号
が送られることにより、アレイ１のアンテナ素子により
放射ビームを走査する手段３を形成する。

走査アンテナの特性や、アパーチャーの長さ、素子間隔
、分配網２の特定の構成などの設計パラメーターを選択
する技術は公知である。これらのパラメーターは、参考
として取り上げる米国特許第４．０４１．５０１号に充
分に記載されている。

放射ビームのビーム指向角を安定させるため、アパーチ
ャーマニフォールド４がアレイ１のアンテナ素子に組み
合わされている。このマニフオールド４は出力１２から
供給される信号を形成する手段であυ、この信号は放射
ビームのビーム指向角を表わしている。マニフォールド
４は非常に安定性のよい導波管、或いは特殊設計のマニ
フオールドであシ、これはアレイ１に直結されていて、
固有周波数（位相）及び温度の影響を避けるためにその
中心において信号が供給される特別設計の器材である。

また、このように中心で信号を供給すれば、周波数及び
絶対温度の変化に対する重大な影響も排除される。

ここに使用されるマニフォールド４は、導波管或いは電
力結合器を含む何らかの形式の信号サンプリング装置を
指す。安定性のよいマニフォールドとは、周波数や温度
の変化に不感なものを指し、これは本発明による整相ア
レイと組み合わせて特定の角度におけるバイアスエラー
を検出するのに使用されるものである。マニフォールド
４は、整相アレイに対して特定の角度で空間に設置され
たプローブと機能的に等しい。本発明に従って使用され
るマニフオールドは、マニフオールドの総てのサンプリ
ングポイントがゼロ位相であるように放射エネルギー全
監視するように構成されたスロント付導波管である。こ
のように全てのポイントにおいてゼロ位相をサンプリン
グする機構によりマニフォールド４の中心信号供給が得
られる。

モニター４の出力１２に応じて放射ビームの走査を制御
するために、マニフオールド４の出力１２は手段３と組
み合わされている手段５と結合される。特に専用のアパ
ーチャーマニフオールド４は、走査ビームアンテナアレ
イ１の一体部分の導波管である。Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏ
ｎａｌ　Ｃ１ｖｉｌ　Ａｖｉａｔｌｏｎ　Ｏｒｇａ−ｎ
ｉｚａｔｉｏｎ　（ＩＣＡＯ）　　で規定されたフォー
マットに従って変調を行なうマイクロ波着陸システムに
おいては、マニフォールド４はアレイ１のアパーチャー
から放射されるＴＯ−ＦＲＯ″　のビームラ表わす信号
全出力１２に発生する。”ＴＯ−ＦＲＯ″　を表わす信
号は、ダイオード検出器１６により検出され増巾器１４
によシ増巾される。検出されそして増巾された信号は、
ドエルゲートプロセンサーのような角度デコーダー１５
に供給され、ここでＴｏ−ＦＲＯ”を表わす信号がビー
ム指向角にデコードされデジタルデータに変換される。

このデジタルデータは処理のためにＣＰＵ１６に供給さ
れる。

ＣＰＵＩ＜５は、データからアレイのビーム指向角を決
定シフ、それをメモリーに記憶しである所定値と比較す
る安定化ソフトウェアを備えている。これらの比較され
る値の差は、ビーム操向ユニット１０に与えられる修正
データを表わしている。ユニット１０は修正データを処
理し、これを用いて移相器２２を調整し、検出されたビ
ーム指向角エラーを除くか、又は最少限度に抑える。

手段５は、マニフオールド４の出力１２に応答して放射
ビームの走査を制御する。ＣＰ’Ｕ１６は走−ダー１５
は、始期と終期を＠出Ｅ２、この検出された情報をＣＰ
Ｕｌ６に供給する。ＣＰＵ１６はこの情報を分析し、開
始部の終わりにクロックの作動を開始させ、終了部の終
わりにクロックを停止させる。始期と終期の間、絶えず
ダイオード検出器１６、増巾器１４そして角度デコーダ
ー１５は、アンテナ素子から放射されて、マニフォール
ド４で受信されるビームの走査角を監視する。この絶え
間ない監視情報はＣＰＵ１６に供給され別々にサンプル
される。サンプルされた情報はＣＰＵ１６によって処理
され、これによシ放射ビームの位相角が定められる。こ
の位相角はＣＰＵ１６のメモリに記憶されている所望の
位相角と比較される。これらの比較された角度間にもし
差があれば、この差ｉ１：ｃＰＵ１６により、ビーム操
向ユニット１０に送られる制御信号に変換される１、こ
の制御信号を受けると、ビーム操向ユニット１０は、こ
の制御信号に応じて移相器の命令２２衾調整する。この
ように走査ビームのスタート／ストップの時間は、検出
されるいかなるビーム指向エラーも除去するが最少限に
するように応答して調整されるのが好ましい。この別の
構成においては、ビーム操向アルゴリズムの変更が回避
される。各走査ごとにこのサイクルがくり返される。

その結果として、マニュフオールド４の出力１２に応答
して放射ビームの走査を制御する手段５は、マニフォー
ルド４として描かれている’Ａ　ＬＪ器１３、−１４、
デコーダー１５、Ｃ１）Ｕ１６の形をとっているアンテ
ナ素子から独立している回路に　　−よシ、自動ビーム
安定機能を果たす。好ましい実施例においては、ＣＰＵ
１６から供給される制御信号は移相器の命令２２やマイ
クロ波着陸システムの場合は走査ビームのスタート／ス
ト７１時間に１ＡｊＪＩするようにビーム操向ユニット
により使用される。従って、本発明の自動ビーム安定化
ではビーム操向アルゴリズムが変更されない。

アンテナ素子１は、帯域中１．５％内での周波数感度を
除くために、中心信号供給されるスロット付導波管空胴
でよい。導波管空胴の長さは、６波が一定位相を持つよ
うな、定常波を形成するような長さにされる。これらの
ことはラインアンテナフィード（つまυ放射アンテナフ
ィード）のような共振フィードによシ達成される。この
定常波の各半波長は、放射素子（つまυスロット付導波
管空胴においてはスロットである）に結合される。

導波管は、適切なインピーダンス整合を与えるように、
リッジ負荷がかけられる。スロット付導波管の場合は、
このようにリッジ負荷をかけることは、胴内にリッジを
配置することである。この導波管構成では、導波管から
放射される絶対電力は放射ビームにつれて変化するが、
相対的電力は一定に保たれる。このため、安定性のよい
マニフオールドはバイアスエラーの正確に監視するよう
に直接導波管に結合できる。

又、放射ビーノ、のビーム指向角を監視して、これを表
わす出力（８号１７ｆ：供給するように、本発明による
アンテナシステムには、フィールドモニターアンテナ７
を含む・別個の独立した手段６を設けてもよい。このフ
ィールドモニター７は、フィールド監視回路１８に接続
された空間結合モニターである。このモニター回路は、
出力１７をこれに対応する所定の大きさのフィールド信
号２６に変換する。回路１８は比“較器に出力情報を与
え比較器１９はメモリー２０からも出力情報を受ける。

メモリー２０はその瞬間瞬間に受は容れられるビーム指
向角に関する情報を記憶している。比較器２０は、フィ
ールド監視回路１８の出力とメモリー２０からザンプル
した情報を比較し、比較結果があらかじめ決定している
限度を越えた時には警帽器２１を作動きせる。以上のよ
うに手段６とモニター７１−Ｊ′、それぞれ別個にマニ
フォールドや自動安定化回路或いはアレイシステムの故
障を検出するのに使用できる。

以上、本発明の好ましい実施例を説明してきたが、本発
明の技術が本発明から逸脱することなく様々に変更、修
正できることは明らかである。従って、このような変更
や修正はすべて本発明の真の精神と範囲内に含１れるも
のとする。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明によるアンテナシステムを示すブロッ
ク図である。 １・・・アレイ　　　　　　　２・・・分配網６・・・
ビーム走査手段　　４・・・アンテナマニフォールド５
・・・走査制御手段　　６・・・ビーム指向角監視手段
７・・・フィールドモニターアンテナ ８・・・電力分割器　　　　９・・・移相器１０・・・
ヒーム操向ユニット １６・・・ダイオード検出器　１４・・・増巾器１５・
・・角度デコーダー　　１６・・・ＣＰＵ１８・・・フ
ィールドモニター回路 １９・・・比Ｉｆ９．器 ２０・・・メモリー ２１・・・警報装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　波エネルギー信号を、アパーチャを含む所望の放
   射パターンで空間の選択された領域に放射するアンテナ
   システムであって、このアンテナシステムはアンテナ素
   子のアレイと、供給された波エネルギー信号を上記アン
   テナ素子に結合する第１手段と、上記アレイによって放
   射されたビームをビーム操向アルゴリズムに従って走査
   する第２段とを具備し、上記ビームはアンテナ素子に結
   合された上記供給された波エネルギー信号から生じる様
   なアンテナシステムにおいて、 （ａ）　　ビーム指向角を表わす信号を形成する第３手
   段表、 ・（切　上記第２手段に組み合わされ、上記第６手段の
   信号に応答して上記放射ビームの走査を制御し、これに
   より上記放射ビームのビーム指向角を自動的に安定化す
   る第４手段と金更に具備することを特徴とするアンテナ
   システム。 ２、上記第６手段は、上記アパーチャーに直結された第
   １マニフオールドを備え、このマニフォールドは上記ア
   パーチャーにより放射されるビームのビーム指向角を表
   わす出力を発生する特許請求の範囲第１項に記載のアン
   テナ。 ６、上記第４手段は、上記第６手段の出力を検出する検
   出手段と、上記検出手段に組み合わされ、上記第６手段
   の上記検出された出力によって表わされたビーム指向角
   に相当する出力を発生するデコード手段と、上記デコー
   ド手段に応答して上記放射ビームの走査角を制御する制
   御手段とを備えた特許請求の範囲第１項又は第２項に記
   載のアンテナ。