JPS6089766A - アンテナ測定方式 - Google Patents

アンテナ測定方式

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JPS6089766A
JPS6089766A JP19710983A JP19710983A JPS6089766A JP S6089766 A JPS6089766 A JP S6089766A JP 19710983 A JP19710983 A JP 19710983A JP 19710983 A JP19710983 A JP 19710983A JP S6089766 A JPS6089766 A JP S6089766A
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  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

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】 〔発明の技術分野〕 この発明は複数個の素子アンテナから成り、各素子アン
テナに可変移相器ケつなぎ、これら移相器の設定位相ヲ
寛子的に制御してビーム走査や放射パターンの合成ケ行
なう、いわゆるフェーズドアレーアンテナ(phase
d array antenna 、以下。
フェーズドアレーと略丁。)において、全素子アンテナ
が動作している。ある基準状態で、各素子アンテナの振
幅パターンおよび位相パターンケ測定するアンテナ測定
システムに関するものである。
〔従来技術〕
フェーズドアレーケ含めてアンテナは一般に。
いわゆる遠方界の領域で電波ケ送受信するため。
その放射パターンの測定は2通常、遠方界領域で行われ
る。ここで、アンテナの直径WD、 電波の波長アλと
するとき、遠方界領域となるための観従って、フェーズ
ドアレーでも、素子アンテナの数が多く、そのアレー全
体の開口径が大きくなるほど観測距離Rが大きくなり、
広い測定場ン必要とする。
又、観測距離Rが大きいほど屋外で測定することになる
が、この場合には、電波法の規制が問題になることもあ
る。
これらの不都合ケ避けるため、外部と遮蔽され。
電波の反射のない、いわゆる電波暗室内にアンテナ?持
込み、アンテナの近傍界をプローブアンテナによって測
定し、この結果ケ計算処理して遠方界請求める易いう、
いわゆる近傍界測定法がある。
しかし、フェーズドアレーでは、ビーム走査角や所望の
合成放射パターンン変えるごとに、各素子アンテナの励
振振幅位相分布が異なる。従って。
こねに上記の近傍界測定法ケそのママ適用したのでは、
アレーの励振分布7変えるごとにプローブアンテナの機
械的走査と近傍界のデータ取得ン繰返すことになり、フ
ェーズドアレーの開口が平面状で、素子数か増大し、ア
レー開口径が大きくなるほど、膨大な測定時間を必要と
し、現実に測定が実行不可能となる。
〔発明の概要〕
この発明は、上記の欠点ケ除くためになされたもので、
フェーズドアレーの近傍界の領域で、プローブアンテナ
の一つの位醤で、各素子アンテナの相対的な振幅と位相
ケ、従来からある方法ケ応用して測定し、こわ乞計算処
理することによって。
プローブアンテナの1回の様械的走査ケ行なうだけで、
任意の所望の励損振幅位相分布ン設定するために必要な
、全素子アンテナ動作中での任意の基準状態における各
素子アンテナの振幅パターンおよび位相パターン7高速
に、精度よく測定するアンテナ測定システムケ提供する
ものである。以下1図面ケ用いて詳細に説明する。なお
、説明の便宜上、ここでは、フェーズドアレー?送信側
プローブアンテナを受信側として考える。又、近傍界測
定においては、供試アンテナとしてのフェーズドアレー
と、プローブアンテナのいずれを移? 動、あるいは回転させても構わないが、ここでは。
プローブアンテナ?移動し9機械的走査させる場合につ
いて説明する。
〔発明の実施例〕
p1図はこの発明によるアンテナ測定システムン説明す
る図で、(1)は送信機、(2)は電力分配器。
<(Il、 G3. ・・−(3n)は移相器、 (i
ll、 (42・−・(4n) は素子アンテナである
。電力分配器(2)、移相器C(I)、 az。
・・・(+n) 、素子アンテナ(411,(4り、・
・・(4n)によってフェーズドアレー(5)ケ構成し
ている。(6)はプローブアンテナ、(7)は受信機、
 (a+I/i計算様である。プローブアンテナ(6)
は素子アンテナ(41)、 (42,’−’ (4n)
の配列IQ!+に平行に移動する。プローブアンテナ(
6)と前記配列軸との距離rについては、一つの素子ア
ンテナの開口径dに対して、そのプローブアンテナ位f
値での観測点が十分、遠方界になればよい。
但し、第1図のように全素子アンテナが給電さゎたアレ
ー動作状態においては、素子アンテナ間の箱、気的な相
互結合や= 11rJIする素子アンテナによる散乱な
どの影響から、一つの素子アンテナの実効的な有効開ロ
径は大きく4「る。通常、一つの素子アンテナについて
1.その素子アンテナの両側の二つの素子アンテナから
の相互結合ケ考えねば実用上十分であり、従って、上記
の有効開口径は5dと考えねばよい。丁なわち、上記の
距11[fIrは次式このrは、フェーズドアレー(5
)の全開口径に比べねば、一般に十分小さくアレーの近
傍界の領域内にある、 さて、第1図において、各移相器C’l++、 C(ニ
ア、・・・(6n)はある基準の励振位相状態1例えは
全ての移相器が位相0° に設定されているものとする
。又、プローブアンテナ(6)はある位(tPl にあ
るとする。
このとき、各素子アンテナ(4υ、 (42,・・・(
4n)からの放射電界e、f11.θ2(11,・・・
の合成されたものがプローブアンテナ(6)によって受
信され、その受信信号は受信機(7)に入り、その信号
が計算機(8)に入力され、計算、処理される。
ここで9着目する素子アンテナ、例えは素子アンテナ0
υについて、これにつながれた移相器CDの設定位相ン
0°lJSら変化さ+!°ていく。この結果、プローブ
アンテナ(6)で受信される合成電界は、この一つの素
子アンテナ(41)の放射電界の位相変化△にしたがっ
て変化する。この合成電界の振幅Aの変化ケ受信機(7
)によって測定し、計算機(8)によって。
振幅A(7”)最大値と最小値の比p、および振幅A’
%’最大にする位相変化景△−△oをめ、こわらのpと
△0とから移相器C(+1 、 C1:M 、・・・の
設定位相が全て0″ とした最初の基準状態においてプ
ローブアンテナ(6)で受信される基準の合成電界E1
 に対する素子アンテナ(41)からの放射電界e1(
11の相対値(1) e1/E1の振幅と位相が決定される。次に、移相器C
31)の設定位相′fX−0° に戻し、移相器G3の
設定位相を0°から変化させ、同様にして合成電界の振
幅変化ケ止11定し、計算処理することによって、基準
状態での素子アンテナ(421からの放射電界e2(1
)の相対値e2”’/ F=1’r知ることができる。
こわらの操作ケ各素子アンテナについて繰り返し行えは
、全(11 ての素子アンテナの、そイ1ぞれの放射電界e1゜02
(11,・・・の基準合成44U界E1 に対する相対
振幅と相対位相が得られる。この方法は遠方界領域にお
ける測定法として知られており、1982年発行の電子
通信学会論文誌第、r65−B巻5号第555頁〜第5
60頁に記載されている。
しかし、この発明においては、遠方界での測定とは異な
り、第1図において、プローブアンテナ(1)はフェー
ズドアレー(5)の近傍界に置かわているため、各素子
アンテナ(411,(4’A、−(4n) とプローブ
アンテナ(6)との相対距離および相互の指向方向がそ
わそれ異なっている。従って、フェーズドアレー(5)
の十分遠方となる領域では、各素子アンテナから観測点
までの距離や方向の条件が異なるため、上記の測定によ
って得られた結果に対して。
各素子アンテナ(411,θ2.・・・(4n)とプロ
ーブアンテナ(6)との間の相対距離や相対的指向方向
でのプローブアンテナ(6)の放射指向性ケ補正下るこ
とが必要である。これは、既に知られている各素子アン
テナθ11. (47J、・・・(4n) とプローブ
アンテナ(6)の位置P1 のデータ、およびプローブ
アンテナ(6)の放射指向性から、計算機(8)夕月い
て計算し、補正することができる。
移相器としては9通常9位相ケ量子化して設定するディ
ジタル移相器が用いられ、−例として。
Xバンドのダイオード移相器のスイッチングスピ−1”
7r500n8θCl!ニーrると、3 ヒツト移相5
テ。
素子アンテナ数ン1000とするとき、上記の測定時間
は。
500n 58CX2 X1000 = 41n880
となる。これに受信機の応答速度や計算機の処理時間ン
加えてもプローブアンテナ(6)が移動して機械的に走
査する時間に比べて十分小さい。
さて、ここまでは、従来の方法ケ応用して測定すること
ができるが9次に、プローブアンテナ(6)の位置ケP
1 からB2 に移動しに場合には次のような新たな問
題が発生する。丁なわち、プローブアンテナ(6)がB
2 の位置にあるときの、基準位相状態での合成t″J
f−E2 はPl にあるときの合成電界E1 とは一
般に振幅1位相とも異なる。
従って、B2 にあるときの各素子アンテナから+21
 +21 の放射電界θ1+02+ ・・・のB2 に対する相対
値てめられるが、更に、81(1)と 01f21 、
あるいはe2(1)と 0232)などの間の相対関係
を明らかに下るためには、二つの基準状態での合成電界
値E1とB2との間の振幅9位相関係ン求めなければな
らない。
従って2次に1図?用いてこわらEl とB2 の相対
値ケ測定するこの発明による方法ケ説明する。
第2図において、(9)は方向性結合器、aυは給電線
、α1)は振幅位相受信機である。すなわち、第2図に
おいては給電線+IGY介して一定の基準信号B。
ン振幅位相受信機(illに入力させ、この信号EQ 
に対して、プローブアンテナ(6)で受信される合成電
界Ej 、 Pi2・・・ の相対振幅、相対位相ケ測
定する。
これによって、B1とB2の関係がめられる。
第3図において、02は基準アンテナ、031は給電線
である。
丁なわち、第3図では、固定された基準アンテナ0zか
らの信号ケ基準信号Eo として用いることによって、
プローブアンテナ(6)からの合成信号E1とB2 の
相対値をめることが−できる。
しかし、第2図、第3図とも9位相の測定ケ行なってお
り9周波数が高くなるほど、測定系の設定状態のわずか
の変化などが位相の測定に大きく影響し1位相の測定精
度が悪くなる。従って1次に9本発明による振幅のみの
測定によって位相ケ求め1位相測定の高精度化の方法Y
図ン用いて説明する。
第4図において、二つのプローブアンテナ(6a)(6
b)はそれぞれPi + B2 の位置にあり、一方の
プローブアンテナ(6a)にll−1′移相器(141
とスイッチ(15a)が、他方のプローブアンテナ(6
b)には、スイッチ(15b)かつなかねでおり、そわ
それの経路はスイッチ(15a)、 (15b)の後で
一緒になって受信機(7)につながオ]ている。第4図
において、まず、スイッチ(15a) ’i接続状態(
以下、ONとする)とし。
スイッチ(151)) ′Pr−開放状態(以下、OF
Fとする)とし、移相器α4は位相0° に設定する。
この状態では一方のプローブアンテナ(6a)からのみ
受信さね、したがって、第1図を用いて説明した測定法
ケ用いることによって、フェーズドアレー(511tl
llの各素子アンテナの放射電界のPl 点における相
対振幅9位相の測定ができる一次に、スイッチ(i5a
)ケOFFとし、スイッチ(15b)をONとして、同
様にia+定丁れはB2 点での相対振幅9位相がめら
ねる一次に、スイッチ(15a) と(15b) ’7
共にONとし、且つ、フェーズドアレー(5)側の各素
子アンテナの移相器の設定位相ン基準状態にする。
この状態で、移相器04)の設定位相?θ°から変化さ
せて、そのときの二つのプローブアンテナ(6a)(6
b)からの信号の合成信号の振幅変化?測定し。
計算処理″″rわは、前の方法と同様にして、プローブ
アンテナ(6a) K入る合成電界E1 とプローブア
ンテナ(6b)に入る合成電界E2 との間の相対振幅
位相が決定される。こわらの結果から、測定点P1とB
2とにおける各素子アンテナからの放射電界の相対振幅
1位相値ケ求めることができる。更に、プローブアンテ
ナ(6a) ’Y B2 の位置に移し。
プローブアンチ’)(6b)v次のB5 に移せは、同
様にしてB2とB3とにおける各素子アンテナからの放
射電界の相対振幅1位相値ケ求めることができるう以下
、この操作ケプローブアンテナの必要な移動範囲にわた
って繰り返″″4−ことによって、全ての素子アンテナ
の必要な観測角度範囲内の放射電界の振幅値と位相値ケ
求めることができる。
第5図は、第4図の構成ケ改良したもので、プローブア
ンテナ(6b)にのみスイッチ(tSがつながれている
。Tなわち、第4図では、二つのプローブアンテナ(6
a)、 (6b)がある位置に置かれた状態で。
二つのスイッチ(15a)、 (15b) の一方70
 N、他方72OFF[する二つの状態でそれぞれ各素
子アンテナの相対振幅9位相の測定ン行なった。一方。
第5図では9次に述べるように、一方のプローブアンテ
ナ(6a)による411)定だけで十分である。丁なわ
ぢ、第5図において、スイッチ(151’(r−OFF
にして、プローブアンテナ(6a)のみケ受信状態にし
て。
フェーズドアレー(5)の各素子アンテナの相対振幅。
位相ケ測定する一次に、スイッチ05’FONとし。
フェーズドアレー(5)の各移相器ケ基準状態とし。
移相器04)の位相変化によってPlとP2での合成電
界E1とE2の相対振幅9位相ケ測定する。但し。
この場合、プローブアンテナ(6a)につな力彎ってい
る測定経路とプローブアンテナ(6b)につなかねてい
る測定経路の違いに基づく、そわぞわの経路の間の振幅
9位相のずれ(一定値)は予め測定しておいて、上記の
ElとE2の相対値の測定の際に補正するものとする。
次に、プローブアンテナ(6a)を第5図のプローブア
ンテナ(6b)の位置P2 にずらし、プローブアンテ
ナ(6b) Y P3 の位置に移丁状態にする。この
状態で、スイッチ051′?OFFにし、p2 の位置
にあるプローブアンテナ(6a) Kよって各素子アン
テナの相対振幅9位相ケ測り、又。
スイッチQ51Ft−ONにし、移相器(141’(r
−利用して1点P2 とP3 での合成電界E2とE3
との相対振幅。
位相をめる。
以下、同様の操作?繰り返丁ことによって、各点P1 
、 P2 、 p3・・・での各素子アンテナの放射電
界の振幅9位相がめられる。
第6図は、この発明の更に他の実施例である。
第6図において、移相器α4の設定位相ケ00 にして
、フェーズドアレー(5)の素子アンテナの放射電界の
相対振幅1位相ン前の方法で測定する。
第6図では二つのプローブアンテナ(6a)、 (6b
)が同時に受信状態にあり1例えは素子アンテナ0υか
らの放射電界のうち、Pi にあるプローブアンテナ(
6a)とP2 にあるプローブアンテナ(6b)で受信
される受信電界ケそれぞれθ1(11,0,+21 と
し、又。
フェーズドアレー【5)の全素子アンテナG11l、 
(4a、・・・からの基準合成電界’ir’ Pl、 
P2 でそわぞれ”1 * ”2と丁わは、受信機(7
)では。
なる信号が測定さI″lる。次に、移相器■の設定位相
ケ180°にして、同様の測定ン行えは、受信機(7)
では。
−81(1)や。1(2) 2−141 −E1+E2 なる信号が測定される。更に、フェーズドアレー(5;
の設定位相ケ基準状態にして、移相器α4の設定位相を
変化させねば、先に述べた方法により。
ElとE2の相対値に2/y、1がめられる。
従って、これケ式i3+、 (41に用いねば 、1+
11と01(21の相対値が得られる。
次にプローブアンテナ(6a)、 (6b)ケそわぞI
′1”2 * P5 の位置に移動して同様の操作ン繰
り返丁。
以下、同様にして、必要なデータが得られる。この場合
、最初のPl 、 P2 の状態で1式(31,(41
に関係して、el”” 、/fi2がまっているから、
2度目のp2 、 P3 の状態では、移相器Iの設定
位相ンo0の状態のみで測定することによって必要なデ
ータが得られる。但し、この場合は誤差が累積さね、て
いく。この第6図の実施例でも、全て、振幅のみケ測定
し9位相の611]定?必要としていない。
次に、偏波の問題に対するこの発明の対応について説明
する。
一般に、素子アンテナとプローブアンテナの相対位置に
よって9両者の偏波は一致しない。従って9例えは第1
図において、プローブアンテナ(6)を、その偏波方向
が互いに直交するような二つの状態にして測定?2度行
なうことによって、全ての偏波成分について必要な測定
データケ取得することができる、第7図は、このような
場合のこの発明の実施例の部分的な[シ1であり、αe
け回転器である。第7図において、プローブアンテナ(
6)はそのアンテナ開口面に垂直な軸を中心に回転器0
0によって回転することができる。互いに900 回転
させた二つの状態で測定ケ行なうことによって。
上述の全ての偏波成分の4)11定ンすることができる
第8図では、プローブアンテナ(61K偏波切換え器a
ηがついている。この偏波切換え器aηはプローブアン
テナ(6)の偏波ン切19!えるものであり、これによ
って第7図の場合と同様の効果ケ得ることができる。偏
波切換え器もっとしては′眠気的あるいは機械的に偏波
面ケ変えるものが使わわる。
以上の説明より明らかなように、この発明によるアンテ
ナ測定システムでは、プローブアンテナの機械的走五を
一度行なうだけで、各素子アンテナの必要な観測角度範
囲内の放射電界の振幅および位相’l 1117 If
よくめることができる。特に、移相器ケ利用することに
よる測定時間の短縮化、および位相′611i定ケ振幅
6!li定でイ6′き換えたことによる高精度化、更に
こわらの測定7フエーズドアレーの近傍界領域で行なう
ことによる測定空間の縮小化が本発明の特長である。
以上は、フェーズドアレー側ケ送信に、プローブアンテ
ナ(Ill ’&受信側として説明しだが、送信と受信
ン逆にしても同様の効果が得られる。又、実施例では、
フエーズドアレーケ固定し、プローブアンテナを移動し
たが、プローブアンテナケ固定し、フエーズドアレーケ
移動又は回転してもよく。
更に両者ン同時に動くようにしても構わない。
〔発明の効果〕
この発明は9以上のように、フェーズドアレーアンテナ
の近傍に移動するブローブアンテナ装置き、こねに受信
機と計算機?接続し、各素子アンテナにつながれた移相
器の設定位相ケ変化させて各素子アンテナの放射電界の
相対裾幅9位相ン高速にめ、更に、ブローブアンテナン
2台用意してプローブアンテナの位置の違いによる合成
電界の変化ケ補正することによって、又、プローブアン
テナに偏波回転機構ケ設ける・ことによって、プローブ
アンテナの1回ないし2回の機械的走査によって全ての
素子アンテナの放射電界の振幅パターンと位相パターン
ケ高速に精度よく、且つ、室内で測定できるという効果
がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例の基本的な概略構成図、第2
図はプローブアンテナの位置の変化による合成電界の変
化ン補正するために、給電線により別に基準侶号を作る
ときのこの発明の詳細な説明図、第3図は同じく基準ア
ンテナケ設けて上記の補正ケ行なう場合の説明図、第4
図と第5図はこの発明の他の実施例ケ示すプローブアン
テナ72個用いた概略構成図、第6図は同じく、2個の
プローブアンテナに移相器ケ用いて構成したこの発明の
更に他の実施例の説明図、第7図と第8[ツ1はプロー
ブアンテナの偏波面?回転させるようにしたこの発明の
実施例の−1(15分的な説明図である。 図中、(1)は送信機、(2)は霜、力分配器、0υ、
03゜・・・は移相器、 +41)、 (47J、・・
・は素子アンテナ、(5)はフェーズドアレーアンテナ
、(6)はプローブアンテナ。 (7)は受信機、 +81(d′計算機、(9)は方向
性結合器、 oaけ給電線、 (illは振幅位相受信
機、02は基準アンテナ、 fi41は移相器、α51
. (15a)、(15b) Idスイッチ。 (ttaは回転器、(1ηは偏波切換え器である。 なお9図中、同一あるいは相当部分には同一符号ケ付し
て示しである。 代理人大岩増雄 第 1 図 第2図 ) 第3図 1 第4図 す 第5図 」 第 6 m 1 〉 第7図 三・:)8図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (11複数個の素子アンテナとそれぞれの素子アンテナ
    につなかわた移相器とから成るアレーアンテナと、この
    アレーアンテナに対向して設けられたプローブアンテナ
    と、上記アレーアンテナとプローブアンテナのいずれか
    一方に接続さゎた送信機および他方に接続された受信機
    と、上記アレーアンテナ又はブローブアンテナケ移動あ
    るいは回転させる手段と、上記各移相器の設定位相を逐
    次変化させたときの上記受信機の受信信号の振幅変化?
    計算処理して各素子アンテナの放射電界の間の相対振幅
    とIl’l対位相ケ求め、かつ、上記プローブアンテナ
    のアレーアンテナとの相対位置ヶ変えることに、上記プ
    ローブアンテナの位醤の違いによる上記アレーアンテナ
    の基準合成電界の変化Y。 予め測定でめた値?用いて補正することによって、」二
    記アレーアンテナの各素子アンテナの放射電界の振幅パ
    ターンと位相パターンア求める計a機とを具備したこと
    を特徴とするアンテナ1f111定システム。 (2)受信機として振幅位相受信機ケ用い、かつ送信機
    の出力の一部ケ取出丁とともにそtl、w基準信号とし
    て上記振幅位相受信機に入力させる方向性結合器及び給
    電線ケ設けてアレーアンテナの基準合成電界の変化V 
    ff111定するようにしたことケ特徴とする特許請求
    の範囲第+11項記載のアンテナ測定システム。 (31受信機として振幅位相受信機ケ用い、かつアレー
    アンテナに対向して配置されその受信信号を基準信号と
    して上記振幅位相受信機に入力させる基準アンテナを設
    けてアレーアンテナの基準合成電界の変化ケ測定するよ
    うにしたことケ特徴とする特許請求の範囲第(11項記
    載のアンテナ測定システム。 (4)プローブアンテナ72個用い、プローブアンテナ
    の一方に移相器ケ接続してアレーアンテナの基準合成電
    界の変化番測定するようにしたことを特徴とする特許請
    求の範囲第(1)項記載のアンテナ測定システム。 (5) プローブアンテナを2個用い、プローブアンテ
    ナの一方に移相器ン接続するとともに上記プローブアン
    テナのいすわか一つ又は両方にスイッチを接続してアレ
    ーアンテナの基準合成′蜆界の変化ケ測定するようにし
    たことン特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載のア
    ンテナ測定システム。 (6)プローブアンテナにプローブアンテナの偏波面?
    空間的に回転させる回転器あるいは偏波切換器ケ設けた
    こと7特徴とする特許請求の範囲第(1)項、第(4)
    項および第(5)項のいずれか記載のアンテナ徂]定シ
    ステム。 (7)素子アンテナの開口寸法Y7−eL 、使用する
    電波の波長ンλとするときアレーアンテナの各素子アン
    テナが配列さ11.ている面とプローブアンテナなる関
    係ケ満足していること弔・特徴とする特許請求の範囲第
    (1)項〜第(6)項のいずi勇1記載のアンテナ測定
    システム。
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