JPWO2017009972A1 - Antenna device and antenna excitation method - Google Patents

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Abstract

素子アンテナ2−1〜2−Nの間で相互結合が生じている状態での各素子アンテナ2−n(n=1,2,・・・,N)の放射パターンgn(θm)と、素子アンテナ2−1〜2−Nの間で相互結合が生じていない状態でのフェーズドアレーアンテナ1の放射パターンE(θm)とを用いて、素子アンテナ2−nが受けている相互結合の影響を補償する補償ベクトルwnを算出する補償ベクトル算出部26を設け、移相器制御装置27が、補償ベクトル算出部26により算出された補償ベクトルwnを用いて、素子アンテナ2−1〜2−Nの励振位相φ1〜φNを設定し、その励振位相φ1〜φNを移相器3−1〜3−Nに指示する。Radiation pattern gn (θm) of each element antenna 2-n (n = 1, 2,..., N) in a state where mutual coupling occurs between the element antennas 2-1 to 2-N, and the element Using the radiation pattern E (θm) of the phased array antenna 1 in a state where no mutual coupling occurs between the antennas 2-1 to 2-N, the influence of the mutual coupling received by the element antenna 2-n is affected. A compensation vector calculation unit 26 for calculating a compensation vector wn to be compensated is provided, and the phase shifter control device 27 uses the compensation vector wn calculated by the compensation vector calculation unit 26 to control the element antennas 2-1 to 2-N. The excitation phases φ1 to φN are set, and the excitation phases φ1 to φN are instructed to the phase shifters 3-1 to 3 -N.

Description

この発明は、フェーズドアレーアンテナを構成している複数の素子アンテナの励振位相を時分割で変化させて、複数の素子アンテナの間の相互結合の影響を補償するアンテナ装置及びアンテナ励振方法に関するものである。   The present invention relates to an antenna device and an antenna excitation method for compensating for the influence of mutual coupling between a plurality of element antennas by changing the excitation phases of a plurality of element antennas constituting a phased array antenna in a time division manner. is there.

フェーズドアレーアンテナを実装しているアンテナ装置では、複数の素子アンテナに接続されている移相器の移相量を制御することで、電子的にアンテナ放射パターンを制御することができるため、各種のレーダシステムや衛星搭載用アンテナとして広く利用されている。
ただし、フェーズドアレーアンテナを構成している複数の素子アンテナが狭い間隔で配置されている場合、複数の素子アンテナの間で相互結合が生じることがある。
相互結合が生じているとき、或る1つの素子アンテナを注目し、その注目している素子アンテナ以外の全ての素子アンテナを無反射終端の状態で、その注目している素子アンテナの放射パターンを測定すると、その放射パターンは、その注目している素子アンテナだけが単独で存在している場合の当該素子アンテナの放射パターンと異なるものとなる。このため、所望のアンテナ放射パターンが得られず、アンテナ特性の劣化を生じることがある。
In an antenna device equipped with a phased array antenna, the antenna radiation pattern can be controlled electronically by controlling the amount of phase shift of a phase shifter connected to a plurality of element antennas. Widely used as an antenna for radar systems and satellites.
However, when the plurality of element antennas constituting the phased array antenna are arranged at a narrow interval, mutual coupling may occur between the plurality of element antennas.
When mutual coupling occurs, pay attention to a certain element antenna, and with all element antennas other than the element antenna of interest in a non-reflective termination state, the radiation pattern of the element antenna of interest When measured, the radiation pattern is different from the radiation pattern of the element antenna when only the element antenna of interest is present alone. For this reason, a desired antenna radiation pattern cannot be obtained, and the antenna characteristics may be deteriorated.

以下の特許文献1には、複数の素子アンテナの間の相互結合の影響を補償しているアンテナ装置が開示されている。
このアンテナ装置では、相互結合が生じている状態での素子アンテナの放射パターンと、相互結合が生じていない状態での素子アンテナの放射パターンとから、相互結合の影響を表す相互結合行列を算出したのち、相互結合の影響を補償するための校正行列として、その相互結合行列の逆行列を算出するようにしている。
また、このアンテナ装置では、相互結合の影響を補償するための校正行列と、相互結合が生じていない状態での理想的な励振ベクトルとを乗算することで、相互結合を補償する励振ベクトルを算出するようにしている。
The following Patent Document 1 discloses an antenna device that compensates for the influence of mutual coupling between a plurality of element antennas.
In this antenna device, a mutual coupling matrix representing the influence of mutual coupling was calculated from the radiation pattern of the element antenna in a state where mutual coupling occurred and the radiation pattern of the element antenna in a state where mutual coupling did not occur. Thereafter, an inverse matrix of the mutual coupling matrix is calculated as a calibration matrix for compensating for the influence of the mutual coupling.
Also, in this antenna device, an excitation vector that compensates for mutual coupling is calculated by multiplying a calibration matrix for compensating for the influence of mutual coupling and an ideal excitation vector in a state where no mutual coupling occurs. Like to do.

このアンテナ装置では、その励振ベクトルで各素子アンテナを励振することにより、相互結合が補償されているアンテナ放射パターンを得るようにしている。
ただし、このアンテナ装置では、励振ベクトルを自在に制御するために、ディジタルビーム形成回路を用いているアンテナ構成、または、各素子アンテナに対して可変減衰器等の振幅制御用デバイスが設けられているフェーズドアレーアンテナを前提としている。
In this antenna apparatus, each element antenna is excited by the excitation vector, thereby obtaining an antenna radiation pattern in which mutual coupling is compensated.
However, in this antenna apparatus, in order to freely control the excitation vector, an antenna configuration using a digital beam forming circuit or an amplitude control device such as a variable attenuator is provided for each element antenna. A phased array antenna is assumed.

以下の非特許文献1には、相互結合の影響を補償する技術ではないが、フェーズドアレーアンテナの性能を高めるために、励振ベクトルを制御する技術として、時間ウェイトの概念を利用する時間変調アレーアンテナが提案されている。
この時間変調アレーアンテナは、励振位相を時分割で切り換え、それぞれの励振位相で受信された信号、あるいは、送信された信号を時間平均(時間積分)することで、等価的に所定の振幅分布を与えた状態と同じ効果(アンテナ放射パターン)を得るものである。
Non-Patent Document 1 below is not a technique for compensating for the influence of mutual coupling, but in order to improve the performance of a phased array antenna, as a technique for controlling an excitation vector, a time-modulated array antenna that uses the concept of time weighting Has been proposed.
This time-modulated array antenna switches the excitation phase in a time-sharing manner, and performs a time average (time integration) on the received signal or the transmitted signal at each excitation phase to equivalently obtain a predetermined amplitude distribution. The same effect (antenna radiation pattern) as the given state is obtained.

特開平9−148836号公報(段落[0010])Japanese Patent Laid-Open No. 9-148836 (paragraph [0010])

中西他、“共役関係を利用した位相制御型時間変調アレーアンテナ”,電子情報通信学会論文誌B, Vol.J97-B, No.7, pp.546-555,2014Nakanishi et al., “Phase-controlled time-modulated array antenna using conjugate relationship”, IEICE Transactions B, Vol.J97-B, No.7, pp.546-555, 2014

従来のアンテナ装置は以上のように構成されているので、相互結合の影響を表す相互結合行列を算出したのち、相互結合の影響を補償するための校正行列として、その相互結合行列の逆行列を算出し、さらに、その校正行列と理想的な励振ベクトルとを乗算するという段階的な演算処理を実施すれば、相互結合を補償することが可能な励振ベクトルを算出することができる。しかし、段階的な演算処理を実施するには、多くのメモリ量が必要になるほか、演算処理が完了するまでに多くの時間を要する。演算処理時間が長くなると、励振位相の切換周期を長くしなければならず、アンテナ放射パターンの制御上の制約を受けてしまうという課題があった。
また、励振ベクトルを自在に制御するには、各素子アンテナに対して可変減衰器などの振幅制御用デバイスを接続する必要があり、コスト高を招いてしまうという課題もあった。
Since the conventional antenna apparatus is configured as described above, after calculating the mutual coupling matrix representing the influence of mutual coupling, the inverse matrix of the mutual coupling matrix is used as a calibration matrix for compensating for the mutual coupling effect. If a stepwise calculation process of calculating and multiplying the calibration matrix and the ideal excitation vector is performed, an excitation vector capable of compensating for mutual coupling can be calculated. However, in order to perform stepwise calculation processing, a large amount of memory is required, and much time is required until calculation processing is completed. When the calculation processing time becomes long, the switching period of the excitation phase has to be lengthened, and there is a problem that the control of the antenna radiation pattern is restricted.
In addition, in order to freely control the excitation vector, it is necessary to connect a device for amplitude control such as a variable attenuator to each element antenna, which causes a problem of increasing costs.

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、段階的な演算処理を実施することなく、速やかに複数の素子アンテナの間の相互結合の影響を補償することができる振幅制御用デバイスが不要なアンテナ装置及びアンテナ励振方法を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and can perform amplitude control that can quickly compensate for the influence of mutual coupling between a plurality of element antennas without performing stepwise arithmetic processing. It is an object to obtain an antenna device and an antenna excitation method that do not require a device for use.

この発明に係るアンテナ装置は、フェーズドアレーアンテナを構成している複数の素子アンテナと、素子アンテナの励振位相を制御する複数の移相器と、複数の素子アンテナの間で相互結合が生じている状態での各素子アンテナの放射パターンを記憶している第1の放射パターン記憶部と、複数の素子アンテナの間で相互結合が生じていない状態でのフェーズドアレーアンテナの放射パターンを記憶している第2の放射パターン記憶部と、第1及び第2の放射パターン記憶部に記憶されている放射パターンを用いて、素子アンテナ毎に、当該素子アンテナが受けている相互結合の影響を補償する補償ベクトルを算出する補償ベクトル算出部とを設け、制御部が、補償ベクトル算出部により算出された補償ベクトルを用いて、複数の素子アンテナの励振位相を設定し、その励振位相を複数の移相器に指示するようにしたものである。   In the antenna device according to the present invention, mutual coupling occurs between the plurality of element antennas constituting the phased array antenna, the plurality of phase shifters for controlling the excitation phase of the element antenna, and the plurality of element antennas. The first radiation pattern storage unit storing the radiation pattern of each element antenna in the state, and the radiation pattern of the phased array antenna in a state where mutual coupling does not occur between the plurality of element antennas Compensation for compensating for the influence of mutual coupling received by the element antenna for each element antenna using the radiation pattern stored in the second radiation pattern storage unit and the first and second radiation pattern storage units A compensation vector calculation unit for calculating a vector, and the control unit uses the compensation vector calculated by the compensation vector calculation unit to generate a plurality of element antennas. Set the excitation phase, in which so as to instruct the excitation phase to a plurality of phase shifters.

この発明によれば、複数の素子アンテナの間で相互結合が生じている状態での各素子アンテナの放射パターンと、複数の素子アンテナの間で相互結合が生じていない状態でのフェーズドアレーアンテナの放射パターンとを用いて、素子アンテナ毎に、当該素子アンテナが受けている相互結合の影響を補償する補償ベクトルを算出する補償ベクトル算出部を設け、制御部が、補償ベクトル算出部により算出された補償ベクトルを用いて、複数の素子アンテナの励振位相を設定し、その励振位相を複数の移相器に指示するように構成したので、段階的な演算処理を実施することなく、速やかに複数の素子アンテナの間の相互結合の影響を補償することができる振幅制御用デバイスが不要なアンテナ装置が得られる効果がある。   According to the present invention, the radiation pattern of each element antenna in a state where mutual coupling occurs between a plurality of element antennas and the phased array antenna in a state where mutual coupling does not occur between the plurality of element antennas. A compensation vector calculation unit that calculates a compensation vector that compensates for the influence of mutual coupling received by the element antenna is provided for each element antenna using the radiation pattern, and the control unit is calculated by the compensation vector calculation unit. Using the compensation vector, the excitation phase of a plurality of element antennas is set and the excitation phase is instructed to a plurality of phase shifters. There is an effect of obtaining an antenna apparatus that does not require an amplitude control device that can compensate for the influence of mutual coupling between element antennas.

この発明の実施の形態1によるアンテナ装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the antenna apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1によるアンテナ装置のディジタル信号処理部20を示すハードウェア構成図である。It is a hardware block diagram which shows the digital signal processing part 20 of the antenna apparatus by Embodiment 1 of this invention. ディジタル信号処理部20がコンピュータで構成される場合のハードウェア構成図である。It is a hardware block diagram in case the digital signal processing part 20 is comprised with a computer. この発明の実施の形態1によるアンテナ装置のディジタル信号処理部20の処理内容(アンテナ励振方法)を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing content (antenna excitation method) of the digital signal processing part 20 of the antenna apparatus by Embodiment 1 of this invention. アンテナ放射パターンの具体例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the specific example of an antenna radiation pattern. この発明の実施の形態2によるアンテナ装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the antenna apparatus by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2によるアンテナ装置のディジタル信号処理部20及び時間平均算出部65等の処理内容(アンテナ励振方法)を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing content (antenna excitation method) of the digital signal processing part 20, the time average calculation part 65, etc. of the antenna device by Embodiment 2 of this invention.

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面にしたがって説明する。   Hereinafter, in order to describe the present invention in more detail, modes for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1によるアンテナ装置を示す構成図である。また、図2はこの発明の実施の形態1によるアンテナ装置のディジタル信号処理部20を示すハードウェア構成図である。
図1及び図2において、フェーズドアレーアンテナ1はN(Nは2以上の整数)本の素子アンテナ2−1〜2−Nから構成されている。
移相器3−1〜3−Nは移相器制御装置27の励振位相出力部30から出力された励振位相にしたがって素子アンテナ2−1〜2−Nの励振位相を制御する。
即ち、移相器3−1〜3−Nは励振位相出力部30から出力された励振位相にしたがって素子アンテナ2−1〜2−Nから出力された高周波信号(到来電波)の位相を変化させる。
電力合成器4は移相器3−1〜3−Nにより位相が変化された高周波信号を合成する信号合成部である。
Embodiment 1 FIG.
1 is a block diagram showing an antenna apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a hardware configuration diagram showing the digital signal processing unit 20 of the antenna device according to Embodiment 1 of the present invention.
1 and 2, the phased array antenna 1 is composed of N (N is an integer of 2 or more) element antennas 2-1 to 2-N.
The phase shifters 3-1 to 3 -N control the excitation phases of the element antennas 2-1 to 2 -N according to the excitation phase output from the excitation phase output unit 30 of the phase shifter controller 27.
That is, the phase shifters 3-1 to 3 -N change the phase of the high-frequency signals (arrival radio waves) output from the element antennas 2-1 to 2 -N according to the excitation phase output from the excitation phase output unit 30. .
The power combiner 4 is a signal combiner that combines high-frequency signals whose phases have been changed by the phase shifters 3-1 to 3 -N.

受信機11は電力合成器4により合成された高周波信号を検波する通信装置である。
A/D変換器12は受信機11により検波されたアナログの高周波信号をディジタル信号に変換し、ディジタルの高周波信号をディジタル信号処理部20に出力する。
時間平均算出部21は例えばCPU(Central Processing Unit)を実装している半導体集積回路や、ワンチップマイコンなどから形成されている時間平均算出処理回路31で実現されるものであり、A/D変換器12から出力されたディジタルの高周波信号を蓄積し、その蓄積した高周波信号の時間平均を算出する処理を実施する。
The receiver 11 is a communication device that detects a high-frequency signal synthesized by the power combiner 4.
The A / D converter 12 converts the analog high-frequency signal detected by the receiver 11 into a digital signal, and outputs the digital high-frequency signal to the digital signal processing unit 20.
The time average calculation unit 21 is realized by a time average calculation processing circuit 31 formed from, for example, a semiconductor integrated circuit on which a CPU (Central Processing Unit) is mounted, a one-chip microcomputer, or the like, and performs A / D conversion. The digital high-frequency signal output from the device 12 is accumulated, and the time average of the accumulated high-frequency signal is calculated.

同期確立部22は例えばCPUを実装している半導体集積回路や、ワンチップマイコンなどから形成されている同期確立処理回路32で実現されるものであり、励振位相出力部30から出力される励振位相の切換周期と、時間平均算出部21による高周波信号の蓄積周期との同期を図る処理を実施する。
補償ベクトル算出処理部23は例えばCPUを実装している半導体集積回路又はワンチップマイコンや、RAMやハードディスクなどの記憶装置などから形成されている補償ベクトル算出処理回路33で実現されるものであり、素子アンテナ2−1〜2−Nが受けている相互結合の影響を補償する補償ベクトルを算出する処理を実施する。
The synchronization establishment unit 22 is realized by a synchronization establishment processing circuit 32 formed from, for example, a semiconductor integrated circuit on which a CPU is mounted or a one-chip microcomputer, and the excitation phase output from the excitation phase output unit 30 And a process for synchronizing the high-frequency signal accumulation cycle by the time average calculation unit 21 with the time average calculation unit 21.
The compensation vector calculation processing unit 23 is realized by, for example, a compensation vector calculation processing circuit 33 formed from a semiconductor integrated circuit or a one-chip microcomputer mounted with a CPU, a storage device such as a RAM or a hard disk, A process of calculating a compensation vector that compensates for the influence of mutual coupling received by the element antennas 2-1 to 2-N is performed.

素子放射パターン記憶部24は素子アンテナ2−1〜2−Nの間で相互結合が生じている状態での各素子アンテナ2−n(n=1,2,・・・,N)の放射パターンを記憶している第1の放射パターン記憶部である。
参照パターン記憶部25は素子アンテナ2−1〜2−Nの間で相互結合が生じていない状態でのフェーズドアレーアンテナ1の放射パターンを記憶している第2の放射パターン記憶部である。
補償ベクトル算出部26は素子放射パターン記憶部24に記憶されている素子アンテナ2−n(n=1,2,・・・,N)の放射パターンと、参照パターン記憶部25に記憶されているフェーズドアレーアンテナ1の放射パターンとを用いて、素子アンテナ2−nが受けている相互結合の影響を補償する補償ベクトルを算出する処理を実施する。
The element radiation pattern storage unit 24 is a radiation pattern of each element antenna 2-n (n = 1, 2,..., N) in a state where mutual coupling occurs between the element antennas 2-1 to 2-N. Is a first radiation pattern storage unit.
The reference pattern storage unit 25 is a second radiation pattern storage unit that stores a radiation pattern of the phased array antenna 1 in a state where mutual coupling does not occur between the element antennas 2-1 to 2-N.
The compensation vector calculation unit 26 is stored in the radiation pattern of the element antenna 2-n (n = 1, 2,..., N) stored in the element radiation pattern storage unit 24 and in the reference pattern storage unit 25. Using the radiation pattern of the phased array antenna 1, a process of calculating a compensation vector that compensates for the influence of mutual coupling received by the element antenna 2-n is performed.

移相器制御装置27は例えばCPUを実装している半導体集積回路や、ワンチップマイコンなどから形成されている移相器制御処理回路34で実現されるものであり、補償ベクトル算出部26により算出された補償ベクトルを用いて、素子アンテナ2−1〜2−Nの励振位相を設定し、その励振位相を移相器3−1〜3−Nに指示する制御部である。
切換回数設定部28は励振位相の切換回数を設定する処理を実施する。
The phase shifter control device 27 is realized by, for example, a semiconductor integrated circuit on which a CPU is mounted, a phase shifter control processing circuit 34 formed from a one-chip microcomputer or the like, and is calculated by a compensation vector calculation unit 26. This is a control unit that sets the excitation phase of the element antennas 2-1 to 2-N using the compensated vector and instructs the phase shifters 3-1 to 3-N to determine the excitation phase.
The switching number setting unit 28 performs processing for setting the number of excitation phase switchings.

励振位相設定部29は切換回数設定部28により設定された切換回数と補償ベクトル算出部26により算出された補償ベクトルとを用いて、素子アンテナ2−1〜2−Nの励振位相を設定する処理を実施する。
即ち、励振位相設定部29は素子アンテナ毎に、素子アンテナ2−nにおける切換回数分の励振位相を更新しながら、その切換回数分の励振位相と素子アンテナ2−nの励振振幅から算出される振幅位相ベクトルと、補償ベクトル算出部26により算出された素子アンテナ2−nの補償ベクトルとの差分を繰り返し算出して、その算出した複数の差分を比較し、更新している切換回数分の励振位相の中から、複数の差分の比較結果にしたがって素子アンテナ2−nの励振位相に設定する切換回数分の励振位相を選択する処理を実施する。
励振位相出力部30は励振位相設定部29により設定された素子アンテナ2−1〜2−Nの励振位相を移相器3−1〜3−Nに指示する処理を実施する。
The excitation phase setting unit 29 uses the switching times set by the switching number setting unit 28 and the compensation vector calculated by the compensation vector calculation unit 26 to set the excitation phases of the element antennas 2-1 to 2-N. To implement.
That is, for each element antenna, the excitation phase setting unit 29 is updated from the excitation phase for the number of switching times and the excitation amplitude of the element antenna 2-n while updating the excitation phase for the number of switching times in the element antenna 2-n. The difference between the amplitude phase vector and the compensation vector of the element antenna 2-n calculated by the compensation vector calculation unit 26 is repeatedly calculated, the calculated plurality of differences are compared, and the excitation for the number of times of switching that is being updated. A process of selecting an excitation phase corresponding to the number of times of switching to be set as the excitation phase of the element antenna 2-n from the phases according to the comparison results of a plurality of differences is performed.
The excitation phase output unit 30 performs processing to instruct the phase shifters 3-1 to 3-N about the excitation phase of the element antennas 2-1 to 2-N set by the excitation phase setting unit 29.

図1の例では、アンテナ装置のディジタル信号処理部20の構成要素である時間平均算出部21、同期確立部22、補償ベクトル算出処理部23及び移相器制御装置27のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、ディジタル信号処理部20がコンピュータで構成されていてもよい。
図3はディジタル信号処理部20がコンピュータで構成される場合のハードウェア構成図である。
ディジタル信号処理部20がコンピュータで構成される場合、素子放射パターン記憶部24及び参照パターン記憶部25をコンピュータのメモリ41上に構成するとともに、時間平均算出部21、同期確立部22、補償ベクトル算出部26及び移相器制御装置27の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリ41に格納し、当該コンピュータのプロセッサ42がメモリ41に格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図4はこの発明の実施の形態1によるアンテナ装置のディジタル信号処理部20の処理内容(アンテナ励振方法)を示すフローチャートである。
In the example of FIG. 1, each of the time average calculation unit 21, the synchronization establishment unit 22, the compensation vector calculation processing unit 23, and the phase shifter control device 27, which are components of the digital signal processing unit 20 of the antenna device, is dedicated hardware. However, the digital signal processing unit 20 may be configured by a computer.
FIG. 3 is a hardware configuration diagram when the digital signal processing unit 20 is configured by a computer.
When the digital signal processing unit 20 is configured by a computer, the element radiation pattern storage unit 24 and the reference pattern storage unit 25 are configured on the memory 41 of the computer, and the time average calculation unit 21, the synchronization establishment unit 22, and the compensation vector calculation A program describing the processing contents of the unit 26 and the phase shifter control device 27 may be stored in the memory 41 of the computer, and the processor 42 of the computer may execute the program stored in the memory 41.
FIG. 4 is a flowchart showing the processing contents (antenna excitation method) of the digital signal processing unit 20 of the antenna apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.

次に動作について説明する。
フェーズドアレーアンテナ1を構成している素子アンテナ2−1〜2−Nが狭い間隔で配置されている場合、素子アンテナ2−1〜2−Nの間で相互結合が生じることがある。
この実施の形態1では、素子アンテナ2−1〜2−Nの間で生じている相互結合の影響を簡易な構成で速やかに補償することを目的としている。
Next, the operation will be described.
When the element antennas 2-1 to 2-N constituting the phased array antenna 1 are arranged at a narrow interval, mutual coupling may occur between the element antennas 2-1 to 2-N.
The first embodiment aims to quickly compensate for the influence of mutual coupling occurring between the element antennas 2-1 to 2-N with a simple configuration.

補償ベクトル算出処理部23の素子放射パターン記憶部24には、素子アンテナ2−1〜2−Nの間で相互結合が生じている状態での各素子アンテナ2−n(n=1,2,・・・,N)の放射パターンg(θ)(n=1,2,・・・,N:m=1,2,・・・,M)が記憶されている(図4のステップST1)。
(θ)において、nはn番目の素子アンテナ2−nの放射パターンであることを意味し、mは素子アンテナ2−nから放射される電波におけるM個の角度方向(放射方向)の中のm番目の角度方向を意味している。
The element radiation pattern storage unit 24 of the compensation vector calculation processing unit 23 stores each element antenna 2-n (n = 1, 2, n) in a state where mutual coupling occurs between the element antennas 2-1 to 2-N. .., N) radiation patterns g nm ) (n = 1, 2,..., N: m = 1, 2,..., M) are stored (step of FIG. 4). ST1).
In g nm ), n means a radiation pattern of the n-th element antenna 2-n, and m is M angular directions (radiation directions) in the radio wave radiated from the element antenna 2-n. Means the m-th angular direction.

この実施の形態1では、相互結合が生じている状態での素子アンテナ2−nの放射パターンg(θ)が、計算機のシミュレーション、あるいは、測定によって事前に得られているものとする。
ただし、計算機のシミュレーションや測定によって放射パターンg(θ)が得られているものに限るものではなく、以下のようにして、放射パターンg(θ)が計算されているものであってもよい。
In the first embodiment, it is assumed that the radiation pattern g nm ) of the element antenna 2-n in a state where mutual coupling occurs is obtained in advance by computer simulation or measurement.
However, the radiation pattern g nm ) is not limited to that obtained by computer simulation or measurement, and the radiation pattern g nm ) is calculated as follows. May be.

N本の素子アンテナ2−1〜2−Nの中で、或る1つの素子アンテナ2−nを注目し、その注目している素子アンテナ2−n以外の全ての素子アンテナを無反射終端の状態とする。
角度方向m毎に、素子アンテナ2−nの励振位相φを変化させる前のフェーズドアレーアンテナ1の合成電界の振幅レベルAを測定したのち、素子アンテナ2−nの励振位相φを変化させて、フェーズドアレーアンテナの合成電界の振幅レベルBを測定し、その振幅レベルAと振幅レベルBの変化分C(=A−B)を算出する。
そして、振幅レベルAと振幅レベルBの変化分Cから、素子アンテナ2−nの相対振幅値及び相対位相値を算出し、素子アンテナ2−nの相対振幅値及び相対位相値を素子アンテナ2−nの放射パターンg(θ)として素子放射パターン記憶部24に格納する。
なお、振幅レベルAと振幅レベルBの変化分Cから、素子アンテナ2−nの相対振幅値及び相対位相値を算出する処理は、例えば、以下の非特許文献2に開示されている。
Among the N element antennas 2-1 to 2-N, attention is paid to a certain element antenna 2-n, and all element antennas other than the element antenna 2-n of interest are non-reflective terminated. State.
For each angular direction m, After measuring the amplitude level A phase composite electric field of antenna arrays 1 before changing the excitation phase phi n antenna elements 2-n, by changing the excitation phases phi n antenna elements 2-n Then, the amplitude level B of the combined electric field of the phased array antenna is measured, and the amplitude level A and the change C (= AB) of the amplitude level B are calculated.
Then, the relative amplitude value and relative phase value of the element antenna 2-n are calculated from the change C between the amplitude level A and the amplitude level B, and the relative amplitude value and relative phase value of the element antenna 2-n are calculated. The n radiation pattern g nm ) is stored in the element radiation pattern storage unit 24.
The process of calculating the relative amplitude value and the relative phase value of the element antenna 2-n from the change C between the amplitude level A and the amplitude level B is disclosed in Non-Patent Document 2 below, for example.

[非特許文献2]
真野清司 , 片木孝至, “フェイズドアレーアンテナの素子振幅位相測定法−素子電界ベクトル回転法 −,” 信学論(B), vol.J65-B, no.5, pp. 555-560, May 1982.
[Non-Patent Document 2]
Mano Kiyoji, Katagi Takashi, “Element Amplitude Phase Measurement Method for Phased Array Antennas — Element Electric Field Vector Rotation Method,” IEICE Theory (B), vol.J65-B, no.5, pp. 555-560, May 1982.

補償ベクトル算出処理部23の参照パターン記憶部25には、素子アンテナ2−1〜2−Nの間で相互結合が生じていない状態でのフェーズドアレーアンテナ1の放射パターンE(θ)(m=1,2,・・・,M)が記憶されている(ステップST2)。
E(θ)において、mはM個の角度方向(主ビームの放射方向)のうち、m番目の角度方向であることを意味している。
この実施の形態1では、相互結合が生じていない状態での理想的なフェーズドアレーアンテナ1の放射パターンE(θ)が、計算機のシミュレーションによる事前の計算、あるいは、測定によって得られているものとする。
The reference pattern storage unit 25 of the compensation vector calculation processing unit 23 stores the radiation pattern E (θ m ) (m) of the phased array antenna 1 in a state where no mutual coupling occurs between the element antennas 2-1 to 2-N. = 1, 2, ..., M) is stored (step ST2).
In E (θ m ), m means the m-th angular direction out of M angular directions (radiation directions of the main beam).
In the first embodiment, an ideal radiation pattern E (θ m ) of the phased array antenna 1 in a state where no mutual coupling occurs is obtained by a prior calculation or measurement by computer simulation. And

補償ベクトル算出部26は、素子放射パターン記憶部24に記憶されている素子アンテナ2−nの放射パターンg(θ)と、参照パターン記憶部25に記憶されているフェーズドアレーアンテナ1の放射パターンE(θ)とを用いて、下記の式(1)に示すように、素子アンテナ2−nが受けている相互結合の影響を補償する補償ベクトルw(n=1,2,・・・,N)を算出する(ステップST3)。The compensation vector calculation unit 26 radiates the radiation pattern g nm ) of the element antenna 2-n stored in the element radiation pattern storage unit 24 and the radiation of the phased array antenna 1 stored in the reference pattern storage unit 25. A compensation vector w n (n = 1, 2,...) For compensating for the influence of mutual coupling received by the element antenna 2-n using the pattern E (θ m ) as shown in the following equation (1). .., N) is calculated (step ST3).

Figure 2017009972
ただし、添字のHはエルミート転置、添字の−1は逆行列を表している。
Figure 2017009972
Here, the subscript H represents Hermitian transpose, and the subscript -1 represents an inverse matrix.

移相器制御装置27の切換回数設定部28は、励振位相φの切換回数kを設定する(ステップST4)。
励振位相設定部29は、切換回数設定部28が励振位相φの切換回数kを設定し、補償ベクトル算出部26が補償ベクトルw(n=1,2,・・・,N)を算出すると、その励振位相φの切換回数kと補償ベクトルwを用いて、素子アンテナ2−nの励振位相φを設定する(ステップST5)。
以下、励振位相設定部29による素子アンテナ2−nの励振位相φの設定処理を具体的に説明する。
Switching circuit number setting unit 28 of the phase shifter control unit 27 sets the switching circuit number k of excitation phase phi n (step ST4).
Excitation phase setting unit 29, calculates sets the switching circuit number k of switching circuits number setting unit 28 is the excitation phase phi n, the compensation vector calculation unit 26 compensates vector w n (n = 1,2, ··· , N) and Then, the switching circuits k of the excitation phase phi n using compensation vector w n, sets the excitation phase phi n antenna elements 2-n (step ST5).
It will be specifically described below setting processing of the excitation phase phi n antenna elements 2-n by the excitation phase setting unit 29.

励振位相設定部29は、励振位相φの切換回数kが例えば2であれば、切換回数分(2回分)の励振位相φnkとして、共役関係がある励振位相φn1と励振位相φn2を用意する。この例では、共役関係があるため、φn2=−φn1である。
また、切換回数分の励振位相φnkの更新回数が例えばG回であれば、励振位相φn1又は励振位相φn2のうち、少なくとも一方を少し変化させて、互いに異なる励振位相φn1,φn2のペアをG個用意する。
励振位相設定部29は、G組の励振位相φn1,φn2の中から、1組の励振位相φn1,φn2を順番に選択し、その選択した励振位相φn1,φn2と既知である素子アンテナ2−nの振幅aとを用いて、下記の式(2)に示すように、振幅位相ベクトルhを算出する。

Figure 2017009972
If the number of switching times k of the excitation phase φ n is 2, for example, the excitation phase setting unit 29 sets the excitation phase φ n1 and the excitation phase φ n2 having a conjugate relationship as the excitation phase φ nk corresponding to the number of switching times (two times). prepare. In this example, φ n2 = −φ n1 because there is a conjugate relationship.
Further, if the number of times of updating the excitation phase φ nk for the number of times of switching is, for example, G times, at least one of the excitation phase φ n1 and the excitation phase φ n2 is slightly changed, and the different excitation phases φ n1 and φ n2 Prepare G pairs.
The excitation phase setting unit 29 sequentially selects one set of excitation phases φ n1 and φ n2 from the G sets of excitation phases φ n1 and φ n2 , and the selected excitation phases φ n1 and φ n2 are known. using the amplitude a n certain antenna elements 2-n, as shown in the following formula (2), calculates the amplitude-phase vector h n.
Figure 2017009972

励振位相設定部29は、G組の励振位相φn1,φn2の中から、1組の励振位相φn1,φn2を順番に選択して、G個の振幅位相ベクトルhを算出すると、G個の振幅位相ベクトルhの中から、1個の振幅位相ベクトルhを順番に選択し、下記の式(3)に示すように、その選択した振幅位相ベクトルhと補償ベクトル算出部26により算出された補償ベクトルwとの差分を示す評価関数f(n,k)を算出する。

Figure 2017009972
The excitation phase setting unit 29 selects one set of excitation phases φ n1 and φ n2 in order from the G sets of excitation phases φ n1 and φ n2 and calculates G amplitude phase vectors h n . One amplitude phase vector h n is sequentially selected from the G amplitude phase vectors h n , and the selected amplitude phase vector h n and the compensation vector calculation unit are expressed as shown in the following equation (3). the evaluation function f (n, k) indicating a difference between the compensation vector w n calculated by 26 is calculated.

Figure 2017009972

励振位相設定部29は、G個の評価関数f(n,k)を算出すると、G個の評価関数f(n,k)の関数値を比較することで、G個の評価関数f(n,k)の中で、関数値が最小(wとhの差分が最小)となっている評価関数f(n,k)を特定し、その評価関数f(n,k)の算出に用いている1組の励振位相φn1,φn2を特定する。
励振位相設定部29は、1組の励振位相φn1,φn2を特定すると、その励振位相φn1を1回目の素子アンテナ2−nの励振位相φ(切換前の励振位相)に設定し、その励振位相φn2を2回目の素子アンテナ2−nの励振位相φ(切換後の励振位相)に設定する。
When the excitation phase setting unit 29 calculates G evaluation functions f (n, k), the G evaluation functions f (n, k) are compared by comparing the function values of the G evaluation functions f (n, k). , K), the evaluation function f (n, k) having the minimum function value (the difference between w n and h n is minimum) is specified, and the evaluation function f (n, k) is calculated. A set of excitation phases φ n1 and φ n2 used is specified.
When the excitation phase setting unit 29 specifies one set of excitation phases φ n1 and φ n2 , the excitation phase φ n1 is set to the excitation phase φ n of the first element antenna 2- n (excitation phase before switching). The excitation phase φ n2 is set to the excitation phase φ n of the second element antenna 2- n (excitation phase after switching).

ここでは、G個の評価関数f(n,k)の関数値を比較することで、G個の評価関数f(n,k)の中で、関数値が最小となっている評価関数f(n,k)を特定して、その評価関数f(n,k)の算出に用いている1組の励振位相φn1,φn2を特定する例を示しているが、評価関数f(n,k)の関数値が最小となる1組の励振位相φn1,φn2を遺伝的アルゴリズムなどによって算出するようにしてもよい。Here, by comparing the function values of the G evaluation functions f (n, k), the evaluation function f () having the smallest function value among the G evaluation functions f (n, k). n, k) is specified, and an example of specifying one set of excitation phases φ n1 and φ n2 used for calculation of the evaluation function f (n, k) is shown. A set of excitation phases φ n1 and φ n2 that minimize the function value of k) may be calculated by a genetic algorithm or the like.

また、ここでは、励振位相φの切換回数kが2である例を示しているが、励振位相φの切換回数kは2に限るものではなく、例えば、4や6などでもよい。励振位相φの切換回数kが4であれば、関数値が最小となる評価関数f(n,k)の算出に用いている1組の励振位相φn1,φn2,φn3,φn4を特定する。そして、その励振位相φn1を1回目の素子アンテナ2−nの励振位相φに設定し、その励振位相φn2を2回目の素子アンテナ2−nの励振位相φに設定し、その励振位相φn3を3回目の素子アンテナ2−nの励振位相φに設定し、その励振位相φn4を4回目の素子アンテナ2−nの励振位相φに設定する。Further, here, the switching circuit number k of excitation phase phi n indicates an example in which 2, switching circuit number k of excitation phase phi n is not limited to 2, for example, it may be such as 4 or 6. If the switching frequency k of the excitation phase φ n is 4, a set of excitation phases φ n1 , φ n2 , φ n3 , φ n4 used for calculating the evaluation function f (n, k) that minimizes the function value. Is identified. Then, set the excitation phase phi n1 to excitation phase phi n of first antenna elements 2-n, and setting the excitation phase phi n2 in excitation phase phi n of the second antenna elements 2-n, the excitation set phase phi n3 in excitation phase phi n of third antenna elements 2-n, to set the excitation phase phi n4 in excitation phase phi n of fourth antenna elements 2-n.

また、ここでは、切換回数分(2回分)の励振位相φnkとして、共役関係がある励振位相φn1と励振位相φn2を用意している例を示しているが、励振位相φn1と励振位相φn2が共役関係にあることは必須ではない。ただし、励振位相φn1と励振位相φn2が共役関係にある場合、式(2)に示している振幅位相ベクトルhのうち、素子アンテナ2−nの振幅aを除く部分をcos(φn1)で表すことができるため、計算の簡単化を図ることができる。Here, an example is shown in which an excitation phase φ n1 and an excitation phase φ n2 having a conjugate relationship are prepared as the excitation phase φ nk for the number of switching times (two times), but the excitation phase φ n1 and the excitation phase are shown. It is not essential that the phase φ n2 is in a conjugate relationship. However, if the excitation phase phi n1 and excitation phase phi n2 are in conjugate relationship among the amplitude-phase vector h n that shown in Formula (2), a portion except for the amplitude a n antenna elements 2-n cos (phi n1 ), the calculation can be simplified.

励振位相出力部30は、同期確立部22から励振位相の出力指令又は励振位相の切換指令を受けると、励振位相設定部29により設定された素子アンテナ2−1〜2−Nの励振位相φ〜φを移相器3−1〜3−Nに出力する(ステップST6)。
即ち、励振位相出力部30は、例えば、切換回数設定部28により設定された励振位相φの切換回数kが2であれば、同期確立部22から励振位相の出力指令を受けると、1回目の素子アンテナ2−1〜2−Nの励振位相φ〜φとして、励振位相φ11〜φN1を移相器3−1〜3−Nに出力する。その後、同期確立部22から励振位相の切換指令を受けると、2回目の素子アンテナ2−1〜2−Nの励振位相φ〜φとして、励振位相φ12〜φN2を移相器3−1〜3−Nに出力する。
When receiving the excitation phase output command or the excitation phase switching command from the synchronization establishment unit 22, the excitation phase output unit 30 receives the excitation phase φ 1 of the element antennas 2-1 to 2-N set by the excitation phase setting unit 29. and it outputs the to [phi] N to the phase shifter 3-1 to 3-N (step ST6).
That is, the excitation phase output section 30 is, for example, if the switching circuit number k of excitation phase phi n set by the switch circuit number setting unit 28 2 receives an output command of the excitation phase from the synchronization establishing unit 22, the first as excitation phase phi 1 to [phi] N of antenna elements 2-1 to 2-N, and outputs the excitation phase phi 11 to [phi] N1 to the phase shifter 3-1 to 3-N. Thereafter, when the synchronization establishing unit 22 receives a switching instruction of the excitation phase, as the excitation phase phi 1 to [phi] N for the second antenna elements 2-1 to 2-N, phase shifter the excitation phase φ 12 ~φ N2 3 Output to -1 to 3-N.

フェーズドアレーアンテナ1を構成している素子アンテナ2−1〜2−Nは、到来電波である高周波信号を受信し、その高周波信号を移相器3−1〜3−Nに出力する。
移相器3−1〜3−Nは、移相器制御装置27の励振位相出力部30から励振位相φ〜φを受けると、その励振位相φ〜φにしたがって素子アンテナ2−1〜2−Nから出力された高周波信号の位相を変化させる。
電力合成器4は、移相器3−1〜3−Nにより位相が変化されたN個の高周波信号を合成する。
The element antennas 2-1 to 2-N constituting the phased array antenna 1 receive high-frequency signals that are incoming radio waves and output the high-frequency signals to the phase shifters 3-1 to 3-N.
Phase shifter 3-1 to 3-N receives the excitation phase phi 1 to [phi] N from the excitation phase output section 30 of the phase shifter control unit 27, the antenna elements according to the excitation phase φ 1N 2- The phase of the high frequency signal output from 1-2N is changed.
The power combiner 4 combines N high frequency signals whose phases are changed by the phase shifters 3-1 to 3 -N.

受信機11は、電力合成器4がN個の高周波信号を合成すると、合成後の高周波信号を検波する。
A/D変換器12は、受信機11により検波されたアナログの高周波信号をディジタル信号に変換し、ディジタルの高周波信号をディジタル信号処理部20の時間平均算出部21に出力する。
When the power combiner 4 combines N high frequency signals, the receiver 11 detects the combined high frequency signal.
The A / D converter 12 converts the analog high-frequency signal detected by the receiver 11 into a digital signal, and outputs the digital high-frequency signal to the time average calculation unit 21 of the digital signal processing unit 20.

ディジタル信号処理部20の同期確立部22は、励振位相出力部30から出力される励振位相の切換周期と、時間平均算出部21による高周波信号の蓄積周期との同期を図る処理を実施する。
即ち、同期確立部22は、例えば、切換回数設定部28により設定された励振位相φの切換回数kが2であれば、1回目の素子アンテナ2−1〜2−Nの励振位相φ〜φとして、励振位相φ11〜φN1が設定されているときの高周波信号が時間平均算出部21で蓄積され、また、2回目の素子アンテナ2−1〜2−Nの励振位相φ〜φとして、励振位相φ12〜φN2が設定されているときの高周波信号が時間平均算出部21で蓄積されるようにするため、1回目の励振位相φ〜φの設定時には、励振位相の出力指令を励振位相出力部30に出力すると同時に、1回目の高周波信号の蓄積指令を時間平均算出部21に出力する。
また、2回目の励振位相φ〜φの設定時には、励振位相の切換指令を励振位相出力部30に出力すると同時に、2回目の高周波信号の蓄積指令を時間平均算出部21に出力する。
さらに、2回目の励振位相φ〜φの設定期間が完了すると、時間平均の算出指令を時間平均算出部21に出力する。
The synchronization establishment unit 22 of the digital signal processing unit 20 performs a process of synchronizing the excitation phase switching cycle output from the excitation phase output unit 30 with the high-frequency signal accumulation cycle by the time average calculation unit 21.
That is, the synchronization establishing unit 22, for example, if the switching circuit number k of excitation phase phi n set by the switch circuit number setting unit 28 2, the excitation phase of the first antenna elements 2-1 to 2-N phi 1 as to [phi] N, a high-frequency signal when the excitation phase phi 11 to [phi] N1 is set is accumulated in time average calculation unit 21, also, the excitation phase of the second antenna elements 2-1 to 2-N phi 1 as to [phi] N, since the high-frequency signal when the excitation phase phi 12 to [phi] N2 is set to be accumulated in the time average calculator 21, at the time of first setting of the excitation phase phi 1 to [phi] N, An excitation phase output command is output to the excitation phase output unit 30, and at the same time, a first high-frequency signal accumulation command is output to the time average calculation unit 21.
In addition, when setting the second excitation phase φ 1 to φ N , an excitation phase switching command is output to the excitation phase output unit 30, and at the same time, a second high-frequency signal accumulation command is output to the time average calculation unit 21.
Further, when the setting period of the second excitation phase φ 1 to φ N is completed, a time average calculation command is output to the time average calculation unit 21.

時間平均算出部21は、A/D変換器12からディジタルの高周波信号を受けると、その高周波信号を蓄積し、同期確立部22の指示の下、その蓄積した高周波信号の時間平均を算出する。
即ち、時間平均算出部21は、例えば、切換回数設定部28により設定された励振位相φの切換回数kが2であれば、同期確立部22から1回目の高周波信号の蓄積指令を受けると、A/D変換器12から出力されたディジタルの高周波信号を蓄積する(ステップST7)。
時間平均算出部21は、未だ切換回数設定部28により設定された励振位相φの切換回数k分の高周波信号の蓄積が完了しておらず(ステップST8:NOの場合)、同期確立部22から2回目の高周波信号の蓄積指令を受けると、A/D変換器12から出力されたディジタルの高周波信号を蓄積する(ステップST7)。
When receiving the digital high frequency signal from the A / D converter 12, the time average calculation unit 21 accumulates the high frequency signal, and calculates the time average of the accumulated high frequency signal under the instruction of the synchronization establishment unit 22.
That is, for example, if the switching frequency k of the excitation phase φn set by the switching frequency setting unit 28 is 2, the time average calculation unit 21 receives the first high-frequency signal accumulation command from the synchronization establishing unit 22. The digital high-frequency signal output from the A / D converter 12 is accumulated (step ST7).
Time average calculator 21 is not accumulated in yet set by switch circuit number setting unit 28 excitation phase phi n of switching circuits number k fraction of the high frequency signal is completed (step ST8: in the case of NO), the synchronization establishing unit 22 When the second high frequency signal accumulation command is received, the digital high frequency signal output from the A / D converter 12 is accumulated (step ST7).

時間平均算出部21は、切換回数設定部28により設定された励振位相φの切換回数k分の高周波信号の蓄積が完了し(ステップST8:YESの場合)、同期確立部22から時間平均の算出指令を受けると、蓄積していた高周波信号の時間平均を算出する(ステップST9)。Time average calculating unit 21 completes the accumulation of the set excitation phase phi n of switching circuits number k fraction of the high-frequency signal by switching circuits number setting unit 28 (step ST8: YES), of the time average from the synchronization establishing unit 22 When the calculation command is received, the time average of the accumulated high-frequency signal is calculated (step ST9).

ここでは、時間平均算出部21がA/D変換器12から出力されたディジタルの高周波信号を蓄積し、その蓄積した高周波信号の時間平均を算出するものを示したが、時間平均算出部21がA/D変換器12から出力されたディジタルの高周波信号を離散フーリエ変換して周波数帯域の信号を得ることで、その高周波信号の時間平均を求めるようにしてもよい。   Here, the time average calculation unit 21 stores the digital high-frequency signal output from the A / D converter 12 and calculates the time average of the stored high-frequency signal. The digital high-frequency signal output from the A / D converter 12 may be subjected to discrete Fourier transform to obtain a frequency band signal, thereby obtaining a time average of the high-frequency signal.

図5はアンテナ放射パターンの具体例を示す説明図である。
図5では、フェーズドアレーアンテナ1が16本の素子アンテナ2−1〜2−16で構成されており、角度方向のデータ数が181(M=181)、切換回数設定部28により設定された励振位相φの切換回数kが2である例を示している。ただし、素子アンテナの本数、角度方向のデータ数、励振位相φの切換回数kは、単なる一例であり、任意に変更してもよい。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a specific example of the antenna radiation pattern.
In FIG. 5, the phased array antenna 1 is composed of 16 element antennas 2-1 to 2-16, the number of data in the angular direction is 181 (M = 181), and the excitation set by the switching number setting unit 28 is shown. An example in which the number of switching times k of the phase φ n is 2 is shown. However, the number of element antennas, the number of data in the angular direction, switching circuit number k of excitation phase phi n is only one example, may be changed arbitrarily.

図5において、横軸が角度方向、縦軸が振幅を示しており、X(実線)は参照パターン記憶部25に記憶されている相互結合が生じていない状態でのフェーズドアレーアンテナ1の理想的な放射パターンである。
また、Y(点線)は相互結合の影響が補償されていない状態での放射パターン、Z(破線)は実施の形態1によって相互結合の影響が補償された状態での放射パターンを示している。
図5より、相互結合の影響が補償されていない状態では、サイドローブレベルが高い放射パターンYとなるが、実施の形態1によって相互結合の影響が補償されることで、理想的な放射パターンXに近い放射パターンZが得られることが分かる。
In FIG. 5, the horizontal axis indicates the angular direction, the vertical axis indicates the amplitude, and X (solid line) is the ideal of the phased array antenna 1 in a state where the mutual coupling stored in the reference pattern storage unit 25 does not occur. It is a simple radiation pattern.
Y (dotted line) indicates a radiation pattern in a state where the influence of mutual coupling is not compensated, and Z (broken line) indicates a radiation pattern in a state where the influence of mutual coupling is compensated by the first embodiment.
From FIG. 5, in the state where the influence of mutual coupling is not compensated, the radiation pattern Y has a high sidelobe level. However, the ideal radiation pattern X is obtained by compensating the influence of mutual coupling according to the first embodiment. It can be seen that a radiation pattern Z close to is obtained.

以上で明らかなように、この実施の形態1によれば、素子アンテナ2−1〜2−Nの間で相互結合が生じている状態での各素子アンテナ2−n(n=1,2,・・・,N)の放射パターンg(θ)と、素子アンテナ2−1〜2−Nの間で相互結合が生じていない状態でのフェーズドアレーアンテナ1の放射パターンE(θ)とを用いて、素子アンテナ2−nが受けている相互結合の影響を補償する補償ベクトルwを算出する補償ベクトル算出部26を設け、移相器制御装置27が、補償ベクトル算出部26により算出された補償ベクトルwを用いて、素子アンテナ2−1〜2−Nの励振位相φ〜φを設定し、その励振位相φ〜φを移相器3−1〜3−Nに指示するように構成したので、段階的な演算処理を実施することなく、速やかに素子アンテナ2−1〜2−Nの間の相互結合の影響を補償することができる振幅制御用デバイスが不要なアンテナ装置が得られる効果を奏する。As apparent from the above, according to the first embodiment, each element antenna 2-n (n = 1, 2, n) in a state where mutual coupling occurs between the element antennas 2-1 to 2-N. , N) radiation pattern E (θ m ) of the phased array antenna 1 in a state where no mutual coupling occurs between the radiation pattern g nm ) of the element antennas 2-1 to 2-N. with bets, the provided compensation vector calculation unit 26 for calculating a compensation vector w n to compensate for the effect of mutual coupling undergoing the antenna elements 2-n, a phase shifter control unit 27, by the compensation vector calculation unit 26 using the calculated compensation vectors w n, sets the excitation phase phi 1 to [phi] n antenna elements 2-1 to 2-n, phase shifter and the excitation phase φ 1n 3-1~3- Since it is configured to instruct N, step-by-step arithmetic processing is performed. And without rapidly an effect of amplitude control device can be obtained unwanted antenna device capable of compensating for the effects of mutual coupling between the antenna elements 2-1 to 2-N.

実施の形態2.
上記実施の形態1では、フェーズドアレーアンテナ1が受信アンテナとして使用されるものを示したが、フェーズドアレーアンテナ1が送信アンテナとして使用されるものであってもよい。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the phased array antenna 1 is used as a receiving antenna. However, the phased array antenna 1 may be used as a transmitting antenna.

図6はこの発明の実施の形態2によるアンテナ装置を示す構成図であり、図6において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
送信機51は送信対象の高周波信号を電力分配器52に出力する通信装置である。
電力分配器52は送信機51から出力された高周波信号を移相器3−1〜3−Nに等分配する分配回路である。
励振時間制御部53は例えばCPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、励振位相出力部30から出力される励振位相の切換タイミングを制御する処理を実施する。
6 is a block diagram showing an antenna apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 6, the same reference numerals as those in FIG.
The transmitter 51 is a communication device that outputs a high-frequency signal to be transmitted to the power distributor 52.
The power distributor 52 is a distribution circuit that equally distributes the high-frequency signal output from the transmitter 51 to the phase shifters 3-1 to 3 -N.
The excitation time control unit 53 is composed of, for example, a semiconductor integrated circuit on which a CPU is mounted, a one-chip microcomputer, or the like, and performs processing for controlling the switching timing of the excitation phase output from the excitation phase output unit 30. .

図6の例では、アンテナ装置のディジタル信号処理部20の構成要素である補償ベクトル算出処理部23、移相器制御装置27及び励振時間制御部53のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、ディジタル信号処理部20がコンピュータで構成されていてもよい。
ディジタル信号処理部20がコンピュータで構成される場合、素子放射パターン記憶部24及び参照パターン記憶部25を図3に示すコンピュータのメモリ41上に構成するとともに、補償ベクトル算出部26、移相器制御装置27及び励振時間制御部53の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリ41に格納し、当該コンピュータのプロセッサ42がメモリ41に格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図7はこの発明の実施の形態2によるアンテナ装置のディジタル信号処理部20及び時間平均算出部65等の処理内容(アンテナ励振方法)を示すフローチャートである。
In the example of FIG. 6, each of the compensation vector calculation processing unit 23, the phase shifter control device 27, and the excitation time control unit 53, which are components of the digital signal processing unit 20 of the antenna device, is configured by dedicated hardware. However, the digital signal processing unit 20 may be configured by a computer.
When the digital signal processing unit 20 is configured by a computer, the element radiation pattern storage unit 24 and the reference pattern storage unit 25 are configured on the memory 41 of the computer shown in FIG. 3, and the compensation vector calculation unit 26 and the phase shifter control are configured. A program describing the processing contents of the device 27 and the excitation time control unit 53 may be stored in the memory 41 of the computer, and the processor 42 of the computer may execute the program stored in the memory 41.
FIG. 7 is a flowchart showing processing contents (antenna excitation method) of the digital signal processing unit 20 and the time average calculation unit 65 of the antenna apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.

受信アンテナ61はフェーズドアレーアンテナ1を構成している素子アンテナ2−1〜2−Nから送信された高周波信号を受信するアンテナである。
受信機62は受信アンテナ61により受信された高周波信号を検波する通信装置である。
A/D変換器63は受信機62により検波されたアナログの高周波信号をディジタル信号に変換し、ディジタルの高周波信号を時間平均算出部65に出力する。
The receiving antenna 61 is an antenna that receives high-frequency signals transmitted from the element antennas 2-1 to 2-N constituting the phased array antenna 1.
The receiver 62 is a communication device that detects a high-frequency signal received by the receiving antenna 61.
The A / D converter 63 converts the analog high-frequency signal detected by the receiver 62 into a digital signal, and outputs the digital high-frequency signal to the time average calculation unit 65.

切換周期記憶部64は例えばRAMやハードディスクなどの記憶装置で構成されており、励振時間制御部53から最初にタイミング信号が出力される時刻と、励振位相の切換タイミングとして、その励振位相の切換周期を記憶している。
時間平均算出部65は例えばCPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、切換周期記憶部64に記憶されている切換周期毎に、A/D変換器63から出力されたディジタルの高周波信号を蓄積し、その蓄積した高周波信号の時間平均を算出する処理を実施する。
The switching cycle storage unit 64 is configured by a storage device such as a RAM or a hard disk, for example. The switching time of the excitation phase is used as the time when the timing signal is first output from the excitation time control unit 53 and the switching timing of the excitation phase. Is remembered.
The time average calculation unit 65 is configured by, for example, a semiconductor integrated circuit on which a CPU is mounted, a one-chip microcomputer, or the like, and an A / D converter 63 is provided for each switching period stored in the switching period storage unit 64. The digital high-frequency signal output from is stored, and the time average of the stored high-frequency signal is calculated.

次に動作について説明する。
補償ベクトル算出処理部23の素子放射パターン記憶部24には、上記実施の形態1と同様に、素子アンテナ2−1〜2−Nの間で相互結合が生じている状態での各素子アンテナ2−n(n=1,2,・・・,N)の放射パターンg(θ)(n=1,2,・・・,N:m=1,2,・・・,M)が記憶されている(図7のステップST11)。
補償ベクトル算出処理部23の参照パターン記憶部25には、上記実施の形態1と同様に、素子アンテナ2−1〜2−Nの間で相互結合が生じていない状態でのフェーズドアレーアンテナ1の放射パターンE(θ)(m=1,2,・・・,M)が記憶されている(ステップST12)。
Next, the operation will be described.
In the element radiation pattern storage unit 24 of the compensation vector calculation processing unit 23, each element antenna 2 in a state where mutual coupling occurs between the element antennas 2-1 to 2-N, as in the first embodiment. −n (n = 1, 2,..., N) radiation pattern g nm ) (n = 1, 2,..., N: m = 1, 2,..., M) It is stored (step ST11 in FIG. 7).
In the reference pattern storage unit 25 of the compensation vector calculation processing unit 23, as in the first embodiment, the phased array antenna 1 in a state where no mutual coupling occurs between the element antennas 2-1 to 2-N. A radiation pattern E (θ m ) (m = 1, 2,..., M) is stored (step ST12).

補償ベクトル算出部26は、上記実施の形態1と同様に、素子放射パターン記憶部24に記憶されている素子アンテナ2−nの放射パターンg(θ)と、参照パターン記憶部25に記憶されているフェーズドアレーアンテナ1の放射パターンE(θ)とを用いて、上記の式(1)に示すように、素子アンテナ2−nが受けている相互結合の影響を補償する補償ベクトルw(n=1,2,・・・,N)を算出する(ステップST13)。The compensation vector calculation unit 26 stores the radiation pattern g nm ) of the element antenna 2-n stored in the element radiation pattern storage unit 24 and the reference pattern storage unit 25 as in the first embodiment. As shown in the above equation (1), the compensation vector w that compensates for the influence of mutual coupling received by the element antenna 2-n using the radiation pattern E (θ m ) of the phased array antenna 1 that is used. n (n = 1, 2,..., N) is calculated (step ST13).

移相器制御装置27の切換回数設定部28は、上記実施の形態1と同様に、励振位相φの切換回数kを設定する(ステップST14)。
励振位相設定部29は、切換回数設定部28が励振位相φの切換回数kを設定し、補償ベクトル算出部26が補償ベクトルw(n=1,2,・・・,N)を算出すると、上記実施の形態1と同様に、その励振位相φの切換回数kと補償ベクトルwを用いて、素子アンテナ2−nの励振位相φを設定する(ステップST15)。
Switching circuit number setting unit 28 of the phase shifter control unit 27, as in the first embodiment, it sets the switching circuit number k of excitation phase phi n (step ST14).
Excitation phase setting unit 29, calculates sets the switching circuit number k of switching circuits number setting unit 28 is the excitation phase phi n, the compensation vector calculation unit 26 compensates vector w n (n = 1,2, ··· , N) and Then, as in the first embodiment, the switching circuits k of the excitation phase phi n using compensation vector w n, sets the excitation phase phi n antenna elements 2-n (step ST15).

励振時間制御部53は、切換回数設定部28により設定された励振位相φの切換回数kに応じて励振位相φの切換タイミングを制御する。
例えば、時間平均算出部65による高周波信号の蓄積周期をTとする場合には、励振位相φの切換時刻tを現在時刻からT×(j−1)+bだけ時間が経過した時刻に決定して、その切換時刻tに励振位相φの切換タイミングを示すタイミング信号を励振位相出力部30に出力する。ただし、j=1,2,・・・,k−1、bは定数である。この例では、現在時刻から時間bだけ経過した時刻に、最初のタイミング信号が励振位相出力部30に出力されることになる。
The excitation time control unit 53 controls the switching timing of the excitation phase φ n according to the switching number k of the excitation phase φ n set by the switching number setting unit 28.
For example, when the accumulation period of the high frequency signal by the time average calculator 65 and the T is, T × switching time t of the excitation phase phi n from the current time (j-1) + b to determine only the time that time has passed Te, and it outputs a timing signal indicating a switching timing of the excitation phase phi n to the switching time t excitation phase output section 30. However, j = 1, 2,..., K−1, b are constants. In this example, the first timing signal is output to the excitation phase output unit 30 at the time when time b has elapsed from the current time.

励振位相出力部30は、励振時間制御部53からタイミング信号を受けると、励振位相設定部29により設定された素子アンテナ2−1〜2−Nの励振位相φ〜φを移相器3−1〜3−Nに出力する(ステップST16)。
即ち、励振位相出力部30は、例えば、切換回数設定部28により設定された励振位相φの切換回数kが2であれば、励振時間制御部53から1回目のタイミング信号を受けると、1回目の素子アンテナ2−1〜2−Nの励振位相φ〜φとして、励振位相φ11〜φN1を移相器3−1〜3−Nに出力する。その後、励振時間制御部53から2回目のタイミング信号を受けると、2回目の素子アンテナ2−1〜2−Nの励振位相φ〜φとして、励振位相φ12〜φN2を移相器3−1〜3−Nに出力する。
Excitation phase output section 30 receives the timing signal from the excitation time controller 53, the excitation of the set antenna elements 2-1 to 2-N by the excitation phase setting unit 29 the phase phi 1 to [phi] N phase shifter 3 Output to -1 to 3-N (step ST16).
That is, the excitation phase output section 30 is, for example, if the switching circuit number k of excitation phase phi n set by the switch circuit number setting unit 28 2, receives a timing signal for the first time from the excitation time controller 53, 1 as excitation phase phi 1 to [phi] N times th antenna elements 2-1 to 2-N, and outputs the excitation phase phi 11 to [phi] N1 to the phase shifter 3-1 to 3-N. Thereafter, when receiving the second timing signal from the excitation time controller 53, as the excitation phase phi 1 to [phi] N for the second antenna elements 2-1 to 2-N, phase shifter the excitation phase phi 12 to [phi] N2 Output to 3-1 to 3-N.

送信機51は、送信対象の高周波信号を電力分配器52に出力する。
電力分配器52は、送信機51から高周波信号を受けると、その高周波信号を移相器3−1〜3−Nに等分配する。
移相器3−1〜3−Nは、移相器制御装置27の励振位相出力部30から励振位相φ〜φを受けると、その励振位相φ〜φにしたがって電力分配器52により等分配された高周波信号の位相を変化させる。
フェーズドアレーアンテナ1を構成している素子アンテナ2−1〜2−Nは、移相器3−1〜3−Nにより位相が変化された高周波信号を空間に放射する(ステップST17)。
The transmitter 51 outputs a high frequency signal to be transmitted to the power distributor 52.
When receiving the high frequency signal from the transmitter 51, the power distributor 52 equally distributes the high frequency signal to the phase shifters 3-1 to 3 -N.
Phase shifter 3-1 to 3-N receives the excitation phase phi 1 to [phi] N from the excitation phase output section 30 of the phase shifter control unit 27, power distributor 52 according to the excitation phase phi 1 to [phi] N To change the phase of the equally distributed high-frequency signal.
The element antennas 2-1 to 2-N constituting the phased array antenna 1 radiate high-frequency signals whose phases have been changed by the phase shifters 3-1 to 3-N to the space (step ST17).

受信アンテナ61は、フェーズドアレーアンテナ1を構成している素子アンテナ2−1〜2−Nから放射された高周波信号を受信する(ステップST18)。
受信機62は、受信アンテナ61により受信された高周波信号を検波する。
A/D変換器63は、受信機62により検波されたアナログの高周波信号をディジタル信号に変換し、ディジタルの高周波信号を時間平均算出部65に出力する。
The receiving antenna 61 receives the high frequency signal radiated from the element antennas 2-1 to 2-N constituting the phased array antenna 1 (step ST18).
The receiver 62 detects the high frequency signal received by the receiving antenna 61.
The A / D converter 63 converts the analog high-frequency signal detected by the receiver 62 into a digital signal, and outputs the digital high-frequency signal to the time average calculation unit 65.

時間平均算出部65は、切換周期記憶部64に記憶されている励振時間制御部53から最初にタイミング信号が出力される時刻と、励振位相の切換周期とを参照して、素子アンテナ2−1〜2−Nにおける励振位相φの切換タイミングを把握することで、高周波信号の蓄積時刻と時間平均の算出時刻とを認識する。
時間平均算出部65は、高周波信号の蓄積時刻になると、A/D変換器12から出力された高周波信号を蓄積する(ステップST19)。
切換回数設定部28により設定された励振位相φの切換回数k分の高周波信号の蓄積が完了するまで、ステップST16〜ST19の処理が繰り返し実施される(ステップST20)。
The time average calculating unit 65 refers to the time when the timing signal is first output from the excitation time control unit 53 stored in the switching period storage unit 64 and the switching period of the excitation phase, and refers to the element antenna 2-1. knowing the switching timing of the exciting phase phi n in to 2-n, it recognizes the storage time and the time average calculation time of the high-frequency signal.
The time average calculation unit 65 accumulates the high frequency signal output from the A / D converter 12 when the accumulation time of the high frequency signal is reached (step ST19).
Until the accumulation of the set by switching circuit number setting unit 28 excitation phase phi n of switching circuits number k fraction of the high frequency signal is completed, the process of step ST16~ST19 are repeatedly performed (step ST20).

時間平均算出部65は、切換回数設定部28により設定された励振位相φの切換回数k分の高周波信号の蓄積が完了し(ステップST20:YESの場合)、時間平均の算出時刻になると、蓄積していた高周波信号の時間平均を算出する(ステップST21)。
ここでは、時間平均算出部65がA/D変換器63から出力されたディジタルの高周波信号を蓄積し、その蓄積した高周波信号の時間平均を算出するものを示したが、時間平均算出部65がA/D変換器63から出力された高周波信号を離散フーリエ変換して周波数帯域の信号を得ることで、その高周波信号の時間平均を求めるようにしてもよい。
Time average calculating unit 65 completes the accumulation of the set excitation phase phi n of switching circuits number k fraction of the high-frequency signal by switching circuits number setting unit 28 (step ST20: YES), of the made to calculate the time of the time average, The time average of the accumulated high-frequency signal is calculated (step ST21).
Here, the time average calculator 65 stores the digital high-frequency signal output from the A / D converter 63 and calculates the time average of the stored high-frequency signal. The time average of the high-frequency signal may be obtained by performing discrete Fourier transform on the high-frequency signal output from the A / D converter 63 to obtain a signal in the frequency band.

以上で明らかなように、この実施の形態2によれば、素子アンテナ2−1〜2−Nの間で相互結合が生じている状態での各素子アンテナ2−nの放射パターンg(θ)と、素子アンテナ2−1〜2−Nの間で相互結合が生じていない状態でのフェーズドアレーアンテナ1の放射パターンE(θ)とを用いて、素子アンテナ2−nが受けている相互結合の影響を補償する補償ベクトルwを算出する補償ベクトル算出部26を設け、移相器制御装置27が、補償ベクトル算出部26により算出された補償ベクトルwを用いて、素子アンテナ2−1〜2−Nの励振位相φ〜φを設定し、その励振位相φ〜φを移相器3−1〜3−Nに指示するように構成したので、段階的な演算処理を実施することなく、速やかに素子アンテナ2−1〜2−Nの間の相互結合の影響を補償することができる振幅制御用デバイスが不要なアンテナ装置が得られる効果を奏する。As is apparent from the above, according to the second embodiment, the radiation pattern g n (θ of each element antenna 2-n in a state where mutual coupling occurs between the element antennas 2-1 to 2-N. m ) and the radiation pattern E (θ m ) of the phased array antenna 1 in a state where mutual coupling does not occur between the element antennas 2-1 to 2-N, the compensation vector calculation unit 26 for calculating a compensation vector w n to compensate for the effects of mutual coupling which are provided, a phase shifter control unit 27, using the compensation vector w n calculated by the compensation vector calculation unit 26, the antenna elements set the excitation phase phi 1 to [phi] N for 2-1 to 2-N, since it is configured to direct the excitation phase phi 1 to [phi] N to the phase shifter 3-1 to 3-N, stepwise Without performing arithmetic processing, the device An effect of amplitude control device which can compensate for the effects of mutual coupling between Na 2-1 to 2-N is obtained unnecessary antenna device.

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。   In the present invention, within the scope of the invention, any combination of the embodiments, or any modification of any component in each embodiment, or omission of any component in each embodiment is possible. .

この発明に係るアンテナ装置は、フェーズドアレーアンテナを構成している複数の素子アンテナの励振位相を時分割で変化させて、複数の素子アンテナの間の相互結合の影響を補償する必要があるものに適している。   In the antenna device according to the present invention, it is necessary to compensate for the influence of mutual coupling between the plurality of element antennas by changing the excitation phases of the plurality of element antennas constituting the phased array antenna in a time division manner. Is suitable.

1 フェーズドアレーアンテナ、2−1〜2−N 素子アンテナ、3−1〜3−N 移相器、4 電力合成器(信号合成部)、11 受信機、12 A/D変換器、21 時間平均算出部、22 同期確立部、23 補償ベクトル算出処理部、24 素子放射パターン記憶部(第1の放射パターン記憶部)、25 参照パターン記憶部(第2の放射パターン記憶部)、26 補償ベクトル算出部、27 移相器制御装置(制御部)、28 切換回数設定部、29 励振位相設定部、30 励振位相出力部、31 時間平均算出処理回路、32 同期確立処理回路、33 補償ベクトル算出処理回路、34 移相器制御処理回路、41 メモリ、42 プロセッサ、51 送信機、52 電力分配器、53 励振時間制御部、61 受信アンテナ、62 受信機、63 A/D変換器、64 切換周期記憶部、65 時間平均算出部。   1 phased array antenna, 2-1 to 2-N element antenna, 3-1 to 3-N phase shifter, 4 power combiner (signal combiner), 11 receiver, 12 A / D converter, 21 hour average Calculation unit, 22 synchronization establishment unit, 23 compensation vector calculation processing unit, 24 element radiation pattern storage unit (first radiation pattern storage unit), 25 reference pattern storage unit (second radiation pattern storage unit), 26 compensation vector calculation 27, phase shifter control device (control unit), 28 switching number setting unit, 29 excitation phase setting unit, 30 excitation phase output unit, 31 time average calculation processing circuit, 32 synchronization establishment processing circuit, 33 compensation vector calculation processing circuit , 34 phase shifter control processing circuit, 41 memory, 42 processor, 51 transmitter, 52 power distributor, 53 excitation time control unit, 61 receiving antenna, 62 receiver, 3 A / D converter, 64 switching period storage unit, 65 hours average calculation section.

Claims (11)

フェーズドアレーアンテナを構成している複数の素子アンテナと、
前記素子アンテナの励振位相を制御する複数の移相器と、
前記複数の素子アンテナの間で相互結合が生じている状態での各素子アンテナの放射パターンを記憶している第1の放射パターン記憶部と、
前記複数の素子アンテナの間で相互結合が生じていない状態での前記フェーズドアレーアンテナの放射パターンを記憶している第2の放射パターン記憶部と、
前記第1及び第2の放射パターン記憶部に記憶されている放射パターンを用いて、前記素子アンテナ毎に、当該素子アンテナが受けている相互結合の影響を補償する補償ベクトルを算出する補償ベクトル算出部と、
前記補償ベクトル算出部により算出された補償ベクトルを用いて、前記複数の素子アンテナの励振位相を設定し、前記励振位相を前記複数の移相器に指示する制御部と
を備えたアンテナ装置。
A plurality of element antennas constituting a phased array antenna;
A plurality of phase shifters for controlling the excitation phase of the element antenna;
A first radiation pattern storage unit storing a radiation pattern of each element antenna in a state where mutual coupling occurs between the plurality of element antennas;
A second radiation pattern storage unit storing a radiation pattern of the phased array antenna in a state where mutual coupling does not occur between the plurality of element antennas;
Compensation vector calculation for calculating, for each element antenna, a compensation vector that compensates for the influence of mutual coupling received by the element antenna, using the radiation patterns stored in the first and second radiation pattern storage units. And
An antenna device comprising: a control unit that sets an excitation phase of the plurality of element antennas using the compensation vector calculated by the compensation vector calculation unit, and instructs the plurality of phase shifters to determine the excitation phase.
前記複数の素子アンテナにより受信された信号を合成する信号合成部と、
前記信号合成部により合成された信号を検波する受信機と、
前記受信機により検波された信号を蓄積し、その蓄積した信号の時間平均を算出する時間平均算出部と、
前記制御部から出力される励振位相の切換周期と、前記時間平均算出部による信号の蓄積周期との同期を図る同期確立部と
を備えたことを特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。
A signal synthesizer for synthesizing signals received by the plurality of element antennas;
A receiver for detecting the signal synthesized by the signal synthesis unit;
A time average calculation unit that accumulates signals detected by the receiver and calculates a time average of the accumulated signals;
The antenna apparatus according to claim 1, further comprising: a synchronization establishment unit configured to synchronize an excitation phase switching cycle output from the control unit and a signal accumulation cycle of the time average calculation unit.
前記時間平均算出部は、前記受信機により検波された信号を離散フーリエ変換することで、前記受信機により検波された信号の時間平均を求めることを特徴とする請求項2記載のアンテナ装置。   The antenna device according to claim 2, wherein the time average calculation unit obtains a time average of the signal detected by the receiver by performing a discrete Fourier transform on the signal detected by the receiver. 前記複数の素子アンテナから送信された信号を受信する受信アンテナと、
前記受信アンテナにより受信された信号を検波する受信機と、
前記制御部から出力される励振位相の切換周期を記憶している切換周期記憶部と、
前記切換周期記憶部に記憶されている切換周期毎に、前記受信機により検波された信号を蓄積し、その蓄積した信号の時間平均を算出する時間平均算出部と
を備えたことを特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。
A receiving antenna for receiving signals transmitted from the plurality of element antennas;
A receiver for detecting a signal received by the receiving antenna;
A switching cycle storage unit that stores a switching cycle of the excitation phase output from the control unit;
A time average calculating unit that accumulates the signal detected by the receiver for each switching period stored in the switching period storage unit and calculates a time average of the accumulated signal. The antenna device according to claim 1.
前記時間平均算出部は、前記受信機により検波された信号を離散フーリエ変換することで、前記受信機により検波された信号の時間平均を求めることを特徴とする請求項4記載のアンテナ装置。   The antenna apparatus according to claim 4, wherein the time average calculation unit obtains a time average of the signal detected by the receiver by performing a discrete Fourier transform on the signal detected by the receiver. 前記制御部は、
励振位相の切換回数を設定する切換回数設定部と、
前記切換回数設定部により設定された切換回数と前記補償ベクトル算出部により算出された補償ベクトルとを用いて、前記複数の素子アンテナの励振位相を設定する励振位相設定部と、
前記励振位相設定部により設定された複数の素子アンテナの励振位相を前記複数の移相器に指示する励振位相出力部とから構成されていることを特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。
The controller is
A switching frequency setting unit for setting the switching frequency of the excitation phase;
An excitation phase setting unit that sets an excitation phase of the plurality of element antennas using the number of switchings set by the switching number setting unit and the compensation vector calculated by the compensation vector calculation unit;
2. The antenna apparatus according to claim 1, further comprising: an excitation phase output unit that instructs the plurality of phase shifters on the excitation phases of the plurality of element antennas set by the excitation phase setting unit.
前記励振位相設定部は、前記素子アンテナ毎に、当該素子アンテナにおける前記切換回数分の励振位相を更新しながら、前記切換回数分の励振位相と当該素子アンテナの励振振幅から算出される振幅位相ベクトルと、前記補償ベクトル算出部により算出された当該素子アンテナの補償ベクトルとの差分を繰り返し算出して、その算出した複数の差分を比較し、前記更新している切換回数分の励振位相の中から、前記複数の差分の比較結果にしたがって当該素子アンテナの励振位相に設定する切換回数分の励振位相を選択することを特徴とする請求項6記載のアンテナ装置。   The excitation phase setting unit calculates an amplitude phase vector calculated from the excitation phase for the number of switching times and the excitation amplitude of the element antenna for each element antenna while updating the excitation phase for the number of switching times in the element antenna. And repeatedly calculating the difference between the compensation vector of the element antenna calculated by the compensation vector calculation unit, comparing the calculated differences, and from among the excitation phases corresponding to the number of times of switching The antenna device according to claim 6, wherein an excitation phase corresponding to the number of switching times set as the excitation phase of the element antenna is selected according to a comparison result of the plurality of differences. 前記励振位相設定部は、前記切換回数分の励振位相として、共役関係がある励振位相を用いることを特徴とする請求項7記載のアンテナ装置。   8. The antenna apparatus according to claim 7, wherein the excitation phase setting unit uses an excitation phase having a conjugate relationship as an excitation phase corresponding to the number of times of switching. 前記第1の放射パターン記憶部は、前記素子アンテナ毎に、当該素子アンテナの励振位相を変化させて、前記フェーズドアレーアンテナの合成電界の振幅レベルの変化分を算出して、前記変化分から当該素子アンテナの相対振幅値及び相対位相値を算出し、当該素子アンテナの相対振幅値及び相対位相値を当該素子アンテナの放射パターンとして記憶していることを特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。   The first radiation pattern storage unit changes the excitation phase of the element antenna for each element antenna, calculates a change in the amplitude level of the combined electric field of the phased array antenna, and calculates the element from the change The antenna apparatus according to claim 1, wherein a relative amplitude value and a relative phase value of the antenna are calculated, and a relative amplitude value and a relative phase value of the element antenna are stored as a radiation pattern of the element antenna. 前記第1の放射パターン記憶部は、計算機によるシミュレーションによって、前記複数の素子アンテナの間で相互結合が生じている状態での各素子アンテナの放射パターンを事前に求め、前記各素子アンテナの放射パターンを記憶していることを特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。   The first radiation pattern storage unit obtains in advance a radiation pattern of each element antenna in a state in which mutual coupling occurs between the plurality of element antennas by a computer simulation, and the radiation pattern of each element antenna The antenna device according to claim 1, wherein: 複数の移相器が、フェーズドアレーアンテナを構成している複数の素子アンテナの励振位相を制御し、
補償ベクトル算出部が、前記複数の素子アンテナの間で相互結合が生じている状態での各素子アンテナの放射パターンと、前記複数の素子アンテナの間で相互結合が生じていない状態での前記フェーズドアレーアンテナの放射パターンとを用いて、前記素子アンテナ毎に、当該素子アンテナが受けている相互結合の影響を補償する補償ベクトルを算出し、
制御部が、前記補償ベクトル算出部により算出された補償ベクトルを用いて、前記複数の素子アンテナの励振位相を設定し、前記励振位相を前記複数の移相器に指示する
アンテナ励振方法。
A plurality of phase shifters control the excitation phase of a plurality of element antennas constituting a phased array antenna,
The compensation vector calculation unit includes a radiation pattern of each element antenna in a state where mutual coupling occurs between the plurality of element antennas, and the phased state in which no mutual coupling occurs between the plurality of element antennas. Using the radiation pattern of the array antenna, for each element antenna, calculate a compensation vector that compensates for the influence of mutual coupling received by the element antenna,
An antenna excitation method, wherein a control unit sets excitation phases of the plurality of element antennas using the compensation vector calculated by the compensation vector calculation unit, and instructs the excitation phase to the plurality of phase shifters.
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