JPWO2017146020A1

JPWO2017146020A1 - アレーアンテナ装置およびその校正方法

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Publication number: JPWO2017146020A1
Application number: JP2018501690A
Authority: JP
Inventors: 山口　聡; 山口　　聡; 渡辺　光; 光渡辺; 侑栗山; 丸山　貴史; 貴史丸山; 大塚　昌孝; 昌孝大塚; 秀樹森重
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-02-23
Filing date: 2017-02-21
Publication date: 2018-12-20
Anticipated expiration: 2037-02-21
Also published as: WO2017146020A1; EP3422478A4; CN108701899B; CN108701899A; JP6775571B2; US20190044568A1; WO2017145257A1; EP3422478B1; EP3422478A1; US10355740B2

Abstract

複数の素子アンテナに、送信回路と受信回路と送受切替部とを有する送受信モジュールがそれぞれ接続され、送受信制御装置で、前記各送受信モジュールの前記送信回路と前記受信回路を通過する信号の振幅と位相の制御および送受信の切替えを行って制御しながら、信号発信器からの送信するための信号を分配器で前記各送信回路に分配して送信させ、また前記各受信回路からの受信された信号を合成器で合成し、合成された信号を受信機で受信するアレーアンテナ装置において、前記各送受信モジュールの校正時に、前記受信機で受信した信号の振幅と位相を検出した検出信号を、前記各素子アンテナ間の空間におけるそれぞれの相互結合振幅位相情報で補正して得た校正値に従って校正を行う、アレーアンテナ装置。

Description

この発明は、レーダ、無線通信等のアプリケーションに用いられるアレーアンテナ装置およびその校正方法に関するものである。

フェーズドアレーアンテナはアレーアンテナ装置を物理的に固定した状態で電子的に、すなわち素子アンテナの電気的制御によりビームを走査できるため、ビームの高速制御やマルチビームの形成などが可能である。従って、レーダ、無線通信等のアプリケーションに用いられている。ここで、所望のビームを形成するためには、各素子アンテナ毎に備えられた送信回路と受信回路の初期ばらつきを校正することが重要である。

アレーアンテナ装置の校正は、通常は電波暗室などの試験場にて測定器を用いて実施される。アレーアンテナ装置から所定の距離だけ離した位置に、アレーアンテナ装置と対向させるように校正用のアンテナを設置する。そしてアレーアンテナ装置と校正用アンテナを測定器に接続して行われる。例えばアレーアンテナ装置の送信回路の校正であれば、アレーアンテナ装置を構成する各々の素子アンテナから送信した信号を校正用アンテナで順に受信する。そして、測定器にて信号を検出した後に演算器で信号間のばらつきを算出し、そのばらつきを補償するように校正が行われる。しかしながら、電波暗室の設備は通常大がかりであること、測定器は一般に高価であることから、設備投資にコストを要する。

一方、アレーアンテナ装置と対向させた位置に校正用アンテナを置かずに校正を行う方法が例えば下記特許文献１に示されている。校正を行うリニアアレーアンテナの両側に校正用アンテナを設置し、リニアアレーアンテナと校正用アンテナ間の信号授受情報に基づき校正がなされる。電波暗室や測定器などの設備が不要になるため、アレーアンテナ装置の校正を簡単に行うことができる。

特許第４４７８６０６号明細書

上記特許文献１では、校正を行うリニアアレーアンテナとは別に校正用アンテナを設置するため、専用のエリアが必要になる。また、送信用リニアアレーアンテナには受信用校正アンテナを、受信用リニアアレーアンテナには送信用校正アンテナを設置する構成のため、校正を行うリニアアレーアンテナは送信専用か受信専用に限られ、送受信アレーアンテナには適用できない。さらに、アレーアンテナの配列は直線状に限られており、レーダ、無線通信等で一般に用いられる例えば平面アレーアンテナ等には適用ができない。

加えて、上記特許文献１では、リニアアレーアンテナの各素子アンテナと校正用アンテナの距離が異なる点を、波長と距離から理論的に算出される位相だけを補正しており、振幅の補正が考慮されていない。また、平面アレーアンテナでは、素子アンテナの配列が電界面方向、磁界面方向、斜め方向など様々であるため、波長と距離から理論的に算出される値では適切な位相の補正はできないといった課題が生じる。

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、アレーアンテナと送受信回路を備え、アレーアンテナ装置自身で校正を行うアレーアンテナ装置において、振幅と位相の補正を適切に行うことができるアレーアンテナ装置およびその校正方法を得ることを目的とする。

この発明は、複数の素子アンテナと、前記複数の素子アンテナのそれぞれに設けられた、送信回路と受信回路と送受切替部とを有する送受信モジュールと、送信するための信号を発生する信号発信器と、前記信号発信器の出力する信号を前記各送信回路に分配する分配器と、前記各受信回路の受信された信号を合成する合成器と、前記合成器で合成された信号を受信し、また受信した信号の振幅と位相を検出する信号検出部を有する、受信機と、所望の制御信号に従って前記各送受信モジュールの前記送信回路と前記受信回路を通過する信号の振幅と位相の制御および送受信の切替えを行って送受信制御を行うと共に、前記送受信モジュールの校正時に、前記信号検出部からの検出信号を前記送受信モジュールの前記各素子アンテナ間の空間におけるそれぞれの相互結合振幅位相情報で補正して得た校正値に従って前記送信回路と前記受信回路の振幅と位相の校正を行う送受信制御装置と、を備えた、アレーアンテナ装置等にある。

この発明では、アレーアンテナと送受信回路を備え、アレーアンテナ装置自身で校正を行うアレーアンテナ装置において、振幅と位相の補正を適切に行うことができるアレーアンテナ装置およびその校正方法を提供できる。

この発明の実施の形態１に係るアレーアンテナ装置の送信回路校正時の構成を模式的に示す図である。この発明の実施の形態１に係るアレーアンテナ装置の受信回路校正時の構成を模式的に示す図である。この発明の実施の形態２に係るアレーアンテナ装置の一例の構成を模式的に示す図である。この発明の実施の形態２に係るアレーアンテナ装置の別の例の構成を模式的に示す図である。この発明の実施の形態３に係るアレーアンテナ装置の構成を模式的に示す図である。この発明によるアレーアンテナ装置の素子アンテナの配列の一例を示す正面図である。この発明によるアレーアンテナ装置の素子アンテナの配列の別の例を示す正面図である。この発明によるアレーアンテナ装置の送受信制御装置の機能ブロック図である。この発明によるアレーアンテナ装置の送受信制御装置をコンピュータで構成した場合のハードウェア構成の一例を示す図である。この発明の実施の形態１から３に係るアレーアンテナ装置の校正時の動作の一例を示す概略的な動作フローチャートである。この発明の実施の形態４に係るアレーアンテナ装置の校正時の動作の一例を示す概略的な動作フローチャートである。

以下、この発明によるアレーアンテナ装置およびその校正方法を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、また重複する説明は省略する。

実施の形態１．
図１、図２はこの発明の実施の形態１に係るアレーアンテナ装置の構成を模式的に示す図である。

各素子アンテナ１００には送受信モジュール２００がそれぞれに接続されている。各送受信モジュール２００において、増幅率可変の送信用増幅部２１１と、送信用移相部２１２と、動作と非動作を切替える動作切替部である送信動作切替用スイッチ２１３が送信回路ＴＣを構成する。また、増幅率可変の受信用増幅部２２１と、受信用移相部２２２と、動作と非動作を切替える動作切替部である受信動作切替用スイッチ２２３が受信回路ＲＣを構成する。素子アンテナ１００と送信回路ＴＣおよび受信回路ＲＣとの間には送受切替部である送受切替用スイッチ２３１が設けられている。

信号発信器３００からの信号は分配器３１０を介して各々の送受信モジュール２００に分配されて供給される。一方、各々の送受信モジュール２００の受信信号は、合成器４１０にて合成され、受信機４００へ送出される。素子アンテナ１００、送受信モジュール２００、信号発信器３００、分配器３１０、受信機４００、合成器４１０がアレーアンテナ装置における高周波信号の授受の様子を表している。なお、図１では模式的に素子アンテナ１００の配列を直線状に描いているが、素子アンテナは平面状に配列した場合でも同様である。

図６および図７は素子アンテナ１００の配列例を示すための、例えば図１の右側から見た正面図であり、図６は素子アンテナ１００が以下で説明する図１等に示すように直線状に配列された場合、図７は素子アンテナ１００が平面状に縦横に配列された場合を示す。なお説明の便宜上、以下では素子アンテナが４個の場合を図示して説明するが、素子アンテナの数はこれに限定されるものではない。複数の素子アンテナが配列されていればよい。

受信機４００はアレーアンテナ装置で受信した信号の振幅と位相を検出する信号検出部４２０を備える。信号検出部４２０の検出結果は検出信号として送受信制御装置５００に入力される。

送受信制御装置５００はアレーアンテナ装置の制御部であり、図８は送受信制御装置５００の概略的な機能ブロック図である。図８の送受信制御装置５００は、送受信制御部５１０、校正信号演算部５２０、記憶部５３０を含む。
図９は送受信制御装置５００を例えばコンピュータで構成した場合のハードウェア構成の一例を示す図である。コンピュータ５００ａとして構成される送受信制御装置５００は、信号発信器３００、受信機４００、各送受信モジュール２００および図示しない他の装置とインターフェース１１を介してデータ等の信号の入出力を行う。メモリ１３には例えば図８で示した各機能ブロックで示された機能のプログラムおよび制御処理に使用するデータが格納されている。制御処理に使用するデータは、ここでは図８に示した記憶部５３０に格納された相互結合振幅位相情報５３１となる。そしてプロセッサ１２は、インターフェース１１を介して外部から入力された信号に対して、メモリ１３に格納されたプログラムおよびデータに従って演算処理を行い、演算処理結果をインターフェース１１を介して出力する。ヒューマンインタフェース(ＨＩ)１４は作業者のためのデータ入力装置、表示器等からなる。必要に応じてＨＩ１４からデータ入力を行ったり、表示器でアレーアンテナ装置の状態をモニタする。メモリ１３は図８の記憶部５３０に相当する。
なお、送受信制御装置５００は、例えば図８に示した機能ブロック毎にディジタル回路で構成するようにしてもよい。

図８において、信号検出部４２０からの検出信号ＤＳは校正信号演算部５２０に入力される。校正信号演算部５２０での演算結果である校正値ＣＶは送受信制御部５１０に送られる。アレーアンテナ装置の校正の際、校正信号演算部５２０は、信号検出部４２０の検出信号を、記憶部５３０に予め記憶された相互結合振幅位相情報５３１のうちの、校正動作の際に送受信した素子アンテナ１００間に対応する相互結合振幅位相情報に従って補正する。さらに補正した値を設定値に対して補償するための校正値ＣＶを求める。送受信制御部５１０は、校正信号演算部５２０で求めた校正値ＣＶに従い、送信回路ＴＣおよび受信回路ＲＣの振幅と位相を校正する。なお、校正の際に送受信制御部５１０または校正信号演算部５２０が校正用信号指令ＣＡＳを信号発信器３００に出力し、信号発信器３００から校正専用の信号を発生するようにしてもよい。

アレーアンテナ装置の通常の送受信時には、送受信制御部５１０は、アレーアンテナ装置の制御のための所望の制御信号ＣＳに従って、各送受信モジュール２００の送信回路ＴＣと受信回路ＲＣの増幅部２１１，２２１、移相部２１２，２２２、動作切替用スイッチ２１３，２２３を制御して、送信回路ＴＣ、受信回路ＲＣを通過する信号の振幅と位相の制御および送受信の切替えを行って送受信制御を行っている。また、各送受信モジュール２００の送信回路ＴＣおよび受信回路ＲＣと素子アンテナ１００の間の切替えは送受切替用スイッチ２３１を制御する。通常時の制御信号ＣＳは実際には受信機４００での受信信号やその他の信号から求められる。

アレーアンテナ装置の校正は、各送受信モジュール２００の送信回路ＴＣおよび受信回路ＲＣの基準の振幅値、位相値が所望の設定値になるようにそれぞれ調整して合わせるようにするものである。校正の際は、１つの送信回路ＴＣを通過して素子アンテナ１００から送信された信号を、素子アンテナ１００で受けて１つの受信回路ＲＣを通過して得られた検出信号ＤＳに基づいて校正が行われる。得られえ検出信号ＤＳには送信回路ＴＣと受信回路ＲＣの特性の他に、送信した素子アンテナと受信した素子アンテナの間の空間において信号が受ける特性が含まれている。この発明は、個々の素子アンテナ間の空間における信号の受ける特性を予め求めて、相互結合振幅位相情報として記憶部５３０に格納しておく。そして、校正時に得られた検出信号ＤＳを相互結合振幅位相情報で補正して校正を行う。

続いてこの発明の特徴である校正時の動作を説明する。図１には素子アンテナ１００を区別するための記号Ｅ０１、Ｅ０２、Ｅ０３、Ｅ０４を付与している。一例として素子アンテナＥ０１、Ｅ０２、Ｅ０４を送信アンテナ、素子アンテナＥ０３を受信アンテナとした様子を描いている。従って素子アンテナＥ０１、Ｅ０２、Ｅ０４に接続された各送受信モジュール２００は送受切替用スイッチ２３１が送信回路ＴＣ側に接続され、素子アンテナＥ０３に接続された送受信モジュール２００は送受切替用スイッチ２３１が受信回路ＲＣ側に接続されている。この状態で、送信アンテナである素子アンテナＥ０１、Ｅ０２、Ｅ０４の送信動作切替用スイッチ２１３をそれぞれ順に切り替えることで、Ｅ０１→Ｅ０３、Ｅ０２→Ｅ０３、Ｅ０４→Ｅ０３の経路について、信号発信器３００で出力した信号の受信機４００での信号情報をそれぞれ得ることができる。信号情報の検出は信号検出部４２０にて行われる。

アレーアンテナの製造時において、各々の信号経路には、通常初期ばらつきを有している。このため、信号検出部４２０で得た信号情報には振幅、位相のばらつきが含まれる。さらに、例えば経路Ｅ０１→Ｅ０３と経路Ｅ０２→Ｅ０３では、素子アンテナ間の物理的な距離が異なるために空間の伝搬条件も異なり、その影響による特性差が加わる。また、平面アレーアンテナの場合は、素子アンテナ間の物理的な距離が同一であっても、その配列方向が電界面方向、磁界面方向、斜め方向などで異なっている場合には、空間の伝搬条件は異なる。

そこで、各素子アンテナ１００間の相互結合振幅位相情報を予め取得しておき、信号検出部４２０でそれぞれに得られた信号情報を有する検出信号ＤＳを、それぞれに相互結合振幅位相情報で補正すれば、平面アレーアンテナにおけるそれぞれの素子アンテナ間の距離、配列方向による特性を排除することができるようになる。

図８において、素子アンテナ１００間の相互結合振幅位相情報５３１は記憶部５３０に予め格納されている。校正信号演算部５２０は信号検出部４２０で得た検出信号ＤＳを記憶部５３０に蓄えられた素子アンテナ１００間の相互結合振幅位相情報５３１で除算することで補正を行う。続いて、校正時の各信号経路の有線系、より詳細には分配器３１０の入力側から素子アンテナ１００までのばらつきを算出し、そのばらつきを補償する校正値ＣＶを算出する。送受信制御部５１０はこの校正値ＣＶに従って各送受信モジュール２００を制御することで、アレーアンテナの校正を行う。

校正信号演算部５２０では、例えば信号
Ｓ(ｔ)＝Ａｅｘｐ(ｊφ)
Ｓ(ｔ)：信号
Ａ：振幅
φ：位相
の振幅Ａと位相φを示す複素数情報である検出信号ＤＳおよび相互結合振幅位相情報による除算を行う。

素子アンテナ１００間の相互結合振幅位相情報は、各素子アンテナ１００のみを切り離して、各素子アンテナ１００の給電点間の相互結合を別途準備した図１に代表して示すベクトルネットワークアナライザ等の測定器１０にて試験することで取得することが可能である。また、上記試験が困難な場合は、同じく図示を省略したコンピュータによる電磁界シミュレーション等による計算でも同様のデータを取得することが可能である。

上述した説明では、素子アンテナＥ０１、Ｅ０２、Ｅ０４から順に送信し、共通の素子アンテナＥ０３で受信しているので、素子アンテナＥ０１、Ｅ０２、Ｅ０４の送信回路ＴＣ側の特性ばらつきを校正するものであった。一方、図２に示すように、例えば素子アンテナＥ０３を送信アンテナとし、素子アンテナＥ０１、Ｅ０２、Ｅ０４を受信アンテナとした場合、素子アンテナＥ０１、Ｅ０２、Ｅ０４に接続された各送受信モジュール２００は送受切替用スイッチ２３１が受信回路ＲＣ側に接続され、素子アンテナＥ０３に接続された送受信モジュール２００は送受切替用スイッチ２３１が送信回路ＴＣ側に接続される。そして、受信アンテナである素子アンテナＥ０１、Ｅ０２、Ｅ０４の受信動作切替用スイッチ２２３をそれぞれ順に切り替えることで、Ｅ０３→Ｅ０１、Ｅ０３→Ｅ０２、Ｅ０３→Ｅ０４の経路についても上記と同様の方法によって受信アンテナＥ０１、Ｅ０２、Ｅ０４の受信回路ＲＣ側の特性ばらつきを校正することができる。

図１０はこの発明によるアレーアンテナ装置の送信回路ＴＣの校正時の動作の一例を示す概略的な動作フローチャートを示す。最初に測定器１０またはコンピュータによるシミュレーションにより、各素子アンテナ１００間の相互結合振幅位相情報を事前に取得する(ステップＳ１)。そして、送受信制御装置５００の記憶部５３０に相互結合振幅位相情報５３１を記録させる(ステップＳ２)。

次に、送受信制御装置５００の送受信制御部５１０は、記憶部５３０に予め記憶されたスケジュールまたはＩＨ１４からの作業者の入力に従って受信アンテナとなる素子アンテナを選択する(ステップＳ３)。そして信号発信器３００に校正用信号指令ＣＡＳを送って校正用信号を発生させ、各送受信モジュール２００を制御して、送信アンテナとなる素子アンテナを切り替えて信号を送信させ、信号検出部４２０で受信させる(ステップＳ４)。

校正信号演算部５２０は、信号検出部４２０で得られた受信信号を示す検出信号ＤＳを、記憶部５３０に記憶された相互結合振幅位相情報のうちの、信号を送受した素子アンテナ１００間の相互結合振幅位相情報で除算して補正を行う(ステップＳ５)。そして全ての送信アンテナについて補正を行うまで、補正を続ける(ステップＳ６)。

次に校正信号演算部５２０は、補正後の信号の素子間のばらつきを算出し、各送信アンテナの送信回路ＴＣに対する校正値ＣＶを算出する(ステップＳ７)。校正値ＣＶとは、各補正された信号のばらつきの補償を行うための振幅および位相の値からなる。

そして、送受信制御部５１０は、各送信アンテナの送受信モジュール２００の送信回路ＴＣに校正値ＣＶに従って振幅、位相をそれぞれ設定する(ステップＳ８)。

実施の形態２．
図３、図４はこの発明の実施の形態２に係るアレーアンテナ装置の構成を模式的に示す図である。上記実施の形態１では送受信モジュール２００内の送信回路ＴＣと受信回路ＲＣのそれぞれの動作の切替えに動作切替部を構成する送信動作切替用スイッチ２１３と受信動作切替用スイッチ２２３を用いたが、図３に示すように送信用可変減衰器２１４と受信用可変減衰器２２４を用いてもよい。送受信制御装置５００の送受信制御部５１０により、これらの減衰量を調整することによっても、送信回路ＴＣと受信回路ＲＣの動作の切替えを行うことができる。

また、図４に示すように送信用可変増幅器２１５と受信用可変増幅器２２５を用いてもよい。これらの増幅器の増幅率を調整することによっても、送信回路ＴＣと受信回路ＲＣの動作の切替えを行うことができる。

実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３に係るアレーアンテナ装置の構成を模式的に示す図である。上記実施の形態１では送受信モジュール２００の送信回路ＴＣおよび受信回路ＲＣと素子アンテナ１００との接続を送受切替部を構成する送受切替用スイッチ２３１にて切替えていたが、図５に示すように送受切替用スイッチ２３１の代わりにサーキュレータ２３２を用いてもよい。

上記実施の形態１で述べた例では、送信回路ＴＣの校正を行う場合には、校正信号を受信する素子アンテナ(Ｅ０３)自身の送信回路ＴＣは校正の対象とはなっていなかった。すなわち、１つの素子アンテナにより、接続された送受信モジュール２００内の送信回路ＴＣで送信して受信回路ＲＣで受信することができない。そこで、サーキュレータ２３２を設けて、素子アンテナ(Ｅ０３)の送信動作切替用スイッチ２１３、受信動作切替用スイッチ２２３をそれぞれ動作状態とすることで、素子アンテナ(Ｅ０３)が送信した信号を素子アンテナ(Ｅ０３)にて受信することで、実施の形態１に記載した手順と同様にして他の素子アンテナの送信回路ＴＣとの校正を行うことができるようになる。これは受信回路ＲＣについても同様である。
なお、この場合素子アンテナ(Ｅ０３)から送信された信号がまた素子アンテナ(Ｅ０３)で受信されるまでの空間についての自己結合振幅位相情報が、相互結合振幅位相情報になる。

実施の形態４．
上記実施の形態１から３では、送信回路ＴＣ側の特性ばらつきを校正する際の受信アンテナを１つとしたが、受信アンテナを複数用意しても良い。同様に、受信回路ＲＣ側の特性ばらつきを校正する際の送信アンテナを１つとしたが、送信アンテナを複数用意しても良い。

一例として、送信回路ＴＣ側の特性ばらつきを複数の受信アンテナで校正する場合の手順を示す。素子アンテナのうち受信アンテナを受信アンテナＥ０２と受信アンテナＥ０３の２つとし、前述の手順に基づき校正値を算出すれば、受信アンテナＥ０２を使用して取得した送信回路ＴＣの校正値と、受信アンテナＥ０３を使用して取得した送信回路ＴＣの校正値の２つを得る。ここで、受信アンテナＥ０２およびＥ０３のそれぞれの受信回路ＲＣにもばらつきが存在することを考慮して以下の処理を行う。
受信アンテナＥ０２により取得した送信回路ＴＣの振幅、位相の校正値について、各送信回路ＴＣの振幅と位相の校正値の各々の平均値を算出する。そして、振幅と位相の校正値のそれぞれを算出された平均値で規格化する。これにより、全送信回路ＴＣの振幅と位相の校正値の各々の平均値がゼロとなるようなオフセットを振幅、位相にかける。受信アンテナＥ０３により取得した送信回路ＴＣの振幅、位相の校正値についても同様の演算を行う。そして、送信回路ＴＣの各素子に対して上記で得られた結果、すなわち複数の受信アンテナを使用して得られた振幅、位相の校正値をそれぞれ平均することで、送信回路ＴＣの校正値を１つに定めることができる。

図１１は、本実施の形態４によるアレーアンテナ装置の送信回路ＴＣの校正時の動作の一例を示す概略的な動作フローチャートを示す。なお、図１０と同様のものについては同一の記号を付記し、説明を省略する。

送受信制御装置５００の送受信制御部５１０は、記憶部５３０に予め記憶されたスケジュールまたはＩＨ１４からの作業者の入力に従って校正に用いる受信アンテナを複数選定する(ステップＳ’１)。そして送受信制御装置５００により図１０のステップＳ３からステップＳ７を実行し、選択した受信アンテナで校正値を算出する。さらに校正信号演算部５２０で、得られた全送信アンテナ校正値の平均値がゼロとなるように、振幅、位相のそれぞれにオフセットをかけ、オフセットがかけられた振幅、位相を校正値として算出する(ステップＳ’２)。

上記動作を選定した全受信アンテナについて実行する(ステップＳ’３)。最後に校正信号演算部５２０で、全受信アンテナの校正値を平均したものを最終的な校正値ＣＶとして算出する(ステップＳ’４)。
ステップＳ７で得られた校正値は平均処理する前のもので、例えば４素子の位相が(３０°、６０°、−４０°、１０°)のようなものである。ステップＳ’２では、上記値の平均値を求める。平均値はこの場合＋１５°と算出される。この平均値で規格化するので(１５°、４５°、−５５°、−５°)のようになる。いうまでもなく校正とは相対値を平らにする行為なので、前者でも後者でもどちらもこの４素子の校正値に成り得る。
ステップＳ’４についてもこの例を用いて説明すれば、ステップＳ７で得られた結果が(５０°、８０°、−２０°、３０°)と仮定する。すなわち受信回路間に２０°の特性差があったと仮定する。ステップＳ’２ではこの平均値の＋３５°の分だけ規格化されて、結局上記と同じ（１５°、４５°、−５５°、−５°）となる。ただし、実際は測定誤差等の影響によりぴったり一致することはないため、最終的にステップＳ’４にて複数の受信素子間で得られた結果を平均することで、最終的に一つの校正値として決定する。

また、送信アンテナの切り替えと受信アンテナの切り替えを入れ替えることで、同様にして、受信回路ＲＣ側の特性ばらつきを複数の送信アンテナで校正することができる。

本実施の形態４によれば、校正値を取得する系統を複数に分散して情報量を増やすことで、校正精度を高めることができるようになる。また、実施の形態３で説明したように、アンテナの根元に送受切替用スイッチ２３１を設けたような装置構成の場合は校正信号を受信する素子アンテナ自身の送信回路ＴＣは校正の対象とならなかったが、本実施の形態４の装置構成により他の素子がその役を担うようになるため、サーキュレータ２３２を用いないような装置であっても本発明による校正を行うことができるようになる。

以上のようにこの発明は、複数の素子アンテナ(１００)と、前記複数の素子アンテナのそれぞれに設けられた、送信回路(ＴＣ)と受信回路(ＲＣ)と送受切替部(２３１−２)とを有する送受信モジュール(２００)と、送信するための信号を発生する信号発信器(３００)と、前記信号発信器(３００)の出力する信号を前記各送信回路(ＴＣ)に分配する分配器(３１０)と、前記各受信回路(ＲＣ)の受信された信号を合成する合成器(４１０)と、
前記合成器で合成された信号を受信し、また受信した信号の振幅と位相を検出する信号検出部(４２０)を有する、受信機(４００)と、所望の制御信号(ＣＳ)に従って前記各送受信モジュールの前記送信回路(ＴＣ)と前記受信回路(ＲＣ)を通過する信号の振幅と位相の制御および送受信の切替えを行って送受信制御を行うと共に、前記送受信モジュールの校正時に、前記信号検出部(４２０)からの検出信号を前記送受信モジュールの前記各素子アンテナ間の空間におけるそれぞれの相互結合振幅位相情報で補正して得た校正値に従って前記送信回路(ＴＣ)と前記受信回路(ＲＣ)の振幅と位相の校正を行う送受信制御装置(５００)とを備えた、アレーアンテナ装置にある。

また前記各送受信モジュール(２００)が、信号を増幅する増幅部(２１１，２２１)と位相を変える移相部(２１２，２２２)と動作非動作を切替える動作切替部(２１３−５，２２３−５)とをそれぞれ含む前記送信回路(ＴＣ)および受信回路(ＲＣ)と、前記送信回路および前記受信回路と前記素子アンテナの間に接続され送受信を切替える前記送受切替部(２３１−２)と、を含み、
前記送受信制御装置(５００)が、前記各送受信モジュールの振幅と位相の制御および切替えを行って送受信制御を行う送受信制御部(５１０)と、前記相互結合振幅位相情報を格納した記憶部(５３０)と、校正信号演算部(５２０)と、を含み、
前記送受信モジュールの校正時に、前記送受信制御部(５１０)が、前記送信回路を動作させて信号を送信させ前記受信回路で受信させ、前記校正信号演算部(５２０)が、前記信号検出部(４２０)の前記検出信号を対応する前記相互結合振幅位相情報に従って補正した後に設定値に対する補償を行うための前記校正値を求め、前記送受信制御部(５１０)が、前記校正値に従い前記送信回路および前記受信回路の振幅と位相を校正する。
また、前記各送受信モジュール(２００)の前記各動作切替部(２１３−５，２２３−５)が切替用スイッチ(２１３，２２３)からなる。

また、前記各送受信モジュール(２００)の前記各動作切替部(２１３−５，２２３−５)が可変減衰器(２１４，２２４)からなる。
また、前記各送受信モジュール(２００)の前記各動作切替部(２１３−５，２２３−５)が可変増幅器(２１５，２２５)からなる。
また、前記各送受切替部(２３１−２)が、切替用スイッチ(２３１)からなる。
また、前記各送受切替部(２３１−２)が、サーキュレータ(２３２)からなる。
また、前記送受信制御部(５１０)が、前記送信回路の内の１つを動作させて信号を送信させ、前記受信回路の内の１つを動作させて信号を受信させ、
前記校正信号演算部(５２０)が、前記信号検出部(４２０)で検出した前記検出信号と前記記憶部(５３０)からの対応する前記相互結合振幅位相情報とを複素数として、前記検出信号を前記相互結合振幅位相情報にて除算することで前記補正を行う。
また、前記送受信制御部(５１０)が、前記受信回路の１つを動作させながら、複数の前記送信回路を順番に動作させて信号を送信させることで、複数の前記送信回路間の校正を行う。
また、前記送受信制御部(５１０)が、前記送信回路の１つを動作させながら、複数の前記受信回路を順番に動作させて信号を受信させることで、複数の前記受信回路間の校正を行う。

また、前記送受信制御部(５１０)が、前記受信回路(ＲＣ)の１つを動作させながら、複数の前記送信回路(ＴＣ)を順番に動作させて信号を送信させることで、複数の前記送信回路間の校正を行い、かつ、複数の前記受信回路を順に切替えて複数の送信回路間の校正をそれぞれ行う。
また、前記送受信制御部(５１０)が、前記送信回路(ＴＣ)の１つを動作させながら、複数の前記受信回路(ＲＣ)を順番に動作させて信号を受信させることで、複数の前記受信回路間の校正を行い、かつ、複数の前記送信回路を順に切替えて複数の受信回路間の校正をそれぞれ行う。
また、前記校正信号演算部(５２０)が、前記受信回路(ＲＣ)の１つを動作させて得られた前記送信回路(ＴＣ)間の校正値を校正値の平均値で規格化し、かつ、動作させた全ての前記受信回路でそれぞれ求めた校正値間で平均して複数の送信回路間の校正を行う。
また、前記校正信号演算部(５２０)が、前記送信回路(ＴＣ)の１つを動作させて得られた前記受信回路(ＲＣ)間の校正値を校正値の平均値で規格化し、かつ、動作させた全ての前記送信回路でそれぞれ求めた校正値間で平均して複数の受信回路間の校正を行う。

また、複数の素子アンテナ(１００)に、送信回路(ＴＣ)と受信回路(ＲＣ)と送受切替部(２３１−２)とを有する送受信モジュール(２００)がそれぞれ接続され、送受信制御装置(５００)で、前記各送受信モジュール(２００)の前記送信回路(ＴＣ)と前記受信回路(ＲＣ)を通過する信号の振幅と位相の制御および送受信の切替えを行って制御しながら、信号発信器(３００)からの送信するための信号を分配器(３１０)で前記各送信回路(ＴＣ)に分配して送信させ、また前記各受信回路(ＲＣ)からの受信された信号を合成器(４１０)で合成し、合成された信号を受信機(４００)で受信するアレーアンテナ装置において、
前記各送受信モジュールの校正時に、前記受信機(４００)で受信した信号の振幅と位相を検出した検出信号を、前記各素子アンテナ間の空間におけるそれぞれの相互結合振幅位相情報で補正して得た校正値に従って校正を行う、アレーアンテナ装置の校正方法からなる。

この発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、これらの可能な組み合わせを全て含む。

産業上の利用の可能性

この発明は、種々の分野のアレーアンテナ装置に適用することができる。

１０測定器、１１インターフェース、１２プロセッサ、１３メモリ、１００素子アンテナ、２００送受信モジュール、２１１送信用増幅部、２１２送信用移相部、２１３送信動作切替用スイッチ、２１４送信用可変減衰器、２１５送信用可変増幅器、２２１受信用増幅部、２２２受信用移相部、２２３受信動作切替用スイッチ、２２４受信用可変減衰器、２２５受信用可変増幅器、２３１送受切替用スイッチ、２３２サーキュレータ、３００信号発信器、３１０分配器、４００受信機、４１０合成器、４２０信号検出部、５００ａコンピュータ、５００送受信制御装置、５１０送受信制御部、５２０校正信号演算部、５３０記憶部、５３１相互結合振幅位相情報、ＲＣ受信回路、ＴＣ送信回路。

Claims

複数の素子アンテナと、
前記複数の素子アンテナのそれぞれに設けられた、送信回路と受信回路と送受切替部とを有する送受信モジュールと、
送信するための信号を発生する信号発信器と、
前記信号発信器の出力する信号を前記各送信回路に分配する分配器と、
前記各受信回路の受信された信号を合成する合成器と、
前記合成器で合成された信号を受信し、また受信した信号の振幅と位相を検出する信号検出部を有する、受信機と、
所望の制御信号に従って前記各送受信モジュールの前記送信回路と前記受信回路を通過する信号の振幅と位相の制御および送受信の切替えを行って送受信制御を行うと共に、前記送受信モジュールの校正時に、前記信号検出部からの検出信号を前記送受信モジュールの前記各素子アンテナ間の空間におけるそれぞれの相互結合振幅位相情報で補正して得た校正値に従って前記送信回路と前記受信回路の振幅と位相の校正を行う送受信制御装置と、
を備えた、アレーアンテナ装置。
前記各送受信モジュールが、
信号を増幅する増幅部と位相を変える移相部と動作非動作を切替える動作切替部とをそれぞれ含む前記送信回路および受信回路と、
前記送信回路および前記受信回路と前記素子アンテナの間に接続され送受信を切替える前記送受切替部と、を含み、
前記送受信制御装置が、
前記各送受信モジュールの振幅と位相の制御および切替えを行って送受信制御を行う送受信制御部と、
前記相互結合振幅位相情報を格納した記憶部と、
校正信号演算部と、を含み、
前記送受信モジュールの校正時に、前記送受信制御部が、前記送信回路を動作させて信号を送信させ前記受信回路で受信させ、前記校正信号演算部が、前記信号検出部の前記検出信号を対応する前記相互結合振幅位相情報に従って補正した後に設定値に対する補償を行うための前記校正値を求め、前記送受信制御部が、前記校正値に従い前記送信回路および前記受信回路の振幅と位相を校正する、
請求項１に記載のアレーアンテナ装置。
前記各送受信モジュールの前記各動作切替部が切替用スイッチからなる、請求項２に記載のアレーアンテナ装置。
前記各送受信モジュールの前記各動作切替部が可変減衰器からなる、請求項２に記載のアレーアンテナ装置。
前記各送受信モジュールの前記各動作切替部が可変増幅器からなる、請求項２に記載のアレーアンテナ装置。
前記各送受切替部が、切替用スイッチからなる、請求項２から５までのいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
前記各送受切替部が、サーキュレータからなる、請求項２から５までのいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
前記送受信制御部が、前記送信回路の内の１つを動作させて信号を送信させ、前記受信回路の内の１つを動作させて信号を受信させ、
前記校正信号演算部が、前記信号検出部で検出した前記検出信号と前記記憶部からの対応する前記相互結合振幅位相情報とを複素数として、前記検出信号を前記相互結合振幅位相情報にて除算することで前記補正を行う、請求項２から７までのいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
前記送受信制御部が、前記受信回路の１つを動作させながら、複数の前記送信回路を順番に動作させて信号を送信させることで、複数の前記送信回路間の校正を行う、請求項８に記載のアレーアンテナ装置。
前記送受信制御部が、前記送信回路の１つを動作させながら、複数の前記受信回路を順番に動作させて信号を受信させることで、複数の前記受信回路間の校正を行う、請求項８に記載のアレーアンテナ装置。
前記送受信制御部が、前記受信回路の１つを動作させながら、複数の前記送信回路を順番に動作させて信号を送信させることで、複数の前記送信回路間の校正を行い、かつ、複数の前記受信回路を順に切替えて複数の送信回路間の校正をそれぞれ行う、請求項９に記載のアレーアンテナ装置。
前記送受信制御部が、前記送信回路の１つを動作させながら、複数の前記受信回路を順番に動作させて信号を受信させることで、複数の前記受信回路間の校正を行い、かつ、複数の前記送信回路を順に切替えて複数の受信回路間の校正をそれぞれ行う、請求項１０に記載のアレーアンテナ装置。
前記校正信号演算部が、前記受信回路の１つを動作させて得られた前記送信回路間の校正値を校正値の平均値で規格化し、かつ、動作させた全ての前記受信回路でそれぞれ求めた校正値間で平均して複数の送信回路間の校正を行う、請求項１１に記載のアレーアンテナ装置。
前記校正信号演算部が、前記送信回路の１つを動作させて得られた前記受信回路間の校正値を校正値の平均値で規格化し、かつ、動作させた全ての前記送信回路でそれぞれ求めた校正値間で平均して複数の受信回路間の校正を行う、請求項１２に記載のアレーアンテナ装置。
複数の素子アンテナに、送信回路と受信回路と送受切替部とを有する送受信モジュールがそれぞれ接続され、送受信制御装置で、前記各送受信モジュールの前記送信回路と前記受信回路を通過する信号の振幅と位相の制御および送受信の切替えを行って制御しながら、信号発信器からの送信するための信号を分配器で前記各送信回路に分配して送信させ、また前記各受信回路からの受信された信号を合成器で合成し、合成された信号を受信機で受信するアレーアンテナ装置において、
前記各送受信モジュールの校正時に、前記受信機で受信した信号の振幅と位相を検出した検出信号を、前記各素子アンテナ間の空間におけるそれぞれの相互結合振幅位相情報で補正して得た校正値に従って校正を行う、アレーアンテナ装置の校正方法。