WO2011102522A1 - フェーズドアレイアンテナ及びその位相制御方法 - Google Patents

フェーズドアレイアンテナ及びその位相制御方法 Download PDF

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健一 安間
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    • H04B7/08—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
    • H04B7/0837—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station using pre-detection combining
    • H04B7/0842—Weighted combining
    • H04B7/086—Weighted combining using weights depending on external parameters, e.g. direction of arrival [DOA], predetermined weights or beamforming

Definitions

  • the present invention relates to a phased array antenna applied to, for example, SSPS (Space Solar Power System), and more particularly, to a phased array antenna capable of controlling a power transmission beam direction to a power receiving facility with high accuracy and a phase control method thereof. Is.
  • SSPS Space Solar Power System
  • the SSPS plan launches an artificial satellite equipped with a huge solar cell panel above the equator, and converts the electric power generated by sunlight into a microwave 100 by a transmission module in the solar cell panel. . Then, the microwave 100 is transmitted from the microwave power transmission unit 101 to the power receiving facility 102 provided on the ground, and converted into electric power again on the ground and used.
  • the retrodirective function refers to receiving a pilot signal (induction signal) transmitted from the power receiving facility 102 provided on the ground by the power transmission antenna included in the microwave power transmission unit 101, and transmitting phase information of the received pilot signal to the power transmission antenna. This is a function of directing the transmission wave in the direction of arrival of the pilot signal by reflecting it in the transmission wave radiated from.
  • a large-area antenna is constructed by coupling two-dimensionally arranged antenna panels of about 1 m square at coupling points. Because this large-area antenna is bent around the coupling point, the phase plane of the microwaves radiated from each antenna panel is different, and unwanted waves with high power levels may be radiated outside the target point.
  • a method of aligning the phase plane has been proposed.
  • Patent Document 1 discloses an example of a retrodirective function. Based on the arrival direction angle formed by the arrival direction of the pilot signal and the antenna panel, the antenna reference line orthogonal to the arrival direction of the pilot signal and each of the antenna reference lines are disclosed. The distance between the antenna elements is calculated, and the phase amount of the microwave radiated from each antenna element is determined and corrected according to each calculated distance.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a phased array antenna and a phase control method thereof that can improve the accuracy of phase correction.
  • the present invention employs the following means.
  • the first aspect of the present invention has a configuration in which a plurality of antenna panels in which a plurality of antenna elements are arranged and arranged are connected in a straight line or a plane, and controls the phase of signals input to and output from each of the antenna elements.
  • a phased array antenna that radiates a signal in the direction of arrival of a pilot signal transmitted from a reception facility, based on the pilot signal and a reference signal transmitted in common to each of the antenna panels
  • a plurality of the antenna panels based on the arrival phase and the arrival direction angle formed between the arrival phase and the arrival direction of the pilot signal and the antenna panel in each of the antenna panels;
  • a phased array comprising: a fixed unit; and a phase shift amount determining unit that determines a phase shift amount of a signal radiated from each antenna element based on information on the position of the antenna panel specified by the position specifying unit.
  • each antenna panel receives the pilot signal and the reference signal transmitted in common to the antenna panel.
  • the arrival phase of the pilot signal detected based on the pilot signal and the reference signal, and the arrival direction angle formed by the arrival direction of the pilot signal and the antenna panel are obtained.
  • a predetermined reference panel is selected, and the position of each antenna panel with respect to this reference panel is estimated based on the arrival phase and the arrival direction angle.
  • the amount of phase shift of the signal radiated from each antenna element is determined.
  • the phased array antenna may include an instruction transmission unit that is located at a predetermined height from the surface of the reference panel and transmits the reference signal to each antenna panel.
  • the distance from the reference panel is the longest compared to the case where the instruction transmission unit is located on the surface of the reference panel.
  • the difference in the transmission distance of the reference signal to the antenna panel that is far away is small. Thereby, the detection error of the reference signal between the antenna panels can be reduced.
  • An instruction transmitter that is located on at least one of the antenna panels of the phased array antenna and transmits the reference signal to each of the antenna panels; and the instruction transmitter A control unit that controls timing for detecting the reference signal according to the distance between the antenna panel having the instruction transmission unit and the other antenna panel with respect to the antenna panel other than the antenna panel having It is good to do. Since the instruction transmission unit is located on the antenna panel surface, the distance between the antenna panel and the other antenna panel is known, so by controlling the timing for detecting the reference signal according to the distance, the reference Signal transmission errors can be reduced.
  • the position specifying unit of the phased array antenna includes a selection unit that selects the next antenna panel for specifying the position of the antenna panel, and the selection unit includes a plurality of adjacent antenna panels after the position determination.
  • the antenna panels may be sequentially selected.
  • the next position specifying process is performed in parallel with the selected four antenna panels. Will be done. In this way, since the positions of the antenna panels are sequentially specified in parallel based on the position information of the adjacent antenna panels, the time required for the processing for specifying the positions of the antenna panels can be shortened.
  • the phased array antenna is divided into a plurality of regions, and each of the regions has the reference panel to provide a plurality of the reference panels, and a reference panel that is the most standard among the plurality of reference panels is provided.
  • the reference panel other than the first reference panel and the first reference panel is a second reference panel, and the position specifying unit specifies the position of the antenna panel in each of the regions based on the reference panel in the region.
  • the region having the first reference panel or the region close to the region having the first reference panel at the boundary between the adjacent regions is defined as the dominant side, and the region that is not the dominant side of the adjacent region is defined as In the case of the inferior side, the position of the antenna panel in the inferior side region is corrected based on the adjacent dominant side reference panel. It is also possible.
  • the second aspect of the present invention has a configuration in which a plurality of antenna panels in which a plurality of antenna elements are arranged and arranged are connected in a straight line or a plane, and controls the phase of signals input to and output from each of the antenna elements.
  • a phased array antenna that radiates a signal in the direction of arrival of a pilot signal transmitted from a reception facility, based on the pilot signal and a reference signal transmitted in common to each of the antenna panels
  • a plurality of antennas based on a first process of detecting an arrival phase of the pilot signal in each antenna panel, an arrival direction angle formed by the arrival phase and the arrival direction of the pilot signal and the antenna panel; Among the panels, the position of each of the antenna panels with respect to a reference panel that is the reference antenna panel is specified.
  • the phase of the phased array antenna having two processes and a third process for determining the amount of phase shift of the signal radiated from each antenna element based on the information on the position of the antenna panel specified by the second process. Provide a control
  • the present invention has the effects of improving the accuracy of phase correction and speeding up phase correction.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of a phased array antenna according to a first embodiment of the present invention. It is the figure which extracted and showed a part of phased array antenna shown in FIG. It is an operation
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a phased array antenna 1 according to the present embodiment.
  • the phased array antenna 1 according to the present embodiment includes a plurality of antenna panels C that are two-dimensionally arranged in N rows and N columns on the XY plane in an O-XYZ orthogonal coordinate system. I have. Adjacent antenna panels C are coupled at each coupling point (not shown).
  • Each antenna panel C is, for example, a square whose side is A (for example, about 1 m), and the large-sized phased array antenna 1 of about 2 km square as a whole is obtained by connecting the antenna panels C to each other. Has been built.
  • each antenna panel C a plurality of antenna elements 20 are two-dimensionally arranged at predetermined distance intervals in the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • the antenna elements 20 are two-dimensionally arranged in the X-axis direction and the Y-axis direction so that both distance intervals are a.
  • the distance between the end face of the antenna panel C and the antenna element 20 closest to the end face is a / 2.
  • the instruction transmission unit 32 transmits a time synchronization pulse to each antenna panel C of the phased array antenna 1 via wireless communication.
  • the height position h at which the instruction transmission unit 32 is provided is such that the phase error calculated based on the transmission distance difference of the time synchronization pulse between the reference panel P and each antenna panel C other than the reference panel P is within a predetermined range. It is preferable to set so as to be within.
  • the height position h where the instruction transmission unit 32 is provided is not particularly limited, but the time between the reference panel P and each other antenna panel C increases as the distance (height) from the surface of the reference panel P increases. Since the difference in the transmission distance of the synchronization pulse is shortened, in this embodiment, the position is about 1 km from the surface of the reference panel P.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the phased array antenna 1 according to the present embodiment.
  • the original vibration 31 transmits, to each antenna panel C, a reference signal fp + ⁇ p that serves as a reference when the arrival phase ⁇ between the panels is estimated by the detection unit 40 via wireless communication.
  • a technique for transmitting the reference signal by the original vibration 31 is described in detail in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-325162. By adopting these known techniques, it is possible to transmit the reference signal from the original vibration 31.
  • the instruction transmission unit 32 outputs a pulse for synchronizing time (time synchronization pulse) to the detection unit 40.
  • the predetermined frequency is a frequency at which the size of the antenna falls within a predetermined range. Even when the down-converted pilot signal f p, the relative phase of the pilot signal f p received by the receiving circuit 30 of each antenna panel is maintained.
  • the detection unit 40 detects the arrival direction angle ⁇ between the antenna panel surface and the arrival direction of the pilot signal in the antenna panel C and the arrival phase ⁇ of the pilot signal in the antenna panel C for each antenna panel, and the arithmetic processing unit 50 Output to.
  • the detection unit 40 includes an AD converter 41, a candidate determination unit 42, and an angle detection unit 43.
  • the AD converter 41 uses the time synchronization pulse acquired from the instruction transmission unit 32 as a trigger, and uses the timing information of detection of the arrival phase ⁇ in the pilot signal f p ′ down-converted in the reception circuit 30 of each antenna panel C as a candidate determination unit. Output to 42.
  • the candidate determining unit 42 the position of the reference signal at the time of receiving the timing information, to detect the arrival phase ⁇ of the pilot signal f p '.
  • the position candidate R of the antenna panel C is a position candidate for an integral multiple of the wavelength.
  • the candidate determination unit 42 outputs the arrival phase ⁇ and the panel position candidate R to the arithmetic processing unit 50.
  • FIG. 3 shows a state in which a plurality of antenna panels C receive pilot signals from the ground.
  • the candidate determining unit 42 in the antenna panel C 1j is located next to the reference panel P, on the basis of the information of the arrival phase phi 1j of the pilot signal f p, is receiving the pilot signal f p at the top of the waveform detecting the estimates by phase 360 ° of the pilot signal f p, the in which R 1j1, R 1j2, R 1j3 deviation as a candidate R of the panel position.
  • Angle detecting unit 43 includes a RF interferometer by measuring the phase difference between the pilot signal f p received by a plurality of receiving antenna elements 120 each antenna panel C is provided, power receiving equipment that transmitted the pilot signal The direction of 102 (see, for example, FIG. 9) is obtained.
  • the angle detection unit 43 estimates the arrival direction angle ⁇ indicating the direction of the reception facility 102 for each antenna panel C, and outputs the estimated arrival direction angle ⁇ to the arithmetic processing unit 50.
  • the arithmetic processing unit 50 includes a microcomputer, and executes each phase control process described below based on the input arrival direction angle ⁇ , arrival phase ⁇ , and panel position candidate R, whereby each antenna element The amount of microwave phase shift transmitted from 20 is calculated and output to each variable phase shifter 80.
  • the arithmetic processing unit 50 includes a position specifying unit 51 and a phase shift amount determining unit 52.
  • the position specifying unit 51 specifies the position of each antenna panel with respect to the reference panel P among the plurality of antenna panels based on the arrival phase ⁇ and the arrival direction angle ⁇ .
  • the reference panel P is fixedly set.
  • the position specifying unit 51 determines the reference panel P among the panel position candidates R (for example, R 1j1 , R 1j2 , R 1j3 ...) Estimated when the arrival phase ⁇ 1j of the antenna panel C 1j is obtained.
  • the panel position that is the position of the arrival direction angle ⁇ 1j from the position is selected, and the selected panel position R 1j1 is specified as the position of the antenna panel C 1j .
  • the position specifying unit 51 specifies the panel position of the antenna panel C and outputs information on the panel position to the phase shift amount determining unit 52.
  • the phase shift amount determining unit 52 determines the phase shift amount of the signal to be radiated from each antenna element 20 based on the information on the panel position specified by the position specifying unit 51. For example, the phase shift amount determination unit 52 acquires information on the specified panel position, and the phase shift amount of the antenna panel C adjacent to the reference panel P side from the antenna panel C that determines the phase shift amount is further determined.
  • the phase shift amount of the transmission microwave transmitted from the antenna element 20 is determined based on the phase shift amount of the adjacent antenna panel C.
  • the phase shift amount determining unit 52 outputs information on the phase shift amount to the variable phase shifter 80 corresponding to each antenna panel C.
  • the microwave generation unit 60 generates a reference microwave signal and outputs it to the branching circuit 70.
  • the demultiplexing circuit 70 demultiplexes the input reference microwave signal and outputs it to the variable phase shifter 80 provided corresponding to each antenna element 20.
  • Each variable phase shifter 80 generates a phase shift amount in the reference phase microwave input from the demultiplexing circuit 70 based on the phase shift amount information input from the arithmetic processing unit 50, and the power amplifier 90. Output to.
  • the power amplifier 90 is provided corresponding to each of the antenna elements 20 and amplifies the power supplied from the external power source (space solar power generation unit) to the microwave of the phase and frequency of the signal output from the variable phase shifter 80.
  • the antenna element 20 radiates microwaves having respective phase differences that have been subjected to power amplification toward the power receiving facility 102 (see FIG. 9).
  • FIG. 3 shows antenna panels arranged in the first row, the second row, the (k ⁇ 1) th row, and the k-th row from the reference panel P among the j-column antenna panels C 1j to C ij.
  • C 1j , C 2j ... C (k ⁇ 1) j and C kj are extracted and shown as an example.
  • Pilot signal f p by the respective receiving antenna elements 120 of each antenna panel C 1j to C kj is received and detected in the receiver circuit 30 (step SA1 in FIG. 4).
  • the pilot signal f p is down-converted and output to the detection unit 40 by the reference signal f p + Delta] p of the master 31 is inputted (step SA2 in FIG. 4).
  • the candidate determination unit 42 the arrival phase ⁇ of the down-converted pilot signal f ⁇ p for each of the antenna panels C 1j to C kj based on the time synchronization pulse input from the instruction transmission unit 32 via the AD converter 41. Is detected (step SA3 in FIG. 4), and the panel position candidate R of each of the antenna panels C 1j to C kj is estimated based on the arrival phase ⁇ (step SA4 in FIG. 4).
  • step SA5 based on the pilot signal f p obtained by the antenna panel C 1j to each of the plurality of receiving antenna elements 120 of the C kj, arrival direction angle ⁇ of the antenna panel C 1j to C kj pilot signal It is estimated (step SA5 in FIG. 4). Based on the arrival phase ⁇ and the arrival direction angle ⁇ described above, the positions of the antenna panels C 1j to C kj are specified (step SA6 in FIG. 4). It is determined whether or not the panel positions of all the antenna panels C 1j to C kj have been specified (step SA7 in FIG. 4).
  • the phase shift amount of the transmission microwave to be output is set for each of the antenna panels C 1j to C kj (step SA8 in FIG. 4). This process ends. If not all panel positions have been specified, the process returns to step SA6 and the process is repeated.
  • the process to detect the arrival phase phi of the pilot signal f p at each antenna panel, by performing the phase control processing based on the arrival phase phi, as shown in FIG. 5, the total antenna panels C 1j to C kj The phase planes of the microwaves output from all the arranged antenna elements 20 are aligned.
  • the phase setting (step SA8) based on the arrival phase ⁇ is performed when all the panel positions in step SA7 in FIG. 4 are specified. Is not limited to this.
  • the phase setting (step SA8) may be performed sequentially from the antenna panel whose panel position is specified in step SA6 of FIG.
  • the arrival phase of the pilot signal detected based on the pilot signal and the reference signal received at each antenna panel C. ⁇ and the arrival direction angle ⁇ formed by the arrival direction of the pilot signal and the antenna panel C are obtained.
  • a predetermined reference panel P is selected, and the position of each antenna panel C with respect to this reference panel P is estimated based on the arrival phase ⁇ and the arrival direction angle ⁇ . .
  • the phase shift amount of the signal radiated from each antenna element 20 is determined.
  • each antenna panel C is estimated for each antenna panel C on the basis of the pilot signal detected by each antenna panel C. Therefore, the position of the plurality of connected antenna panels C is determined. No estimation error is included. Thereby, the precision of the phase correction between the antenna panels C can be improved. Also, by down-converting the pilot signal to a frequency where the antenna size is within a predetermined range, the wavelength of the pilot signal is extended, and the interval between panel position candidates estimated by the arrival phase ⁇ is widened. Thereby, the estimation precision of a panel position can be improved.
  • the instruction transmission unit 32 is provided at a position having a predetermined height h on the surface of the antenna panel C, thereby reducing the time difference at which each antenna panel C receives a time synchronization pulse.
  • the arrangement position of the instruction transmission unit 32 is not limited to this.
  • an instruction transmission unit 32 ′ (not shown) may be provided on the surface of the antenna panel C.
  • the distance between the antenna panel Cx having the instruction transmission unit 32 ′ and the other antenna panel Cy other than the antenna panel Cx having the instruction transmission unit 32 ′ is Since it becomes known, a control unit (not shown) for controlling the timing of detecting the reference signal according to the distance between the antenna panel Cx and the other antenna panel Cy is provided for the other antenna panel Cy.
  • a control unit (not shown) for controlling the timing of detecting the reference signal according to the distance between the antenna panel Cx and the other antenna panel Cy is provided for the other antenna panel Cy.
  • phased array antenna according to a second embodiment of the present invention is different from the first embodiment described above in that a selection unit that selects the next antenna panel for specifying the position of the antenna panel by the position estimation unit 51 is provided.
  • description of points that are common to the first embodiment will be omitted, and different points will be mainly described.
  • the selecting unit sequentially selects a plurality of antenna panels adjacent to the antenna panel whose panel position is specified as the antenna panel for specifying the panel position. For example, when each antenna panel is a rectangle, each antenna panel is adjacent to four antenna panels in all directions.
  • the selecting unit 51 when the antenna panel for which the panel position specifying process is performed first is the first specified panel, after the position of the first specified panel is determined, the selecting unit specifies the position first. The four antenna panels adjacent to the antenna panel thus selected are selected as antenna panels that perform panel position specifying processing next.
  • the antenna panel located at the approximate center of the phased array antenna is selected as the first specific panel.
  • the time required for the panel position specifying process can be further shortened.
  • the antenna panel located at the approximate center of the phased array antenna is set as the first specific panel, and the process of specifying 1500 panel positions vertically and horizontally is performed. Done in parallel.
  • the number of processes required to specify the panel position of the antenna panel farthest from the first specific panel is about 3000 times. Thereby, the number of times of processing can be reduced as compared with the case where the first specific panel is selected as an antenna panel located at the end of the phased array antenna (for example, the number of times of processing is about 6000).
  • FIG. 7 is an enlarged view of the antenna panel in the vicinity of the first specific panel.
  • the selection unit specifies the four adjacent antenna panels C (i ⁇ 1) j , C after specifying the position of the center panel C ij.
  • (i + 1) j , Ci (j-1) , Ci (j + 1) are selected as antenna panels for specifying the position.
  • the selection unit includes two adjacent (for example, The antenna panel C (i + 2) j , C (i + 1) (j + 1) ) is then selected as the antenna panel for specifying the position. As described above, four or two antenna panels are selected by the selection unit, and the panel position specifying process is performed in parallel.
  • the phase shift amount determination unit 52 determines the phase shift amount for each antenna panel based on the information on the position of each antenna panel specified by the parallel processing of the panel position as described above. In this way, a plurality of antenna panels that are adjacent to the antenna panel whose position is specified and whose position is unspecified are sequentially selected, and the panel position specifying process of the plurality of antenna panels is performed in parallel. The time required for the position specifying process can be shortened.
  • the phased array antenna according to this embodiment is different from the first embodiment and the second embodiment described above in that the antenna panels are grouped into a plurality of regions and a plurality of reference panels are provided for each region.
  • description of points that are common to the first embodiment and the second embodiment will be omitted, and different points will be mainly described with reference to FIG.
  • the antenna panels of the phased array antenna are grouped into a plurality of areas, and each area includes a reference panel (first reference panel) or a temporary reference panel (second reference panel).
  • the A area includes a reference panel (first reference panel) that is the most standard among all the antenna panels, and a temporary area other than the first reference panel is provided from the B area to the E area.
  • a temporary reference panel (second reference panel) which is a reference panel is provided.
  • the candidate position determination unit determines panel position candidates for each antenna panel. Specifically, in the A area, the panel position of the antenna panel is specified in order from the reference panel, and in the B area to E area, the antenna panel in each area is based on the temporary reference panel provided in each area. The panel position is temporarily specified.
  • the arithmetic processing unit is inferior when the area having the reference panel or the area close to the area having the reference panel is the dominant side and the area that is not the dominant side of the adjacent area is the inferior side at the boundary between adjacent areas.
  • the position of the antenna panel in this area is corrected based on the adjacent dominant reference panel.
  • the arithmetic processing unit calculates a correction amount (shift amount) ⁇ of the panel position between the A region and the B region to the E region.
  • the arithmetic processing unit corrects the panel position of the antenna panel in each region temporarily specified in the B region to the E region based on the correction amount ⁇ .
  • the calculation processing unit specifies the panel positions of all the antenna panels, the calculation processing unit outputs it to the phase shift amount determination unit.
  • the phase shift amount determination unit determines and outputs the phase shift amount based on the specified (or corrected) panel position information. As described above, since a plurality of reference panels (or temporary reference panels) serving as a reference are provided and the panel position specifying process in the grouped area is performed in parallel for each area, the panel position specifying process is performed. Time can be shortened.

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Abstract

　位相補正の精度を向上させること。パイロット信号と各アンテナパネルに対して共通に送信される基準信号とに基づいて、各アンテナパネルにおけるパイロット信号の到達位相を検出する検出部（４０）と、到達位相およびパイロット信号の到来方向とアンテナパネルとがなす到来方向角度に基づいて、複数のアンテナパネルのうち、基準のアンテナパネルとされる基準パネルに対する各アンテナパネルの位置を特定する位置特定部（５１）と、位置特定部（５１）によって特定されたアンテナパネルの位置の情報に基づいて、各アンテナ素子から放射させる信号の移相量をそれぞれ決定する移相量決定部（５２）とを具備する。

Description

フェーズドアレイアンテナ及びその位相制御方法
　本発明は、例えば、ＳＳＰＳ（Ｓｐａｃｅ　Ｓｏｌａｒ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ）に適用されるフェーズドアレイアンテナに関し、特に、受電設備への電力送電ビーム方向を高精度で制御することのできるフェーズドアレイアンテナ及びその位相制御方法に関するものである。
　近年、化石燃料の利用による二酸化炭素排出量の増加に伴い、地球温暖化などの環境問題や化石燃料枯渇などのエネルギー問題がクローズアップされている。このため、クリーンエネルギーの需要は年々高まっており、それらの問題に対する解決方法の一つとしてＳＳＰＳ計画が挙げられている。
　ＳＳＰＳ計画とは、図９に示すように、巨大な太陽電池パネルを搭載した人口衛星を赤道上空に打ち上げ、太陽光によって発電した電力を太陽電池パネルの中の発信モジュールによりマイクロ波１００に変換する。そして、マイクロ波１００をマイクロ波送電部１０１から地上に設けた受電設備１０２へ送電し、地上において再び電力に変換して利用するという計画である。
　これにより太陽発電の欠点である天候や時間帯に左右されること無く、クリーンなエネルギーを安定して供給することができる。この計画の実現のためには、大電力送電、マイクロ波ビーム制御、運用コストの低減などが技術課題として挙げられ、それらを満足させる方法の一つとして、上記マイクロ波送電部１０１に積層アクティブ集積アンテナ（Ａｃｔｉｖｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ａｎｔｅｎｎａ：ＡＩＡ）を用いる方法が挙げられている。また、送電の更なる高効率化を図るために、上記積層アクティブ集積アンテナにレトロディレクティブ機能を搭載することなどが検討されている。
　上記レトロディレクティブ機能とは、地上に設けられた受電設備１０２から送られてくるパイロット信号（誘導信号）をマイクロ波送電部１０１が備える送電アンテナにより受信し、受信したパイロット信号の位相情報を送電アンテナから放射させる送信波に反映させることによって、この送信波をパイロット信号の到来方向に指向させる機能である。
　ＳＳＰＳにおける送電アンテナでは、二次元配列された約１ｍ四方のアンテナパネルがそれぞれ結合点にて結合されることにより、大面積のアンテナを構築している。この大面積のアンテナは、結合点を中心に折れ曲がったりすることにより、各アンテナパネルから放射させるマイクロ波の位相面が異なり、電力レベルの高い不要波が目標地点以外に放射されることもあるため、位相面を揃える方法が提案されている。
　例えば、特許文献１には、レトロディレクティブ機能の一例が開示されており、パイロット信号の到来方向とアンテナパネルとがなす到来方向角度に基づいて、パイロット信号の到来方向に直交するアンテナ基準線と各アンテナ素子との間の距離を算出し、算出されたそれぞれの距離に応じて、各アンテナ素子から放射させるマイクロ波の位相量を決定し、補正している。
特開２００６－２８７４５１号公報
　しかしながら、上記特許文献１の方法では、基準とするパネルを起点として、順に隣のパネルの移相量を決定し、補正していたため、接続された従前のアンテナパネルの位置の推定誤差が含まれている場合には、その推定誤差を含んだ状態で、順次位相差を計算していくこととなり、基準とするパネルから離れるに従って位相補正の精度が低下するという問題があった。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、位相補正の精度を向上させることのできるフェーズドアレイアンテナ及びその位相制御方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
　本発明の第１の態様は、複数のアンテナ素子が配列配置された複数のアンテナパネルを直線状又は平面状に接続した構成を有し、各前記アンテナ素子に入出力する信号の位相を制御することにより、受信設備から送信されたパイロット信号の到来方向に対し信号を放射するフェーズドアレイアンテナであって、前記パイロット信号と、各前記アンテナパネルに対して共通に送信される基準信号とに基づいて、各前記アンテナパネルにおける、前記パイロット信号の到達位相を検出する検出部と、前記到達位相、および前記パイロット信号の到来方向と前記アンテナパネルとがなす到来方向角度に基づいて、複数の前記アンテナパネルのうち、基準の前記アンテナパネルとされる基準パネルに対する各前記アンテナパネルの位置を特定する位置特定部と、前記位置特定部によって特定された前記アンテナパネルの位置の情報に基づいて、各前記アンテナ素子から放射させる信号の移相量をそれぞれ決定する移相量決定部とを具備するフェーズドアレイアンテナを提供する。
　上記構成によれば、各アンテナパネルにおいて、パイロット信号とアンテナパネルに対して共通に送信される基準信号とが受信される。これらパイロット信号と基準信号とに基づいて検出されるパイロット信号の到達位相、およびパイロット信号の到来方向とアンテナパネルとがなす到来方向角度が得られる。そして、各アンテナパネルの位置を得るために、所定の基準パネルを選定し、到達位相および到来方向角度に基づいて、この基準パネルに対する各アンテナパネルの位置がそれぞれ推定される。こうして推定された基準パネルに対するアンテナパネルの位置の情報に基づいて、各アンテナ素子から放射させる信号の移相量が決定される。
　このように、各アンテナパネルの位置は、それぞれのアンテナパネルにおいて検出されたパイロット信号が基準として推定されるので、接続された従前の複数のアンテナパネルの位置の推定誤差が含まれることはない。これにより、アンテナパネル間の位相補正の精度を向上させることができる。
　上記フェーズドアレイアンテナの前記基準パネルの面上から所定高さに位置し、各前記アンテナパネルに対して前記基準信号を送信する指示送信部を具備することとしてもよい。
　基準パネルの面上から所定高さに位置する指示送信部から基準信号が送信されることにより、基準パネルの面上に指示送信部が位置している場合と比較して、基準パネルから最も距離の離れているアンテナパネルまでの基準信号の伝達距離差が小さくなる。これにより、各アンテナパネル間における基準信号の検出誤差を低減することができる。
　上記フェーズドアレイアンテナの複数の前記アンテナパネルのうち、少なくともいずれか１つの前記アンテナパネル面上に位置し、各前記アンテナパネルに対して前記基準信号を送信する指示送信部と、前記指示送信部を有する前記アンテナパネル以外の他の前記アンテナパネルに対し、前記指示送信部を有する前記アンテナパネルと他の前記アンテナパネルとの距離に応じた前記基準信号を検出させるタイミングを制御する制御部とを具備することとしてもよい。
　アンテナパネル面上に指示送信部が位置していることから、アンテナパネルと他のアンテナパネルとの距離が既知となるので、その距離に応じて基準信号を検出させるタイミングを制御することにより、基準信号の伝達誤差を低減させることができる。
　上記フェーズドアレイアンテナの前記位置特定部において、前記アンテナパネルの位置を特定する次の前記アンテナパネルを選定する選定部を具備し、前記選定部は、位置決定後の前記アンテナパネルに隣接する複数の前記アンテナパネルを順次選定することとしてもよい。
　例えば四角形のアンテナパネルである場合には、四方に４つのアンテナパネルが隣接している。位置特定部が位置を特定したアンテナパネルに隣接する４つのアンテナパネルを、次に位置特定処理を行うアンテナパネルとして選定すれば、次の位置特定処理は選定された４つのアンテナパネルで並行して行われることになる。このようにして、隣り合うアンテナパネルの位置情報に基づいて、アンテナパネルの位置が並行して順次特定されるので、アンテナパネルの位置特定にかかる処理にかかる時間が短縮できる。
　上記フェーズドアレイアンテナは、複数の領域に分けられ、各前記領域にそれぞれ前記基準パネルを有することにより複数の前記基準パネルを設けるとともに、複数の該基準パネル間のうちで最も基準となる基準パネルを第１基準パネル、該第１基準パネル以外の前記基準パネルを第２基準パネルとし、前記位置特定部は、各前記領域において、該領域内の前記基準パネルに基づいて前記アンテナパネルの位置を特定し、隣接する前記領域の境界において、前記第１基準パネルを有する前記領域、または前記第１基準パネルを有する前記領域に近い前記領域を優勢側とし、隣接する前記領域の優勢側でない前記領域を劣勢側とした場合に、劣勢側の前記領域の前記アンテナパネルの位置を、隣接する優勢側の前記基準パネルに基づいて補正することとしてもよい。
　このように、分けられた領域毎に基準パネルを有することにより、フェーズドアレイアンテナには複数の基準パネルが設けられる。また、領域毎に基準パネルに基づいてアンテナパネルの位置が特定されるので、並行処理が可能となり、処理にかかる時間を短縮することができる。
　本発明の第２の態様は、複数のアンテナ素子が配列配置された複数のアンテナパネルを直線状又は平面状に接続した構成を有し、各前記アンテナ素子に入出力する信号の位相を制御することにより、受信設備から送信されたパイロット信号の到来方向に対し信号を放射するフェーズドアレイアンテナであって、前記パイロット信号と、各前記アンテナパネルに対して共通に送信される基準信号とに基づいて、各前記アンテナパネルにおける、前記パイロット信号の到達位相を検出する第１過程と、前記到達位相、および前記パイロット信号の到来方向と前記アンテナパネルとがなす到来方向角度に基づいて、複数の前記アンテナパネルのうち、基準の前記アンテナパネルとされる基準パネルに対する各前記アンテナパネルの位置を特定する第２過程と、前記第２過程によって特定された前記アンテナパネルの位置の情報に基づいて、各前記アンテナ素子から放射させる信号の移相量をそれぞれ決定する第３過程とを有するフェーズドアレイアンテナの位相制御方法を提供する。
　本発明は、位相補正の精度を向上させ、かつ、位相補正を高速化することができるという効果を奏する。
本発明の第１の実施形態に係るフェーズドアレイアンテナにおけるアンテナパネル及びアンテナ素子の配列を示した図である。 本発明の第１の実施形態に係るフェーズドアレイアンテナの電気的構成を示すブロック図である。 図１に示したフェーズドアレイアンテナの一部を抜き出して示した図である。 検出部および演算処理部により実行される各種処理の処理手順を示す動作フローである。 本発明の第１の実施形態に係るフェーズドアレイアンテナの効果を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るフェーズドアレイアンテナの選定部がアンテナパネルを選定する順序を説明するための図である。 第１特定パネル近傍のアンテナパネルを抜き出して拡大した図である。 本発明の第３の実施形態に係るフェーズドアレイアンテナのパネル位置が決定される順序を説明するための図である。 宇宙太陽発電システムについて示した説明図である。
　以下に、本発明に係るフェーズドアレイアンテナ及びその位相制御方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
〔第１の実施形態〕
　以下に、本発明に係るフェーズドアレイアンテナをＳＳＰＳに適用した場合を例に挙げて説明する。
　図１は、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナ１の概略構成を示した図である。図１に示されるように、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナ１は、Ｏ－ＸＹＺの直交座標系において、Ｘ－Ｙ平面上にＮ行Ｎ列で二次元配列された複数のアンテナパネルＣを備えている。隣接するアンテナパネルＣは、各結合点（図示略）において、結合されている。各アンテナパネルＣは、例えば、一辺がＡ（例えば、１ｍ程度）の正方形であり、このようなアンテナパネルＣが互いに結合されていることにより、パネル全体として約２ｋｍ四方の大型フェーズドアレイアンテナ１が構築されている。
　各アンテナパネルＣには、複数のアンテナ素子２０がＸ軸方向及びＹ軸方向に所定の距離間隔で、二次元配列されている。例えば、各アンテナパネルＣには、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に、互いの距離間隔がいずれもａとなるように、アンテナ素子２０が２次元配列されている。アンテナパネルＣの端面とその端面に最も近いアンテナ素子２０との距離は、いずれもａ／２とされている。
　図１に示されるように、フェーズドアレイアンテナ１が有する複数のアンテナパネルＣのうち、基準となるアンテナパネルＣを基準パネルＰとした場合に、基準パネルＰの面上から所定高さｈの位置に指示送信部３２を備えている。指示送信部３２は、無線通信を介して、フェーズドアレイアンテナ１の各アンテナパネルＣに対して時刻同期パルスを送信する。
　指示送信部３２の設けられる高さ位置ｈは、基準パネルＰと基準パネルＰ以外の他の各アンテナパネルＣとの時刻同期パルスの伝達距離差に基づいて算出される位相の誤差が、所定範囲内におさまるように設定することが好ましい。指示送信部３２が設けられる高さ位置ｈは、特に限定されないが、基準パネルＰの面上からの距離（高さ）が大きくなるほど、基準パネルＰと他の各アンテナパネルＣとの間の時刻同期パルスの伝達距離差が短くなることから、本実施形態においては、基準パネルＰの面上から約１キロメートルの位置とする。
　次に、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナ１の電気的構成について、図２を参照して説明する。図２は、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナ１の電気的構成を示すブロック図である。この図において、図１と同一の構成要素には、同一の符号を付している。
　原振３１は、無線通信を介し、検出部４０によって各パネル間の到達位相φを推定する場合の基準となる基準信号ｆｐ＋Δｐを、各アンテナパネルＣに対して送信する。原振３１によって、基準信号を送信する手法については、例えば、特開２００４－３２５１６２号公報に詳述されている。これらの周知技術を採用することにより、原振３１から基準信号を送信することが可能である。
　指示送信部３２は、時刻を同期させるパルス（時刻同期パルス）を検出部４０に出力する。
　受信回路３０は、アンテナパネルＣ毎に設けられ、各アンテナパネルＣの受信用アンテナ素子１２０により受信されたパイロット信号ｆｐを所定の周波数とするべく基準信号ｆｐ＋Δｐに基づいてダウンコンバートし、ダウンコンバートされたパイロット信号ｆｐ´（＝ｆΔｐ＝ｆｐ＋Δｐ－ｆｐ）を検出部４０に出力する。ここで、所定の周波数は、アンテナの大きさが所定範囲内となる周波数である。パイロット信号ｆｐをダウンコンバートした場合であっても、各アンテナパネルの受信回路３０で受信したパイロット信号ｆｐの相対的な位相は維持されている。
　検出部４０は、アンテナパネルＣにおける、アンテナパネル面とパイロット信号の到来方向とがなす到来方向角度θ、およびアンテナパネルＣにおけるパイロット信号の到達位相φをアンテナパネル毎に検出し、演算処理部５０に出力する。具体的には、検出部４０は、ＡＤ変換器４１、候補決定部４２および角度検出部４３を備えている。
　ＡＤ変換器４１は、指示送信部３２から取得した時刻同期パルスをトリガとし、各アンテナパネルＣの受信回路３０においてダウンコンバートされたパイロット信号ｆｐ´における到達位相φ検出のタイミング情報を候補決定部４２に出力する。
　候補決定部４２は、基準信号ｆｐ＋Δｐに基づいてダウンコンバートされたパイロット信号ｆｐ´と、ＡＤ変換器４１から取得したタイミング情報とに基づいて、アンテナパネルＣ毎にパイロット信号ｆｐ´の到達位相φを検出する。つまり、候補決定部４２は、タイミング情報を受信した時点における基準信号の位置により、パイロット信号ｆｐ´の到達位相φを検出する。候補決定部４２は、アンテナパネルＣ毎に、パイロット信号ｆｐの到達位相φに基づいてアンテナパネルＣの位置（以下「パネル位置」という）の候補Ｒを推定する。アンテナパネルＣの位置の候補Ｒは、波長の整数倍分の位置候補である。候補決定部４２は、到達位相φとパネル位置の候補Ｒとを演算処理部５０に出力する。
　図３には、複数のアンテナパネルＣが、地上からのパイロット信号を受信する様子を示している。例えば、候補決定部４２は、基準パネルＰの隣に位置するアンテナパネルＣ１ｊにおいて、パイロット信号ｆｐの到達位相φ１ｊの情報に基づいて、パイロット信号ｆｐを波形の頂上で受信していると検出し、パイロット信号ｆｐの位相が３６０°ずつ、ずれているＲ１ｊ１，Ｒ１ｊ２，Ｒ１ｊ３をパネル位置の候補Ｒとして推定する。
　角度検出部４３は、ＲＦ干渉計を備えており、各アンテナパネルＣが備える複数の受信用アンテナ素子１２０により受信されたパイロット信号ｆｐの位相差を測ることにより、パイロット信号を送信した受電設備１０２（例えば、図９参照）の方向を求める。角度検出部４３は、アンテナパネルＣ毎に、上記受信設備１０２の方向を示す到来方向角度θを推定し、演算処理部５０へ出力する。
　演算処理部５０は、マイクロコンピュータを備えており、入力された到来方向角度θ、到達位相φ、およびパネル位置の候補Ｒとに基づいて、後述の位相制御処理を実行することにより、各アンテナ素子２０から送出させるマイクロ波の移相量を演算し、各可変移相器８０へ出力する。具体的には、演算処理部５０は、位置特定部５１および移相量決定部５２を備えている。
　位置特定部５１は、到達位相φおよび到来方向角度θに基づいて、複数のアンテナパネルのうち、基準パネルＰに対する各アンテナパネルの位置を特定する。また、基準パネルＰは固定的に設定されている。
　ここで、図３を用いて、基準パネルＰの１つ隣のアンテナパネルＣ１ｊの位置を推定する場合を例に挙げて説明する。位置特定部５１は、アンテナパネルＣ１ｊの到達位相φ１ｊを求めた際に推定されたパネル位置の候補Ｒ（例えば、Ｒ１ｊ１，Ｒ１ｊ２，Ｒ１ｊ３・・・）のうち、基準パネルＰの位置から到来方向角度θ１ｊの位置となるパネル位置を選定し、選定されたパネル位置Ｒ１ｊ１をアンテナパネルＣ１ｊの位置と特定する。
　このように、位置特定部５１は、アンテナパネルＣのパネル位置を特定するとともに、パネル位置の情報を移相量決定部５２に出力する。ここでは、アンテナパネルの到来方向角度θの誤差が、波長よりも小さいこととする。
　移相量決定部５２は、位置特定部５１によって特定されたパネル位置の情報に基づいて、各アンテナ素子２０から放射させる信号の移相量をそれぞれ決定する。例えば、移相量決定部５２は、特定されたパネル位置の情報を取得しており、さらに、移相量を決定するアンテナパネルＣより基準パネルＰ側に隣接するアンテナパネルＣの移相量が決定している場合には、その隣接するアンテナパネルＣの移相量に基づいて、アンテナ素子２０から送出させる送電マイクロ波の移相量を決定する。移相量決定部５２は、送電マイクロ波の移相量を決定すると、各アンテナパネルＣに対応する可変移相器８０に移相量の情報を出力する。
　一方、マイクロ波発生部６０は、基準マイクロ波信号を生成して分波回路７０へ出力する。分波回路７０は、入力された基準マイクロ波信号を分波して、各アンテナ素子２０にそれぞれ対応して設けられている可変移相器８０に出力する。
　各可変移相器８０は、演算処理部５０からそれぞれ入力された移相量の情報に基づいて、分波回路７０から入力された基準位相のマイクロ波に移相量を生じさせ、電力増幅器９０に出力する。
　電力増幅器９０は、アンテナ素子２０にそれぞれ対応して設けられ、外部電源（宇宙太陽発電部）より供給された電力を可変移相器８０から出力される信号の位相及び周波数のマイクロ波へ増幅し、アンテナ素子２０へ出力する。
　アンテナ素子２０は、それぞれ電力増幅された各位相差を有するマイクロ波を受電設備１０２（図９参照）に向けて放射する。
　次に、上述した演算処理部５０により行われる位相制御処理について、図４を用いて説明する。以下の説明においては、ｉおよびｊはパネルの位置を示す番号であり、ｉを行番号（ｉ＝１からｋ）、ｊを列番号（ｊ＝１からｎ）とし、ｊ列のうち、基準パネルＰの隣に位置しているアンテナパネルをアンテナパネルＣ１ｊ、最も上端に位置しているアンテナパネルをアンテナパネルＣｉｊと定義する。図３には、ｊ列のアンテナパネルＣ１ｊ乃至Ｃｉｊのうち、基準パネルＰから数えて１行目、２行目、（ｋ－１）行目、ｋ行目に配置されているアンテナパネルＣ１ｊ、Ｃ２ｊ・・・Ｃ（ｋ－１）ｊ、Ｃｋｊが一例として抜き出されて示されている。
　各アンテナパネルＣ１ｊ乃至Ｃｋｊのそれぞれの受信用アンテナ素子１２０によってパイロット信号ｆｐが受信され、受信回路３０に検出される（図４のステップＳＡ１）。受信回路３０において、入力される原振３１の基準信号ｆｐ＋Δｐによってパイロット信号ｆｐがダウンコンバートされ、検出部４０に出力される（図４のステップＳＡ２）。候補決定部４２において、ＡＤ変換器４１を介して指示送信部３２から入力された時刻同期パルスに基づいて、アンテナパネルＣ１ｊ乃至Ｃｋｊ毎に、ダウンコンバートされたパイロット信号ｆΔｐの到達位相φが検出され（図４のステップＳＡ３）、この到達位相φに基づいて各アンテナパネルＣ１ｊ乃至Ｃｋｊのパネル位置の候補Ｒが推定される（図４のステップＳＡ４）。
　角度検出部４３において、アンテナパネルＣ１ｊ乃至Ｃｋｊのそれぞれの複数の受信用アンテナ素子１２０によって取得したパイロット信号ｆｐに基づいて、アンテナパネルＣ１ｊ乃至Ｃｋｊのパイロット信号の到来方向角度θが推定される（図４のステップＳＡ５）。上述した到達位相φと到来方向角度θとに基づいて、各アンテナパネルＣ１ｊ乃至Ｃｋｊの位置が特定される（図４のステップＳＡ６）。全てのアンテナパネルＣ１ｊ乃至Ｃｋｊのパネル位置が特定されたか否かが判定される（図４のステップＳＡ７）。
　全てのアンテナパネルに対してパネル位置が特定されている場合には、各アンテナパネルＣ１ｊ乃至Ｃｋｊに対し、それぞれ出力させる送電マイクロ波の移相量が設定され（図４のステップＳＡ８）、本処理を終了する。全てのパネル位置が特定されていない場合には、ステップＳＡ６に戻り、処理を繰り返す。
　このように、各アンテナパネルにおいてパイロット信号ｆｐの到達位相φを検出し、到達位相φに基づいた位相制御処理を行うことにより、図５に示すように、全アンテナパネルＣ１ｊ乃至Ｃｋｊに配置された全アンテナ素子２０から出力されるマイクロ波の位相面が揃えられる。
　本実施形態における位相制御処理においては、図４のステップＳＡ７の全てのパネル位置が特定された段階で、到達位相φに基づいた位相設定（ステップＳＡ８）を行うこととしていたが、位相制御のタイミングはこれに限定されない。例えば、図４のステップＳＡ６においてパネル位置が特定されたアンテナパネルから順次、位相設定（ステップＳＡ８）を行うこととしてもよい。
　以上説明してきたように、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナ１及びその位相制御方法によれば、各アンテナパネルＣにおいて受信されたパイロット信号と基準信号とに基づいて検出されるパイロット信号の到達位相φ、およびパイロット信号の到来方向とアンテナパネルＣとがなす到来方向角度θが得られる。そして、各アンテナパネルＣの位置を得るために、所定の基準パネルＰを選定し、到達位相φおよび到来方向角度θに基づいて、この基準パネルＰに対する各アンテナパネルＣの位置がそれぞれ推定される。こうして推定された基準パネルＰに対するアンテナパネルＣの位置の情報に基づいて、各アンテナ素子２０から放射させる信号の移相量が決定される。
　このように、各アンテナパネルＣの位置は、それぞれのアンテナパネルＣが検出したパイロット信号を基準として、アンテナパネルＣ毎にそれぞれ推定されるので、接続された従前の複数のアンテナパネルＣの位置の推定誤差が含まれることはない。これにより、アンテナパネルＣ間の位相補正の精度を向上させることができる。また、パイロット信号を、アンテナの大きさが所定範囲内となる周波数にダウンコンバートすることにより、パイロット信号の波長が延び、到達位相φによって推定されるパネル位置の候補の間隔が広くなる。これにより、パネル位置の推定精度を向上させることができる。
　基準パネルＰの面上から所定高さｈに位置する指示送信部３２から基準信号が送信されることにより、基準パネルＰの面上に指示送信部３２が位置している場合と比較して、基準パネルＰから最も距離の離れているアンテナパネルＣまでの基準信号の伝達距離差が小さくなる。これにより、各アンテナパネル間における基準信号の検出誤差を低減することができるので、より精度よく位相補正を行うことができる。
　本実施形態においては、指示送信部３２は、アンテナパネルＣの面上の所定高さｈの位置に設けることにより、各アンテナパネルＣが時刻同期パルスを受信する時間差を低減することとしていたが、指示送信部３２の配置位置はこれに限定されない。例えば、アンテナパネルＣの面上に、指示送信部３２´（図示略）を設けることとしてもよい。アンテナパネルＣの面上に指示送信部３２´を設ける場合には、指示送信部３２´を有するアンテナパネルＣｘと指示送信部３２´を有するアンテナパネルＣｘ以外の他のアンテナパネルＣｙとの距離が既知となるので、他のアンテナパネルＣｙに対し、アンテナパネルＣｘと他のアンテナパネルＣｙとの距離に応じて基準信号を検出させるタイミングを制御する制御部（図示略）を設ける。このように、指示送信部３２´を有するアンテナパネルＣｘと他のアンテナパネルＣｙとの距離に応じて基準信号を検出させるタイミングを制御することにより、基準信号の伝達誤差を低減させることができ、位相補正の精度を向上させることができる。
〔第２の実施形態〕
　次に、本発明の第２の実施形態に係るフェーズドアレイアンテナについて説明する。
　本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナは、さらに、位置推定部５１によってアンテナパネルの位置を特定する次のアンテナパネルを選定する選定部を設ける点で、上述の第１の実施形態と異なる。以下、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナについて、第１の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
　選定部（図示略）は、パネル位置が特定されたアンテナパネルに隣接する複数のアンテナパネルを、次にパネル位置を特定するアンテナパネルとして順次選定する。例えば、各アンテナパネルが四角形である場合には、各アンテナパネルは四方に４つのアンテナパネルが隣接する。ここで、位置特定部５１において、最初にパネル位置の特定処理されるアンテナパネルを第１特定パネルとした場合に、第１特定パネルの位置を決定した後、選定部は、先に位置を特定したアンテナパネルに隣接する４つのアンテナパネルを、次にパネル位置の特定処理を行うアンテナパネルとして選定する。
　より好ましくは、図６に示されるように、フェーズドアレイアンテナの略中心に位置するアンテナパネルを第１特定パネルに選定する。これにより、パネル位置の特定処理にかかる時間をより短縮させることができる。例えば、縦横にそれぞれ３０００枚のアンテナパネルが配置されている場合に、フェーズドアレイアンテナの略中心に位置するアンテナパネルを第１特定パネルとし、四方に向けて縦横１５００枚のパネル位置の特定処理が並行して行われる。このとき、第１特定パネルから最も距離の離れたアンテナパネルのパネル位置を特定するまでに必要となる処理回数は、約３０００回となる。これにより、第１特定パネルをフェーズドアレイアンテナの端部に位置するアンテナパネルとして選定した場合（例えば、処理回数は約６０００回）よりも、処理回数を低減することができる。
　図７は、第１特定パネル近傍のアンテナパネルを抜き出して拡大した図である。
　例えば、フェーズドアレイアンテナにおいて、中心パネルＣｉｊを第１特定パネルとする場合に、中心パネルＣｉｊの位置を特定した後、選定部は隣接する４つのアンテナパネルＣ（ｉ－１）ｊ，Ｃ（ｉ＋１）ｊ，Ｃｉ（ｊ－１），Ｃｉ（ｊ＋１）を次に位置を特定するアンテナパネルとして選定する。さらに、上記選定されたアンテナパネル（例えば、上記４つのアンテナパネルのうちの１つであるアンテナパネルＣ（ｉ＋１）ｊ）のパネル位置が特定された後、選定部は隣接する２つ（例えば、アンテナパネルＣ（ｉ＋２）ｊ，Ｃ（ｉ＋１）（ｊ＋１））を次に位置を特定するアンテナパネルとして選定する。このように、選定部により、アンテナパネルが４つまたは２つずつ選定され、パネル位置の特定処理が並行して行われる。
　移相量決定部５２は、上述したようにパネル位置の並行処理によって特定された各アンテナパネルの位置の情報に基づいて、各アンテナパネルに対する移相量を決定する。
　このように、位置が特定されたアンテナパネルに隣接し、位置が未特定になっている複数のアンテナパネルが順次選定され、複数のアンテナパネルのパネル位置の特定処理が並行に行われるので、パネル位置の特定処理にかかる時間を短縮できる。
〔第３の実施形態〕
　本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナは、アンテナパネルを複数の領域にグループ分けし、各領域毎に基準パネルを複数設ける点で、上述の第１の実施形態、第２の実施形態と異なる。以下、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナについて、第１の実施形態、第２の実施形態と共通する点については説明を省略し、図８を用いて、異なる点について主に説明する。
　本実施形態においては、フェーズドアレイアンテナを複数の領域に分割（グループ分け）した領域のうちの一部である、Ａ領域からＥ領域の５つのグループを例に挙げて説明する。図８には、フェーズドアレイアンテナのアンテナパネルが、複数の領域にグループ分けされ、各領域に基準パネル（第１基準パネル）または仮基準パネル（第２基準パネル）を備える。本実施形態においては、Ａ領域には、全てのアンテナパネルのうちで、最も基準となる基準パネル（第１基準パネル）を備え、Ｂ領域からＥ領域には、第１基準パネル以外の仮の基準パネルである仮基準パネル（第２基準パネル）を備える。
　Ａ領域からＥ領域のそれぞれの領域においては、第１の実施形態で述べた通り、候補決定部によって各アンテナパネルのパネル位置の候補が決定される。具体的には、Ａ領域においては、基準パネルから順にアンテナパネルのパネル位置が特定され、Ｂ領域からＥ領域においては、それぞれの領域に設けられた仮基準パネルを基準として各領域内のアンテナパネルのパネル位置が仮に特定される。
　演算処理部は、隣接する領域の境界において、基準パネルを有する領域、または基準パネルを有する領域に近い領域を優勢側とし、隣接する領域の優勢側でない領域を劣勢側とした場合に、劣勢側の領域のアンテナパネルの位置を、隣接する優勢側の基準パネルに基づいて補正する。例えば、演算処理部は、Ａ領域と、Ｂ領域からＥ領域とのパネル位置の補正量（ずれ量）Δを算出する。演算処理部は、補正量Δを算出すると、Ｂ領域からＥ領域において仮に特定されたそれぞれの領域のアンテナパネルのパネル位置を、補正量Δに基づいて補正する。このようにして、Ｂ領域からＥ領域におけるアンテナパネルのパネル位置の情報は、Ａ領域のパネル位置を基準として特定される。演算処理部は全アンテナパネルのパネル位置を特定すると移相量決定部に出力する。
　移相量決定部は、特定（または補正）されたパネル位置の情報に基づいて、移相量を決定し、出力する。このように、基準となる基準パネル（または、仮基準パネル）を複数設け、グループ分けされた領域内でのパネル位置の特定処理を領域毎に並行して行うので、パネル位置の特定処理にかかる時間を短縮することができる。
１　フェーズドアレイアンテナ
３１　原振
３２　指示送信部
４０　検出部
４２　候補決定部
５０　演算処理部
５１　位置特定部
５２　移相量決定部

Claims (6)

  1. 　複数のアンテナ素子が配列配置された複数のアンテナパネルを直線状又は平面状に接続した構成を有し、各前記アンテナ素子に入出力する信号の位相を制御することにより、受信設備から送信されたパイロット信号の到来方向に対し信号を放射するフェーズドアレイアンテナであって、
    　前記パイロット信号と、各前記アンテナパネルに対して共通に送信される基準信号とに基づいて、各前記アンテナパネルにおける、前記パイロット信号の到達位相を検出する検出部と、
    　前記到達位相、および前記パイロット信号の到来方向と前記アンテナパネルとがなす到来方向角度に基づいて、複数の前記アンテナパネルのうち、基準の前記アンテナパネルとされる基準パネルに対する各前記アンテナパネルの位置を特定する位置特定部と、
    　前記位置特定部によって特定された前記アンテナパネルの位置の情報に基づいて、各前記アンテナ素子から放射させる信号の移相量をそれぞれ決定する移相量決定部と
    を具備するフェーズドアレイアンテナ。
  2. 　前記基準パネルの面上から所定高さに位置し、各前記アンテナパネルに対して前記基準信号を送信する指示送信部を具備する請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナ。
  3. 　複数の前記アンテナパネルのうち、少なくともいずれか１つの前記アンテナパネル面上に位置し、各前記アンテナパネルに対して前記基準信号を送信する指示送信部と、
    　前記指示送信部を有する前記アンテナパネル以外の他の前記アンテナパネルに対し、前記指示送信部を有する前記アンテナパネルと他の前記アンテナパネルとの距離に応じた前記基準信号を検出させるタイミングを制御する制御部と
    を具備する請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナ。
  4. 　前記位置特定部において、前記アンテナパネルの位置を特定する次の前記アンテナパネルを選定する選定部を具備し、
    　前記選定部は、位置決定後の前記アンテナパネルに隣接する複数の前記アンテナパネルを順次選定する請求項１から請求項３のいずれかに記載のフェーズドアレイアンテナ。
  5. 　複数の領域に分けられ、各前記領域にそれぞれ前記基準パネルを有することにより複数の前記基準パネルを設けるとともに、複数の該基準パネル間のうちで最も基準となる基準パネルを第１基準パネル、該第１基準パネル以外の前記基準パネルを第２基準パネルとし、
    　前記位置特定部は、
    　各前記領域において、該領域内の前記基準パネルに基づいて前記アンテナパネルの位置を特定し、隣接する前記領域の境界において、前記第１基準パネルを有する前記領域、または前記第１基準パネルを有する前記領域に近い前記領域を優勢側とし、隣接する前記領域の優勢側でない前記領域を劣勢側とした場合に、劣勢側の前記領域の前記アンテナパネルの位置を、隣接する優勢側の前記基準パネルに基づいて補正する請求項１から請求項４のいずれかに記載のフェーズドアレイアンテナ。
  6. 　複数のアンテナ素子が配列配置された複数のアンテナパネルを直線状又は平面状に接続した構成を有し、各前記アンテナ素子に入出力する信号の位相を制御することにより、受信設備から送信されたパイロット信号の到来方向に対し信号を放射するフェーズドアレイアンテナであって、
    　前記パイロット信号と、各前記アンテナパネルに対して共通に送信される基準信号とに基づいて、各前記アンテナパネルにおける、前記パイロット信号の到達位相を検出する第１過程と、
    　前記到達位相、および前記パイロット信号の到来方向と前記アンテナパネルとがなす到来方向角度に基づいて、複数の前記アンテナパネルのうち、基準の前記アンテナパネルとされる基準パネルに対する各前記アンテナパネルの位置を推定する第２過程と、
    　前記第２過程によって推定された前記アンテナパネルの位置の情報に基づいて、各前記アンテナ素子から放射させる信号の移相量をそれぞれ決定する第３過程と
    を有するフェーズドアレイアンテナの位相制御方法。
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