CN108352607A - 相控阵天线 - Google Patents

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Abstract

本发明实现输入各放射元件的射频信号中的延迟时间不取决于频率的相控阵天线。相控阵天线(1)的供电电路(Fi)具有对中频信号VIF(t)与本地信号VLO(t)的和信号VIF+LO(t)赋予时间延迟Δti的时间延迟元件(TDi)、将所得到的延迟和信号VIF+LO(t－Δti)分波的分波器(DPi)、以及将所得到的延迟中频信号VIF(t－Δti)与延迟本地信号VLO(t－Δti)相乘的发送用混合器(TMXi)，将所得到的延迟射频信号VRF(t－Δti)供给到对应的放射元件(Ai)。

Description

相控阵天线
技术领域
本发明涉及相控阵天线。另外，涉及在相控阵天线中向放射元件供给射频信号的供电电路。
背景技术
为了实现无线通信的大容量化，所使用的频带的宽带化以及高频化发展起来。近年来，不仅微波带(0.3GHz以上30GHz以下)，毫米波带(30GHz以上300GHz以下)也使用于无线通信。其中，大气中的衰减大的60GHz频带作为难以产生数据泄漏的带域被关注。
60GHz频带的无线通信所使用的天线除了宽带性以外还要求高增益性。是因为60GHz频带如上所述大气中的衰减大。作为可承受60GHz频带中使用的具有高增益性的天线，例如举出了阵列天线。这里，所谓阵列天线是指将多个放射元件排列成阵列状或者矩阵状的天线。
在阵列天线中，通过控制供给至各放射元件的射频信号的相位，能够使放射的电磁波(使从各放射元件放射的电磁波重合)的主波束方向变化。具有这样的扫描功能的阵列天线被称为相控阵天线，研究开发积极发展。
在图8的(a)示出以往的相控阵天线的典型构成。如图8的(a)所示，该相控阵天线(1)使用时间延迟元件对射频信号(RF信号)赋予时间延迟，(2)将延迟后的射频信号供给到各放射元件，被称为RF控制的相控阵天线。
然而，图8的(a)所示的相控阵天线不适合毫米波带中使用。是因为通过时间延迟元件等电气单元难以对于毫米波带的射频信号赋予高精度的时间延迟。
作为在实现适合毫米波带中使用的相控阵天线的方面应该参考的技术，例如，举出使用具有波长分散的光学光纤作为延迟单元的专利文献1～2所记载的阵列天线。如专利文献1～2所记载的阵列天线那样，若使用具有波长分散的光学光纤作为延迟单元，则也能够对于毫米波带的射频信号赋予高精度的时间延迟。
专利文献1：日本公开专利公报《特开2007－165956号公报(2007年6月28日公开)》
专利文献2：日本公开专利公报《特开2004－23400号公报(2004年1月22日公开)》
然而，如专利文献1～2所记载的阵列天线那样，使用光学单元延迟射频信号的情况下，需要使用比电子部件高价的光学部件，所以不可避免成本上升。特别是，若假定毫米波带中使用，则需要使用极高价的调制器、光电转换元件等，预计成本大幅度上升。
因此，在要实现不使用光学单元就能够在毫米波带中使用的相控阵天线的情况下，代替对射频信号进行时间延迟的构成，考虑采用将频率比射频信号低的中频信号或者本地信号延迟的构成。图8的(b)是采用将中频信号延迟的构成的IF控制的相控阵天线的框图，图8的(c)是采用将本地信号延迟的构成的LO控制的相控阵天线的框图。
在IF控制的相控阵天线中，如图8的(b)所示，使用时间延迟元件对中频信号(IF信号)赋予时间延迟，并且使用混合器将延迟后的中频信号和本地信号相乘。由此，得到延迟后的射频信号。另外，在LO控制的相控阵天线中，如图8的(c)所示，(1)使用时间延迟元件对本地信号赋予时间延迟，并且使用混合器将延迟后的本地信号和中频信号相乘。由此，得到延迟后的射频信号。
然而，在IF控制或者LO控制的相控阵天线中，输入各放射元件的射频信号中的延迟时间取决于频率。因此，产生放射出的电磁波的主波束方向根据频率变动这样的新问题。
在LO控制的相控阵天线中，输入各放射元件的射频信号中的延迟时间取决于频率的理由如以下所述。即，延迟的本地信号VLO(t－Δt)以及中频信号VIF(t)如(A)式以及(B)式那样表示，所以通过将它们相乘而得到的射频信号VRF(t－Δt)如(C)式那样表示。(C)式表示射频信号VRF(t－Δt)中的延迟时间fLO×Δt/(fLO+fIF)取决于频率fLO、fIF。在IF控制的相控阵天线中，输入各放射元件的射频信号中的延迟时间取决于频率的理由也相同。
〔公式A〕
VLO＝V0cos(2πfLO(t-Δti+θLO))...(A)
〔公式B〕
VIF＝V1cos(2πfIF(t+θIF))...(B)
〔公式C〕
发明内容
本发明是鉴于上述的课题而完成的，其目的在于实现输入各放射元件的射频信号中的延迟时间在使用带域内不取决于频率的相控阵天线。
为了解决上述的课题，本发明的相控阵天线的特征在于，具备：n个放射元件A1、A2、…、An，其中，n是2以上的整数；n个供电电路F1、F2、…、Fn；以及合波器，通过将中频信号VIF(t)和本地信号VLO(t)相加来生成和信号VIF+LO(t)，各供电电路Fi(i＝1，2，…，n)具有：时间延迟元件，通过对和信号VIF+LO(t)赋予时间延迟Δti来生成延迟和信号VIF+LO(t－Δti)；分波器，通过将延迟和信号VIF+LO(t－Δti)分波来生成延迟中频信号VIF(t－Δti)和延迟本地信号VLO(t－Δti)；以及发送用混合器，通过将延迟中频信号VIF(t－Δti)和延迟本地信号VLO(t－Δti)相乘来生成延迟射频信号VRF(t－Δti)，各供电电路Fi将延迟射频信号VRF(t－Δti)供给到对应的放射元件Ai。
根据本发明，能够实现输入各放射元件的射频信号中的延迟时间不取决于频率的相控阵天线。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的相控阵天线的构成的框图。
图2是表示本发明的第二实施方式的相控阵天线的构成的框图。
图3是表示本发明的第三实施方式的相控阵天线的构成的框图。
图4是表示本发明的第四实施方式的相控阵天线的构成的框图。
图5是表示本发明的第五实施方式的相控阵天线的构成的框图。
图6是表示本发明的第六实施方式的相控阵天线的构成的框图。
图7是表示本发明的第七实施方式的相控阵天线的构成的框图。
图8是表示以往的相控阵天线的构成的框图。(a)表示RF控制的相控阵天线的构成，(b)表示IF控制的相控阵天线的构成。
具体实施方式
〔第一实施方式〕
参照图1对本发明的第一实施方式的相控阵天线1进行说明。图1是表示相控阵天线1的构成的框图。
如图1所示，相控阵天线1是具备n个放射元件A1、A2、…、An；n个供电电路F1、F2、…、Fn；以及一个合波器MP的发送用天线。这里，n是2以上的任意的整数，但在图1中，例示出n＝4的情况下的构成。
合波器MP通过将中频信号VIF(t)和本地信号VLO(t)相加，来生成和信号VIF+LO(t)＝VIF(t)+VLO(t)。中频信号VIF(t)、本地信号VLO(t)、以及和信号VIF+LO(t)例如如以下那样给出。
【公式1】
VIF(t)＝V1cos(2πfIF(t+θIF))...(1)
【公式2】
VLO(t)＝V0cos(2πfLO(t+θLO))(2)
【公式3】
VIF+LO(t)＝V1cos(2πfIF(t+θIF))+V0cos(2πfLO(t+θLO))...(3)
如图1所示，各供电电路Fi(i＝1，2，…，n)具有时间延迟元件TDi、分波器Dpi、以及发送用混合器TMXi。此外，各供电电路Fi的构成是共通的，在图1中，仅对构成供电电路F1的时间延迟元件TD1、分波器DP1、以及发送用混合器TMX1标注参照附图标记。
时间延迟元件TDi通过对和信号VIF+LO(t)赋予时间延迟Δti来生成延迟后的和信号(以下，记载为“延迟和信号”)VIF+LO(t-Δti)。在和信号VIF+LO(t)如(3)式那样给出的情况下，延迟和信号VIF+LO(t-Δti)如以下那样给出。此外，作为时间延迟元件TDi，例如，能够使用根据所希望的时间延迟切换具有不同的长度的供电线路的开关线。另外，时间延迟元件TDi中的时间延迟Δti的大小如后述那样根据放射的电磁波的主波束方向设定。
【公式4】
VIF+LO(t-Δti)
＝V1cos(2πfIF(t-Δti+θIF))+V0cos(2πfLO(t-Δti+θLO))...(4)
分波器Dpi通过将延迟和信号VIF+LO(t-Δti)分波，来生成延迟后的中频信号(以下，记载为“延迟中频信号”)VIF(t-Δti)和延迟后的本地信号(以下，记载为“延迟本地信号”)VLO(t-Δti)。在延迟和信号VIF+LO(t-Δti)如(4)式那样给出的情况下，延迟中频信号VIF(t-Δti)以及延迟本地信号VLO(t-Δti)如以下那样给出。
【公式5】
VIF(t-Δti)＝V1cOs(2πfIF(t-Δti+gIF))...(5)
【公式6】
VLO(t-Δti)＝V0cos(2πfLO(t-Δti+θLO))...(6)
发送用混合器TMXi通过将延迟中频信号VIF(t-Δti)和延迟本地信号VLO(t-Δti)相乘，来生成延迟的射频信号(以下，记载为“延迟射频信号”)VRF(t-Δti)。在延迟中频信号VIF(t-Δti)以及延迟本地信号VLO(t-Δti)如以下(5)式以及(6)式那样给出的情况下，延迟射频信号VRF(t-Δti)如以下的(7)式那样给出。
【公式7】
供电电路Fi将通过发送用混合器TMXi生成的延迟射频信号VRF(t-Δti)供给到对应的放射元件Ai。
各供电电路Fi中的时间延迟Δti与以往的相控阵天线同样地设定即可。例如，放射元件A1、A2、…、An依次排列在同一直线上的情况下，各供电电路Fi中的时间延迟Δti根据放射的电磁波的主波束方向，按照(8)式设定即可。在(8)式中，c表示光速，di表示放射元件A1与放射元件Ai的间隔。另外，θ是排列有放射元件A1、A2、…、An的直线与放射的电磁波的等相面所成的角。
【公式8】
例如，在放射60GHz频带(57GHz以上66GHz以下)的电磁波的情况下，相邻的放射元件间的距离例如设定为与中心频率61.5GHz对应的自由空间波长的1/2，即，2.44mm即可。即，放射元件A1与放射元件Ai的间隔di设定为2.44×(i－1)mm即可。此时，为了使放射方向倾斜为排列有放射元件A1、A2、…、An的直线与放射的电磁波的等相面所成的角θ为45°，将各供电电路Fi中的时间延迟Δti设定为5.7×(i－1)ps即可。
此外，为了实现能够在60GHz频带中进行±60°的波束扫描的相控阵天线1，例如，将放射元件A1、A2、…、An以2.4mm间隔在同一直线上排列，使用具有9GHz的带宽的中频信号VIF(t)以及本地信号VLO(t)即可。另外，为了实现能够在60GHz频带中进行±45°的波束扫描的相控阵天线1，例如，将放射元件A1、A2、…、An以2.6mm间隔在同一直线上排列，使用具有9GHz的带宽的中频信号VIF(t)以及本地信号VLO(t)即可。
另一方面，在放射70GHz频带(71GHz以上76GHz以下)的电磁波的情况下，相邻的放射元件间的距离例如设定为与中心频率73.5GHz对应的自由空间波长的1/2，即，2.04mm即可。即，放射元件A1与放射元件Ai的间隔di设定为2.04×(i－1)mm即可。此时，为了使放射方向倾斜为排列有放射元件A1、A2、…、An的直线与放射的电磁波的等相面所成的角θ为45°，而将各供电电路Fi中的时间延迟Δti设定为4.8×(i－1)ps即可。
此外，为了实现能够在70GHz频带中进行±60°的波束扫描的相控阵天线，例如，将放射元件A1、A2、…、An以2.1mm间隔排列在同一直线上，使用具有5GHz的带宽的中频信号VIF(t)以及本地信号VLO(t)即可。另外，为了实现能够在70GHz频带中进行±45°的波束扫描的相控阵天线，例如，将放射元件A1、A2、…、An以2.3mm间隔排列在同一直线上，使用具有5GHz的带宽的中频信号VIF(t)以及本地信号VLO(t)即可。
在相控阵天线1中应该关注的是输入各放射元件Ai的延迟射频信号VRF(t－Δti)中的时间延迟量不取决于频率的点。因此，在相控阵天线1中，即使变更放射的电磁波的频率，也能够不变更各供电电路Fi中的时间延迟量Δti地向恒定方向放射电磁波。
例如，若将各供电电路Fi中的时间延迟Δti设定为5.7×(i－1)ps，则不管放射的电磁波的频率如何，能够使排列有放射元件A1、A2、…、An的直线与放射的电磁波的等相面所成的角θ为45°。另外，若将各供电电路Fi中的时间延迟Δti设定为4.8×(i－1)ps，则不管放射的电磁波的频率如何，能够使排列有放射元件A1、A2、…、An的直线与放射的电磁波的等相面所成的角θ为45°。
此外，中频信号VIF(t)的信号源IF、以及本地信号VLO(t)的信号源LO既可以不是相控阵天线1的构成要素，也可以是相控阵天线1的构成要素。另外，控制各供电电路Fi中的时间延迟Δti的控制部(不图示)既可以不是相控阵天线1的构成要素，也可以是相控阵天线1的构成要素。另外，也可以将从相控阵天线1除去了放射元件A1、A2、…、An的装置，即，具备n个供电电路F1、F2、…、Fn和一个合波器MP的装置作为相控阵天线用的供电装置实施。
另外，也可以在各供电电路Fi中分波器Dpi与发送用混合器TMXi之间***对延迟本地信号VLO(t－Δti)进行倍频的倍频器。该情况下，输入发送用混合器TMXi的延迟本地信号VLOM(t－Δti)如(9)式，由发送用混合器TMXi生成的延迟射频信号VRF(t－Δti)如(10)式。这里，k是2以上的任意整数，例如是2或者3。该情况下，延迟射频信号VRF(t－Δti)的时间延迟量也不取决于频率。
【公式9】
VLOM(t-Δti)＝V0cos(2πfLO(t-Δti+θLO)×k)...(9)
【公式10】
〔第二实施方式〕
参照图2对本发明的第二实施方式的相控阵天线2进行说明。图2是表示相控阵天线2的构成的框图。
相控阵天线2是对作为发送用天线的相控阵天线1附加了接收用的构成的发送接收两用天线。如图2所示，作为接收用的构成，相控阵天线2的各供电电路Fi具有第一接收用混合器RMX1i和第二接收用混合器RMX2i，作为用于发送接收两用的构成，具有循环器C1i～C3i。此外，各供电电路Fi的构成是共通的，在图2中，仅对供电电路F1的构成要素标注参照附图标记。
第一接收用混合器RMX1i通过将射频信号VRF’(t+Δti)和二倍频本地信号VLO×2(t)相乘，来生成差频信号Vk’(t+Δti’)。这里，射频信号VRF’(t+Δti)是使用对应的放射元件Ai接收到的射频信号，二倍频本地信号VLO×2(t)是具有本地信号VLO(t)的2倍的频率的本地信号。射频信号VRF’(t)如(11)式那样表示，所以差频信号Vk’(t+Δti’)如(12)式那样表示。这里，Δti’＝Δti×(fLO+fIF)/(fLO-fIF)。
【公式11】
VRF′(t+Δti)＝A cos(2π(kfLO+fIF)(t+Δti))...(11)
【公式12】
Vk′(t+Δti)＝A1cos(2π(fLO-fIF)t-2π(fLO+fIF)Δti)...(12)
第二接收用混合器RMX2i通过将差频信号Vk’(t+Δti’)和延迟本地信号VLO(t-Δti)相乘，来生成中频信号VIF’(t+Δti)。差频信号Vk(t)如(12)式那样表示，中频信号VIF’(t+Δti)如(13)式那样表示。
【公式13】
VIF′(t+Δti)＝A2cOs(πfIF(t+Δti))...(13)
时间延迟元件TDi通过对中频信号VIF’(t+Δti)赋予时间延迟Δti，来生成延迟的中频信号(以下，记载为“延迟中频信号”)VIF’(t)。中频信号VIF’(t+Δti)如(13)式那样表示，延迟中频信号VIF’(t)如(14)式那样表示。延迟中频信号VIF’(t)被供给到接收电路R。
【公式14】
VIF′(t)＝A2COs(2πfIF(t))...(14)
循环器C1i***于发送用混合器TMXi与放射元件Ai之间，与第一接收用混合器RMX1i连接。该循环器C1i将从发送用混合器TMXi输出的延迟射频信号VRF(t-Δti)输入放射元件Ai(发送时动作)，并且将从放射元件Ai输出的射频信号VRF’(t+Δti)输入第一接收用混合器RMX1i(接收时动作)。
循环器C2i***于时间延迟元件TDi与分波器Dpi之间，与第二接收用混合器RMX2i连接。该循环器C2i将从时间延迟元件TDi输出的延迟和信号VIF+LO(t－Δti)输入分波器DPi(发送时动作)，并且将从第二接收用混合器MR2i输出的中频信号VIF’(t+Δti)输入时间延迟元件TDi(接收时动作)。
循环器C3i***于合波器MP与时间延迟元件TDi之间，与接收电路R连接。该循环器C3i将从合波器MP输出的和信号VIF+LO(t)输入时间延迟元件TDi(发送时动作)，并且将从时间延迟元件TDi输出的延迟中频信号VIF’(t)输入接收电路R(接收时动作)。
在相控阵天线2中应该关注的是通过各供电电路Fi得到的延迟中频信号VIF’(t)不包含Δti，均为(14)式所示的共通的信号的点。由此，也能够利用相控阵天线2作为高灵敏度的接收用天线。
此外，中频信号VIF(t)的信号源IF、本地信号VLO(t)的信号源LO、以及二倍频本地信号VLO×2(t)的信号源LO×2既可以不是相控阵天线2的构成要素，也可以是相控阵天线2的构成要素。另外，也可以将从相控阵天线2除去了放射元件A1、A2、…、An的装置，即，具备n个供电电路F1、F2、…、Fn和一个合波器MP的装置作为相控阵天线用的供电装置实施。
〔第三实施方式〕
参照图3对本发明的第三实施方式的相控阵天线3进行说明。图3是表示相控阵天线3的构成的框图。
相控阵天线3是对作为发送用天线的相控阵天线1附加了接收用的构成的发送接收两用天线。如图3所示，作为接收用的构成，相控阵天线3的各供电电路Fi具有第一接收用混合器RMX1i、接收用合波器RMPi、接收用分波器RDPi、以及第二接收用混合器RMX2i，作为用于发送接收两用的构成，具有循环器C1i～C3i。此外，各供电电路Fi的构成是共通的，在图3中，仅对供电电路F1的构成要素标注参照附图标记。
第一接收用混合器RMX1i通过将射频信号VRF’(t+Δti)和延迟本地信号VLO(t－Δti)相乘，来生成中频信号VIF’(t+Δti’)。这里，射频信号VRF’(t+Δti)是使用对应的放射元件Ai接收到的射频信号。射频信号VRF’(t+Δti)如(15)式那样表示，所以中频信号VIF’(t+Δti’)如(16)式那样表示。这里，Δti’＝Δti×(2×fLO+fIF)/fIF。
【公式15】
VRF′(t+Δti)＝A cos(2π(fLO+fIF)(t+Δti))...(15)
【公式16】
VIF′(t+Δti′)＝A1cos(2πfIF(t+Δti)+2π×2fLOΔti)...(16)
接收用合波器RMPi通过将中频信号VIF’(t+Δti’)和延迟本地信号VLO(t-Δti)相加，来生成和信号VIF+LO’(t)。中频信号VIF’(t+Δti’)如(16)式那样表示，所以和信号VIF+LO’(t)如(17)式那样表示。
【公式17】
VIF+LO′(t)＝A1cos(2πfIF(t+Δti)+2π×2fLOΔti)+A1′cos(2πfLO(t-Δti))...(17)
时间延迟元件TDi通过对和信号VIF+LO’(t)赋予时间延迟Δti，来生成延迟后的和信号(以下，记载为“延迟和信号”)VIF+LO’(t-Δti)。和信号VIF+LO’(t)如(17)式那样表示，所以延迟和信号VIF+LO’(t-Δti)如(18)式那样表示。
【公式18】
VIF+LO′(t-Δti)＝A1cos(2πfIFt+2π×2fLOΔti)+A1′cos(2πfLO(t-2Δti))...(18)
接收用分波器RDPi通过将延迟和信号VIF+LO’(t-Δti)分波来生成延迟中频信号VIF’(t+Δti’-Δti)和双重延迟本地信号VLO’(t-2×Δti)。延迟和信号VIF+LO’(t-Δti)如(18)式那样表示，所以延迟中频信号VIF’(t+Δti’-Δti)以及双重延迟本地信号VLO’(t-2×Δti)如(19)式以及(20)式那样表示。
【公式19】
VIF′(t+Δti′-Δti)＝A1cos(2πfIFt+2π×2fLOΔti)...(19)
【公式20】
VLO′(t-2Δti)＝A1′cos(2πfLO(t-2Δti))...(20)
第二接收用混合器RMX2i通过将延迟中频信号VIF’(t+Δti’-Δti)和二重延迟本地信号VLO’(t-2×Δti)相乘，来生成延迟的射频信号(以下，记载为“延迟射频信号”)VRF’(t)。延迟中频信号VIF’(t+Δti’-Δti)以及双重延迟本地信号VLO’(t-2×Δti)如(19)式以及(20)式那样表示，所以延迟射频信号VRF’(t)如(21)式那样表示。
【公式21】
VRF′(t)＝A2cos(2π(fIF+fLO)t)...(21)
循环器C1i***于发送用混合器TMXi与放射元件Ai之间，与第一接收用混合器RMX1i连接。该循环器C1i将从发送用混合器TMXi输出的延迟射频信号VRF(t－Δti)输入放射元件Ai(发送时动作)，并且将从放射元件Ai输出的射频信号VRF’(t+Δti)输入第一接收用混合器RMX1i(接收时动作)。
循环器C2i***于时间延迟元件TDi与分波器Dpi之间，与接收用合波器RMPi连接。该循环器C2i将从时间延迟元件TDi输出的延迟和信号VIF+LO(t－Δti)输入分波器DPi(发送时动作)，并且将从接收用合波器RMPi输出的和信号VIF+LO’(t)输入时间延迟元件TDi(接收时动作)。
循环器C3i***于合波器MP与时间延迟元件TDi之间，与接收用分波器RDPi连接。该循环器C3i将从合波器MP输出的和信号VIF+LO(t)输入时间延迟元件TDi(发送时动作)，并且将从时间延迟元件TDi输出的延迟和信号VIF+LO’(t－Δti)输入接收用分波器RDPi(接收时动作)。
在相控阵天线3中应该关注的是通过各供电电路Fi得到的延迟射频信号VRF’(t)不包含Δti且均为(21)式所示的共通的信号。由此，也能够利用相控阵天线3作为高灵敏度的接收用天线。
此外，中频信号VIF(t)的信号源IF、以及本地信号VLO(t)的信号源LO既可以不是相控阵天线3的构成要素，也可以是相控阵天线3的构成要素。另外，也可以将从相控阵天线3除去了放射元件A1、A2、…、An的装置，即，具备n个供电电路F1、F2、…、Fn和一个合波器MP的装置作为相控阵天线用的供电装置实施。
〔第四实施方式〕
参照图4对本发明的第四实施方式的相控阵天线4进行说明。图4是表示相控阵天线4的构成的框图。
相控阵天线4是对作为发送用天线的相控阵天线1附加了接收用的构成的发送接收两用天线。如图4所示，作为接收用的构成，相控阵天线4的各供电电路Fi具有第一接收用混合器RMX1i、接收用合波器RMPi、接收用分波器RDPi、以及第二接收用混合器RMX2i，作为用于发送接收两用的构成，具有循环器C1i～C3i。此外，各供电电路Fi的构成是共通的，在图4中，仅对供电电路F1的构成要素标注参照附图标记。
第一接收用混合器RMX1i通过将射频信号VRF’(t+Δti)和本地信号VLO(t)相乘，来生成中频信号VIF’(t+Δti’)。这里，射频信号VRF’(t+Δti)是使用对应的放射元件Ai接收到的射频信号。射频信号VRF’(t)如(22)式那样表示，所以中频信号VIF’(t)如(23)式那样表示。这里，Δti’＝Δti×(fLO+fIF)/fIF。
【公式22】
VRF′(t+Δti)＝A cos(2π(fLO+fIF)(t+Δti))...(22)
【公式23】
VIF′(t+Δti)＝A1cos(2πfIF(t+Δti)+2πfLOΔti)...(23)
接收用合波器RMPi通过将中频信号VIF’(t+Δti)和本地信号VLO(t)相加来生成和信号VIF+LO’(t)。中频信号VIF’(t+Δti’)如(23)式那样表示，所以和信号VIF+LO’(t)如(24)式那样表示。
【公式24】
VIF+LO′(t)＝A1cos(2πfIF(t+Δti)+2πfLOΔti)+A1′cos(2πfLOt)...(24)
时间延迟元件TDi通过对和信号Vk+LO’(t)赋予时间延迟Δti来生成延迟后的和信号(以下，记载为“延迟和信号”)VIF+LO’(t-Δti)。和信号VIF+LO’(t)如(24)式那样表示，所以延迟和信号VIF+LO’(t-Δti)如(25)式那样表示。
【公式25】
VIF+LO′(t-Δti)＝A1cos(2πfIFt+2πfLOΔti)+A1′cos(2πfLO(t-Δti))...(25)
接收用分波器RDPi通过将延迟和信号VIF+LO’(t-Δti)分波来生成延迟后的中频信号(以下，记载为“延迟中频信号”)VIF’(t+Δt’-Δti)和延迟的本地信号(以下，记载为“延迟本地信号”)VLO’(t-Δti)。延迟和信号Vk+LO’(t-Δti)如(25)式那样表示，所以延迟中频信号VIF’(t+Δt’-Δti)以及延迟本地信号VLO’(t-Δti)如(26)式以及(27)式那样表示。
【公式26】
VIF′(t+Δti′-Δti)＝A1cos(2πfIFt+2π×fLOΔti)...(26)
【公式27】
VLO′(t-Δti)＝A1′cos(2πfLO(t-Δti))...(27)
第二接收用混合器RMX2i通过将延迟中频信号VIF’(t+Δt’－Δti)和延迟本地信号VLO’(t－Δti)相乘来生成延迟射频信号VRF’(t)。延迟中频信号VIF’(t+Δt’－Δti)以及延迟本地信号VLO’(t－Δti)如(26)式以及(27)式那样表示，所以延迟射频信号VRF’(t)如(28)式那样表示。
【公式28】
VRF′(t)＝A2cos(2π(fIF+fLO)t)...(28)
循环器C1i***于发送用混合器TMXi与放射元件Ai之间，与第一接收用混合器RMX1i连接。该循环器C1i将从发送用混合器TMXi输出的延迟射频信号VRF(t－Δti)输入放射元件Ai(发送时动作)，并且将从放射元件Ai输出的射频信号VRF’(t+Δti)输入第一接收用混合器RMX1i(接收时动作)。
循环器C2i***于时间延迟元件TDi与分波器Dpi之间，与接收用合波器RMPi连接。该循环器C2i将从时间延迟元件TDi输出的延迟和信号VIF+LO(t－Δti)输入分波器DPi(发送时动作)，并且将从接收用合波器RMPi输出的和信号VIF+LO’(t)输入时间延迟元件TDi(接收时动作)。
循环器C3i***于合波器MP与时间延迟元件TDi之间，与接收用分波器RDPi连接。该循环器C3i将从合波器MP输出的和信号VIF+LO(t)输入时间延迟元件TDi(发送时动作)，并且将从时间延迟元件TDi输出的延迟和信号VIF+LO’(t－Δti)输入接收用分波器RDPi(接收时动作)。
在相控阵天线4中应该关注的是通过各供电电路Fi得到的延迟射频信号VRF’(t)不包含Δti，均为(28)式所示的共通的信号的点。由此，也能够利用相控阵天线4作为高灵敏度的接收用天线。
此外，中频信号VIF(t)的信号源IF、以及本地信号VLO(t)的2个信号源LO既可以不是相控阵天线4的构成要素，也可以是相控阵天线4的构成要素。另外，也可以将从相控阵天线3除去了放射元件A1、A2、…、An的装置，即，具备n个供电电路F1、F2、…、Fn和一个合波器MP的装置作为相控阵天线用的供电装置实施。
〔第五实施方式〕
参照图5对本发明的第五实施方式的相控阵天线5进行说明。图5是表示相控阵天线5的构成的框图。
如图5所示，相控阵天线5在第二实施方式的相控阵天线2中，将循环器C1i置换为开关Si。
在发送时，控制开关Si以使发送用混合器TMXi和放射元件Ai连接，将从发送用混合器TMXi输出的延迟射频信号VRF(t－Δti)输入放射元件Ai。另外，在接收时，控制开关Si以使放射元件Ai和第一接收用混合器RMX1i连接，将从放射元件Ai输出的射频信号VRF’(t+Δti)输入第一接收用混合器RMX1i。
〔第六实施方式〕
参照图6对本发明的第六实施方式的相控阵天线3进行说明。图6是表示相控阵天线6的构成的框图。
如图6所示，相控阵天线6在第三实施方式的相控阵天线3中，将循环器C1i置换为开关Si。
在发送时，控制开关Si以使发送用混合器TMXi和放射元件Ai连接，将从发送用混合器TMXi输出的延迟射频信号VRF(t－Δti)输入到放射元件Ai。另外，在接收时，控制开关Si以使放射元件Ai和第一接收用混合器RMX1i连接，将从放射元件Ai输出的射频信号VRF’(t+Δti)输入第一接收用混合器RMX1i。
〔第七实施方式〕
参照图7对本发明的第七实施方式的相控阵天线7进行说明。图7是表示相控阵天线7的构成的框图。
如图7所示，相控阵天线7在第四实施方式的相控阵天线4中，将循环器C1i置换为开关Si。
在发送时，控制开关Si以使发送用混合器TMXi和放射元件Ai连接，将从发送用混合器TMXi输出的延迟射频信号VRF(t－Δti)输入到放射元件Ai。另外，在接收时，控制开关Si以使放射元件Ai和第一接收用混合器RMX1i连接，将从放射元件Ai输出的射频信号VRF’(t+Δti)输入第一接收用混合器RMX1i。
〔总结〕
上述实施方式的相控阵天线的特征在于，具备：n个放射元件A1、A2、…、An，其中，n是2以上的整数；n个供电电路F1、F2、…、Fn；以及合波器，通过将中频信号VIF(t)和本地信号VLO(t)相加来生成和信号VIF+LO(t)，各供电电路Fi具有：时间延迟元件，通过对和信号VIF+LO(t)赋予时间延迟Δti来生成延迟和信号VIF+LO(t－Δti)；分波器，通过将延迟和信号VIF+LO(t－Δti)分波来生成延迟中频信号VIF(t－Δti)和延迟本地信号VLO(t－Δti)；以及发送用混合器，通过将延迟中频信号VIF(t－Δti)和延迟本地信号VLO(t－Δti)相乘来生成延迟射频信号VRF(t－Δti)，各供电电路Fi将延迟射频信号VRF(t－Δti)供给到对应的放射元件Ai，其中，i＝1，2，…，n。
根据上述的构成，能够实现供给至各放射元件Ai的延迟射频信号VRF(t－Δti)的时间延迟在使用带域内不取决于频率的相控阵天线。
在上述实施方式的相控阵天线中，优选各供电电路Fi也可以代替上述发送用混合器，而具有：倍频器，通过对延迟本地信号VLO(t－Δti)进行倍频来生成延迟本地信号VLOM(t－Δti)；以及发送用混合器，通过将延迟中频信号VIF(t－Δti)和延迟本地信号VLOM(t－Δti)相乘来生成延迟射频信号VRF(t－Δti)。
根据上述的构成，也能够实现供给至各放射元件Ai的延迟射频信号VRF(t－Δti)的时间延迟在使用带域内不取决于频率的相控阵天线。
在上述实施方式的相控阵天线中，优选各供电电路Fi还具有：第一接收用混合器，通过将使用对应的放射元件Ai接收到的射频信号VRF’(t+Δti)和具有本地信号VLO(t)的2倍的频率的二倍频本地信号VLO×2(t)相乘来生成差频信号Vk’(t+Δti)；以及第二接收用混合器，通过将差频信号Vk’(t+Δti)和延迟本地信号VLO(t－Δti)相乘来生成中频信号VIF’(t+Δti)，各供电电路Fi将使用上述时间延迟元件对中频信号VIF’(t+Δti)赋予时间延迟Δti而得到的延迟中频信号VIF’(t)供给到接收电路。
根据上述的构成，能够实现供给至各放射元件Ai的延迟射频信号VRF(t－Δti)的时间延迟在使用带域内不取决于频率的发送接收两用的相控阵天线。
在上述实施方式的相控阵天线中，优选各供电电路Fi还具有：第一接收用混合器，通过将使用对应的放射元件Ai接收到的射频信号VRF’(t+Δti)和延迟本地信号VLO(t－Δti)相乘来生成中频信号VIF’(t+Δti’)；接收用合波器，通过将中频信号VIF’(t+Δti’)和延迟本地信号VLO(t－Δti)相加来生成和信号VIF+LO’(t)；接收用分波器，通过将使用上述时间延迟元件对和信号VIF+LO’(t)赋予时间延迟Δti而得到的和信号VIF+LO’(t－Δti)分波来生成延迟中频信号VIF’(t+Δti’－Δti)和双重延迟本地信号VLO’(t－2×Δti)；以及第二接收用混合器，通过将延迟中频信号VIF’(t+Δti’－Δti)和双重延迟本地信号VLO’(t－2×Δti)相乘来生成延迟射频信号VRF’(t)，各供电电路Fi将延迟射频信号VRF’(t)供给到接收电路。
根据上述的构成，能够实现供给至各放射元件Ai的延迟射频信号VRF(t－Δti)的时间延迟在使用带域内不取决于频率的发送接收两用的相控阵天线。
在上述实施方式的相控阵天线中，优选各供电电路Fi还具有：第一接收用混合器，通过将使用对应的放射元件Ai接收到的射频信号VRF’(t+Δti)和本地信号VLO(t)相乘来生成中频信号VIF’(t+Δti’)；接收用合波器，通过将中频信号VIF’(t+Δti’)和本地信号VLO(t)相加来生成和信号VIF+LO’(t)；接收用分波器，通过将使用上述时间延迟元件对和信号VIF+LO’(t)赋予时间延迟Δti而得到的延迟和信号VIF+LO’(t－Δti)分波来生成延迟中频信号VIF’(t+Δti’－Δti)和延迟本地信号VLO’(t－Δti)；以及第二接收用混合器，通过将延迟中频信号VIF’(t+Δti’－Δti)和延迟本地信号VLO’(t－Δti)相乘来生成延迟射频信号VRF’(t)，各供电电路Fi将延迟射频信号VRF’(t)供给到接收电路。
根据上述的构成，能够实现供给至各放射元件Ai的延迟射频信号VRF(t－Δti)的时间延迟在使用带域内不取决于频率的发送接收两用的相控阵天线。
另外，上述实施方式的供电装置的特征在于，是向构成相控阵天线的n个放射元件A1、A2、…、An供给射频信号的供电装置，其中，n是2以上的整数，具备：n个供电电路F1、F2、…、Fn；以及合波器，通过将中频信号VIF(t)和本地信号VLO(t)相加来生成和信号VIF+LO(t)，各供电电路Fi具有：时间延迟元件，通过对和信号VIF+LO(t)赋予时间延迟Δti来生成延迟和信号VIF+LO(t－Δti)；分波器，通过将和信号VIF+LO(t－Δti)分波来生成延迟中频信号VIF(t－Δti)和延迟本地信号VLO(t－Δti)；以及发送用混合器，通过将延迟中频信号VIF(t－Δti)和延迟本地信号VLO(t－Δti)相乘来生成延迟射频信号VRF(t－Δti)，各供电电路Fi将延迟射频信号VRF(t－Δti)供给到对应的放射元件Ai，其中，i＝1，2，…，n。
根据上述的构成，能够实现供给至各放射元件Ai的延迟射频信号VRF(t－Δti)的时间延迟在使用带域内不取决于频率的相控阵天线。
〔附记事项〕
本发明并不局限于上述的实施方式或各变形例，能够在技术方案所示的范围内进行各种变更，适当地组合实施方式或者各变形例所公开的技术手段得到的实施方式也包含于本发明的技术范围。
附图标记说明
1、2、3、4...相控阵天线；Ai...放射元件；Fi...供电电路；MP...合波器；TDi...时间延迟元件；Dpi...分波器；TMXi...发送用混合器。

Claims (6)

1.一种相控阵天线，其特征在于，具备：
n个放射元件A1、A2、…、An，其中，n是2以上的整数；
n个供电电路F1、F2、…、Fn；以及
合波器，通过将中频信号VIF(t)和本地信号VLO(t)相加来生成和信号VIF+LO(t)，
各供电电路Fi具有：
时间延迟元件，通过对和信号VIF+LO(t)赋予时间延迟Δti来生成延迟和信号VIF+LO(t－Δti)；
分波器，通过将延迟和信号VIF+LO(t－Δti)分波来生成延迟中频信号VIF(t－Δti)和延迟本地信号VLO(t－Δti)；以及
发送用混合器，通过将延迟中频信号VIF(t－Δti)和延迟本地信号VLO(t－Δti)相乘来生成延迟射频信号VRF(t－Δti)，
各供电电路Fi将延迟射频信号VRF(t－Δti)供给到对应的放射元件Ai，其中，i＝1，2，…，n。
2.根据权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，
各供电电路Fi中，代替上述发送用混合器而具有：
倍频器，通过对延迟本地信号VLO(t－Δti)进行倍频来生成延迟本地信号VLOM(t－Δti)；以及
发送用混合器，通过将延迟中频信号VIF(t－Δti)和延迟本地信号VLOM(t－Δti)相乘来生成延迟射频信号VRF(t－Δti)。
3.根据权利要求1或者2所述的相控阵天线，其特征在于，
各供电电路Fi还具有：
第一接收用混合器，通过将使用对应的放射元件Ai接收到的射频信号VRF’(t+Δti)和具有本地信号VLO(t)的2倍的频率的二倍频本地信号VLO×2(t)相乘来生成差频信号Vk’(t+Δti)；以及
第二接收用混合器，通过将差频信号Vk’(t+Δti)和延迟本地信号VLO(t－Δti)相乘来生成中频信号VIF’(t+Δti)，
各供电电路Fi将使用上述时间延迟元件对中频信号VIF’(t+Δti)赋予时间延迟Δti而得到的延迟中频信号VIF’(t)供给到接收电路。
4.根据权利要求1或者2所述的相控阵天线，其特征在于，
各供电电路Fi还具有：
第一接收用混合器，通过将使用对应的放射元件Ai接收到的射频信号VRF’(t+Δti)和延迟本地信号VLO(t－Δti)相乘来生成中频信号VIF’(t+Δti’)；
接收用合波器，通过将中频信号VIF’(t+Δti’)和延迟本地信号VLO(t－Δti)相加来生成和信号VIF+LO’(t)；
接收用分波器，通过将使用上述时间延迟元件对和信号VIF+LO’(t)赋予时间延迟Δti而得到的和信号VIFF+LO’(t－Δti)分波来生成延迟中频信号VIF’(t+Δti’－Δti)和双重延迟本地信号VLO’(t－2×Δti)；以及
第二接收用混合器，通过将延迟中频信号VIF’(t+Δti’－Δti)和双重延迟本地信号VLO’(t－2×Δti)相乘来生成延迟射频信号VRF’(t)，
各供电电路Fi将延迟射频信号VRF’(t)供给到接收电路。
5.根据权利要求1或者2所述的相控阵天线，其特征在于，
各供电电路Fi还具有：
第一接收用混合器，通过将使用对应的放射元件Ai接收到的射频信号VRF’(t+Δti)和本地信号VLO(t)相乘来生成中频信号VIF’(t+Δti’)；
接收用合波器，通过将中频信号VIF’(t+Δti’)和本地信号VLO(t)相加来生成和信号VIF+LO’(t)；
接收用分波器，通过将使用上述时间延迟元件对和信号VIF+LO’(t)赋予时间延迟Δti而得到的延迟和信号VIF+LO’(t－Δti)分波来生成延迟中频信号VIF’(t+Δti’－Δti)和延迟本地信号VLO’(t－Δti)；以及
第二接收用混合器，通过将延迟中频信号VIF’(t+Δti’－Δti)和延迟本地信号VLO’(t－Δti)相乘来生成延迟射频信号VRF’(t)，
各供电电路Fi将延迟射频信号VRF’(t)供给到接收电路。
6.一种供电装置，其特征在于，
是向构成相控阵天线的n个放射元件A1、A2、…、An供给射频信号的供电装置，其中，n是2以上的整数，上述供电装置具备：
n个供电电路F1、F2、…、Fn；以及
合波器，通过将中频信号VIF(t)和本地信号VLO(t)相加来生成和信号VIF+LO(t)，
各供电电路Fi具有：
时间延迟元件，通过对和信号VIF+LO(t)赋予时间延迟Δti来生成延迟和信号VIF+LO(t－Δti)；
分波器，通过将和信号VIF+LO(t－Δti)分波来生成延迟中频信号VIF(t－Δti)和延迟本地信号VLO(t－Δti)；以及
发送用混合器，通过将延迟中频信号VIF(t－Δti)和延迟本地信号VLO(t－Δti)相乘来生成延迟射频信号VRF(t－Δti)，
各供电电路Fi将延迟射频信号VRF(t－Δti)供给到对应的放射元件Ai，其中，i＝1，2，…，n。
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