JP4241638B2 - Antenna apparatus and array antenna beam control method - Google Patents

Description

この発明は、マルチビームを形成し且つビーム走査可能なアレーアンテナを用いたアンテナ装置及びアレーアンテナのビーム制御方法に関するものである。   The present invention relates to an antenna apparatus using an array antenna capable of forming a multi-beam and capable of beam scanning, and a beam control method for the array antenna.

従来のアレーアンテナを用いたアンテナ装置では、マルチビームを形成する際は、マルチビームを形成する励振振幅、励振位相の両方を計算し、計算した励振位相のみを制御することにより、アレーアンテナのビーム制御を実現している（例えば、特許文献１参照。）。   In an antenna apparatus using a conventional array antenna, when forming a multi-beam, the beam of the array antenna is calculated by calculating both the excitation amplitude and the excitation phase forming the multi-beam and controlling only the calculated excitation phase. Control is realized (for example, refer to Patent Document 1).

特開２０００−３１７３７号公報（第２−７頁、第１図）Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-31737 (page 2-7, FIG. 1)

従来のアレーアンテナでは、マルチビームを形成する際にビーム形成するための励振振幅、励振位相を計算し、単純にその励振位相のみを移相器に設定し、計算した励振振幅は用いないものである。また、マルチビームにおいて、ビーム間にレベル差を与えると、その放射位相の関係によりレベルが大小に変化し、所望のレベルにならない場合が発生する。
主ビーム内での放射位相が０度一定に対して、主ビームの隣のサイドローブではナルを境に放射位相は反転し、１８０度一定になり、ナルごとに１８０度反転するため、マルチビームを形成する場合、主ビームのパターンと副ビームのパターンが同相で合成された角度はレベルが大きくなり、逆相で合成された角度はレベルが小さくなるという問題がある。 In a conventional array antenna, when forming a multi-beam, the excitation amplitude and excitation phase for beam formation are calculated, and only the excitation phase is set in the phase shifter, and the calculated excitation amplitude is not used. is there. In addition, in a multi-beam, when a level difference is given between beams, the level changes depending on the relationship of the radiation phase, and a case where a desired level is not achieved occurs.
While the radiation phase in the main beam is constant at 0 degrees, the side lobe adjacent to the main beam inverts the radiation phase at the boundary of the null, becomes constant 180 degrees, and inverts 180 degrees for each null. In the case of forming, there is a problem that the angle obtained by synthesizing the main beam pattern and the sub beam pattern in the same phase has a high level, and the angle synthesized in the opposite phase has a low level.

この発明は、係る課題を解決するためになされたものであり、マルチビームにおいて、主ビーム近傍に副ビーム形成した場合においても主ビームのサイドローブによる副ビームへのレベルの影響を軽減することが可能になることを目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and in the case of a multi-beam, even when a sub beam is formed in the vicinity of the main beam, the effect of the level on the sub beam due to the side lobe of the main beam can be reduced. It aims to be possible.

この発明のアレーアンテナのビーム制御方法は、マルチビームを形成するアレーアンテナのビーム制御方法において、
主ビームの方向ベクトルｄ_０とｍ番目（ｍ＝１〜Ｍ、Ｍは２以上の整数）のアンテナ素子の位置ベクトルｒ_ｍとの内積（ｒ_ｍ・ｄ_０）に対する波数ｋの積に基づいて、上記主ビームに対応する複素ウエイト、
Ｗ_MAIN,ｍ＝ｅｘｐ[−ｊｋ（ｒ_ｍ・ｄ_０）]
を演算する第１のステップと、
複数Ｎ個（Nは２以上の整数）の副ビームのうち、ｎ番目（ｎ＝１〜Ｎ）の副ビームにおける方向ベクトルｄ_ｎとｍ番目の上記アンテナ素子の位置ベクトルｒ_ｍとの内積（ｒ_ｍ・ｄ_ｎ）に対する波数ｋの積と、放射位相をオフセットするためのオフセット位相φ_{off_n}との、加算値に基づいて、複素ウエイトを演算し、
さらに演算した複素ウエイトと重み付け係数α_ｎとの積をとって上記ｎ番目の副ビームに対応する複素ウエイト、
Ｗ_ｎ,ｍ＝α_ｎｅｘｐ[−ｊ｛ｋ（ｒ_ｍ・ｄ_ｎ）＋φ_{off_n}]
を求め、
求めたｎ番目の副ビームに対応する複素ウエイトを、Ｎ個の副ビームに対して総和をとることにより、上記Ｎ個の副ビームに対応する複素ウエイトを演算する第２のステップと、
上記第１のステップにて演算した複数Ｍ個の複素ウエイトＷ_MAIN,ｍと上記第２のステップにて演算した複数Ｍ個の複素ウエイトＷ_SUB,ｍの総和を取り、
得られた複数Ｍ個の複素合成ウエイトＷ_ｍを構成する位相成分のみを、各アンテナ素子の励振位相として設定する第３のステップと、
から成るものである。 The array antenna beam control method according to the present invention is an array antenna beam control method for forming a multi-beam.
Based on the product of the wave number k with respect to the inner product (r _m · d ₀ ) of the direction vector d ₀ of the main beam and the position vector rm of the _m-th antenna element (m = 1 to M, M is an integer of 2 or more). , Complex weight corresponding to the main beam,
W _{MAIN, m} = exp [−jk (r _m · d ₀ )]
A first step of computing
A plurality of N (N is an integer of 2 or more) of sub-beams, n-th (n = 1 to N) position the inner product of the vector r _m direction vectors d _n and m-th of the antenna elements in the sub-beams ( a complex weight is calculated based on the sum of the product of the wave number k with respect to r _m · d _n ) and the offset phase φ _{off — n} for offsetting the radiation phase;
Further, the product of the computed complex weight and the weighting coefficient α _n is taken to obtain a complex weight corresponding to the nth sub beam,
W _{n, m} = α _n exp [−j {k (r _m · d _n ) + φ _{off — n} ]
Seeking
A second step of calculating a complex weight corresponding to the N sub-beams by summing up the N complex sub-beams corresponding to the determined n-th sub beam;
The sum of the plurality of M complex weights W _{MAIN, m} calculated in the first step and the plurality of M complex weights W _{SUB, m} calculated in the second step is taken,
A third step of setting only the phase components constituting the plurality of M complex composite weights W _m obtained as excitation phases of the respective antenna elements;
It consists of

また、この発明のアレーアンテナ装置は、主ビームと複数個の副ビームの放射強度を任意のレベルに設定するビーム制御器と、結合ポートに入力されたＲＦ信号を等分配する合成分配器と、上記合成分配器で等分配されたＲＦ信号の位相を、上記ビーム制御器により設定された位相にて制御する複数の移相器と、上記移相器から入力されたＲＦ信号を空間に放射する複数のアンテナ素子と、を具備して、
上記ビーム制御器は、上記アレーアンテナのビーム制御方法に基づいて制御を行うものである。 An array antenna apparatus of the present invention includes a beam controller that sets the radiation intensity of the main beam and the plurality of sub beams to arbitrary levels, a combiner / distributor that equally distributes the RF signal input to the coupling port, A plurality of phase shifters that control the phase of the RF signal equally distributed by the combiner / distributor at a phase set by the beam controller, and an RF signal input from the phase shifter is radiated into space. A plurality of antenna elements,
The beam controller performs control based on a beam control method of the array antenna.

この発明は、主ビーム近傍に副ビームを形成した場合においても、オフセット位相φ_nを設け、主ビームと副ビームの放射パターンの放射位相関係を同相、逆相にならないようにすることにより、主ビームのサイドローブによる副ビームへのレベルの影響を軽減することができるという効果がある。 In the present invention, even when the sub beam is formed in the vicinity of the main beam, the offset phase φ _n is provided so that the radiation phase relationship between the radiation patterns of the main beam and the sub beam is not in phase and out of phase. There is an effect that the influence of the level on the sub beam due to the side lobe of the beam can be reduced.

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１を説明するためのアンテナ装置の構成図であり、１はアレーアンテナ、２はアンテナ素子、３は移相器、４は合成分配器、５はＲＦ信号、６はビーム制御器である。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram of an antenna apparatus for explaining the first embodiment of the present invention, where 1 is an array antenna, 2 is an antenna element, 3 is a phase shifter, 4 is a combiner / distributor, and 5 is an RF signal. , 6 are beam controllers.

図１において、アレーアンテナ１は所定の配置形状で配置された複数Ｍ個のアンテナ素子２を有して構成される。
複数Ｍ個のアンテナ素子２は、複数Ｍ個の移相器３の一端とそれぞれ接続され、複数Ｍ個の移相器３の他端は、等Ｍ分配の合成分配器４の分配ポートとそれぞれ接続されている。
また、アレーアンテナ１内の複数Ｍ個の移相器３はそれぞれビーム制御器６と接続されている。
アレーアンテナ１、移相器３、合成分配器４、ビーム制御器６は、この実施の形態のアンテナ装置を構成する。 In FIG. 1, an array antenna 1 is configured to have a plurality of M antenna elements 2 arranged in a predetermined arrangement shape.
The plurality of M antenna elements 2 are respectively connected to one end of a plurality of M phase shifters 3, and the other end of the plurality of M phase shifters 3 is connected to the distribution port of the equal M distribution combination distributor 4, respectively. It is connected.
A plurality of M phase shifters 3 in the array antenna 1 are connected to a beam controller 6, respectively.
The array antenna 1, the phase shifter 3, the combiner / distributor 4, and the beam controller 6 constitute the antenna device of this embodiment.

次に動作について説明する。
ここでは送受信可逆であることから、送信の場合について説明する。
合成分配器４の結合ポートに入力されたＲＦ信号５は、等Ｍ分配され、移相器３に入力される。移相器３では、ビーム制御器６により設定された位相制御を行なって、ＲＦ信号をアンテナ素子２に出力する。アンテナ素子２は入力されたＲＦ信号を空間に放射する。 Next, the operation will be described.
Here, since transmission and reception are reversible, the case of transmission will be described.
The RF signal 5 input to the combining port of the combiner / distributor 4 is equally M-distributed and input to the phase shifter 3. The phase shifter 3 performs phase control set by the beam controller 6 and outputs an RF signal to the antenna element 2. The antenna element 2 radiates the input RF signal to space.

ここで、ビーム制御器６は入力されたビーム走査指示角により、主ビームと複数Ｎ個の副ビームをそれぞれ所望の方向に向け、且つ複数個の副ビームの放射強度を主ビームに対し任意のレベルに設定することができる励振位相φ_１からφ_Ｍをそれぞれ移相器３に設定する。 Here, the beam controller 6 directs the main beam and a plurality of N sub-beams in a desired direction according to the input beam scanning instruction angle, and arbitrarily sets the radiation intensity of the plurality of sub-beams to the main beam. The excitation phases φ ₁ to φ _M that can be set to the level are respectively set in the phase shifter 3.

図２はアレーアンテナの素子配列の一例を示す斜視図であり、移相器３に設定される励振位相について説明する。
図２において、アンテナ素子２をＸ−Ｙ平面上に配置したアレーアンテナの一例を斜視図で示しており、Ｘ−Ｙ平面上に素子間隔ｄで４×４のマトリックス形状で配置されている場合である。 FIG. 2 is a perspective view showing an example of the array arrangement of the array antenna, and the excitation phase set in the phase shifter 3 will be described.
FIG. 2 is a perspective view showing an example of an array antenna in which antenna elements 2 are arranged on an XY plane, and the antenna elements 2 are arranged in a 4 × 4 matrix shape with an element interval d on the XY plane. It is.

主ビームの方向を所定の原点から見たときの方向ベクトルをｄ_０とし、複数Ｎ個の副ビームの方向を所定の原点から見たときの方向ベクトルをｄ_１、ｄ_２からｄ_Ｎ（以下、代表して符号をｄ_ｎとする）で表す。
また、アレーアンテナの各アンテナ素子２の位置ベクトルｒ_１、ｒ_２からｒ_Ｍ（以下、代表して符号をｒ_ｍとする）が、上記所定の原点Ｏから見たときの方向ベクトルとして予め決められる。 A direction vector when the direction of the main beam is viewed from a predetermined origin is d _0, and a direction vector when the directions of a plurality of N sub-beams are viewed from the predetermined origin are d ₁ , d ₂ to d _N (hereinafter, , The symbol is represented as _dn as a representative).
Further, the position vector r ₁ of the antenna elements 2 of the array _antenna, the r ₂ r _{M (hereinafter} referred to as r _m code on behalf) is predetermined as the direction vector when viewed from the predetermined origin O It is done.

図３はこの発明の実施の形態１によるビーム制御器の構成を示すブロック図であり、７は主ビーム複素ウエイト演算部、８は副ビーム複素ウエイト演算部、９は励振位相演算部であり、６は図１と同じものである。   FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the beam controller according to Embodiment 1 of the present invention, 7 is a main beam complex weight calculation unit, 8 is a sub beam complex weight calculation unit, and 9 is an excitation phase calculation unit. 6 is the same as FIG.

図３において、ビーム制御器６にはビーム走査指示角として主ビーム指示角と副ビーム指示角が入力され、主ビーム指示角は主ビーム複素ウエイト演算部７に入力され、副ビーム指示角は副ビーム複素ウエイト演算部８に入力される。
励振位相演算部９の入力端子は主ビーム複素ウエイト演算部７と副ビーム複素ウエイト演算部８と接続されており、出力端子は複数Ｍ個の移相器３と接続されている。 In FIG. 3, the beam controller 6 receives the main beam instruction angle and the sub beam instruction angle as the beam scanning instruction angle, the main beam instruction angle is input to the main beam complex weight calculation unit 7, and the sub beam instruction angle is the sub beam instruction angle. This is input to the beam complex weight calculation unit 8.
The input terminal of the excitation phase calculation unit 9 is connected to the main beam complex weight calculation unit 7 and the sub beam complex weight calculation unit 8, and the output terminal is connected to a plurality of M phase shifters 3.

次に、この実施の形態によるアレーアンテナのビーム制御方法を用いたビーム制御動作について説明する。
主ビーム複素ウエイト演算部７は、入力された主ビーム指示角は図２の方向ベクトルｄ_０を規定する角度であり、数１を用いて、主ビームを形成するための各アンテナ素子２の励振振幅、励振位相を複素数表現した複素ウエイトＷ_MAIN,ｍを演算する（第１のステップ）。 Next, a beam control operation using the array antenna beam control method according to this embodiment will be described.
In the main beam complex weight calculation unit 7, the input main beam indication angle is an angle that defines the direction vector d ₀ in FIG. 2, and the excitation of each antenna element 2 for forming the main beam using Equation 1 is used. A complex weight W _{MAIN, m} representing the amplitude and excitation phase in a complex number is calculated (first step).

ここで、（ｒ_ｍ・ｄ_０）は方向ベクトルｄ_０と位置ベクトルｒ_ｍとの内積であり、ｋは数２で示される波数である。また、数２におけるλは自由空間における波長である。 Here, (r _m · d ₀ ) is an inner product of the direction vector d ₀ and the position vector r _m, and k is the wave number represented by Equation 2. Further, λ in Equation 2 is a wavelength in free space.

次に副ビーム複素ウエイト演算部８においては、入力された複数Ｎ個の副ビーム指示角は図２の方向ベクトルｄ_１からｄ_Ｎを規定する角度であり、数３を用いて、複数Ｎ個のｎ番目の副ビームを形成するための各アンテナ素子２の励振振幅、励振位相を複素数表現した複素ウエイトＷ_ｎ,ｍを演算し出力する。 Next, in the sub-beam complex weight calculation unit 8, the plurality of N sub-beam indication angles that are input are angles that define the direction vectors d ₁ to d _N in FIG. 2. A complex weight W _{n, m} representing the excitation amplitude and excitation phase of each antenna element 2 for forming the n-th sub-beam in a complex number is calculated and output.

ここで、（ｒ_ｍ・ｄ_ｎ）は方向ベクトルｄ_ｎと位置ベクトルｒ_ｍとの内積であって、α_ｎは１以下の値であり、それぞれ副ビームの重み付けをするための項である。
α_ｎの値を小さくするほど、主ビームの放射強度に対するそれぞれ副ビームの放射強度を小さく制御することが可能であるが、主ビームの放射パターンの位相関係により変動するため調整しながら設定を行なう。
また、オフセット位相φ_{off_n}は前述の位相関係による変動を軽減するために設けている。
オフセット位相φ_{off_n}については後述する。 Here, (r _m · d _n ) is an inner product of the direction vector d _n and the position vector r _m, and α _n is a value of 1 or less, and is a term for weighting each sub beam.
The smaller the value of α _n, the smaller the radiation intensity of each sub-beam relative to the radiation intensity of the main beam can be controlled. However, the setting is made while adjusting because it varies depending on the phase relationship of the radiation pattern of the main beam. .
Further, the offset phase φ off — _n is provided to reduce the fluctuation due to the above-described phase relationship.
The offset phase φ off — _n will be described later.

アレーアンテナの放射パターンとその放射位相の関係は、主ビーム内での放射位相が０度一定に対して、主ビームの隣のサイドローブではナルを境に放射位相は反転し、１８０度一定になり、ナルごとに１８０度反転する。
このためマルチビームを形成する場合、主ビームのパターンと副ビームのパターンが同相で合成された角度はレベルが大きくなり、逆相で合成された角度はレベルが小さくなる。 The relationship between the radiation pattern of the array antenna and its radiation phase is that the radiation phase in the main beam is constant at 0 degrees, while the side lobe next to the main beam is inverted at the null, and is constant at 180 degrees. And it is inverted 180 degrees for each null.
For this reason, when a multi-beam is formed, the angle obtained by synthesizing the main beam pattern and the sub-beam pattern in the same phase has a higher level, and the angle synthesized in the opposite phase has a lower level.

さらにレベルが同じで位相関係が逆相の場合にはナルを形成してしまう。
このため、オフセット位相φ_nを設けることにより、主ビームと副ビームの放射パターンの放射位相関係を同相、逆相にならないようにすることにより合成による影響を軽減できる。 Furthermore, if the level is the same and the phase relationship is reversed, a null is formed.
For this reason, by providing the offset phase φ _n , the influence of the synthesis can be reduced by preventing the radiation phase relationship between the radiation patterns of the main beam and the sub beam from being in phase and out of phase.

オフセット位相φ_{off_n}の設定についてはマルチビームの本数によるが、一例として、主ビームと副ビームＮ本を形成する場合、主ビームの放射位相は０度と１８０度の関係であり、Ｎ本の副ビームの放射位相を均等に割り振ると数４に示すようになる。 The setting of the offset phase φ off — _{n depends on} the number of multi-beams. As an example, when N main beams and N sub-beams are formed, the radiation phase of the main beam has a relationship of 0 degrees and 180 degrees, and N sub-beams When the radiation phases of the beams are evenly allocated, the following equation 4 is obtained.

次に数５を用いて、全ての副ビームに対する複素合成ウエイトＷ_SUB,ｍを演算する（第２のステップ）。 Next, using Equation 5, complex composite weights W _{SUB, m} for all the sub beams are calculated (second step).

次いで、励振位相演算部９においては、入力される主ビーム複素ウエイト演算部７の出力Ｗ_MAIN,ｍと副ビーム複素ウエイト演算部８の出力Ｗ_SUB,ｍの和である複素合成ウエイトＷ_ｍを、数６を用いて演算する。 Next, in the excitation phase calculation unit 9, a complex composite weight W _m that is the sum of the output W _{MAIN, m} of the input main beam complex weight calculation unit 7 and the output W _{SUB, m} of the sub beam complex weight calculation unit 8 is obtained. , Calculation is performed using Equation (6).

ここで、複素合成ウエイトＷ_ｍは主ビームと複数Ｎ個の副ビームを形成するための各アンテナ素子２の励振振幅、励振位相を複素数表現したものであり、Ａ_ｍは振幅を示し、φ_ｍは位相を示している。
この数６における複素合成ウエイトＷ_ｍを構成する位相成分φ_ｍのみを、前述の移相器３に励振位相φ_ｍとして設定する（第３のステップ）。
これにより、位相制御のみで、主ビームの放射強度に対してそれぞれ副ビームのレベルを任意に制御できるマルチビームを形成することが可能になる。
ここで、振幅成分Ａ_ｍは使用していない。 Here, the complex combining weight W _m is the main beam and the plurality of N excitation amplitude of each antenna element 2 for forming a secondary beam, which the excitation phase and the complex representation, A _m represents the amplitude, phi _m Indicates the phase.
Only the phase component φ _m constituting the complex synthesized weight W _m in the equation 6 is set as the excitation phase φ _{m in the} phase shifter 3 (third step).
This makes it possible to form a multi-beam that can arbitrarily control the level of the sub beam with respect to the radiation intensity of the main beam only by phase control.
Here, the amplitude component _Am is not used.

ただし、振幅成分Ａ_ｍを使用していないことや主ビームと副ビームの位相関係に起因する主ビーム、副ビームのビームシフトが発生する。
しかし、この実施の形態では、ビームの放射強度を所望の分布とすることが重要であり、ビーム指向の精度が重要とされない場合においては、励振位相φ_ｍの制御のみで有効である。 However, the main beam due to and the main beam and the phase relationship between the sub-beams have not been used, the amplitude component A _m, beam shift of the sub-beam is generated.
However, in this embodiment, it is important to set the beam radiation intensity to a desired distribution. When the beam pointing accuracy is not important, it is effective only by controlling the excitation phase φ _m .

図４はこの発明の実施の形態１によるマルチビームの一例を示す放射パターン図であり、
ビーム制御器６による放射パターンの一例を示す。
図４において、主ビームの方向を＋３０度に設定し、副ビーム１の方向を＋４０度、重み付けα₁を０．３１６、オフセット位相φ_{off_1}を＋６０度に設定し、副ビーム２の方向を＋４８度、重み付けα₂を０．３１６、オフセット位相φ_{off_2}を＋１２０度に設定した。
この場合の励振位相φ_ｍを、移相器３に与えた場合の放射パターンを実線で示している。 FIG. 4 is a radiation pattern diagram showing an example of a multi-beam according to Embodiment 1 of the present invention.
An example of the radiation pattern by the beam controller 6 is shown.
In FIG. 4, the direction of the main beam is set to +30 degrees, the direction of the sub beam 1 is set to +40 degrees, the weighting α _{1 is set} to 0.316, the offset phase φ _{off_1} is set to +60 degrees, and the direction of the sub beam 2 is set to +48. every time, the weight alpha ₂ 0.316, and sets the offset phase phi _{Off_2} to +120 degrees.
The radiation pattern when the excitation phase φ _m in this case is given to the phase shifter 3 is indicated by a solid line.

また、図４に従来例として、オフセット位相φ_{off_1、}φ_{off_2}を０度に設定した場合のパターンを点線で示す。
この従来例は、主ビームを＋３０度に形成した場合、＋４０度、＋４８度には第１サイドローブ、第２サイドローブがあり、副ビーム１を第１サイドローブの角度に形成すると副ビーム１との放射位相が逆相のため打ち消されナルが形成され、第２サイドローブと副ビーム２では放射位相が同相のためレベルが大きくなっている。
一方、オフセット位相を設けた場合はそれぞれの角度に副ビームが形成できる。 Further, FIG. 4 shows, as a conventional example, a pattern in the case where the offset phases φ _{off_1 and} φ _{off_2} are set to 0 degrees by dotted lines.
In this conventional example, when the main beam is formed at +30 degrees, the first side lobe and the second side lobe are provided at +40 degrees and +48 degrees, and the sub beam 1 is formed at the angle of the first side lobe. Since the radiation phase of the second side lobe and the sub beam 2 are in phase with each other, the level is large.
On the other hand, when an offset phase is provided, a sub beam can be formed at each angle.

以上説明したように、この実施の形態のアンテナ装置およびそのアレーアンテナのビーム制御方法では、位相制御のみで、アレーアンテナの主ビーム及び複数個の副ビームをそれぞれ所望の方向に指向し、且つ主ビームに対する各副ビームの放射強度が異なるように、所望のレベルに設定し、主ビーム近傍に副ビーム形成した場合においても主ビームのサイドローブによる副ビームへのレベルの影響を軽減することが可能になる。   As described above, in the antenna device of this embodiment and the beam control method for the array antenna, the main beam and the plurality of sub-beams of the array antenna are respectively directed in a desired direction by only phase control, and It is possible to reduce the influence of the side beam of the main beam on the sub beam even when the sub beam is set near the main beam so that the radiation intensity of each sub beam differs from the beam. become.

この発明の実施の形態１によるアンテナ装置の構成図である。It is a block diagram of the antenna apparatus by Embodiment 1 of this invention. アレーアンテナの素子配列の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the element arrangement | sequence of an array antenna. この発明の実施の形態１によるビーム制御器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the beam controller by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１によるマルチビームの一例を示す放射パターン図である。It is a radiation pattern figure which shows an example of the multi-beam by Embodiment 1 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ アレーアンテナ、 ２ アンテナ素子、 ３ 移相器、 ４ 合成分配器、 ５ ＲＦ信号、 ６ ビーム制御器、 ７ 主ビーム複素ウエイト演算部、 ８ 副ビーム複素ウエイト演算部、 ９ 励振位相演算部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Array antenna, 2 Antenna element, 3 Phase shifter, 4 Combining / distributing device, 5 RF signal, 6 Beam controller, 7 Main beam complex weight calculating part, 8 Sub beam complex weight calculating part, 9 Excitation phase calculating part

Claims (3)

マルチビームを形成するアレーアンテナのビーム制御方法において、
主ビームの方向ベクトルｄ_０とｍ番目（ｍ＝１〜Ｍ、Ｍは２以上の整数）のアンテナ素子の位置ベクトルｒ_ｍとの内積（ｒ_ｍ・ｄ_０）に対する波数ｋの積に基づいて、上記主ビームに対応する複素ウエイト、
Ｗ_MAIN,ｍ＝ｅｘｐ[−ｊｋ（ｒ_ｍ・ｄ_０）]
を演算する第１のステップと、
複数Ｎ個（Nは２以上の整数）の副ビームのうち、ｎ番目（ｎ＝１〜Ｎ）の副ビームにおける方向ベクトルｄ_ｎとｍ番目の上記アンテナ素子の位置ベクトルｒ_ｍとの内積（ｒ_ｍ・ｄ_ｎ）に対する波数ｋの積と、放射位相をオフセットするためのオフセット位相φ_{off_n}との、加算値に基づいて、複素ウエイトを演算し、
さらに演算した複素ウエイトと重み付け係数α_ｎとの積をとって上記ｎ番目の副ビームに対応する複素ウエイト、
Ｗ_ｎ,ｍ＝α_ｎｅｘｐ[−ｊ｛ｋ（ｒ_ｍ・ｄ_ｎ）＋φ_{off_n}]
を求め、
求めたｎ番目の副ビームに対応する複素ウエイトを、Ｎ個の副ビームに対して総和をとることにより、上記Ｎ個の副ビームに対応する複素ウエイトを演算する第２のステップと、
上記第１のステップにて演算した複数Ｍ個の複素ウエイトＷ_MAIN,ｍと上記第２のステップにて演算した複数Ｍ個の複素ウエイトＷ_SUB,ｍの総和を取り、
得られた複数Ｍ個の複素合成ウエイトＷ_ｍを構成する位相成分のみを、各アンテナ素子の励振位相として設定する第３のステップと、
から成ることを特徴とするアレーアンテナのビーム制御方法。 In an array antenna beam control method for forming a multi-beam,
Based on the product of wave number k with respect to the inner product (r _m · d ₀ ) of the direction vector d ₀ of the main beam and the position vector rm of the _m-th antenna element (m = 1 to M, M is an integer of 2 or more). , Complex weight corresponding to the main beam,
W _{MAIN, m} = exp [−jk (r _m · d ₀ )]
A first step of computing
A plurality of N (N is an integer of 2 or more) of sub-beams, n-th (n = 1 to N) position the inner product of the vector r _m direction vectors d _n and m-th of the antenna elements in the sub-beams ( the product of the wave number k for r m _· d _n), the offset phase phi _{Off_n} for offsetting the radiation phase, based on the addition value, calculating the complex weight,
Further, the product of the calculated complex weight and the weighting coefficient α _n is taken, and the complex weight corresponding to the n-th sub beam,
W _{n, m} = α _n exp [−j {k (r _m · d _n ) + φ _{off — n} ]
Seeking
A second step of calculating a complex weight corresponding to the N sub-beams by summing the obtained complex weight corresponding to the n-th sub-beam with respect to the N sub-beams;
The sum of the plurality of M complex weights W _{MAIN, m} calculated in the first step and the plurality of M complex weights W _{SUB, m} calculated in the second step is taken.
A third step of setting only the phase components constituting the plurality of M complex synthesized weights W _m obtained as excitation phases of the respective antenna elements;
An array antenna beam control method comprising: 上記オフセット位相φ_{off_n}が、
φ_{off_n} =180÷（N+1）×n
で計算されることを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナのビーム制御方法。 The offset phase φ _{off_n} is
φ _{off_n} = 180 ÷ (N + 1) × n
2. The array antenna beam control method according to claim 1, wherein: 主ビームと複数個の副ビームの放射強度を任意のレベルに設定するビーム制御器と、
結合ポートに入力されたＲＦ信号を等分配する合成分配器と、
上記合成分配器で等分配されたＲＦ信号の位相を、上記ビーム制御器により設定された位相にて制御する複数の移相器と、
上記移相器から入力されたＲＦ信号を空間に放射する複数のアンテナ素子と、
を具備し、
上記ビーム制御器は、上記請求項１あるいは請求項２記載のアレーアンテナのビーム制御方法に基づいて制御することを特徴とするアレーアンテナ装置。 A beam controller for setting the radiation intensity of the main beam and the plurality of sub beams to an arbitrary level;
A combiner / distributor for equally distributing the RF signal input to the coupling port;
A plurality of phase shifters for controlling the phase of the RF signal equally distributed by the combiner / distributor at a phase set by the beam controller;
A plurality of antenna elements that radiate RF signals input from the phase shifter into space;
Comprising
3. The array antenna apparatus according to claim 1, wherein the beam controller performs control based on the array antenna beam control method according to claim 1 or 2.

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