JPH03236610A - Active phased array antenna system - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
この発明は、多数の放射素子を面上に配置し、各放射素
子の励振位相、励振振幅を個々に制御して任意のアンテ
ナパターンを形成するアクティブフェーズドアレイアン
テナ装置に関する。[Detailed Description of the Invention] [Objective of the Invention] (Industrial Application Field) This invention arranges a large number of radiating elements on a surface, and controls the excitation phase and excitation amplitude of each radiating element individually. The present invention relates to an active phased array antenna device that forms an antenna pattern.
（従来の技術）
アクティブフェーズドアレイアンテナ装置は、一般に第
６図に示すように構成される。第６図において、送信励
振器１１から送出される送信信号は第１の電力分配器１
２によってＮ分配され・さらにＮ個の第２の電力分配器
１３１〜１３ＮによってＭ分配され、ＭｘＮ個の送信信
号となる。各送信信号はそれぞれＭＸＮ個の送受信モジ
ュール１４１１〜１４ＭＮを介して、アンテナ開口面上
に配置されたＭｘＮ個の放射素子１５１１〜１５ＭＮに
送られる。また、放射素子１５１１〜１５ＭＮで受けた
受信信号は、対応する送受信モジュール１４１１−１４
ＭＮを介してＮ個の第１の電力合成器１８１−１６Ｎに
よって合成され、さらに第２の電力合成器１７で合成さ
せて受信出力となる。(Prior Art) An active phased array antenna device is generally configured as shown in FIG. In FIG. 6, the transmission signal sent out from the transmission exciter 11 is transmitted to the first power divider 1.
2 and further divided into M by N second power dividers 131 to 13N, resulting in M×N transmission signals. Each transmission signal is sent to MxN radiating elements 1511-15MN disposed on the antenna aperture via MXN transmitting/receiving modules 1411-14MN, respectively. Further, the received signals received by the radiating elements 1511-15MN are transmitted to the corresponding transmitting/receiving module 1411-14.
The signals are combined by N first power combiners 181 to 16N via MN, and further combined by the second power combiner 17 to become a reception output.
ここで、上記送受信モジュール１４１１〜１４ＭＮは、
第７図にその１つを取出して示すように、送信系に移相
器ａ及びＨＰＡ （ハイパワーアンプ）ｂが設けられ、
受信系にＬＮＡ （ローノイズアンプ）Ｃ及び移相器ｄ
が設けられており、外部からの制御信号によって励振位
相、励振振幅を任意に制御可能となっている。Here, the transmitting/receiving modules 1411 to 14MN are as follows:
As shown in FIG. 7, a phase shifter a and a HPA (high power amplifier) b are provided in the transmission system.
LNA (low noise amplifier) C and phase shifter d in the receiving system
is provided, and the excitation phase and excitation amplitude can be arbitrarily controlled by external control signals.
ところで、上記構成のアンテナ装置では、送受信モジュ
ールが内部にＨＰＡＳＬＮＡ等のアクティブ素子を持っ
ているため、時間の経過と共にランダムに故障を引起こ
し、全体の送信電力（ここのモジュールの送信電力の総
和）等の劣化が避けられない。そこで、一般にはこのよ
うな劣化（ブレースフルブイグラデーションと呼ばれる
）を予め考慮し、例えば第８図に示すように、素子数を
必要以上に多くしてシステム利得に余裕を持たせて設計
し、システム利得の許容限界に近付いた時点で保全修理
もしくはモジュールの交換を行ない、初期の状態に復帰
させるようにしている。By the way, in the antenna device with the above configuration, since the transmitter/receiver module has an active element such as a HPASLNA inside, failures occur randomly over time, and the overall transmit power (sum of the transmit power of the modules here) etc. deterioration is unavoidable. Therefore, in general, such deterioration (called braced full-build gradation) is taken into consideration in advance, and the number of elements is increased more than necessary to provide a margin for the system gain. When the system gain approaches the allowable limit, maintenance repairs or module replacement are performed to restore the system to its initial state.
しかしながら、上記のような従来の保全手段では、常に
必要以上の送受信モジュールを動作させることになるた
め、その分消費電力がかかり、ひいてはコスト上昇につ
ながると共に、システム利得以外の性能、例えばサイド
ローブ等については劣化に任せていることが多かった。However, with the conventional maintenance measures described above, more transmitter/receiver modules than necessary are always operated, resulting in increased power consumption, leading to increased costs, and performance other than system gain, such as side lobes, etc. In many cases, it was left to deterioration.
（発明が解決しようとする課題）
以上述べたように従来のアクティブフェーズドアレイア
ンテナ装置では、常に必要以上の送受信モジュールを動
作させるため必要以上の消費電力がかかり、ひいてはコ
スト上昇の要因となると同時に、システム利得以外の性
能については送受信モジュールの劣化にまかせているこ
とが多かった。(Problems to be Solved by the Invention) As described above, in the conventional active phased array antenna device, more transmitter/receiver modules than necessary are always operated, which consumes more power than necessary, which in turn causes an increase in cost. Performance other than system gain was often left to the deterioration of the transmitter/receiver module.
この発明は上記の課題を解決するためになされたもので
、必要最小限の消費電力で、しかもシステム性能とのバ
ランスも良好なアクティブフェーズドアレイアンテナ装
置を提供することを目的とする。The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide an active phased array antenna device that consumes the minimum necessary power and has a good balance with system performance.
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
上記目的を達成するためにこの発明に係るアクティブフ
ェーズドアレイアンテナ装置は、（１）複数の放射素子
を面上に配置し、各放射素子に接続されるアクティブ素
子を個々に制御して任意のアンテナパターンを形成する
アクティブフェーズドアレイアンテナ装置において、前
記放射素子に設けられたアクティブ素子を個々にオン／
オフ制御する制御手段と、この手段を通じて、予め一部
のアクティブ素子をオフ状態にしておき、要求される条
件に応じてオン状態とするアクティブ素子を切換える選
択手段とを具備することを第１の特徴とする。[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, an active phased array antenna device according to the present invention has the following features: (1) A plurality of radiating elements are arranged on a surface, and each radiating element has a In an active phased array antenna device that individually controls connected active elements to form an arbitrary antenna pattern, the active elements provided in the radiating element are individually turned on/off.
A first aspect of the present invention is to include a control means for controlling off, and a selection means for turning off some of the active elements in advance through this means and switching active elements to be turned on according to required conditions. Features.
（２）前記選択手段は、前記各アクティブ素子の動作状
態を把握し、その劣化の度合に応じてオン状態とするア
クティブ素子の個数を切換え、システム性能の最小許容
値を確保することを第２の特徴とする。(2) The selection means grasps the operating state of each active element, switches the number of active elements to be turned on according to the degree of deterioration, and secures a minimum allowable value of system performance. The characteristics of
（３）前記選択手段は、前記アンテナパターンの要求精
度に応じてアクティブ素子の駆動個数を選択的に増減す
ることを第３の特徴とする。(3) A third feature is that the selection means selectively increases or decreases the number of active elements to be driven in accordance with the required accuracy of the antenna pattern.
（４）前記制御手段は送信系のアクティブ素子と受信系
のアクティブ素子を独立してオン／オフ制御することを
第４の特徴とする。(4) A fourth feature is that the control means independently controls on/off the active elements of the transmitting system and the active elements of the receiving system.
（作用）
上記アクティブフェーズドアレイアンテナ装置の第１の
特徴とする構成では、任意にアクティブ素子をオン／オ
フ制御できるので、与えられた条件に容易に適応するこ
とができる。(Function) In the first feature of the active phased array antenna device, the active elements can be controlled on/off as desired, so that it can easily adapt to given conditions.
第２の特徴とする構成では、アクティブ素子の劣化を検
出して他のアクティブ素子に切換えるので、システム性
能の最小許容値を確保しつつ、消費電力を最低限に押さ
えることができる。In the second characteristic configuration, since deterioration of an active element is detected and switched to another active element, power consumption can be kept to a minimum while ensuring the minimum allowable value of system performance.
第３の特徴とする構成では、アンテナパターンの要求精
度に応じてアクティブ素子の駆動個数を選択的に増減す
るので、常にシステム性能と消費電力とをバランスよく
保つことができる。In the third characteristic configuration, the number of active elements to be driven is selectively increased or decreased according to the required accuracy of the antenna pattern, so that system performance and power consumption can always be kept well balanced.
第４の特徴とする構成では、送信系のアクティブ素子と
受信系のアクティブ素子を独立してオン／オフ制御でき
るので、送信時、受信時にそれぞれ最適なシステム性能
、消費電力を容易に確保することができる。The fourth feature of the configuration is that active elements in the transmitting system and active elements in the receiving system can be independently controlled on/off, making it easy to ensure optimal system performance and power consumption during transmission and reception, respectively. I can do it.
（実施例）
以下、第１図乃至第４図を参照してこの発明の一実施例
を説明する。(Embodiment) An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 4.
第１図はその構成を示すもので、２１は長方形のアンテ
ナ開口面に７×１０個の放射素子を配置した場合の送受
信モジュール群である。各送受信モジュールは、送信時
に、は送信系給電回路２２からの送信信号に適宜位相制
御、振幅制御を施して放射素子に送って送信パターンを
形成し、受信時には放射素子からの励振信号に適宜位相
制御、振幅制御を施して受信系給電回路２３に送って受
信パターンを形成する。また、各送受信モジュールはオ
ン／オフ機能を有しており、オン／オフ制御回路２４か
らの制御信号によって選択的にオン／オフ制御される。FIG. 1 shows its configuration, and 21 is a group of transmitting/receiving modules in which 7×10 radiating elements are arranged in a rectangular antenna aperture. At the time of transmission, each transmitter/receiver module performs appropriate phase control and amplitude control on the transmission signal from the transmission system power supply circuit 22 and sends it to the radiating element to form a transmission pattern, and at the time of reception, appropriately adjusts the phase to the excitation signal from the radiating element. The signal is subjected to amplitude control and sent to the reception system power supply circuit 23 to form a reception pattern. Furthermore, each transmitter/receiver module has an on/off function and is selectively controlled on/off by a control signal from the on/off control circuit 24.
その選択は選択回路２５を通じて決定される。一方、各
送受信モジュールはモニタ装置２Ｂによりその動作状態
が監視されており、その監視結果は選択回路２５に送ら
れる。The selection is determined through the selection circuit 25. On the other hand, the operating state of each transmitting/receiving module is monitored by the monitor device 2B, and the monitoring results are sent to the selection circuit 25.
上記構成において、その使用形態について説明する。The usage pattern of the above configuration will be explained.
まず、初期状態において、少なくとも最低許容送信電力
を上回る程度に、例えば第２図あるいは第３図に示すよ
うに一部の送受信モジュールを送信時にオフにしておく
。第２図、第３図において斜線で示す部分がオフ状態、
それ以外の部分がオン状態を示しており、第２図はラン
ダムにオフとした場合、第３図は規則的にオフとした場
合を示している。First, in an initial state, some of the transmitter/receiver modules are turned off during transmission to an extent that at least exceeds the minimum allowable transmit power, as shown in FIG. 2 or 3, for example. In Figures 2 and 3, the shaded area is in the off state;
The other parts show the on state, and FIG. 2 shows the case where it is turned off randomly, and FIG. 3 shows the case where it is turned off regularly.
各送受信モジュールの動作状態はモニタ装置２Ｂによっ
て監視されているので、劣化あるいは故障が生じると、
モニタ装置２６から劣化・故障検出信号が出力される。The operating status of each transmitter/receiver module is monitored by the monitor device 2B, so if deterioration or failure occurs,
A deterioration/failure detection signal is output from the monitor device 26.
選択回路２５はその検出信号からどのモジュールが劣化
あるいは故障しているかを判別し、そのモジュールをオ
フに切換え、代わって例えば近接するオフモジュールを
オンに切換える。これにより、アンテナ装置としては常
に最低許容送信電力が確保されることになる。第４図に
その制御時のシステム利得変化の様子を示す。The selection circuit 25 determines which module is degraded or faulty from the detection signal and switches that module off and switches on, for example, an adjacent off module in its place. As a result, the minimum allowable transmission power is always ensured for the antenna device. FIG. 4 shows how the system gain changes during this control.
同図から明らかなように、このアンテナ装置では常に余
裕を残しながら最低許容送信電力でほぼ一定となり、無
駄な消費電力を削減することができる。しかも、放射面
積もほとんど変わらないのでシステム利得以外の性能も
十分維持することができる。As is clear from the figure, in this antenna device, the minimum allowable transmission power is almost constant while always leaving a margin, and unnecessary power consumption can be reduced. Furthermore, since the radiation area remains almost the same, performance other than system gain can be maintained sufficiently.
第５図は応用例を示すもので、送信電力に応じて３段階
に異なる送受信モジュール配列領域Ａ。FIG. 5 shows an application example, in which the transmitting/receiving module array area A is divided into three stages depending on the transmitting power.
Ｂ、Ｃを設定した場合を示している。一般にアレイアン
テナの開口において、その送信電力分布は中央が高く、
周辺に向かって低くなっている。このため、中央部のモ
ジュールをオフにすると全体の特性に与える影響が大き
い。そこで、ここでは中央付近の領域Ａ、Ｂのモジュー
ルはオン／オフ制御を行わず、領域Ｃの特性に影響をほ
とんど及ぼさない４隅にオン／オフ制御領域を設定して
いる。この構成によれば、システム特性に影響を与える
ことなく、送信電力をほぼ一定に維持することができる
。The case where B and C are set is shown. Generally, in the aperture of an array antenna, the transmission power distribution is high at the center;
It gets lower towards the periphery. For this reason, turning off the module in the center has a large effect on the overall characteristics. Therefore, here, the modules in areas A and B near the center do not perform on/off control, and on/off control areas are set at the four corners that have little influence on the characteristics of area C. According to this configuration, transmission power can be maintained substantially constant without affecting system characteristics.
尚、上記実施例では送信電力について説明したが、その
他の性能、例えばアンテナ利得、サイドローブの特性を
一定に維持する場合でも、同様な制御によって実現でき
る。また、上記実施例では送信時についてのみ述べたが
、受信時についても同様であり、これらの混在形態でも
よく、１つの送受信モジュールが送信、受信共にオフし
ていてもよいことは勿論であり、モジュールの種類、種
別、数量、場所等には関係なく、要は先に述べた機能を
達成できるように制御されていればよいことはいうまで
もない。Note that although the above embodiments have been described with respect to transmission power, similar control can be used to maintain other performances, such as antenna gain and sidelobe characteristics, constant. Further, in the above embodiment, only the time of transmission has been described, but the same applies to the time of reception, and it goes without saying that a mixed form of these may be used, and one transmitter/receiver module may be turned off for both transmission and reception. Needless to say, it is sufficient to control the modules so that the functions described above can be achieved, regardless of the type, type, quantity, location, etc. of the modules.
さらに、送受信モジュールのかわりに移相器のみでもよ
く、また配列するアンテナはどのような形状でもよいこ
とは勿論である。また、モジュールのオン／オフ制御は
劣化や故障時のみではなく、要求されるアンテナパター
ンの精度に応じて動作モジュールの個数を増減すれば、
精度を確保しつつ消費電力を最低限に押さえることがで
きる。Furthermore, it goes without saying that only a phase shifter may be used instead of the transmitter/receiver module, and that the arrayed antennas may have any shape. In addition, module on/off control is not only performed when deterioration or failure occurs, but also by increasing or decreasing the number of operating modules depending on the required accuracy of the antenna pattern.
Power consumption can be kept to a minimum while ensuring accuracy.
［発明の効果コ
以上のようにこの発明によれば、必要最小限の消費電力
で、しかもシステム性能とのバランスも良好なアクティ
ブフェーズドアレイアンテナ装置を提供することができ
る。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, it is possible to provide an active phased array antenna device that consumes minimal power and has a good balance with system performance.
第１図はこの発明に係るアクティブフェーズドアレイア
ンテナ装置の一実施例の構成を示すブロック回路図、第
２図および第３図は同実施例の具体的な制御形態を説明
するためのパターン図、第４図は同実施例の制御時のシ
ステム利得変化の様子を示す波形図、第５図は同実施例
の応用例を示すパターン図、第６図は従来のアクティブ
フェーズドアレイアンテナ装置の構成を示す斜視図、第
７図は送受信モジュールの一般的な構成を示す斜視図、
第８図は従来装置の制御時のシステム利得変化の様子を
示す波形図である。
１１・・・送信励振器、１２・・・第１の電力分配器、
１３１−１３Ｎ・・・第２の電力分配器、１４１１〜１
４ＭＮ・・・送受信モジュール、１５１１〜１５ＭＮ・
・・放射素子、１６１−１６Ｎ・・・第１の電力合成器
、１７・・・第２の電力合成器、ａ・・・移相器、ｂ・
・・ＨＰＡ、ｃ・・・ＬＮＡ。
ｄ・・・移相器、２１・・・送受信モジュール群、２２
・・・送信系給電回路、２３・・・受信系給電回路、２
４・・・オン／オフ制御回路、２５・・・選択回路、２
６・・・モニタ装置。FIG. 1 is a block circuit diagram showing the configuration of an embodiment of an active phased array antenna device according to the present invention, FIGS. 2 and 3 are pattern diagrams for explaining a specific control form of the embodiment, Fig. 4 is a waveform diagram showing how the system gain changes during control in the same embodiment, Fig. 5 is a pattern diagram showing an application example of the same embodiment, and Fig. 6 shows the configuration of a conventional active phased array antenna device. FIG. 7 is a perspective view showing the general configuration of the transmitting/receiving module;
FIG. 8 is a waveform diagram showing how the system gain changes during control of the conventional device. 11... Transmission exciter, 12... First power divider,
131-13N...Second power divider, 1411-1
4MN...transmission/reception module, 1511~15MN・
... Radiation element, 161-16N... First power combiner, 17... Second power combiner, a... Phase shifter, b...
...HPA, c...LNA. d... Phase shifter, 21... Transmission/reception module group, 22
... Transmission system power supply circuit, 23 ... Reception system power supply circuit, 2
4...On/off control circuit, 25...Selection circuit, 2
6...Monitor device.
Claims (4)
続されるアクティブ素子を個々に制御して任意のアンテ
ナパターンを形成するアクティブフェーズドアレイアン
テナ装置において、前記放射素子に設けられたアクティ
ブ素子を個々にオン／オフ制御する制御手段と、この手
段を通じて、予め一部のアクティブ素子をオフ状態にし
ておき、要求される条件に応じてオン状態とするアクテ
ィブ素子を切換える選択手段とを具備するアクティブフ
ェーズドアレイアンテナ装置。(1) In an active phased array antenna device in which a plurality of radiating elements are arranged on a surface and active elements connected to each radiating element are individually controlled to form an arbitrary antenna pattern, A control means for individually controlling on/off of the active elements, and a selection means for turning off some of the active elements in advance through this means and switching active elements to be turned on according to required conditions. An active phased array antenna device comprising:
態を把握し、その劣化の度合に応じてオン状態とするア
クティブ素子の個数を切換え、システム性能の最小許容
値を確保することを特徴とする請求項１記載のアクティ
ブフェーズドアレイアンテナ装置。(2) The selection means grasps the operating state of each active element, switches the number of active elements to be turned on according to the degree of deterioration, and secures a minimum allowable value of system performance. The active phased array antenna device according to claim 1.
度に応じてアクティブ素子の駆動個数を選択的に増減す
ることを特徴とする請求項１記載のアクティブフェーズ
ドアレイアンテナ装置。(3) The active phased array antenna device according to claim 1, wherein the selection means selectively increases or decreases the number of active elements to be driven according to the required accuracy of the antenna pattern.
のアクティブ素子を独立してオン／オフ制御することを
特徴とする請求項１記載のアクティブフェーズドアレイ
アンテナ装置。(4) The active phased array antenna device according to claim 1, wherein the control means independently controls on/off the active elements of the transmitting system and the active elements of the receiving system.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3273090A JPH03236610A (en) | 1990-02-14 | 1990-02-14 | Active phased array antenna system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3273090A JPH03236610A (en) | 1990-02-14 | 1990-02-14 | Active phased array antenna system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03236610A true JPH03236610A (en) | 1991-10-22 |
Family
ID=12366959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3273090A Pending JPH03236610A (en) | 1990-02-14 | 1990-02-14 | Active phased array antenna system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03236610A (en) |
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1990
- 1990-02-14 JP JP3273090A patent/JPH03236610A/en active Pending
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