JPH0629719A - フェーズドアレーアンテナ - Google Patents
フェーズドアレーアンテナInfo
- Publication number
- JPH0629719A JPH0629719A JP20190592A JP20190592A JPH0629719A JP H0629719 A JPH0629719 A JP H0629719A JP 20190592 A JP20190592 A JP 20190592A JP 20190592 A JP20190592 A JP 20190592A JP H0629719 A JPH0629719 A JP H0629719A
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- antenna
- array antenna
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 メインビーム方向とアンテナアレー面に立て
た垂線と成す角が大きくなっても利得の低下を伴なわな
いフェーズドアレーアンテナを提供すること。 【構成】 複数のアンテナ素子Ａ１，Ａ２，…Ａｎとこ
れらに対応して設けた移相器φ１，φ２…φｎに分配器
ＣＤＩＶを介して信号を入力し又は出力するフェーズド
アレーアンテナにおいてアレーアンテナの振幅バランス
を重み付けしビーム走査時のグレーティングローブ或は
サイドローブ、或はその両者を抑圧した。
た垂線と成す角が大きくなっても利得の低下を伴なわな
いフェーズドアレーアンテナを提供すること。 【構成】 複数のアンテナ素子Ａ１，Ａ２，…Ａｎとこ
れらに対応して設けた移相器φ１，φ２…φｎに分配器
ＣＤＩＶを介して信号を入力し又は出力するフェーズド
アレーアンテナにおいてアレーアンテナの振幅バランス
を重み付けしビーム走査時のグレーティングローブ或は
サイドローブ、或はその両者を抑圧した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はフェーズドアレーアンテ
ナにおける位相重み付け方法に関し、詳細にはサイドロ
ーブ或はグレーティングローブ若しくはその両者を抑圧
し、アンテナ指向特性、利得を向上したフェーズドアレ
ーアンテナに関する。
ナにおける位相重み付け方法に関し、詳細にはサイドロ
ーブ或はグレーティングローブ若しくはその両者を抑圧
し、アンテナ指向特性、利得を向上したフェーズドアレ
ーアンテナに関する。
【０００２】
【従来技術】近年、地上の固定局と自動車あるいは航空
機等の移動体との通信回線を確保するために、人工衛星
を中継局としたシステムが実用化されつつあるが、この
際に使用するアンテナとしては人工衛星を自動追尾する
ためにフェーズドアレーアンテナを用いることが多い。
フェーズドアレーアンテナとは複数のアンテナ素子を配
列し、各素子に給電する信号の位相を電気的に変化させ
て放射ビーム方向を任意自在に制御するものである。
機等の移動体との通信回線を確保するために、人工衛星
を中継局としたシステムが実用化されつつあるが、この
際に使用するアンテナとしては人工衛星を自動追尾する
ためにフェーズドアレーアンテナを用いることが多い。
フェーズドアレーアンテナとは複数のアンテナ素子を配
列し、各素子に給電する信号の位相を電気的に変化させ
て放射ビーム方向を任意自在に制御するものである。
【０００３】図４はフェーズドアレーアンテナの基本的
概念を説明するためのブロック図である。同図において
Ａ１、Ａ２… … …Ａｎは各々複数のアンテナ素子であ
り、φ１、φ２、… … …φｎは前記アンテナ素子の各
々に付加した移相器、又ＤＩＶは前記移相器と送受信機
ＴＲＸとの間に挿入した分配器である。また、ＣＯＮＴ
は制御器であり、前記移相器φ１、φ２… … …φｎに
接続し、指向性方向に応じて夫々の移相器の移相量を制
御するものである。
概念を説明するためのブロック図である。同図において
Ａ１、Ａ２… … …Ａｎは各々複数のアンテナ素子であ
り、φ１、φ２、… … …φｎは前記アンテナ素子の各
々に付加した移相器、又ＤＩＶは前記移相器と送受信機
ＴＲＸとの間に挿入した分配器である。また、ＣＯＮＴ
は制御器であり、前記移相器φ１、φ２… … …φｎに
接続し、指向性方向に応じて夫々の移相器の移相量を制
御するものである。
【０００４】次に、図５を参照しながらアンテナビーム
方向と上記位相重み付けの関係について詳細に説明す
る。図５は５つのアンテナ素子Ａ０〜Ａ４を間隔ｄで配
列したアレーアンテナを示す図であって、今、アンテナ
配列画の垂線からθ0 ずれた方向（ＢS ）より信号が到
来する場合を考える。
方向と上記位相重み付けの関係について詳細に説明す
る。図５は５つのアンテナ素子Ａ０〜Ａ４を間隔ｄで配
列したアレーアンテナを示す図であって、今、アンテナ
配列画の垂線からθ0 ずれた方向（ＢS ）より信号が到
来する場合を考える。
【０００５】このとき各アンテナ素子には、アンテナＡ
０を起点として前記電波の到来方向に描いた垂線と前記
各アンテナとの距離ｘ1 、ｘ2 、ｘ3 、ｘ4 を信号が伝
播するのに要する時間に対応した分遅延して電波が着信
する。
０を起点として前記電波の到来方向に描いた垂線と前記
各アンテナとの距離ｘ1 、ｘ2 、ｘ3 、ｘ4 を信号が伝
播するのに要する時間に対応した分遅延して電波が着信
する。
【０００６】そこで、フェーズドアレーアンテナでは、
上記各アンテナの位相遅延分を夫々の移相器φ1 乃至φ
n で補正し、全ての信号の位相をＢS 方向で同一にした
上で合成することによって、より大きな着信信号を得る
様にしている。ここで距離ｘｎをアンテナ素子の間隔ｄ
を用いて表現すれば、 ｘｎ＝ｎｄ×ｓｉｎθ0 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１） 到来する信号の波長がλであるとき、これを位相Ψｎで
表すと、 Ψｎ＝ｋｘ0 ＝ｋｎｄ×ｓｉｎθ0 ・・・・・・・・・・・・・（２） 但し、ｋは波数と呼ばれるものでｋ＝２π／λとなる。
上記各アンテナの位相遅延分を夫々の移相器φ1 乃至φ
n で補正し、全ての信号の位相をＢS 方向で同一にした
上で合成することによって、より大きな着信信号を得る
様にしている。ここで距離ｘｎをアンテナ素子の間隔ｄ
を用いて表現すれば、 ｘｎ＝ｎｄ×ｓｉｎθ0 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１） 到来する信号の波長がλであるとき、これを位相Ψｎで
表すと、 Ψｎ＝ｋｘ0 ＝ｋｎｄ×ｓｉｎθ0 ・・・・・・・・・・・・・（２） 但し、ｋは波数と呼ばれるものでｋ＝２π／λとなる。
【０００７】送信アンテナとして使用する場合も同様
で、指向性を形成したい方向に於いて全てのアンテナか
ら放射する信号の位相が同一位相となるように制御する
ものである。しかしながら、マイクロストリップアンテ
ナを平面に配列してフェーズドアレーアンテナを実現す
る場合、ビーム方向と平面に垂直な方向とのなす角が大
きくなり該平面に近づくほど利得が低下する傾向にあ
る。即ち、図６はこの様子を説明するための図で、マイ
クロストリップアンテナを用いたフェーズトアレーアン
テナのビーム方向を側方から見た仮想図であって、アン
テナアレー基板５１に立てた垂線５２の方向が、当該ア
レーアンテナ基板に対し正面方向となり、該方向にメイ
ンビームを形成する場合の利得が最も大きく、序々に左
右方向に傾けるに従って、その利得が低下するのが一般
的である。このことは、正面方向にメインビームを形成
する場合には各アンテナに付した前記移相器による移相
量は全て同一量であるのに対し、左右いづれかの方向に
メインビームを偏位するに従って各アンテナへ供給する
信号の移相量を相対的に大きくすることとなり、各移相
器の移相誤差によって偏位角が大きくなる程利得が低下
する。特に、移相器の制御をデジタル的に段階的にステ
ップアップ又はダウンする場合は、連続的に変化する場
合に比して、各移相器に与えるべき偏位量の誤差が大き
くなり、その程度はビーム偏位角の増大に伴って大きく
なる。
で、指向性を形成したい方向に於いて全てのアンテナか
ら放射する信号の位相が同一位相となるように制御する
ものである。しかしながら、マイクロストリップアンテ
ナを平面に配列してフェーズドアレーアンテナを実現す
る場合、ビーム方向と平面に垂直な方向とのなす角が大
きくなり該平面に近づくほど利得が低下する傾向にあ
る。即ち、図６はこの様子を説明するための図で、マイ
クロストリップアンテナを用いたフェーズトアレーアン
テナのビーム方向を側方から見た仮想図であって、アン
テナアレー基板５１に立てた垂線５２の方向が、当該ア
レーアンテナ基板に対し正面方向となり、該方向にメイ
ンビームを形成する場合の利得が最も大きく、序々に左
右方向に傾けるに従って、その利得が低下するのが一般
的である。このことは、正面方向にメインビームを形成
する場合には各アンテナに付した前記移相器による移相
量は全て同一量であるのに対し、左右いづれかの方向に
メインビームを偏位するに従って各アンテナへ供給する
信号の移相量を相対的に大きくすることとなり、各移相
器の移相誤差によって偏位角が大きくなる程利得が低下
する。特に、移相器の制御をデジタル的に段階的にステ
ップアップ又はダウンする場合は、連続的に変化する場
合に比して、各移相器に与えるべき偏位量の誤差が大き
くなり、その程度はビーム偏位角の増大に伴って大きく
なる。
【０００８】その結果、一般に知られているように従来
のフェーズドアレーにおいて所謂ビームステアリングを
行うと図７に示すようにメインビーム７１の反対方向に
メインビームのレベルと同程度のレベルを持つサイドロ
ーブ７２が発生する（以下、これをグレーティングロー
ブと呼ぶ）。
のフェーズドアレーにおいて所謂ビームステアリングを
行うと図７に示すようにメインビーム７１の反対方向に
メインビームのレベルと同程度のレベルを持つサイドロ
ーブ７２が発生する（以下、これをグレーティングロー
ブと呼ぶ）。
【０００９】ビーム走査角度が大きい程、このグレーテ
ィングローブは大きくなる。同図７は正面方向から−６
０°方向にビーム走査を行ったときの放射パターンの一
例であるが、ビーム走査方向と反対方向にグレーティン
グローブが発生する。従って、放射パワーは双方向に分
散し一方向に集中しないのでグレーティングローブが大
きくなればなるほど（言い換えればビーム走査角が大き
くなればなるほど）上述したようにアンテナの指向性利
得は低下するばかりでなく、送信の際にはグレーティン
グ方向の他の無線局に妨害を与え、また受信時には雑音
レベルが増えてＳ／Ｎ或はＤ／Ｕが悪化する欠点があっ
た。
ィングローブは大きくなる。同図７は正面方向から−６
０°方向にビーム走査を行ったときの放射パターンの一
例であるが、ビーム走査方向と反対方向にグレーティン
グローブが発生する。従って、放射パワーは双方向に分
散し一方向に集中しないのでグレーティングローブが大
きくなればなるほど（言い換えればビーム走査角が大き
くなればなるほど）上述したようにアンテナの指向性利
得は低下するばかりでなく、送信の際にはグレーティン
グ方向の他の無線局に妨害を与え、また受信時には雑音
レベルが増えてＳ／Ｎ或はＤ／Ｕが悪化する欠点があっ
た。
【００１０】
【目的】本発明は上記事情に鑑みてなされたものであっ
て、メインビーム方向とアンテナアレー面に立てた垂線
と成す角が大きくなっても利得の低下を伴なわないフェ
ーズドアレーアンテナを提供することを目的とする。
て、メインビーム方向とアンテナアレー面に立てた垂線
と成す角が大きくなっても利得の低下を伴なわないフェ
ーズドアレーアンテナを提供することを目的とする。
【００１１】
【発明の概要】上記目的を達成するため本発明は、複数
のアンテナ素子とこれらに対応して設けた移相器に分配
器を介して信号を入力し又は出力するフェーズドアレー
アンテナにおいてアレーアンテナの振幅バランスを重み
付けしビーム走査時のグレーティングローブ或はサイド
ローブ、或はその両者を抑圧したこと、更にはアレーア
ンテナの振幅バランスをチェビシェフ重み付けとしたこ
とを特徴としている。
のアンテナ素子とこれらに対応して設けた移相器に分配
器を介して信号を入力し又は出力するフェーズドアレー
アンテナにおいてアレーアンテナの振幅バランスを重み
付けしビーム走査時のグレーティングローブ或はサイド
ローブ、或はその両者を抑圧したこと、更にはアレーア
ンテナの振幅バランスをチェビシェフ重み付けとしたこ
とを特徴としている。
【００１２】
【実施例】以下、添付図面に従って本発明を説明する。
図１は本発明の一実施例を示す構成図である。同図にお
いてＡ1 、Ａ2 、・・・Ａn は、各々複数のアンテナ素
子であり、φ1 、φ2 ・・・φn はアンテナ素子の各々
に付加した移相器、ＣＯＮＴは前記移相器を制御するた
めの制御器である。またＣＤＩＶは本発明を特徴づける
機能をもった分配器であって、各アンテナに供給する信
号の振幅値に重み付けし、又アンテナから該分配器に入
力する着信信号の振幅値に重み付けを付した後合成し送
受信機ＴＲＸに出力する機能をもったものである。即
ち、従来のフェーズドアレーアンテナシステムに於ける
分配器では、単に電力を均等に分配するものであったの
に対し、本発明では振幅値に強弱の重み付けを付すこと
を特徴としたものである。
図１は本発明の一実施例を示す構成図である。同図にお
いてＡ1 、Ａ2 、・・・Ａn は、各々複数のアンテナ素
子であり、φ1 、φ2 ・・・φn はアンテナ素子の各々
に付加した移相器、ＣＯＮＴは前記移相器を制御するた
めの制御器である。またＣＤＩＶは本発明を特徴づける
機能をもった分配器であって、各アンテナに供給する信
号の振幅値に重み付けし、又アンテナから該分配器に入
力する着信信号の振幅値に重み付けを付した後合成し送
受信機ＴＲＸに出力する機能をもったものである。即
ち、従来のフェーズドアレーアンテナシステムに於ける
分配器では、単に電力を均等に分配するものであったの
に対し、本発明では振幅値に強弱の重み付けを付すこと
を特徴としたものである。
【００１３】重み付けの方法は、例えば２項分布、チェ
ビシェフの重み付け等が適当であろう。チェビシェフの
重み付けは、従来からビーム方向固定式のアレーアンテ
ナに於いて、サイドローブ抑圧手段として使用されてい
る手法で、例えば電子通信学会編「アンテナ工学ハンド
ブック」オーム社発行第５章に詳しく述べられている。
チェビシェフ分布について簡単に説明すれば、この方法
はアレーアンテナのサイドローブレベルをある許容値以
下に抑え、このときのビーム幅を最小にするために、各
アンテナ素子に供給する励振信号の振幅値を配列の位置
に応じて異ならせる所謂重み付けの一手法である。例え
ば図２はアンテナ素子数が６で、サイドローブがメイン
ビームに対し−３０ｄＢ均一となるようにする場合の各
アンテナへの振幅値重み付けを示したもので、同時に２
項分布の例を点線にて示した。
ビシェフの重み付け等が適当であろう。チェビシェフの
重み付けは、従来からビーム方向固定式のアレーアンテ
ナに於いて、サイドローブ抑圧手段として使用されてい
る手法で、例えば電子通信学会編「アンテナ工学ハンド
ブック」オーム社発行第５章に詳しく述べられている。
チェビシェフ分布について簡単に説明すれば、この方法
はアレーアンテナのサイドローブレベルをある許容値以
下に抑え、このときのビーム幅を最小にするために、各
アンテナ素子に供給する励振信号の振幅値を配列の位置
に応じて異ならせる所謂重み付けの一手法である。例え
ば図２はアンテナ素子数が６で、サイドローブがメイン
ビームに対し−３０ｄＢ均一となるようにする場合の各
アンテナへの振幅値重み付けを示したもので、同時に２
項分布の例を点線にて示した。
【００１４】本発明は上述のように従来サイドローブ抑
圧のために用いられていたチェビシェフの重み付け或は
２項分布重み付け手法をフェーズドアレーアンテナに採
用することによって、メインビームを広範囲にわたって
スキャンにも、利得の低下を少なくしたものである。即
ち、例えば図２に示したように各アンテナ素子に供給す
る信号の電流振幅値を、アンテナ配列位置によって軽重
をつけ、両サイドに離れるにつれて小振幅にする。この
ようにフェーズドアレーアンテナの各アンテナ素子へ供
給する励振電流に重み付けをすれば、メインビームを大
きく偏移させても、アンテナアレー面正面に対するメイ
ンビームに比して、利得の低下が少なくなる。
圧のために用いられていたチェビシェフの重み付け或は
２項分布重み付け手法をフェーズドアレーアンテナに採
用することによって、メインビームを広範囲にわたって
スキャンにも、利得の低下を少なくしたものである。即
ち、例えば図２に示したように各アンテナ素子に供給す
る信号の電流振幅値を、アンテナ配列位置によって軽重
をつけ、両サイドに離れるにつれて小振幅にする。この
ようにフェーズドアレーアンテナの各アンテナ素子へ供
給する励振電流に重み付けをすれば、メインビームを大
きく偏移させても、アンテナアレー面正面に対するメイ
ンビームに比して、利得の低下が少なくなる。
【００１５】図３は本発明を実施したフェーズドアレー
アンテナのパターン特性図でこのように中央方向にメイ
ンビーム３０を形成した場合と、−６０度方向にメイン
ビーム３１を形成した場合との利得差が小さく、ほとん
ど利得の低下が生じないことがわかる。
アンテナのパターン特性図でこのように中央方向にメイ
ンビーム３０を形成した場合と、−６０度方向にメイン
ビーム３１を形成した場合との利得差が小さく、ほとん
ど利得の低下が生じないことがわかる。
【００１６】更にはメインビーム３１に対するサイドロ
ーブ３２が比較的小さく抑圧されていることも本発明の
効果である。なお、実施例では、アレーアンテナの振幅
バランスを希望の値にするために、分配器ＤＩＶを用い
て実現した方法について説明したが、その他の方法とし
て、移相器φ1 、φ2 、・・・φn 等を用いて希望の振
幅バランスを実現しても良いことは説明を要しないであ
ろう。さらに、本実施例ではアレーアンテナの振幅バラ
ンスをチェビシェフに重み付けする例のみ説明したが、
要は、ビーム走査を行なわないときのサイドローブを抑
圧する手法なら何を本発明に適用しても効果は同じであ
ること明白である。
ーブ３２が比較的小さく抑圧されていることも本発明の
効果である。なお、実施例では、アレーアンテナの振幅
バランスを希望の値にするために、分配器ＤＩＶを用い
て実現した方法について説明したが、その他の方法とし
て、移相器φ1 、φ2 、・・・φn 等を用いて希望の振
幅バランスを実現しても良いことは説明を要しないであ
ろう。さらに、本実施例ではアレーアンテナの振幅バラ
ンスをチェビシェフに重み付けする例のみ説明したが、
要は、ビーム走査を行なわないときのサイドローブを抑
圧する手法なら何を本発明に適用しても効果は同じであ
ること明白である。
【００１７】
【発明の効果】本発明は以上説明したようにフェーズド
アレーアンテナに通常の非ビーム走査アレーアンテナの
サイドローブ抑圧手法を適用するだけで、ビーム走査
時、特に広角度のビーム走査時における指向性利得或は
動作利得の改善に著しい効果がある。
アレーアンテナに通常の非ビーム走査アレーアンテナの
サイドローブ抑圧手法を適用するだけで、ビーム走査
時、特に広角度のビーム走査時における指向性利得或は
動作利得の改善に著しい効果がある。
【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図２】本発明の動作を説明するための図である。
【図３】本発明を実施した場合のアンテナ指向特性を示
す図である。
す図である。
【図４】従来のフェーズドアレーアンテナのブロック図
である。
である。
【図５】フェーズドアレーアンテナの原理を示す図であ
る。
る。
【図６】従来のフェーズドアレーアンテナパターンの利
得低下を説明する図である。
得低下を説明する図である。
【図７】従来のフェーズドアレーアンテナパターンを示
す特性図である。
す特性図である。
Ａ1 、Ａ2 、……Ａn ・・・・・・アンテナ素子 φ1 、φ2 、……φn ・・・・・・移相器 ＣＤＩＶ ・・・・・・チェビシェフ分配器 ＣＯＮＴ ・・・・・・制御器 Ｃ1 、Ｃ2 、……Ｃn ・・・・・・チェビシェフ分配器
の振幅出力
の振幅出力
Claims (2)
- 【請求項１】 複数のアンテナ素子とこれらに対応して
設けた移相器に分配器を介して信号を入力し又は出力す
るフェーズドアレーアンテナにおいてアレーアンテナの
振幅バランスを重み付けしビーム走査時のグレーティン
グローブ或はサイドローブ、或はその両者を抑圧したこ
とを特徴とするフェーズドアレーアンテナ。 - 【請求項２】 アレーアンテナの振幅バランスをチェビ
シェフ重み付けとしたことを特徴とする請求項１記載の
フェーズドアレーアンテナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20190592A JPH0629719A (ja) | 1992-07-06 | 1992-07-06 | フェーズドアレーアンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20190592A JPH0629719A (ja) | 1992-07-06 | 1992-07-06 | フェーズドアレーアンテナ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0629719A true JPH0629719A (ja) | 1994-02-04 |
Family
ID=16448769
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20190592A Pending JPH0629719A (ja) | 1992-07-06 | 1992-07-06 | フェーズドアレーアンテナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0629719A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003023689A (ja) * | 2001-07-09 | 2003-01-24 | Sony Corp | 可変指向性超音波スピーカシステム |
| JP2004150966A (ja) * | 2002-10-31 | 2004-05-27 | Fujitsu Ltd | アレーアンテナ |
| JP2010509823A (ja) * | 2006-11-10 | 2010-03-25 | クインテル テクノロジー リミテッド | 電気的傾斜制御を有する位相配列アンテナシステム |
| US7894857B2 (en) | 2000-03-01 | 2011-02-22 | Nokia Siemens Networks Oy | Method including a radio transmitter for improving radio link operation |
| JP2019505106A (ja) * | 2015-11-02 | 2019-02-21 | エス１ コーポレーションＳ１ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ | アレイアンテナ |
| CN116207521A (zh) * | 2023-03-03 | 2023-06-02 | 电子科技大学 | 基于时间调制技术的矢量调控方法的相控阵天线阵列 |
-
1992
- 1992-07-06 JP JP20190592A patent/JPH0629719A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7894857B2 (en) | 2000-03-01 | 2011-02-22 | Nokia Siemens Networks Oy | Method including a radio transmitter for improving radio link operation |
| JP2003023689A (ja) * | 2001-07-09 | 2003-01-24 | Sony Corp | 可変指向性超音波スピーカシステム |
| JP2004150966A (ja) * | 2002-10-31 | 2004-05-27 | Fujitsu Ltd | アレーアンテナ |
| JP2010509823A (ja) * | 2006-11-10 | 2010-03-25 | クインテル テクノロジー リミテッド | 電気的傾斜制御を有する位相配列アンテナシステム |
| JP2019505106A (ja) * | 2015-11-02 | 2019-02-21 | エス１ コーポレーションＳ１ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ | アレイアンテナ |
| CN116207521A (zh) * | 2023-03-03 | 2023-06-02 | 电子科技大学 | 基于时间调制技术的矢量调控方法的相控阵天线阵列 |
| CN116207521B (zh) * | 2023-03-03 | 2024-04-16 | 电子科技大学 | 基于时间调制技术的矢量调控方法的相控阵天线阵列 |
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