JPH1164487A - Monitoring system for phased array antenna - Google Patents
Monitoring system for phased array antennaInfo
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- JPH1164487A JPH1164487A JP9229884A JP22988497A JPH1164487A JP H1164487 A JPH1164487 A JP H1164487A JP 9229884 A JP9229884 A JP 9229884A JP 22988497 A JP22988497 A JP 22988497A JP H1164487 A JPH1164487 A JP H1164487A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はディジタル移相器を
電子的に走査して高周波数信号の電波ビームを形成する
フェーズドアレイ空中線のモニタ方式に関し、特に近傍
界で受信した高周波数信号を用いて遠方界のビームパタ
ーン（放射パターン）を模擬し，ビーム制御及び障害監
視に使用することができるフェーズドアレイ空中線のモ
ニタ方式に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for monitoring a phased array antenna in which a digital phase shifter is electronically scanned to form a radio wave of a high frequency signal, and more particularly to a method for monitoring a high frequency signal received in the near field. The present invention relates to a phased array antenna monitoring method that simulates a far-field beam pattern (radiation pattern) and can be used for beam control and fault monitoring.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来のこの種のフェーズドアレイ空中線
のモニタ方式について、図６に示した構成系統図を用い
て説明する。2. Description of the Related Art A conventional monitoring system for a phased array antenna of this type will be described with reference to a structural diagram shown in FIG.
【０００３】図に示すフェーズドアレイ空中線は、ま
ず、給電線から供給される高周波数信号Ｓ１を電力分配
器８によって複数の移相器１（１〜ｎ）の各各に予め定
めた分配比で分配する。各移相器１にはほぼ同じ性能の
Ｎ個の放射素子３（１，２，…，ｎ−１，ｎ＝Ｎ）をそ
れぞれ接続している。各放射素子１の開口面は、一般
に、このアレイ空中線の放射中心軸（中心軸）に垂直な
同一面にある。このフェーズドアレイ空中線は、放射素
子３（１〜ｎ）の各素子に対応する移相器１の位相を位
相制御器２にて制御することによりシャープなビームを
形成し、これを時間的にスキャンすることを基本にした
空中線である。このような空中線は航空機の誘導着陸用
などに用いられている。In the phased array antenna shown in FIG. 1, first, a high frequency signal S1 supplied from a power supply line is distributed by a power distributor 8 to each of a plurality of phase shifters 1 (1 to n) at a predetermined distribution ratio. Distribute. Each of the phase shifters 1 is connected to N radiating elements 3 (1, 2,..., N-1, n = N) having substantially the same performance. The aperture plane of each radiating element 1 is generally on the same plane perpendicular to the radiation center axis (central axis) of this array antenna. The phased array antenna forms a sharp beam by controlling the phase of the phase shifter 1 corresponding to each of the radiating elements 3 (1 to n) by the phase controller 2, and scans this beam temporally. It is an antenna based on what you do. Such an aerial is used for guidance landing of an aircraft.
【０００４】上述したフェーズドアレイ空中線のモニタ
方式の一つにニアフィールドモニタ方式がある。このモ
ニタ方式では、各放射素子の前方且つ近傍にニアフィー
ルドモニタ（受信空中線）４を設置する。アレイ空中線
のスキャンされたビームが通過した際にモニタ４はパル
ス状の高周波数信号を受ける。受信された高周波数信号
は、増幅検波器５で増幅及び検波される。監視装置７Ｂ
は、この検波信号を用いて、ビーム幅，サイドローブレ
ベル及びビーム精度（ビーム指向性の理想値からのず
れ）等を監視する。このように空間に放射された高周波
数信号のビームを監視する場合は、空港の敷地の制限や
障害物の影響を避ける必要から、ビームパターンのモニ
タはアレイ空中線の近傍で行われるのが普通である。One of the above-mentioned phased array antenna monitoring methods is a near-field monitoring method. In this monitoring method, a near-field monitor (receiving antenna) 4 is installed in front of and near each radiating element. The monitor 4 receives a pulsed high frequency signal as the scanned beam of the array antenna passes. The received high frequency signal is amplified and detected by the amplification detector 5. Monitoring device 7B
Monitors the beam width, side lobe level, beam accuracy (deviation from the ideal value of beam directivity), and the like using this detection signal. When monitoring the high-frequency signal beam emitted into the space in this way, it is common to monitor the beam pattern near the array antenna because it is necessary to avoid restrictions on airport premises and the effects of obstacles. is there.
【０００５】フェーズドアレイ空中線のモニタ方式の別
の一つにインテグラルモニタ方式がある。このモニタ方
式では、各放射素子３の間近にそれぞれピックアップ
（空中線）を配置し（ピックアップアレイ９はこれらの
集合体である）、放射素子３の各各が放射する放射電力
の一部をピックアップし、これらを検波器（ＤＥＴ）１
０で検波した後，合成して放射ビームを形成し、その波
形からビーム角度，ビーム幅及びサイドローブ等を監視
する。このモニタ方式では高周波数信号を遠方界で受信
したのとほぼ等価のビームを形成することができる。Another one of the phased array antenna monitoring methods is an integral monitoring method. In this monitoring method, pickups (antennas) are arranged close to the respective radiating elements 3 (the pickup array 9 is an aggregate of these), and a part of the radiated power radiated by each of the radiating elements 3 is picked up. , And a detector (DET) 1
After detection at 0, a radiation beam is formed by synthesis, and the beam angle, beam width, side lobe, and the like are monitored from the waveform. In this monitoring method, it is possible to form a beam substantially equivalent to a high-frequency signal received in the far field.
【０００６】また、上記インテグラルモニタ方式の応用
として、放射素子３と１対１に対応した移相器１の位相
を制御しながら、この放射素子３の放射ベクトルの位相
と振幅を計測することが可能である。従来は、このよう
にして計測した場合は、インテグラルモニタ（９及び１
０）の温度特性による誤差を補正することでフェーズド
アレイ空中線を正常な状態に保っていた。しかし、放射
素子３間近でピックアップした高周波数信号は、理想的
な遠方界の信号を模擬するものの、実環境のマルチパス
及びアレイ空中線のアライメント等を含む信号ではな
く、運用に供している信号を監視しているとはいえなか
った。Further, as an application of the integral monitor method, the phase and amplitude of the radiation vector of the radiating element 3 are measured while controlling the phase of the phase shifter 1 corresponding to the radiating element 3 on a one-to-one basis. Is possible. Conventionally, when the measurement is performed in this manner, the integral monitor (9 and 1) is used.
The phased array antenna was kept in a normal state by correcting the error due to the temperature characteristic of 0). However, although the high-frequency signal picked up near the radiating element 3 simulates an ideal far-field signal, the signal used for operation is not a signal including multipath in an actual environment and alignment of an array antenna, and the like. I couldn't say I was watching.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】従来のフェーズドアレ
イ空中線のモニタ方式のうち、インテグラルモニタ方式
は、放射素子間近でピックアップした高周波数信号から
個々の放射素子が放射する位相値と振幅値を測定し、こ
の値から理想的な位相値を設定するようにフィードバッ
クを行っているため、実際的には生じるマルチパスにお
ける影響を考慮できず，理想的な放射パターンとインテ
グラルモニタからフィードバックした実放射パターンと
に相違が生じていた。Among the conventional phased array antenna monitoring methods, the integral monitoring method measures a phase value and an amplitude value radiated by each radiating element from a high frequency signal picked up near the radiating element. However, since feedback is performed so as to set an ideal phase value from this value, it is not possible to consider the effect of multipath that actually occurs, and the ideal radiation pattern and the actual radiation fed back from the integral monitor There was a difference from the pattern.
【０００８】また、インテグラルモニタは、アレイ空中
線本体のモニタとしては有用であるが、アレイ空中線の
放射素子近傍で高周波数信号をピックアップするため外
界の影響を受けておらず、実際に放射されて外界の影響
を受けたと等価の実信号をモニタしたことにならないと
いう欠点があった。Although the integral monitor is useful as a monitor for the array antenna itself, it is not affected by the outside world because it picks up a high frequency signal near the radiating element of the array antenna. There is a disadvantage that a real signal equivalent to being affected by the outside world is not monitored.
【０００９】一方、実際に放射された高周波数信号を１
個のアンテナモニタで監視するニアフィールドモニタ方
式では、近傍界でビームパターンをモニタするために、
航空機等が受ける遠方界パターンとの相関が低くなる。
これは、各放射素子からニアフィールド受信点までのパ
ス（距離）差が無視できないため、受信方向で各放射素
子からの高周波数信号の位相面が揃わないことによる。On the other hand, the actually radiated high frequency signal is
In the near-field monitor method of monitoring with antenna monitors, in order to monitor the beam pattern in the near field,
Correlation with the far-field pattern received by an aircraft or the like becomes low.
This is because the phase (distance) difference between each radiating element and the near-field receiving point cannot be ignored, and the phase planes of the high-frequency signals from each radiating element are not aligned in the receiving direction.
【００１０】従って本発明は、インテグラルモニタ方式
及びニアフィールドモニタ方式の欠点をともに解消する
とともに両者の長所を兼ね備え、実際に放射された高周
波数信号を近傍界で受信しながら遠方界の高周波数信号
のビームパターンを模擬し、またアンテナモニタの開口
面での信号位相が等位相面になるように位相を制御する
ことにより、実際に航空機上等で受信する高周波数信号
（ビームパターン等）を監視，制御することを目的とす
る。Accordingly, the present invention eliminates both the disadvantages of the integral monitor system and the near-field monitor system, combines the advantages of both, and allows the radiated high-frequency signal to be received in the near field while the high-frequency signal in the far field is received. By simulating the beam pattern of the signal and controlling the phase so that the signal phase at the aperture surface of the antenna monitor becomes the same phase, the high frequency signal (beam pattern etc.) actually received on an aircraft or the like can be obtained. The purpose is to monitor and control.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明によるフェーズド
アレイ空中線のモニタ方式は、複数の放射素子から可変
位相の高周波数信号を放射して所定の電波ビームを生成
するフェーズドアレイ空中線の遠方界での放射ベクトル
を監視するフェーズドアレイ空中線のモニタ方式であっ
て、前記フェーズドアレイ空中線の近傍界に配置され，
前記放射素子の各各からの高周波数信号を受けるニアフ
ィールドモニタと、前記ニアフィールドモニタが前記放
射素子の各各から受けた前記高周波数信号の位相値及び
振幅値を測定し，しかも前記位相値の各各を対応する前
記放射素子と前記ニアフィールドモニタとの距離差を基
に遠方界での位相値に補正する監視回路とを備える。SUMMARY OF THE INVENTION A phased array antenna monitoring system according to the present invention emits a variable phase high frequency signal from a plurality of radiating elements to generate a predetermined radio beam in a far field of a phased array antenna. A phased array antenna monitoring method for monitoring a radiation vector, wherein the antenna is arranged in a near field of the phased array antenna,
A near-field monitor that receives a high-frequency signal from each of the radiating elements; the near-field monitor measures the phase and amplitude values of the high-frequency signal received from each of the radiating elements; A monitoring circuit that corrects each of the above to a phase value in the far field based on the distance difference between the corresponding radiating element and the near-field monitor.
【００１２】前記フェーズドアレイ空中線のモニタ方式
の一つは、前記ニアフィールドモニタが前記放射素子の
各各から受けた前記高周波数信号の位相値及び振幅値
が、前記放射素子の各各の放射位相を所定位相量単位で
一回転させて測定し、さらにこれら測定量をフーリェ変
換して得られる構成をとることができる。One of the phased array antenna monitoring methods is that the near-field monitor receives the phase value and the amplitude value of the high frequency signal received from each of the radiating elements by using the radiating phase of each of the radiating elements. Can be measured by rotating once by a predetermined phase unit, and the measured amounts can be obtained by Fourier transform.
【００１３】前記フェーズドアレイ空中線のモニタ方式
の別の一つは、前記監視回路が、補正された前記位相値
の平均値を基準値とし、補正された前記位相値がこの基
準値から所定量を超える前記放射素子には、補正された
前記位相値が前記所定量内に入るように位相制御器に位
相補正を行なわせる構成をとることができる。According to another one of the phased array antenna monitoring methods, the monitoring circuit uses an average value of the corrected phase values as a reference value, and the corrected phase value determines a predetermined amount from the reference value. The radiating element exceeding the radiating element may be configured to cause a phase controller to perform a phase correction so that the corrected phase value falls within the predetermined amount.
【００１４】該フェーズドアレイ空中線のモニタ方式の
一つは、前記位相制御器が、前記放射素子をデジタル信
号で制御し、前記所定量が、前記デジタル信号の１／２
ビット相当の位相量である構成をとることができる。In one of the phased array antenna monitoring methods, the phase controller controls the radiating element with a digital signal, and the predetermined amount is １ ／ of the digital signal.
A configuration having a phase amount corresponding to a bit can be adopted.
【００１５】該フェーズドアレイ空中線のモニタ方式の
別の一つは、前記監視回路が、前記所定量を超える位相
値を示す前記放射素子が残る場合には前記フェーズドア
レイ空中線が障害であると判定する構成をとることがで
きる。In another one of the phased array antenna monitoring methods, the monitoring circuit determines that the phased array antenna is faulty when the radiating element having a phase value exceeding the predetermined amount remains. Configuration can be taken.
【００１６】該フェーズドアレイ空中線のモニタ方式の
さらに別の一つは、前記監視回路が、前記高周波数信号
の振幅値の平均値を基準値とし、この基準値から所定量
を超える振幅値を示す前記放射素子があると認めた場合
には前記フェーズドアレイ空中線が障害であると判定す
る構成をとることができる。In still another phased array antenna monitoring method, the monitoring circuit sets an average value of the amplitude values of the high frequency signal as a reference value and indicates an amplitude value exceeding a predetermined amount from the reference value. When it is recognized that the radiating element is present, a configuration may be adopted in which the phased array antenna is determined to be an obstacle.
【００１７】前記フェーズドアレイ空中線のモニタ方式
のさらに別の一つは、前記監視回路が、前記ニアフィー
ルドモニタが受けた前記高周波数信号を得て、前記位相
値と前記振幅値から遠方界の放射パターンを模擬合成す
るビーム合成手段をさらに備える構成をとることができ
る。Still another one of the phased array antenna monitoring methods is that the monitoring circuit obtains the high-frequency signal received by the near-field monitor and radiates far-field radiation from the phase value and the amplitude value. It is possible to adopt a configuration further including a beam combining unit that simulates a pattern.
【００１８】該フェーズドアレイ空中線のモニタ方式
は、前記監視回路が、前記ビーム合成手段によって模擬
合成された放射パターンの所望値からのずれを認める
と，ビーム障害アラームを生じる構成をとることができ
る。The phased array antenna monitoring method may be configured so that when the monitoring circuit recognizes a deviation of the radiation pattern simulated by the beam combining means from a desired value, a beam failure alarm is generated.
【００１９】本発明によるフェーズドアレイ空中線のモ
ニタ方式は、各放射素子ごとに高周波数信号の出力（放
射）位相を順次所望のステップで回転させながら、その
都度ニアフィールドモニタにて受信した高周波数信号の
位相と振幅を測定する。このようにベクトルを回転させ
て各放射素子の位相と振幅を求める方法は一般によく知
られている。このとき各放射素子に対する位相値及び振
幅値が得られる（後述する図３及び図４参照）。計測さ
れた位相値は、近傍で受信していることに起因する近接
位相誤差を含むものである。この位相計測値を各放射素
子から受信点（ニアフィールドモニタ）までのパス（距
離）差から求めた移相角で補正し，これを基準移相値と
する。In the phased array antenna monitoring method according to the present invention, the output (radiation) phase of the high-frequency signal is sequentially rotated in a desired step for each radiating element, and the high-frequency signal received by the near-field monitor each time is rotated. Measure the phase and amplitude of. The method of obtaining the phase and amplitude of each radiating element by rotating the vector in this manner is generally well known. At this time, a phase value and an amplitude value for each radiating element are obtained (see FIGS. 3 and 4 described later). The measured phase value includes a close phase error due to reception in the vicinity. This phase measurement value is corrected by a phase shift angle obtained from a path (distance) difference from each radiating element to a receiving point (near field monitor), and this is used as a reference phase shift value.
【００２０】この基準位相は、実際に使用されている各
移相器から空間に放射され，外界の影響を受けた高周波
数信号に基づいており、位相補正したことにより，十分
遠方で監視するのと同等のビームを擬似的に合成するこ
とができる。この位相補正された信号を用いて、監視装
置内で、リアルタイムにビーム幅やサイドローブレベル
やビーム精度（併せて放射ベクトルともいう）を監視す
ることができる。This reference phase is based on a high-frequency signal radiated into space from each phase shifter actually used and affected by the outside world. Can be artificially synthesized. Using the phase-corrected signal, the beam width, the side lobe level, and the beam accuracy (also referred to as a radiation vector) can be monitored in real time in the monitoring device.
【００２１】本発明では、ニアフィールドモニタを使用
してマルチパスの影響を反映した各放射素子からの放射
ベクトルを取得することができる。この取得された位相
値は、近接位相誤差を補正することで、遠方界で計測さ
れる高周波数信号（放射素子ベクトル）の位相値と同等
になる。従って、受信した高周波数信号に予めパラメー
タ設定した基準値を超える位相偏差が発生していれば、
それを打ち消す方向に放射素子の出力位相を制御するこ
とにより、経年変化，温度変化等に左右されない高精度
の位相制御を行うことができる。According to the present invention, a radiation vector from each radiating element that reflects the effect of multipath can be obtained using a near-field monitor. The acquired phase value becomes equal to the phase value of the high-frequency signal (radiation element vector) measured in the far field by correcting the close phase error. Therefore, if the received high-frequency signal has a phase deviation exceeding the reference value set in advance by the parameter,
By controlling the output phase of the radiating element in a direction to cancel it, high-precision phase control that is not affected by aging, temperature change, or the like can be performed.
【００２２】また、これらのベクトル，つまり位相値と
振幅値を合成することにより、遠方界での放射パターン
を模擬することが可能である。これらの機能により、従
来、ニアフィールドモニタとインテグラルモニタの両方
で補完しあっていいた監視装置を統合することができ
る。By combining these vectors, that is, the phase value and the amplitude value, it is possible to simulate a radiation pattern in the far field. With these functions, it is possible to integrate a monitoring device that has been conventionally complemented by both the near-field monitor and the integral monitor.
【００２３】[0023]
【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。Next, the present invention will be described with reference to the drawings.
【００２４】図１は本発明によるフェーズドアレイ空中
線のモニタ方式の一実施の形態を示す構成系統図であ
る。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a phased array antenna monitoring system according to an embodiment of the present invention.
【００２５】このフェーズドアレイ空中線のモニタ方式
においても、図６に示したと同じ特性を持ち，且つほぼ
同位置に配置されるＮ個の移相器１（１〜ｎ），位相制
御器２，Ｎ個の放射素子３（１，２，…，ｎ−１，ｎ＝
Ｎ）及び電力分配器８がフェーズドアレイ空中線を構成
する。各構成要素間の接続も同じである。放射素子３の
各各は対応する移相器１にそれぞれ接続され、各移相器
１は位相制御器２により放射素子３の各各への出力位相
を制御する。Also in this phased array antenna monitoring method, N phase shifters 1 (1-n), phase controllers 2 and N having the same characteristics as those shown in FIG. Radiating elements 3 (1, 2,..., N−1, n =
N) and the power distributor 8 constitute a phased array antenna. The connection between the components is the same. Each of the radiating elements 3 is connected to a corresponding phase shifter 1, and each phase shifter 1 controls an output phase to each of the radiating elements 3 by a phase controller 2.
【００２６】また、ニアフィールドモニタ４及び増幅検
波器５も図６のものと同じである。増幅検波器５はニア
フィールドモニタ４が受けた高周波数信号を増幅した
後、検波して直流成分を有する信号を生じる。この信号
は、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）６によってデジタル変換さ
れ、監視装置７Ａに供給される。監視回路７Ａは、マイ
クロプロセッサ及び記憶回路を含んで各種演算を行い、
後に詳述するとおり、Ａ／Ｄ変換器６から受けたデジタ
ル信号から、ニアフィールドモニタ４が受けた高周波数
信号の位相値及び振幅値を測定し，しかも測定された上
記位相値を放射素子３の各各とニアフィールドモニタ４
とのパス（距離）差を基に補正する。監視装置７Ａはこ
の補正された位相値を位相制御器２に送り、位相制御器
２はこの補正された位相値を用いて，各放射素子３の出
力位相を制御する。なお、監視装置７Ａはフェーズドア
レイ空中線の障害検出機能も有する。The near field monitor 4 and the amplification detector 5 are the same as those in FIG. The amplification detector 5 amplifies the high-frequency signal received by the near-field monitor 4 and detects it to generate a signal having a DC component. This signal is digitally converted by an A / D converter (ADC) 6 and supplied to a monitoring device 7A. The monitoring circuit 7A performs various operations including a microprocessor and a storage circuit,
As described later in detail, the phase value and the amplitude value of the high-frequency signal received by the near-field monitor 4 are measured from the digital signal received from the A / D converter 6, and the measured phase value is used as the radiation element 3 Each and near field monitor 4
Is corrected based on the path (distance) difference between The monitoring device 7A sends the corrected phase value to the phase controller 2, and the phase controller 2 controls the output phase of each radiating element 3 using the corrected phase value. The monitoring device 7A also has a failure detection function for the phased array antenna.
【００２７】図２は図１の実施の形態における位相補正
の説明図である。以下、図１及び図２を参照してニアフ
ィールドモニタ４を用いた高周波数信号の位相値測定法
について説明する。FIG. 2 is an explanatory diagram of the phase correction in the embodiment of FIG. Hereinafter, a method for measuring the phase value of a high-frequency signal using the near-field monitor 4 will be described with reference to FIGS.
【００２８】まず、ニアフィールドモニタ４が放射素子
３から受ける高周波数信号の位相値測定法について説明
する。図１に示すように、フェーズドドアレイ空中線の
放射中心軸（中心軸）に対して角度θ方向にニアフィー
ルドモニタ４を配置する場合には、位相制御器２は角度
θ方向に高周波信号の等位相面を形成するように各移相
器１に対して位相制御を行う。First, a method of measuring the phase value of a high-frequency signal received by the near-field monitor 4 from the radiating element 3 will be described. As shown in FIG. 1, when the near-field monitor 4 is disposed in the direction of the angle θ with respect to the radiation center axis (center axis) of the phased array antenna, the phase controller 2 transmits the high-frequency signal in the direction of the angle θ. Phase control is performed on each phase shifter 1 so as to form a phase plane.
【００２９】まず、位相制御器２は、任意の移相器１
（１〜ｎ）を選択し、選択した移相器１に対して、最少
ビット単位で一回転するまで位相制御させる。このとき
ニアフィールドモニタ４で得られた合成ベクトルは、増
幅検波器５にて検波される。Ａ／Ｄ変換器６でデジタル
変換された検波信号は、監視装置７Ａにて振幅レベル計
測される。そして、各移相器１に対する計測値をそれぞ
れＸ０，Ｘ１，Ｘ２，…，Ｘn-1 とし、ｎをサンプル総
数としてサンプル値Ｘｎのフーリェ変換Ｆ（Ｋ）を求め
る。但し、ＫはＫ番目の放射素子１を示している。Ｆ
（１）が放射素子３−１の振幅値となる。Ｆ（１）の実
数部と虚数部とでｔａｎ-1（虚数部／実数部）を計算す
れば、放射素子３−１の出力位相値が求められる。First, the phase controller 2 is an optional phase shifter 1
(1 to n) is selected, and the selected phase shifter 1 is controlled in phase until it makes one rotation in the minimum bit unit. At this time, the combined vector obtained by the near-field monitor 4 is detected by the amplification detector 5. The detection signal digitally converted by the A / D converter 6 is subjected to amplitude level measurement by the monitoring device 7A. Then, the measured values for each phase shifter 1 are set to X0, X1, X2,..., Xn−1 , respectively, and the Fourier transform F (K) of the sample value Xn is obtained with n being the total number of samples. Here, K indicates the K-th radiating element 1. F
(1) is the amplitude value of the radiation element 3-1. By calculating tan -1 (imaginary part / real part) using the real part and the imaginary part of F (1), the output phase value of the radiating element 3-1 can be obtained.
【００３０】次に、監視装置７Ａは上述の手法で測定さ
れた位相値の補正を行う。各放射素子３（１〜ｎ）から
ニアフィールドモニタ４までの物理的な距離Ｌは、ニア
フィールドモニタ４がフェーズドドアレイ空中線の中心
軸に対する角度θが各放射素子３（１〜ｎ）によって異
なることから、少しずつ異なる。図２を参照して、フェ
ーズドドアレイ空中線の中心軸からニアフィールドモニ
タ４に垂直線を引いたときの，上記中心軸と垂直線の交
点と、放射素子３の一線に並んだ開口面との距離を１と
する。Next, the monitoring device 7A corrects the phase value measured by the method described above. As for the physical distance L from each radiating element 3 (1-n) to the near-field monitor 4, the angle θ of the near-field monitor 4 with respect to the center axis of the phased array antenna differs depending on each radiating element 3 (1-n). Therefore, it is slightly different. Referring to FIG. 2, when a vertical line is drawn from the center axis of the phased array antenna to the near-field monitor 4, the intersection between the center axis and the vertical line and the aperture plane aligned with the radiating element 3 are aligned. The distance is set to 1.
【００３１】いま、放射素をＮ，被測定放射素子番号を
ｎ，放射素子３の素子間隔をｄ（ｍｍ），ニアフ子の一
つ（３−ｎ）とニアフィールドモニタ４との距離をＬ，
放射素子３の素子数ィールドモニタ４と放射素子３の開
口面とフェーズドアレイ空中線の中心軸の３点が交わる
点から放射素子（３−ｎ）までの距離をＤｎ，各放射素
子３（１〜ｎ）とニアフィールドモニタ４との距離と上
記Ｌとの差をΔｄｎとすると、次の（１）式〜（３）式
が成立する。Now, the radiator is N, the radiating element number to be measured is n, the element spacing of the radiating element 3 is d (mm), and the distance between one of the near arms (3-n) and the near field monitor 4 is L. ,
Number of elements of the radiating element 3 The distance from the point where the field monitor 4 and the opening plane of the radiating element 3 intersect the three points of the center axis of the phased array antenna to the radiating element (3-n) is Dn, and each radiating element 3 (1 to Assuming that a difference between L and the distance between n) and the near-field monitor 4 is Δdn, the following equations (1) to (3) are established.
【００３２】Ｌ＝１／ｃｏｓθ …（１） Ｄｎ=（（Ｎ−１）／２−ｎ））×ｄ …（２） L = 1 / cos θ (1) Dn = ((N−1) / 2−n)) × d (2)
【００３３】監視装置７Ａは、Δｄｎを位相補正パラメ
ータとして予め記憶しておく。このパラメータは放射ビ
ームの近接位相誤差と１対１に対応するパラメータであ
る。監視装置７Ａは、位相計測値を各放射素子３に対し
て補正し、擬似的に遠方で監視したときに得られる位相
値を計算する。The monitoring device 7A stores Δdn as a phase correction parameter in advance. This parameter corresponds to one-to-one with the close phase error of the radiation beam. The monitoring device 7A corrects the phase measurement value for each radiating element 3 and calculates a phase value obtained when monitoring is performed in a pseudo remote manner.
【００３４】図３は図１のニアフィールドモニタ４が放
射素子３の各各から受けた高周波数信号の位相補正例を
示す図である。なお、このフエーズドアレイ空中線は、
６２個の放射素子３を直線状に並べたものである。FIG. 3 is a diagram showing an example of phase correction of a high-frequency signal received from each of the radiating elements 3 by the near-field monitor 4 of FIG. This phased array antenna is
In this figure, 62 radiating elements 3 are arranged in a straight line.
【００３５】ニアフィールドモニタ４が受け、増幅検波
器５が検波した信号の位相値は破線Ａで示される。この
実測した位相値分布は、放射素子３の周辺部ほど位相値
が遅れる山形特性を示している。この位相値分布では、
近傍位相誤差が無視できないので、ニアフィールドモニ
タ４の受信面において、すべての放射素子３からの高周
波数信号の位相値がそろうようにする，位相値補正が必
要である。各放射素子３とニアフィールドの受信点（ニ
アフィールドモニタ）４との距離（ｄ１，ｄ２，…，ｄ
ｎ−１，ｄｎ）は予め監視装置７Ａに記憶されて分かっ
ているので、監視装置７Ａは使用する所定の周波数帯で
（３）式のパス差Δｄｎを位相角に換算して位相値を補
正する。こうして、図３の破線Ｂのように各放射素子３
からの高周波数信号の位相値がニアフィールドモニタ４
の受信点においてほぼ平坦になるように補正される（補
正ステップ１）。これらフーリェ変換などを用いる位相
値補正は、監視装置７Ａで行われる。The phase value of the signal received by the near-field monitor 4 and detected by the amplification detector 5 is indicated by a broken line A. This actually measured phase value distribution shows a mountain-shaped characteristic in which the phase value is delayed toward the periphery of the radiating element 3. In this phase value distribution,
Since the nearby phase error cannot be ignored, it is necessary to correct the phase value so that the phase values of the high frequency signals from all the radiating elements 3 are aligned on the receiving surface of the near-field monitor 4. Distance (d1, d2,..., D) between each radiating element 3 and a near-field receiving point (near-field monitor) 4
Since (n-1, dn) is stored in the monitoring device 7A and known in advance, the monitoring device 7A corrects the phase value by converting the path difference Δdn of Expression (3) into a phase angle in a predetermined frequency band to be used. I do. Thus, each radiating element 3 as shown by the broken line B in FIG.
Phase value of the high frequency signal from the near field monitor 4
Is corrected so as to be substantially flat at the receiving point (correction step 1). The phase value correction using the Fourier transform or the like is performed by the monitoring device 7A.
【００３６】上述の動作によって得られた補正位相値
は、各移相器１の疑似遠方位相データであると見なして
よい。ここで、上記補正位相値が基準値から所定量以上
ずれている場合には、監視装置７Ａはさらに位相補正を
行う。まず、上記基準値には、補正ステップ１で得られ
たパス差補正後の補正位相値の平均値を設定する。そし
て上記所定量は、例えば、移相器１の位相制御ビットの
±１／２ＬＳＢ（移相器１の最少ビットの１／２：１／
２ビット）とする。なお、上記基準値及び上記所定量
は、システム要求に応じて適宜変更してよい。The corrected phase value obtained by the above operation may be regarded as pseudo far phase data of each phase shifter 1. Here, if the correction phase value deviates from the reference value by a predetermined amount or more, the monitoring device 7A further performs phase correction. First, the average value of the corrected phase values after the pass difference correction obtained in the correction step 1 is set as the reference value. The predetermined amount is, for example, ± 1/2 LSB of the phase control bit of the phase shifter 1 (1/2: 1/1/2 of the least significant bit of the phase shifter 1).
2 bits). Note that the reference value and the predetermined amount may be appropriately changed according to system requirements.
【００３７】上記補正位相値が最少ビットの１／２ビッ
ト以上ずれていた場合は、位相制御器２によりその移相
器１の出力位相を逆方向に補正させ（補正ステップ
２）、監視装置７Ａはニアフィールドモニタ４で受ける
高周波数信号を遠方界で受信したものと等価なビームに
補正する。また、監視回路７Ａは１／２ＬＳＢをを超え
る位相値を示す放射素子３が残る場合には、このフェー
ズドアレイ空中線が障害であると判定し、空中線システ
ムに障害情報を出力する。If the corrected phase value is shifted by 1/2 or more of the least significant bit, the output phase of the phase shifter 1 is corrected in the reverse direction by the phase controller 2 (correction step 2), and the monitoring device 7A Corrects a high-frequency signal received by the near-field monitor 4 into a beam equivalent to that received in the far field. When the radiating element 3 having a phase value exceeding 1/2 LSB remains, the monitoring circuit 7A determines that the phased array antenna is faulty and outputs fault information to the antenna system.
【００３８】上述のとおり、図１の実施の形態によるフ
ェーズドアレイ空中線のモニタ方式は、第一に、実際に
放射された高周波数信号の位相値及び振幅値をニアフィ
ールド地点で模擬できるので、アレイ空中線の動作状態
を容易に監視できるという特徴がある。即ち、この模擬
位相値は、ニアフィールドモニタ４から得られた放射ベ
クトルを遠方界放射ベクトルの位相値及び振幅値として
使用するため、放射素子３の結合度,伝搬上のマルチパ
ス及びアライメントの影響を含むものである。As described above, in the phased array antenna monitoring method according to the embodiment of FIG. 1, first, the phase value and the amplitude value of the actually radiated high-frequency signal can be simulated at the near field point. The feature is that the operation state of the antenna can be easily monitored. That is, the simulated phase value uses the radiation vector obtained from the near-field monitor 4 as the phase value and the amplitude value of the far-field radiation vector. Is included.
【００３９】また、このモニタ方式は、補正ステップ１
による位相値補正後の平均位相値に対し、±１／２ＬＳ
Ｂと各補正位相値を比較する。例えば各補正位相値の内
の少なくとも一つが±１／２ＬＳＢのスレショルドを超
える場合は、監視装置７Ａは補正ステップ２に示すよう
に、第二段階の補正をする。第二段階の補正値は図３の
破線Ｂの補正制御データとして位相制御器２に送られ、
移相器１の位相制御にフィードバックする。This monitor system is used in the correction step 1
± 1 / 2LS with respect to the average phase value after phase value correction by
B and each correction phase value are compared. For example, when at least one of the correction phase values exceeds the threshold of ± 1/2 LSB, the monitoring device 7A performs the second-stage correction as shown in correction step 2. The correction value of the second stage is sent to the phase controller 2 as correction control data indicated by a broken line B in FIG.
This is fed back to the phase control of the phase shifter 1.
【００４０】この場合にもこのモニタ方式は、第一の場
合と同様に、実際に放射された信号を用いる効果によ
り、フェーズドアレイ空中線の遠方界ビーム監視及びこ
れを基にした精度の高い位相制御を行うことが可能とな
る。In this case, as in the first case, the monitor system uses the effect of using the actually radiated signal to monitor the far-field beam of the phased array antenna and to perform highly accurate phase control based on this. Can be performed.
【００４１】図４は図１のニアフィールドモニタ４が放
射素子３の各各から受けた高周波数信号の振幅値例を示
す図である。また、図５は図３の位相値と図４の振幅値
を用いて作成したフェズドアレイ空中線のパターンシュ
ミレーション図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of the amplitude value of the high frequency signal received from each of the radiating elements 3 by the near field monitor 4 of FIG. FIG. 5 is a pattern simulation diagram of a fezed array antenna created using the phase values of FIG. 3 and the amplitude values of FIG.
【００４２】図４の振幅値分布は、上述したニアフィー
ルドモニタ４の受信点における位相値補正を行う際のフ
ーリェ変換によって得られたものである。被測定フェー
ズドアレイ空中線は、中心部の放射素子３に高周波数信
号を多く供給している。なお、ニアフィールドモニタ４
は、放射素子３の近傍に位置するが、各放射素子３に対
して振幅値の補正が必要なほどのパス差による伝搬損失
差は生じない。The amplitude value distribution shown in FIG. 4 is obtained by Fourier transform when correcting the phase value at the receiving point of the near-field monitor 4 described above. The measured phased array antenna supplies a large amount of high-frequency signals to the central radiating element 3. The near field monitor 4
Are located near the radiating elements 3, but there is no propagation loss difference due to a path difference that requires correction of the amplitude value for each radiating element 3.
【００４３】ここで、ニアフィールドモニタ４に得られ
る振幅値の異常に対しても、監視装置７Ａは位相値の偏
差大の場合と同様にフェーズドアレイ空中線の障害情報
を出力する。例えば、監視装置７Ａは、図４の測定値か
ら理想値と考えられる振幅値を各放射素子３ごとに振幅
基準値として設け、放射素子３（１〜ｎ）の各各から受
けた振幅値がこの振幅基準値から±１ｄＢ以上ずれてい
ると判定した場合，障害情報を出力する。Here, even if the amplitude value obtained by the near-field monitor 4 is abnormal, the monitoring device 7A outputs failure information of the phased array antenna in the same manner as in the case of a large deviation of the phase value. For example, the monitoring device 7A provides an amplitude value considered as an ideal value from the measured values in FIG. 4 as an amplitude reference value for each radiating element 3, and the amplitude value received from each of the radiating elements 3 (1 to n) is If it is determined that the amplitude is deviated from the amplitude reference value by ± 1 dB or more, fault information is output.
【００４４】監視装置７Ａは、図３の（補正ステップ
２）による補正後の補正位相値と図４に示される振幅値
を用い、（４）式から遠方界を模擬した放射パターン
（放射ベクトル）をリアルタイムにビーム合成する。 The monitoring apparatus 7A uses the corrected phase value after the correction in (correction step 2) in FIG. 3 and the amplitude value shown in FIG. 4 to radiate a radiation pattern (radiation vector) simulating the far field from the equation (4). Is beam synthesized in real time.
【００４５】（４）式において、ｉ（ｔ）は上記中心軸
に対する角度θｎ（ｔ）における振幅強度，Ａｎは放射
素子３の素子番号ｎの振幅値，θｎは素子番号ｎの放射
素子３のビーム走査角度である。In equation (4), i (t) is the amplitude intensity at the angle θn (t) with respect to the central axis, An is the amplitude value of element number n of radiating element 3, and θn is the amplitude value of radiating element 3 of element number n. This is the beam scanning angle.
【００４６】図５のパターンシュミレーション図は、上
述のビーム合成結果を示している。この図では、ビーム
方向３°，ビーム幅１．５°，サイドローブ−２５ｄＢ
以下の放射パターンとなっている。監視装置７Ａは、こ
の放射パターンを既知の手法によって分析し、フエーズ
ドアレイ空中線の特性を監視し、障害を認めるとアレイ
空中線の障害情報を生じ、この障害情報を上位装置に報
告する。The pattern simulation diagram of FIG. 5 shows the result of the above-mentioned beam combining. In this figure, the beam direction is 3 °, the beam width is 1.5 °, and the side lobe is -25 dB.
It has the following radiation pattern. The monitoring device 7A analyzes this radiation pattern by a known method, monitors the characteristics of the phased array antenna, and when it detects a fault, generates fault information of the array antenna and reports this fault information to the host device.
【００４７】上述のとおり、このフェーズドアレイ空中
線のモニタ方式では、監視装置７Ａによってリアルタイ
ムにアレイ空中線のビーム合成を行うので、航空機が高
周波数信号を実際に受信する環境に近い遠方空間で受信
する放射パターンと等価の信号を近傍界で監視できると
いう特徴がある。即ち、このモニタ方式では、ニアフィ
ールドモニタ４から得た振幅値とパス差を考慮した位相
値を使用して遠方界での放射パターンを模擬及び監視で
きる。As described above, in the phased array antenna monitoring method, since the beam combining of the array antenna is performed in real time by the monitoring device 7A, the radiation received by the aircraft in a far space close to the environment where the high frequency signal is actually received is obtained. There is a feature that a signal equivalent to a pattern can be monitored in the near field. That is, in this monitoring method, the radiation pattern in the far field can be simulated and monitored using the amplitude value obtained from the near-field monitor 4 and the phase value in consideration of the path difference.
【００４８】[0048]
【発明の効果】以上説明したように本発明は、フェーズ
ドアレイ空中線の近傍界に配置され，前記フェーズドア
レイ空中線の放射素子の各各からの高周波数信号を受け
るニアフィールドモニタと、前記ニアフィールドモニタ
が前記放射素子の各各から受けた前記高周波数信号の位
相値及び振幅値を測定し，しかも前記位相値の各各を対
応する前記放射素子と前記ニアフィールドモニタとの距
離差を基に遠方界での位相値に補正する監視回路とを備
えるので、近傍界において遠方界の位相値及び振幅値を
航空機等が高周波数信号を実際に受信する環境に近い条
件で模擬でき、これを用いてアレイ空中線の精度の高い
ビーム監視及び制御が容易になるという効果がある。As described above, the present invention is directed to a near-field monitor which is disposed in the near field of a phased array antenna and receives high frequency signals from each of the radiating elements of the phased array antenna, and a near-field monitor. Measures the phase value and the amplitude value of the high frequency signal received from each of the radiating elements, and further measures each of the phase values based on the difference in distance between the corresponding radiating element and the near-field monitor. Since it has a monitoring circuit that corrects to the phase value in the field, the phase value and the amplitude value of the far field in the near field can be simulated under conditions close to the environment in which an aircraft or the like actually receives a high-frequency signal. This has the effect of facilitating highly accurate beam monitoring and control of the array antenna.
【図１】本発明によるフェーズドアレイ空中線のモニタ
方式の実施の形態を示す構成系統図である。FIG. 1 is a configuration system diagram showing an embodiment of a monitoring system for a phased array antenna according to the present invention.
【図２】図１の実施の形態における位相補正の説明図で
ある。FIG. 2 is an explanatory diagram of phase correction in the embodiment of FIG.
【図３】図１のニアフィールドモニタ４が放射素子３の
各各から受けた高周波数信号の位相補正例を示す図であ
る。FIG. 3 is a diagram showing an example of phase correction of a high-frequency signal received from each of the radiating elements 3 by the near-field monitor 4 of FIG. 1;
【図４】図１のニアフィールドモニタ４が放射素子３の
各各から受けた高周波数信号の振幅値例を示す図であ
る。FIG. 4 is a diagram showing an example of an amplitude value of a high-frequency signal received from each of the radiating elements 3 by the near-field monitor 4 of FIG. 1;
【図５】図３の位相値と図４の振幅値を用いて作成した
フェズドアレイ空中線のパターンシュミレーション図で
ある。FIG. 5 is a pattern simulation diagram of a fezed array antenna created using the phase values of FIG. 3 and the amplitude values of FIG. 4;
【図６】従来のフェーズドアレイ空中線のモニタ方式を
示す構成系統図である。FIG. 6 is a configuration system diagram showing a conventional phased array antenna monitoring method.
１（１−１〜１−ｎ） 移相器 ２ 位相制御器 ３（３−１〜３−ｎ） 放射素子 ４ ニアフィールドモニタ ５ 増幅検波器 ６ Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ） ７Ａ，７Ｂ 監視装置 ８ 電力分配器 Reference Signs List 1 (1-1 to 1-n) phase shifter 2 phase controller 3 (3-1 to 3-n) radiating element 4 near-field monitor 5 amplification detector 6 A / D converter (ADC) 7A, 7B monitoring Device 8 Power divider
Claims (8)
信号を放射して所定の電波ビームを生成するフェーズド
アレイ空中線の遠方界での放射ベクトルを監視するフェ
ーズドアレイ空中線のモニタ方式であって、 前記フェーズドアレイ空中線の近傍界に配置され，前記
放射素子の各各からの高周波数信号を受けるニアフィー
ルドモニタと、前記ニアフィールドモニタが前記放射素
子の各各から受けた前記高周波数信号の位相値及び振幅
値を測定し，しかも前記位相値の各各を対応する前記放
射素子と前記ニアフィールドモニタとの距離差を基に遠
方界での位相値に補正する監視回路とを備えることを特
徴とするフェーズドアレイ空中線のモニタ方式。1. A phased array antenna monitoring method for monitoring a radiation vector in a far field of a phased array antenna for generating a predetermined radio wave beam by radiating a variable phase high frequency signal from a plurality of radiating elements, A near-field monitor arranged in the near field of the phased array antenna and receiving a high-frequency signal from each of the radiating elements; and a phase value of the high-frequency signal received by the near-field monitor from each of the radiating elements. And a monitoring circuit that measures an amplitude value and corrects each of the phase values to a phase value in the far field based on a distance difference between the corresponding radiating element and the near-field monitor. A phased array antenna monitoring method.
子の各各から受けた前記高周波数信号の位相値及び振幅
値が、前記放射素子の各各の放射位相を所定位相量単位
で一回転させて測定し、さらにこれら測定量をフーリェ
変換して得られることを特徴とする請求項１記載のフェ
ーズドアレイ空中線のモニタ方式。2. The phase and amplitude values of the high frequency signal received by the near-field monitor from each of the radiating elements are obtained by rotating the respective radiating phases of the radiating elements by a predetermined phase unit. 2. A phased array antenna monitoring method according to claim 1, wherein the measured values are obtained by performing a Fourier transform on the measured values.
の平均値を基準値とし、補正された前記位相値がこの基
準値から所定量を超える前記放射素子には、補正された
前記位相値が前記所定量内に入るように位相制御器に位
相補正を行なわせることを特徴とする請求項１記載のフ
ェーズドアレイ空中線のモニタ方式。3. The radiating element, wherein the monitoring circuit uses the average value of the corrected phase values as a reference value, and applies the corrected phase value to the radiating element whose corrected phase value exceeds a predetermined amount from the reference value. 2. The monitoring system for a phased array antenna according to claim 1, wherein the phase controller performs a phase correction so that the value falls within the predetermined amount.
タル信号で制御し、前記所定量が、前記デジタル信号の
１／２ビット相当の位相量であることを特徴とする請求
項３記載のフェーズドアレイ空中線のモニタ方式。4. The device according to claim 3, wherein the phase controller controls the radiating element with a digital signal, and the predetermined amount is a phase amount corresponding to ビ ッ ト bit of the digital signal. A phased array antenna monitoring method.
相値を示す前記放射素子が残る場合には前記フェーズド
アレイ空中線が障害であると判定することを特徴とする
請求項３または４記載のフェーズドアレイ空中線のモニ
タ方式。5. The phased array antenna according to claim 3, wherein the monitoring circuit determines that the phased array antenna is faulty when the radiating element having a phase value exceeding the predetermined amount remains. A phased array antenna monitoring method.
幅値の平均値を基準値とし、この基準値から所定量を超
える振幅値を示す前記放射素子があると認めた場合には
前記フェーズドアレイ空中線が障害であると判定するこ
とを特徴とする請求項２記載のフェーズドアレイ空中線
のモニタ方式。6. If the monitoring circuit determines that there is the radiating element having an amplitude value exceeding a predetermined amount from the average value of the amplitude values of the high frequency signal as a reference value, the monitoring circuit determines the phased value. 3. The monitoring system for a phased array antenna according to claim 2, wherein it is determined that the array antenna is faulty.
ニタが受けた前記高周波数信号を得て、前記位相値と前
記振幅値から遠方界の放射パターンを模擬合成するビー
ム合成手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記
載のフェーズドアレイ空中線のモニタ方式。7. The monitoring circuit further includes a beam combining unit that obtains the high-frequency signal received by the near-field monitor, and simulates a far-field radiation pattern from the phase value and the amplitude value. 2. A method for monitoring a phased array antenna according to claim 1, wherein:
よって模擬合成された放射パターンの所望値からのずれ
を認めると，ビーム障害アラームを生じることを特徴と
する請求項７記載のフェーズドアレイ空中線のモニタ方
式8. The phased array antenna according to claim 7, wherein the monitoring circuit generates a beam failure alarm when the deviation of the radiation pattern simulated by the beam combining means from a desired value is detected. Monitor method
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9229884A JP2972668B2 (en) | 1997-08-26 | 1997-08-26 | Monitoring method of phased array antenna |
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|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1164487A true JPH1164487A (en) | 1999-03-05 |
| JP2972668B2 JP2972668B2 (en) | 1999-11-08 |
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- 1997-08-26 JP JP9229884A patent/JP2972668B2/en not_active Expired - Fee Related
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