JPS6341441B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はフエーズドアレイアンテナにおける移
相器の制御を簡易に行ない得、同時に製作の簡易
化と制御配線の簡素化を図つたアレイアンテナ装
置に関する。

フエーズドアレイアンテナは移相器を各別に備
えた複数のアンテナ素子により構成され、各移相
器の移相量を相互に関連して各別に変えることに
よつてアンテナビーム指向性を制御できるように
なつている。一般に上記移相器は電子的に移相量
が設定制御される３〜６ビツトの量子化移相器に
て実現される。従つてこれらの移相器を各別に制
御せんとするには一般に（ビツト数）×（素子数）
もの制御線を配線する必要がある。しかもこれら
の制御線はアンテナアレイを構成する複数のアン
テナ素子の間を通して配線する必要がある。例え
ば４ビツトの量子化移相器にて移相制御される
10000個のアンテナ素子からなり、アンテナ周波
数が10GHzである場合には、全制御線数が４万本
にもなり、その上アンテナ素子間隔約1.5cmのと
ころに数百本もの配線を行うことが必要となる等
の不都合がある。この結果、配線重量が大きくな
つてアレイ全体の重量増大を招く上、配線された
制御線間の結合による制御信号の漏れ、ひいては
移相器の誤動作を招く不都合が生じた。またアレ
イアンテナが大型化すると配線の実現性や、その
重量、誤動作等に多大な悪影響を及ぼす虞れがあ
つた。特に宇宙空間で用いられる大型のフエーズ
ドアレイアンテナにあつては、宇宙空間にて展
開、組立てがなされるので、前述した多くの制御
線を必要とするとき、その折畳みや組立てが非常
に困難化する。また配線の再現性を確保し難いの
で、配線重量による重心の移動を招き易く、空間
的安定性に支障を招く問題があつた。

本発明はこのような事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、フエーズドアレ
イアンテナの各移相器の移相量制御を簡易に信頼
性良く行なうことができ、また配線の軽量化を図
つてその再現性も安定化し、重心移動等の機械的
不安定性を生じることのない実現性の高いアレイ
アンテナ装置を提供することにある。

本発明の概要は、移相量制御信号をレーザ光を
変調した光信号として伝送することにより制御配
線の大幅な簡易化と、配線重量の軽量化を図るよ
うにしたもので、特に各アンテナ素子に設けられ
た移相器に対応して配列された複数の受光器に対
し、移相量情報を含む変調レーザ光を偏向制御し
て各別に伝送することによつて、全体構成の簡易
化を図り、上述した目的を効果的に達成したもの
である。

即ちこれによつて配線を簡易化してその再現性
を確保し、展開および組立ての簡易化を図つて宇
宙空間等における超大型アレイアンテナの実現を
可能としている。

以下、図面を参照して本発明の一実施例につき
説明する。なお、一例として光源としてレーザ光
源を用いた場合について説明する。

第１図は実施例装置の概略構成図で、空間給電
型のフエーズドアレイアンテナを示している。こ
のアンテナ装置は、アレイアンテナ部Ａと一次給
電部Ｂとにより構成され、これらは所定の位置関
係で対向して配置される。アレイアンテナ部Ａ
は、複数のアンテナ素子１を所定間隔で２次配列
してアンテナ面を形成している。そして、これら
の各アンテナ素子１には局部アンテナ素子２より
入力された送電信号が移相器３を介して各別に供
給されるようになつている。尚、ここではアンテ
ナ素子１から電波を送信する場合を例にとつて説
明するが、上記アンテナ素子１にて電波を受信す
る場合も同様に作用する。但しこの場合には、ア
ンテナ素子１にて受波された受電信号は移相器３
で移相制御されたのち局部アンテナ素子２から一
次給電部Ｂに供給されることになる。

しかして、アレイアンテナ部Ａの一次給電部Ｂ
に対向する面には、各アンテナ素子１に対応して
複数の受光器４が配設されている。これらの受光
器４は一次給電部Ｂから供給される後述する変調
レーザ光を受けるもので、これを電気信号に変換
している。駆動回路５は上記受光器４が得たレー
ザ光が含む移相情報を検出し、この移相情報が示
す移相量を前記移相器３にそれぞれ設定してい
る。これにより、各アンテナ素子１に対応した移
相器３には、それぞれ相互に関連した移相量が各
別に設定され、アレイアンテナの位相中心位置が
定められて所定の方向にアンテナビームが指向さ
れる。

一方、一次給電部Ｂには、発振器６によつて励
振される局部アンテナ素子７が設けられている。
この局部アンテナ素子７は前記アレイアンテナ部
Ａの複数の局部アンテナ素子２に対して送信電力
を空間給電するものである。またアレイアンテナ
部Ａの電波受信時には、各局部アンテナ素子２か
らの受波電力（移相制御されている）を受け、こ
れを合成して図示しない受信機に導びく。またレ
ーザ光源８が発するレーザ光は、レーザ光変調器
９を介して変調されている。この変調はレーザ光
強度を前記移相器３に与える移相量に応じて振幅
変調したり、あるいは移相器３が量子化制御され
る場合にはその量子化ビツト数に応じてパルス変
調する等して行われる。このようにして移相量情
報が加えられた変調レーザ光は、偏光器１０に入
力されて所定方向に偏向される。この偏向器１０
は前記受光器５を見透す位置に設けられたもの
で、偏向方向を変えることによつて、任意の受光
器４に対して択一的に前記変調レーザ光を供給す
る如く構成される。制御回路１１は、前記各アン
テナ素子１の移相器３に与える移相量データを各
アンテナ素子１に対応し、且つアンテナビームの
指向方向に応じてそれぞれ記憶したメモリ（図示
せず）を備えるものであつて、これらのデータを
順次読出して変調器９および偏向器１０の作動を
制御している。即ち今、ｉ番目のアンテナ素子１
に対してその移相量を設定するとき、同ｉ番目の
アンテナ素子１に与える移相量データに基づいて
前記変調器９の作動を制御してレーザ光を変調さ
せている。また同時に偏向器１０を付勢し、変調
レーザ光の偏向方向がｉ番目のアンテナ素子１に
対応した受光器４を指向するべく偏向器１０の偏
向方向を制御する。このような移相量データを与
える制御が全アンテナ素子１の移相器３に対して
順次行われる。これによつて各移相器３にはそれ
ぞれ所定の移相量が設定されることになる。また
これらの設定移相量の変更も同様にして行われ
る。

この移相量の設定につき更に詳しく説明する
と、偏向器１０から見たアレイアンテナ部Ａの受
光器４は第２図に示す如き関係で示される。即
ち、ｉ番目の移相器３に移相量（φi）を設定せん
とするとき、上記移相器３に対応したｉ番目の受
光器４と偏向器１０との位置関係を、アレイアン
テナ部Ａと一次給電部Ｂとを結ぶ中心線を基準と
すれば（θi，φi）として表わすことができる。つ
まり、角度（θi，φi）で示される方向に偏向器１
０からレーザ光を導びけば、そのレーザ光が上記
ｉ番目の受光器４に到達することを意味する。従
つて、制御装置１１のメモリに上記した情報
（θi，φi，φi）をアンテナ素子１にそれぞれ対応
して登録しておき、これを順次読出して変調器９
および偏向器１０を駆動すれば、各受光器４には
それぞれ移相量（φi）の情報を含む変調レーザ光
が供給されることになる。従つてアレイアンテナ
部Ａにおいては、駆動回路５では、上記変調レー
ザ光の受光信号を復調することによつて移相量
（φi）を得ることができ、例えば移相量（φi）が
16段階の４ビツトのデータとして示される場合、
これを４ビツトデイジタルデータとして移相器３
に設定することになる。このようにして移相器３
に対してそれぞれ所定の移相量が設定されること
によつて、アレイアンテナの位相中心位置が規定
され、そのアンテナビームの指向方向が決定され
ることになる。

このように構成された装置によれば、アレイア
ンテナ部Ａにおいて、移相器３、受光器４、駆動
回路５に対してその動作の為の電源線を配線すれ
ばよく、またこの電源線は各素子に対して並列的
に配線できるので、その配線構造は極めて簡単で
ある。また制御信号線は、各ユニツト（１つのア
ンテナ素子に対応する）毎に、その内部配線する
だけで良いから、実質的に制御信号線の引廻しが
不要となる。このことは、従来装置では数万本も
の配線が必要であつたことに対比してみれば、そ
の配線構造が著しく簡素化されたことを意味す
る。従つて配線重量の大幅な軽減を図り得る。ま
た実質的な制御配線が不要なので、その再現性に
支障が生じることがなく、アンテナ重心位置の変
動を招くなどの不都合がない。しかも、煩しい配
線がないので折畳みや組立てが簡易であり、宇宙
空間で使用される大型アンテナにあつても極めて
効果的に採用できる。

その上、多数本の制御線の引廻しがなく、また
各アンテナ素子毎にユニツト単位で移相量設定が
行われるので、制御信号漏洩等に起因する誤動作
の懸念がない。従つてアンテナ信頼性の飛躍的な
向上が期待できる。また従来にあつては、制御線
の引廻しの為にアンテナ素子１の間隔を狭くする
に制約があつたが、本構造によればアンテナ素子
間隔を十分狭く設定することができる。これ故、
アンテナ指向性の大幅な改善を図ることができ、
また指向性合成も簡易に実現できる。更には、移
相量φiの設定制御も、レーザ光の変調とその偏向
方向の制御により行い得るので、制御形態が簡単
である等の優れた効果を奏する。

さて、本発明装置は次のようにして実施するこ
ともできる。上述した実施例ではレーザ光を移相
量に応じて振幅変調し、これを復調したのちデイ
ジタル化して数ビツトのデイジタル移相データを
得た。このように移相器３がＮビツトのデイジタ
ル移相器にて構成される場合、前記レーザ光をパ
ルス変調して直接デイジタル移相情報を光伝送す
るようにしてもよい。第３図はその一例を示すも
ので、デイジタル移相データが３ビツトで表わさ
れる場合を示している。この場合、３系統のレー
ザ光源８ａ，８ｂ，８ｃを用い、その３つのレー
ザ光に対して変調器９ａ，９ｂ，９ｃによりビツ
ト対応して移相量φiに従つた変調を行うようにす
ればよい。そしてこれらの変調レーザ光を偏向器
１０ａ，１０ｂ，１０ｃにて同方向に偏向し、こ
れをビツト対応した受光器４ａ，４ｂ，４ｃにて
受光するように構成すればよい。

このようにすれば、先に説明した効果に加え
て、一つの移相器３に与えるＮビツトのデータと
して示される移相量を素早く伝送して上記移相器
３にセツトすることができ、移相器３に対する移
相量設定時間の大幅な短縮化を図り得る。尚、移
相量設定時間に制約されない場合には、上記数ビ
ツトのデイジタルテータを時系列に送るようにし
てもよい。そしてこの時系列データをパラレル変
換して抽出するようにすれば、先の実施例と同様
に移相器３への移相量セツトが可能となる。

また第４図に示すように、レーザ光として波長
の異なるものを用いる場合には、一つの受光器４
によつて受けた合成レーザ光を分光器１２によつ
て波長別に分光して各ツトの情報を抽出するよう
に構成することもできる。

更には他の変調方式を採用して移相量の情報を
送ることも勿論可能である。

以上述べたように本装置によれば、フエーズド
アレアンテナの各移相器に与える移相量を変調レ
ーザ光により空間伝搬して各移相器に設定するの
で、煩雑な制御線の配線を不要とすることができ
る。この結果、装置重量の軽量化、誤動作の防
止、重心の安定化、構成の簡素化による展開・組
立ての容易化、更にはアンテナ信頼性の向上を図
り得る等の絶大なる効果を奏する。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものでは
ない。例えばアンテナ素子数やその指向特性を決
定する設定移相量、アンテナ素子の配列間隔、ア
ンテナの送受波周波数等はアンテナ仕様に応じて
定めればよい。またレーザ光の波長やその変調方
式、更には偏向器の構成等も仕様に応じて適宜定
めればよい。尚、以上の説明では光源としてレー
ザ光源を用いたが、他の光源を用いても同様の効
果を奏する。また実施例では送信用として説明し
たが受信用のアンテナ、あるいは送受信兼用のア
ンテナであつても同様に適用可能である。要する
に本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形
して実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略構成図、
第２図はレーザ光の変調とその偏向方向との関係
を示す図、第３図および第４図はそれぞれ本発明
の別の実施例を示す概略構成図である。 Ａ……アレイアンテナ部、Ｂ……一次給電部、
１……アンテナ素子、２，７……局部アンテナ素
子、３……移相器、４，４ａ，４ｂ，４ｃ……受
光器、５，５ａ，５ｂ，５ｃ……駆動回路、６…
…発振器、８，８ａ，８ｂ，８ｃ……レーザ光
源、９，９ａ，９ｂ，９ｃ……レーザ光変調器、
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ……偏向器、１１
……制御回路、１２……分光器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 移相器を各別に備えてフエーズドアレイアン
   テナを形成した複数のアンテナ素子と、これらの
   アンテナ素子に対応して設けられた複数の受光器
   と、前記移相器に対応して設けられ上記受光器が
   受光する光が含む移相情報に従つて前記移相器の
   移相量をそれぞれ設定する複数の駆動回路と、光
   源が発する光を前記各移相器に設定する移相量に
   応じて変調する変調器と、この光変調器により得
   られた変調光を偏向して前記複数の受光器に各別
   に供給する偏向器と、前記光変調器が変調する光
   の変調量および前記偏向器による変調光の偏向方
   向を前記アンテナ素子に対応して制御する制御回
   路とを具備したことを特徴とするアレイアンテナ
   装置。 ２ 光変調器は、光強度を移相量に応じて振幅変
   調するものである特許請求の範囲第１項記載のア
   レイアンテナ装置。 ３ 変調光によつて示された移相情報はＮビツト
   デイジタルデータで示されるものであつて、時系
   列変調データあるいは波長多重化データあるいは
   複数の変調光による並列データとして与えられる
   ものである特許請求の範囲第１項記載のアレイア
   ンテナ装置。