(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の素子アンテナを複数個ずつ組にして形成したサブアレーアンテナからなり、上記サブアレーアンテナのそれぞれに伝搬距離に対する周波数特性をもたない実時間遅延（以後ＴＴＤ：ＴｒｕｅＴｉｍｅＤｅｌａｙという）デジタル移相器を備え、かつ、上記サブアレーアンテナの複数個の素子アンテナのそれぞれに伝搬距離に対する周波数特性を持つ移相器を備えたフェーズドアレーアンテナにおける２段移相器制御方法であって、
素子配列、サブアレー情報、移相器データおよびビーム方向のデータを予め取得し、
上記データに基づいて上記各素子アンテナに与えるべき位相を求めておき、
上記サブアレーアンテナ内で位相が最小となるサブアレー端の素子アンテナの位相値をこの素子アンテナが所属するサブアレーアンテナの位相値とし、
上記移相器データからそれぞれのサブアレーアンテナの位相値を最大限位相に対する周波数特性を持つＴＴＤデジタル移相器に割り当て、
上記各素子アンテナに与えるべき位相に基づいて、上記ＴＴＤデジタル移相器での量子化誤差により上記サブアレーアンテナの位相値とずれた分の位相を含めて各素子アンテナに割り当てる残り位相を求め、
上記残り位相値を各素子アンテナの位相に対する周波数特性を持たない移相器に割り当て、
上記各素子アンテナに上記ＴＴＤデジタル移相器に割り当てた位相値と上記周波数特性を持たない移相器に割り当てた位相値を合わせて与え、所望の方向にフェーズドアレーアンテナのビーム形成を行うことを特徴とする２段移相器制御方法。
【請求項２】
複数の素子アンテナを複数個ずつ組にして形成したサブアレーアンテナからなり、上記サブアレーアンテナのそれぞれに伝搬距離に対する周波数特性をもたない実時間遅延（以後ＴＴＤ：ＴｒｕｅＴｉｍｅＤｅｌａｙという）デジタル移相器を備え、かつ、上記サブアレーアンテナの複数個の素子アンテナのそれぞれに伝搬距離に対する周波数特性を持つ移相器を備えたフェーズドアレーアンテナにおける２段移相器制御方法であって、
素子配列、サブアレー情報、移相器データおよびビーム方向のデータを予め取得し、
上記サブアレーアンテナ内で位相が最小となるサブアレー端の素子アンテナの位相値をこの素子アンテナが所属するサブアレーアンテナの位相値とし、
上記移相器データからそれぞれのサブアレーアンテナの位相値を最大限位相に対する周波数特性を持つＴＴＤデジタル移相器に割り当て、
代表とする１つのサブアレーアンテナを選択し、上記データからこのサブアレー内の各素子アンテナに対する所望のビーム方向を実現する位相を求めて各素子アンテナの位相に対する周波数特性を持たない移相器への割り当て位相を求め、この位相値を他のすべてのサブアレーアンテナ内の対応する素子アンテナの位相に対する周波数特性を持たない移相器へ割り当て、
上記各素子アンテナに上記ＴＴＤデジタル移相器に割り当てた位相値と上記周波数特性を持たない移相器に割り当てた位相値を合わせて与え、所望の方向にフェーズドアレーアンテナのビーム形成を行うことを特徴とする２段移相器制御方法。
【請求項３】
複数の素子アンテナを複数個ずつ組にして形成したサブアレーアンテナからなり、上記サブアレーアンテナのそれぞれに伝搬距離に対する周波数特性をもたない実時間遅延（以後ＴＴＤ：ＴｒｕｅＴｉｍｅＤｅｌａｙという）デジタル移相器を備え、かつ、上記サブアレーアンテナの複数個の素子アンテナのそれぞれに伝搬距離に対する周波数特性を持つ移相器を備えたフェーズドアレーアンテナにおける２段移相器制御方法であって、
素子配列、サブアレー情報、移相器データおよびビーム方向のデータを予め取得し、
上記データに基づいて上記各素子アンテナに与えるべき位相を求めておき、
上記サブアレーアンテナ内で中心となる素子アンテナの位相値をこの素子アンテナが所属するサブアレーアンテナの位相値とし、
上記移相器データからそれぞれのサブアレーアンテナの位相値を最大限位相に対する周波数特性を持つＴＴＤデジタル移相器に割り当て、
上記各素子アンテナに与えるべき位相に基づいて、上記ＴＴＤデジタル移相器での量子化誤差により上記サブアレーアンテナの位相値とずれた分の位相を含めて各素子アンテナに割り当てる残り位相を求め、
上記残り位相値を各素子アンテナの位相に対する周波数特性を持たない移相器に割り当て、
上記各素子アンテナに上記ＴＴＤデジタル移相器に割り当てた位相値と上記周波数特性を持たない移相器に割り当てた位相値を合わせて与え、所望の方向にフェーズドアレーアンテナのビーム形成を行うことを特徴とする２段移相器制御方法。
【請求項４】
複数の素子アンテナを複数個ずつ組にして形成したサブアレーアンテナからなり、上記サブアレーアンテナのそれぞれに伝搬距離に対する周波数特性をもたない実時間遅延（以後ＴＴＤ：ＴｒｕｅＴｉｍｅＤｅｌａｙという）デジタル移相器を備え、かつ、上記サブアレーアンテナの複数個の素子アンテナのそれぞれに伝搬距離に対する周波数特性を持つ移相器を備えたフェーズドアレーアンテナにおける２段移相器制御方法であって、
素子配列、サブアレー情報、移相器データおよびビーム方向のデータを予め取得し、
上記サブアレーアンテナ内で中心となる素子アンテナの位相値をこの素子アンテナが所属するサブアレーアンテナの位相値とし、
上記移相器データからそれぞれのサブアレーアンテナの位相値を最大限位相に対する周波数特性を持つＴＴＤデジタル移相器に割り当て、
代表とする１つのサブアレーアンテナを選択し、上記データからこのサブアレー内の各素子アンテナに対する所望のビーム方向を実現する位相を求めて各素子アンテナの位相に対する周波数特性を持たない移相器への割り当て位相を求め、この位相値を他のすべてのサブアレーアンテナ内の対応する素子アンテナの位相に対する周波数特性を持たない移相器へ割り当て、
上記各素子アンテナに上記ＴＴＤデジタル移相器に割り当てた位相値と上記周波数特性を持たない移相器に割り当てた位相値を合わせて与え、所望の方向にフェーズドアレーアンテナのビーム形成を行うことを特徴とする２段移相器制御方法。
【請求項５】
複数の素子アンテナを複数個ずつ組にして形成したサブアレーアンテナからなり、上記サブアレーアンテナのそれぞれに位相制御用ビットと補正用ビットを有し、伝搬距離に対する周波数特性をもたない実時間遅延（以後ＴＴＤ：ＴｒｕｅＴｉｍｅＤｅｌａｙという）デジタル移相器を備え、かつ、上記サブアレーアンテナの複数個の素子アンテナのそれぞれに伝搬距離に対する周波数特性を持つ移相器を備えたフェーズドアレーアンテナにおける２段移相器制御方法であって、
素子配列、サブアレー情報、移相器データおよびビーム方向のデータを予め取得し、
上記データに基づいて上記各素子アンテナに与えるべき位相を求めておき、
上記サブアレーアンテナ内で位相が最小となるサブアレー端の素子アンテナの位相値をこの素子アンテナが所属するサブアレーアンテナの位相値とし、
上記移相器データからそれぞれのサブアレーアンテナの位相値を最大限位相に対する周波数特性を持つＴＴＤデジタル移相器の位相制御用ビットに割り当て、
代表とする１つのサブアレーアンテナを選択し、このサブアレー内の各素子アンテナに与えるべき位相に基づいて上記各素子アンテナの位相に対する周波数特性を持たない移相器への割り当て位相を求め、この位相値を他のすべてのサブアレーアンテナ内の対応する素子アンテナの位相に対する周波数特性を持たない移相器へ割り当て、
上記各素子アンテナに与えるべき位相と上記ＴＴＤデジタル移相器の位相制御用ビットに割り当てた位相値および上記周波数特性を持たない移相器に割り当てた位相値に基づいて、移相器の量子化誤差によるずれ分の位相を計算し、この値を各サブアレーの上記ＴＴＤデジタル移相器の補正用ビットで補正し、
上記各素子アンテナに上記ＴＴＤデジタル移相器の位相制御用ビットに割り当てた位相値と上記ＴＴＤデジタル移相器の補正用ビットおよび上記周波数特性を持たない移相器に割り当てた位相値を合わせて与え、所望の方向にフェーズドアレーアンテナのビーム形成を行うことを特徴とする２段移相器制御方法。
【請求項６】
複数の素子アンテナを複数個ずつ組にして形成したサブアレーアンテナからなり、上記サブアレーアンテナのそれぞれに位相制御用ビットと補正用ビットを有し、伝搬距離に対する周波数特性をもたない実時間遅延（以後ＴＴＤ：ＴｒｕｅＴｉｍｅＤｅｌａｙという）デジタル移相器を備え、かつ、上記サブアレーアンテナの複数個の素子アンテナのそれぞれに伝搬距離に対する周波数特性を持つ移相器を備えたフェーズドアレーアンテナにおける２段移相器制御方法であって、
素子配列、サブアレー情報、移相器データおよびビーム方向のデータを予め取得し、
上記データに基づいて上記各素子アンテナに与えるべき位相を求めておき、
上記サブアレーアンテナ内で中心となる素子アンテナの位相値をこの素子アンテナが所属するサブアレーアンテナの位相値とし、
上記移相器データからそれぞれのサブアレーアンテナの位相値を最大限位相に対する周波数特性を持つＴＴＤデジタル移相器の位相制御用ビットに割り当て、
代表とする１つのサブアレーアンテナを選択し、このサブアレー内の各素子アンテナに与えるべき位相に基づいて上記各素子アンテナの位相に対する周波数特性を持たない移相器への割り当て位相を求め、この位相値を他のすべてのサブアレーアンテナ内の対応する素子アンテナの位相に対する周波数特性を持たない移相器へ割り当て、
上記各素子アンテナに与えるべき位相と上記ＴＴＤデジタル移相器の位相制御用ビットに割り当てた位相値および上記周波数特性を持たない移相器に割り当てた位相値に基づいて、移相器の量子化誤差によるずれ分の位相を計算し、この値を各サブアレーの上記ＴＴＤデジタル移相器の補正用ビットで補正し、
上記各素子アンテナに上記ＴＴＤデジタル移相器の位相制御用ビットに割り当てた位相値と上記ＴＴＤデジタル移相器の補正用ビットおよび上記周波数特性を持たない移相器に割り当てた位相値を合わせて与え、所望の方向にフェーズドアレーアンテナのビーム形成を行うことを特徴とする２段移相器制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、フェーズドアレーアンテナのビーム形成手段として用い、周波数依存性を抑えた２段移相器制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来フェーズドアレーアンテナ装置のビーム形成手段として、例えば「アレイアンテナ装置」（特開昭６１−２２４６０５号公報）に示されたものがある。図１４は従来のビーム形成手段を説明するための従来のフェーズドアレーアンテナ装置の一実施例の概念説明図である。ここではアレーアンテナを送信アンテナとして説明する。図中、１１、‥、１ｎ、‥、１Ｎは素子アンテナ、２１、‥、２ｎ、‥、２Ｎは給電線路、３１、‥、３ｎ、‥、３Ｎはデジタル移相器、４１、‥、４ｎ、‥、４Ｎは給電線路である。
【０００３】
以下、図１４を用いて従来のフェーズドアレーアンテナ装置を説明する。複数の素子アンテナ１１〜１Ｎで構成されるアレーアンテナの中心から放射器までの距離の二乗に比例した位相をデジタル移相器３１〜３Ｎの最小移相量で除算し、その除算の剰余を各素子アンテナに至る給電線路の相対遅延位相とするようにする。これにより、温度変化、周波数変動による放射パターンの劣化を軽減する。また、動作周波数範囲が比較的狭い場合には補正を必要としないフェーズドアレーアンテナを実現できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアレーアンテナの位相制御方法としては、上述のように励振する位相の大部分を設定位相が周波数特性を持たない、つまり伝搬距離が周波数によって変化するデジタル移相器に依存するため、広帯域の波を扱う場合には効果が少なく、周波数依存性の影響で特性が劣化するという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、周波数依存性を抑えたフェーズドアレーアンテナのビーム形成を行う移相器制御方法を得ることを目的とする。
また、使用するＴＴＤデジタル移相器の数を減らし、簡易化が図れると共に良好な周波数特性を実現する移相器制御方法を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の２段移相器制御方法は、複数の素子アンテナを複数個ずつ組にして形成したサブアレーアンテナからなり、上記サブアレーアンテナのそれぞれに伝搬距離に対する周波数特性をもたない実時間遅延（以後ＴＴＤ：ＴｒｕｅＴｉｍｅＤｅｌａｙという）デジタル移相器を備え、かつ、上記サブアレーアンテナの複数個の素子アンテナのそれぞれに伝搬距離に対する周波数特性を持つ移相器を備えたフェーズドアレーアンテナにおける２段移相器制御方法であって、
素子配列、サブアレー情報、移相器データおよびビーム方向のデータを予め取得し、
上記データに基づいて上記各素子アンテナに与えるべき位相を求めておき、
上記サブアレーアンテナ内で位相が最小となるサブアレー端の素子アンテナの位相値をこの素子アンテナが所属するサブアレーアンテナの位相値とし、
上記移相器データからそれぞれのサブアレーアンテナの位相値を最大限位相に対する周波数特性を持つＴＴＤデジタル移相器に割り当て、
上記各素子アンテナに与えるべき位相に基づいて、上記ＴＴＤデジタル移相器での量子化誤差により上記サブアレーアンテナの位相値とずれた分の位相を含めて各素子アンテナに割り当てる残り位相を求め、
上記残り位相値を各素子アンテナの位相に対する周波数特性を持たない移相器に割り当て、
上記各素子アンテナに上記ＴＴＤデジタル移相器に割り当てた位相値と上記周波数特性を持たない移相器に割り当てた位相値を合わせて与え、所望の方向にフェーズドアレーアンテナのビーム形成を行うものである。
【０００７】
請求項２の２段移相器制御方法は、複数の素子アンテナを複数個ずつ組にして形成したサブアレーアンテナからなり、上記サブアレーアンテナのそれぞれに伝搬距離に対する周波数特性をもたない実時間遅延（以後ＴＴＤ：ＴｒｕｅＴｉｍｅＤｅｌａｙという）デジタル移相器を備え、かつ、上記サブアレーアンテナの複数個の素子アンテナのそれぞれに伝搬距離に対する周波数特性を持つ移相器を備えたフェーズドアレーアンテナにおける２段移相器制御方法であって、
素子配列、サブアレー情報、移相器データおよびビーム方向のデータを予め取得し、
上記サブアレーアンテナ内で位相が最小となるサブアレー端の素子アンテナの位相値をこの素子アンテナが所属するサブアレーアンテナの位相値とし、
上記移相器データからそれぞれのサブアレーアンテナの位相値を最大限位相に対する周波数特性を持つＴＴＤデジタル移相器に割り当て、
代表とする１つのサブアレーアンテナを選択し、上記データからこのサブアレー内の各素子アンテナに対する所望のビーム方向を実現する位相を求めて各素子アンテナの位相に対する周波数特性を持たない移相器への割り当て位相を求め、この位相値を他のすべてのサブアレーアンテナ内の対応する素子アンテナの位相に対する周波数特性を持たない移相器へ割り当て、
上記各素子アンテナに上記ＴＴＤデジタル移相器に割り当てた位相値と上記周波数特性を持たない移相器に割り当てた位相値を合わせて与え、所望の方向にフェーズドアレーアンテナのビーム形成を行うものである。
【０００８】
請求項３の２段移相器制御方法は、複数の素子アンテナを複数個ずつ組にして形成したサブアレーアンテナからなり、上記サブアレーアンテナのそれぞれに伝搬距離に対する周波数特性をもたない実時間遅延（以後ＴＴＤ：ＴｒｕｅＴｉｍｅＤｅｌａｙという）デジタル移相器を備え、かつ、上記サブアレーアンテナの複数個の素子アンテナのそれぞれに伝搬距離に対する周波数特性を持つ移相器を備えたフェーズドアレーアンテナにおける２段移相器制御方法であって、
素子配列、サブアレー情報、移相器データおよびビーム方向のデータを予め取得し、
上記データに基づいて上記各素子アンテナに与えるべき位相を求めておき、
上記サブアレーアンテナ内で中心となる素子アンテナの位相値をこの素子アンテナが所属するサブアレーアンテナの位相値とし、
上記移相器データからそれぞれのサブアレーアンテナの位相値を最大限位相に対する周波数特性を持つＴＴＤデジタル移相器に割り当て、
上記各素子アンテナに与えるべき位相に基づいて、上記ＴＴＤデジタル移相器での量子化誤差により上記サブアレーアンテナの位相値とずれた分の位相を含めて各素子アンテナに割り当てる残り位相を求め、
上記残り位相値を各素子アンテナの位相に対する周波数特性を持たない移相器に割り当て、
上記各素子アンテナに上記ＴＴＤデジタル移相器に割り当てた位相値と上記周波数特性を持たない移相器に割り当てた位相値を合わせて与え、所望の方向にフェーズドアレーアンテナのビーム形成を行うものである。
【０００９】
請求項４の２段移相器制御方法は、複数の素子アンテナを複数個ずつ組にして形成したサブアレーアンテナからなり、上記サブアレーアンテナのそれぞれに伝搬距離に対する周波数特性をもたない実時間遅延（以後ＴＴＤ：ＴｒｕｅＴｉｍｅＤｅｌａｙという）デジタル移相器を備え、かつ、上記サブアレーアンテナの複数個の素子アンテナのそれぞれに伝搬距離に対する周波数特性を持つ移相器を備えたフェーズドアレーアンテナにおける２段移相器制御方法であって、
素子配列、サブアレー情報、移相器データおよびビーム方向のデータを予め取得し、
上記サブアレーアンテナ内で中心となる素子アンテナの位相値をこの素子アンテナが所属するサブアレーアンテナの位相値とし、
上記移相器データからそれぞれのサブアレーアンテナの位相値を最大限位相に対する周波数特性を持つＴＴＤデジタル移相器に割り当て、
代表とする１つのサブアレーアンテナを選択し、上記データからこのサブアレー内の各素子アンテナに対する所望のビーム方向を実現する位相を求めて各素子アンテナの位相に対する周波数特性を持たない移相器への割り当て位相を求め、この位相値を他のすべてのサブアレーアンテナ内の対応する素子アンテナの位相に対する周波数特性を持たない移相器へ割り当て、
上記各素子アンテナに上記ＴＴＤデジタル移相器に割り当てた位相値と上記周波数特性を持たない移相器に割り当てた位相値を合わせて与え、所望の方向にフェーズドアレーアンテナのビーム形成を行うものである。
【００１０】
請求項５の２段移相器制御方法は、複数の素子アンテナを複数個ずつ組にして形成したサブアレーアンテナからなり、上記サブアレーアンテナのそれぞれに位相制御用ビットと補正用ビットを有し、伝搬距離に対する周波数特性をもたない実時間遅延（以後ＴＴＤ：ＴｒｕｅＴｉｍｅＤｅｌａｙという）デジタル移相器を備え、かつ、上記サブアレーアンテナの複数個の素子アンテナのそれぞれに伝搬距離に対する周波数特性を持つ移相器を備えたフェーズドアレーアンテナにおける２段移相器制御方法であって、  素子配列、サブアレー情報、移相器データおよびビーム方向のデータを予め取得し、
上記データに基づいて上記各素子アンテナに与えるべき位相を求めておき、
上記サブアレーアンテナ内で位相が最小となるサブアレー端の素子アンテナの位相値をこの素子アンテナが所属するサブアレーアンテナの位相値とし、
上記移相器データからそれぞれのサブアレーアンテナの位相値を最大限位相に対する周波数特性を持つＴＴＤデジタル移相器の位相制御用ビットに割り当て、
代表とする１つのサブアレーアンテナを選択し、このサブアレー内の各素子アンテナに与えるべき位相に基づいて上記各素子アンテナの位相に対する周波数特性を持たない移相器への割り当て位相を求め、この位相値を他のすべてのサブアレーアンテナ内の対応する素子アンテナの位相に対する周波数特性を持たない移相器へ割り当て、
上記各素子アンテナに与えるべき位相と上記ＴＴＤデジタル移相器の位相制御用ビットに割り当てた位相値および上記周波数特性を持たない移相器に割り当てた位相値に基づいて、移相器の量子化誤差によるずれ分の位相を計算し、この値を各サブアレーの上記ＴＴＤデジタル移相器の補正用ビットで補正し、
上記各素子アンテナに上記ＴＴＤデジタル移相器の位相制御用ビットに割り当てた位相値と上記ＴＴＤデジタル移相器の補正用ビットおよび上記周波数特性を持たない移相器に割り当てた位相値を合わせて与え、所望の方向にフェーズドアレーアンテナのビーム形成を行うものである。
【００１１】
請求項６の２段移相器制御方法は、複数の素子アンテナを複数個ずつ組にして形成したサブアレーアンテナからなり、上記サブアレーアンテナのそれぞれに位相制御用ビットと補正用ビットを有し、伝搬距離に対する周波数特性をもたない実時間遅延（以後ＴＴＤ：ＴｒｕｅＴｉｍｅＤｅｌａｙという）デジタル移相器を備え、かつ、上記サブアレーアンテナの複数個の素子アンテナのそれぞれに伝搬距離に対する周波数特性を持つ移相器を備えたフェーズドアレーアンテナにおける２段移相器制御方法であって、  素子配列、サブアレー情報、移相器データおよびビーム方向のデータを予め取得し、
上記データに基づいて上記各素子アンテナに与えるべき位相を求めておき、
上記サブアレーアンテナ内で中心となる素子アンテナの位相値をこの素子アンテナが所属するサブアレーアンテナの位相値とし、
上記移相器データからそれぞれのサブアレーアンテナの位相値を最大限位相に対する周波数特性を持つＴＴＤデジタル移相器の位相制御用ビットに割り当て、
代表とする１つのサブアレーアンテナを選択し、このサブアレー内の各素子アンテナに与えるべき位相に基づいて上記各素子アンテナの位相に対する周波数特性を持たない移相器への割り当て位相を求め、この位相値を他のすべてのサブアレーアンテナ内の対応する素子アンテナの位相に対する周波数特性を持たない移相器へ割り当て、
上記各素子アンテナに与えるべき位相と上記ＴＴＤデジタル移相器の位相制御用ビットに割り当てた位相値および上記周波数特性を持たない移相器に割り当てた位相値に基づいて、移相器の量子化誤差によるずれ分の位相を計算し、この値を各サブアレーの上記ＴＴＤデジタル移相器の補正用ビットで補正し、
上記各素子アンテナに上記ＴＴＤデジタル移相器の位相制御用ビットに割り当てた位相値と上記ＴＴＤデジタル移相器の補正用ビットおよび上記周波数特性を持たない移相器に割り当てた位相値を合わせて与え、所望の方向にフェーズドアレーアンテナのビーム形成を行うものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
ここでまず、複数の素子アンテナからなるアレーアンテナにおけるビーム形成のための位相設定について説明する。なお、説明を簡明にするため、１次元配列のアレーアンテナを例として示す。
１次元配列のアレーアンテナにおける素子番号ｎに与える位相をφn 、ビームを形成す
る方向をθ、素子位置をｄn 、波長をλとすると式１が成り立つ。
【００１３】
φn ＝２π／λ・ｓｉｎθ・ｄn             （１）
【００１４】
このように、位相φn は波長λ（周波数）に係わり、周波数によって与えるべき位相が
異なることがわかる。また、波の伝搬距離ｒn は式２で表される。
【００１５】
ｒn ＝φn ・λ＝２π・ｓｉｎθ・ｄn       （２）
【００１６】
従って、ＴＴＤ（実時間遅延：ＴｒｕｅＴｉｍｅＤｅｌａｙという）デジタル移相器のように周波数特性を持ち、周波数によって式１のように位相が変化するものを用いれば、式２のように周波数によらず伝搬距離が一定に保たれ、周波数が変化してもビーム方向が変動しないビーム形成を実現できることがわかる。
しかし、ＴＴＤデジタル移相器はサイズが大きく構成も複雑で高価なため、実用化するにはなるべく個数を減らした使用方法が要求される。従って、本発明では、アレーアンテナにおいてサブアレー化を行ってこの部分にＴＴＤデジタル移相器を適用することでＴＴＤデジタル移相器の数を減らし、各素子アンテナには周波数特性を持たない小形の移相器を設けることで簡易化を図り、さらに、以下の実施の形態に示すような、良好な周波数特性を実現する上記ＴＴＤデジタル移相器と周波数特性を持たない小形の移相器による２段移相器制御方法を提案する。
【００１７】
図１に本発明の実施の形態１の２段移相器制御方法における動作フローチャート図を、図２に移相量による伝搬距離と波面の状態を表す概念説明図を示す。なお、図２では素子アンテナ数が９個で、３個ずつ３組のサブアレーアンテナを形成した例を示す。（以下、図４、６、８、１０、１３も同様である。）
図１において、まず素子配列、サブアレー情報、移相器データおよびビーム方向を取得し（手順１）、これらの情報に基づいて全素子アンテナに与えるべき位相を計算する（手順２）。この位相は図２に示す全伝搬距離１に相当する。ここでサブアレー内で位相が最小となるサブアレー端の素子アンテナ（ここではそれぞれ図中の素子番号１、４、７の素子アンテナ）を基準として決定する（手順３）。この基準素子アンテナの位相値が素子アンテナの所属するサブアレーアンテナの移相器に割り当てるべき位相値となる。ここで手順１で取得した移相器データからこのそれぞれのサブアレーに与える位相値を可能な限りＴＴＤデジタル移相器に割り当てる（手順４）。これは図２に示すＴＴＤデジタル移相器割り当て移相量による伝搬距離２に相当する。この時、デジタル移相器であるために実際に与えるべき位相の値と、割り当てた位相の値は量子化誤差により異なってくる場合がある。（図中の素子番号４、７の素子アンテナの場合はずれがあることを示している）ここで、手順２で得られた全素子アンテナに与えるべき位相に基づいてサブアレー端でずれた分の位相を含めて残り位相を計算し（手順５）、この値をサブアレー内の各素子アンテナに割り当てるように周波数特性を持たない移相器に位相値を与える（手順６）。これは図２の周波数特性を持たない移相器割り当て移相量による伝搬距離３に相当する。最終的にサブアレーに与えられたＴＴＤデジタル移相器の位相値と各素子アンテナに与えられた周波数特性を持たない移相器の位相値を合わせたものが各素子アンテナに与えられ、図２の波面４を形成するような所望の方向にビームを向ける（手順７）ことができる。
なお、上記したように、手順２で得られるデータは手順５の実行に必要なデータであり、上記手順２は必ずしも手順１の次の工程で実行する必要はなく、手順５の実行以前に実行すれば良いものである。
ここで、周波数が変動しても、大きな比率を占めるＴＴＤデジタル移相器で与えた移相量による伝搬距離は変化せず、比率の小さい周波数特性を持たない移相器によって与えた移相量による伝搬距離のみが変動する。従って、周波数の変動があっても各素子アンテナから放射される電波の伝搬距離の変動は非常に少なく、はじめに設定した波面４に大きな影響もなくビームを形成することができる。また、量子化誤差の小さい状態で各素子アンテナを励振できる。
【００１８】
実施の形態２．
図３に本発明における実施の形態２の動作フローチャート図を、図４に移相量による伝搬距離と波面の状態を表す概念説明図を示す。ここで、手順３までは実施の形態１における手順２を省いた手順４までの工程と同様であり、サブアレー内で位相が最小となるサブアレー端の素子アンテナ（ここではそれぞれ図中の素子番号１、４、７の素子アンテナ）を基準として決定する（手順２）。この基準素子アンテナの位相値が素子アンテナの所属するサブアレーアンテナの移相器に割り当てるべき位相値となる。また、手順１で取得した移相器データからこのサブアレーに与える位相値を可能な限りＴＴＤデジタル移相器に割り当てる（手順３）。これは図４に示すＴＴＤデジタル移相器に与えられた移相量による伝搬距離２に相当する。次に、手順１で取得したデータから、代表的な１サブアレー内の各素子に対して所望のビーム方向を実現する位相を決定する（手順４）。ここでは代表的な１サブアレーとして素子番号１、２、３の素子アンテナからなるサブアレーを選択し、手順４で素子番号１、２、３の素子アンテナへの周波数特性を持たない移相器での割り当て位相を求め、この値を他のすべてのサブアレー（素子番号４、５、６の素子アンテナからなるサブアレーと素子番号７、８、９の素子アンテナからなるサブアレー）の対応する素子アンテナに適用することになる。これは図４の周波数特性を持たない移相器に与える移相量による伝搬距離３に相当する。なお、上記代表的な１サブアレーとしては、各サブアレー内の素子アンテナ数が異なる場合は、最も多くの素子アンテナを有するサブアレーを選定するのが良い。最終的にサブアレーに与えられたＴＴＤデジタル移相器の位相値と各素子アンテナに与えられた周波数特性を持たない移相器の位相値を合わせたものが各素子アンテナに与えられ、図４の波面４を形成するような所望の方向にビームを向ける（手順５）ことができる。
この実施の形態２では、移相器の量子化誤差のために波面４は理想波面５に対して僅かなずれは生じるが、サブアレー内の素子アンテナへ割り当てる位相計算が代表的なサブアレー内の各素子アンテナへのもの１通りで済み、演算量を減らすことができる。ここでも、周波数が変動しても、大きな比率を占めるＴＴＤデジタル移相器で与えた移相量による伝搬距離は変化せず、比率の小さい周波数特性を持たない移相器によって与えた移相量による伝搬距離のみが変動する。従って、周波数の変動があっても各素子から放射される電波の伝搬距離の変動は少なく、はじめに設定した波面４に大きな影響もなく簡易にビームを形成することができる。
【００１９】
実施の形態３．
図５に本発明における実施の形態３の動作フローチャート図を、図６に移相量による伝搬距離と波面の状態を表す概念説明図を示す。ここで、手順２までは実施の形態１と同様である。次に、サブアレー中心の素子アンテナ（ここではそれぞれ図中の素子番号２、５、８の素子アンテナ）を基準として決定する（手順３）。ここで基準素子アンテナの位相値が素子アンテナの所属するサブアレーアンテナの位相値となる。手順１で取得した移相器データからこのサブアレーに与える位相値を可能な限りＴＴＤデジタル移相器に割り当てる（手順４）。これは図６に示すＴＴＤデジタル移相器に与えられた移相量による伝搬距離２に相当する。この時、デジタル移相器であるために実際に与えるべき位相の値と、割り当てた位相の値は異なってくる場合がある。ここで、手順２で得られた全素子アンテナに与えるべき位相に基づいてサブアレー中心の素子アンテナでずれた分の位相を含めて残り位相を計算し（手順５）、この値をサブアレー内の各素子アンテナに割り当てるように周波数特性を持たない移相器に位相値を与える（手順６）。これは図６の周波数特性を持たない移相器に与える移相量による伝搬距離３に相当する。最終的にサブアレーに与えられたＴＴＤデジタル移相器の位相値と各素子アンテナに与えられた周波数特性を持たない移相器の位相値を合わせたものが各素子アンテナに与えられ、所望の方向にビームを向ける（手順７）ことができる。
なお、上記したように、手順２で得られるデータは手順５の実行に必要なデータであり、上記手順２は必ずしも手順１の次の工程で実行する必要はなく、手順５の実行以前に実行すれば良いものである。
ここで、周波数が変動しても、大きな比率を占めるＴＴＤデジタル移相器で与えた移相量による伝搬距離は変化せず、比率の小さい周波数特性を持たない移相器によって与えた移相量による伝搬距離のみが変動する。従って、周波数の変動があっても各素子から放射される電波の伝搬距離の変動は少なく、はじめに設定した波面４に大きな影響もなくビームを形成することができる。
【００２０】
実施の形態４．
図７に本発明における実施の形態４の動作フローチャート図を、図８に移相量による伝搬距離と波面の状態を表す概念説明図を示す。手順１までは実施の形態２と同様である。次に、サブアレー中心の素子アンテナを基準素子アンテナとする（手順２）。ここで、この基準素子アンテナの位相値が素子アンテナの所属するサブアレーアンテナの位相値となる。手順１で取得した移相器データからこのサブアレーに与える位相値を可能な限りＴＴＤデジタル移相器に割り当てる（手順３）。これは図８に示すＴＴＤデジタル移相器に与えられた移相量による伝搬距離２に相当する。次に代表的な１サブアレー内の各素子に対して所望のビーム方向を実現する位相を決定する（手順４）。ここでは代表的な１サブアレーとして素子番号１、２、３の素子アンテナからなるサブアレーを選択し、手順４で素子番号１、２、３の素子アンテナへの周波数特性を持たない移相器での割り当て位相を求め、この値を他のすべてのサブアレー（素子番号４、５、６の素子アンテナからなるサブアレーと素子番号７、８、９の素子アンテナからなるサブアレー）の対応する素子アンテナに適用することになる。これは図８の周波数特性を持たない移相器に与える移相量による伝搬距離３に相当する。最終的にサブアレーに与えられたＴＴＤデジタル移相器の位相値と各素子アンテナに与えられた周波数特性を持たない移相器の位相値を合わせたものが各素子アンテナに与えられ、図８の波面４を形成するような所望の方向にビームを向ける（手順５）ことができる。
この実施の形態４では、移相器の量子化誤差のために波面４は理想波面５に対して僅かなずれは生じるが、サブアレー内の素子アンテナへ割り当てる位相計算が代表的なサブアレー内の各素子アンテナへのもの１通りで済み、演算量を減らすことができる。ここでも、周波数が変動しても、大きな比率を占めるＴＴＤデジタル移相器で与えた移相量による伝搬距離は変化せず、比率の小さい周波数特性を持たない移相器によって与えた移相量による伝搬距離のみが変動する。従って、周波数の変動があっても各素子から放射される電波の伝搬距離の変動は少なく、はじめに設定した波面４に大きな影響もなく簡易にビームを形成することができる。
【００２１】
実施の形態５．
図９に本発明における実施の形態５の動作フローチャート図を、図１０に移相量による伝搬距離と波面の状態を表す概念説明図を示す。ここで、手順４までは実施の形態１と同様であり、手順５は実施の形態２の手順４と同様である。従って、ここまでで上記実施の形態２で説明した図４の波面４（図１０では点線で示したもの）のような移相器の量子化誤差のためにずれが生じた波面が形成されることになる。この実施の形態５では、図１１に構成説明の模式図を示すように、ＴＴＤデジタル移相器に位相制御用ビット以外に加えて補正用ビットを設ける。そして、上記移相器の量子化誤差のために波面にずれが生じる分を、上記補正用ビットを用いて補正する。即ち、手順６では手順２で得られた全素子アンテナに与えるべき位相と、手順４および手順５で得られた位相に基づいて、移相器の量子化誤差によるずれ分の位相を計算し、この値を各サブアレーに割り当てるように上記補正用ビットを用いて補正する（手順６）。この時補正用ビットで補正される移相量に相当する伝搬距離が図１０に示す補正用ビットに割り当てる移相量による伝搬距離６に相当する。最終的にサブアレーに与えられたＴＴＤデジタル移相器の位相値（位相制御用ビットと補正用ビットによるもの）と各素子アンテナに与えられた周波数特性を持たない移相器の位相値を合わせたものが各素子アンテナに与えられ、図１０の理想波面に近い波面４を形成するような所望の方向にビームを向ける（手順７）ことができる。
なお、上記したように、手順２で得られるデータは手順６の実行に必要なデータであり、上記手順２は必ずしも手順１の次の工程で実行する必要はなく、手順６の実行以前に実行すれば良いものである。
この実施の形態５では、サブアレー内の素子アンテナへ割り当てる位相計算が代表的なサブアレー内の各素子アンテナへのもの１通りで済み、演算量を減らすことができる。さらに、ＴＴＤデジタル移相器による量子化誤差の影響も少なくできる。ここでも、周波数が変動しても、大きな比率を占めるＴＴＤデジタル移相器で与えた移相量による伝搬距離は変化せず、比率の小さい周波数特性を持たない移相器によって与えた移相量による伝搬距離のみが変動する。従って、周波数の変動があっても各素子から放射される電波の伝搬距離の変動は少なく、はじめに設定した波面４に大きな影響もなくビームを形成することができる。
【００２２】
実施の形態６．
図１２に本発明における実施の形態６の動作フローチャート図を、図１３に移相量による伝搬距離と波面の状態を表す概念説明図を示す。ここで、手順４までは実施の形態３と同様であり、手順５は実施の形態４の手順４と同様である。従って、ここまでで上記実施の形態４で説明した図８の波面４（図１３では点線で示したもの）のような移相器の量子化誤差のためにずれが生じた波面が形成されることになる。この実施の形態６では、上記実施の形態５において示した図１１に構成説明の模式図を示すように、ＴＴＤデジタル移相器に位相制御用ビット以外に加えて補正用ビットを設ける。そして、上記移相器の量子化誤差のために波面にずれが生じる分を、上記補正用ビットを用いて補正する。即ち、手順６では手順２で得られた全素子アンテナに与えるべき位相に基づいて移相器の量子化誤差によるずれ分の位相を計算し、この値を各サブアレーに割り当てるように上記補正用ビットを用いて補正する（手順６）。この時補正用ビットで補正される移相量に相当する伝搬距離が図１３に示す補正用ビットに割り当てる移相量による伝搬距離６に相当する。最終的にサブアレーに与えられたＴＴＤデジタル移相器の位相値（位相制御用ビットと補正用ビットによるもの）と各素子アンテナに与えられた周波数特性を持たない移相器の位相値を合わせたものが各素子アンテナに与えられ、図１３の理想波面に近い波面４を形成するような所望の方向にビームを向ける（手順７）ことができる。
なお、上記したように、手順２で得られるデータは手順６の実行に必要なデータであり、上記手順２は必ずしも手順１の次の工程で実行する必要はなく、手順６の実行以前に実行すれば良いものである。
この実施の形態６では、サブアレー内の素子アンテナへ割り当てる位相計算が代表的なサブアレー内の各素子アンテナへのもの１通りで済み、演算量を減らすことができる。さらに、ＴＴＤデジタル移相器による量子化誤差の影響も少なくできる。ここでも、周波数が変動しても、大きな比率を占めるＴＴＤデジタル移相器で与えた移相量による伝搬距離は変化せず、比率の小さい周波数特性を持たない移相器によって与えた移相量による伝搬距離のみが変動する。従って、周波数の変動があっても各素子から放射される電波の伝搬距離の変動は少なく、はじめに設定した波面４に大きな影響もなくビームを形成することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、請求項１〜６の発明によれば、複数の素子アンテナを複数個ずつ組にして形成したサブアレーアンテナからなり、上記サブアレーアンテナのそれぞれに伝搬距離に対する周波数特性をもたないＴＴＤデジタル移相器を備え、かつ、上記サブアレーアンテナの複数個の素子アンテナのそれぞれに伝搬距離に対する周波数特性を持つ移相器を備えたフェーズドアレーアンテナにおける２段移相器制御方法であって、位相に対する周波数特性を持つＴＴＤデジタル移相器に移相量の大きな比率を割り当てるよう移相器を制御するので、ＴＴＤデジタル移相器の数を減らして簡易化が図れ、周波数の変動があっても各素子アンテナから放射される電波の伝搬距離の変動が非常に少ない、初期設計状態に大きな影響もなくビームを形成することができる広帯域に亙って良好な特性のフェーズドアレーアンテナを得られるという効果がある。
【００２４】
また、請求項１および３の発明によれば、量子化誤差の小さい状態で各素子アンテナを励振できるという効果がある。
【００２５】
また、請求項２および４の発明によれば、移相器の量子化誤差による波面の僅かなずれは生じるが、サブアレー内の素子アンテナへ割り当てる位相計算が代表とする１つのサブアレー内の各素子アンテナへのもの１通りで済み、演算量を減らすことができるという効果がある。
【００２６】
また、請求項５および６の発明によれば、位相制御用ビットと補正用ビットを有するＴＴＤデジタル移相器を用い、各素子アンテナに与えるべき位相と上記位相に対する周波数特性を持つＴＴＤデジタル移相器の位相制御用ビットに割り当てた位相値および位相に対する周波数特性を持たない移相器に割り当てた位相値に基づいて、移相器の量子化誤差によるずれ分の位相を計算し、この値を各サブアレーの上記ＴＴＤデジタル移相器の補正用ビットで補正するので、サブアレー内の素子アンテナへ割り当てる位相計算を代表とする１つのサブアレー内の各素子アンテナへのもの１通りで済ませた場合に生じる移相器の量子化誤差による波面の僅かなずれを補正でき、量子化誤差の小さい状態で各素子アンテナを励振できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の動作フローチャート図である。
【図２】この発明の実施の形態１の移相量とアンテナ波面を示す概念説明図である。
【図３】この発明の実施の形態２の動作フローチャート図である。
【図４】この発明の実施の形態２の移相量とアンテナ波面を示す概念説明図である。
【図５】この発明の実施の形態３の動作フローチャート図である。
【図６】この発明の実施の形態３の移相量とアンテナ波面を示す概念説明図である。
【図７】この発明の実施の形態４の動作フローチャート図である。
【図８】この発明の実施の形態４の移相量とアンテナ波面を示す概念説明図である。
【図９】この発明の実施の形態５の動作フローチャート図である。
【図１０】この発明の実施の形態５の移相量とアンテナ波面を示す概念説明図である。
【図１１】この発明の実施の形態５のＴＴＤデジタル移相器のビット割り当てを示す概念説明図である。
【図１２】この発明の実施の形態６の動作フローチャート図である。
【図１３】この発明の実施の形態６の移相量とアンテナ波面を示す概念説明図である。
【図１４】従来のフェーズドアレーアンテナ装置の一実施例の概念説明図である。
【符号の説明】
１  全伝搬距離、２  ＴＴＤデジタル移相器割り当て移相量による伝搬距離、３  周波数特性を持たない移相器割り当て移相量による伝搬距離、４  波面、
５  理想波面、６  補正用ビットに割り当てる移相量による伝搬距離、７  全ビット、８  制御用ビット、９  補正用ビット。
【図１】
0003582361.tif 000002
【図２】
0003582361.tif 000003
【図３】
0003582361.tif 000004
【図４】
0003582361.tif 000005
【図５】
0003582361.tif 000006
【図６】
0003582361.tif 000007
【図７】
0003582361.tif 000008
【図８】
0003582361.tif 000009
【図９】
0003582361.tif 000010
【図１０】
0003582361.tif 000011
【図１１】
0003582361.tif 000012
【図１２】
0003582361.tif 000013
【図１３】
0003582361.tif 000014
【図１４】
0003582361.tif 000015