(57)【要約】【課題】位相補正の精度を向上させること。【解決手段】パイロット信号と各アンテナパネルに対して共通に送信される基準信号とに基づいて、各アンテナパネルにおけるパイロット信号の到達位相を検出する検出部４０と、到達位相およびパイロット信号の到来方向とアンテナパネルとがなす到来方向角度に基づいて、複数のアンテナパネルのうち、基準のアンテナパネルとされる基準パネルに対する各アンテナパネルの位置を特定する位置特定部５１と、位置特定部５１によって特定されたアンテナパネルの位置の情報に基づいて、各アンテナ素子から放射させる信号の移相量をそれぞれ決定する移相量決定部５２とを具備する。【選択図】図２
2011172170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子が配列配置された複数のアンテナパネルを直線状又は平面状に接続した構成を有し、各前記アンテナ素子に入出力する信号の位相を制御することにより、受信設備から送信されたパイロット信号の到来方向に対し信号を放射するフェーズドアレイアンテナであって、
前記パイロット信号と、各前記アンテナパネルに対して共通に送信される基準信号とに基づいて、各前記アンテナパネルにおける、前記パイロット信号の到達位相を検出する検出手段と、
前記到達位相、および前記パイロット信号の到来方向と前記アンテナパネルとがなす到来方向角度に基づいて、複数の前記アンテナパネルのうち、基準の前記アンテナパネルとされる基準パネルに対する各前記アンテナパネルの位置を特定する位置特定手段と、
前記位置特定手段によって特定された前記アンテナパネルの位置の情報に基づいて、各前記アンテナ素子から放射させる信号の移相量をそれぞれ決定する移相量決定手段と
を具備するフェーズドアレイアンテナ。
【請求項２】
前記基準パネルの面上から所定高さに位置し、各前記アンテナパネルに対して前記基準信号を送信する指示送信手段を具備する請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項３】
複数の前記アンテナパネルのうち、少なくともいずれか１つの前記アンテナパネル面上に位置し、各前記アンテナパネルに対して前記基準信号を送信する指示送信手段と、
前記指示送信手段を有する前記アンテナパネル以外の他の前記アンテナパネルに対し、前記指示送信手段を有する前記アンテナパネルと他の前記アンテナパネルとの距離に応じた前記基準信号を検出させるタイミングを制御する制御手段と
を具備する請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項４】
前記位置特定手段において、前記アンテナパネルの位置を特定する次の前記アンテナパネルを選定する選定手段を具備し、
前記選定手段は、位置決定後の前記アンテナパネルに隣接する複数の前記アンテナパネルを順次選定する請求項１から請求項３のいずれかに記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項５】
複数の領域に分けられ、各前記領域にそれぞれ前記基準パネルを有することにより複数の前記基準パネルを設けるとともに、複数の該基準パネル間のうちで最も基準となる基準パネルを第１基準パネル、該第１基準パネル以外の前記基準パネルを第２基準パネルとし、
前記位置特定手段は、
各前記領域において、該領域内の前記基準パネルに基づいて前記アンテナパネルの位置を特定し、隣接する前記領域の境界において、前記第１基準パネルを有する前記領域、または前記第１基準パネルを有する前記領域に近い前記領域を優勢側とし、隣接する前記領域の優勢側でない前記領域を劣勢側とした場合に、劣勢側の前記領域の前記アンテナパネルの位置を、隣接する優勢側の前記基準パネルに基づいて補正する請求項１から請求項４のいずれかに記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項６】
複数のアンテナ素子が配列配置された複数のアンテナパネルを直線状又は平面状に接続した構成を有し、各前記アンテナ素子に入出力する信号の位相を制御することにより、受信設備から送信されたパイロット信号の到来方向に対し信号を放射するフェーズドアレイアンテナであって、
前記パイロット信号と、各前記アンテナパネルに対して共通に送信される基準信号とに基づいて、各前記アンテナパネルにおける、前記パイロット信号の到達位相を検出する第１過程と、
前記到達位相、および前記パイロット信号の到来方向と前記アンテナパネルとがなす到来方向角度に基づいて、複数の前記アンテナパネルのうち、基準の前記アンテナパネルとされる基準パネルに対する各前記アンテナパネルの位置を推定する第２過程と、
前記第２過程によって推定された前記アンテナパネルの位置の情報に基づいて、各前記アンテナ素子から放射させる信号の移相量をそれぞれ決定する第３過程と
を有するフェーズドアレイアンテナの位相制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ＳＳＰＳ（Ｓｐａｃｅ  Ｓｏｌａｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ）に適用されるフェーズドアレイアンテナに関し、特に、受電設備への電力送電ビーム方向を高精度で制御することのできるフェーズドアレイアンテナ及びその位相制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料の利用による二酸化炭素排出量の増加に伴い、地球温暖化などの環境問題や化石燃料枯渇などのエネルギー問題がクローズアップされている。このためクリーンエネルギーの需要は年々高まっており、それらの問題に対する解決方法の一つとしてＳＳＰＳ計画が挙げられている。
ＳＳＰＳ計画とは、図９に示すように、巨大な太陽電池パネルを搭載した人口衛星を赤道上空に打ち上げ、太陽光によって発電した電力を太陽電池パネルの中の発信モジュールによりマイクロ波に変換する。そして、マイクロ波１００をマイクロ波送電部１０１から地上に設けた受電設備１０２へ送電し、地上において再び電力に変換して利用するという計画である。
【０００３】
これにより太陽発電の欠点である天候や時間帯に左右されること無く、クリーンなエネルギーを安定して供給することができる。この計画の実現のためには、大電力送電、マイクロ波ビーム制御、運用コストの低減などが技術課題として挙げられ、それらを満足させる方法の一つとして、上記マイクロ波送電部１０１に積層アクティブ集積アンテナ（Ａｃｔｉｖｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ａｎｔｅｎｎａ：ＡＩＡ）を用いる方法が挙げられている。また、送電の更なる高効率化を図るために、上記積層アクティブ集積アンテナにレトロディレクティブ機能を搭載することなどが検討されている。
上記レトロディレクティブ機能とは、地上に設けられた受電設備１０２から送られてくるパイロット信号（誘導信号）をマイクロ波送電部１０１が備える送電アンテナにより受信し、受信したパイロット信号の位相情報を送電アンテナから放射させる送信波に反映させることによって、この送信波をパイロット信号の到来方向に指向させる機能である。
【０００４】
また、ＳＳＰＳにおける送電アンテナでは、二次元配列された約１ｍ四方のアンテナパネルがそれぞれ結合点にて結合されることにより、大面積のアンテナを構築している。この大面積のアンテナは、結合点を中心に折れ曲がったりすることにより、各アンテナパネルから放射させるマイクロ波の位相面が異なり、電力レベルの高い不要波が目標地点以外に放射されることもあるため、位相面を揃える方法が提案されている。
例えば、特許文献１には、レトロディレクティブ機能の一例が開示されており、パイロット信号の到来方向とアンテナパネルとがなす到来方向角度に基づいて、パイロット信号の到来方向に直交するアンテナ基準線と各アンテナ素子との間の距離を算出し、算出されたそれぞれの距離に応じて、各アンテナ素子から放射させるマイクロ波の位相量を決定し、補正している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２８７４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１の方法では、基準とするパネルを起点として、順に隣のパネルの移相量を決定し、補正していたため、接続された従前のアンテナパネルの位置の推定誤差が含まれている場合には、その推定誤差を含んだ状態で、順次位相差を計算していくこととなり、基準とするパネルから離れるに従って位相補正の精度が低下するという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、位相補正の精度を向上させることのできるフェーズドアレイアンテナ及びその位相制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、複数のアンテナ素子が配列配置された複数のアンテナパネルを直線状又は平面状に接続した構成を有し、各前記アンテナ素子に入出力する信号の位相を制御することにより、受信設備から送信されたパイロット信号の到来方向に対し信号を放射するフェーズドアレイアンテナであって、前記パイロット信号と、各前記アンテナパネルに対して共通に送信される基準信号とに基づいて、各前記アンテナパネルにおける、前記パイロット信号の到達位相を検出する検出手段と、前記到達位相、および前記パイロット信号の到来方向と前記アンテナパネルとがなす到来方向角度に基づいて、複数の前記アンテナパネルのうち、基準の前記アンテナパネルとされる基準パネルに対する各前記アンテナパネルの位置を特定する位置特定手段と、前記位置特定手段によって特定された前記アンテナパネルの位置の情報に基づいて、各前記アンテナ素子から放射させる信号の移相量をそれぞれ決定する移相量決定手段とを具備するフェーズドアレイアンテナを提供する。
【０００９】
このような構成によれば、各アンテナパネルにおいて、パイロット信号とアンテナパネルに対して共通に送信される基準信号とが受信される。これらパイロット信号と基準信号とに基づいて検出されるパイロット信号の到達位相、およびパイロット信号の到来方向とアンテナパネルとがなす到来方向角度が得られる。そして、各アンテナパネルの位置を得るために、所定の基準パネルを選定し、到達位相および到来方向角度に基づいて、この基準パネルに対する各アンテナパネルの位置がそれぞれ推定される。こうして推定された基準パネルに対するアンテナパネルの位置の情報に基づいて、各アンテナ素子から放射させる信号の移相量が決定される。
このように、各アンテナパネルの位置は、それぞれのアンテナパネルにおいて検出されたパイロット信号が基準として推定されるので、接続された従前の複数のアンテナパネルの位置の推定誤差が含まれることはない。これにより、アンテナパネル間の位相補正の精度を向上させることができる。
【００１０】
上記フェーズドアレイアンテナの前記基準パネルの面上から所定高さに位置し、各前記アンテナパネルに対して前記基準信号を送信する指示送信手段を具備することとしてもよい。
基準パネルの面上から所定高さに位置する指示送信手段から基準信号が送信されることにより、基準パネルの面上に指示送信手段が位置している場合と比較して、基準パネルから最も距離の離れているアンテナパネルまでの基準信号の伝達距離差が小さくなる。これにより、各アンテナパネル間における基準信号の検出誤差を低減することができる。
【００１１】
上記フェーズドアレイアンテナの複数の前記アンテナパネルのうち、少なくともいずれか１つの前記アンテナパネル面上に位置し、各前記アンテナパネルに対して前記基準信号を送信する指示送信手段と、前記指示送信手段を有する前記アンテナパネル以外の他の前記アンテナパネルに対し、前記指示送信手段を有する前記アンテナパネルと他の前記アンテナパネルとの距離に応じた前記基準信号を検出させるタイミングを制御する制御手段とを具備することとしてもよい。
アンテナパネル面上に指示送信手段が位置していることから、アンテナパネルと他のアンテナパネルとの距離が既知となるので、その距離に応じて基準信号を検出させるタイミングを制御することにより、基準信号の伝達誤差を低減させることができる。
【００１２】
上記フェーズドアレイアンテナの前記位置特定手段において、前記アンテナパネルの位置を特定する次の前記アンテナパネルを選定する選定手段を具備し、前記選定手段は、位置決定後の前記アンテナパネルに隣接する複数の前記アンテナパネルを順次選定することとしてもよい。
【００１３】
例えば四角形のアンテナパネルである場合には、四方に４つのアンテナパネルが隣接している。位置特定手段が位置を特定したアンテナパネルに隣接する４つのアンテナパネルを、次に位置特定処理を行うアンテナパネルとして選定すれば、次の位置特定処理は選定された４つのアンテナパネルで並行して行われることになる。このようにして、隣り合うアンテナパネルの位置情報に基づいて、アンテナパネルの位置が並行して順次特定されるので、アンテナパネルの位置特定にかかる処理にかかる時間が短縮できる。
【００１４】
上記フェーズドアレイアンテナは、複数の領域に分けられ、各前記領域にそれぞれ前記基準パネルを有することにより複数の前記基準パネルを設けるとともに、複数の該基準パネル間のうちで最も基準となる基準パネルを第１基準パネル、該第１基準パネル以外の前記基準パネルを第２基準パネルとし、前記位置特定手段は、各前記領域において、該領域内の前記基準パネルに基づいて前記アンテナパネルの位置を特定し、隣接する前記領域の境界において、前記第１基準パネルを有する前記領域、または前記第１基準パネルを有する前記領域に近い前記領域を優勢側とし、隣接する前記領域の優勢側でない前記領域を劣勢側とした場合に、劣勢側の前記領域の前記アンテナパネルの位置を、隣接する優勢側の前記基準パネルに基づいて補正することとしてもよい。
このように、分けられた領域毎に基準パネルを有することにより、フェーズドアレイアンテナには複数の基準パネルが設けられる。また、領域毎に基準パネルに基づいてアンテナパネルの位置が特定されるので、並行処理が可能となり、処理にかかる時間を短縮することができる。
【００１５】
本発明は、複数のアンテナ素子が配列配置された複数のアンテナパネルを直線状又は平面状に接続した構成を有し、各前記アンテナ素子に入出力する信号の位相を制御することにより、受信設備から送信されたパイロット信号の到来方向に対し信号を放射するフェーズドアレイアンテナであって、前記パイロット信号と、各前記アンテナパネルに対して共通に送信される基準信号とに基づいて、各前記アンテナパネルにおける、前記パイロット信号の到達位相を検出する第１過程と、前記到達位相、および前記パイロット信号の到来方向と前記アンテナパネルとがなす到来方向角度に基づいて、複数の前記アンテナパネルのうち、基準の前記アンテナパネルとされる基準パネルに対する各前記アンテナパネルの位置を特定する第２過程と、前記第２過程によって特定された前記アンテナパネルの位置の情報に基づいて、各前記アンテナ素子から放射させる信号の移相量をそれぞれ決定する第３過程とを有するフェーズドアレイアンテナの位相制御方法を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、位相補正の精度を向上させ、かつ、位相補正を高速化することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るフェーズドアレイアンテナにおけるアンテナパネル及びアンテナ素子の配列を示した図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るフェーズドアレイアンテナの電気的構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示したフェーズドアレイアンテナの一部を抜き出して示した図である。
【図４】検出部および演算処理部により実行される各種処理の処理手順を示す動作フローである。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るフェーズドアレイアンテナの効果を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るフェーズドアレイアンテナの選定部がアンテナパネルを選定する順序を説明するための図である。
【図７】第１特定パネル近傍のアンテナパネルを抜き出して拡大した図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係るフェーズドアレイアンテナのパネル位置が決定される順序を説明するための図である。
【図９】宇宙太陽発電システムについて示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明に係るフェーズドアレイアンテナ及びその位相制御方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
〔第１の実施形態〕
以下に、本発明に係るフェーズドアレイアンテナをＳＳＰＳに適用した場合を例に挙げて説明する。
図１は、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナ１の概略構成を示した図である。図１に示されるように、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナ１は、Ｏ−ＸＹＺの直交座標系において、Ｘ−Ｙ平面上にＮ行Ｎ列で二次元配列された複数のアンテナパネルＣを備えている。隣接するアンテナパネルＣは、各結合点（図示略）において、結合されている。各アンテナパネルＣは、例えば、一辺がＡ（例えば、１ｍ程度）の正方形であり、このようなアンテナパネルＣが互いに結合されていることにより、パネル全体として約２ｋｍ四方の大型フェーズドアレイアンテナ１が構築されている。
【００１９】
各アンテナパネルＣには、複数のアンテナ素子２０がＸ軸方向及びＹ軸方向に所定の距離間隔で、二次元配列されている。例えば、各アンテナパネルＣには、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に、互いの距離間隔がいずれもａとなるように、アンテナ素子２０が２次元配列されている。なお、アンテナパネルＣの端面とその端面に最も近いアンテナ素子２０との距離は、いずれもａ／２とされている。
【００２０】
また、図１に示されるように、フェーズドアレイアンテナ１が有する複数のアンテナパネルＣのうち、基準となるアンテナパネルＣを基準パネルＰとした場合に、基準パネルＰの面上から所定高さｈの位置に指示送信部（指示送信手段）３２を備えている。指示送信部３２は、無線通信を介して、フェーズドアレイアンテナ１の各アンテナパネルＣに対して時刻同期パルスを送信する。
【００２１】
また、指示送信部３２の設けられる高さ位置ｈは、基準パネルＰと基準パネルＰ以外の他の各アンテナパネルＣとの時刻同期パルスの伝達距離差に基づいて算出される位相の誤差が、所定範囲内におさまるように設定することが好ましい。なお、指示送信部３２が設けられる高さ位置ｈは、特に限定されないが、基準パネルＰの面上からの距離（高さ）が大きくなるほど、基準パネルＰと他の各アンテナパネルＣとの間の時刻同期パルスの伝達距離差が短くなることから、本実施形態においては、基準パネルＰの面上から約１キロメートルの位置とする。
【００２２】
次に、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナ１の電気的構成について、図２を参照して説明する。図２は、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナ１の電気的構成を示すブロック図である。この図において、図１と同一の構成要素には、同一の符号を付している。
原振３１は、無線通信を介し、検出部４０によって各パネル間の到達位相φを推定する場合の基準となる基準信号ｆｐ＋Δｐを、各アンテナパネルＣに対して送信する。なお、原振３１によって、基準信号を送信する手法については、例えば、特開２００４−３２５１６２号公報に詳述されている。これらの周知技術を採用することにより、原振３１から基準信号を送信することが可能である。
指示送信部３２は、時刻を同期させるパルス（時刻同期パルス）を検出部４０に出力する。
【００２３】
受信回路３０は、アンテナパネルＣ毎に設けられ、各アンテナパネルＣの受信用アンテナ素子１２０により受信されたパイロット信号ｆｐを所定の周波数とするべく基準信号ｆｐ＋Δｐに基づいてダウンコンバートし、ダウンコンバートされたパイロット信号ｆｐ´（＝ｆΔｐ＝ｆｐ＋Δｐ−ｆｐ）を検出部４０に出力する。ここで、所定の周波数は、アンテナの大きさが所定範囲内となる周波数である。また、パイロット信号ｆｐをダウンコンバートした場合であっても、各アンテナパネルの受信回路３０で受信したパイロット信号ｆｐの相対的な位相は維持されている。
【００２４】
検出部４０は、アンテナパネルＣにおける、アンテナパネル面とパイロット信号の到来方向とがなす到来方向角度θ、およびアンテナパネルＣにおけるパイロット信号の到達位相φをアンテナパネル毎に検出し、演算処理部５０に出力する。具体的には、検出部４０は、ＡＤ変換器４１、候補決定部４２および角度検出部４３を備えている。
ＡＤ変換器４１は、指示送信部３２から取得した時刻同期パルスをトリガとし、各アンテナパネルＣの受信回路３０においてダウンコンバートされたパイロット信号ｆｐ´における到達位相φ検出のタイミング情報を候補決定部４２に出力する。
【００２５】
候補決定部４２は、基準信号ｆｐ＋Δｐに基づいてダウンコンバートされたパイロット信号ｆｐ´と、ＡＤ変換器４１から取得したタイミング情報とに基づいて、アンテナパネルＣ毎にパイロット信号ｆｐ´の到達位相φを検出する。つまり、候補決定部４２は、タイミング情報を受信した時点における基準信号の位置により、パイロット信号ｆｐ´の到達位相φを検出する。また、候補決定部４２は、アンテナパネルＣ毎に、パイロット信号ｆｐの到達位相φに基づいてアンテナパネルＣの位置（以下「パネル位置」という）の候補Ｒを推定する。アンテナパネルＣの位置の候補Ｒは、波長の整数倍分の位置候補である。候補決定部４２は、到達位相φとパネル位置の候補Ｒとを演算処理部５０に出力する。
【００２６】
図３には、複数のアンテナパネルＣが、地上からのパイロット信号を受信する様子を示している。例えば、候補決定部４２は、基準パネルＰの隣に位置するアンテナパネルＣ１ｊにおいて、パイロット信号ｆｐの到達位相φ１ｊの情報に基づいて、パイロット信号ｆｐを波形の頂上で受信していると検出し、パイロット信号ｆｐの位相が３６０°ずつ、ずれているＲ１ｊ１，Ｒ１ｊ２，Ｒ１ｊ３をパネル位置の候補Ｒとして推定する。
【００２７】
角度検出部４３は、ＲＦ干渉計を備えており、各アンテナパネルＣが備える複数の受信用アンテナ素子１２０により受信されたパイロット信号ｆｐの位相差を測ることにより、パイロット信号を送信した受電設備１０２（例えば、図９参照）の方向を求める。また、角度検出部４３は、アンテナパネルＣ毎に、上記受信設備１０２の方向を示す到来方向角度θを推定し、演算処理部５０へ出力する。
【００２８】
演算処理部５０は、マイクロコンピュータを備えており、入力された到来方向角度θ、到達位相φ、およびパネル位置の候補Ｒとに基づいて、後述の位相制御処理を実行することにより、各アンテナ素子２０から送出させるマイクロ波の移相量を演算し、各可変移相器８０へ出力する。具体的には、演算処理部５０は、位置特定部５１および移相量決定部５２を備えている。
位置特定部５１は、到達位相φおよび到来方向角度θに基づいて、複数のアンテナパネルのうち、基準パネルＰに対する各アンテナパネルの位置を特定する。また、基準パネルＰは固定的に設定されている。
【００２９】
ここで、図３を用いて、基準パネルＰの１つ隣のアンテナパネルＣ１ｊの位置を推定する場合を例に挙げて説明する。位置特定部５１は、アンテナパネルＣ１ｊの到達位相φ１ｊを求めた際に推定されたパネル位置の候補Ｒ（例えば、Ｒ１ｊ１，Ｒ１ｊ２，Ｒ１ｊ３・・・）のうち、基準パネルＰの位置から到来方向角度θ１ｊの位置となるパネル位置を選定し、選定されたパネル位置Ｒ１ｊ１をアンテナパネルＣ１ｊの位置と特定する。
【００３０】
このように、位置特定部５１は、アンテナパネルＣのパネル位置を特定するとともに、パネル位置の情報を移相量決定部５２に出力する。なお、ここでは、アンテナパネルの到来方向角度θの誤差が、波長よりも小さいこととする。
移相量決定部５２は、位置特定部５１によって特定されたパネル位置の情報に基づいて、各アンテナ素子２０から放射させる信号の移相量をそれぞれ決定する。例えば、移相量決定部５２は、特定されたパネル位置の情報を取得しており、さらに、移相量を決定するアンテナパネルＣより基準パネルＰ側に隣接するアンテナパネルＣの移相量が決定している場合には、その隣接するアンテナパネルＣの移相量に基づいて、アンテナ素子２０から送出させる送電マイクロ波の移相量を決定する。また、移相量決定部５２は、送電マイクロ波の移相量を決定すると、各アンテナパネルＣに対応する可変移相器８０に移相量の情報を出力する。
【００３１】
一方、マイクロ波発生部６０は、基準マイクロ波信号を生成して分波回路７０へ出力する。分波回路７０は、入力された基準マイクロ波信号を分波して、各アンテナ素子２０にそれぞれ対応して設けられている可変移相器８０に出力する。
各可変移相器８０は、演算処理部５０からそれぞれ入力された移相量の情報に基づいて、分波回路７０から入力された基準位相のマイクロ波に移相量を生じさせ、電力増幅器９０に出力する。
電力増幅器９０は、アンテナ素子２０にそれぞれ対応して設けられ、外部電源（宇宙太陽発電部）より供給された電力を可変移相器８０から出力される信号の位相及び周波数のマイクロ波へ増幅し、アンテナ素子２０へ出力する。
アンテナ素子２０は、それぞれ電力増幅された各位相差を有するマイクロ波を受電設備１０２（図９参照）に向けて放射する。
【００３２】
次に、上述した演算処理部５０により行われる位相制御処理について、図４を用いて説明する。以下の説明においては、ｉおよびｊはパネルの位置を示す番号であり、ｉを行番号（ｉ＝１からｋ）、ｊを列番号（ｊ＝１からｎ）とし、ｊ列のうち、基準パネルＰの隣に位置しているアンテナパネルをアンテナパネルＣ１ｊ、最も上端に位置しているアンテナパネルをアンテナパネルＣｉｊと定義する。また、図３には、ｊ列のアンテナパネルＣ１ｊ乃至Ｃｉｊのうち、基準パネルＰから数えて１行目、２行目、（ｋ−１）行目、ｋ行目に配置されているアンテナパネルＣ１ｊ、Ｃ２ｊ・・・Ｃ（ｋ−１）ｊ、Ｃｋｊが一例として抜き出されて示されている。
【００３３】
各アンテナパネルＣ１ｊ乃至Ｃｋｊのそれぞれの受信用アンテナ素子１２０によってパイロット信号ｆｐが受信され、受信回路３０に検出される（図４のステップＳＡ１）。受信回路３０において、入力される原振３１の基準信号ｆｐ＋Δｐによってパイロット信号ｆｐがダウンコンバートされ、検出部４０に出力される（図４のステップＳＡ２）。候補決定部４２において、ＡＤ変換器４１を介して指示送信部３２から入力された時刻同期パルスに基づいて、アンテナパネルＣ１ｊ乃至Ｃｋｊ毎に、ダウンコンバートされたパイロット信号ｆΔｐの到達位相φが検出され（図４のステップＳＡ３）、この到達位相φに基づいて各アンテナパネルＣ１ｊ乃至Ｃｋｊのパネル位置の候補Ｒが推定される（図４のステップＳＡ４）。
【００３４】
また、角度検出部４３において、アンテナパネルＣ１ｊ乃至Ｃｋｊのそれぞれの複数の受信用アンテナ素子１２０によって取得したパイロット信号ｆｐに基づいて、アンテナパネルＣ１ｊ乃至Ｃｋｊのパイロット信号の到来方向角度θが推定される（図４のステップＳＡ５）。上述した到達位相φと到来方向角度θとに基づいて、各アンテナパネルＣ１ｊ乃至Ｃｋｊの位置が特定される（図４のステップＳＡ６）。全てのアンテナパネルＣ１ｊ乃至Ｃｋｊのパネル位置が特定されたか否かが判定される（図４のステップＳＡ７）。
【００３５】
全てのアンテナパネルに対してパネル位置が特定されている場合には、各アンテナパネルＣ１ｊ乃至Ｃｋｊに対し、それぞれ出力させる送電マイクロ波の移相量が設定され（図４のステップＳＡ８）、本処理を終了する。また、全てのパネル位置が特定されていない場合には、ステップＳＡ６に戻り、処理を繰り返す。
このように、各アンテナパネルにおいてパイロット信号ｆｐの到達位相φを検出し、到達位相φに基づいた位相制御処理を行うことにより、図５に示すように、全アンテナパネルＣ１ｊ乃至Ｃｋｊに配置された全アンテナ素子２０から出力されるマイクロ波の位相面が揃えられる。
【００３６】
なお、本実施形態における位相制御処理においては、図４のステップＳＡ７の全てのパネル位置が特定された段階で、到達位相φに基づいた位相設定（ステップＳＡ８）を行うこととしていたが、位相制御のタイミングはこれに限定されない。例えば、図４のステップＳＡ６においてパネル位置が特定されたアンテナパネルから順次、位相設定（ステップＳＡ８）を行うこととしてもよい。
【００３７】
以上説明してきたように、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナ１及びその位相制御方法によれば、各アンテナパネルＣにおいて受信されたパイロット信号と基準信号とに基づいて検出されるパイロット信号の到達位相φ、およびパイロット信号の到来方向とアンテナパネルＣとがなす到来方向角度θが得られる。そして、各アンテナパネルＣの位置を得るために、所定の基準パネルＰを選定し、到達位相φおよび到来方向角度θに基づいて、この基準パネルＰに対する各アンテナパネルＣの位置がそれぞれ推定される。こうして推定された基準パネルＰに対するアンテナパネルＣの位置の情報に基づいて、各アンテナ素子２０から放射させる信号の移相量が決定される。
【００３８】
このように、各アンテナパネルＣの位置は、それぞれのアンテナパネルＣが検出したパイロット信号を基準として、アンテナパネルＣ毎にそれぞれ推定されるので、接続された従前の複数のアンテナパネルＣの位置の推定誤差が含まれることはない。これにより、アンテナパネルＣ間の位相補正の精度を向上させることができる。また、パイロット信号を、アンテナの大きさが所定範囲内となる周波数にダウンコンバートすることにより、パイロット信号の波長が延び、到達位相φによって推定されるパネル位置の候補の間隔が広くなる。これにより、パネル位置の推定精度を向上させることができる。
【００３９】
また、基準パネルＰの面上から所定高さｈに位置する指示送信部３２から基準信号が送信されることにより、基準パネルＰの面上に指示送信部３２が位置している場合と比較して、基準パネルＰから最も距離の離れているアンテナパネルＣまでの基準信号の伝達距離差が小さくなる。これにより、各アンテナパネル間における基準信号の検出誤差を低減することができるので、より精度よく位相補正を行うことができる。
【００４０】
なお、本実施形態においては、指示送信部３２は、アンテナパネルＣの面上の所定高さｈの位置に設けることにより、各アンテナパネルＣが時刻同期パルスを受信する時間差を低減することとしていたが、指示送信部３２の配置位置はこれに限定されない。例えば、アンテナパネルＣの面上に、指示送信部３２´（図示略）を設けることとしてもよい。アンテナパネルＣの面上に指示送信部３２´を設ける場合には、指示送信部３２´を有するアンテナパネルＣｘと指示送信部３２´を有するアンテナパネルＣｘ以外の他のアンテナパネルＣｙとの距離が既知となるので、他のアンテナパネルＣｙに対し、アンテナパネルＣｘと他のアンテナパネルＣｙとの距離に応じて基準信号を検出させるタイミングを制御する制御部（図示略）を設ける。このように、指示送信部３２´を有するアンテナパネルＣｘと他のアンテナパネルＣｙとの距離に応じて基準信号を検出させるタイミングを制御することにより、基準信号の伝達誤差を低減させることができ、位相補正の精度を向上させることができる。
【００４１】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係るフェーズドアレイアンテナについて説明する。
本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナは、さらに、位置推定部５１によってアンテナパネルの位置を特定する次のアンテナパネルを選定する選定部（選定手段）を設ける点で、上述の第１の実施形態と異なる。以下、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナについて、第１の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
【００４２】
選定部（図示略）は、パネル位置が特定されたアンテナパネルに隣接する複数のアンテナパネルを、次にパネル位置を特定するアンテナパネルとして順次選定する。例えば、各アンテナパネルが四角形である場合には、各アンテナパネルは四方に４つのアンテナパネルが隣接する。ここで、位置特定部５１において、最初にパネル位置の特定処理されるアンテナパネルを第１特定パネルとした場合に、第１特定パネルの位置を決定した後、選定部は、先に位置を特定したアンテナパネルに隣接する４つのアンテナパネルを、次にパネル位置の特定処理を行うアンテナパネルとして選定する。
【００４３】
より好ましくは、図６に示されるように、フェーズドアレイアンテナの略中心に位置するアンテナパネルを第１特定パネルに選定する。これにより、パネル位置の特定処理にかかる時間をより短縮させることができる。例えば、縦横にそれぞれ３０００枚のアンテナパネルが配置されている場合に、フェーズドアレイアンテナの略中心に位置するアンテナパネルを第１特定パネルとし、四方に向けて縦横１５００枚のパネル位置の特定処理が並行して行われる。このとき、第１特定パネルから最も距離の離れたアンテナパネルのパネル位置を特定するまでに必要となる処理回数は、約３０００回となる。これにより、第１特定パネルをフェーズドアレイアンテナの端部に位置するアンテナパネルとして選定した場合（例えば、処理回数は約６０００回）よりも、処理回数を低減することができる。
【００４４】
図７は、第１特定パネル近傍のアンテナパネルを抜き出して拡大した図である。
例えば、フェーズドアレイアンテナにおいて、中心パネルＣｉｊを第１特定パネルとする場合に、中心パネルＣｉｊの位置を特定した後、選定部は隣接する４つのアンテナパネルＣ（ｉ−１）ｊ，Ｃ（ｉ＋１）ｊ，Ｃｉ（ｊ−１），Ｃｉ（ｊ＋１）を次に位置を特定するアンテナパネルとして選定する。さらに、上記選定されたアンテナパネル（例えば、上記４つのアンテナパネルのうちの１つであるアンテナパネルＣ（ｉ＋１）ｊ）のパネル位置が特定された後、選定部は隣接する２つ（例えば、アンテナパネルＣ（ｉ＋２）ｊ，Ｃ（ｉ＋１）（ｊ＋１））を次に位置を特定するアンテナパネルとして選定する。このように、選定部により、アンテナパネルが４つまたは２つずつ選定され、パネル位置の特定処理が並行して行われる。
【００４５】
移相量決定部５２は、上述したようにパネル位置の並行処理によって特定された各アンテナパネルの位置の情報に基づいて、各アンテナパネルに対する移相量を決定する。
このように、位置が特定されたアンテナパネルに隣接し、位置が未特定になっている複数のアンテナパネルが順次選定され、複数のアンテナパネルのパネル位置の特定処理が並行に行われるので、パネル位置の特定処理にかかる時間を短縮できる。
【００４６】
〔第３の実施形態〕
本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナは、アンテナパネルを複数の領域にグループ分けし、各領域毎に基準パネルを複数設ける点で、上述の第１の実施形態、第２の実施形態と異なる。以下、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナについて、第１の実施形態、第２の実施形態と共通する点については説明を省略し、図８を用いて、異なる点について主に説明する。
【００４７】
本実施形態においては、フェーズドアレイアンテナを複数の領域に分割（グループ分け）した領域のうちの一部である、Ａ領域からＥ領域の５つのグループを例に挙げて説明する。図８には、フェーズドアレイアンテナのアンテナパネルが、複数の領域にグループ分けされ、各領域に基準パネル（第１基準パネル）または仮基準パネル（第２基準パネル）を備える。本実施形態においては、Ａ領域には、全てのアンテナパネルのうちで、最も基準となる基準パネル（第１基準パネル）を備え、Ｂ領域からＥ領域には、第１基準パネル以外の仮の基準パネルである仮基準パネル（第２基準パネル）を備える。
【００４８】
Ａ領域からＥ領域のそれぞれの領域においては、第１の実施形態で述べた通り、候補決定部によって各アンテナパネルのパネル位置の候補が決定される。具体的には、Ａ領域においては、基準パネルから順にアンテナパネルのパネル位置が特定され、Ｂ領域からＥ領域においては、それぞれの領域に設けられた仮基準パネルを基準として各領域内のアンテナパネルのパネル位置が仮に特定される。
【００４９】
演算処理部は、隣接する領域の境界において、基準パネルを有する領域、または基準パネルを有する領域に近い領域を優勢側とし、隣接する領域の優勢側でない領域を劣勢側とした場合に、劣勢側の領域のアンテナパネルの位置を、隣接する優勢側の基準パネルに基づいて補正する。例えば、演算処理部は、Ａ領域と、Ｂ領域からＥ領域とのパネル位置の補正量（ずれ量）Δを算出する。また、演算処理部は、補正量Δを算出すると、Ｂ領域からＥ領域において仮に特定されたそれぞれの領域のアンテナパネルのパネル位置を、補正量Δに基づいて補正する。このようにして、Ｂ領域からＥ領域におけるアンテナパネルのパネル位置の情報は、Ａ領域のパネル位置を基準として特定される。演算処理部は全アンテナパネルのパネル位置を特定すると移相量決定部に出力する。
【００５０】
移相量決定部は、特定（または補正）されたパネル位置の情報に基づいて、移相量を決定し、出力する。このように、基準となる基準パネル（または、仮基準パネル）を複数設け、グループ分けされた領域内でのパネル位置の特定処理を領域毎に並行して行うので、パネル位置の特定処理にかかる時間を短縮することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１  フェーズドアレイアンテナ
３１  原振
３２  指示送信部
４０  検出部
４２  候補決定部
５０  演算処理部
５１  位置特定部
５２  移相量決定部
【図１】
2011172170.tif 000003
【図２】
2011172170.tif 000004
【図３】
2011172170.tif 000005
【図４】
2011172170.tif 000006
【図５】
2011172170.tif 000007
【図６】
2011172170.tif 000008
【図７】
2011172170.tif 000009
【図８】
2011172170.tif 000010
【図９】
2011172170.tif 000011