(57)【要約】      （修正有）【課題】各素子アンテナから空間に放射される出力レベルの強度を各モジュールの環境および設定に関わらず所望の強度にするフェーズドアレーアンテナ装置を得る。【解決手段】高周波信号を移相する移相器８および高周波信号を増幅する増幅器９からなり、その移相および増幅された高周波信号を各々接続された素子アンテナ１に供給する複数のモジュール２を備え、各モジュール２の移相器８に、同一モジュール内の増幅器９の温度増幅率特性と逆特性の温度増幅率特性を持たせ、同一モジュール内の移相器８および増幅器９を系として温度増幅率特性を一定になるようにし、温度増幅率特性を一定にするための制御回路等を別途設けることなく温度増幅率特性を一定にすることができ、構成および制御を複雑にすることなく、各素子アンテナ１から空間に放射される出力レベルの強度を温度変化に関わらず一定にすることができる。【選択図】        図２
2004215110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号を移相する移相器および高周波信号を増幅する増幅器からなり、その移相および増幅された高周波信号を各々接続された素子アンテナに供給する複数のモジュールを備え、
上記各モジュールの移相器は、同一モジュール内の上記増幅器の温度増幅率特性と逆特性の温度増幅率特性を有し、それら同一モジュール内の移相器および増幅器を系として温度増幅率特性を一定にしたことを特徴とするフェーズドアレーアンテナ装置。
【請求項２】
高周波信号を移相する移相器、高周波信号を増幅する増幅器、それら移相器および増幅器に供給する電源電圧を調整するレギュレータからなり、その移相および増幅された高周波信号を各々接続された素子アンテナに供給する複数のモジュールを備え、
上記各モジュールのレギュレータは、同一モジュール内の上記増幅器の温度増幅率特性と逆特性の温度供給電圧特性を有し、それら同一モジュール内の移相器および増幅器を系として温度増幅率特性を一定にしたことを特徴とするフェーズドアレーアンテナ装置。
【請求項３】
電源電圧に基づいて高周波信号を移相設定値に応じて移相する移相器およびその電源電圧に基づいて高周波信号を増幅する増幅器からなり、その移相および増幅された高周波信号を各々接続された素子アンテナに供給する複数のモジュールと、
上記各モジュールに移相設定値を供給する移相設定値供給手段と、
上記移相設定値供給手段から上記各モジュールに供給される各移相設定値に応じた上記各移相器による高周波出力損失値を求めると共に、それら求めた高周波出力損失値を考慮した上で各モジュールから所望の高周波出力が得られるような各モジュールに供給する電源電圧を求め、それら求めた電源電圧を各モジュールに供給する電源電圧供給手段とを備えたフェーズドアレーアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、衛星や航空機等に搭載され、放射される出力レベルの強度を所望の強度にすることが可能なフェーズドアレーアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のフェーズドアレーアンテナ装置として、ＲＦ信号の移相量をデジタル化された信号に応じて調整する複数の移相器と、それら移相された各ＲＦ信号を増幅する複数の増幅器と、それら移相および増幅された各ＲＦ信号に応じて出力ビームを放射する複数の素子アンテナとを備えたものがある（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２９４８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のフェーズドアレーアンテナ装置は以上のように構成されているので、移相器によりＲＦ信号を移相し、増幅器によりＲＦ信号を増幅しているが、環境温度によって増幅器の増幅率が変化し、例えば、宇宙空間のような環境温度が激しく変化する所で使用する場合には、増幅率が大きく変化し、フェーズドアレーアンテナ装置の出力レベルが大きく変化してしまう。
また、ビーム方向を切換える場合には、そのビーム方向の切換えに応じて各移相器の移相量を切換えなくてはならず、その移相量の切換えによっても移相器の損失が変化し、フェーズドアレーアンテナ装置の出力レベルが大きく変化してしまう。
このように、環境温度の変化に応じて各増幅器の増幅率が変化したり、移相器の移相量の変化に応じて各移相器の損失が変化したりして、空間に放射される出力レベルの強度を所望の強度にすることができず、通信性能に影響を及ぼしてしまう課題があった。
したがって、空間に放射される出力レベルの強度を調整する必要があるが、温度増幅率特性を一定にするための制御回路等を別途設けたのでは、構成および制御が複雑になってしまう。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、各素子アンテナから空間に放射される出力レベルの強度を各モジュールの環境および設定に関わらず所望の強度にするフェーズドアレーアンテナ装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るフェーズドアレーアンテナ装置は、各モジュールの移相器に、同一モジュール内の増幅器の温度増幅率特性と逆特性の温度増幅率特性を持たせ、同一モジュール内の移相器および増幅器を系として温度増幅率特性を一定になるようにしたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるフェーズドアレーアンテナ装置を示す構成図であり、図において、素子アンテナ１は複数配列され、入力されるＲＦ信号に応じて空間にビームを放射するものである。モジュール２は各素子アンテナ１に応じて設けられ、ＲＦ信号を移相したり増幅したりするものである。電力分配器３はＲＦ信号を各モジュール２に分配し、送信機４はＲＦ信号を電力分配器３に出力するものである。
また、この実施の形態１では、計算機５は複数の素子アンテナ１によりペンシルビームを発生させるために必要な移相量を計算し、制御回路６はそれら計算された各移相量に基づいた各移相設定値をモジュール２に供給し、電源７は各モジュール２、送信機４、計算機５および制御回路６に電源を供給するものである。
図２はこの発明の実施の形態１によるモジュール周辺の詳細を示す構成図であり、モジュール２において、移相器８は電力分配器３により分配されたＲＦ信号を制御回路６から供給される移相設定値に応じて移相、すなわち位相を調整するものであり、増幅器９はその移相されたＲＦ信号を増幅して、接続される素子アンテナ１にＲＦ信号を供給するものである。
なお、この実施の形態１では、各モジュール２の移相器８として、同一モジュール２内に設けられる増幅器９の温度増幅率特性と逆特性の温度増幅率特性を有するものを用い、同一モジュール２内の移相器８および増幅器９を系として温度増幅率特性が一定になるようにしたものである。
図３はフェーズドアレーアンテナ装置の座標系を示す説明図である。
【０００８】
次に動作について説明する。
図１において、送信器４から出力されたＲＦ信号は、電力分配器３に入力され、通常、モジュール２の数に相当した数に分配され、分配されたＲＦ信号は各モジュール２に入力される。モジュール２に入力されたＲＦ信号は、制御回路６から供給される移相設定値に応じた移相量で位相が調整され、さらに増幅され、素子アンテナ１に出力される。そして素子アンテナ１において入力されるＲＦ信号に応じて空間にビームが放射される。また、電源７は、モジュール２、送信機４、計算機５、制御回路６に電源を供給するものである。なお、以上送信動作について説明したが、受信についても同様の動作を行う。
一般に、フェーズドアレーアンテナと呼ばれるアンテナは、各モジュール２によって位相を変えられると共に増幅された各ＲＦ信号を、それら各モジュール２に接続された素子アンテナ１から放射することにより、空間において任意の方向で最大合成されるペンシルビーム（または主ビームと呼ばれる）を発生するものである。
したがって、図１に示した計算機５おいて、ペンシルビームを発生させるために必要な各移相量を計算し、制御回路６によりそれらの結果を各移相設定値としてモジュール２に供給する。これら移相量は、ペンシルビームの方向を決めるためには重要であり、例えば、図３に示される素子アンテナ１がＸＹ平面上の２次元に配列されたフェーズドアレーアンテナの移相量Ｐｉは次式で求められる。
Ｐｉ＝ｋ（ＵＸｉ＋ＶＹｉ）＋Ｃｉ
但し、ｋ＝２π／λ
Ｕ＝ｓｉｎθｃｏｓΦ、Ｖ＝ｓｉｎθｓｉｎΦ
λ：波長、Ｃｉ：補正値、（θ，Φ）：ペンシルビームの方向
（Ｘｉ，Ｙｉ）：素子アンテナ位置、ｉ：素子アンテナの番号
【０００９】
ところで、図２に示したように、各モジュール２は、入力されるＲＦ信号を移相設定値に応じて移相する移相器８と、その位相調整されたＲＦ信号をＦＥＴ増幅器等のようにアクティブに増幅する増幅器９とを備えたものである。
ここで、電力分配器３からモジュール２に入力されたＲＦ信号は、各モジュール２の中で、移相器８に入力され、移相設定値に応じて通過位相が変えられ、次に増幅器９によって通過振幅が変えられ素子アンテナ１へと出力される。この際、増幅器９は、環境温度に応じて増幅率が変化してしまうが、この実施の形態１による移相器８は、環境温度による増幅器９の増幅率の変化を相殺し、同一モジュール２内の移相器８および増幅器９を系として温度増幅率特性が一定になるように、通過位相のみならず通過振幅も変化させる。
例えば、増幅器９の増幅率が環境温度が−１０℃において４倍、環境温度が５０℃において２倍であれば、移相器８においては、環境温度が−１０℃において通過振幅を１／４、環境温度が５０℃において通過振幅を１／２にすることによって、環境温度変化に関わらず常時、素子アンテナ１への出力レベルを一定にすることができる。
【００１０】
以上のように、この実施の形態１によれば、各モジュール２の移相器８に、同一モジュール２内の増幅器９の温度増幅率特性と逆特性の温度増幅率特性を持たせ、同一モジュール２内の移相器８および増幅器９を系として温度増幅率特性を一定になるようにしたので、温度増幅率特性を一定にするための制御回路等を別途設けることなく温度増幅率特性を一定にすることができ、構成および制御を複雑にすることなく、各素子アンテナ１から空間に放射される出力レベルの強度を温度変化に関わらず一定にすることができる。
【００１１】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２によるモジュール周辺の詳細を示す構成図であり、モジュール２において、レギュレータ１０は、電源７から供給される電源電圧を調整して同一モジュール２内の移相器８および増幅器９に供給するものである。
なお、この実施の形態２では、各モジュール２のレギュレータ１０として、同一モジュール２内の増幅器９の温度増幅率特性と逆特性の温度供給電圧特性を有し、同一モジュール２内の移相器８および増幅器９を系として温度増幅率特性を一定になるようにしたものである。
また、この実施の形態２における移相器８は、上記実施の形態１に示した移相器８のように、増幅器９の温度増幅率特性と逆特性の温度増幅率特性を有するものではなく、通常の特性を有するものである。
【００１２】
次に動作について説明する。
図４において、電力分配器３からモジュール２に入力されたＲＦ信号は、各モジュール２の中で、移相器８に入力され、移相設定値に応じて通過位相が変えられ、次に増幅器９によって通過振幅が変えられ素子アンテナ１へと出力される。また、電源７から供給される電源電圧は、レギュレータ１０によって調整され、移相器８および増幅器９に供給される。
この際、増幅器９は、環境温度に応じて増幅率が変化してしまうが、この実施の形態２によるレギュレータ１０は、環境温度による増幅器９の増幅率の変化を相殺し、同一モジュール２内の移相器８および増幅器９を系として温度増幅率特性が一定になるように、環境温度に応じて供給電圧を変化させる。
例えば、増幅器９の増幅率が環境温度が−１０℃において４倍、環境温度が５０℃において２倍であれば、レギュレータ１０においては、環境温度が−１０℃において供給電圧を変え増幅器９の通過振幅を１／４、環境温度が５０℃においても供給電圧を変え増幅器９の通過振幅を１／２にすることによって、環境温度変化に関わらず常時、素子アンテナ１への出力レベルを一定にすることができる。
なお、移相器８は、電源電圧が変化してもその移相量が変化しないものとする。
【００１３】
以上のように、この実施の形態２によれば、各モジュール２のレギュレータ１０に、同一モジュール２内の増幅器９の温度増幅率特性と逆特性の温度供給電圧特性を持たせ、同一モジュール２内の移相器８および増幅器９を系として温度増幅率特性を一定になるようにしたので、温度増幅率特性を一定にするための制御回路等を別途設けることなく温度増幅率特性を一定にすることができ、構成および制御を複雑にすることなく、各素子アンテナ１から空間に放射される出力レベルの強度を温度変化に関わらず一定にすることができる。
【００１４】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３によるモジュール周辺の詳細を示す構成図であり、モジュール２において、移相器８は、上記実施の形態１に示した移相器８のように、増幅器９の温度増幅率特性と逆特性の温度増幅率特性を有するものではなく、通常の特性を有するものである。
図６は移相設定値に応じた損失値を示す説明図である。
図５において、この実施の形態３では、計算機（移相設定値供給手段、電源電圧供給手段）５は、図６に示したようなテーブルを有しており、複数の素子アンテナ１により所定ビーム方向のペンシルビームを発生させるために必要な各移相設定値をテーブルから抽出し、制御回路（移相設定値供給手段）６に出力するものである。また、計算機５は、各モジュール２に供給される各移相設定値に応じた各移相器８による高周波出力損失値をテーブルから抽出し、それら抽出された各高周波出力損失値を考慮した上で各モジュール２から所望の高周波出力が得られるように各モジュール２に供給する各電源電圧値を算出するものである。制御回路６は計算機５から出力された各移相設定値を各モジュール２に供給し、電源（電源電圧供給手段）７は計算機５から出力された各電源電圧値に応じた各電源電圧を各モジュール２に供給するものである。
【００１５】
次に動作について説明する。
図５において、電力分配器３からモジュール２に入力されたＲＦ信号は、各モジュール２の中で、移相器８に入力され、移相設定値に応じて通過位相が変えられ、次に増幅器９によって通過振幅が変えられ素子アンテナ１へと出力される。また、電源７からの電源電圧は移相器８および増幅器９に供給され、その電源電圧の大きさに応じて、移相器８は移相量を変えることなく、増幅器９は増幅率を変化させる。
ところで、移相器８への移相設定値は、計算機５および制御回路６を通じて与えられる。複数の素子アンテナ１により発生されるペンシルビームはビーム方向が切換えられるので、計算機５では図６に示したようなテーブルを有し、所定ビーム方向に応じた各移相設定値を抽出し、制御回路６を通じて各モジュール２に供給する。図６は例えば、移相器８をＮビットの量子化移相器とし、ビーム方向をＭ（Ｍ方向にビームを指向する）、モジュール数をＫ、各モジュールのＮビットの量子化移相器が設定可能な移相設定値がＰ１，Ｐ２，・・・，ＰＪとして表したものである。
各モジュール２における移相器８では、その供給される移相設定値に応じて位相調整されることとなるが、移相量の違いによっても移相器８による損失が変化し、その結果、フェーズドアレーアンテナ装置の出力レベルが大きく変化してしまう。
この実施の形態３では、図６に示したテーブルにおいて、移相設定値（Ｐ１，Ｐ２，・・・，ＰＪ）に応じた高周波出力損失値（Ａ１，Ａ２，・・・，ＡＪ）を予め記憶しておき、計算機５では、ビーム方向の切換え時に、各移相設定値と共に各高周波出力損失値を読み出し、それら読み出した各高周波出力損失値によるビームの歪みが解消され、所望のビームが得られるような、すなわち、各モジュール２から所望の高周波出力が得られるような各モジュール２に供給する各電源電圧値を算出する。なお、予めテーブルにおいて各高周波出力損失値に応じた各電源電圧値を設定しておき、ビーム方向の切換え時に、各電源電圧値を読み出すようにしても良い。
電源７では、計算機５から出力された各電源電圧値に応じた各電源電圧を各モジュール２に供給し、各モジュール２ではその電源電圧の大きさに応じて、移相器８は移相量を変えることなく、増幅器９は増幅率を変化させ、各モジュール２からは、移相器８の移相量の違いによる損失を、増幅器９の電源電圧の大きさによる増幅率の変化で相殺した所望の出力レベルを得ることができる。
【００１６】
以上のように、この実施の形態３によれば、計算機５および制御回路６を通じて各モジュール２に供給される各移相設定値に応じた各移相器８による高周波出力損失値を求めると共に、それら求めた高周波出力損失値を考慮した上で各モジュール２から所望の高周波出力が得られるような各モジュール２に供給する電源電圧を求め、それら求めた電源電圧を各モジュール２に供給する計算機５および電源７を備えたので、各素子アンテナ１から空間に放射される出力レベルの強度を各モジュール２の移相量に関わらず所望の強度にすることができる。
【００１７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、各モジュールの移相器に、同一モジュール内の増幅器の温度増幅率特性と逆特性の温度増幅率特性を持たせ、同一モジュール内の移相器および増幅器を系として温度増幅率特性を一定になるように構成したので、温度増幅率特性を一定にするための制御回路等を別途設けることなく温度増幅率特性を一定にすることができ、構成および制御を複雑にすることなく、各素子アンテナから空間に放射される出力レベルの強度を温度変化に関わらず一定にすることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１によるフェーズドアレーアンテナ装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるモジュール周辺の詳細を示す構成図である。
【図３】フェーズドアレーアンテナ装置の座標系を示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態２によるモジュール周辺の詳細を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態３によるモジュール周辺の詳細を示す構成図である。
【図６】移相設定値に応じた損失値を示す説明図である。
【符号の説明】
１  素子アンテナ、２  モジュール、３  電力分配器、４  送信機、５  計算機（移相設定値供給手段、電源電圧供給手段）、６  制御回路（移相設定値供給手段）、７  電源（電源電圧供給手段）、８  移相器、９  増幅器、１０  レギュレータ。
【図１】
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【図２】
2004215110.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004215110.tif 000006
【図５】
2004215110.tif 000007
【図６】
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