(57)【要約】 【課題】同時に駆動される複数のアンテナ素子群のうち単一のアンテナ素子の校正を行う場合に、校正対象外のアンテナ素子からの影響を低減し、校正対象素子単独の校正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アンテナ素子を校正するための校正データを取得する方法を提供する。  【解決手段】アンテナ素子５ｉそれぞれの位相特性を取得し、位相特性からアンテナ素子５ｉそれぞれを校正するための校正データを取得する際に、校正用信号の送信時に送受信モジュールそれぞれに対して、校正対象とするアンテナ素子５ｉ対応のモジュールに任意の位相を設定し、校正対象以外の送受信モジュールには互いに打ち消し合う位相を設定する。  【選択図】図１
2013192179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の電源供給を受けて同時に送受信動作する複数のアンテナ素子がアレイ状に配列され、素子毎の送受信モジュールにより前記送受信の位相制御がなされるフェーズドアレイアンテナにおいて、
前記アンテナ素子の校正用信号を送信する送信手段と、
前記送信手段から出力される校正用信号を前記複数のアンテナ素子に分配し、前記複数のアンテナ素子から折り返される校正用信号を合成する分配・合成手段と、
前記分配・合成手段で合成される校正用信号を受信する受信手段と、
前記受信手段により受信される校正用信号から前記アンテナ素子それぞれの位相特性を取得し、前記位相特性から前記アンテナ素子それぞれを校正するための校正データを取得する信号処理手段と、
前記校正用信号の送信時に前記送受信モジュールそれぞれの位相を任意に設定する位相制御手段と
を具備し、
前記位相制御手段は、前記送受信モジュールに対して、校正対象とするアンテナ素子対応のモジュールに任意の位相を設定し、校正対象以外の送受信モジュールには互いに打ち消し合う位相を設定することを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。
【請求項２】
同一の電源供給を受けて同時に送受信動作する複数のアンテナ素子がアレイ状に配列され、素子毎の送受信モジュールにより前記送受信の位相制御がなされるフェーズドアレイアンテナに用いられ、
前記アンテナ素子の校正用信号を前記複数のアンテナ素子に分配し、前記複数のアンテナ素子から折り返される校正用信号を合成し、前記合成される校正用信号を受信し、前記受信される校正用信号から前記アンテナ素子それぞれの位相特性を取得し、前記位相特性から前記アンテナ素子それぞれを校正するための校正データを取得する際に、
前記校正用信号の送信時に前記送受信モジュールそれぞれに対して、校正対象とするアンテナ素子対応のモジュールに任意の位相を設定し、校正対象以外の送受信モジュールには互いに打ち消し合う位相を設定することを特徴とするフェーズドアレイアンテナの校正データ取得方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、薄型化・小型化により高密度化されるフェーズドアレイアンテナ及び校正データ取得方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、フェーズドアレイアンテナにあっては、薄型化、小型化に伴うアンテナ素子の高密度化による部品点数の削減・制御簡略化のため、複数のアンテナ素子に対して一つの電源回路で電源を供給する場合がある。しかしながら、このようにアンテナ素子のグループ化を行うと、単一のアンテナ素子ごとに送受信の制御ができなくなる。その結果、単一のアンテナ素子の校正データを得る場合でも、校正対象素子以外のアンテナ素子も送受信動作を行うことになるため、校正対象素子の受信データにそれ以外のアンテナ素子の受信データが足し合わされて観測されてしまう。
【０００３】
そこで、従来のフェーズドアレイアンテナでは、単一のアンテナ素子の位相特性や振幅特性を信号処理で求める際に、校正対象素子以外のアンテナ素子の影響分をオフセットとして求めて、受信データからそのオフセットを差し引いて、校正対象素子の単独の校正データを求めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２３５０５４号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３０４１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のように、従来のフェーズドアレイアンテナでは、校正対象素子以外のアンテナ素子の影響分をオフセットとして求め、受信データからそのオフセットを差し引くことで、校正対象素子単独の校正データを求めている。しかしながら、アンテナ素子のさらなる高密度化が進められ、これによってアンテナ素子の校正時に送受信を同時に行うアンテナ素子数が増大している。したがって、今後は校正対象素子以外のアンテナ素子によるオフセット分が支配的になり、本来校正をしたいアンテナ素子の校正精度が落ちるという課題があった。
【０００６】
そこで、本実施形態は、上記の課題を鑑みてなされたもので、同時に駆動される複数のアンテナ素子群のうち単一のアンテナ素子の校正を行う場合に、校正対象外のアンテナ素子からの影響を低減し、校正対象素子単独の校正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アンテナ素子を校正するための校正データを取得する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】
【０００７】
本実施形態によれば、フェーズドアレイアンテナは、同一の電源供給を受けて同時に送受信動作する複数のアンテナ素子がアレイ状に配列され、素子毎の送受信モジュールにより前記送受信の位相制御がなされるフェーズドアレイアンテナにおいて、送信手段、分配・合成手段、受信手段、信号処理手段、位相制御手段を具備する。送信手段は、前記アンテナ素子の校正用信号を送信する。分配・合成手段は、前記送信手段から出力される校正用信号を前記複数のアンテナ素子に分配し、前記複数のアンテナ素子から折り返される校正用信号を合成する。受信手段は、前記分配・合成手段で合成される校正用信号を受信する。信号処理手段は、前記受信手段により受信される校正用信号から前記アンテナ素子それぞれの位相特性を取得し、前記位相特性から前記アンテナ素子それぞれを校正するための校正データを取得する。位相制御手段は、前記校正用信号の送信時に前記送受信モジュールそれぞれの位相を任意に設定する。また、前記位相制御手段は、前記送受信モジュールに対して、校正対象とするアンテナ素子対応のモジュールに任意の位相を設定し、校正対象以外の送受信モジュールには互いに打ち消し合う位相を設定する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナを適用したレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すアンテナ素子それぞれの校正データを取得する方法を示すフローチャートである。
【図３】図１に示す一つのグループのアンテナ素子数が偶数の場合、各移相器に設定する位相を示す図である。
【図４】図１に示す一つのグループのアンテナ素子数が奇数の場合、各移相器に設定する位相を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以降の図における同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。以降の実施形態も同様にして重複する説明を省略する。
【００１０】
図１は、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナを適用したレーダ装置（以下、フェーズドアレイレーダと記す）の構成を示すブロック図である。
【００１１】
図１において、レーダ装置は、複数のアンテナ素子５ｉ（ｉ＝１〜Ｎとし、一つのグループとする）をアレイ状に配列したアンテナ部５と、各アンテナ素子５ｉへの送信信号の電力増幅及び位相制御、各アンテナ素子５ｉからの受信信号の周波数変換を施す移相器・送受信モジュール（Ａ〜Ｄ）４ｉと、各モジュール４ｉへの送信信号及び受信信号の分配・合成を行う分配・合成器３と、レーダ送信信号を発生し、分配・合成器３に送信信号を出力する送信機２と、分配・合成器３からの受信信号を復調・検波する受信機７と、受信機７で得られた復調・検波して目標信号等を検出すると共に、各アンテナ素子の校正を行う信号処理機１と、信号処理機１からの指示に従って各モジュール４ｉの送信信号の位相を制御する位相制御回路６と、上記モジュール４ｉを通じてアンテナ素子５ｉそれぞれに電源を供給する電源回路８とを備える。
【００１２】
ここで、上記アンテナ部５では、１つの電源回路８から４素子５ｉに同時に電源を供給するため、同時に送受信を行うアンテナ素子５ｉはＮ素子となり、素子ごとの送受信の制御はできない。
【００１３】
上記構成によるフェーズドアレイレーダにおいて、校正開始時には、電源回路８からモジュール４ｉを介してアンテナ素子５ｉに電源が投入され、各アンテナ素子５ｉは動作状態となる。信号処理機１は、アンテナ素子５ｉの校正開始の指示を受けると、位相制御回路６に各系統のモジュール４ｉに対する位相制御量を指示すると共に、送信機２に校正開始の指示を送る。送信機２は、上記信号処理機１からの校正開始の指示を受けて、アンテナ素子校正用の信号を生成・出力する。以降、アンテナ素子校正用の信号を校正用信号と表記する。
【００１４】
分配・合成器３は、送信機２から出力される校正用信号をＮ系統に分配する。Ｎ系統に分配された校正用信号はそれぞれ移相器・送受信モジュール４ｉを介してアンテナ素子５ｉに送られ、アンテナ素子５ｉで折り返される。折り返されたＮ系統の校正用信号はそれぞれ移相器・送受信モジュール４ｉを介して分配・合成器３に送られる。
【００１５】
ここで、上記移相器・送受信モジュール４ｉは、それぞれ位相制御回路６の位相制御を受けて、分配・合成器３から分配された校正用信号の位相をずらして対応するアンテナ素子５ｉに送り、アンテナ素子５ｉから折り返される校正用信号を入力して利得調整を行い、分配・合成器３に出力する。分配・合成器３はモジュール４ｉからの校正用信号を合成して受信機７に送る。受信機７は、この合成された校正用信号を受信検波する。信号処理機１は、受信検波された校正用信号からアンテナ素子５ｉそれぞれの位相特性を取得し、その位相特性からアンテナ素子５ｉそれぞれの校正データを得る。
【００１６】
なお、本実施形態では、アンテナ素子数をＮとしたが、３素子以上の任意の素子数に適用が可能である。また、アンテナ素子５ｉの配列は任意でよいものである。
【００１７】
次に、アンテナ素子５ｉを校正するための校正データ取得方法について、図２〜図４を参照して説明する。
【００１８】
（一つのグループのアンテナ素子数Ｎが偶数の場合）
図２は、アンテナ素子５ｉそれぞれの校正データを取得する方法を示すフローチャートである。一例として、一つのグループのアンテナ素子数Ｎが偶数の４個とし、アンテナ素子５１を校正するための校正データを取得する方法について説明する。
【００１９】
まず、モジュール４１内の移相器は、位相制御回路６の制御により、後述のように位相がそれぞれ４５度間隔で設定される。この場合、一つのグループのアンテナ素子数をＮ、校正データを取得するアンテナ素子５ｉの素子番号ｉを１〜Ｎ、移相器Ａに設定する設定位相を０〜（３６０＊位相番号ｊ／位相数Ｍ）度、上記設定位相に対応づける位相番号ｊを０〜Ｍ−１とする（Ｍ、Ｎは整数）。すなわち、図１に示すフェーズドアレイレーダでは、一つのグループのアンテナ素子数Ｎが４、素子番号ｉが１〜４となる。また、移相器Ａ（モジュール４１内の移相器）に設定する位相数Ｍを８とすると、移相器Ａの設定位相は０度、４５度、９０度、１３５度、１８０度、２２５度、２７０度、３１５度となる（３６０＊位相番号ｊ／８）。
【００２０】
なお、上記の例では、移相器Ａの設定位相を４５度間隔で設定しているが、これに限らず、４５度よりも細かい間隔で位相を設定してもよい。
【００２１】
まず、位相制御回路６は、アンテナ素子５１の校正データ取得のため、対象素子番号ｉを１とし（ステップＳ１）、対象アンテナ素子５１の位相番号ｊを０とし（ステップＳ２）、対象アンテナ素子５１以外の位相が打ち消されるように、移相器Ｂ、Ｃ、Ｄ（送受信モジュール４２、４３、４４内の移相器）の位相をずらして設定する（ステップＳ３）。
【００２２】
図３は、一つのグループのアンテナ素子数Ｎが偶数の場合、各移相器Ａ〜Ｄに設定する位相を示す図である。図３に示すように、移相器Ａは、位相番号ｊが０であるため、設定位相を０度に設定する。また、移相器Ｂ、Ｃ、Ｄの位相は、位相が打ち消されるよう、位相をずらして設定する。例えば、図３に示すように１２０度ずつ位相をずらす。その後、位相制御回路６は、移相器Ａに図３に示す設定位相を順に設定する。すなわち、位相番号ｊが位相数Ｍ−１に達したかを判断し（ステップＳ４）、達していない場合には、各設定位相でのアンテナ素子５１の位相特性を取得し（ステップＳ５）、位相番号ｊに１を加算して（ステップＳ６）、対象素子の設定位相を更新して（ステップＳ７）ステップＳ４の判断処理に戻り、位相番号ｊが位相数Ｍ−１に達するまでステップＳ５〜Ｓ７の処理を繰り返す。
【００２３】
上記ステップＳ４で位相番号ｊが位相数Ｍ−１に達したと判断された場合には、対象素子番号ｉがＮか否かを判断し（ステップＳ８）、Ｎでなければ対象素子番号ｉに１を加算してステップＳ２に戻り、上記ステップＳ２〜Ｓ８の処理を繰り返し実行することによって、順次、次の対象素子番号のアンテナ素子に対する校正データを取得する。そして、ステップＳ８において、対象素子番号ｉがＮとなった場合には、一連の処理を終了する。
【００２４】
上記の例では、一つの電源回路８が偶数個のアンテナ素子５ｉに電源を供給する場合に、対象素子以外の移相器に１２０度ずつずれた位相を設定する。これにより、アンテナ素子５１の校正データ取得時、対象素子以外のアンテナ素子５２、５３、５４によるオフセット分を原理的に最小にすることができる。なお、電源回路８とアンテナ素子５ｉが１対６以上の場合、処理の軽減のため、電源回路８とアンテナ素子５を１対４まで収束させる。
【００２５】
（一つのグループのアンテナ素子数Ｎが奇数の場合）
図４は、一つのグループのアンテナ素子数Ｎが奇数の場合、各移相器に設定する位相を示す図である。一例として、一つのグループのアンテナ素子数Ｎが５個の場合について、図４に記載する。
【００２６】
一つの電源回路８が奇数個のアンテナ素子５ｉに電源を供給し、電源回路８とアンテナ素子５ｉが１対３以上の場合、互いの位相を打ち消すような位相を設定する。例えば、対象素子以外の素子数が２素子の場合、０度、１８０度に設定する。対象素子以外の素子数が４素子の場合、図４に示すように、０度、９０度、１８０度、２７０度等に設定する。また、対象素子以外の素子数が８素子の場合、０度、４５度、９０度、１３５度、１８０度、２２５度、２７０度、３１５度等の組み合わせで設定する。これにより、アンテナ素子５１の校正データ取得時において、対象素子以外のアンテナ素子５２〜５Ｎによる影響を原理的に最小にすることができる。
【００２７】
なお、対象素子以外の移相器の設定位相は、互いに位相を打ち消すような位相であれば、どの位相を設定してもよい。
【００２８】
以上のように、本実施形態によれば、一つの電源回路８で複数のアンテナ素子５ｉに電源を供給して校正対象外のアンテナ素子も同時に送受信動作する構成であっても、校正対象以外のアンテナ素子のオフセットによる影響を最小にすることができる。これにより、校正対象のアンテナ素子からオフセットの影響を最小化した校正データを取得することができる。
【００２９】
さらにアンテナ素子５の位相特性の校正により、アンテナ素子５ｉそれぞれに対して精度の高い位相特性を得ることができ、より精度の高い校正を行うことでフェーズドアレイアンテナの性能向上を図ることができる。また、電源回路８の数や制御を減らすことでフェーズドアレイアンテナのさらなる小型化、薄型化を図ることもできる。
【００３０】
以上、実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３１】
１…信号処理機、２…送信機、３…分配・合成器、４ｉ…移相器・送受信モジュール、５ｉ…アンテナ素子、６…位相制御回路、７…受信機、８…電源回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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