(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準アンテナ素子と、該基準アンテナ素子に対して互いに点対称な位置に配置された１組以上の追従アンテナ素子と、前記基準アンテナ素子の受信信号を３逓倍する逓倍器と、前記追従アンテナ素子の受信信号それぞれを前記逓倍器の出力信号とミクシングする第１のミクサと、該第１のミクサの出力信号の高調波成分を除去する第１のローパスフィルターと、該第１のローパスフィルターの出力信号からローカル信号を生成するキャリア再生回路と、前記追従アンテナ素子の受信信号と当該追従アンテナ素子と点対称な位置の前記追従アンテナ素子の受信信号からの前記キャリア再生回路の出力信号をミクシングする第２のミクサと、該第２のミクサの出力信号の高調波成分を除去する第２のローパスフィルターと、前記基準アンテナ素子の受信信号と前記追従アンテナ素子それぞれの前記第２のローパスフィルターの出力信号とを合成する合成器とを備えることを特徴とする自動追尾アンテナ装置。
【請求項２】
前記基準アンテナ素子及び前記追従アンテナ素子の受信信号を周波数変換する周波数変換器を備えることを特徴とする請求項１に記載の自動追尾アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動追尾アンテナ装置に関し、特に、複数のアンテナ素子を有する自動追尾アンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の複数のアンテナ素子を有する自動追尾アンテナ装置としては、図２に示すように、基準アンテナ素子１０１と複数の追従アンテナ素子１０２と、基準アンテナ素子１０１が受信した電波を第１中間周波数に変換する周波数変換器１０３と、追従アンテナ素子１０２が受信した電波を第１中間周波数に変換する周波数変換器１０４と、基準アンテナ素子１０１の受信電波を変換した第１中間周波数を第２中間周波数に変換するための局部発振信号を生成する局部発振器１０５と、基準アンテナ素子１０１の受信電波を変換した第１中間周波数と局部発振器１０５が生成した局部発振信号をミクシングするミクサ１０６と、追従アンテナ素子１０２の受信電波を変換した第１中間周波数を第２中間周波数に変換するための局部発振信号を生成する電圧可変局部発振器１０７と、追従アンテナ素子１０２の受信電波を変換した第１中間周波数と電圧可変局部発振器１０７が生成した局部発振信号をミクシングするミクサ１０８と、ミクサ１０６またはミクサ１０８で変換した第２中間周波数を濾波するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ: Band Pass Filter）１０９と、基準アンテナ素子１０１で受信した第２中間周波数とそれぞれの追従アンテナ素子１０２で受信した第２中間周波数との相対位相差を検出する位相検波器１１０と、基準アンテナ素子１０１および追従アンテナ素子１０２で受信した第２中間周波数を合成する合成器１１１とを備えている。
【０００３】
このような構成の自動追尾アンテナ装置の動作を説明すると、基準アンテナ素子１０１で受信された電波は、周波数変換器１０３において第１中間周波数に周波数変換され、ミクサ１０６で局部発振器１０５の生成する局部発振信号とミクシングされて第２中間周波数信号に周波数変換され、合成器１１１に入力される。
【０００４】
また、ミクサ１０６から出力される第２中間周波数信号は、ＢＰＦ１０９にも入力され、その出力は各位相検波器１１０に入力される。
【０００５】
複数の追従アンテナ素子１０２で受信された電波は、それぞれ周波数変換器１０４において第１中間周波数に周波数変換され、ミクサ１０８で電圧可変局部発振器１０７の生成する局部発振信号とミクシングされて第２中間周波数信号に周波数変換され、合成器１１１に入力される。
【０００６】
また、ミクサ１０８から出力される第２中間周波数信号は、それぞれＢＰＦ１０９で濾波され、それぞれの位相検波器１１０に入力される。
【０００７】
複数の追従アンテナ素子１０２毎に設けられた位相検波器１１０は、基準アンテナ素子１０１で受信した電波の第２中間周波数成分とそれぞれの追従アンテナ素子１０２で受信した電波の第２中間周波数成分との位相差を検出し、位相差信号を出力する。電圧可変局部発振器１０７は、この位相差信号に応じて発振周波数および位相を制御するようになっている。
【０００８】
このミクサ１０８と電圧可変局部発振器１０７よりなるループにおけるフィードバック制御は、位相検波器１１０より出力される位相差信号がゼロとなる（位相差が無くなる）ように行なわれるようになっているので、フィードバック制御により追従アンテナ素子１０２側のミクサ１０８より出力される第２中間周波数信号と、基準アンテナ素子１０１側のミクサ１０６より出力される第２中間周波数信号との周波数および位相が一致することになる。
【０００９】
ここで、ミクサ１０６より出力される第２中間周波数信号の位相は、基準アンテナ素子１０１で受信される電波の位相に対応し、ミクサ１０８より出力される第２中間周波数信号位相は、追従アンテナ素子１０２で受信される電波の位相に対応するので、位相検波器１１０で検出される位相差は、基準アンテナ素子１０１と追従アンテナ素子１０２とにより受信された電波の位相差、すなわち、電波の到来方向と、基準アンテナ素子１０１および追従アンテナ素子１０２で形成されるビームとのずれに対応していることになる。
【００１０】
したがって、上述したように、位相検波器１１０により検出される位相差がゼロになるようにフィードバック制御を行なうと、基準アンテナ素子１０１および追従アンテナ素子１０２で形成されるビームが電波の到来方向に一致することになる。
【００１１】
このように、従来の自動追尾アンテナ装置は、電子的に制御することにより、アンテナビームを電波の到来方向に自動的に一致させていた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の自動追尾アンテナ装置にあっては、基準アンテナ素子で受信した電波と追従アンテナ素子で受信した電波の位相差を検出し、その位相差がゼロになるようにコントロールするフィードバック制御が必要であるため、回路規模が大きく複雑になるとともに、コストもかかるという問題があった。
【００１３】
そこで、本発明は、フィードバック制御を行なわず、かつ簡易な回路で自動追尾が可能な自動追尾アンテナ装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する第１の発明は、基準アンテナ素子と、該基準アンテナ素子に対して互いに点対称な位置に配置された１組以上の追従アンテナ素子と、前記基準アンテナ素子の受信信号を３逓倍する逓倍器と、前記追従アンテナ素子の受信信号それぞれを前記逓倍器の出力信号とミクシングする第１のミクサと、該第１のミクサの出力信号の高調波成分を除去する第１のローパスフィルターと、該第１のローパスフィルターの出力信号からローカル信号を生成するキャリア再生回路と、前記追従アンテナ素子の受信信号と当該追従アンテナ素子と点対称な位置の前記追従アンテナ素子の受信信号からの前記キャリア再生回路の出力信号をミクシングする第２のミクサと、該第２のミクサの出力信号の高調波成分を除去する第２のローパスフィルターと、前記基準アンテナ素子の受信信号と前記追従アンテナ素子それぞれの前記第２のローパスフィルターの出力信号とを合成する合成器とを備えることを特徴とするものである。
【００１５】
この発明では、基準アンテナ素子の受信信号が３逓倍され、追従アンテナ素子の受信信号とミクシングされ、濾波されて搬送波を再生された信号が、この追従アンテナ素子と点対称の位置にある追従アンテナ素子の受信信号とミクシングされ、濾波されて合成される。したがって、各追従アンテナ素子の基準アンテナ素子との位相差がキャンセルされる。
【００１６】
上記課題を解決する第２の発明は、上記第１の発明の構成に加え、前記基準アンテナ素子及び前記追従アンテナ素子の受信信号を周波数変換する周波数変換器を備えることを特徴とするものである。
【００１７】
この発明では、各アンテナ素子の受信信号が周波数変換されて処理される。したがって、所望の周波数に変換されて処理される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態の自動追尾アンテナ装置を示す図である。
【００１９】
図１において、自動追尾アンテナ装置は、基準アンテナ素子１(0)と、この基準アンテナ素子１(0)に対して点対称となるように配置されたｎ組（２ｎ個）の追従アンテナ素子１(-n)，・・・，１(-1)，１(1)，・・・，１(n)と、各アンテナ素子１で受信した無線周波数信号（ＲＦ信号）を中間周波数信号（ＩＦ信号）に変換する周波数変換器２(-n)，・・・，２(n)と、基準アンテナ素子１(0)のＩＦ信号を３逓倍する逓倍器３と、追従アンテナ素子１(-n)，・・・，１(-1)，１(1)，・・・，１(n)の各ＩＦ信号と逓倍器３の出力信号Ｌ0とをミクシングするミクサ４(-n)，・・・，４(-1)，４(1)，・・・，４(n)と、ミクサ４(-n)，・・・，４(-1)，４(1)，・・・，４(n)がミクシングした信号を濾波するローパスフィルター（ＬＰＦ）５(-n)，・・・，５(-1)，５(1)，・・・，５(n)と、ＬＰＦ５(-n)，・・・，５(-1)，５(1)，・・・，５(n)の出力からローカル信号を生成するキャリア再生回路６(-n)，・・・，６(-1)，６(1)，・・・，６(n)と、キャリア再生回路６(-n)，・・・，６(-1)，６(1)，・・・，６(n)の出力と周波数変換器２(-n)，・・・，２(-1)，２(1)，・・・，２(n)が出力するＩＦ信号とをミクシングするミクサ７(-n)，・・・，７(-1)，７(1)，・・・，７(n)と、ミクサ７(-n)，・・・，７(-1)，７(1)，・・・，７(n)がミクシングした信号を濾波するＬＰＦ８(-n)，・・・，８(-1)，８(1)，・・・，８(n)と、ＬＰＦ８(-n)，・・・，８(-1)，８(1)，・・・，８(n)の出力と基準アンテナ素子１(0)のＩＦ信号を合成する合成器９と、局部発振信号を生成し周波数変換器２に供給する局部発振器１０とを備えている。
【００２０】
このような自動追尾アンテナ装置の動作を説明すると、各アンテナ素子１(-n)，・・・，１(n)で受信した信号は、周波数変換器２(-n)，・・・，２(n)によりＩＦ信号に周波数変換される。それぞれの信号電圧は数１のように表すことができる。
【００２１】
【数１】
0003923354.tif 000002
【００２２】
ここで、e(t)は変調信号、φ１，・・・，φｎは電波の到来方向に起因する基準アンテナ素子１(0)で受信した信号と各追従アンテナ素子１(-n)，・・・，１(-1)，１(1)，・・・，１(n)で受信した信号との位相差である。
【００２３】
数１でも示しているとおり、基準アンテナ素子１(0)に対し互いに点対称な位置の追従アンテナ素子同士の信号電圧（例えば、ｅ1とｅ-1）では、基準アンテナ素子１(0)で受信した信号との位相差が、絶対値が等しく符号が逆という関係にある。なお、θは固定的な位相回転を表す。
【００２４】
基準アンテナ素子１(0)のＩＦ信号ｅ0は、逓倍器３によって数２のように３倍の周波数に逓倍される。
【００２５】
【数２】
0003923354.tif 000003
【００２６】
追従アンテナ素子１(k)（kは-n，・・・，-1，1，・・・，nのうちの任意の数を表す）のＩＦ信号ｅkは分配され、一方はミクサ４(k)で数２のＬ0とミクシングされ数３のように表される。
【００２７】
【数３】
0003923354.tif 000004
【００２８】
この信号からＬＰＦ５(k)により高調波成分を除去すると数４のようになる。
【００２９】
【数４】
0003923354.tif 000005
【００３０】
さらにキャリア再生回路６(k)により数５のようなローカル信号が生成される。
【００３１】
【数５】
0003923354.tif 000006
【００３２】
このＬkを基準アンテナ素子１(0)に対し互いに点対称な位置の追従アンテナ素子１(-k)のＩＦ信号ｅ-kとミクサ７(-k)でミクシングすると数６で表される信号が生成される。
【００３３】
【数６】
0003923354.tif 000007
【００３４】
さらにＬＰＦ８(-k)により濾波することで数７で表されるＩＦ信号ｅ'-kを取り出すことができる。
【００３５】
【数７】
0003923354.tif 000008
【００３６】
このＩＦ信号ｅ'-kは、基準アンテナ素子１(0)のＩＦ信号ｅ０との間の位相差φｋが無くなっているので、合成器９においてｅ'-n，・・・，ｅ'-1，ｅ0，ｅ'1，・・・，ｅ'nは同相合成をすることができ、電波の到来方向に指向性を向けることができる。
【００３７】
電波の到来方向が変化すると、基準アンテナ素子１(0)で受信した信号と各追従アンテナ素子１(-n)，・・・，１(-1)，１(1)，・・・，１(n)で受信した信号との位相差φ１，・・・，φｎは変化するが、常に同相合成されるので、アンテナビームが到来電波を追尾することになる。
【００３８】
次に、ＰＳＫ（Phase Shift Keying：位相シフトキーイング）信号を受信する場合について説明する。
【００３９】
各アンテナ素子１(-n)，・・・，１(n)で受信した信号は、周波数変換器２(-n)，・・・，２(n)によりＩＦ信号に周波数変換される。それぞれの信号電圧は数８のように表すことができる。
【００４０】
【数８】
0003923354.tif 000009
【００４１】
ここで、Ａは信号の振幅、θ(t)は変調信号で、例えばＱＰＳＫ（Quadri-Phase Shift Keying、四相位相変調）の場合はπ/4、3π/4、5π/4、7π/4のいずれかの値をとる。φ１，・・・，φｎは電波の到来方向に起因する基準アンテナ素子１(0)で受信した信号と各追従アンテナ素子１(-n)，・・・，１(-1)，１(1)，・・・，１(n)で受信した信号との位相差である。
【００４２】
数８でも示しているとおり、基準アンテナ素子１(0)に対し互いに点対称な位置の追従アンテナ素子同士の信号電圧（例えば、ｅ1とｅ-1）では、基準アンテナ素子１(0)で受信した信号との位相差が、絶対値が等しく符号が逆という関係にある。なお、ここでは分かりやすくするために固定的な位相回転は省いて表記した。
【００４３】
基準アンテナ素子１(0)のＩＦ信号ｅ0は、逓倍器３によって数９のように３倍の周波数に逓倍される。
【００４４】
【数９】
0003923354.tif 000010
【００４５】
追従アンテナ素子１(k)（kは-n，・・・，-1，1，・・・，nのうちの任意の数を表す）のＩＦ信号ｅkは分配され、一方はミクサ４(k)で数９のＬ0とミクシングされ数１０のように表される。
【００４６】
【数１０】
0003923354.tif 000011
【００４７】
この信号からＬＰＦ５(k)により高調波成分を除去すると数１１のようになる。
【００４８】
【数１１】
0003923354.tif 000012
【００４９】
さらにキャリア再生回路６(k)により数１２のようなローカル信号が生成される。位相変調波のキャリア再生においては、位相の不確定性が考えられるが、パイロット同期などの周知の技術を利用すれば除去することができる。
【００５０】
【数１２】
0003923354.tif 000013
【００５１】
このＬkを基準アンテナ素子１(0)に対し互いに点対称な位置の追従アンテナ素子１(-k)のＩＦ信号ｅ-kとミクサ７(-k)でミクシングすると数１３で表される信号が生成される。
【００５２】
【数１３】
0003923354.tif 000014
【００５３】
さらにＬＰＦ８(-k)により濾波することで数１４で表されるＩＦ信号ｅ'-kを取り出すことができる。
【００５４】
【数１４】
0003923354.tif 000015
【００５５】
このＩＦ信号ｅ'-kは、基準アンテナ素子１(0)のＩＦ信号ｅ0との間の位相差φｋが無くなっているので、合成器９においてｅ'-n，・・・，ｅ'-1，ｅ0，ｅ'1，・・・，ｅ'nは同相合成をすることができ、電波の到来方向に指向性を向けることができる。
【００５６】
電波の到来方向が変化すると、基準アンテナ素子１(0)で受信した信号と各追従アンテナ素子１(-n)，・・・，１(-1)，１(1)，・・・，１(n)で受信した信号との位相差φ１，・・・，φｎは変化するが、常に同相合成されるので、アンテナビームが到来電波を追尾することになる。
【００５７】
なお、本実施形態においては、各アンテナ素子の出力の直後に周波数変換を行い、信号処理を中間周波数で行なったが、本発明はこれに限定されるものではなく、周波数変換を行なわず無線周波数のまま信号処理を行なってもかまわない。
【００５８】
また、アンテナ素子の配列を基準アンテナ素子に対して点対称としたが、基準アンテナ素子を中央に、基準アンテナ素子の両側に一直線に等間隔で配置したり、格子状に等間隔に配置しその一部を使用して基準アンテナ素子及び追従アンテナ素子としてもよい。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、追従アンテナ素子を基準アンテナ素子と点対称に配置し、追従アンテナ素子の受信信号に基準アンテナ素子の受信信号の３逓倍の信号をミクシングし、濾波してローカル信号を生成し、この信号を基準アンテナ素子に対して点対称の位置の追従アンテナ素子の受信信号とミクシングし、濾波した各追従アンテナ素子の信号を基準アンテナ素子の受信信号と合成し出力しているので、各追従アンテナ素子の受信信号と基準アンテナ素子の受信信号との位相差をキャンセルすることができ、簡易な回路で自動追尾可能とすることができる。
【００６０】
また、各アンテナ素子の受信信号を共通の局部発振信号で周波数変換すれば、所望の周波数で同様の処理を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の自動追尾アンテナ装置を示す図であり、その概略ブロック図である。
【図２】従来の自動追尾アンテナ装置を示す図であり、その概略ブロック図である。
【符号の説明】
１(0) 基準アンテナ素子
１(-n)，・・・，１(-1)，１(1)，・・・，１(n) 追従アンテナ素子
２ 周波数変換器
３ 逓倍器
４ ミクサ
５ ローパスフィルター（ＬＰＦ）
６ キャリア再生回路
７ ミクサ
８ ローパスフィルター（ＬＰＦ）
９ 合成器
１０ 局部発振器
１０１   基準アンテナ素子
１０２   追従アンテナ素子
１０３   周波数変換器
１０４   周波数変換器
１０５   局部発振器
１０６   ミクサ
１０７   電圧可変局部発振器
１０８   ミクサ
１０９   バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
１１０   位相検波器
１１１   合成器
【図１】
0003923354.tif 000016
【図２】
0003923354.tif 000017