JP2010147525A

JP2010147525A - アレイアンテナ装置及びアレイアンテナ制御方法

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Publication number: JP2010147525A
Application number: JP2008319263A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Shibata; 貴広柴田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2010-07-01

Abstract

【課題】環境変化によるアンテナ特性の劣化を防止するとともに、小型化が容易なアレイアンテナ装置を提供する。
【解決手段】複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎと、複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎが設けられた場所における環境情報を検出する環境変化検出用センサ３１と、検出された環境情報に基づき、複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々の座標に対する補正値を選択して出力するデータベース４１と、出力された補正値に基づいて複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々の座標を算出するアンテナ素子座標計算回路５１と、算出された複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々の座標に基づき、複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々に対する位相量を制御するための位相コードを算出して出力するアンテナ制御器６１とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、運用環境の変化に対応可能な搭載用のアレイアンテナ装置及びアレイアンテナ制御方法に関する。

従来の搭載用アレイアンテナ装置は、複数のアンテナ素子により構成されるアンテナ部と、各アンテナ素子に入力される制御信号の位相を変化させてアンテナ波面の形成を制御するアンテナ制御器とを備える。具体的には、アンテナ制御器は、各アンテナ素子に入力される制御信号の位相を変化させるための位相コード情報を算出して出力する。また、アンテナ部は、アンテナ制御器により算出された位相コード情報に基づいて各アンテナ素子の位相量（角度）を読み取るとともに各アンテナ素子に対して制御信号の位相を変化させるアンテナ制御モジュールを有する。複数のアンテナ素子は、入力された制御信号の位相量に基づいて電波を放出し、空間合成された当該電波を所定の方向に照射する。

アンテナ制御器は、内部にアンテナ素子座標記憶回路を有しており、運用開始前において予めアンテナ素子座標情報を記憶している。これにより、アンテナ制御器は、運用時において、所望する電波照射方向の情報と予め記憶されているアンテナ素子座標情報とを用いて、アンテナ素子を制御するための位相コードを計算し、計算結果に基づく位相コード情報を出力することができる。

特許文献１には、アンテナ自身の変形によりアンテナ性能が劣化しないフェーズドアレイアンテナが記載されている。このフェーズドアレイアンテナは、複数の素子アンテナと、素子アンテナに接続された移相器と、複数の移相器に給電する給電回路と、移相器に所望のビームを形成するために設定する移相量を演算する位相演算器と、アンテナ表面に配置されてアンテナ表面の歪み量に応じて信号を出力する信号出力素子と、信号出力素子からの信号により歪み量を検出する歪み検出装置と、歪み量より素子アンテナ座標の偏移量を求める素子座標誤差検出器と、素子座標誤差検出器により得られた素子アンテナ座標偏移量を補正する素子座標補正回路とを備えている。

このフェーズドアレイアンテナにおいて、アンテナに変形が生じた場合に、アンテナに内蔵された圧電素子により変形量に応じた信号が歪み検出装置へ出力され、歪み検出装置は、アンテナの変形量を検出する。当該アンテナ変形量は、素子座標誤差検出装置により圧電素子と各素子アンテナの相対位置関係に基づいてデータ補間され個々の素子アンテナ座標における素子座標誤差として求められる。この素子座標誤差は、位相演算器に入力され、素子座標データと素子座標補正回路とにより加算され各移相器に設定する移相量演算回路に入力され、補正された素子座標データに基づいて各移相器へ設定すべき移相量を演算する。

したがって、このフェーズドアレイアンテナによれば、アンテナが変形した状態でも所望のアンテナ性能を得ることができる。
特開２００２−１２４８１７号公報

複数のアンテナ素子により構成されるアレイアンテナは、周囲の環境の変化により変形し、各アンテナ素子の座標が変化することが考えられる。例えば、複数のアンテナ素子を基板上に設置したアレイアンテナ装置を航空機等に搭載した場合には、アンテナ素子周囲における温度や気圧等の環境が変わることによって基板が変形し、各アンテナ素子の座標は、本来の座標位置からずれてしまう。

アレイアンテナ装置が備えるアンテナ制御器は、上述したように、所望する電波照射方向の情報と予め記憶されているアンテナ素子座標情報とに基づいてアンテナ素子を制御するための位相コードを算出するため、運用環境（温度、気圧等）の変化によりアンテナ素子の座標が変化すると、予め記憶しているアンテナ素子座標情報と実際のアンテナ素子の座標との間にずれが生じ、位相コードの計算結果が誤差を含むものとなる。

したがって、従来のアレイアンテナ装置は、運用環境の変化により照射する電波のアンテナ波面が従来想定していたアンテナ波面に対してずれてしまい、結果としてアンテナの特性が劣化するという問題がある。また、特許文献１に記載されたフェーズドアレイアンテナは、アンテナ形状の歪みを検出するために、アンテナ表面あるいは内部に検出用の圧電素子を直接取り付ける必要があり、スペースの制約がある場合には実現が困難であるという問題がある。特に、アンテナ形状の歪みによる各アンテナ素子に対する影響を詳細に検出するためには、多くの歪み検出用圧電素子とそれに伴う配線とを必要とし、スペースをとるとともに装置の小型化に対する障害となってしまう。

本発明は上述した従来技術の問題点を解決するもので、環境変化によるアンテナ特性の劣化を防止するとともに、小型化が容易なアレイアンテナ装置を提供することを課題とする。

本発明に係るアレイアンテナ装置は、上記課題を解決するために、複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子が設けられた場所における環境情報を検出するセンサと、前記センサにより検出された環境情報に基づき、前記複数のアンテナ素子の各々の座標に対する補正値を選択して出力する補正部と、前記補正部により出力された補正値に基づいて前記複数のアンテナ素子の各々の座標を算出する座標算出部と、前記座標算出部により算出された前記複数のアンテナ素子の各々の座標に基づき、前記複数のアンテナ素子の各々に対する位相量を制御するための位相コードを算出して出力する制御部とを備えることを特徴とする。

本発明に係るアレイアンテナ制御方法は、上記課題を解決するために、複数のアンテナ素子が設けられた場所における環境情報を検出する検出ステップと、前記検出ステップにより検出された環境情報に基づき、前記複数のアンテナ素子の各々の座標に対する補正値を選択して出力する補正ステップと、前記補正ステップにより出力された補正値に基づいて前記複数のアンテナ素子の各々の座標を算出する座標算出ステップと、前記座標算出ステップにより算出された前記複数のアンテナ素子の各々の座標に基づき、前記複数のアンテナ素子の各々に対する位相量を制御するための位相コードを算出して出力する制御ステップとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、環境変化によるアンテナ特性の劣化を防止するとともに、小型化を容易に実現することができる。

以下、本発明のアレイアンテナ装置及びアレイアンテナ制御方法の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。

最初に本発明の実施例１のアレイアンテナ装置１１の構成について説明する。図１は、本発明の実施例１のアレイアンテナ装置１１の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本発明のアレイアンテナ装置１１は、アンテナ部２１と、環境変化検出用センサ３１と、データベース４１と、アンテナ素子座標計算回路５１と、アンテナ制御器６１とから構成される。

アンテナ部２１は、複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎから構成されている。すなわち、図１のアンテナ部２１は、ｎ個のアンテナ素子を有するように構成されているが、ｎはいくつでもよい。複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々は、例えば１枚の基板上に設置され、後述するアンテナ制御器６１に接続されている。アレイアンテナ装置１１は、アンテナ部２１を用いて電波の送受信を行う。

環境変化検出用センサ３１は、本発明のセンサに対応し、複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎが設けられた場所における環境情報を検出する。具体的には、環境変化検出用センサ３１は、環境情報として、複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎが設けられた場所における温度、若しくは気圧、あるいはその両方を検出する。また、アンテナ部２１の形状に影響を与える環境因子が他にある場合には、環境変化検出用センサ３１は、当該環境因子を検出するものとしてもよい。

また、環境変化検出用センサ３１は、アンテナ部２１が設置された場所における環境情報を検出できればよいため、必ずしも検出・測定に使用する素子等をアンテナ部２１に近接して設置する必要はなく、問題無い程度に離して設置することも可能である。

データベース４１は、運用環境変化時におけるアンテナ形状変化の情報を保持している。ここで、データベース４１は、本発明の補正部に対応し、環境変化検出用センサ３１により検出された環境情報に基づき、複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々の座標に対する補正値を選択して出力する。具体的には、データベース４１は、予め環境情報に対応する補正値を記憶しており、環境変化検出用センサ３１により検出された環境情報に応じた補正値を読み出して出力する。この補正値は、予め温度や気圧等の環境変化に応じてアンテナ部２１の形状が変化することにより、各アンテナ素子の座標がどの程度変化するかを実験等で調べた上で、データベース４１に予め記憶しておく。なお、各アンテナ素子の座標は、Ｘ，Ｙ座標の２次元により表されるものでもよいし、Ｘ，Ｙ，Ｚ座標の３次元により表されるものでもよい。

データベース４１は、予め記憶する環境情報と補正値との対応関係として、様々な態様が考えられる。例えば、環境情報は温度に関するものとし、さらに各アンテナ素子の座標は、Ｘ，Ｙ座標の２次元により表されているものとして、以下に例を挙げる。まず、１つ目は、環境情報として今回測定した温度Ｔを使用しており、補正値として現在の温度Ｔに対応した補正値を使用する場合である。２つ目は、環境情報として前回測定した温度Ｔ_１と今回測定した温度Ｔ_２との間の変化分ΔＴ（＝Ｔ_２−Ｔ_１）を使用し、補正値として温度の変化分ΔＴに対応した補正値を使用する場合である。また、３つ目として、環境情報として今回測定した温度Ｔを使用し、補正値として今回測定した温度Ｔに対応した補正値により算出済のアンテナ素子座標を使用する場合が考えられる。

３つ目の方法を使用する場合には、データベース４１は、厳密には、補正値ではなく補正済のアンテナ素子座標を記憶していることになるが、補正値を使用して予めアンテナ素子座標を算出して記憶しておくことになるので、１つ目の方法の変形バージョンであるといえる。

アンテナ素子座標計算回路５１は、本発明の座標算出部に対応し、データベース４１により出力された補正値に基づいて、複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々の座標を算出する。具体的には、アンテナ素子座標計算回路５１は、後述するアンテナ素子座標記憶回路６２から現在の値として記憶されているアンテナ素子座標を読み出し、データベース４１により出力された補正値を当該アンテナ素子座標に加算することにより、複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々の座標を算出する。その後、アンテナ素子座標計算回路５１は、算出結果をアンテナ素子座標記憶回路６２に送信して、アンテナ素子座標記憶回路６２に記憶されたアンテナ素子座標を上書きする。

なお、アンテナ素子座標計算回路５１の厳密な動作は、上述したデータベース４１の３つの記憶態様により異なるものとなるが、厳密な動作については後述する。

アンテナ制御器６１は、本発明の制御部に対応し、アンテナ素子座標計算回路５１により算出された複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々の座標に基づき、複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々に対する位相量を制御するための位相コードを算出して出力する。具体的には、アンテナ制御器６１は、アンテナ素子座標計算回路５１により算出された複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々の座標を記憶するためのアンテナ素子座標記憶回路６２を有しており、当該アンテナ素子座標記憶回路６２に記憶された複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々の座標に基づき、複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々に対する位相量を制御するための位相コードを算出して出力する。

図２は、本発明の実施例１のアレイアンテナ装置１１のアンテナ部２１に使用されるアンテナ基板７０の座標系を示す図である。複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々は、アンテナ基板７０上に配置されているものとする。

図２のアンテナ基板７０をＸ−Ｙ平面とした場合に各アンテナ素子座標がＸ，Ｙ座標の２次元により表されているとすると、位相コードは、例えば次式により表される。

φ（ｉ）＝２πｆ／Ｃ×（ｃｏｓ（θＥＬ）×ｓｉｎ（θＡＺ）×Ｘ（ｉ）＋ｓｉｎ（θＥＬ）×Ｙ（ｉ）） …（１）
また、各アンテナ素子座標がＸ，Ｙ，Ｚ座標の３次元により表されているとすると、位相コードは、例えば次式により表される。

φ（ｉ）＝２πｆ／Ｃ×（Ｘ（ｉ）×ｃｏｓ（θＥＬ）×ｓｉｎ（θＡＺ）＋Ｙ（ｉ）×ｓｉｎ（θＥＬ）＋Ｚ（ｉ）×ｃｏｓ（θＥＬ）×ｃｏｓ（θＡＺ）） …（２）
ここで、φ（ｉ）は、アンテナ素子ｉの位相コードである。ｆは、周波数である。Ｃは、光速である。θＥＬは、ＥＬ方向電波照射角である。θＡＺは、ＡＺ方向電波照射角である。Ｘ（ｉ）は、アンテナ素子ｉのＸ座標である。Ｙ（ｉ）は、アンテナ素子ｉのＹ座標である。Ｚ（ｉ）は、アンテナ素子ｉのＺ座標である。

アンテナ制御器６１は、算出した位相コードを位相コード情報（ビット情報）としてアンテナ部２１に対して出力する。アンテナ部２１内部の図示されないアンテナ制御モジュールは、入力された位相コード情報に基づき、電波照射方向に対する各アンテナ素子の位相量（角度）を読み取り、各アンテナ素子に対して位相量の設定を行う。各アンテナ素子は、設定された位相量に基づいて電波を放出し、空間合成された当該電波を所定の方向（電波照射方向）に照射する。

なお、アンテナ制御器６１は、例えば図示されない外部機器等に接続されており、作業者による外部操作や任意のプログラム等に基づいて電波照射方向が決定される。

また、本実施例のアレイアンテナ装置１１内において新規な構成は、環境変化検出用センサ３１、データベース４１、及びアンテナ素子座標計算回路５１であり、本発明のポイントとなる部分である。アンテナ部２１及びアンテナ制御器６１は、従来から存在する構成であり、新規な構成ではない。

次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。まず、環境変化検出用センサ３１は、複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎが設けられた場所における環境情報を所定時間毎に検出する。これは、本発明の検出ステップに対応する。ここでは、環境変化検出用センサ３１は、環境情報として、複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎが設けられた場所における温度を検出するものとする。

データベース４１は、環境変化検出用センサ３１により検出された環境情報（温度）に基づき、複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々の座標に対する補正値を選択して出力する。これは、本発明の補正ステップに対応する。ここで、データベース４１に予め記憶される環境情報（温度）と補正値との対応関係は、上述したように様々な態様が考えられるため、例として挙げた３つの態様のそれぞれの場合における動作を説明する。

図３は、本発明の実施例１のアレイアンテナ装置１１のデータベース４１に予め記憶された環境情報と補正値との対応関係を示す図である。１つ目の場合として、図３（ａ）に示すように、データベース４１は、環境情報としての温度Ｔと、温度Ｔに対応するＸ，Ｙ軸の各々に対する補正値とを記憶しているものとする。なお、最初の各アンテナ素子周辺の温度は２０℃であり、アンテナ制御器６１内のアンテナ素子座標記憶回路６２には、２０℃の場合のアンテナ素子ｉの座標として、（Ｘ_１１（ｉ），Ｙ_１１（ｉ））が記憶されているものとする。

アレイアンテナ装置１１を搭載した航空機が高度を上げる等により周囲の温度が下がっていき、環境変化検出用センサ３１により検出された環境情報としての温度Ｔが０℃であったとする。この場合に、データベース４１は、補正値として（ΔＸ_２（ｉ），ΔＹ_２（ｉ））を出力する。

アンテナ素子座標計算回路５１は、データベース４１により出力された補正値に基づいて、複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々の座標を算出する。これは、本発明の座標算出ステップに対応する。具体的には、アンテナ素子座標計算回路５１は、アンテナ素子座標記憶回路６２から現在の値として記憶されているアンテナ素子座標（Ｘ_１１（ｉ），Ｙ_１１（ｉ））を読み出し、データベース４１により出力された補正値（ΔＸ_２（ｉ），ΔＹ_２（ｉ））を当該アンテナ素子座標に加算する。アンテナ座標計算回路５１は、このようにして算出した複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々の座標（Ｘ_１１（ｉ）＋ΔＸ_２（ｉ），Ｙ_１１（ｉ）＋ΔＹ_２（ｉ））をアンテナ素子座標記憶回路６２に送信して、アンテナ素子座標記憶回路６２に記憶されたアンテナ素子座標を上書きする。したがって、アンテナ素子座標記憶回路６２は、（Ｘ_１１（ｉ）＋ΔＸ_２（ｉ），Ｙ_１１（ｉ）＋ΔＹ_２（ｉ））を現在のアンテナ素子ｉの座標として記憶する。

アンテナ制御器６１は、アンテナ素子座標計算回路５１により算出された複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々の座標に基づき、複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々に対する位相量を制御するための位相コードを算出して出力する。これは、本発明の制御ステップに対応する。具体的には、アンテナ制御器６１は、アンテナ素子座標記憶回路６２に記憶された複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々の座標（Ｘ_１１（ｉ）＋ΔＸ_２（ｉ），Ｙ_１１（ｉ）＋ΔＹ_２（ｉ））に基づき、複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々に対する位相量を制御するための位相コードを算出して出力する。位相コードの算出については、上述した通りである。

さらにアレイアンテナ装置１１を搭載した航空機が高度を上げ、環境変化検出用センサ３１により検出された環境情報としての温度Ｔが−２０℃であったとする。この場合に、データベース４１は、補正値として（−ΔＸ_２（ｉ）＋ΔＸ_４（ｉ），−ΔＹ_２（ｉ）＋ΔＹ_４（ｉ））を出力する。すなわち、データベース４１は、前回測定の際の温度に対応する補正値を引算するとともに今回測定の際の温度に対応する補正値を加算した値を最終的な補正値としてアンテナ素子座標計算回路５１に出力する。

アンテナ素子座標計算回路５１は、アンテナ素子座標記憶回路６２から現在の値として記憶されているアンテナ素子座標（Ｘ_１１（ｉ）＋ΔＸ_２（ｉ），Ｙ_１１（ｉ）＋ΔＹ_２（ｉ））を読み出し、データベース４１により出力された補正値（−ΔＸ_２（ｉ）＋ΔＸ_４（ｉ），−ΔＹ_２（ｉ）＋ΔＹ_４（ｉ））を当該アンテナ素子座標に加算する。アンテナ座標計算回路５１は、このようにして算出した複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々の座標（Ｘ_１１（ｉ）＋ΔＸ_４（ｉ），Ｙ_１１（ｉ）＋ΔＹ_４（ｉ））をアンテナ素子座標記憶回路６２に送信して、アンテナ素子座標記憶回路６２に記憶されたアンテナ素子座標を上書きする。したがって、アンテナ素子座標記憶回路６２は、（Ｘ_１１（ｉ）＋ΔＸ_４（ｉ），Ｙ_１１（ｉ）＋ΔＹ_４（ｉ））を現在のアンテナ素子ｉの座標として記憶する。

アンテナ制御器６１は、アンテナ素子座標記憶回路６２に記憶された複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々の座標（Ｘ_１１（ｉ）＋ΔＸ_４（ｉ），Ｙ_１１（ｉ）＋ΔＹ_４（ｉ））に基づき、複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々に対する位相量を制御するための位相コードを算出して出力する。以下、本発明のアレイアンテナ装置１１は、同様の動作を繰り返す。

なお、データベース４１は、補正値を選択する際に、最適と考えられる値を選択するものとする。したがって、例えば環境変化検出用センサ３１により検出された温度が３℃であった場合には、データベース４１は、３℃に最も近い値である０℃に対応する補正値を選択するものとする。

次に、２つ目の場合として、図３（ｂ）に示すように、データベース４１は、環境情報としての温度変化分ΔＴと、温度の変化分ΔＴに対応するＸ，Ｙ軸の各々に対する補正値とを記憶しているものとする。なお、アンテナ制御器６１内のアンテナ素子座標記憶回路６２には、先ほどと同様に２０℃の場合のアンテナ素子ｉの座標として、（Ｘ_１１（ｉ），Ｙ_１１（ｉ））が記憶されているものとする。

アレイアンテナ装置１１を搭載した航空機が高度を上げる等により周囲の温度が下がっていき、環境変化検出用センサ３１により検出された環境情報としての温度Ｔが０℃であったとする。この場合に、温度の変化分が−２０℃であるため、データベース４１は、補正値として（ΔＸ_９（ｉ），ΔＹ_９（ｉ））を出力する。なお、温度の変化分を算出するにあたり、前回の温度を記憶しておく必要があるが、環境変化検出用センサ３１が記憶してもよいし、データベース４１が記憶してもよい。

アンテナ素子座標計算回路５１は、データベース４１により出力された補正値に基づいて、複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々の座標を算出する。具体的には、アンテナ素子座標計算回路５１は、アンテナ素子座標記憶回路６２から現在の値として記憶されているアンテナ素子座標（Ｘ_１１（ｉ），Ｙ_１１（ｉ））を読み出し、データベース４１により出力された補正値（ΔＸ_９（ｉ），ΔＹ_９（ｉ））を当該アンテナ素子座標に加算する。アンテナ座標計算回路５１は、このようにして算出した複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々の座標（Ｘ_１１（ｉ）＋ΔＸ_９（ｉ），Ｙ_１１（ｉ）＋ΔＹ_９（ｉ））をアンテナ素子座標記憶回路６２に送信して、アンテナ素子座標記憶回路６２に記憶されたアンテナ素子座標を上書きする。したがって、アンテナ素子座標記憶回路６２は、（Ｘ_１１（ｉ）＋ΔＸ_９（ｉ），Ｙ_１１（ｉ）＋ΔＹ_９（ｉ））を現在のアンテナ素子ｉの座標として記憶する。

アンテナ制御器６１は、アンテナ素子座標記憶回路６２に記憶された複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々の座標（Ｘ_１１（ｉ）＋ΔＸ_９（ｉ），Ｙ_１１（ｉ）＋ΔＹ_９（ｉ））に基づき、複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々に対する位相量を制御するための位相コードを算出して出力する。

さらにアレイアンテナ装置１１を搭載した航空機が高度を上げ、環境変化検出用センサ３１により検出された環境情報としての温度Ｔが−２０℃であったとする。この場合に、温度の変化分が−２０℃であるため、データベース４１は、補正値として（ΔＸ_９（ｉ），ΔＹ_９（ｉ））を出力する。

アンテナ素子座標計算回路５１は、アンテナ素子座標記憶回路６２から現在の値として記憶されているアンテナ素子座標（Ｘ_１１（ｉ）＋ΔＸ_９（ｉ），Ｙ_１１（ｉ）＋ΔＹ_９（ｉ））を読み出し、データベース４１により出力された補正値（ΔＸ_９（ｉ），ΔＹ_９（ｉ））を当該アンテナ素子座標に加算する。アンテナ座標計算回路５１は、このようにして算出した複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々の座標（Ｘ_１１（ｉ）＋ΔＸ_９（ｉ）＋ΔＸ_９（ｉ），Ｙ_１１（ｉ）＋ΔＹ_９（ｉ）＋ΔＹ_９（ｉ））をアンテナ素子座標記憶回路６２に送信して、アンテナ素子座標記憶回路６２に記憶されたアンテナ素子座標を上書きする。したがって、アンテナ素子座標記憶回路６２は、（Ｘ_１１（ｉ）＋ΔＸ_９（ｉ）＋ΔＸ_９（ｉ），Ｙ_１１（ｉ）＋ΔＹ_９（ｉ）＋ΔＹ_９（ｉ））を現在のアンテナ素子ｉの座標として記憶する。

アンテナ制御器６１は、アンテナ素子座標記憶回路６２に記憶された複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々の座標（Ｘ_１１（ｉ）＋ΔＸ_９（ｉ）＋ΔＸ_９（ｉ），Ｙ_１１（ｉ）＋ΔＹ_９（ｉ）＋ΔＹ_９（ｉ））に基づき、複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々に対する位相量を制御するための位相コードを算出して出力する。以下、本発明のアレイアンテナ装置１１は、同様の動作を繰り返す。

次に、３つ目の場合として、図３（ｃ）に示すように、データベース４１は、環境情報としての温度Ｔと、温度Ｔに対応するＸ，Ｙ軸の各々に対する補正済の座標とを記憶しているものとする。なお、アンテナ制御器６１内のアンテナ素子座標記憶回路６２には、先ほどと同様に２０℃の場合のアンテナ素子ｉの座標として、（Ｘ_１１（ｉ），Ｙ_１１（ｉ））が記憶されているものとする。

アレイアンテナ装置１１を搭載した航空機が高度を上げる等により周囲の温度が下がっていき、環境変化検出用センサ３１により検出された環境情報としての温度Ｔが０℃であったとする。この場合に、データベース４１は、補正済の座標として（Ｘ_１３（ｉ），Ｙ_１３（ｉ））を出力する。

アンテナ素子座標計算回路５１は、データベース４１により出力された補正値に基づいて、複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々の座標を算出する。具体的には、アンテナ素子座標計算回路５１は、データベース４１により出力された補正済の座標（Ｘ_１３（ｉ），Ｙ_１３（ｉ））を出力する。すなわち、アンテナ座標計算回路５１は、アンテナ素子座標記憶回路６２から現在の値を読み出す必要が無く、このようにして算出した複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々の座標（Ｘ_１３（ｉ），Ｙ_１３（ｉ））をアンテナ素子座標記憶回路６２に送信して、アンテナ素子座標記憶回路６２に記憶されたアンテナ素子座標を上書きする。したがって、アンテナ素子座標記憶回路６２は、（Ｘ_１３（ｉ），Ｙ_１３（ｉ））を現在のアンテナ素子ｉの座標として記憶する。

アンテナ制御器６１は、アンテナ素子座標記憶回路６２に記憶された複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々の座標（Ｘ_１３（ｉ），Ｙ_１３（ｉ））に基づき、複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々に対する位相量を制御するための位相コードを算出して出力する。

さらにアレイアンテナ装置１１を搭載した航空機が高度を上げ、環境変化検出用センサ３１により検出された環境情報としての温度Ｔが−２０℃であったとする。この場合に、データベース４１は、補正済の座標として（ΔＸ_１５（ｉ），ΔＹ_１５（ｉ））を出力する。

アンテナ素子座標計算回路５１は、データベース４１により出力された補正済の座標（ΔＸ_１５（ｉ），ΔＹ_１５（ｉ））を出力する。アンテナ素子座標計算回路５１は、このようにして算出した複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々の座標（ΔＸ_１５（ｉ），ΔＹ_１５（ｉ））をアンテナ素子座標記憶回路６２に送信して、アンテナ素子座標記憶回路６２に記憶されたアンテナ素子座標を上書きする。したがって、アンテナ素子座標記憶回路６２は、（ΔＸ_１５（ｉ），ΔＹ_１５（ｉ））を現在のアンテナ素子ｉの座標として記憶する。

アンテナ制御器６１は、アンテナ素子座標記憶回路６２に記憶された複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々の座標（ΔＸ_１５（ｉ），ΔＹ_１５（ｉ））に基づき、複数のアンテナ素子２２−１，２２−２，２２−３，…，２２−ｎの各々に対する位相量を制御するための位相コードを算出して出力する。以下、本発明のアレイアンテナ装置１１は、同様の動作を繰り返す。

上述のとおり、本発明の実施例１の形態に係るアレイアンテナ装置１１によれば、環境変化によるアンテナ特性の劣化を防止するとともに、小型化が容易なアレイアンテナ装置１１を実現することができる。

すなわち、従来のアレイアンテナ装置は、運用環境の変化により照射する電波のアンテナ波面が従来想定していたアンテナ波面に対してずれてしまい、結果としてアンテナの特性が劣化するという問題があった。しかしながら、本発明のアレイアンテナ装置１１は、運用環境が変化した場合において、自己の装置内の環境変化に関する情報に基づき、運用開始前にアンテナ素子座標記憶回路６２に記憶されたアンテナ素子座標情報を最新のものに書き換えることができるので、アンテナ制御器６１が最新のアンテナ素子座標情報を用いてアンテナ素子を制御するための位相コードを再計算を行う。その結果として、位相コードの計算結果の誤差が減り、アンテナ波面のずれが小さくなるため、本発明のアレイアンテナ装置１１は、装置の搭載環境に影響されず、アンテナとしての特性を維持することができる。

また、本発明のアレイアンテナ装置１１は、アンテナ部２１周囲の環境を調べるために必要な距離内で環境変化検出用センサ３１を設置すればよいため、特許文献１に記載されたフェーズドアレイアンテナのように、アンテナ形状の歪みを検出するために、アンテナ表面あるいは内部に検出用の圧電素子を直接取り付ける必要が無く、それに伴う多数の配線も必要としない。したがって、本発明のアレイアンテナ装置１１は、装置の小型化を容易に行うことができる。

本発明に係るアレイアンテナ装置は、環境の変化が予測される航空機等に搭載されるアレイアンテナ装置に利用可能である。

本発明の実施例１の形態のアレイアンテナ装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施例１の形態のアレイアンテナ装置のアンテナ部に使用されるアンテナ基板の座標系を示す図である。本発明の実施例１の形態のアレイアンテナ装置のデータベースに予め記憶された環境情報と補正値との対応関係を示す図である。

符号の説明

１１アレイアンテナ装置
２１アンテナ部
２２アンテナ素子
３１環境変化検出用センサ
４１データベース
５１アンテナ素子座標計算回路
６１アンテナ制御器
６２アンテナ素子座標記憶回路
７０アンテナ基板

Claims

複数のアンテナ素子と、
前記複数のアンテナ素子が設けられた場所における環境情報を検出するセンサと、
前記センサにより検出された環境情報に基づき、前記複数のアンテナ素子の各々の座標に対する補正値を選択して出力する補正部と、
前記補正部により出力された補正値に基づいて前記複数のアンテナ素子の各々の座標を算出する座標算出部と、
前記座標算出部により算出された前記複数のアンテナ素子の各々の座標に基づき、前記複数のアンテナ素子の各々に対する位相量を制御するための位相コードを算出して出力する制御部と、
を備えることを特徴とするアレイアンテナ装置。
前記センサは、環境情報として前記複数のアンテナ素子が設けられた場所における温度を検出することを特徴とする請求項１記載のアレイアンテナ装置。
前記センサは、環境情報として前記複数のアンテナ素子が設けられた場所における気圧を検出することを特徴とする請求項１記載のアレイアンテナ装置。
複数のアンテナ素子が設けられた場所における環境情報を検出する検出ステップと、
前記検出ステップにより検出された環境情報に基づき、前記複数のアンテナ素子の各々の座標に対する補正値を選択して出力する補正ステップと、
前記補正ステップにより出力された補正値に基づいて前記複数のアンテナ素子の各々の座標を算出する座標算出ステップと、
前記座標算出ステップにより算出された前記複数のアンテナ素子の各々の座標に基づき、前記複数のアンテナ素子の各々に対する位相量を制御するための位相コードを算出して出力する制御ステップと、
を備えることを特徴とするアレイアンテナ制御方法。