JP7560332B2

JP7560332B2 - アレイアンテナ校正装置、アレイアンテナ装置及びアレイアンテナ校正プログラム

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Publication number: JP7560332B2
Application number: JP2020192363A
Authority: JP
Inventors: 俊紀工藤
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Priority date: 2020-11-19
Filing date: 2020-11-19
Publication date: 2024-10-02
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Also published as: JP2022081062A

Description

本開示は、フェーズドアレイアンテナを校正する技術に関する。

フェーズドアレイアンテナを用いて、ビーム指向性を調整する技術が、特許文献１、２等に開示されている。特許文献１では、アナログ方式のアレイアンテナ装置が開示されている。特許文献２では、フルデジタル方式のアレイアンテナ装置が開示されている。

従来技術のアナログ方式のアレイアンテナ装置の構成を図１に示す。アレイアンテナ装置Ａは、アレイアンテナ１及びアレイアンテナ校正装置２を備える。

アレイアンテナ１－１の送信時について説明する。送受信部１５－１は、送信信号を出力する。合分波部１４－１は、送信信号を分波する。アナログ位相調整部１３－１１、１３－１２、１３－１３、・・・、１３－１Ｎは、制御部１６－１の制御を受けて、送信信号の位相を調整する。アナログ振幅調整部１２－１１、１２－１２、１２－１３、・・・、１２－１Ｎは、制御部１６－１の制御を受けて、送信信号の振幅を調整する。アンテナ素子１１－１１、１１－１２、１１－１３、・・・、１１－１Ｎは、送信信号を送信する。

アレイアンテナ１－１の受信時について説明する。アンテナ素子１１－１１、１１－１２、１１－１３、・・・、１１－１Ｎは、受信信号を受信する。アナログ振幅調整部１２－１１、１２－１２、１２－１３、・・・、１２－１Ｎは、制御部１６－１の制御を受けて、受信信号の振幅を調整する。アナログ位相調整部１３－１１、１３－１２、１３－１３、・・・、１３－１Ｎは、制御部１６－１の制御を受けて、受信信号の位相を調整する。合分波部１４－１は、受信信号を合波する。送受信部１５－１は、受信信号を出力する。

従来技術のフルデジタル方式のアレイアンテナ装置の構成を図２に示す。アレイアンテナ装置Ｆは、アレイアンテナ３及びアレイアンテナ校正装置４を備える。

アレイアンテナ３－１の送信時について説明する。デジタル信号処理部３４－１は、アンテナ素子毎に送信信号の位相及び振幅を調整する。Ａ／Ｄ部３３－１１、３３－１２、３３－１３、・・・、３３－１Ｎは、送信信号をＤ／Ａ変換する。送受信部３２－１１、３２－１２、３２－１３、・・・、３２－１Ｎは、送信信号を出力する。アンテナ素子３１－１１、３１－１２、３１－１３、・・・、３１－１Ｎは、送信信号を送信する。

アレイアンテナ３－１の受信時について説明する。アンテナ素子３１－１１、３１－１２、３１－１３、・・・、３１－１Ｎは、受信信号を受信する。送受信部３２－１１、３２－１２、３２－１３、・・・、３２－１Ｎは、受信信号を出力する。Ａ／Ｄ部３３－１１、３３－１２、３３－１３、・・・、３３－１Ｎは、受信信号をＡ／Ｄ変換する。デジタル信号処理部３４－１は、アンテナ素子毎に受信信号の位相及び振幅を調整する。

特開２０１９－０２２２２９号公報特開２０１９－０５２９７６号公報

ところで、フェーズドアレイアンテナの各アンテナ素子の放射電界の振幅特性が個体差に応じて異なるならば、フェーズドアレイアンテナの放射電界の所望特性が得られない可能性がある。そこで、フェーズドアレイアンテナの各アンテナ素子の放射電界の振幅特性を一致させるように、各アンテナ素子の振幅補正量を算出する必要がある。

図１に示したアナログ方式のアレイアンテナ装置Ａが備えるアレイアンテナ校正装置２について説明する。振幅補正量算出部２１は、近傍界測定法等による放射電界の相対値測定方法を用いて、アンテナ素子１１－１１、１１－１２、１１－１３、・・・、１１－１Ｎの放射電界の振幅特性を一致させるように、アンテナ素子１１－１１、１１－１２、１１－１３、・・・、１１－１Ｎの振幅補正量を算出する。制御部１６－１は、アナログ振幅調整部１２－１１、１２－１２、１２－１３、・・・、１２－１Ｎに対して、アンテナ素子１１－１１、１１－１２、１１－１３、・・・、１１－１Ｎの振幅補正量を反映させる。

図１に示した指向性調整及びアンテナ校正において、アレイアンテナ装置Ａは、回路構成を簡素にすることができ、コストを低減することができる。しかし、アナログ振幅調整部１２－１１、１２－１２、１２－１３、・・・、１２－１Ｎは、装置構成の簡素化を図るためにデジタル制御可能なステップアッテネータを利用することが多く、その素子性能（最大減衰量及びステップ幅）により、校正可能な値に制限が発生する。そして、アナログ振幅調整部１２－１１、１２－１２、１２－１３、・・・、１２－１Ｎは、振幅補正量の絶対値が大きくなるほど、デバイス起因の位相誤差が大きくなる傾向があるため、アレイアンテナ装置Ａの校正精度低下を招く一つの要因となる。

図２に示したフルデジタル方式のアレイアンテナ装置Ｆが備えるアレイアンテナ校正装置４について説明する。振幅補正量算出部４１は、近傍界測定法等による放射電界の相対値測定方法を用いて、アンテナ素子３１－１１、３１－１２、３１－１３、・・・、３１－１Ｎの放射電界の振幅特性を一致させるように、アンテナ素子３１－１１、３１－１２、３１－１３、・・・、３１－１Ｎの振幅補正量を算出する。デジタル信号処理部３４－１は、アンテナ素子３１－１１、３１－１２、３１－１３、・・・、３１－１Ｎの振幅補正量を反映させる。

図２に示した指向性調整及びアンテナ校正において、デジタル信号処理部３４－１は、一般的にＡＤＣ及びＤＡＣのビット数がアナログのステップアッテネータと比較して非常に大きくなるため、振幅補正の分解能を向上させることができる。また、ＡＤＣ及びＤＡＣのダイナミックレンジの広さから、振幅補正の可能なレンジも大きく向上する。そして、デジタル信号処理部３４－１は、振幅補正量の絶対値が大きくなっても、デバイス起因の位相誤差がアナログのステップアッテネータと比較して小さくなるため、アレイアンテナ装置Ｆの校正精度を向上させることができる。しかし、アレイアンテナ装置Ｆは、回路構成を簡素にすることが困難であり、コストを低減することができない。

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、フェーズドアレイアンテナの各アンテナ素子の放射電界の振幅特性を一致させるように、各アンテナ素子の振幅補正量を算出するにあたり、回路構成の簡素化、コストの低減、振幅補正の可能なレンジの拡大、振幅補正の分解能の向上及びデバイス起因の位相誤差の低減を両立させることを目的とする。

前記課題を解決するために、ハイブリッド方式のアレイアンテナ装置を採用する。つまり、各アンテナ素子に対して、デジタル信号処理部を共通に備え、各アナログ振幅調整部を個々に備える。そして、デジタル信号処理部及び各アナログ振幅調整部に対して、各アンテナ素子の振幅補正量を分担する。よって、フェーズドアレイアンテナの全体として、全アナログ振幅調整部に対して、全アンテナ素子の振幅補正量の分担を低減する。

具体的には、本開示は、フェーズドアレイアンテナの各アンテナ素子の放射電界の振幅特性を一致させるように、各アンテナ素子の振幅補正量を算出する振幅補正量算出部と、各アンテナ素子が共通に有するデジタル信号処理部と、各アンテナ素子が個々に有する各アナログ振幅調整部と、に前記振幅補正量算出部が算出した各アンテナ素子の振幅補正量を分担し、前記フェーズドアレイアンテナの全体として、全アナログ振幅調整部に分担する全アンテナ素子の振幅補正量を低減する振幅補正量分担部と、を備えることを特徴とするアレイアンテナ校正装置である。

また、本開示は、フェーズドアレイアンテナの各アンテナ素子の放射電界の振幅特性を一致させるように、各アンテナ素子の振幅補正量を算出する振幅補正量算出ステップと、各アンテナ素子が共通に有するデジタル信号処理部と、各アンテナ素子が個々に有する各アナログ振幅調整部と、に前記振幅補正量算出ステップで算出した各アンテナ素子の振幅補正量を分担し、前記フェーズドアレイアンテナの全体として、全アナログ振幅調整部に分担する全アンテナ素子の振幅補正量を低減する振幅補正量分担ステップと、を順にコンピュータに実行させるためのアレイアンテナ校正プログラムである。

これらの構成によれば、各アナログ振幅調整部のビット数（最大減衰量又は最大増幅量及びステップ幅）を変更せずに、アナログ方式での回路構成の簡素化及びコストの低減と、デジタル方式での振幅補正の可能なレンジの拡大及びデバイス起因の位相誤差の低減と、を両立させることができる。

また、本開示は、前記振幅補正量分担部は、前記デジタル信号処理部に分担する各アンテナ素子の振幅補正量としてステップ値を設定するときのステップ幅を、各アナログ振幅調整部に分担する各アンテナ素子の振幅補正量としてステップ値を設定するときのステップ幅より狭くすることを特徴とするアレイアンテナ校正装置である。

この構成によれば、各アナログ振幅調整部のビット数（最大減衰量又は最大増幅量及びステップ幅）を変更せずに、アナログ方式での回路構成の簡素化及びコストの低減と、デジタル方式での振幅補正の可能なレンジの拡大、振幅補正の分解能の向上及びデバイス起因の位相誤差の低減と、を両立させることができる。

また、本開示は、前記振幅補正量分担部は、前記振幅補正量算出部が算出した各アンテナ素子の振幅補正量が負の値及び正の値の両方を含むときに、前記デジタル信号処理部に分担する各アンテナ素子の振幅補正量として、前記振幅補正量算出部が算出した各アンテナ素子の振幅補正量の最大値、最小値並びに平均値及び中央値を含む中間値のいずれかを設定することを特徴とするアレイアンテナ校正装置である。

この構成によれば、振幅補正量算出部が算出した各アンテナ素子の振幅補正量が負の値及び正の値の両方を含むときに、上記の効果を有することができる。

また、本開示は、前記振幅補正量分担部は、（１）前記振幅補正量算出部が算出した各アンテナ素子の振幅補正量が負の値のみを含むときに、前記デジタル信号処理部に分担する各アンテナ素子の振幅補正量として、前記振幅補正量算出部が算出した各アンテナ素子の振幅補正量の最大値を設定し、（２）前記振幅補正量算出部が算出した各アンテナ素子の振幅補正量が正の値のみを含むときに、前記デジタル信号処理部に分担する各アンテナ素子の振幅補正量として、前記振幅補正量算出部が算出した各アンテナ素子の振幅補正量の最小値を設定することを特徴とするアレイアンテナ校正装置である。

この構成によれば、振幅補正量算出部が算出した各アンテナ素子の振幅補正量が負の値及び正の値の一方を含むときに、上記の効果を有することができる。

また、本開示は、前記振幅補正量算出部は、複数の前記フェーズドアレイアンテナの各アンテナ素子の放射電界の振幅特性を一致させるように、各アンテナ素子の振幅補正量を算出することを特徴とするアレイアンテナ校正装置である。

この構成によれば、アレイアンテナ装置が、単数のアレイアンテナではなく複数のアレイアンテナを備えるときに、上記の効果を有することができる。

また、本開示は、以上に記載のアレイアンテナ校正装置と、各アンテナ素子と、前記デジタル信号処理部と、各アナログ振幅調整部と、を備えることを特徴とするアレイアンテナ装置である。

この構成によれば、アレイアンテナ装置が、単数のアレイアンテナのみならず複数のアレイアンテナを備えるときに、上記の効果を有することができる。

このように、本開示は、フェーズドアレイアンテナの各アンテナ素子の放射電界の振幅特性を一致させるように、各アンテナ素子の振幅補正量を算出するにあたり、回路構成の簡素化、コストの低減、振幅補正の可能なレンジの拡大、振幅補正の分解能の向上及びデバイス起因の位相誤差の低減を両立させることができる。

従来技術のアナログ方式のアレイアンテナ装置の構成を示す図である。従来技術のフルデジタル方式のアレイアンテナ装置の構成を示す図である。本開示のハイブリッド方式のアレイアンテナ装置の構成を示す図である。本開示のハイブリッド方式のアレイアンテナ校正装置の処理を示す図である。本開示のハイブリッド方式の目標補正量の分担前の概要を示す図である。本開示のハイブリッド方式の目標補正量の分担後の概要を示す図である。本開示のハイブリッド方式の目標補正量の分担前の具体例を示す図である。本開示のハイブリッド方式の目標補正量の分担後の具体例を示す図である。本開示のアナログ振幅調整部のアナログ補正量及び位相誤差を示す図である。本開示のハイブリッド方式の目標補正量の分担前後の指向性を示す図である。本開示のハイブリッド方式の目標補正量の分担方法の変形例を示す図である。本開示のハイブリッド方式の目標補正量の分担方法の変形例を示す図である。

添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。

（ハイブリッド方式のアレイアンテナ装置の構成）
本開示のハイブリッド方式のアレイアンテナ装置の構成を図３に示す。アレイアンテナ装置Ｈは、アレイアンテナ５及びアレイアンテナ校正装置６を備える。

アレイアンテナ５は、複数のアレイアンテナ５－１、５－２、・・・、５－Ｍを備える。アレイアンテナ５－１は、アンテナ素子５１－１１、５１－１２、５１－１３、・・・、５１－１Ｎを備える。アレイアンテナ５－２は、アンテナ素子５１－２１、５１－２２、５１－２３、・・・、５１－２Ｎを備える。・・・アレイアンテナ５－Ｍは、アンテナ素子５１－Ｍ１、５１－Ｍ２、５１－Ｍ３、・・・、５１－ＭＮを備える。

デジタル信号処理部５８は、アンテナ素子５１－１１、・・・、５１－ＭＮが共通に有する。アナログ振幅調整部５２－１１、・・・、５２－ＭＮは、アンテナ素子５１－１１、・・・、５１－ＭＮが個々に有する。アナログ位相調整部５３－１１、・・・、５３－ＭＮも、アンテナ素子５１－１１、・・・、５１－ＭＮが個々に有する。

アレイアンテナ校正装置６は、振幅補正量算出部６１及び振幅補正量分担部６２を備え、図４に示したアレイアンテナ校正プログラムをインストールされている。

アレイアンテナ５－１の送信時について説明する。デジタル信号処理部５８は、送信信号を分波する。Ａ／Ｄ部５７－１は、送信信号をＤ／Ａ変換する。送受信部５５－１は、送信信号を出力する。合分波部５４－１は、送信信号を分波する。アナログ位相調整部５３－１１、５３－１２、５３－１３、・・・、５３－１Ｎは、制御部５６－１の制御を受けて、送信信号の位相を調整する。アナログ振幅調整部５２－１１、５２－１２、５２－１３、・・・、５２－１Ｎは、制御部５６－１の制御を受けて、送信信号の振幅を調整する。アンテナ素子５１－１１、５１－１２、５１－１３、・・・、５１－１Ｎは、送信信号を送信する。アレイアンテナ５－２、・・・、５－Ｍの送信時も上記と同様である。

アレイアンテナ５－１の受信時について説明する。アンテナ素子５１－１１、５１－１２、５１－１３、・・・、５１－１Ｎは、受信信号を受信する。アナログ振幅調整部５２－１１、５２－１２、５２－１３、・・・、５２－１Ｎは、制御部５６－１の制御を受けて、受信信号の振幅を調整する。アナログ位相調整部５３－１１、５３－１２、５３－１３、・・・、５３－１Ｎは、制御部５６－１の制御を受けて、受信信号の位相を調整する。合分波部５４－１は、受信信号を合波する。送受信部５５－１は、受信信号を出力する。Ａ／Ｄ部５７－１は、受信信号をＡ／Ｄ変換する。デジタル信号処理部５８は、受信信号を合波する。アレイアンテナ５－２、・・・、５－Ｍの受信時も上記と同様である。

本開示のハイブリッド方式のアレイアンテナ校正装置の処理を図４に示す。振幅補正量算出部６１は、近傍界測定法等による放射電界の相対値測定方法を用いて、複数のアレイアンテナ５－１、５－２、・・・、５－Ｍのアンテナ素子５１－１１、・・・、５１－ＭＮの放射電界の振幅特性を一致させるように、アンテナ素子５１－１１、・・・、５１－ＭＮの振幅補正量を算出する（ステップＳ１）。振幅補正量分担部６２は、本開示の特徴部分である。

つまり、振幅補正量分担部６２は、デジタル信号処理部５８と、アナログ振幅調整部５２－１１、・・・、５２－ＭＮと、に振幅補正量算出部６１が算出したアンテナ素子５１－１１、・・・、５１－ＭＮの振幅補正量を分担する（ステップＳ２）。そして、アレイアンテナ５の全体として、全アナログ振幅調整部５２－１１、・・・、５２－ＭＮに分担する全アンテナ素子５１－１１、・・・、５１－ＭＮの振幅補正量を低減する（ステップＳ２）。

ここで、デジタル信号処理部５８に分担するアンテナ素子５１－１１、・・・、５１－ＭＮの振幅補正量としてステップ値を設定するときのステップ幅を、アナログ振幅調整部５２－１１、・・・、５２－ＭＮに分担するアンテナ素子５１－１１、・・・、５１－ＭＮの振幅補正量としてステップ値を設定するときのステップ幅より狭くする（ステップＳ２）。

以下では、振幅補正量算出部６１が算出したアンテナ素子５１－１１、・・・、５１－ＭＮの振幅補正量を、「目標補正量」という（ステップＳ１）。そして、振幅補正量分担部６２がアナログ振幅調整部５２－１１、・・・、５２－ＭＮに分担するアンテナ素子５１－１１、・・・、５１－ＭＮの振幅補正量を、「アナログ補正量」という（ステップＳ２）。一方で、振幅補正量分担部６２がデジタル信号処理部５８に分担するアンテナ素子５１－１１、・・・、５１－ＭＮの振幅補正量を、「デジタル補正量」という（ステップＳ２）。

ステップＳ２の具体例として、ステップＳ２－１を図５から図１０までで説明し、ステップＳ２－２を図１１で説明し、ステップＳ２－３を図１２で説明する。

（ハイブリッド方式の目標補正量の分担方法の実施例）
本開示のハイブリッド方式の目標補正量の分担前の概要を図５に示す。振幅補正量算出部６１は、アンテナ素子５１－１１、５１－１２、５１－１３、・・・、５１－１Ｎ、５１－２１、５１－２２、５１－２３、・・・、５１－２Ｎ、・・・、５１－Ｍ１、５１－Ｍ２、５１－Ｍ３、・・・、５１－ＭＮの目標補正量として、－１ｄＢ、－１ｄＢ、－２ｄＢ、・・・、－８ｄＢ、－３ｄＢ、－３ｄＢ、－４ｄＢ、・・・、－１０ｄＢ、・・・、０ｄＢ、０ｄＢ、－１ｄＢ、・・・、－７ｄＢを算出する（ステップＳ１）。

本開示のハイブリッド方式の目標補正量の分担後の概要を図６に示す。アンテナ素子５１－１１、・・・、５１－ＭＮの目標補正量は、０ｄＢを除いて、負の値のみを含む。

振幅補正量分担部６２は、デジタル信号処理部５８のデジタル補正量として、目標補正量の分担前の０ｄＢではなく、（１）アレイアンテナ５－１について、アンテナ素子５１－１１、５１－１２、５１－１３、・・・、５１－１Ｎの目標補正量の「最大値」－１ｄＢを設定し、（２）アレイアンテナ５－２について、アンテナ素子５１－２１、５１－２２、５１－２３、・・・、５１－２Ｎの目標補正量の「最大値」－３ｄＢを設定し、・・・、（Ｍ）アレイアンテナ５－Ｍについて、アンテナ素子５１－Ｍ１、５１－Ｍ２、５１－Ｍ３、・・・、５１－ＭＮの目標補正量の「最大値」０ｄＢを設定する（ステップＳ２－１）。

振幅補正量分担部６２は、アナログ振幅調整部５２－１１、５２－１２、５２－１３、・・・、５２－１Ｎ、５２－２１、５２－２２、５２－２３、・・・、５２－２Ｎ、・・・、５２－Ｍ１、５２－Ｍ２、５２－Ｍ３、・・・、５２－ＭＮのアナログ補正量として、アンテナ素子５１－１１、５１－１２、５１－１３、・・・、５１－１Ｎ、５１－２１、５１－２２、５１－２３、・・・、５１－２Ｎ、・・・、５１－Ｍ１、５１－Ｍ２、５１－Ｍ３、・・・、５１－ＭＮの目標補正量の「上記の最大値を除いた残り分」０ｄＢ、０ｄＢ、－１ｄＢ、・・・、－７ｄＢ、０ｄＢ、０ｄＢ、－１ｄＢ、・・・、－７ｄＢ、・・・、０ｄＢ、０ｄＢ、－１ｄＢ、・・・、－７ｄＢを算出する（ステップＳ２－１）。

本開示のハイブリッド方式の目標補正量の分担前の具体例を図７に示す。振幅補正量算出部６１は、アンテナ素子５１－１１、・・・、５１－ＭＮの目標補正量として、各欄の中段の数値を算出する（ステップＳ１）。ここで、目標補正量の精度は、０．１ｄＢである。しかし、アナログ補正量の精度は、目標補正量の精度と比べて低く、１ｄＢである。一方で、デジタル補正量の精度は、目標補正量の精度と比べて同じく、０．１ｄＢである。

本開示のハイブリッド方式の目標補正量の分担後の具体例を図８に示す。アンテナ素子５１－１１、・・・、５１－ＭＮの目標補正量は、０ｄＢを除いて、負の値のみを含む。

振幅補正量分担部６２は、デジタル信号処理部５８のデジタル補正量として、目標補正量の分担前の０．０ｄＢではなく、（１）アレイアンテナ５－１について、アンテナ素子５１－１１、・・・、５１－１Ｎの目標補正量の「最大値」－２．２ｄＢを設定し、（２）アレイアンテナ５－２について、アンテナ素子５１－２１、・・・、５１－２Ｎの目標補正量の「最大値」－３．７ｄＢを設定し、・・・（Ｍ）アレイアンテナ５－Ｍについて、アンテナ素子５１－４１、・・・、５１－ＭＮの目標補正量の「最大値」０．０ｄＢを設定する（ステップＳ２－１）。

振幅補正量分担部６２は、アナログ振幅調整部５２－１１、・・・、５２－ＭＮのアナログ補正量として、アンテナ素子５１－１１、・・・、５１－ＭＮの目標補正量の「上記の最大値を除いた残り分」を算出する（ステップＳ２－１）。

ここで、目標補正量の分担前では、５個のアンテナ素子について、アナログ補正量が－１０ｄＢ未満であり、１個のアンテナ素子について、アナログ補正量が－１５ｄＢ未満である。一方で、目標補正量の分担後では、２個のアンテナ素子について、アナログ補正量が－１０ｄＢ未満であり、０個のアンテナ素子について、アナログ補正量が－１５ｄＢ未満である。つまり、目標補正量の分担後では、目標補正量の分担前と比べて、多くのアンテナ素子において、アナログ補正量の絶対値をかなり節約することができる。

このように、振幅補正量分担部６２は、デジタル信号処理部５８と、アナログ振幅調整部５２－１１、・・・、５２－ＭＮと、にアンテナ素子５１－１１、・・・、５１－ＭＮの目標補正量を分担する（ステップＳ２、Ｓ２－１）。そして、アレイアンテナ５の全体として、全アナログ振幅調整部５２－１１、・・・、５２－ＭＮの全アナログ補正量を低減する（ステップＳ２、Ｓ２－１）。さらに、デジタル信号処理部５８のデジタル補正値としてステップ値を設定するときのステップ幅を、アナログ振幅調整部５２－１１、・・・、５２－ＭＮのアナログ補正量としてステップ値を設定するときのステップ幅より狭くする（ステップＳ２）。

これにより、デジタル信号処理部５８は、アナログ振幅調整部５２－１１、・・・、５２－ＭＮと異なり、アナログ補正量の分散を小さくできることで、等価的に振幅補正の可能なレンジを拡大することができ、振幅補正の分解能を向上させることができる。そして、デジタル信号処理部５８は、アナログ振幅調整部５２－１１、・・・、５２－ＭＮと異なり（図９のアナログ振幅調整部のアナログ補正量及び位相誤差を参照）、振幅補正量の絶対値が大きくなっても、デバイス起因の位相誤差を最小限にでき、アレイアンテナ装置Ｈの校正精度を向上させることができる。さらに、アレイアンテナ装置Ｈは、フルデジタル方式を採用しないで、ハイブリッド方式を採用するため、回路構成を簡素にすることができ、コストを低減することができる。

本開示のハイブリッド方式の目標補正量の分担前後の指向性を図１０に示す。図１０の左欄では、第１のアレイアンテナ５について、目標補正量の分担前後の指向性を示す。図１０の右欄では、第２のアレイアンテナ５について、目標補正量の分担前後の指向性を示す。目標補正量の分担後では、目標補正量の分担前と比べて、少なくともビーム指向性を劣化させずに維持することができる。

（ハイブリッド方式の目標補正量の分担方法の変形例）
本開示では、アレイアンテナ５は、複数のアレイアンテナ５－１、５－２、・・・、５－Ｍを備えている。変形例として、アレイアンテナ５は、単数のアレイアンテナ５－１を備えてもよい。ただし、アンテナ素子５１－１１、・・・、５１－１Ｎの目標補正量の「最大値」＝０ｄＢとすれば、本開示の効果を有することができない。そこで、アンテナ素子５１－１１、・・・、５１－１Ｎの目標補正量の「最大値」＜０ｄＢとすれば、本開示の効果を有することができる。そして、アレイアンテナ５が、複数のアレイアンテナ５－１、５－２、・・・、５－Ｍを備えれば、本開示の効果を有することが容易になる。

本開示のハイブリッド方式の目標補正量の分担方法の変形例を図１１、１２に示す。

図１１の左欄では、アナログ振幅調整部は、減衰のみを実行することができる。そこで、アンテナ素子５１－１、５１－２、５１－３の目標補正量は、－２ｄＢ、－１ｄＢ、－３ｄＢであり、負の値のみを含む。そして、アンテナ素子５１－１、５１－２、５１－３のデジタル補正量として、アンテナ素子５１－１、５１－２、５１－３の目標補正量の「最大値」－１ｄＢを設定する。さらに、アンテナ素子５１－１、５１－２、５１－３のアナログ補正量として、アンテナ素子５１－１、５１－２、５１－３の目標補正量の「上記の最大値を除いた残り分」－１ｄＢ、０ｄＢ、－２ｄＢを設定する（ステップＳ２－１）。よって、各々のアンテナ素子５１－１、５１－２、５１－３の各々のアナログ補正量を低減することができる。むろん、アレイアンテナ５の全体として、全てのアンテナ素子５１－１、５１－２、５１－３の合計のアナログ補正量を低減することができる。

図１１の右欄では、アナログ振幅調整部は、増幅のみを実行することができる。そこで、アンテナ素子５１－１、５１－２、５１－３の目標補正量は、＋２ｄＢ、＋１ｄＢ、＋３ｄＢであり、正の値のみを含む。そして、アンテナ素子５１－１、５１－２、５１－３のデジタル補正量として、アンテナ素子５１－１、５１－２、５１－３の目標補正量の「最小値」＋１ｄＢを設定する。さらに、アンテナ素子５１－１、５１－２、５１－３のアナログ補正量として、アンテナ素子５１－１、５１－２、５１－３の目標補正量の「上記の最小値を除いた残り分」＋１ｄＢ、０ｄＢ、＋２ｄＢを設定する（ステップＳ２－２）。よって、各々のアンテナ素子５１－１、５１－２、５１－３の各々のアナログ補正量を低減することができる。むろん、アレイアンテナ５の全体として、全てのアンテナ素子５１－１、５１－２、５１－３の合計のアナログ補正量を低減することができる。

図１２の左欄では、アナログ振幅調整部は、減衰及び増幅を実行することができる。そこで、アンテナ素子５１－１、５１－２、５１－３の目標補正量は、＋１ｄＢ、－１ｄＢ、＋１ｄＢであり、負の値及び正の値の両方を含む。そして、アンテナ素子５１－１、５１－２、５１－３のデジタル補正量として、アンテナ素子５１－１、５１－２、５１－３の目標補正量の「最大値」＋１ｄＢを設定する。さらに、アンテナ素子５１－１、５１－２、５１－３のアナログ補正量として、アンテナ素子５１－１、５１－２、５１－３の目標補正量の「上記の最大値を除いた残り分」０ｄＢ、－２ｄＢ、０ｄＢを設定する（ステップＳ２－３）。よって、一部のアンテナ素子５１－２の一部のアナログ補正量を低減することはできないが、残りのアンテナ素子５１－１、５１－３の残りのアナログ補正量を低減することはできる。そして、アレイアンテナ５の全体として、全てのアンテナ素子５１－１、５１－２、５１－３の合計のアナログ補正量を低減することができる。

図１２の中欄では、アナログ振幅調整部は、減衰及び増幅を実行することができる。そこで、アンテナ素子５１－１、５１－２、５１－３の目標補正量は、－１ｄＢ、＋１ｄＢ、－１ｄＢであり、負の値及び正の値の両方を含む。そして、アンテナ素子５１－１、５１－２、５１－３のデジタル補正量として、アンテナ素子５１－１、５１－２、５１－３の目標補正量の「最小値」－１ｄＢを設定する。さらに、アンテナ素子５１－１、５１－２、５１－３のアナログ補正量として、アンテナ素子５１－１、５１－２、５１－３の目標補正量の「上記の最小値を除いた残り分」０ｄＢ、＋２ｄＢ、０ｄＢを設定する（ステップＳ２－３）。よって、一部のアンテナ素子５１－２の一部のアナログ補正量を低減することはできないが、残りのアンテナ素子５１－１、５１－３の残りのアナログ補正量を低減することはできる。そして、アレイアンテナ５の全体として、全てのアンテナ素子５１－１、５１－２、５１－３の合計のアナログ補正量を低減することができる。

図１２の右欄では、アナログ振幅調整部は、減衰及び増幅を実行することができる。そこで、アンテナ素子５１－１、５１－２、５１－３の目標補正量は、＋１ｄＢ、－１ｄＢ、＋２ｄＢであり、負の値及び正の値の両方を含む。そして、アンテナ素子５１－１、５１－２、５１－３のデジタル補正量として、アンテナ素子５１－１、５１－２、５１－３の目標補正量の「中央値」＋１ｄＢを設定する。さらに、アンテナ素子５１－１、５１－２、５１－３のアナログ補正量として、アンテナ素子５１－１、５１－２、５１－３の目標補正量の「上記の中央値を除いた残り分」０ｄＢ、－２ｄＢ、＋１ｄＢを設定する（ステップＳ２－３）。よって、一部のアンテナ素子５１－２の一部のアナログ補正量を低減することはできないが、残りのアンテナ素子５１－１、５１－３の残りのアナログ補正量を低減することはできる。そして、アレイアンテナ５の全体として、全てのアンテナ素子５１－１、５１－２、５１－３の合計のアナログ補正量を低減することができる。

なお、アンテナ素子５１－１、５１－２、５１－３のデジタル補正量として、アンテナ素子５１－１、５１－２、５１－３の目標補正量の「中央値」に代えて、アンテナ素子５１－１、５１－２、５１－３の目標補正量の「平均値」でもよく、上記の目標補正量の「中央値」及び「平均値」を含む「中間値」でもよい（ステップＳ２－３）。ただし、一般に考えて効果の最大化が可能なのは、上記のデジタル補正量として、上記の目標補正量の「中央値」、「平均値」、「最大値」及び「最小値」のいずれかにした際であると考えられる。

このように、本開示のアレイアンテナ校正装置、アレイアンテナ装置及びアレイアンテナ校正プログラムは、ハイブリッド方式のアレイアンテナに適用することができる。

Ａ：アレイアンテナ装置
１、１－１：アレイアンテナ
２：アレイアンテナ校正装置
１１－１１、１１－１２、１１－１３、１１－１Ｎ：アンテナ素子
１２－１１、１２－１２、１２－１３、１２－１Ｎ：アナログ振幅調整部
１３－１１、１３－１２、１３－１３、１３－１Ｎ：アナログ位相調整部
１４－１：合分波部
１５－１：送受信部
１６－１：制御部
２１：振幅補正量算出部
Ｆ：アレイアンテナ装置
３、３－１：アレイアンテナ
４：アレイアンテナ校正装置
３１－１１、３１－１２、３１－１３、３１－１Ｎ：アンテナ素子
３２－１１、３２－１２、３２－１３、３２－１Ｎ：送受信部
３３－１１、３３－１２、３３－１３、３３－１Ｎ：Ａ／Ｄ部
３４－１：デジタル信号処理部
４１：振幅補正量算出部
Ｈ：アレイアンテナ装置
５、５－１、５－２、５－Ｍ：アレイアンテナ
６：アレイアンテナ校正装置
５１－１１、５１－１２、５１－１３、５１－１Ｎ、５１－２１、５１－２２、５１－２３、５１－２Ｎ、５１－Ｍ１、５１－Ｍ２、５１－Ｍ３、５１－ＭＮ、５１－１、５１－２、５１－３：アンテナ素子
５２－１１、５２－１２、５２－１３、５２－１Ｎ、５２－２１、５２－２２、５２－２３、５２－２Ｎ、５２－Ｍ１、５２－Ｍ２、５２－Ｍ３、５２－ＭＮ：アナログ振幅調整部
５３－１１、５３－１２、５３－１３、５３－１Ｎ、５３－２１、５３－２２、５３－２３、５３－２Ｎ、５３－Ｍ１、５３－Ｍ２、５３－Ｍ３、５３－ＭＮ：アナログ位相調整部
５４－１、５４－２、５４－Ｍ：合分波部
５５－１、５５－２、５５－Ｍ：送受信部
５６－１、５６－２、５６－Ｍ：制御部
５７－１、５７－２、５７－Ｍ：Ａ／Ｄ部
５８：デジタル信号処理部
６１：振幅補正量算出部
６２：振幅補正量分担部

Claims

フェーズドアレイアンテナの各アンテナ素子の放射電界の振幅特性を一致させるように、各アンテナ素子の振幅補正量を算出する振幅補正量算出部と、
各アンテナ素子が共通に有するデジタル信号処理部と、各アンテナ素子が個々に有する各アナログ振幅調整部と、に前記振幅補正量算出部が算出した各アンテナ素子の振幅補正量を分担し、前記フェーズドアレイアンテナの全体として、全アナログ振幅調整部に分担する全アンテナ素子の振幅補正量を低減する振幅補正量分担部と、
を備えることを特徴とするアレイアンテナ校正装置。
前記振幅補正量分担部は、前記デジタル信号処理部に分担する各アンテナ素子の振幅補正量としてステップ値を設定するときのステップ幅を、各アナログ振幅調整部に分担する各アンテナ素子の振幅補正量としてステップ値を設定するときのステップ幅より狭くする
ことを特徴とする、請求項１に記載のアレイアンテナ校正装置。
前記振幅補正量分担部は、前記振幅補正量算出部が算出した各アンテナ素子の振幅補正量が負の値及び正の値の両方を含むときに、前記デジタル信号処理部に分担する各アンテナ素子の振幅補正量として、前記振幅補正量算出部が算出した各アンテナ素子の振幅補正量の最大値、最小値並びに平均値及び中央値を含む中間値のいずれかを設定する
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のアレイアンテナ校正装置。
前記振幅補正量分担部は、（１）前記振幅補正量算出部が算出した各アンテナ素子の振幅補正量が負の値のみを含むときに、前記デジタル信号処理部に分担する各アンテナ素子の振幅補正量として、前記振幅補正量算出部が算出した各アンテナ素子の振幅補正量の最大値を設定し、（２）前記振幅補正量算出部が算出した各アンテナ素子の振幅補正量が正の値のみを含むときに、前記デジタル信号処理部に分担する各アンテナ素子の振幅補正量として、前記振幅補正量算出部が算出した各アンテナ素子の振幅補正量の最小値を設定する
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のアレイアンテナ校正装置。
前記振幅補正量算出部は、複数の前記フェーズドアレイアンテナの各アンテナ素子の放射電界の振幅特性を一致させるように、各アンテナ素子の振幅補正量を算出する
ことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載のアレイアンテナ校正装置。
請求項１から５のいずれかに記載のアレイアンテナ校正装置と、各アンテナ素子と、前記デジタル信号処理部と、各アナログ振幅調整部と、を備える
ことを特徴とするアレイアンテナ装置。
フェーズドアレイアンテナの各アンテナ素子の放射電界の振幅特性を一致させるように、各アンテナ素子の振幅補正量を算出する振幅補正量算出ステップと、
各アンテナ素子が共通に有するデジタル信号処理部と、各アンテナ素子が個々に有する各アナログ振幅調整部と、に前記振幅補正量算出ステップで算出した各アンテナ素子の振幅補正量を分担し、前記フェーズドアレイアンテナの全体として、全アナログ振幅調整部に分担する全アンテナ素子の振幅補正量を低減する振幅補正量分担ステップと、
を順にコンピュータに実行させるためのアレイアンテナ校正プログラム。