JPH0783208B2 - ビーム形成方法 - Google Patents

ビーム形成方法

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JPH0783208B2
JPH0783208B2 JP63294221A JP29422188A JPH0783208B2 JP H0783208 B2 JPH0783208 B2 JP H0783208B2 JP 63294221 A JP63294221 A JP 63294221A JP 29422188 A JP29422188 A JP 29422188A JP H0783208 B2 JPH0783208 B2 JP H0783208B2
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渉 中條
久雄 岩崎
勘四郎 樫木
交二 安川
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株式会社エイ・ティ・アール光電波通信研究所
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、任意曲面上に形成されたアレーアンテナに
おけるビーム形成方法に関する。
[従来の技術] 以下の説明はすべて受信アレーアンテナについて行う
が、送信アンテナとして用いる場合でも制御動作は受信
時と同じである。
従来、電子走査アンテナとしては、主に平面アレーアン
テナが用いられており、各アンテナ素子の給電線の途中
に挿入した移相器でもって各アンテナ素子の受信信号の
位相を変化させることにより、電子走査を行っている。
このような平面アレーアンテナでもって所望の方向に指
向特性(ビーム)を得るには、別に設けた移相器コント
ローラの指示に基づき所望の方向にビームを得ている
が、そのためには予め受信信号の到来方向を知っておく
必要がある。
これに対し、受信信号の到来方向の設定が不要なものと
して、フェーズドロックループアレーアンテナが知られ
ており、このアンテナにおけるビーム形成方法を第3図
を用いて説明する。
各アンテナ素子A1〜A3の受信信号は、各ミキサーM1〜M3
を介した後、合成器C1で相互が合成されるとともに、位
相検出器PD1〜PD3によって、それらの各受信信号の位相
のずれが、参照信号発生器R1よりの参照信号に基づいて
検出され、その検出された位相のずれがなくなるよう
に、電圧制御発信器V1〜V3により、ミキサーM1〜M3で各
アンテナ素子A1〜A3の受信信号の位相が揃えられる。
第4図は、別のビーム形成方法を用いたコンフォーマル
アレーアンテナを示している。
アンテナ素子A1〜A9は、適当にグループ分けされた各ア
ンテナ素子群から構成され、各グループは、スイッチ回
路S1〜S3にて1素子づつ選択されることによりサブアレ
ーが構成され、このサブアレーよりの信号は、スイッチ
マトリクスSM1を介して移相器P1,P2に入力され、ここで
位相調整の必要な素子に対して位相調整され、合成器C1
にてビームが形成される。
この方式では振幅調整器も用いることができるが回路を
簡単にするため第4図では省略している。
[発明が解決しようとする課題] ところが、第3図のフェーズドロックループアンテナ
は、一般に平面アレーを対象としており、球面や円筒面
アレー等のコンフォーマルアレーでは受信信号の到来方
向によって信号が入力しない素子が存在するため、この
ような素子をどのように扱うかが問題となった。
一方、第4図のアンテナは、コンフォーマルアレーを対
象としたアンテナであるが、このようなスイッチングア
レーでは連続的に走査を行うフェーズドアレーと違って
必ずクロスオーバ損失が伴うという欠点があり、又、ビ
ーム形成方向に寄与する多数の素子を制御してビームを
走査する場合のように一度に用いる素子数が増加してき
たり、連続的にビーム走査を行おうとすると、各ビーム
毎に用いる素子が重複されるため、予めサブアレーを形
成しておこうとしても、その分配合成回路が複雑になっ
てしまう欠点があった。
この発明は、上述した問題点をなくすためになされたも
のであり、受信時の入射信号を用いてビーム形成に寄与
する素子を選択することにより、受信信号の到来方向を
知らなくてもビーム形成を可能にするとともに振幅調整
をも可能とし、更に複雑な位相検出回路の数をでき得る
限り減少できるビーム形成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] 第1発明になるビーム形成方法は、任意の曲面になる送
受波面上に複数のアンテナ素子を配列したアレーアンテ
ナのビーム形成方法であって、各アンテナ素子に包絡線
検波器を設けて、各アンテナ素子に誘起した受信信号が
一定振幅レベル以上のアンテナ素子を選択し、選択した
前記アンテナ素子よりの受信信号を基に所望のビームを
形成することを特徴とする。
第2発明になるビーム形成方法は、任意の曲面になる送
受波面上に複数のアンテナ素子を配列したアレーアンテ
ナのビーム形成方法であって、各アンテナ素子に包絡線
検波器を設けて、各アンテナ素子に誘起した受信信号が
一定振幅レベル以上のアンテナ素子を選択し、選択した
前記アンテナ素子よりの受信信号の振幅レベルを用いて
振幅調整を行って所望のビームを形成することを特徴と
する。
[作用] 入射してくる信号がパイロット信号のようなCW(連続
波)信号の場合、あるいは変調方式としてPSKやMSK等の
定包絡線変調方式を用いた場合の通信方式を対象とし
て、受信時の信号の包絡線レベルを検出することによ
り、受信に寄与するアンテナ素子を選び出し、この選出
したアンテナ素子よりの信号に対し振幅及び位相を調整
してビーム形成を行う方式である。
[実施例] 第1図は、この発明のビーム形成方法を適用したコンフ
ォーマルアレーアンテナの一実施例を示している。A1〜
A5はアンテナ素子であり、AM1〜AM5は、それぞれアンテ
ナ素子A1〜A5よりの受信信号における振幅値を検出する
ために包絡線検波を行う包絡線検波器である。このアン
テナ素子A1〜A5は、1つのアンテナアレーをなすように
球面等の任意の曲面上に配置される。AC1は、包絡線検
波器AM1〜AM5よりの検波信号により求めた包絡線レベル
と所定の設定レベルとを比較する振幅比較回路である。
AS1は、振幅制御・スイッチング回路であり、振幅比較
回路AC1の比較結果に基づき、各アンテナ素子A1〜A5よ
りの受信信号レベルが設定レベル以下の場合、各アンテ
ナ素子A1〜A5よりのラインに設けられたミキサーM1〜M5
をオフにし、一方、前記受信信号レベルが設定レベルを
上回る場合には、ミキサーM1〜M5をオンにするととも
に、後で述べるように、受信信号の振幅値を制御する。
PD1〜PD3は、ミキサーM1〜M3を介した各アンテナ素子A1
〜A3よりの受信信号の位相を検出する位相検出部であ
る。PC1は、位相検出部PD1〜PD3で検出された位相よ
り、各アンテナ素子間の位相を比較する位相比較回路で
あり、PCC1は、位相制御回路であり、位相比較回路PC1
の比較結果に基づき、各アンテナ素子A1〜A3よりの各受
信信号に位相差がなくなるよう、各ラインに設けたミキ
サーM6〜M8にて位相制御する。C1は、同位相となった各
アンテナ素子A1〜A3よりの受信信号を合成する合成器で
ある。
次に上記構成のコンフォーマルアレーアンテナにおける
機能を説明する。
今、アンテナ素子A1〜A3のアンテナ指向方向にほぼ合致
するが、アンテナ素子A4及びA5における指向性より外れ
た方向からの電波が到来したとする。これらのアンテナ
素子A1〜A5で得られた受信信号が各包絡線検波器AM1〜A
M5で検波され得られた包絡線のレベルが振幅比較回路AC
1にて所定の設定レベルと比較される。このとき、設定
レベルに満たないアンテナ素子A4及びA5よりの受信信号
は、振幅制御・スイッチング回路AS1のスイッチイング
により、ミキサーM4及びM5にて遮断されるが、アンテナ
素子A1〜A3よりの受信信号は前記設定レベルを上回るの
で、振幅制御・スイッチング回路AS1のスイッチングに
より、ミキサーM1〜M3はオンとなり、後段の位相調整部
へ導かれる。この包絡線検波器AM1〜AM5は、基本的には
ビーム形成に寄与する素子と寄与しない素子とに切り分
けるためのものであるが、それと同時にビーム形成に寄
与する素子群の中でも相互の包絡線レベルを比較するこ
とにより、信号到来方向に対する各アンテナ素子におけ
る寄与の度合を知ることができるので、この情報を基に
最大指向性利得を有するように、あるいは低サイドロー
ブ特性を有するように、振幅制御・スイッチング回路AS
1の振幅制御により各受信信号の振幅が最適値に制御さ
れる。
ここで包絡線検波器AM1〜AM5は原則的にはアンテナ素子
数分だけ必要であるが、この包絡線検波器は、受信信号
を単に整流器で整流して検波するもので局部信号を必要
としない利点をもっており、比較的簡単に構成できる
し、伝送速度を問題にしないならばこの包絡線検波器の
数を減らすこともでき、その場合には、スイッチングに
より、各素子アンテナ毎の包絡線レベルを知ることがで
きる。
さて、位相調整部において、ミキサーM1〜M3を経た受信
信号の各位相が位相検出部PD1〜PD3により検出され、そ
して位相比較回路PC1において、各受信信号間の位相が
比較され、位相制御回路PCC1によって同位相となるよ
う、それぞれミキサーM6〜M8にて位相調整される。この
位相調整部の原理は、第3図で示したフェーズドロック
アレーを用いたビーム形成方法の原理と同じである。
このように振幅調整及び位相調整を行った信号は、最後
に合成器C1で合成することにより所望の利得を得てい
る。
ところでコンフォーマルアレーにおける位相調整の意味
は、受信信号到来方向に依存する各アンテナ素子間の位
相差の補正及び、各アンテナ素子の偏波面の調整のため
の位相補正等を意味し、通常、すべてのアンテナ素子の
位相を同相にするよう調整するが、低サイドローブ特性
を狙って任意に位相を変えることも可能である。
以上説明したように、この実施例では、位相検出を行う
前に振幅情報により必要な素子アンテナを選択すること
により、搬送波やクロック再生を必要とする位相検出回
路の数を減少でき、回路が簡略化する。
尚、この発明は、アナログ回路、デジタル回路を問わず
実現できるが、各アンテナ素子系統間のばらつきをでき
るだけ抑えるという点や、制御信号のスイッチングの取
り扱い易さという点でデジタル信号処理技術を用いる方
が望ましいと思われる。デジタル情報の利用によるアン
テナ素子の選択には、デジタル的な同期情報を利用する
方式が考えられ、例えば、フレーム同期情報を利用した
アンテナ素子選択方式の一実施例を第2図に示してい
る。
A1〜A5は素子アンテナであり、DM1〜DM5は、アンテナ素
子A1〜A5で受信されたデジタル信号を所定の信号形態に
復調する復調器である。FS1〜FS5は、フレーム同期信号
を検出し、フレーム同期を維持するフレーム同期回路で
あり、このフレーム同期信号をデジタル無線通信におけ
る送信信号に周期的に挿入することにより、受信側で各
種のデジタル的な同期(PCM信号のワード同期等)をと
るようにしている。FSC1は、判定回路であり、フレーム
同期回路FS1〜FS5にてフレーム同期信号と、内部同期信
号とが比較され、一定ビット以上パターンが一致してい
ると同期がとれていると判定される。SC1は、スイッチ
ング回路であり、判定回路FSC1の判定により、同期のと
れているアンテナ素子よりの受信信号を選択して合成器
C1に送出する。
この実施例では、フレーム同期回路FS1〜FS5よりの各フ
レーム同期信号を用いて同期が保持されているか否かを
判定回路FSC1にて判定して、同期がとれているアンテナ
素子を選択する方式である。
このような同期情報を利用する方式には、この他に、誤
り訂正符号が用いられている通信システムでは、誤り訂
正システムにおける同期情報(例えばブロック符号にお
けるワード同期情報等)を利用する方式も考えられる。
[発明の効果] 球面アレーや円筒面アレーのようなコンフォーマルアレ
ーにおいて、ビーム走査を行うためには複雑な振幅・位
相制御が必要であり、ビーム形成に寄与する全素子アン
テナを制御するフェーズドアレーを実現するのは難し
い。そのため通常はスイッチングアレーが用いられる。
しかるに、この発明によれば受信信号の振幅情報を用い
ることにより、ビーム形成に寄与するアンテナ素子を自
動的に選択すると同時に各アンテナ素子の寄与の度合も
知ることができ、その後の振幅調整並びに位相調整を簡
略化することができ、コンフォーマルアレーにおける複
雑な振幅位相制御を簡略化できる。
特に車や航空機あるいは衛星等の移動体においてはアン
テナ設置空間が限定されるので、移動体の形状に適合し
たアンテナが必要であり、取り付け場所を問わずにフェ
ーズドアレーアンテナとしての機能を発揮できるアンテ
ナの開発が望まれる。本ビーム形成方法をこのような移
動体の任意形状のアレーアンテナに用いることにより、
アレー形状によらずビーム方向に応じて使用する素子ア
ンテナを自動的に選択し、振幅位相制御を行うことがで
き、良好な特性の移動体通信用アンテナを実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明のビーム形成方法を適用したコンフォ
ーマルアレーアンテナの一実施例を示す制御回路図、第
2図は、この発明のビーム形成方法におけるデジタル信
号処理技術を用いた同期情報を利用したコンフォーマル
アレーアンテナの一例を示す制御回路図、第3図は従来
のフェーズロックループアレーアンテナにおけるビーム
形成のための制御回路図、第4図は、コンフォーマルア
レーアンテナにおけるビーム形成のための制御回路図で
ある。 A1〜A5……アンテナ素子、AM1〜AM5……包絡線検波器、
AC1……振幅比較回路、AS1……振幅制御・スイッチング
回路、M1〜M8……ミキサー、PD1〜PD3……位相検出部、
PC1……位相比較回路、PCC1……位相制御回路、C1……
合成器、DM1〜DM5……復調器、FS1〜FS5…X2フレーム同
期回路、FSC1……判定回路、SC1……スイッチング回
路。
フロントページの続き (72)発明者 樫木 勘四郎 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷5 番地 株式会社エイ・ティ・アール光電波 通信研究所内 (72)発明者 安川 交二 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷5 番地 株式会社エイ・ティ・アール光電波 通信研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−217702(JP,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】任意の曲面になる送受波面上に複数のアン
    テナ素子を配列したアレーアンテナのビーム形成方法で
    あって、各アンテナ素子に包絡線検波器を設けて、各ア
    ンテナ素子に誘起した受信信号が一定振幅レベル以上の
    アンテナ素子を選択し、選択した前記アンテナ素子より
    の受信信号を基に所望のビームを形成することを特徴と
    するビーム形成方法。
  2. 【請求項2】任意の曲面になる送受波面上に複数のアン
    テナ素子を配列したアレーアンテナのビーム形成方法で
    あって、各アンテナ素子に包絡線検波器を設けて、各ア
    ンテナ素子に誘起した受信信号が一定振幅レベル以上の
    アンテナ素子を選択し、選択した前記アンテナ素子より
    の受信信号の振幅レベルを用いて振幅調整を行って所望
    のビームを形成することを特徴とするビーム形成方法。
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