JPH1068751A - 非均一素子の相互結合および任意の格子方向によるアレイアンテナの自己フェイズドアップ - Google Patents
非均一素子の相互結合および任意の格子方向によるアレイアンテナの自己フェイズドアップInfo
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- JPH1068751A JPH1068751A JP9114915A JP11491597A JPH1068751A JP H1068751 A JPH1068751 A JP H1068751A JP 9114915 A JP9114915 A JP 9114915A JP 11491597 A JP11491597 A JP 11491597A JP H1068751 A JPH1068751 A JP H1068751A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
- H01Q3/267—Phased-array testing or checking devices
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
- H01Q3/2605—Array of radiating elements provided with a feedback control over the element weights, e.g. adaptive arrays
- H01Q3/2652—Self-phasing arrays
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、外部測定手段を使用せずに簡単な
方法で間隔を隔ててインターリーブされた複数の格子に
配置されている放射素子のアレイアンテナのフェイズド
アップを行うことを目的とする。 【解決手段】 インターリーブされた第１の格子1,3,5
中のただ１つの素子1 から測定信号を送信し、インター
リーブされた第２の格子2,4 の隣接した素子でこの送信
測定信号を受信して第２の格子の素子2,4 間の位相およ
び利得差を計算し、第１の格子の他の素子3,5 からの測
定信号を逐次送信して前記ステップを反復し、次に第２
の格子の素子2,4 で送信された信号を受信して位相およ
び利得差を計算し、計算された位相および利得差を使用
して第１の組の補正係数を計算し、素子の残りの各格子
に対して前記ステップを反復し、アレイに対する素子の
相互結合係数の比率を決定してフェイズドアップに使用
することを特徴とする。
方法で間隔を隔ててインターリーブされた複数の格子に
配置されている放射素子のアレイアンテナのフェイズド
アップを行うことを目的とする。 【解決手段】 インターリーブされた第１の格子1,3,5
中のただ１つの素子1 から測定信号を送信し、インター
リーブされた第２の格子2,4 の隣接した素子でこの送信
測定信号を受信して第２の格子の素子2,4 間の位相およ
び利得差を計算し、第１の格子の他の素子3,5 からの測
定信号を逐次送信して前記ステップを反復し、次に第２
の格子の素子2,4 で送信された信号を受信して位相およ
び利得差を計算し、計算された位相および利得差を使用
して第１の組の補正係数を計算し、素子の残りの各格子
に対して前記ステップを反復し、アレイに対する素子の
相互結合係数の比率を決定してフェイズドアップに使用
することを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は位相アレイアンテ
ナ、特にアレイ素子を既知の振幅および位相に較正する
改良された技術に関する。
ナ、特にアレイ素子を既知の振幅および位相に較正する
改良された技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子的に走査されたアレイアンテナの製
造において大部分の時間とリソースを消費するステップ
の１つはその素子を相互に関して較正することである。
アレイを横切る全ての素子はビームを形成するための既
知の振幅および位相に較正されなければならない。この
プロセスはアレイフェイズドアップと呼ばれる。
造において大部分の時間とリソースを消費するステップ
の１つはその素子を相互に関して較正することである。
アレイを横切る全ての素子はビームを形成するための既
知の振幅および位相に較正されなければならない。この
プロセスはアレイフェイズドアップと呼ばれる。
【０００３】通常のフェイズドアップ技術は典型的に、
受信するときに各素子へ基準信号を与え、送信するとき
に各素子の出力を測定するために近視野等の外部測定装
置を使用することを必要とする。サンプルとして十分な
送信平面波のスペクトルを提供するように全ての素子が
フルパワーで動作されなければならない時、多量のエネ
ルギがこの試験中に放射される。これは高いＲＦパワー
を閉じ込める構造を必要とし、いくつかの安全に関する
問題を有している。それ故、ＲＦエネルギ出力を最小に
するフェイズドアップ技術を提供することが有効であ
る。
受信するときに各素子へ基準信号を与え、送信するとき
に各素子の出力を測定するために近視野等の外部測定装
置を使用することを必要とする。サンプルとして十分な
送信平面波のスペクトルを提供するように全ての素子が
フルパワーで動作されなければならない時、多量のエネ
ルギがこの試験中に放射される。これは高いＲＦパワー
を閉じ込める構造を必要とし、いくつかの安全に関する
問題を有している。それ故、ＲＦエネルギ出力を最小に
するフェイズドアップ技術を提供することが有効であ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】既知のアレイの相互結
合フェイズドアップ技術は２次元の対称格子装置（等辺
三角形）と全ての格子方向の等しい素子の相互結合応答
に依存している。等辺三角形の格子装置は常には使用さ
れないのでこれらは深刻な制限である。同様に、素子の
相互結合応答特性はほとんどの場合、全ての格子方向で
等しくない。
合フェイズドアップ技術は２次元の対称格子装置（等辺
三角形）と全ての格子方向の等しい素子の相互結合応答
に依存している。等辺三角形の格子装置は常には使用さ
れないのでこれらは深刻な制限である。同様に、素子の
相互結合応答特性はほとんどの場合、全ての格子方向で
等しくない。
【０００５】本発明の目的は、近視野または遠視野を使
用せずにアレイアンテナのフェイズドアップを可能にす
ることである。
用せずにアレイアンテナのフェイズドアップを可能にす
ることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の１局面にしたが
って、１つの素子のみが同時に送信状態で使用され、し
たがってＲＦエネルギ出力を減少する。相互の結合およ
び／または反射が１つの素子から近くの素子へ信号を提
供するために使用される。この信号は素子が相互に関し
て位相調整されることを許容するための基準を与える。
プロセスの第１の段階の終了後、アレイは多くて４つの
インターリーブされた格子へフェイズドアップされる。
本発明は相互に関してインターリーブされた格子を位相
調整する方法を提供し、従って位相調整プロセスを完了
する。この技術は一般的に均一に隔てられた格子方向に
より行われる。この技術は送信および受信較正の両者に
対して応用可能である。
って、１つの素子のみが同時に送信状態で使用され、し
たがってＲＦエネルギ出力を減少する。相互の結合およ
び／または反射が１つの素子から近くの素子へ信号を提
供するために使用される。この信号は素子が相互に関し
て位相調整されることを許容するための基準を与える。
プロセスの第１の段階の終了後、アレイは多くて４つの
インターリーブされた格子へフェイズドアップされる。
本発明は相互に関してインターリーブされた格子を位相
調整する方法を提供し、従って位相調整プロセスを完了
する。この技術は一般的に均一に隔てられた格子方向に
より行われる。この技術は送信および受信較正の両者に
対して応用可能である。
【０００７】従って本発明の１観点によれば、アレイア
ンテナを構成する複数の間隔を隔てられインターリーブ
された格子に配置されている放射素子のフェイズドアッ
プを達成する方法は、（ｉ）同時に第１のインターリー
ブされた格子の単一の素子からのみ測定信号を送信し、
第２のインターリーブされた格子の１以上の隣接した素
子で送信された測定信号を受信し、第１の格子の単一の
素子からの送信結果として第２のインターリーブされた
格子の素子間の位相および利得差を計算し、（ii）第１
の格子の他の素子からの測定信号を逐次的に送信するた
めにステップ（ｉ）を反復し、第２の格子の素子で送信
された信号を受信し、結果的な位相および利得差を計算
し、計算された位相および利得差を使用し、第１の組の
補正係数を計算し、この係数は第２の格子の対応素子に
適用するときこれらの素子が同一の位相および利得応答
を示すことを許容し、フェイズドアップされた第２の格
子を与え、（iii ）素子の残りの各格子で、複数のイン
ターリーブされフェイズドアップされた格子を与えるた
めステップ（ｉ）、（ii）、（iii ）を反復し、（iv）
アレイに対する素子の相互結合係数の１組の比率を決定
し、（ｖ）複数のインターリーブされた格子を同じ位相
にするために前記アレイを構成する素子への必要な調節
を決定するために素子の相互結合係数の１組の比率を使
用するステップを有し、ここでアレイのフェイズドアッ
プは所定の時間にただ１つの素子を通って信号を送信す
ることにより達成される。
ンテナを構成する複数の間隔を隔てられインターリーブ
された格子に配置されている放射素子のフェイズドアッ
プを達成する方法は、（ｉ）同時に第１のインターリー
ブされた格子の単一の素子からのみ測定信号を送信し、
第２のインターリーブされた格子の１以上の隣接した素
子で送信された測定信号を受信し、第１の格子の単一の
素子からの送信結果として第２のインターリーブされた
格子の素子間の位相および利得差を計算し、（ii）第１
の格子の他の素子からの測定信号を逐次的に送信するた
めにステップ（ｉ）を反復し、第２の格子の素子で送信
された信号を受信し、結果的な位相および利得差を計算
し、計算された位相および利得差を使用し、第１の組の
補正係数を計算し、この係数は第２の格子の対応素子に
適用するときこれらの素子が同一の位相および利得応答
を示すことを許容し、フェイズドアップされた第２の格
子を与え、（iii ）素子の残りの各格子で、複数のイン
ターリーブされフェイズドアップされた格子を与えるた
めステップ（ｉ）、（ii）、（iii ）を反復し、（iv）
アレイに対する素子の相互結合係数の１組の比率を決定
し、（ｖ）複数のインターリーブされた格子を同じ位相
にするために前記アレイを構成する素子への必要な調節
を決定するために素子の相互結合係数の１組の比率を使
用するステップを有し、ここでアレイのフェイズドアッ
プは所定の時間にただ１つの素子を通って信号を送信す
ることにより達成される。
【０００８】本発明の別の局面にしたがって、アレイア
ンテナを有し菱形格子に配置される放射素子のフェイズ
ドアップを達成する方法は、（ｉ）それぞれの行および
列に配置する素子の第１、第２のインターリーブされた
格子へアレイを分割し、（ii）第１の格子で、単一素子
から送信され、第２の格子の４つの隣接する素子で送信
信号を受信し、受信素子のうちの３つを調節し、それに
よってそれぞれの受信信号と、４つの受信素子のうちの
残りの第４の素子で受信された信号間の差を最小にし、
（iii ）第２の格子内の全ての素子をフェイズドアップ
するために第１の格子の各他の素子でステップ（ii）を
反復し、（iv）第２の格子に対して、単一の素子から送
信し、第１の格子の４つの隣接する素子で送信された信
号を受信し、受信素子のうちの３つを調節してそれぞれ
の受信された信号と、４つの受信素子の残りの第４の素
子で受信された信号間の差を最小にし、（ｖ）第１の格
子内の全ての素子をフェイズドアップするため第２の格
子の他の各素子に対してステップ（ii）を反復し、（v
i）アレイに対する素子の相互結合係数の１組の比率を
決定し、（vii ）第１、第２のインターリーブされた格
子を同じ位相にするためにアレイを構成する素子への必
要な調節を決定するための素子の相互結合係数の１組の
比率を使用し、ここでアレイのフェイズドアップは所定
の時間に１つの素子を通って信号を送信することにより
達成される。
ンテナを有し菱形格子に配置される放射素子のフェイズ
ドアップを達成する方法は、（ｉ）それぞれの行および
列に配置する素子の第１、第２のインターリーブされた
格子へアレイを分割し、（ii）第１の格子で、単一素子
から送信され、第２の格子の４つの隣接する素子で送信
信号を受信し、受信素子のうちの３つを調節し、それに
よってそれぞれの受信信号と、４つの受信素子のうちの
残りの第４の素子で受信された信号間の差を最小にし、
（iii ）第２の格子内の全ての素子をフェイズドアップ
するために第１の格子の各他の素子でステップ（ii）を
反復し、（iv）第２の格子に対して、単一の素子から送
信し、第１の格子の４つの隣接する素子で送信された信
号を受信し、受信素子のうちの３つを調節してそれぞれ
の受信された信号と、４つの受信素子の残りの第４の素
子で受信された信号間の差を最小にし、（ｖ）第１の格
子内の全ての素子をフェイズドアップするため第２の格
子の他の各素子に対してステップ（ii）を反復し、（v
i）アレイに対する素子の相互結合係数の１組の比率を
決定し、（vii ）第１、第２のインターリーブされた格
子を同じ位相にするためにアレイを構成する素子への必
要な調節を決定するための素子の相互結合係数の１組の
比率を使用し、ここでアレイのフェイズドアップは所定
の時間に１つの素子を通って信号を送信することにより
達成される。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明のこれらおよび他の特徴お
よび利点は添付図面で図示されているように例示の実施
形態の詳細な説明にから明白になるであろう。本発明
は、既知の振幅および位相にアレイアンテナを較正する
方法を含んでいる。種々の１次元および２次元のアレイ
構造が存在する。素子は通常、線形（１次元）または二
次元の多角形形状に従って配置されている。菱形は図１
のＡで示されているように側面の長さが等しく、対向辺
が平行な平行四辺形である。正方形は菱形の特別な場合
であり、ここで隣接側縁間の角度は９０度である（図１
のＢ）。平行四辺形は対向側縁が平行な四辺形である
（図１のＣ）。長方形は平行四辺形の特別な場合であ
り、ここで隣接側縁の間の角度は９０度である（図１の
Ｄ）。これらの平行四辺形のコーナーは例示のアレイ形
状ではアレイ素子の格子位置を表している。本発明を説
明する目的で、線形アレイの場合を最初に説明し、その
後で菱形および平行四辺形の場合について説明する。
よび利点は添付図面で図示されているように例示の実施
形態の詳細な説明にから明白になるであろう。本発明
は、既知の振幅および位相にアレイアンテナを較正する
方法を含んでいる。種々の１次元および２次元のアレイ
構造が存在する。素子は通常、線形（１次元）または二
次元の多角形形状に従って配置されている。菱形は図１
のＡで示されているように側面の長さが等しく、対向辺
が平行な平行四辺形である。正方形は菱形の特別な場合
であり、ここで隣接側縁間の角度は９０度である（図１
のＢ）。平行四辺形は対向側縁が平行な四辺形である
（図１のＣ）。長方形は平行四辺形の特別な場合であ
り、ここで隣接側縁の間の角度は９０度である（図１の
Ｄ）。これらの平行四辺形のコーナーは例示のアレイ形
状ではアレイ素子の格子位置を表している。本発明を説
明する目的で、線形アレイの場合を最初に説明し、その
後で菱形および平行四辺形の場合について説明する。
【００１０】１．ラインアレイで配置されている素子の
アレイの較正 ラインアレイの素子のアレイを較正する順序およびステ
ップに関する以下の説明は単なる例示である。同一のフ
ェイズドアップの達成は多数の可能なシーケンスにより
実現されることができる。他のシーケンスが測定時間全
体または測定の正確さに関してより適切であるかもしれ
ない。
アレイの較正 ラインアレイの素子のアレイを較正する順序およびステ
ップに関する以下の説明は単なる例示である。同一のフ
ェイズドアップの達成は多数の可能なシーケンスにより
実現されることができる。他のシーケンスが測定時間全
体または測定の正確さに関してより適切であるかもしれ
ない。
【００１１】偶数番号素子の受信フェイズドアップ 第１の一連の測定は、奇数番号の素子を送信しながら、
受信するときに動作する偶数番号の素子をフェイズドア
ップすることを目的とする。図２のＡは素子１乃至５を
具備するラインアレイを示している。シーケンスは図２
のＡで示されているように送信Ｔ1 として素子１から送
信し、同時に素子２で測定信号Ｒを受信することにより
開始される。それから、信号Ｔ2 は素子３から送信さ
れ、測定信号は素子２で受信される。この場合（素子３
からの送信された信号の受信）、素子２からの位相およ
び利得応答は先の測定（素子１からの送信された信号の
受信）の位相および利得応答と比較される。このことは
素子１と３の送信位相／利得の差が計算されることを可
能にする。素子３から送信しながら、受信測定は素子４
を経て行われる。素子２および４の受信位相／利得応答
の差が計算されることができる。
受信するときに動作する偶数番号の素子をフェイズドア
ップすることを目的とする。図２のＡは素子１乃至５を
具備するラインアレイを示している。シーケンスは図２
のＡで示されているように送信Ｔ1 として素子１から送
信し、同時に素子２で測定信号Ｒを受信することにより
開始される。それから、信号Ｔ2 は素子３から送信さ
れ、測定信号は素子２で受信される。この場合（素子３
からの送信された信号の受信）、素子２からの位相およ
び利得応答は先の測定（素子１からの送信された信号の
受信）の位相および利得応答と比較される。このことは
素子１と３の送信位相／利得の差が計算されることを可
能にする。素子３から送信しながら、受信測定は素子４
を経て行われる。素子２および４の受信位相／利得応答
の差が計算されることができる。
【００１２】図２のＡで示されている例を終了するた
め、信号Ｔ3 は素子５から送信され、受信信号は素子４
で測定される。この測定からのデータは素子５の送信位
相／利得係数が素子１および３の送信励起に関して計算
されることを可能にする。
め、信号Ｔ3 は素子５から送信され、受信信号は素子４
で測定される。この測定からのデータは素子５の送信位
相／利得係数が素子１および３の送信励起に関して計算
されることを可能にする。
【００１３】この一連の測定結果は補正係数の計算であ
り、この係数が適用された時、素子２および４が同一の
受信位相／利得応答を示すことを可能にする。さらに、
付加的な係数が適用された時、これは素子１、３、５が
同一の送信位相／利得応答を示すことを可能にする。典
型的に、係数はアレイ利得および位相シフタ指令の適切
な調節を通じて適用されることができ、減衰器と位相シ
フタを設定する。
り、この係数が適用された時、素子２および４が同一の
受信位相／利得応答を示すことを可能にする。さらに、
付加的な係数が適用された時、これは素子１、３、５が
同一の送信位相／利得応答を示すことを可能にする。典
型的に、係数はアレイ利得および位相シフタ指令の適切
な調節を通じて適用されることができ、減衰器と位相シ
フタを設定する。
【００１４】任意の範囲のラインアレイでは、各素子か
ら送信され隣接素子から受信測定を行う測定シーケンス
はアレイの最後まで継続される。したがって較正技術は
任意の寸法にされたアレイに適用されることができる。
送信素子に隣接する素子以外の素子を使用した受信測定
が使用されてもよい。これらの付加的な受信測定により
総測定時間が減少され測定の正確さの増加につながる。
ら送信され隣接素子から受信測定を行う測定シーケンス
はアレイの最後まで継続される。したがって較正技術は
任意の寸法にされたアレイに適用されることができる。
送信素子に隣接する素子以外の素子を使用した受信測定
が使用されてもよい。これらの付加的な受信測定により
総測定時間が減少され測定の正確さの増加につながる。
【００１５】奇数番号の素子の受信フェイズドアップ 第２の一連の測定は受信における奇数番号の素子と送信
における偶数番号の素子をフェイズドアップすることを
目的とする。これらの測定シーケンスは偶数番号素子の
フェイズドアップについて前述した測定シーケンスに類
似しており、図２のＢで図示されている。
における偶数番号の素子をフェイズドアップすることを
目的とする。これらの測定シーケンスは偶数番号素子の
フェイズドアップについて前述した測定シーケンスに類
似しており、図２のＢで図示されている。
【００１６】第１に、素子２からの送信信号は素子１か
ら受信測定用の励起を与え、その後に素子３から受信測
定用の励起を与える。これは素子１および３の相対的な
受信位相／利得応答が計算されることを可能にする。
ら受信測定用の励起を与え、その後に素子３から受信測
定用の励起を与える。これは素子１および３の相対的な
受信位相／利得応答が計算されることを可能にする。
【００１７】素子４からの送信信号は素子３から受信測
定を行うために使用され、その後素子５から受信測定を
行うために使用される。これは素子３および５の相対的
な受信位相／利得応答が計算されることを可能にする。
また、素子２に関する素子４の相対的な送信応答が計算
されることができる。全ての係数は偶数番号素子の受信
フェイズドアップと、奇数番号素子の送信フェイズドア
ップを提供するために使用されることができる。
定を行うために使用され、その後素子５から受信測定を
行うために使用される。これは素子３および５の相対的
な受信位相／利得応答が計算されることを可能にする。
また、素子２に関する素子４の相対的な送信応答が計算
されることができる。全ての係数は偶数番号素子の受信
フェイズドアップと、奇数番号素子の送信フェイズドア
ップを提供するために使用されることができる。
【００１８】フェイズドアップ全体を完了するために、
インターリーブされたフェイズドアップの奇数偶数番号
素子は全体的に位相／利得整列されることを必要とす
る。以下のセクションでは係数を決定するための技術を
説明し、この係数が適用されると、これが達成される。
インターリーブされたフェイズドアップの奇数偶数番号
素子は全体的に位相／利得整列されることを必要とす
る。以下のセクションでは係数を決定するための技術を
説明し、この係数が適用されると、これが達成される。
【００１９】ラインアレイに沿った結合係数の比率決定 先に説明した技術は、インターリーブされた各格子に特
有の位相／利得基準によりインターリーブされた格子の
同じ位相にを可能にする。総合的なフェイズドアップ目
的を達成するために、インターリーブされた格子の位相
／利得基準の差は測定可能でなければならない。全体的
なフェイズドアップの目的を達成するための技術につい
て説明する。線形アレイは、これが２つのインターリー
ブされた格子、即ち奇数／偶数番号格子を有する通常の
２次元アレイに応用可能な技術を最も簡単に示している
ので、１例として使用される。以下の説明から決定され
る係数の比率は２つの格子の同じ位相にすることを共に
可能にする。
有の位相／利得基準によりインターリーブされた格子の
同じ位相にを可能にする。総合的なフェイズドアップ目
的を達成するために、インターリーブされた格子の位相
／利得基準の差は測定可能でなければならない。全体的
なフェイズドアップの目的を達成するための技術につい
て説明する。線形アレイは、これが２つのインターリー
ブされた格子、即ち奇数／偶数番号格子を有する通常の
２次元アレイに応用可能な技術を最も簡単に示している
ので、１例として使用される。以下の説明から決定され
る係数の比率は２つの格子の同じ位相にすることを共に
可能にする。
【００２０】図３はラインアレイの４つの素子セグメン
トを示している。結合路はαおよびβにより示されてい
る。
トを示している。結合路はαおよびβにより示されてい
る。
【００２１】相互に結合された信号ｓは３つの複素数値
の成分を含んでおり、即ち、
の成分を含んでおり、即ち、
【数１】 Ｔを送信された信号とし、Ｒを受信された信号とし、α
を隣接素子の結合路とし、βを１つおきの素子の結合路
とするように限定する。
を隣接素子の結合路とし、βを１つおきの素子の結合路
とするように限定する。
【００２２】第１のステップは、素子１からの送信と素
子２、３の受信によって与えられる励起による２つの信
号ｓ1 とｓ2 を測定することである。素子１からの送信
と素子２の受信は式１に記載されている。素子１からの
送信と素子３の受信は式２に記載されている。次のステ
ップは素子４からの送信と素子２、３の受信によって与
えられる励起により２つの信号ｓ3 とｓ4 を測定するこ
とである。素子４からの送信と素子３の受信は式３によ
り記載されている。素子４からの送信と素子２の受信は
式４により記載されている。
子２、３の受信によって与えられる励起による２つの信
号ｓ1 とｓ2 を測定することである。素子１からの送信
と素子２の受信は式１に記載されている。素子１からの
送信と素子３の受信は式２に記載されている。次のステ
ップは素子４からの送信と素子２、３の受信によって与
えられる励起により２つの信号ｓ3 とｓ4 を測定するこ
とである。素子４からの送信と素子３の受信は式３によ
り記載されている。素子４からの送信と素子２の受信は
式４により記載されている。
【数２】
【００２３】次に信号の比率ｓ1 ／ｓ2 およびｓ4 ／ｓ
3 は次式のように形成される。
3 は次式のように形成される。
【数３】
【００２４】最終的に、比率の所望の比は結合係数の比
率ｚを計算するために形成される。
率ｚを計算するために形成される。
【数４】
【００２５】結合係数の比率の決定はアレイのほぼ任意
の位置で決定されることができる。この延長は必要なと
きにアレイ素子の結合係数の非均一性効果を除去するの
に使用されることができる。
の位置で決定されることができる。この延長は必要なと
きにアレイ素子の結合係数の非均一性効果を除去するの
に使用されることができる。
【００２６】インターリーブされた格子を共に同じ位相
にするための結合された係数比の適用 ｚの決定に使用された測定信号値ｓ1 とｓ2 を使用する
と次式が得られる。
にするための結合された係数比の適用 ｚの決定に使用された測定信号値ｓ1 とｓ2 を使用する
と次式が得られる。
【数５】 式８、９がそれぞれ式２、１と同一であることが分か
る。
る。
【００２７】素子３が素子２に等しく調節されなければ
ならない量Δがｓ2 ・ｚおよびｓ1の比率として計算さ
れることができる。
ならない量Δがｓ2 ・ｚおよびｓ1の比率として計算さ
れることができる。
【数６】
【００２８】この補正と結合路の差の補正を適用する
と、インターリーブされた格子が結合係数を使用して同
じ位相にされることが分かる。 ｓ1 ・Δ／Ｚ＝ｓ2 したがって、結合係数の比率はインターリーブされた格
子を同じ位相にするために使用されることができる。
と、インターリーブされた格子が結合係数を使用して同
じ位相にされることが分かる。 ｓ1 ・Δ／Ｚ＝ｓ2 したがって、結合係数の比率はインターリーブされた格
子を同じ位相にするために使用されることができる。
【００２９】２．通常の菱形格子の較正 インターリーブされた格子のフェイズドアップおよび結
合比測定の一般的原則は全ての平行四辺形格子に適用さ
れることができる。この手順は菱形格子等の付加的な構
造が存在するならば簡単にされる。
合比測定の一般的原則は全ての平行四辺形格子に適用さ
れることができる。この手順は菱形格子等の付加的な構
造が存在するならば簡単にされる。
【００３０】１つおきの列の較正 ここで説明した例示の技術は菱形格子に適用される。一
般性を失うことなく、三角形の格子例が記載されてい
る。正方形の格子は単にこの例を回転したものである。
般性を失うことなく、三角形の格子例が記載されてい
る。正方形の格子は単にこの例を回転したものである。
【００３１】以下、受信較正のうちの１つを説明する。
送信および受信素子の役目が反対にされたならばこの技
術は送信に応用可能である。
送信および受信素子の役目が反対にされたならばこの技
術は送信に応用可能である。
【００３２】以下の説明で、図４は素子位置のグラフィ
ック表示である。
ック表示である。
【００３３】プロセスは素子Ａからの送信により開始さ
れる。信号は素子１、２、４、５を通じて同時に受信さ
れる。相互結合が２面対称であるために、Ａから１、
２、４、５の結合係数は同一である。素子２、４、５は
帰還した信号と素子１からの信号との差を最小にするよ
うに調節されることができる。この調節の適用により素
子１、２、４、５を同じ位相にする。
れる。信号は素子１、２、４、５を通じて同時に受信さ
れる。相互結合が２面対称であるために、Ａから１、
２、４、５の結合係数は同一である。素子２、４、５は
帰還した信号と素子１からの信号との差を最小にするよ
うに調節されることができる。この調節の適用により素
子１、２、４、５を同じ位相にする。
【００３４】次に、信号は素子Ｂから送信される。素子
３、６は、個々の信号と、先に調節された素子２または
５からの信号の差が最小にされるように調節される。こ
れは素子１、２、３、４、５、６を同じ位相にする。
３、６は、個々の信号と、先に調節された素子２または
５からの信号の差が最小にされるように調節される。こ
れは素子１、２、３、４、５、６を同じ位相にする。
【００３５】前述のプロセスは全ての番号を付された素
子が相互に関して同じ位相にされるまで反復される。
子が相互に関して同じ位相にされるまで反復される。
【００３６】前述のプロセスは、送信および受信素子の
役目が反対にされて反復される。信号は素子５から送信
され、素子Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅは同じ位相にされる。信号は
素子６から送信され、素子Ｃ、Ｆは同じ位相にされるよ
うにＡ、Ｂ、Ｄ、Ｅに付加される。プロセスは全ての文
字を付された素子が相互に同じ位相にされるまで反復さ
れる。
役目が反対にされて反復される。信号は素子５から送信
され、素子Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅは同じ位相にされる。信号は
素子６から送信され、素子Ｃ、Ｆは同じ位相にされるよ
うにＡ、Ｂ、Ｄ、Ｅに付加される。プロセスは全ての文
字を付された素子が相互に同じ位相にされるまで反復さ
れる。
【００３７】次のステップはこれらの２つのインターリ
ーブされた格子を同じ位相にすることである。
ーブされた格子を同じ位相にすることである。
【００３８】２つのインターリーブされた格子の位相調
整 以下説明する手順は図５で説明する結合係数αとβの比
率の自己測定を可能にする。この係数の比率は２つの格
子の位相調整を共に可能にするのに十分である。このプ
ロセスは先に説明したラインアレイに沿って結合係数の
比率の決定に匹敵する。
整 以下説明する手順は図５で説明する結合係数αとβの比
率の自己測定を可能にする。この係数の比率は２つの格
子の位相調整を共に可能にするのに十分である。このプ
ロセスは先に説明したラインアレイに沿って結合係数の
比率の決定に匹敵する。
【００３９】菱形格子に沿った結合係数の比率の決定 相互に結合された信号ｓは３つの複素数成分からなり、
即ち、
即ち、
【数７】 Ｔを送信された信号とし、Ｒを受信された信号とし、α
を隣接素子の結合路とし、βを１つおきの素子の結合路
とするように限定する。
を隣接素子の結合路とし、βを１つおきの素子の結合路
とするように限定する。
【００４０】第１のステップは、４つの信号ｓ1 、
ｓ2 、ｓ3 、ｓ4 を測定することである。
ｓ2 、ｓ3 、ｓ4 を測定することである。
【数８】
【００４１】次に信号の比率ｓ1 ／ｓ2 およびｓ4 ／ｓ
3 は次式のように形成される。
3 は次式のように形成される。
【数９】
【００４２】最後に、比率の比は結合係数の比率を計算
するために形成される。
するために形成される。
【数１０】 この比率ｚは所望の結合係数の比率である。
【００４３】インターリーブされた格子を共に位相調整
するための結合係数比率の適用 素子と結合路に同一の表記を使用して、以下の信号が集
合される。
するための結合係数比率の適用 素子と結合路に同一の表記を使用して、以下の信号が集
合される。
【数１１】
【００４４】複素数で素子３が素子２に等しく調節され
なければならない量はｓ2 ・ｚおよびｓ1 の比率に等し
い。
なければならない量はｓ2 ・ｚおよびｓ1 の比率に等し
い。
【数１２】
【００４５】この補正と結合路の差の補正を適用する
と、以下の信号が等しいことが認められる。 ｓ1 ・Δ／ｚ＝ｓ2 これは格子のフェイズドアップを完了する。
と、以下の信号が等しいことが認められる。 ｓ1 ・Δ／ｚ＝ｓ2 これは格子のフェイズドアップを完了する。
【００４６】３．一般的な平行四辺形格子の較正 インターリーブされた格子への較正 ここで説明する技術は通常の平行四辺形格子に適用され
る。正方形、菱形、長方形、平行四辺形格子は一般的な
平行四辺形のケースにすぎない。説明の目的で、一般原
則を失うことなく平行四辺形格子の例を説明する。
る。正方形、菱形、長方形、平行四辺形格子は一般的な
平行四辺形のケースにすぎない。説明の目的で、一般原
則を失うことなく平行四辺形格子の例を説明する。
【００４７】図６は平行四辺形格子10の素子位置のグラ
フィック表示である。ここからの説明は受信較正の１つ
に関する。送信および受信素子の役目が反対にされるな
らば、技術は送信較正に応用可能である。
フィック表示である。ここからの説明は受信較正の１つ
に関する。送信および受信素子の役目が反対にされるな
らば、技術は送信較正に応用可能である。
【００４８】ステップ１：プロセスは素子ａから送信す
ることにより開始される。信号は同時に素子１および３
を通って受信される。相互結合が対称的であるために、
素子ａから素子１へ、素子１から素子３への結合係数は
同一である。素子３はその帰還した信号と、素子１から
の信号との位相および利得差を最小にするように調節さ
れることができる。アレイ較正システムを通ってこの調
節を適用することは素子１および３が同一の位相および
利得励起を示すことを可能にする。
ることにより開始される。信号は同時に素子１および３
を通って受信される。相互結合が対称的であるために、
素子ａから素子１へ、素子１から素子３への結合係数は
同一である。素子３はその帰還した信号と、素子１から
の信号との位相および利得差を最小にするように調節さ
れることができる。アレイ較正システムを通ってこの調
節を適用することは素子１および３が同一の位相および
利得励起を示すことを可能にする。
【００４９】ステップ２：次に、信号は素子ｃから送信
される。素子４はその信号と素子２からの信号との差が
最小にされるように調節される。これは素子２、４を同
じ位相にする。
される。素子４はその信号と素子２からの信号との差が
最小にされるように調節される。これは素子２、４を同
じ位相にする。
【００５０】ステップ３：次に、信号は素子Ａから送信
される。素子２はその信号と素子１からの信号の差を最
小にするように調節される。同一の調節が既に調節され
た素子４に適用される。これは素子１、２、３、４を同
じ位相にする。
される。素子２はその信号と素子１からの信号の差を最
小にするように調節される。同一の調節が既に調節され
た素子４に適用される。これは素子１、２、３、４を同
じ位相にする。
【００５１】ステップ４：このプロセスの反復により、
１つおきの列の交互の素子が同位相にされる。
１つおきの列の交互の素子が同位相にされる。
【００５２】ステップ１乃至４は素子３、４、およびａ
ａからの送信を使用して反復され、それによって素子
ａ、ｂ、ｃ、ｄを同じ位相にする。ステップ１乃至４は
再度ａａ、ｂｂ、および２からの送信を使用して反復さ
れ、それによって素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを同じ位相にす
る。ステップ１乃至４は素子Ｃ、Ｄ、ｃからの送信を使
用してもう一度最後に反復され、それによって素子ａ
ａ、ｂｂ、ｃｃ、ｄｄを同じ位相にする。
ａからの送信を使用して反復され、それによって素子
ａ、ｂ、ｃ、ｄを同じ位相にする。ステップ１乃至４は
再度ａａ、ｂｂ、および２からの送信を使用して反復さ
れ、それによって素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを同じ位相にす
る。ステップ１乃至４は素子Ｃ、Ｄ、ｃからの送信を使
用してもう一度最後に反復され、それによって素子ａ
ａ、ｂｂ、ｃｃ、ｄｄを同じ位相にする。
【００５３】４つのインターリーブされたフェイズドア
ップ格子が形成される。次のステップは、必要な特別の
方向における素子の相互結合係数の比率を決定すること
によってこれらの４つのインターリーブされた格子を同
じ位相にすることである。
ップ格子が形成される。次のステップは、必要な特別の
方向における素子の相互結合係数の比率を決定すること
によってこれらの４つのインターリーブされた格子を同
じ位相にすることである。
【００５４】平行四辺形の格子は４つのインターリーブ
された格子を有して最も複雑である。他の格子はより少
数のインターリーブされた格子を示しており、即ち菱形
とラインアレイの両者は２つの格子を有する。
された格子を有して最も複雑である。他の格子はより少
数のインターリーブされた格子を示しており、即ち菱形
とラインアレイの両者は２つの格子を有する。
【００５５】４つのインターリーブされた格子をフェイ
ズドアップするためのラインアレイフェイズドアップ技
術の使用 ラインアレイをフェイズドアップするための先の技術は
一般的な平行四辺形格子へ３度適用される。前述の４つ
の格子のフェイズドアップを終了した後、図１で示した
それに続く素子グループは相互に関して、即ち（１、
２、３、４）、（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）、（Ａ、Ｂ、Ｃ、
Ｄ）（ａａ、ｂｂ、ｃｃ、ｄｄ）位相調整される。前述
のラインアレイのフェイズドアップ技術は最初に素子
Ａ、ａａ、Ｃ、ｃｃへ適用される。この技術の使用は、
素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、ａａ、ｂｂ、ｃｃ、ｄｄが共に位
相調整されることを可能にする。プロセスは素子２、
ｃ、４、ｄで反復される。これは素子１、２、３、４、
ａ、ｂ、ｃ、ｄがフェイズドアップされることを可能に
する。プロセスはもう一度最後に素子３、Ｃ、４、Ｄを
使用して反復される。この最後のステップは全ての素子
を同じ位相にする。
ズドアップするためのラインアレイフェイズドアップ技
術の使用 ラインアレイをフェイズドアップするための先の技術は
一般的な平行四辺形格子へ３度適用される。前述の４つ
の格子のフェイズドアップを終了した後、図１で示した
それに続く素子グループは相互に関して、即ち（１、
２、３、４）、（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）、（Ａ、Ｂ、Ｃ、
Ｄ）（ａａ、ｂｂ、ｃｃ、ｄｄ）位相調整される。前述
のラインアレイのフェイズドアップ技術は最初に素子
Ａ、ａａ、Ｃ、ｃｃへ適用される。この技術の使用は、
素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、ａａ、ｂｂ、ｃｃ、ｄｄが共に位
相調整されることを可能にする。プロセスは素子２、
ｃ、４、ｄで反復される。これは素子１、２、３、４、
ａ、ｂ、ｃ、ｄがフェイズドアップされることを可能に
する。プロセスはもう一度最後に素子３、Ｃ、４、Ｄを
使用して反復される。この最後のステップは全ての素子
を同じ位相にする。
【００５６】本発明は他のフェイズドアップ方法よりも
優れた幾つかの利点を提供する。近視野のフェイズドア
ップ技術と比較するとき、本発明は最少量の外部装置ま
たは設備によりアレイのフェイズドアップを可能にす
る。さらに、この方法は、格子および素子の相互結合パ
ターンの非対称を可能にする。他の技術は等しい素子間
路の長さと、全ての隣接する格子方向における等しい素
子の相互結合応答に依存する。本発明は素子の相互結合
路の差を外部測定する必要性をなくす。
優れた幾つかの利点を提供する。近視野のフェイズドア
ップ技術と比較するとき、本発明は最少量の外部装置ま
たは設備によりアレイのフェイズドアップを可能にす
る。さらに、この方法は、格子および素子の相互結合パ
ターンの非対称を可能にする。他の技術は等しい素子間
路の長さと、全ての隣接する格子方向における等しい素
子の相互結合応答に依存する。本発明は素子の相互結合
路の差を外部測定する必要性をなくす。
【００５７】前述の実施形態は本発明の原理を表した可
能な特別の実施形態の単なる例示であることが理解でき
よう。他の装置が本発明の技術的範囲を逸脱することな
く当業者により容易に実施されることができよう。
能な特別の実施形態の単なる例示であることが理解でき
よう。他の装置が本発明の技術的範囲を逸脱することな
く当業者により容易に実施されることができよう。
【図１】それぞれアレイ素子の格子位置を表した４つの
四辺形構造図。
四辺形構造図。
【図２】それぞれ受信および送信時に素子の線形アレイ
の偶数番号および奇数番号のインターリーブされた格子
をフェイズドアップする技術と、それぞれ受信および送
信時に偶数番号および奇数番号の格子をフェイズドアッ
プする技術の説明図。
の偶数番号および奇数番号のインターリーブされた格子
をフェイズドアップする技術と、それぞれ受信および送
信時に偶数番号および奇数番号の格子をフェイズドアッ
プする技術の説明図。
【図３】４つの例示的な素子を有するラインアレイの概
略図。
略図。
【図４】菱形格子構造のアレイの簡単化した概略図。
【図５】図４の菱形アレイの４つの素子の結合路を示し
た説明図。
た説明図。
【図６】平行四辺形アレイ格子の素子位置のグラフィッ
ク表示図。
ク表示図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エリック・ボー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90803、ロング・ビーチ、ナンバー 101、 ユークリッド・アベニュー 212
Claims (8)
- 【請求項１】 アレイアンテナを構成し、複数の間隔を
隔てられインターリーブされた格子に配置されている放
射素子のフェイズドアップを行う方法において、 （ｉ）同時に第１のインターリーブされた格子の単一の
素子から測定信号を送信し、第２のインターリーブされ
た格子の１以上の隣接した素子で送信測定信号を受信
し、第１の格子の単一の素子からの送信結果として第２
のインターリーブされた格子の素子間の位相および利得
差を計算し、 （ii）前記第１の格子の他の素子からの測定信号を逐次
送信するためにステップ（ｉ）を反復し、第２の格子の
素子で送信された信号を受信し、結果的な位相および利
得差を計算し、ステップ（ｉ）と（ii）からの計算され
た位相および利得差を使用し、それによって第１の組の
補正係数を計算し、この係数は第２の格子の対応素子に
適用されるときこれらの素子が同一の位相および利得応
答を示すことを許容し、フェイズドアップされた第２の
格子を与え、 （iii ）素子の残りの各格子に対して、複数のインター
リーブされフェイズドアップされた格子を与えるために
ステップ（ｉ）と（ii）を反復し、 （iv）アレイに対する素子の相互結合係数の１組の比率
を決定し、 （ｖ）複数のインターリーブされた格子を同じ位相にす
るため前記アレイを構成する素子への必要な調節を決定
するために素子の相互結合係数の１組の比率を使用する
ステップを有し、 ここで、前記アレイのフェイズドアップは所定の時間に
ただ１つの素子のみを通って信号を送信することを特徴
とする方法。 - 【請求項２】 格子の方向が四辺形方向である請求項１
記載の方法。 - 【請求項３】 四辺形方向が平行四辺形であり、ここで
アレイは４つのインターリーブされた素子の格子を具備
し、これらの素子は同じ位相にされる請求項２記載の方
法。 - 【請求項４】 アレイは１つおきの素子の第１および第
２のインターリーブされたアレイの線形アレイである請
求項１記載の方法。 - 【請求項５】 素子の相互結合係数の１組の比率は、前
記アレイを構成した隣接する素子と１つおきの素子との
間の結合係数の比率を有する請求項４記載の方法。 - 【請求項６】 アレイ素子は菱形格子に配置され、アレ
イはそれぞれの行および列に配置された素子の第１およ
び第２のインターリーブされた格子に分割され、前記ス
テップ（ｉ）は同時に第１の格子の単一素子から送信
し、前記第２の格子の４つの隣接した素子でこの送信信
号を受信し、受信素子のうち３つを調節してそれぞれの
受信信号と、４つの受信素子の残りの第４の素子で受信
した信号との差を最小にする請求項１記載の方法。 - 【請求項７】 菱形格子は正方形の格子である請求項６
記載の方法。 - 【請求項８】 菱形格子は三角形の格子である請求項６
記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/642,033 US5657023A (en) | 1996-05-02 | 1996-05-02 | Self-phase up of array antennas with non-uniform element mutual coupling and arbitrary lattice orientation |
| US642033 | 1996-05-02 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1068751A true JPH1068751A (ja) | 1998-03-10 |
| JP3215652B2 JP3215652B2 (ja) | 2001-10-09 |
Family
ID=24574896
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11491597A Expired - Lifetime JP3215652B2 (ja) | 1996-05-02 | 1997-05-02 | 非均一素子の相互結合および任意の格子方向によるアレイアンテナの自己フェイズドアップ |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5657023A (ja) |
| EP (1) | EP0805514B1 (ja) |
| JP (1) | JP3215652B2 (ja) |
| AU (1) | AU683821B1 (ja) |
| CA (1) | CA2203965C (ja) |
| DE (1) | DE69701165T2 (ja) |
| ES (1) | ES2141557T3 (ja) |
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