フェーズドアレイアンテナ及び位相制御方法
【課題】 フェーズドアレイアンテナの運用時に湾曲・変形の状態が変化した場合であっても、送受信ビームの特性の劣化を回避することが可能なフェーズドアレイアンテナを提供する。
【解決手段】 フェーズドアレイアンテナは、複数のアンテナ部、送受信制御部、結合量算出部、位相量設定部及び位相制御部を具備する。アンテナ部は、アンテナ素子、送信モジュール、受信モジュール及び検出経路を備える。送受信制御部は、複数のアンテナ部のいずれかへ所定の強度の送信信号を供給し、送信信号の供給先のアンテナ部を順次切り替える。結合量算出部は、供給先が順次切り替えられるそれぞれの送信信号に対して複数の検出経路を介して返信される検出信号に基づき、アンテナ素子間の伝搬量を算出する。位相量設定部は、伝搬量に基づき送信モジュール及び受信モジュールの位相量を設定する。位相制御部は、設定された位相量で送信モジュール及び受信モジュールに位相制御させる。
【解決手段】 フェーズドアレイアンテナは、複数のアンテナ部、送受信制御部、結合量算出部、位相量設定部及び位相制御部を具備する。アンテナ部は、アンテナ素子、送信モジュール、受信モジュール及び検出経路を備える。送受信制御部は、複数のアンテナ部のいずれかへ所定の強度の送信信号を供給し、送信信号の供給先のアンテナ部を順次切り替える。結合量算出部は、供給先が順次切り替えられるそれぞれの送信信号に対して複数の検出経路を介して返信される検出信号に基づき、アンテナ素子間の伝搬量を算出する。位相量設定部は、伝搬量に基づき送信モジュール及び受信モジュールの位相量を設定する。位相制御部は、設定された位相量で送信モジュール及び受信モジュールに位相制御させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、複数のアンテナ素子を備えるフェーズドアレイアンテナと、このフェーズドアレイアンテナで用いられる位相制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、フェーズドアレイアンテナが湾曲・変形した場合には、フェーズドアレイアンテナとしての性能が劣化する。これは、各アンテナ素子から送信される送信信号の位相及び各アンテナ素子で受信される受信信号の位相が不適切となり、形成される送信ビーム及び受信ビームの特性が劣化するためである。
【０００３】
このような送信ビーム及び受信ビームの特性の劣化を補償するためには、フェーズドアレイアンテナの湾曲・変形の状態を検出し、適切な位相設定量を算出する等を行う必要がある。しかしながら、従来のフェーズドアレイアンテナでは、運用時に湾曲・変形の状態が連続的に変化した場合、この変化を検出することができず、送信ビーム及び受信ビームの特性の劣化を回避することができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２１４２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のように、従来のフェーズドアレイアンテナでは、運用時に湾曲・変形の状態が変化した場合、この変化を検出することができず、送信ビーム及び受信ビームの特性の劣化を回避することができなかった。
【０００６】
そこで、目的は、フェーズドアレイアンテナの運用時に湾曲・変形の状態が変化した場合であっても、送信ビーム及び受信ビームの特性の劣化を回避することが可能なフェーズドアレイアンテナ及び位相制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態によれば、フェーズドアレイアンテナは、複数のアンテナ部、送受信制御部、結合量算出部、位相量設定部及び位相制御部を具備する。アンテナ部は、送信信号の位相を制御する送信モジュール、前記位相制御された送信信号を送信するアンテナ素子、前記アンテナ素子で受信される受信信号の位相を制御する受信モジュール、及び、特性が既知であり、前記位相制御された送信信号又は前記アンテナ素子で受信される受信信号を検出信号として導通させる検出経路を備える。送受信制御部は、前記複数のアンテナ部のいずれかへ予め設定した強度の送信信号を供給し、前記送信信号の供給先のアンテナ部を順次切り替える。結合量算出部は、前記供給先が順次切り替えられるそれぞれの送信信号に対して、前記複数のアンテナ部の検出経路を介して返信される複数の検出信号に基づき、前記複数のアンテナ素子間の高周波信号の伝搬量を算出する。位相量設定部は、前記伝搬量に基づいて前記送信モジュール及び前記受信モジュールの位相量を設定する。位相制御部は、前記設定された位相量で前記位相制御を行うように、前記送信モジュール及び前記受信モジュールに対して指示を出す。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係るフェーズドアレイアンテナの機能構成を示すブロック図である。
【図２】図１の切替部の形態の例を示す図である。
【図３】図１の信号処理部が条件１を採用して位相量を設定する際の処理を示すフローチャートである。
【図４】図１の信号処理部が条件２を採用して位相量を設定する際の処理を示すフローチャートである。
【図５】図１のフェーズドアレイアンテナの湾曲・変形例を示す図である。
【図６】第２の実施形態にフェーズドアレイアンテナの機能構成を示すブロック図である。
【図７】図６の切替部の形態の例を示す図である。
【図８】図６の信号処理部が条件３を採用して位相量を設定する際の処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るフェーズドアレイアンテナの機能構成を示すブロック図である。図１に示すフェーズドアレイアンテナは、アンテナ部１０−１〜１０−ｎ、分配／合成部２０、送信部３０、受信部４０、検出信号生成部５０、信号処理部６０、メモリ７０及び位相制御部８０を具備する。また、アンテナ部１０−１〜１０−ｎの構成はそれぞれ同様であるため、以下ではアンテナ部１０−１について説明する。
【００１１】
アンテナ部１０−１は、アンテナ素子１１−１、切替部１２−１、送信モジュール１３−１、受信モジュール１４−１及び検出経路１５−１を備える。
【００１２】
アンテナ素子１１−１は、切替部１２−１を介して、送信モジュール１３−１、受信モジュール１４−１及び検出経路１５−１と接続する。アンテナ素子１１−１は、送信モジュール１３−１から出力される送信出力信号ＡＴ１を送信する。また、アンテナ素子１１−１は、検出経路１５−１から供給される第１の検出出力信号ＡＣＲ１を送信する。また、アンテナ素子１１−１は、受信した信号を、受信入力信号ＡＲ１として受信モジュール１４−１へ出力する。また、アンテナ素子１１−１は、受信した信号を、第２の検出入力信号ＡＣＴ１として検出経路１５−１へ供給する。
【００１３】
図２は、切替部１２−１の形態の例を示す模式図である。切替部１２−１は、サーキュレータ１２１及びカプラ１２２を備える。サーキュレータ１２１は、送信モジュール１３−１からの送信出力信号ＡＴ１をアンテナ素子１１−１へ出力し、アンテナ素子１１−１からの受信入力信号ＡＲ１を受信モジュール１４−１へ出力する。カプラ１２２は、サーキュレータ１２１とアンテナ素子１１−１の端子との間の線路に位置し、検出経路１５−１と接続する。
【００１４】
送信モジュール１３−１は、移相器１３１−１及び送信増幅器１３２−１を備える。移相器１３１−１は、分配／合成部２０から供給される送信入力信号ＢＴ１の位相を、位相制御部８０からの指示に従い、所定量だけ変化させる。移相器１３１−１は、位相制御した信号を送信増幅器１３２−１へ出力する。
【００１５】
送信増幅器１３２−１は、移相器１３１−１からの信号を増幅し、送信出力信号ＡＴ１として切替部１２−１へ出力する。
【００１６】
受信モジュール１４−１は、移相器１４１−１及び受信増幅器１４２−１を備える。
【００１７】
受信増幅器１４２−１は、切替部１２−１から供給される受信入力信号ＡＲ１を低雑音増幅し、移相器１４１−１へ出力する。
【００１８】
移相器１４１−１は、受信増幅器１４２−１で低雑音増幅された信号の位相を、位相制御部８０からの指示に従い、所定量だけ変化させる。移相器１４１−１は、位相制御した信号を受信出力信号ＢＲ１として分配／合成部２０へ出力する。
【００１９】
検出経路１５−１は、インピーダンス１５１−１を備える。インピーダンス１５１−１は、分配／合成部２０から供給される第１の検出入力信号ＢＣＲ１に付加を与え、第１の検出出力信号ＡＣＲ１として切替部１２−１へ出力する。また、インピーダンス１５１−１は、切替部１２−１から供給される第２の検出入力信号ＡＣＴ１に付加を与え、第２の検出出力信号ＢＣＴ１として分配／合成部２０へ出力する。
【００２０】
分配／合成部２０は、送信部３０から供給される送信信号を分配し、送信入力信号ＢＴ１〜ＢＴｎとしてアンテナ部１０−１〜１０−ｎへ出力する。また、分配／合成部２０は、アンテナ部１０−１〜１０−ｎから出力される受信出力信号ＢＲ１〜ＢＲｎを受信部４０へ出力する。
【００２１】
また、分配／合成部２０は、検出信号生成部５０から供給される検出信号を分配し、第１の検出入力信号ＢＣＲ１〜ＢＣＲｎとしてアンテナ部１０−１〜１０−ｎへ出力する。また、分配／合成部２０は、アンテナ部１０−１〜１０−ｎから出力される第２の検出出力信号ＢＣＴ１〜ＢＣＴｎを受信部４０へ出力する。
【００２２】
送信部３０は、送受信制御部６１により指示されたタイミング及び変調方式に従って送信信号を生成する。送信部３０は、生成した送信信号に対して、デジタル−アナログ変換、周波数変換及び電力増幅等の送信処理を施し、送信処理を施した送信信号を分配／合成部２０へ出力する。
【００２３】
受信部４０は、分配／合成部２０からの受信出力信号ＢＲ１〜ＢＲｎ及び第２の検出出力信号ＢＣＴ１〜ＢＣＴｎに対して、ベースバンド帯への周波数変換、電力増幅及びアナログ−デジタル変換等の受信処理を施し、受信処理を施した受信出力信号ＢＲ１〜ＢＲｎ及び第２の検出出力信号ＢＣＴ１〜ＢＣＴｎを信号処理部６０へ出力する。
【００２４】
信号処理部６０は、例えばマイクロプロセッサからなるＣＰＵ（Central Processing Unit）を備えたもので、送受信制御部６１、結合量算出部６２及び位相量設定部６３の機能を有する。
【００２５】
送受信制御部６１は、送信部３０に対して、送信信号の生成タイミング及び変調方式等を指示する。また、送受信制御部６１は、検出信号生成部５０に対して、検出信号の生成タイミング及び変調方式等を指示する。また、送受信制御部６１は、分配／合成部２０に対して、送信入力信号ＢＴを出力する送信モジュール、受信出力信号ＢＲの供給元となる受信モジュール、第１の検出入力信号ＢＣＲを出力する検出経路、及び、第２の検出出力信号ＢＣＴの供給元となる検出経路を指示する。
【００２６】
具体的には、送受信制御部６１は、以下のような処理を行う。ここで、アンテナ部１０−１〜１０−ｎ内で伝搬される送信入力信号［ＢＴ］、送信出力信号［ＡＴ］、受信入力信号［ＡＲ］、受信出力信号［ＢＲ］、第１の検出入力信号［ＢＣＲ］、第１の検出出力信号［ＡＣＲ］、第２の検出入力信号［ＡＣＴ］及び第２の検出出力信号［ＢＣＴ］は、次式で表される。
【数１】
【００２７】
また、送信モジュール１３−１〜１３−ｎの特性を示す送信系個体係数［ＲＴ］、受信モジュール１４−１〜１４−ｎの特性を示す受信系個体係数［ＲＲ］、及び、検出経路１５−１〜１５−ｎの特性を示す検出系個体係数［ＲＣ］は、次式で示される。
【数２】
【００２８】
また、アンテナ素子１１−１〜１１−ｎ間の高周波信号の伝搬量（以下、結合量と称する）である結合係数［Ｔ］は、次式で示される。
【数３】
【００２９】
また、上記式は、下記の関係性を有する。
【数４】
【００３０】
送受信制御部６１は、下記の条件１に従い、「１」の送信入力信号ＢＴがアンテナ部１０−１〜１０−ｎのうちいずれかのアンテナ部１０−ｐ（ｐは１〜ｎの自然数）へ順次出力され、その他のアンテナ部へは送信入力信号ＢＴが供給されないように、送信部３０及び分配／合成部２０を制御する。このとき、送受信制御部６１は、第１の検出入力信号ＢＣＲがアンテナ部１０−１〜１０−ｎへ供給されないように、検出信号生成部５０を制御する。
【数５】
【００３１】
また、送受信制御部６１は、下記条件２を満たすように分配／合成部２０、送信部３０及び検出信号生成部５０を制御しても良い。
【数６】
【００３２】
すなわち、送受信制御部６１は、上記の条件２に従い、「１」の第１の検出入力信号ＢＣＲがアンテナ部１０−１〜１０−ｎのうちいずれかのアンテナ部１０−ｑ（ｑは１〜ｎの自然数）へ順次出力され、その他のアンテナ部へは第１の検出入力信号ＢＣＲが供給されないように、検出信号生成部５０及び分配／合成部２０を制御する。このとき、送受信制御部６１は、送信入力信号ＢＴがアンテナ部１０−１〜１０−ｎへ供給されないように、送信部３０を制御する。
【００３３】
送受信制御部６１が分配／合成部２０、送信部３０及び検出信号生成部５０を、式（１５）に示す条件１に従って制御する場合、結合量算出部６２は、受信部４０からの第２の検出出力信号ＢＣＴ１〜ＢＣＴｎを測定する。
【００３４】
具体的には、ｐ＝１である場合、アンテナ部１０−１は、送信出力信号ＡＴ１をアンテナ素子１１−１から送信する。送信された信号は反射され、アンテナ素子１１−１で受信される。結合量算出部６２は、受信した信号をカプラ１２２−１及び検出経路１５−１を介して受信し、第２の検出出力信号ＢＣＴ１として測定する。また、結合量算出部６２は、アンテナ素子１１−１から送信された送信出力信号ＡＴ１が、アンテナ素子１１−２〜１１−ｎで受信され、検出経路１５−２〜１５−ｎを経て変換された第２の検出出力信号ＢＣＴ２〜ＢＣＴｎを測定する。このとき測定される信号を第２の検出出力信号［ＢＣＴ１］とする。
【００３５】
条件１は、送受信制御部６１によりｐ＝１〜ｎまで行われる。結合量算出部６２は、ｐ＝１〜ｎまで上記の測定を行い、第２の検出出力信号［ＢＣＴ１］〜［ＢＣＴｎ］を取得する。
【００３６】
ここで、結合量［Ｔ］における所定の成分間の関係は、式（１３）を参照して、第２の検出出力信号［ＢＣＴ１］〜［ＢＣＴｎ］及び検出系個体係数［ＲＣ］のみの関数として表すことができる。すなわち、結合量［Ｔ］における所定の成分間の関係は、検出系個体係数［ＲＣ］を固定値とすることにより、第２の検出出力信号［ＢＣＴ１］〜［ＢＣＴｎ］に基づいて算出されることとなる。
【００３７】
また、送受信制御部６１が分配／合成部２０、送信部３０及び検出信号生成部５０を、式（１６）に示す条件２を満たすように制御する場合、結合量算出部６２は、受信部４０からの受信出力信号ＢＲ１〜ＢＲｎを測定する。
【００３８】
具体的には、ｑ＝１である場合、アンテナ部１０−１は、第１の検出出力信号ＡＣＲ１をアンテナ素子１１−１から送信する。送信された信号は反射され、アンテナ素子１１−１で受信される。結合量算出部６２は、受信した信号を受信モジュール１４−１を介して受信し、受信出力信号ＢＲ１として測定する。また、結合量算出部６２は、アンテナ素子１１−１から送信された第１の検出出力信号ＡＣＲ１が、アンテナ素子１１−２〜１１−ｎで受信され、受信モジュール１４−２〜１４−ｎを経て変換された受信出力信号ＢＲ２〜ＢＲｎを測定する。このとき測定される信号を受信出力信号［ＢＲ１］とする。
【００３９】
条件２は、送受信制御部６１によりｑ＝１〜ｎまで行われる。結合量算出部６２は、ｑ＝１〜ｎまで上記の測定を行い、受信出力信号［ＢＲ１］〜［ＢＲｎ］を取得する。
【００４０】
ここで、結合量［Ｔ］における所定の成分間の関係は、式（１４）を参照して、受信出力信号［ＢＲ１］〜［ＢＲｎ］及び検出系個体係数［ＲＣ］のみの関数として表すことができる。すなわち、結合量［Ｔ］における所定の成分間の関係は、検出系個体係数［ＲＣ］を固定値とすることにより、受信出力信号［ＢＲ１］〜［ＢＲｎ］に基づいて算出されることとなる。以下では、第２の検出出力信号［ＢＣＴ１］〜［ＢＣＴｎ］又は受信出力信号［ＢＲ１］〜［ＢＲｎ］に基づいて算出された、結合量［Ｔ］における所定の成分間の関係を、結合量算出値と称する。
【００４１】
位相量設定部６３は、結合量算出部６２で結合量算出値が算出されると、算出された結合量算出値と、メモリ７０に予め記憶されるテーブルとを対応させる。なお、メモリ７０には、結合量算出値と、フェーズドアレイアンテナの湾曲・変形の状態との関係を示すテーブルが予め記憶されている。位相量設定部６３は、結合量算出値とテーブルとを対応させることで、湾曲・変形の状態を特定する。このとき、テーブルに記載される参照元の結合量算出値が離散値であり、算出した結合量算出値が連続値である場合、位相量設定部６３は、参照元の結合量算出値のうち、算出した結合量算出値に最も近似した値を選択し、その値に対応する湾曲・変形の状態を特定する。なお、位相量設定部６３は、参照元の結合量算出値のうち、算出した結合量算出値に近似する複数の値を用いて補間計算し、この補間計算により得られた値に対応する湾曲・変形の状態を特定しても良い。
【００４２】
位相量設定部６３は、特定した湾曲・変形の状態に基づいて、移相器１３１−１〜１３１−ｎ及び移相器１４１−１〜１４１−ｎの適切な位相量を設定する。
【００４３】
送受信制御部６１、結合量算出部６２及び位相量設定部６３は、上記の処理を予め設定された周期、又は、外部からの指示に応じて実施する。
【００４４】
位相制御部８０は、位相量設定部６３で設定された位相量で位相を変化させるように、移相器１３１−１〜１３１−ｎ及び移相器１４１−１〜１４１−ｎへ指示を出す。
【００４５】
次に、以上のように構成されたフェーズドアレイアンテナによる位相制御方法を、信号処理部６０の処理手順に従い説明する。図３は、送受信制御部６１が条件１を満たすように、分配／合成部２０、送信部３０及び検出信号生成部５０を制御する場合の信号処理部６０の処理を示すフローチャートである。なお、図３の説明では、アンテナ部１０が２個、つまりｎ＝２の場合を例に説明する。
【００４６】
まず、送受信制御部６１は、条件１のｐ＝１として、「１」の送信入力信号ＢＴ１がアンテナ部１０−１へ出力され、その他のアンテナ部１０−２へは送信入力信号ＢＴ２が供給されないように、送信部３０及び分配／合成部２０を制御する。また、送受信制御部６１は、第１の検出入力信号ＢＣＲ１，ＢＣＲ２がアンテナ部１０−１，１０−２へ供給されないように、検出信号生成部５０を制御する（ステップＳ３１）。
【００４７】
結合量算出部６２は、アンテナ部１０−１から供給される第２の検出出力信号ＢＣＴ１と、アンテナ部１０−２から供給される第２の検出出力信号ＢＣＴ２とを測定し、第２の検出出力信号［ＢＣＴ１］を取得する（ステップＳ３２）。
【００４８】
続いて、送受信制御部６１は、ｐ＝ｎか否かを判断する（ステップＳ３３）。ｐがｎ未満である場合（ステップＳ３３のＮｏ）、送受信制御部６１は、ｐを１だけインクリメントし、条件１を満たすように分配／合成部２０、送信部３０及び検出信号生成部５０を制御する（ステップＳ３４）。また、ｐ＝ｎである場合（ステップＳ３３のＹｅｓ）、送受信制御部６１は、取得したデータに基づいて結合量算出値を算出する（ステップＳ３５）。
【００４９】
送受信制御部６１は、結合量算出部６２で第２の検出出力信号［ＢＣＴ１］が取得されると、条件１のｐ＝２として、「１」の送信入力信号ＢＴ２がアンテナ部１０−２へ出力され、その他のアンテナ部１０−１へは送信入力信号ＢＴ１が供給されないように、送信部３０及び分配／合成部２０を制御する。また、送受信制御部６１は、第１の検出入力信号ＢＣＲ１，ＢＣＲ２がアンテナ部１０−１，１０−２へ供給されないように、検出信号生成部５０を制御する（ステップＳ３４）。
【００５０】
結合量算出部６２は、アンテナ部１０−１から供給される第２の検出出力信号ＢＣＴ１と、アンテナ部１０−２から供給される第２の検出出力信号ＢＣＴ２とを測定し、第２の検出出力信号［ＢＣＴ２］を取得する（ステップＳ３２）。
【００５１】
結合量算出部６２は、第２の検出出力信号［ＢＣＴ１］，［ＢＣＴ２］を取得すると、下記の計算を行い、式（１７），（１８）で示すように結合量算出値を算出する（ステップＳ３５）。
【数７】
【００５２】
位相量設定部６３は、結合量算出部６２で結合量算出値が算出されると、算出された結合量算出値と、メモリ７０に予め記憶されるテーブルとを対応させ、フェーズドアレイアンテナの湾曲・変形の状態を特定する（ステップＳ３６）。位相量設定部６３は、特定した湾曲・変形の状態に基づいて、移相器１３１−１〜１３１−２及び移相器１４１−１〜１４１−２の適切な位相量を設定する（ステップＳ３７）。
【００５３】
図４は、送受信制御部６１が条件２を満たすように、分配／合成部２０、送信部３０及び検出信号生成部５０を制御する場合の信号処理部６０の処理を示すフローチャートである。
【００５４】
まず、送受信制御部６１は、条件２のｑ＝１として、「１」の第１の検出入力信号ＢＣＲ１がアンテナ部１０−１へ出力され、その他のアンテナ部１０−２〜１０−ｎへは第１の検出入力信号ＢＣＲ２〜ＢＣＲｎが供給されないように、送信部３０及び分配／合成部２０を制御する。また、送受信制御部６１は、送信入力信号ＢＴ１〜ＢＴｎがアンテナ部１０−１〜１０−ｎへ供給されないように、検出信号生成部５０を制御する（ステップＳ４１）。
【００５５】
結合量算出部６２は、アンテナ部１０−１〜１０−ｎから供給される受信出力信号ＢＲ１〜ＢＲｎを測定し、受信出力信号［ＢＲ１］を取得する（ステップＳ４２）。
【００５６】
続いて、送受信制御部６１は、ｑ＝ｎか否かを判断する（ステップＳ４３）。ｑがｎ未満である場合（ステップＳ４３のＮｏ）、送受信制御部６１は、ｑを１だけインクリメントし、条件２を満たすように分配／合成部２０、送信部３０及び検出信号生成部５０を制御する（ステップＳ４４）。これにより、ｑ＝ｎまでステップＳ４２，Ｓ４４が繰り返され、結合量算出部６２は、受信出力信号［ＢＲ１］〜［ＢＲｎ］を取得する。
【００５７】
また、ｑ＝ｎである場合（ステップＳ４３のＹｅｓ）、送受信制御部６１は、取得した受信出力信号［ＢＲ１］〜［ＢＲｎ］に基づいて結合量算出値を算出する（ステップＳ４５）。
【００５８】
以上のように、上記第１の実施形態では、送受信制御部６１は、条件１を満たすように、「１」の送信入力信号ＢＴをアンテナ部１０−１〜１０−ｎのうちいずれかのアンテナ部へ出力し、出力対象となるアンテナ部を順次切り替える。結合量算出部６２は、出力した送信入力信号ＢＴに対して返信される第２の検出出力信号ＢＣＴ１〜ＢＣＴｎから第２の検出出力信号［ＢＣＴ１］〜［ＢＣＴｎ］を取得する。結合量算出部６２は、第２の検出出力信号［ＢＣＴ１］〜［ＢＣＴｎ］に基づいて結合量算出値を算出する。そして、位相量設定部６３は、算出した結合量算出値に基づいてフェーズドアレイアンテナの湾曲・変形の状態を特定し、移相器１３１−１〜１３１−ｎ，１４１−１〜１４１−ｎの位相量を設定する。
【００５９】
また、送受信制御部６１は、条件２を満たすように、「１」の第１の検出入力信号ＢＣＲをアンテナ部１０−１〜１０−ｎのうちいずれかのアンテナ部へ出力し、出力対象となるアンテナ部を順次切り替える。結合量算出部６２は、出力した第１の検出入力信号ＢＣＲに対して返信される受信出力信号ＢＲ１〜ＢＲｎから受信出力信号［ＢＲ１］〜［ＢＲｎ］を取得する。結合量算出部６２は、受信出力信号［ＢＲ１］〜［ＢＲｎ］に基づいて結合量算出値を算出する。そして、位相量設定部６３は、算出した結合量算出値に基づいてフェーズドアレイアンテナの湾曲・変形の状態を特定し、移相器１３１−１〜１３１−ｎ，１４１−１〜１４１−ｎの位相量を設定する。
【００６０】
これにより、フェーズドアレイアンテナは、例えば図５に示すような湾曲・変形が運用時に生じた場合でも、その状態を把握することが可能となり、この湾曲・変形の状態に応じて移相器１３１−１〜１３１−ｎ，１４１−１〜１４１−ｎの位相量を設定することが可能となる。
【００６１】
したがって、第１の実施形態に係るフェーズドアレイアンテナによれば、フェーズドアレイアンテナの運用時に湾曲・変形の状態が変化する場合であっても、送信ビーム及び受信ビームの特性の劣化を回避することができる。
【００６２】
また、第１の実施形態では、送受信制御部６１、結合量算出部６２及び位相量設定部６３は、上記の処理を予め設定された周期、又は、外部からの指示に応じて処理を実行するようにしている。これにより、フェーズドアレイアンテナの湾曲・変形の状態が連続的に変化した場合であっても、その変化に応じて移相器１３１−１〜１３１−ｎ，１４１−１〜１４１−ｎの位相量を設定することが可能となる。
【００６３】
なお、上記第１の実施形態では、検出経路１５がインピーダンス１５１を備える場合を例に説明した。しかしながら、これに限定される訳ではない。例えば、分配／合成部２０が検出信号を高周波分配する場合、検出経路１５は、スイッチ１５２を備えるようにしても良い。
【００６４】
このとき、送受信制御部６１は、条件２を満たすように検出信号生成部５０を制御すると共に、「１」の第１の検出入力信号ＢＣＲが供給されるアンテナ部のスイッチ１５２をオンとし、それ以外のアンテナ部のスイッチ１５２をオフとするように指示を出す。
【００６５】
また、分配／合成部２０がアンテナ部１０−１〜１０−ｎからの第２の検出出力信号ＢＣＴ１〜ＢＣＴｎを高周波合成する場合、検出経路１５は、スイッチ１５２を備えるようにしても良い。このとき、送受信制御部６１は、条件１を満たすように送信部３０及び検出信号生成部５０を制御すると共に、スイッチ１５２−１〜１５２−ｎが１つずつオンとなるように、スイッチ１５２−１〜１５２−ｎを制御する。これにより、第２の検出出力信号ＢＣＴが検出経路１５−１〜１５−ｎから１つずつ結合量算出部６２へ供給される。
【００６６】
また、上記第１の実施形態では、条件１を式（１５）のように設定したが、条件１はこれに限定される訳ではない。例えば、送受信制御部６１は、アンテナ部１０−ｐへの送信入力信号ＢＴｐと、その他のアンテナ部への送信入力信号ＢＴとが判別可能なように、送信入力信号ＢＴの強度を既知の値に設定するようにしても構わない。また、送受信制御部６１は、結合量算出部６２で第１の検出入力信号ＢＣＲの影響を除去可能であれば、必ずしも第１の検出入力信号ＢＣＲを０とするように、検出信号生成部５０を制御する必要はない。
【００６７】
また、上記第１の実施形態では、条件２を式（１６）のように設定したが、条件２はこれに限定される訳ではない。例えば、送受信制御部６１は、アンテナ部１０−ｑへの第１の検出入力信号ＢＣＲｑと、その他のアンテナ部への第１の検出入力信号ＢＣＲとが判別可能なように、第１の検出入力信号ＢＣＲの強度を既知の値に設定するようにしても構わない。また、送受信制御部６１は、結合量算出部６２で送信入力信号ＢＴの影響を除去可能であれば、必ずしも送信入力信号ＢＴを０とするように、送信部３０を制御する必要はない。
【００６８】
（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態にフェーズドアレイアンテナの機能構成を示すブロック図である。なお、第２の実施形態では、受信モジュール１４−１〜１４−ｎの受信増幅器１４２−１〜１４２−ｎの特性が安定している場合を例に説明する。
【００６９】
図６に示すフェーズドアレイアンテナは、アンテナ部９０−１〜９０−ｎ、分配／合成部２０、送信部３０、受信部４０、信号処理部１００、メモリ７０及び位相制御部８０を具備する。なお、アンテナ部９０−１〜９０−ｎの構成はそれぞれ同様であるため、以下ではアンテナ部９０−１について説明する。
【００７０】
アンテナ部９０−１は、アンテナ素子１１−１、切替部９１−１、送信モジュール１３−１及び受信モジュール１４−１を備える。
【００７１】
図７は、切替部９１−１の形態の例を示す模式図である。切替部９１−１は、サーキュレータ９１１を備える。サーキュレータ９１１は、送信モジュール１３−１からの送信出力信号ＡＴ１をアンテナ素子１１−１へ出力し、アンテナ素子１１−１からの受信入力信号ＡＲ１を受信モジュール１４−１へ出力する。
【００７２】
信号処理部１００は、例えばマイクロプロセッサからなるＣＰＵを備えたもので、送受信制御部１０１、結合量算出部１０２及び位相量設定部６３の機能を有する。
【００７３】
送受信制御部１０１は、送信部３０に対して、送信信号の生成タイミング及び変調方式等を指示する。また、送受信制御部１０１は、分配／合成部２０に対して、送信入力信号ＢＴを出力する送信モジュール、及び、受信出力信号ＢＲの供給元となる受信モジュールを指示する。
【００７４】
具体的には、送受信制御部１０１は、下記の条件３に従い、「１」の送信入力信号ＢＴがアンテナ部１０−１〜１０−ｎのうちいずれかのアンテナ部１０−ｒ（ｒは１〜ｎの自然数）へ順次出力され、その他のアンテナ部へは送信入力信号ＢＴが供給されないように、送信部３０及び分配／合成部２０を制御する。
【数８】
【００７５】
結合量算出部１０２は、受信部４０から供給される受信出力信号ＢＲ１〜ＢＲｎを測定する。具体的には、ｒ＝１である場合、アンテナ部９０−１は、送信出力信号ＡＴ１をアンテナ素子１１−１から送信する。送信された信号は反射され、アンテナ素子１１−１で受信される。結合量算出部１０２は、受信した信号を受信モジュール１４−１を介して受信し、受信出力信号ＢＲ１として測定する。また、結合量算出部１０２は、アンテナ素子１１−１から送信された送信出力信号ＡＴ１が、アンテナ素子１１−２〜１１−ｎで受信され、受信モジュール１４−２〜１４−ｎを経て変換された受信出力信号ＢＲ２〜ＢＲｎを測定する。このとき測定される信号を受信出力信号［ＢＲ１］とする。
【００７６】
式（１９）に示す条件３は、送受信制御部１０１によりｒ＝１〜ｎまで行われる。結合量算出部１０２は、ｒ＝１〜ｎまで上記の測定を行い、受信出力信号［ＢＲ１］〜［ＢＲｎ］を取得する。
【００７７】
ここで、結合量［Ｔ］における所定の成分間の関係は、下記の式（２０）を参照して、受信出力信号［ＢＲ１］〜［ＢＲｎ］及び受信系個体係数［ＲＲ］のみの関数として表すことができる。
【数９】
【００７８】
受信モジュール１４−１〜１４−ｎの受信増幅器１４２−１〜１４２−ｎの特性は安定しているため、受信系個体係数［ＲＲ］は既知である。そのため、結合量［Ｔ］における所定の成分間の関係は、受信出力信号［ＢＲ１］〜［ＢＲｎ］に基づいて算出されることとなる。以下では、受信出力信号［ＢＲ１］〜［ＢＲｎ］に基づいて算出された、結合量［Ｔ］における所定の成分間の関係を、結合量算出値と称する。
【００７９】
送受信制御部１０１、結合量算出部１０２及び位相量設定部６３は、上記の処理を予め設定された周期、又は、外部からの指示に応じて実施する。
【００８０】
次に、以上のように構成されたフェーズドアレイアンテナによる位相制御方法を、信号処理部１００の処理手順に従い説明する。図８は、送受信制御部１０１が条件３を満たすように、分配／合成部２０及び送信部３０を制御する場合の信号処理部１００の処理を示すフローチャートである。
【００８１】
まず、送受信制御部１０１は、条件３のｒ＝１として、「１」の送信入力信号ＢＴ１がアンテナ部９０−１へ出力され、その他のアンテナ部９０−２へは送信入力信号ＢＴ２が供給されないように、送信部３０及び分配／合成部２０を制御する（ステップＳ８１）。
【００８２】
結合量算出部１０２は、アンテナ部９０−１〜９０−ｎから供給される受信出力信号ＢＲ１〜ＢＲｎを測定し、受信出力信号［ＢＲ１］を取得する（ステップＳ８２）。
【００８３】
続いて、送受信制御部１０１は、ｒ＝ｎか否かを判断する（ステップＳ８３）。ｒがｎ未満である場合（ステップＳ８３のＮｏ）、送受信制御部１０１は、ｒを１だけインクリメントし、条件３を満たすように分配／合成部２０及び送信部３０を制御する（ステップＳ８４）。これにより、ｒ＝ｎまでステップＳ８２，Ｓ８４が繰り返され、結合量算出部１０２は、受信出力信号［ＢＲ１］〜［ＢＲｎ］を取得する。
【００８４】
また、ｒ＝ｎである場合（ステップＳ８３のＹｅｓ）、送受信制御部１０１は、取得した受信出力信号［ＢＲ１］〜［ＢＲｎ］に基づいて結合量算出値を算出する（ステップＳ８５）。
【００８５】
以上のように、上記第２の実施形態では、送受信制御部１０１は、条件３を満たすように、「１」の送信入力信号ＢＴをアンテナ部１０−１〜１０−ｎのうちいずれかのアンテナ部へ出力し、出力対象となるアンテナ部を順次切り替える。結合量算出部１０２は、出力した送信入力信号ＢＴに対して返信される受信出力信号ＢＲ１〜ＢＲｎから受信出力信号［ＢＲ１］〜［ＢＲｎ］を取得する。結合量算出部１０２は、受信系個体係数［ＲＲ］が既知であることを利用し、受信出力信号［ＢＲ１］〜［ＢＲｎ］に基づいて結合量算出値を算出する。そして、位相量設定部６３は、算出した結合量算出値に基づいてフェーズドアレイアンテナの湾曲・変形の状態を特定し、移相器１３１−１〜１３１−ｎ，１４１−１〜１４１−ｎの位相量を設定する。このように、受信モジュール１４−１〜１４−ｎの受信増幅器１４２−１〜１４２−ｎの特性が安定している場合、結合量算出部１０２は、第１の実施形態で示す検出経路１５がなくても受信出力信号［ＢＲ１］〜［ＢＲｎ］に基づいて結合量算出値を算出することが可能となる。
【００８６】
これにより、フェーズドアレイアンテナは、運用時に湾曲・変形があった場合でも、その状態を把握することが可能となり、この湾曲・変形の状態に応じて移相器１３１−１〜１３１−ｎ，１４１−１〜１４１−ｎの位相量を設定することが可能となる。
【００８７】
したがって、第２の実施形態に係るフェーズドアレイアンテナによれば、フェーズドアレイアンテナの運用時に湾曲・変形の状態が変化した場合であっても、送信ビーム及び受信ビームの特性の劣化を回避することができる。
【００８８】
また、第２の実施形態では、送受信制御部１０１、結合量算出部１０２及び位相量設定部６３は、上記の処理を予め設定された周期、又は、外部からの指示に応じて処理を実行するようにしている。これにより、フェーズドアレイアンテナの湾曲・変形の状態が連続的に変化した場合であっても、その変化に応じて移相器１３１−１〜１３１−ｎ，１４１−１〜１４１−ｎの位相量を設定することが可能となる。
【００８９】
なお、上記第２の実施形態では、条件３を式（１９）のように設定したが、条件３はこれに限定される訳ではない。例えば、送受信制御部１０１は、アンテナ部１０−ｒへの送信入力信号ＢＴｒと、その他のアンテナ部への送信入力信号ＢＴとが判別可能なように、送信入力信号ＢＴの強度を既知の値に設定するようにしても構わない。
【００９０】
また、上記各実施形態では、メモリ７０に、結合量算出値と、フェーズドアレイアンテナの湾曲・変形の状態との関係を示すテーブルが予め記憶されている場合を例に示した。しかしながら、これに限定される訳ではない。例えば、メモリ７０に、結合量算出値及び送受信のビーム条件（ビーム指向角及びビーム形状等）と、移相器１３１−１〜１３１−ｎ及び移相器１４１−１〜１４１−ｎの適切な位相量との関係を示すテーブルが予め記憶されていても構わない。この場合、メモリ７０に記憶されるデータ容量は増加するが、フェーズドアレイアンテナの湾曲・変形の状態に基づいて移相器の位相量を算出する必要がないため、処理速度が向上する。
【００９１】
また、上記各実施形態では、条件１又は３に従って所望のアンテナ部へ送信入力信号ＢＴを出力する場合、送受信制御部６１，１０１は、分配／合成部２０を制御する場合を例に説明した。しかしながら、これに限定される訳ではない。例えば、分配／合成部２０が送信信号を高周波分配する場合、送受信制御部６１，１０１は、送信モジュール１３−１〜１３−ｎの送信増幅器１３２−１〜１３２−ｎを制御するようにしても良い。
【００９２】
このとき、送受信制御部６１，１０１は、条件３を満たすように送信部３０を制御すると共に、「１」の送信入力信号ＢＴが供給されるアンテナ部の送信増幅器１３２をオンとし、それ以外のアンテナ部の送信増幅器１３２をオフとするように指示を出す。
【００９３】
また、分配／合成部２０がアンテナ部９０−１〜９０−ｎからの受信出力信号ＢＲ１〜ＢＲｎを高周波合成する場合、送受信制御部６１，１０１は、受信モジュール１４−１〜１４−ｎの受信増幅器１４２−１〜１４２−ｎを制御するようにしても良い。このとき、送受信制御部６１，１０１は、条件３を満たすように送信部３０を制御すると共に、受信増幅器１４２−１〜１４２−ｎが１つずつオンとなるように、受信増幅器１４２−１〜１４２−ｎを制御する。これにより、送信入力信号ＢＴが受信モジュール１４−１〜１４−ｎから１つずつ結合量算出部６２へ供給される。
【００９４】
いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００９５】
１０，９０…アンテナ部、１１…アンテナ素子、１２，９１…切替部、１２１，９１１…サーキュレータ、１２２…カプラ、１３…送信モジュール、１３１…移相器、１３２…送信増幅器、１４…受信モジュール、１４１…移相器、１４２…受信増幅器、１５…検出経路、１５１…インピーダンス、１５２…スイッチ、２０…分配／合成部、３０…送信部、４０…受信部、５０…検出信号生成部、６０，１００…信号処理部、６１，１０１…送受信制御部、６２，１０２…結合量算出部、６３…位相設定部、７０…メモリ、８０…位相制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、複数のアンテナ素子を備えるフェーズドアレイアンテナと、このフェーズドアレイアンテナで用いられる位相制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、フェーズドアレイアンテナが湾曲・変形した場合には、フェーズドアレイアンテナとしての性能が劣化する。これは、各アンテナ素子から送信される送信信号の位相及び各アンテナ素子で受信される受信信号の位相が不適切となり、形成される送信ビーム及び受信ビームの特性が劣化するためである。
【０００３】
このような送信ビーム及び受信ビームの特性の劣化を補償するためには、フェーズドアレイアンテナの湾曲・変形の状態を検出し、適切な位相設定量を算出する等を行う必要がある。しかしながら、従来のフェーズドアレイアンテナでは、運用時に湾曲・変形の状態が連続的に変化した場合、この変化を検出することができず、送信ビーム及び受信ビームの特性の劣化を回避することができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２１４２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のように、従来のフェーズドアレイアンテナでは、運用時に湾曲・変形の状態が変化した場合、この変化を検出することができず、送信ビーム及び受信ビームの特性の劣化を回避することができなかった。
【０００６】
そこで、目的は、フェーズドアレイアンテナの運用時に湾曲・変形の状態が変化した場合であっても、送信ビーム及び受信ビームの特性の劣化を回避することが可能なフェーズドアレイアンテナ及び位相制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態によれば、フェーズドアレイアンテナは、複数のアンテナ部、送受信制御部、結合量算出部、位相量設定部及び位相制御部を具備する。アンテナ部は、送信信号の位相を制御する送信モジュール、前記位相制御された送信信号を送信するアンテナ素子、前記アンテナ素子で受信される受信信号の位相を制御する受信モジュール、及び、特性が既知であり、前記位相制御された送信信号又は前記アンテナ素子で受信される受信信号を検出信号として導通させる検出経路を備える。送受信制御部は、前記複数のアンテナ部のいずれかへ予め設定した強度の送信信号を供給し、前記送信信号の供給先のアンテナ部を順次切り替える。結合量算出部は、前記供給先が順次切り替えられるそれぞれの送信信号に対して、前記複数のアンテナ部の検出経路を介して返信される複数の検出信号に基づき、前記複数のアンテナ素子間の高周波信号の伝搬量を算出する。位相量設定部は、前記伝搬量に基づいて前記送信モジュール及び前記受信モジュールの位相量を設定する。位相制御部は、前記設定された位相量で前記位相制御を行うように、前記送信モジュール及び前記受信モジュールに対して指示を出す。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係るフェーズドアレイアンテナの機能構成を示すブロック図である。
【図２】図１の切替部の形態の例を示す図である。
【図３】図１の信号処理部が条件１を採用して位相量を設定する際の処理を示すフローチャートである。
【図４】図１の信号処理部が条件２を採用して位相量を設定する際の処理を示すフローチャートである。
【図５】図１のフェーズドアレイアンテナの湾曲・変形例を示す図である。
【図６】第２の実施形態にフェーズドアレイアンテナの機能構成を示すブロック図である。
【図７】図６の切替部の形態の例を示す図である。
【図８】図６の信号処理部が条件３を採用して位相量を設定する際の処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るフェーズドアレイアンテナの機能構成を示すブロック図である。図１に示すフェーズドアレイアンテナは、アンテナ部１０−１〜１０−ｎ、分配／合成部２０、送信部３０、受信部４０、検出信号生成部５０、信号処理部６０、メモリ７０及び位相制御部８０を具備する。また、アンテナ部１０−１〜１０−ｎの構成はそれぞれ同様であるため、以下ではアンテナ部１０−１について説明する。
【００１１】
アンテナ部１０−１は、アンテナ素子１１−１、切替部１２−１、送信モジュール１３−１、受信モジュール１４−１及び検出経路１５−１を備える。
【００１２】
アンテナ素子１１−１は、切替部１２−１を介して、送信モジュール１３−１、受信モジュール１４−１及び検出経路１５−１と接続する。アンテナ素子１１−１は、送信モジュール１３−１から出力される送信出力信号ＡＴ１を送信する。また、アンテナ素子１１−１は、検出経路１５−１から供給される第１の検出出力信号ＡＣＲ１を送信する。また、アンテナ素子１１−１は、受信した信号を、受信入力信号ＡＲ１として受信モジュール１４−１へ出力する。また、アンテナ素子１１−１は、受信した信号を、第２の検出入力信号ＡＣＴ１として検出経路１５−１へ供給する。
【００１３】
図２は、切替部１２−１の形態の例を示す模式図である。切替部１２−１は、サーキュレータ１２１及びカプラ１２２を備える。サーキュレータ１２１は、送信モジュール１３−１からの送信出力信号ＡＴ１をアンテナ素子１１−１へ出力し、アンテナ素子１１−１からの受信入力信号ＡＲ１を受信モジュール１４−１へ出力する。カプラ１２２は、サーキュレータ１２１とアンテナ素子１１−１の端子との間の線路に位置し、検出経路１５−１と接続する。
【００１４】
送信モジュール１３−１は、移相器１３１−１及び送信増幅器１３２−１を備える。移相器１３１−１は、分配／合成部２０から供給される送信入力信号ＢＴ１の位相を、位相制御部８０からの指示に従い、所定量だけ変化させる。移相器１３１−１は、位相制御した信号を送信増幅器１３２−１へ出力する。
【００１５】
送信増幅器１３２−１は、移相器１３１−１からの信号を増幅し、送信出力信号ＡＴ１として切替部１２−１へ出力する。
【００１６】
受信モジュール１４−１は、移相器１４１−１及び受信増幅器１４２−１を備える。
【００１７】
受信増幅器１４２−１は、切替部１２−１から供給される受信入力信号ＡＲ１を低雑音増幅し、移相器１４１−１へ出力する。
【００１８】
移相器１４１−１は、受信増幅器１４２−１で低雑音増幅された信号の位相を、位相制御部８０からの指示に従い、所定量だけ変化させる。移相器１４１−１は、位相制御した信号を受信出力信号ＢＲ１として分配／合成部２０へ出力する。
【００１９】
検出経路１５−１は、インピーダンス１５１−１を備える。インピーダンス１５１−１は、分配／合成部２０から供給される第１の検出入力信号ＢＣＲ１に付加を与え、第１の検出出力信号ＡＣＲ１として切替部１２−１へ出力する。また、インピーダンス１５１−１は、切替部１２−１から供給される第２の検出入力信号ＡＣＴ１に付加を与え、第２の検出出力信号ＢＣＴ１として分配／合成部２０へ出力する。
【００２０】
分配／合成部２０は、送信部３０から供給される送信信号を分配し、送信入力信号ＢＴ１〜ＢＴｎとしてアンテナ部１０−１〜１０−ｎへ出力する。また、分配／合成部２０は、アンテナ部１０−１〜１０−ｎから出力される受信出力信号ＢＲ１〜ＢＲｎを受信部４０へ出力する。
【００２１】
また、分配／合成部２０は、検出信号生成部５０から供給される検出信号を分配し、第１の検出入力信号ＢＣＲ１〜ＢＣＲｎとしてアンテナ部１０−１〜１０−ｎへ出力する。また、分配／合成部２０は、アンテナ部１０−１〜１０−ｎから出力される第２の検出出力信号ＢＣＴ１〜ＢＣＴｎを受信部４０へ出力する。
【００２２】
送信部３０は、送受信制御部６１により指示されたタイミング及び変調方式に従って送信信号を生成する。送信部３０は、生成した送信信号に対して、デジタル−アナログ変換、周波数変換及び電力増幅等の送信処理を施し、送信処理を施した送信信号を分配／合成部２０へ出力する。
【００２３】
受信部４０は、分配／合成部２０からの受信出力信号ＢＲ１〜ＢＲｎ及び第２の検出出力信号ＢＣＴ１〜ＢＣＴｎに対して、ベースバンド帯への周波数変換、電力増幅及びアナログ−デジタル変換等の受信処理を施し、受信処理を施した受信出力信号ＢＲ１〜ＢＲｎ及び第２の検出出力信号ＢＣＴ１〜ＢＣＴｎを信号処理部６０へ出力する。
【００２４】
信号処理部６０は、例えばマイクロプロセッサからなるＣＰＵ（Central Processing Unit）を備えたもので、送受信制御部６１、結合量算出部６２及び位相量設定部６３の機能を有する。
【００２５】
送受信制御部６１は、送信部３０に対して、送信信号の生成タイミング及び変調方式等を指示する。また、送受信制御部６１は、検出信号生成部５０に対して、検出信号の生成タイミング及び変調方式等を指示する。また、送受信制御部６１は、分配／合成部２０に対して、送信入力信号ＢＴを出力する送信モジュール、受信出力信号ＢＲの供給元となる受信モジュール、第１の検出入力信号ＢＣＲを出力する検出経路、及び、第２の検出出力信号ＢＣＴの供給元となる検出経路を指示する。
【００２６】
具体的には、送受信制御部６１は、以下のような処理を行う。ここで、アンテナ部１０−１〜１０−ｎ内で伝搬される送信入力信号［ＢＴ］、送信出力信号［ＡＴ］、受信入力信号［ＡＲ］、受信出力信号［ＢＲ］、第１の検出入力信号［ＢＣＲ］、第１の検出出力信号［ＡＣＲ］、第２の検出入力信号［ＡＣＴ］及び第２の検出出力信号［ＢＣＴ］は、次式で表される。
【数１】
【００２７】
また、送信モジュール１３−１〜１３−ｎの特性を示す送信系個体係数［ＲＴ］、受信モジュール１４−１〜１４−ｎの特性を示す受信系個体係数［ＲＲ］、及び、検出経路１５−１〜１５−ｎの特性を示す検出系個体係数［ＲＣ］は、次式で示される。
【数２】
【００２８】
また、アンテナ素子１１−１〜１１−ｎ間の高周波信号の伝搬量（以下、結合量と称する）である結合係数［Ｔ］は、次式で示される。
【数３】
【００２９】
また、上記式は、下記の関係性を有する。
【数４】
【００３０】
送受信制御部６１は、下記の条件１に従い、「１」の送信入力信号ＢＴがアンテナ部１０−１〜１０−ｎのうちいずれかのアンテナ部１０−ｐ（ｐは１〜ｎの自然数）へ順次出力され、その他のアンテナ部へは送信入力信号ＢＴが供給されないように、送信部３０及び分配／合成部２０を制御する。このとき、送受信制御部６１は、第１の検出入力信号ＢＣＲがアンテナ部１０−１〜１０−ｎへ供給されないように、検出信号生成部５０を制御する。
【数５】
【００３１】
また、送受信制御部６１は、下記条件２を満たすように分配／合成部２０、送信部３０及び検出信号生成部５０を制御しても良い。
【数６】
【００３２】
すなわち、送受信制御部６１は、上記の条件２に従い、「１」の第１の検出入力信号ＢＣＲがアンテナ部１０−１〜１０−ｎのうちいずれかのアンテナ部１０−ｑ（ｑは１〜ｎの自然数）へ順次出力され、その他のアンテナ部へは第１の検出入力信号ＢＣＲが供給されないように、検出信号生成部５０及び分配／合成部２０を制御する。このとき、送受信制御部６１は、送信入力信号ＢＴがアンテナ部１０−１〜１０−ｎへ供給されないように、送信部３０を制御する。
【００３３】
送受信制御部６１が分配／合成部２０、送信部３０及び検出信号生成部５０を、式（１５）に示す条件１に従って制御する場合、結合量算出部６２は、受信部４０からの第２の検出出力信号ＢＣＴ１〜ＢＣＴｎを測定する。
【００３４】
具体的には、ｐ＝１である場合、アンテナ部１０−１は、送信出力信号ＡＴ１をアンテナ素子１１−１から送信する。送信された信号は反射され、アンテナ素子１１−１で受信される。結合量算出部６２は、受信した信号をカプラ１２２−１及び検出経路１５−１を介して受信し、第２の検出出力信号ＢＣＴ１として測定する。また、結合量算出部６２は、アンテナ素子１１−１から送信された送信出力信号ＡＴ１が、アンテナ素子１１−２〜１１−ｎで受信され、検出経路１５−２〜１５−ｎを経て変換された第２の検出出力信号ＢＣＴ２〜ＢＣＴｎを測定する。このとき測定される信号を第２の検出出力信号［ＢＣＴ１］とする。
【００３５】
条件１は、送受信制御部６１によりｐ＝１〜ｎまで行われる。結合量算出部６２は、ｐ＝１〜ｎまで上記の測定を行い、第２の検出出力信号［ＢＣＴ１］〜［ＢＣＴｎ］を取得する。
【００３６】
ここで、結合量［Ｔ］における所定の成分間の関係は、式（１３）を参照して、第２の検出出力信号［ＢＣＴ１］〜［ＢＣＴｎ］及び検出系個体係数［ＲＣ］のみの関数として表すことができる。すなわち、結合量［Ｔ］における所定の成分間の関係は、検出系個体係数［ＲＣ］を固定値とすることにより、第２の検出出力信号［ＢＣＴ１］〜［ＢＣＴｎ］に基づいて算出されることとなる。
【００３７】
また、送受信制御部６１が分配／合成部２０、送信部３０及び検出信号生成部５０を、式（１６）に示す条件２を満たすように制御する場合、結合量算出部６２は、受信部４０からの受信出力信号ＢＲ１〜ＢＲｎを測定する。
【００３８】
具体的には、ｑ＝１である場合、アンテナ部１０−１は、第１の検出出力信号ＡＣＲ１をアンテナ素子１１−１から送信する。送信された信号は反射され、アンテナ素子１１−１で受信される。結合量算出部６２は、受信した信号を受信モジュール１４−１を介して受信し、受信出力信号ＢＲ１として測定する。また、結合量算出部６２は、アンテナ素子１１−１から送信された第１の検出出力信号ＡＣＲ１が、アンテナ素子１１−２〜１１−ｎで受信され、受信モジュール１４−２〜１４−ｎを経て変換された受信出力信号ＢＲ２〜ＢＲｎを測定する。このとき測定される信号を受信出力信号［ＢＲ１］とする。
【００３９】
条件２は、送受信制御部６１によりｑ＝１〜ｎまで行われる。結合量算出部６２は、ｑ＝１〜ｎまで上記の測定を行い、受信出力信号［ＢＲ１］〜［ＢＲｎ］を取得する。
【００４０】
ここで、結合量［Ｔ］における所定の成分間の関係は、式（１４）を参照して、受信出力信号［ＢＲ１］〜［ＢＲｎ］及び検出系個体係数［ＲＣ］のみの関数として表すことができる。すなわち、結合量［Ｔ］における所定の成分間の関係は、検出系個体係数［ＲＣ］を固定値とすることにより、受信出力信号［ＢＲ１］〜［ＢＲｎ］に基づいて算出されることとなる。以下では、第２の検出出力信号［ＢＣＴ１］〜［ＢＣＴｎ］又は受信出力信号［ＢＲ１］〜［ＢＲｎ］に基づいて算出された、結合量［Ｔ］における所定の成分間の関係を、結合量算出値と称する。
【００４１】
位相量設定部６３は、結合量算出部６２で結合量算出値が算出されると、算出された結合量算出値と、メモリ７０に予め記憶されるテーブルとを対応させる。なお、メモリ７０には、結合量算出値と、フェーズドアレイアンテナの湾曲・変形の状態との関係を示すテーブルが予め記憶されている。位相量設定部６３は、結合量算出値とテーブルとを対応させることで、湾曲・変形の状態を特定する。このとき、テーブルに記載される参照元の結合量算出値が離散値であり、算出した結合量算出値が連続値である場合、位相量設定部６３は、参照元の結合量算出値のうち、算出した結合量算出値に最も近似した値を選択し、その値に対応する湾曲・変形の状態を特定する。なお、位相量設定部６３は、参照元の結合量算出値のうち、算出した結合量算出値に近似する複数の値を用いて補間計算し、この補間計算により得られた値に対応する湾曲・変形の状態を特定しても良い。
【００４２】
位相量設定部６３は、特定した湾曲・変形の状態に基づいて、移相器１３１−１〜１３１−ｎ及び移相器１４１−１〜１４１−ｎの適切な位相量を設定する。
【００４３】
送受信制御部６１、結合量算出部６２及び位相量設定部６３は、上記の処理を予め設定された周期、又は、外部からの指示に応じて実施する。
【００４４】
位相制御部８０は、位相量設定部６３で設定された位相量で位相を変化させるように、移相器１３１−１〜１３１−ｎ及び移相器１４１−１〜１４１−ｎへ指示を出す。
【００４５】
次に、以上のように構成されたフェーズドアレイアンテナによる位相制御方法を、信号処理部６０の処理手順に従い説明する。図３は、送受信制御部６１が条件１を満たすように、分配／合成部２０、送信部３０及び検出信号生成部５０を制御する場合の信号処理部６０の処理を示すフローチャートである。なお、図３の説明では、アンテナ部１０が２個、つまりｎ＝２の場合を例に説明する。
【００４６】
まず、送受信制御部６１は、条件１のｐ＝１として、「１」の送信入力信号ＢＴ１がアンテナ部１０−１へ出力され、その他のアンテナ部１０−２へは送信入力信号ＢＴ２が供給されないように、送信部３０及び分配／合成部２０を制御する。また、送受信制御部６１は、第１の検出入力信号ＢＣＲ１，ＢＣＲ２がアンテナ部１０−１，１０−２へ供給されないように、検出信号生成部５０を制御する（ステップＳ３１）。
【００４７】
結合量算出部６２は、アンテナ部１０−１から供給される第２の検出出力信号ＢＣＴ１と、アンテナ部１０−２から供給される第２の検出出力信号ＢＣＴ２とを測定し、第２の検出出力信号［ＢＣＴ１］を取得する（ステップＳ３２）。
【００４８】
続いて、送受信制御部６１は、ｐ＝ｎか否かを判断する（ステップＳ３３）。ｐがｎ未満である場合（ステップＳ３３のＮｏ）、送受信制御部６１は、ｐを１だけインクリメントし、条件１を満たすように分配／合成部２０、送信部３０及び検出信号生成部５０を制御する（ステップＳ３４）。また、ｐ＝ｎである場合（ステップＳ３３のＹｅｓ）、送受信制御部６１は、取得したデータに基づいて結合量算出値を算出する（ステップＳ３５）。
【００４９】
送受信制御部６１は、結合量算出部６２で第２の検出出力信号［ＢＣＴ１］が取得されると、条件１のｐ＝２として、「１」の送信入力信号ＢＴ２がアンテナ部１０−２へ出力され、その他のアンテナ部１０−１へは送信入力信号ＢＴ１が供給されないように、送信部３０及び分配／合成部２０を制御する。また、送受信制御部６１は、第１の検出入力信号ＢＣＲ１，ＢＣＲ２がアンテナ部１０−１，１０−２へ供給されないように、検出信号生成部５０を制御する（ステップＳ３４）。
【００５０】
結合量算出部６２は、アンテナ部１０−１から供給される第２の検出出力信号ＢＣＴ１と、アンテナ部１０−２から供給される第２の検出出力信号ＢＣＴ２とを測定し、第２の検出出力信号［ＢＣＴ２］を取得する（ステップＳ３２）。
【００５１】
結合量算出部６２は、第２の検出出力信号［ＢＣＴ１］，［ＢＣＴ２］を取得すると、下記の計算を行い、式（１７），（１８）で示すように結合量算出値を算出する（ステップＳ３５）。
【数７】
【００５２】
位相量設定部６３は、結合量算出部６２で結合量算出値が算出されると、算出された結合量算出値と、メモリ７０に予め記憶されるテーブルとを対応させ、フェーズドアレイアンテナの湾曲・変形の状態を特定する（ステップＳ３６）。位相量設定部６３は、特定した湾曲・変形の状態に基づいて、移相器１３１−１〜１３１−２及び移相器１４１−１〜１４１−２の適切な位相量を設定する（ステップＳ３７）。
【００５３】
図４は、送受信制御部６１が条件２を満たすように、分配／合成部２０、送信部３０及び検出信号生成部５０を制御する場合の信号処理部６０の処理を示すフローチャートである。
【００５４】
まず、送受信制御部６１は、条件２のｑ＝１として、「１」の第１の検出入力信号ＢＣＲ１がアンテナ部１０−１へ出力され、その他のアンテナ部１０−２〜１０−ｎへは第１の検出入力信号ＢＣＲ２〜ＢＣＲｎが供給されないように、送信部３０及び分配／合成部２０を制御する。また、送受信制御部６１は、送信入力信号ＢＴ１〜ＢＴｎがアンテナ部１０−１〜１０−ｎへ供給されないように、検出信号生成部５０を制御する（ステップＳ４１）。
【００５５】
結合量算出部６２は、アンテナ部１０−１〜１０−ｎから供給される受信出力信号ＢＲ１〜ＢＲｎを測定し、受信出力信号［ＢＲ１］を取得する（ステップＳ４２）。
【００５６】
続いて、送受信制御部６１は、ｑ＝ｎか否かを判断する（ステップＳ４３）。ｑがｎ未満である場合（ステップＳ４３のＮｏ）、送受信制御部６１は、ｑを１だけインクリメントし、条件２を満たすように分配／合成部２０、送信部３０及び検出信号生成部５０を制御する（ステップＳ４４）。これにより、ｑ＝ｎまでステップＳ４２，Ｓ４４が繰り返され、結合量算出部６２は、受信出力信号［ＢＲ１］〜［ＢＲｎ］を取得する。
【００５７】
また、ｑ＝ｎである場合（ステップＳ４３のＹｅｓ）、送受信制御部６１は、取得した受信出力信号［ＢＲ１］〜［ＢＲｎ］に基づいて結合量算出値を算出する（ステップＳ４５）。
【００５８】
以上のように、上記第１の実施形態では、送受信制御部６１は、条件１を満たすように、「１」の送信入力信号ＢＴをアンテナ部１０−１〜１０−ｎのうちいずれかのアンテナ部へ出力し、出力対象となるアンテナ部を順次切り替える。結合量算出部６２は、出力した送信入力信号ＢＴに対して返信される第２の検出出力信号ＢＣＴ１〜ＢＣＴｎから第２の検出出力信号［ＢＣＴ１］〜［ＢＣＴｎ］を取得する。結合量算出部６２は、第２の検出出力信号［ＢＣＴ１］〜［ＢＣＴｎ］に基づいて結合量算出値を算出する。そして、位相量設定部６３は、算出した結合量算出値に基づいてフェーズドアレイアンテナの湾曲・変形の状態を特定し、移相器１３１−１〜１３１−ｎ，１４１−１〜１４１−ｎの位相量を設定する。
【００５９】
また、送受信制御部６１は、条件２を満たすように、「１」の第１の検出入力信号ＢＣＲをアンテナ部１０−１〜１０−ｎのうちいずれかのアンテナ部へ出力し、出力対象となるアンテナ部を順次切り替える。結合量算出部６２は、出力した第１の検出入力信号ＢＣＲに対して返信される受信出力信号ＢＲ１〜ＢＲｎから受信出力信号［ＢＲ１］〜［ＢＲｎ］を取得する。結合量算出部６２は、受信出力信号［ＢＲ１］〜［ＢＲｎ］に基づいて結合量算出値を算出する。そして、位相量設定部６３は、算出した結合量算出値に基づいてフェーズドアレイアンテナの湾曲・変形の状態を特定し、移相器１３１−１〜１３１−ｎ，１４１−１〜１４１−ｎの位相量を設定する。
【００６０】
これにより、フェーズドアレイアンテナは、例えば図５に示すような湾曲・変形が運用時に生じた場合でも、その状態を把握することが可能となり、この湾曲・変形の状態に応じて移相器１３１−１〜１３１−ｎ，１４１−１〜１４１−ｎの位相量を設定することが可能となる。
【００６１】
したがって、第１の実施形態に係るフェーズドアレイアンテナによれば、フェーズドアレイアンテナの運用時に湾曲・変形の状態が変化する場合であっても、送信ビーム及び受信ビームの特性の劣化を回避することができる。
【００６２】
また、第１の実施形態では、送受信制御部６１、結合量算出部６２及び位相量設定部６３は、上記の処理を予め設定された周期、又は、外部からの指示に応じて処理を実行するようにしている。これにより、フェーズドアレイアンテナの湾曲・変形の状態が連続的に変化した場合であっても、その変化に応じて移相器１３１−１〜１３１−ｎ，１４１−１〜１４１−ｎの位相量を設定することが可能となる。
【００６３】
なお、上記第１の実施形態では、検出経路１５がインピーダンス１５１を備える場合を例に説明した。しかしながら、これに限定される訳ではない。例えば、分配／合成部２０が検出信号を高周波分配する場合、検出経路１５は、スイッチ１５２を備えるようにしても良い。
【００６４】
このとき、送受信制御部６１は、条件２を満たすように検出信号生成部５０を制御すると共に、「１」の第１の検出入力信号ＢＣＲが供給されるアンテナ部のスイッチ１５２をオンとし、それ以外のアンテナ部のスイッチ１５２をオフとするように指示を出す。
【００６５】
また、分配／合成部２０がアンテナ部１０−１〜１０−ｎからの第２の検出出力信号ＢＣＴ１〜ＢＣＴｎを高周波合成する場合、検出経路１５は、スイッチ１５２を備えるようにしても良い。このとき、送受信制御部６１は、条件１を満たすように送信部３０及び検出信号生成部５０を制御すると共に、スイッチ１５２−１〜１５２−ｎが１つずつオンとなるように、スイッチ１５２−１〜１５２−ｎを制御する。これにより、第２の検出出力信号ＢＣＴが検出経路１５−１〜１５−ｎから１つずつ結合量算出部６２へ供給される。
【００６６】
また、上記第１の実施形態では、条件１を式（１５）のように設定したが、条件１はこれに限定される訳ではない。例えば、送受信制御部６１は、アンテナ部１０−ｐへの送信入力信号ＢＴｐと、その他のアンテナ部への送信入力信号ＢＴとが判別可能なように、送信入力信号ＢＴの強度を既知の値に設定するようにしても構わない。また、送受信制御部６１は、結合量算出部６２で第１の検出入力信号ＢＣＲの影響を除去可能であれば、必ずしも第１の検出入力信号ＢＣＲを０とするように、検出信号生成部５０を制御する必要はない。
【００６７】
また、上記第１の実施形態では、条件２を式（１６）のように設定したが、条件２はこれに限定される訳ではない。例えば、送受信制御部６１は、アンテナ部１０−ｑへの第１の検出入力信号ＢＣＲｑと、その他のアンテナ部への第１の検出入力信号ＢＣＲとが判別可能なように、第１の検出入力信号ＢＣＲの強度を既知の値に設定するようにしても構わない。また、送受信制御部６１は、結合量算出部６２で送信入力信号ＢＴの影響を除去可能であれば、必ずしも送信入力信号ＢＴを０とするように、送信部３０を制御する必要はない。
【００６８】
（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態にフェーズドアレイアンテナの機能構成を示すブロック図である。なお、第２の実施形態では、受信モジュール１４−１〜１４−ｎの受信増幅器１４２−１〜１４２−ｎの特性が安定している場合を例に説明する。
【００６９】
図６に示すフェーズドアレイアンテナは、アンテナ部９０−１〜９０−ｎ、分配／合成部２０、送信部３０、受信部４０、信号処理部１００、メモリ７０及び位相制御部８０を具備する。なお、アンテナ部９０−１〜９０−ｎの構成はそれぞれ同様であるため、以下ではアンテナ部９０−１について説明する。
【００７０】
アンテナ部９０−１は、アンテナ素子１１−１、切替部９１−１、送信モジュール１３−１及び受信モジュール１４−１を備える。
【００７１】
図７は、切替部９１−１の形態の例を示す模式図である。切替部９１−１は、サーキュレータ９１１を備える。サーキュレータ９１１は、送信モジュール１３−１からの送信出力信号ＡＴ１をアンテナ素子１１−１へ出力し、アンテナ素子１１−１からの受信入力信号ＡＲ１を受信モジュール１４−１へ出力する。
【００７２】
信号処理部１００は、例えばマイクロプロセッサからなるＣＰＵを備えたもので、送受信制御部１０１、結合量算出部１０２及び位相量設定部６３の機能を有する。
【００７３】
送受信制御部１０１は、送信部３０に対して、送信信号の生成タイミング及び変調方式等を指示する。また、送受信制御部１０１は、分配／合成部２０に対して、送信入力信号ＢＴを出力する送信モジュール、及び、受信出力信号ＢＲの供給元となる受信モジュールを指示する。
【００７４】
具体的には、送受信制御部１０１は、下記の条件３に従い、「１」の送信入力信号ＢＴがアンテナ部１０−１〜１０−ｎのうちいずれかのアンテナ部１０−ｒ（ｒは１〜ｎの自然数）へ順次出力され、その他のアンテナ部へは送信入力信号ＢＴが供給されないように、送信部３０及び分配／合成部２０を制御する。
【数８】
【００７５】
結合量算出部１０２は、受信部４０から供給される受信出力信号ＢＲ１〜ＢＲｎを測定する。具体的には、ｒ＝１である場合、アンテナ部９０−１は、送信出力信号ＡＴ１をアンテナ素子１１−１から送信する。送信された信号は反射され、アンテナ素子１１−１で受信される。結合量算出部１０２は、受信した信号を受信モジュール１４−１を介して受信し、受信出力信号ＢＲ１として測定する。また、結合量算出部１０２は、アンテナ素子１１−１から送信された送信出力信号ＡＴ１が、アンテナ素子１１−２〜１１−ｎで受信され、受信モジュール１４−２〜１４−ｎを経て変換された受信出力信号ＢＲ２〜ＢＲｎを測定する。このとき測定される信号を受信出力信号［ＢＲ１］とする。
【００７６】
式（１９）に示す条件３は、送受信制御部１０１によりｒ＝１〜ｎまで行われる。結合量算出部１０２は、ｒ＝１〜ｎまで上記の測定を行い、受信出力信号［ＢＲ１］〜［ＢＲｎ］を取得する。
【００７７】
ここで、結合量［Ｔ］における所定の成分間の関係は、下記の式（２０）を参照して、受信出力信号［ＢＲ１］〜［ＢＲｎ］及び受信系個体係数［ＲＲ］のみの関数として表すことができる。
【数９】
【００７８】
受信モジュール１４−１〜１４−ｎの受信増幅器１４２−１〜１４２−ｎの特性は安定しているため、受信系個体係数［ＲＲ］は既知である。そのため、結合量［Ｔ］における所定の成分間の関係は、受信出力信号［ＢＲ１］〜［ＢＲｎ］に基づいて算出されることとなる。以下では、受信出力信号［ＢＲ１］〜［ＢＲｎ］に基づいて算出された、結合量［Ｔ］における所定の成分間の関係を、結合量算出値と称する。
【００７９】
送受信制御部１０１、結合量算出部１０２及び位相量設定部６３は、上記の処理を予め設定された周期、又は、外部からの指示に応じて実施する。
【００８０】
次に、以上のように構成されたフェーズドアレイアンテナによる位相制御方法を、信号処理部１００の処理手順に従い説明する。図８は、送受信制御部１０１が条件３を満たすように、分配／合成部２０及び送信部３０を制御する場合の信号処理部１００の処理を示すフローチャートである。
【００８１】
まず、送受信制御部１０１は、条件３のｒ＝１として、「１」の送信入力信号ＢＴ１がアンテナ部９０−１へ出力され、その他のアンテナ部９０−２へは送信入力信号ＢＴ２が供給されないように、送信部３０及び分配／合成部２０を制御する（ステップＳ８１）。
【００８２】
結合量算出部１０２は、アンテナ部９０−１〜９０−ｎから供給される受信出力信号ＢＲ１〜ＢＲｎを測定し、受信出力信号［ＢＲ１］を取得する（ステップＳ８２）。
【００８３】
続いて、送受信制御部１０１は、ｒ＝ｎか否かを判断する（ステップＳ８３）。ｒがｎ未満である場合（ステップＳ８３のＮｏ）、送受信制御部１０１は、ｒを１だけインクリメントし、条件３を満たすように分配／合成部２０及び送信部３０を制御する（ステップＳ８４）。これにより、ｒ＝ｎまでステップＳ８２，Ｓ８４が繰り返され、結合量算出部１０２は、受信出力信号［ＢＲ１］〜［ＢＲｎ］を取得する。
【００８４】
また、ｒ＝ｎである場合（ステップＳ８３のＹｅｓ）、送受信制御部１０１は、取得した受信出力信号［ＢＲ１］〜［ＢＲｎ］に基づいて結合量算出値を算出する（ステップＳ８５）。
【００８５】
以上のように、上記第２の実施形態では、送受信制御部１０１は、条件３を満たすように、「１」の送信入力信号ＢＴをアンテナ部１０−１〜１０−ｎのうちいずれかのアンテナ部へ出力し、出力対象となるアンテナ部を順次切り替える。結合量算出部１０２は、出力した送信入力信号ＢＴに対して返信される受信出力信号ＢＲ１〜ＢＲｎから受信出力信号［ＢＲ１］〜［ＢＲｎ］を取得する。結合量算出部１０２は、受信系個体係数［ＲＲ］が既知であることを利用し、受信出力信号［ＢＲ１］〜［ＢＲｎ］に基づいて結合量算出値を算出する。そして、位相量設定部６３は、算出した結合量算出値に基づいてフェーズドアレイアンテナの湾曲・変形の状態を特定し、移相器１３１−１〜１３１−ｎ，１４１−１〜１４１−ｎの位相量を設定する。このように、受信モジュール１４−１〜１４−ｎの受信増幅器１４２−１〜１４２−ｎの特性が安定している場合、結合量算出部１０２は、第１の実施形態で示す検出経路１５がなくても受信出力信号［ＢＲ１］〜［ＢＲｎ］に基づいて結合量算出値を算出することが可能となる。
【００８６】
これにより、フェーズドアレイアンテナは、運用時に湾曲・変形があった場合でも、その状態を把握することが可能となり、この湾曲・変形の状態に応じて移相器１３１−１〜１３１−ｎ，１４１−１〜１４１−ｎの位相量を設定することが可能となる。
【００８７】
したがって、第２の実施形態に係るフェーズドアレイアンテナによれば、フェーズドアレイアンテナの運用時に湾曲・変形の状態が変化した場合であっても、送信ビーム及び受信ビームの特性の劣化を回避することができる。
【００８８】
また、第２の実施形態では、送受信制御部１０１、結合量算出部１０２及び位相量設定部６３は、上記の処理を予め設定された周期、又は、外部からの指示に応じて処理を実行するようにしている。これにより、フェーズドアレイアンテナの湾曲・変形の状態が連続的に変化した場合であっても、その変化に応じて移相器１３１−１〜１３１−ｎ，１４１−１〜１４１−ｎの位相量を設定することが可能となる。
【００８９】
なお、上記第２の実施形態では、条件３を式（１９）のように設定したが、条件３はこれに限定される訳ではない。例えば、送受信制御部１０１は、アンテナ部１０−ｒへの送信入力信号ＢＴｒと、その他のアンテナ部への送信入力信号ＢＴとが判別可能なように、送信入力信号ＢＴの強度を既知の値に設定するようにしても構わない。
【００９０】
また、上記各実施形態では、メモリ７０に、結合量算出値と、フェーズドアレイアンテナの湾曲・変形の状態との関係を示すテーブルが予め記憶されている場合を例に示した。しかしながら、これに限定される訳ではない。例えば、メモリ７０に、結合量算出値及び送受信のビーム条件（ビーム指向角及びビーム形状等）と、移相器１３１−１〜１３１−ｎ及び移相器１４１−１〜１４１−ｎの適切な位相量との関係を示すテーブルが予め記憶されていても構わない。この場合、メモリ７０に記憶されるデータ容量は増加するが、フェーズドアレイアンテナの湾曲・変形の状態に基づいて移相器の位相量を算出する必要がないため、処理速度が向上する。
【００９１】
また、上記各実施形態では、条件１又は３に従って所望のアンテナ部へ送信入力信号ＢＴを出力する場合、送受信制御部６１，１０１は、分配／合成部２０を制御する場合を例に説明した。しかしながら、これに限定される訳ではない。例えば、分配／合成部２０が送信信号を高周波分配する場合、送受信制御部６１，１０１は、送信モジュール１３−１〜１３−ｎの送信増幅器１３２−１〜１３２−ｎを制御するようにしても良い。
【００９２】
このとき、送受信制御部６１，１０１は、条件３を満たすように送信部３０を制御すると共に、「１」の送信入力信号ＢＴが供給されるアンテナ部の送信増幅器１３２をオンとし、それ以外のアンテナ部の送信増幅器１３２をオフとするように指示を出す。
【００９３】
また、分配／合成部２０がアンテナ部９０−１〜９０−ｎからの受信出力信号ＢＲ１〜ＢＲｎを高周波合成する場合、送受信制御部６１，１０１は、受信モジュール１４−１〜１４−ｎの受信増幅器１４２−１〜１４２−ｎを制御するようにしても良い。このとき、送受信制御部６１，１０１は、条件３を満たすように送信部３０を制御すると共に、受信増幅器１４２−１〜１４２−ｎが１つずつオンとなるように、受信増幅器１４２−１〜１４２−ｎを制御する。これにより、送信入力信号ＢＴが受信モジュール１４−１〜１４−ｎから１つずつ結合量算出部６２へ供給される。
【００９４】
いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００９５】
１０，９０…アンテナ部、１１…アンテナ素子、１２，９１…切替部、１２１，９１１…サーキュレータ、１２２…カプラ、１３…送信モジュール、１３１…移相器、１３２…送信増幅器、１４…受信モジュール、１４１…移相器、１４２…受信増幅器、１５…検出経路、１５１…インピーダンス、１５２…スイッチ、２０…分配／合成部、３０…送信部、４０…受信部、５０…検出信号生成部、６０，１００…信号処理部、６１，１０１…送受信制御部、６２，１０２…結合量算出部、６３…位相設定部、７０…メモリ、８０…位相制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信信号の位相を制御する送信モジュール、前記位相制御された送信信号を送信するアンテナ素子、前記アンテナ素子で受信される受信信号の位相を制御する受信モジュール、及び、特性が既知であり、前記位相制御された送信信号又は前記アンテナ素子で受信される受信信号を検出信号として導通させる検出経路を備える複数のアンテナ部と、
前記複数のアンテナ部のいずれかへ予め設定した強度の送信信号を供給し、前記送信信号の供給先のアンテナ部を順次切り替える送受信制御部と、
前記供給先が順次切り替えられるそれぞれの送信信号に対して、前記複数のアンテナ部の検出経路を介して返信される複数の検出信号に基づき、前記複数のアンテナ素子間の高周波信号の伝搬量を算出する結合量算出部と、
前記伝搬量に基づいて前記送信モジュール及び前記受信モジュールの位相量を設定する位相量設定部と、
前記設定された位相量で前記位相制御を行うように、前記送信モジュール及び前記受信モジュールに対して指示を出す位相制御部と
を具備することを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。
【請求項２】
送信信号の位相を制御する送信モジュール、前記位相制御された送信信号を送信するアンテナ素子、前記アンテナ素子で受信される受信信号の位相を制御する受信モジュール、及び、特性が既知であり、供給される検出信号を前記受信モジュール及び前記アンテナ素子へ導通させる検出経路を備える複数のアンテナ部と、
前記複数のアンテナ部のいずれかへ予め設定した強度の検出信号を供給し、前記検出信号の供給先のアンテナ部を順次切り替える送受信制御部と、
前記供給先が順次切り替えられるそれぞれの検出信号に対して、前記複数のアンテナ部の受信モジュールを介して返信される複数の受信信号に基づき、前記複数のアンテナ素子間の高周波信号の伝搬量を算出する結合量算出部と、
前記伝搬量に基づいて前記送信モジュール及び前記受信モジュールの位相量を設定する位相量設定部と、
前記設定された位相量で前記位相制御を行うように、前記送信モジュール及び前記受信モジュールに対して指示を出す位相制御部と
を具備することを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。
【請求項３】
送信信号の位相を制御する送信モジュール、前記位相制御された送信信号を送信するアンテナ素子、及び、前記位相制御後の送信信号に基づく信号又は前記アンテナ素子で受信される受信信号の位相を制御する受信モジュールを備える複数のアンテナ部と、
前記複数のアンテナ部のいずれかへ予め設定した強度の送信信号を供給し、前記送信信号の供給先のアンテナ部を順次切り替える送受信制御部と、
前記供給先が順次切り替えられるそれぞれ送信信号に対して、前記複数のアンテナ部の受信モジュールを介して返信される複数の受信信号に基づき、前記複数のアンテナ素子間の高周波信号の伝搬量を算出する結合量算出部と、
前記伝搬量に基づいて前記送信モジュール及び前記受信モジュールの位相量を設定する位相量設定部と、
前記設定された位相量で前記位相制御を行うように、前記送信モジュール及び前記受信モジュールに対して指示を出す位相制御部と
を具備することを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。
【請求項４】
前記伝搬量と、フェーズドアレイアンテナの湾曲・変形の状態との関係を示すテーブルを予め記憶するメモリをさらに具備し、
前記位相設定部は、前記算出された伝搬量を前記テーブルに対応させて、前記フェーズドアレイアンテナの湾曲・変形の状態を特定し、前記特定した湾曲・変形の状態に基づいて前記送信モジュール及び前記受信モジュールの位相量を設定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項５】
前記伝搬量、前記送信モジュールのビーム条件及び前記受信モジュールのビーム条件と、前記送信モジュール及び前記受信モジュールの位相量との関係を示すテーブルを予め記憶するメモリをさらに具備し、
前記位相量設定部は、前記算出された伝搬量、前記送信モジュールのビーム条件及び前記受信モジュールのビーム条件を前記テーブルに対応させて前記送信モジュール及び前記受信モジュールの位相量を設定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項６】
前記送受信制御部、結合量算出部及び位相量設定部は、予め設定された周期で処理を実行することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項７】
前記送受信制御部、結合量算出部及び位相量設定部は、外部からの指示に応じて処理を実行することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項８】
送信信号の位相を制御する送信モジュール、前記位相制御された送信信号を送信するアンテナ素子、前記アンテナ素子で受信される受信信号の位相を制御する受信モジュール、及び、特性が既知であり、前記位相制御された送信信号又は前記アンテナ素子で受信される受信信号を検出信号として導通させる検出経路を備える複数のアンテナ部を具備するフェーズドアレイアンテナで用いられる位相制御方法であって、
前記複数のアンテナ部のいずれかへ予め設定した強度の送信信号を供給し、
前記供給した送信信号に対して、前記複数のアンテナ部の検出経路を介して返信される複数の検出信号を測定し、
前記送信信号の供給先のアンテナ部を順次切り替え、前記複数のアンテナ部の全てへ前記送信信号を供給した場合、前記検出信号の測定結果に基づき、前記複数のアンテナ素子間の高周波信号の伝搬量を算出し、
前記算出した伝搬量に基づいて前記送信モジュール及び前記受信モジュールの位相量を設定し、
前記設定した位相量で前記位相制御を行うように、前記送信モジュール及び前記受信モジュールに対して指示を出すことを特徴とする位相制御方法。
【請求項９】
送信信号の位相を制御する送信モジュール、前記位相制御された送信信号を送信するアンテナ素子、前記アンテナ素子で受信される受信信号の位相を制御する受信モジュール、及び、特性が既知であり、供給される検出信号を前記受信モジュール及び前記アンテナ素子へ導通させる検出経路を備える複数のアンテナ部を具備するフェーズドアレイアンテナで用いられる位相制御方法であって、
前記複数のアンテナ部のいずれかへ予め設定した強度の検出信号を供給し、
前記供給した検出信号に対して、前記複数のアンテナ部の受信モジュールを介して返信される複数の受信信号を測定し、
前記検出信号の供給先のアンテナ部を順次切り替え、前記複数のアンテナ部の全てへ前記検出信号を供給した場合、前記受信信号の測定結果に基づき、前記複数のアンテナ素子間の高周波信号の伝搬量を算出し、
前記算出した伝搬量に基づいて前記送信モジュール及び前記受信モジュールの位相量を設定し、
前記設定した位相量で前記位相制御を行うように、前記送信モジュール及び前記受信モジュールに対して指示を出すことを特徴とする位相制御方法。
【請求項１０】
送信信号の位相を制御する送信モジュール、前記位相制御された送信信号を送信するアンテナ素子、及び、前記位相制御後の送信信号に基づく信号又は前記アンテナ素子で受信される受信信号の位相を制御する受信モジュールを備える複数のアンテナ部を具備するフェーズドアレイアンテナで用いられる位相制御方法であって、
前記複数のアンテナ部のいずれかへ予め設定した強度の送信信号を供給し、
前記供給した送信信号に対して、前記複数のアンテナ部の受信モジュールを介して返信される複数の受信信号を測定し、
前記送信信号の供給先のアンテナ部を順次切り替え、前記複数のアンテナ部の全てへ前記送信信号を供給した場合、前記受信信号の測定結果に基づき、前記複数のアンテナ素子間の高周波信号の伝搬量を算出し、
前記算出した伝搬量に基づいて前記送信モジュール及び前記受信モジュールの位相量を設定し、
前記設定された位相量で前記位相制御を行うように、前記送信モジュール及び前記受信モジュールに対して指示を出すことを特徴とする位相制御方法。
【請求項１】
送信信号の位相を制御する送信モジュール、前記位相制御された送信信号を送信するアンテナ素子、前記アンテナ素子で受信される受信信号の位相を制御する受信モジュール、及び、特性が既知であり、前記位相制御された送信信号又は前記アンテナ素子で受信される受信信号を検出信号として導通させる検出経路を備える複数のアンテナ部と、
前記複数のアンテナ部のいずれかへ予め設定した強度の送信信号を供給し、前記送信信号の供給先のアンテナ部を順次切り替える送受信制御部と、
前記供給先が順次切り替えられるそれぞれの送信信号に対して、前記複数のアンテナ部の検出経路を介して返信される複数の検出信号に基づき、前記複数のアンテナ素子間の高周波信号の伝搬量を算出する結合量算出部と、
前記伝搬量に基づいて前記送信モジュール及び前記受信モジュールの位相量を設定する位相量設定部と、
前記設定された位相量で前記位相制御を行うように、前記送信モジュール及び前記受信モジュールに対して指示を出す位相制御部と
を具備することを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。
【請求項２】
送信信号の位相を制御する送信モジュール、前記位相制御された送信信号を送信するアンテナ素子、前記アンテナ素子で受信される受信信号の位相を制御する受信モジュール、及び、特性が既知であり、供給される検出信号を前記受信モジュール及び前記アンテナ素子へ導通させる検出経路を備える複数のアンテナ部と、
前記複数のアンテナ部のいずれかへ予め設定した強度の検出信号を供給し、前記検出信号の供給先のアンテナ部を順次切り替える送受信制御部と、
前記供給先が順次切り替えられるそれぞれの検出信号に対して、前記複数のアンテナ部の受信モジュールを介して返信される複数の受信信号に基づき、前記複数のアンテナ素子間の高周波信号の伝搬量を算出する結合量算出部と、
前記伝搬量に基づいて前記送信モジュール及び前記受信モジュールの位相量を設定する位相量設定部と、
前記設定された位相量で前記位相制御を行うように、前記送信モジュール及び前記受信モジュールに対して指示を出す位相制御部と
を具備することを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。
【請求項３】
送信信号の位相を制御する送信モジュール、前記位相制御された送信信号を送信するアンテナ素子、及び、前記位相制御後の送信信号に基づく信号又は前記アンテナ素子で受信される受信信号の位相を制御する受信モジュールを備える複数のアンテナ部と、
前記複数のアンテナ部のいずれかへ予め設定した強度の送信信号を供給し、前記送信信号の供給先のアンテナ部を順次切り替える送受信制御部と、
前記供給先が順次切り替えられるそれぞれ送信信号に対して、前記複数のアンテナ部の受信モジュールを介して返信される複数の受信信号に基づき、前記複数のアンテナ素子間の高周波信号の伝搬量を算出する結合量算出部と、
前記伝搬量に基づいて前記送信モジュール及び前記受信モジュールの位相量を設定する位相量設定部と、
前記設定された位相量で前記位相制御を行うように、前記送信モジュール及び前記受信モジュールに対して指示を出す位相制御部と
を具備することを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。
【請求項４】
前記伝搬量と、フェーズドアレイアンテナの湾曲・変形の状態との関係を示すテーブルを予め記憶するメモリをさらに具備し、
前記位相設定部は、前記算出された伝搬量を前記テーブルに対応させて、前記フェーズドアレイアンテナの湾曲・変形の状態を特定し、前記特定した湾曲・変形の状態に基づいて前記送信モジュール及び前記受信モジュールの位相量を設定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項５】
前記伝搬量、前記送信モジュールのビーム条件及び前記受信モジュールのビーム条件と、前記送信モジュール及び前記受信モジュールの位相量との関係を示すテーブルを予め記憶するメモリをさらに具備し、
前記位相量設定部は、前記算出された伝搬量、前記送信モジュールのビーム条件及び前記受信モジュールのビーム条件を前記テーブルに対応させて前記送信モジュール及び前記受信モジュールの位相量を設定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項６】
前記送受信制御部、結合量算出部及び位相量設定部は、予め設定された周期で処理を実行することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項７】
前記送受信制御部、結合量算出部及び位相量設定部は、外部からの指示に応じて処理を実行することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項８】
送信信号の位相を制御する送信モジュール、前記位相制御された送信信号を送信するアンテナ素子、前記アンテナ素子で受信される受信信号の位相を制御する受信モジュール、及び、特性が既知であり、前記位相制御された送信信号又は前記アンテナ素子で受信される受信信号を検出信号として導通させる検出経路を備える複数のアンテナ部を具備するフェーズドアレイアンテナで用いられる位相制御方法であって、
前記複数のアンテナ部のいずれかへ予め設定した強度の送信信号を供給し、
前記供給した送信信号に対して、前記複数のアンテナ部の検出経路を介して返信される複数の検出信号を測定し、
前記送信信号の供給先のアンテナ部を順次切り替え、前記複数のアンテナ部の全てへ前記送信信号を供給した場合、前記検出信号の測定結果に基づき、前記複数のアンテナ素子間の高周波信号の伝搬量を算出し、
前記算出した伝搬量に基づいて前記送信モジュール及び前記受信モジュールの位相量を設定し、
前記設定した位相量で前記位相制御を行うように、前記送信モジュール及び前記受信モジュールに対して指示を出すことを特徴とする位相制御方法。
【請求項９】
送信信号の位相を制御する送信モジュール、前記位相制御された送信信号を送信するアンテナ素子、前記アンテナ素子で受信される受信信号の位相を制御する受信モジュール、及び、特性が既知であり、供給される検出信号を前記受信モジュール及び前記アンテナ素子へ導通させる検出経路を備える複数のアンテナ部を具備するフェーズドアレイアンテナで用いられる位相制御方法であって、
前記複数のアンテナ部のいずれかへ予め設定した強度の検出信号を供給し、
前記供給した検出信号に対して、前記複数のアンテナ部の受信モジュールを介して返信される複数の受信信号を測定し、
前記検出信号の供給先のアンテナ部を順次切り替え、前記複数のアンテナ部の全てへ前記検出信号を供給した場合、前記受信信号の測定結果に基づき、前記複数のアンテナ素子間の高周波信号の伝搬量を算出し、
前記算出した伝搬量に基づいて前記送信モジュール及び前記受信モジュールの位相量を設定し、
前記設定した位相量で前記位相制御を行うように、前記送信モジュール及び前記受信モジュールに対して指示を出すことを特徴とする位相制御方法。
【請求項１０】
送信信号の位相を制御する送信モジュール、前記位相制御された送信信号を送信するアンテナ素子、及び、前記位相制御後の送信信号に基づく信号又は前記アンテナ素子で受信される受信信号の位相を制御する受信モジュールを備える複数のアンテナ部を具備するフェーズドアレイアンテナで用いられる位相制御方法であって、
前記複数のアンテナ部のいずれかへ予め設定した強度の送信信号を供給し、
前記供給した送信信号に対して、前記複数のアンテナ部の受信モジュールを介して返信される複数の受信信号を測定し、
前記送信信号の供給先のアンテナ部を順次切り替え、前記複数のアンテナ部の全てへ前記送信信号を供給した場合、前記受信信号の測定結果に基づき、前記複数のアンテナ素子間の高周波信号の伝搬量を算出し、
前記算出した伝搬量に基づいて前記送信モジュール及び前記受信モジュールの位相量を設定し、
前記設定された位相量で前記位相制御を行うように、前記送信モジュール及び前記受信モジュールに対して指示を出すことを特徴とする位相制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−９２４７（Ｐ２０１３−９２４７Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４１７６５（Ｐ２０１１−１４１７６５）
【出願日】平成２３年６月２７日（２０１１．６．２７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２７日（２０１１．６．２７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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