電子ビーム走査アンテナ制御回路及び該制御回路を備えた電子ビーム走査アンテナ装置
【課題】高速走査性等を実現する電子ビーム走査アンテナ装置等を提供する。
【解決手段】複数のアンテナ素子と移相器とを備えた電子ビーム走査アンテナを制御するための制御回路であって、前記各々の移相器うちの一部の移相量を制御電圧として演算制御する移相量演算制御回路と、複数の抵抗を有する双線形性の抵抗網回路とを備え、前記各々の移相器は、フロントエンドプロセッサを介して前記抵抗網回路のうちの対応点にそれぞれ接続され、前記抵抗網回路は、前記各々の移相器のうちの一部に対する前記対応点に印加された移相量としての制御電圧によって、他の移相器に対応する前記対応点に各々の移相器に対する移相量としての制御電圧を生成し、前記フロントエンドプロセッサは、前記抵抗網回路の各々に接続された対応点から前記生成された各々の制御電圧を抽出し、Ａ−Ｄ変換したうえで前記各々の移相器に対する制御値として設定することを特徴とする。
【解決手段】複数のアンテナ素子と移相器とを備えた電子ビーム走査アンテナを制御するための制御回路であって、前記各々の移相器うちの一部の移相量を制御電圧として演算制御する移相量演算制御回路と、複数の抵抗を有する双線形性の抵抗網回路とを備え、前記各々の移相器は、フロントエンドプロセッサを介して前記抵抗網回路のうちの対応点にそれぞれ接続され、前記抵抗網回路は、前記各々の移相器のうちの一部に対する前記対応点に印加された移相量としての制御電圧によって、他の移相器に対応する前記対応点に各々の移相器に対する移相量としての制御電圧を生成し、前記フロントエンドプロセッサは、前記抵抗網回路の各々に接続された対応点から前記生成された各々の制御電圧を抽出し、Ａ−Ｄ変換したうえで前記各々の移相器に対する制御値として設定することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に電子ビーム走査アンテナ装置に関し、より詳細には、電子ビーム走査アンテナ装置における電子ビーム走査アンテナの制御技術の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子ビーム走査アンテナ装置は、例えばアレー状に配列されたアンテナ素子の各々から放出される電磁波の位相を移相器等の使用により調節し、電磁波が任意の特定方向へのアンテナビームとして放出されるよう放出電磁波の指向性を高めることができる。従って、その用途としては、移動する目標物（人工衛星、飛行機等）の方向へ放出電磁波を指向させる自動追尾方式の電子ビーム走査アンテナ装置（例えば、船舶、自動車に搭載される）や、地上に対して照射する電子ビームの方向を制御する衛星搭載用の電子ビーム走査アンテナ装置などがある。これら電子ビーム走査アンテナ装置には、アンテナ素子ごとに移相器が設けられており、電子ビーム感度が最大となる方向（又は、電子ビームの指向性が高くなる方向）を制御回路によって動的に調節できるという特徴を有している。
【０００３】
図８に、従来の電子ビーム走査アンテナ装置を示す。従来の典型的な電子ビーム走査アンテナ装置８００は、アンテナ素子８０１と、移相器８０２と、電力分配器８０３と、送信器８０４と、制御回路８０５とで構成される。装置８００の動作を概説すると、まず、送信器８０４から高周波信号が出力されて電力分配器８０３に入力される。電力分配器８０３では高周波信号が複数に分配され、分配された高周波信号は移相器８０２の各々に入力される。各移相器８０２は、指向性の高い電子ビーム（以下、「主ビーム」という。）を放射するために調節された高周波信号の位相を設定する。移相器８０２によって設定された位相に基づく高周波信号は、アンテナ素子８０１に入力されて主ビームとなりアンテナ素子８０１から空間に放射される。なお、図８に関連して受信アンテナを構成する場合には、受信器８０４ｂ（不図示）が送信器８０４に代わり、電力合成器８０３ｂ（不図示）が電力分配器８０３に代わって同様の構成をとる。
【０００４】
ここで、この主ビームは、制御回路８０５において必要な移相量が計算されて、その計算結果が移相器８０２の各々に設定されることにより生じる。すなわち、従来の方式においては、主ビームの向きを変える場合には計算機によって全ての移相器に必要な移相量を個別に計算し、制御回路によって全ての移相器を個別に制御するという処理が行われていた。この処理は、電子ビームの動きを更に滑らか制御しようとすると、更に短い時間ごとに全移相器に対する計算が要求されることとなり、電子ビームの指向性の高速制御が極めて困難になると同時に、電子ビーム走査アンテナ装置全体としての消費電力も増大してしまうという課題を有していた。
【０００５】
そこで、先行技術においては、上記課題を解決すべく低消費電力でビームを高速に切換制御でき、かつ、信頼性も高めることができる電子ビーム走査アンテナを実現する試みもなされている（例えば、特許文献１を参照）。かかる先行技術は、空間に放射される主ビームを所定の方向へ指向するために、複数の移相器の設定移相量を制御回路において演算し、その演算結果をもとに上記複数の移相器の中から制御すべき移相器を選択し、上記選択された移相器のみに電力を供給して主ビームを所定の方向へ指向させるよう制御する構成とすることにより、全ての移相器を制御することなしに必要最小限の移相器のみに電力を供給して制御する。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１５２４２０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来技術及び上記の先行技術においても、対象となる複数の移相器の設定移相量を制御回路において全て演算する必要があり、計算機内の演算量の増加と、移相器及び制御回路間の設定値等の伝送時間とが更なる高速化に対する課題となっていた。また、従来技術及び上記の先行技術のように移相器ごとに制御を行う構成では、機能の増加と共に移相器及び制御回路間の配線数が増加してしまい、消費電力の増大のみならず装置全体に占める配線ケーブルの重量・空間占有率の増大が課題となる。つまり、構成される複数のアンテナ素子に対する移相量を計算して移相器の各々に伝送する従来の方式では、計算機負荷の増大と制御回路の複雑化と消費電力の増大とを招来し、ひいては装置全体に占める配線ケーブルによる重量増大と空間占有率増大とを引き起こすこととなる。
【０００８】
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、電子ビーム走査アンテナの小型化に対応して制御回路の消費電力及び発熱を低減すると共に制御回路及び装置全体の重量を低減し、併せて低コストでありながら高速なビーム走査性能を発揮する電子ビーム走査アンテナ制御回路及び該制御回路を備えた電子ビーム走査アンテナ装置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】
【０００９】
本発明にかかる電子ビーム走査アンテナ制御回路は、少なくとも、複数のアンテナ素子と該アンテナ素子の各々に接続された移相器とを備えた電子ビーム走査アンテナを制御するための電子ビームアンテナ制御回路であって、前記各々の移相器うちの一部の移相量を制御電圧として演算制御する移相量演算制御回路と、複数の抵抗を有する双線形性の抵抗網回路とを備え、前記各々の移相器は、フロントエンドプロセッサを介して前記抵抗網回路のうちの対応点にそれぞれ接続され、前記抵抗網回路は、前記各々の移相器のうちの一部に対する前記対応点に印加された移相量としての制御電圧によって、他の移相器に対応する前記対応点に各々の移相器に対する移相量としての制御電圧を生成し、前記フロントエンドプロセッサは、前記抵抗網回路の各々に接続された対応点から前記生成された各々の制御電圧を抽出し、前記各々の移相器に対する制御値として設定することを特徴とする。
また、本発明にかかる電子ビーム走査アンテナ装置は、少なくとも、上記電子ビーム走査アンテナ制御回路を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、主ビーム方向を表わす方向余弦から数少ない制御量を計算するだけで残りの制御量は後述する抵抗網回路（双線形抵抗ネットワーク）等により自動生成されるので、計算機の負荷が大幅に軽減され、かつ、高速な電子ビーム走査が可能となる。また、アレーを構成するアンテナ素子の数が増加しても、計算機インタフェースから直接制御回路に伝送すべき信号の数は増加しないため、電子ビーム走査アンテナ装置全体の配線構成を簡略に保つことができ、装置全体の重量も低減することができる。併せて、回路構成の簡素化に伴い装置の信頼性が向上し、低消費電力を実現できる。さらに、後述する通り、制御回路を微小かつ安価な部品で構成することもできるため、電子ビーム走査アンテナ装置の製造コスト及び保守コストをも低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（本発明の基本原理）
電子ビーム走査アンテナは、典型的には、アンテナ素子をアレー状に配列することにより、指向性に優れた電磁波の送受信を可能とするものである。さらに、各アンテナ素子に移相器を設けることにより、電子ビーム走査アンテナ装置として電磁波の感度が最大となる方向を動的に調整することができるという特徴を有している。一般的な電子ビーム走査アンテナ装置の構成については、図８を用いて説明した通りである。
【００１２】
次に、図９に、電子ビーム走査アンテナと主ビーム方向との一般的関係を示す。図９においては、電子ビーム走査アンテナはｘ-ｙ平面に配置されているものとする。このとき、図９ように主ビームの方向余弦が（α，β，γ）で与えられたとすると、所望のビーム方向は（θ，φ）である。このとき、θは、方向余弦に対するｚ-軸からの角度（仰角）であり、φは、主ビームをｘ-ｙ平面に射影した線分に対するｘ-軸からの反時計回りの角度（方位角）である。これらの定義に基づき、ビーム方向余弦（α，β，γ）は、次式で表わすことができる。
【００１３】
次に、例えば、各アンテナ素子の中心間の距離をｄとするＮ×Ｎのアレーが、直行するx-座標とy-座標とによって構成される二次元平面上に展開されているとすると、各アンテナ素子の中心座標は、
と表わされる。ここで、ｉ及びｊは、１からＮまでの自然数である。そうすると、アンテナの四隅に置かれたアンテナ素子の中心座標は、それぞれ、
と表わすことができる。
【００１４】
ここで、上記のような電子ビーム走査アンテナの指向する方向を、ｘ-ｙ平面に垂直の方向（図９におけるｚ-軸）を天頂とする極座標表示で、（θ，φ）とするためには、（ｘi，ｙj）に配置されたアンテナ素子の位相を一斉に、
だけずらす（移相する）必要がある。以下、Φijを「移相量」ということとする。なお、ｋはマイクロ波の波長λによって決まる定数であって、
と表わすことができる。πは円周率である。また、α及びβは、所謂方向余弦であるから、
と表わすことができる。ここで、ｃ1及びｃ2は、ｘ-ｙ平面における座標の平行移動によって発生する係数であるが、すべてのアンテナ素子に共通に発生するものであるから指向性に影響を与えることはない。また、ｃ3もすべてのアンテナ素子に共通であり、かつ、αにもβにも依存しないので指向性に影響を与えることはない。
【００１５】
なお、アンテナ素子の配列に関し、より一般的な場合（例えば、アンテナ素子がジグザグ配列に配列されているような場合）においても表現可能とするためには、
とすればよいが、具体的に例示すると煩雑となる一方で発明の本質に異なる所はないので、本明細書においては上述した簡素な構成に基づいて説明を進めることとする。
【００１６】
（本発明にかかる電子ビーム走査アンテナ制御回路及び該制御回路を備えた電子ビーム走査アンテナ装置の具体的構成例）
図１に、本発明の実施形態における電子ビーム走査アンテナ装置１００の構成を示す。電子ビーム走査アンテナ装置１００は、複数のアンテナ素子１０１と、各々のアンテナ素子に接続された移相器１０２と、電力分配器１０３と、送信器１０４と、制御回路１０５と、位相制御信号発生回路１０６と、フロントエンドプロセッサ１０８とで構成される。装置１００の動作を概説すると、まず、送信器１０４から高周波信号が出力されて電力分配器１０３に入力される。電力分配器１０３では高周波信号が複数に分配され、分配された高周波信号は移相器１０２の各々に入力される。各移相器１０２は、主ビームを放射するために調節された高周波信号の位相を調節する。移相器１０２によって設定された位相に基づく高周波信号は、アンテナ素子１０１に入力されて主ビームとなりアンテナ素子１０１から空間に放射される。
【００１７】
ここで、上記主ビームの指向方向は、フロントエンドプロセッサ１０８を介して位相制御信号発生回路１０６から受信した移相量（制御量）情報に基づく移相器１０２の各々の設定値によって決定される。フロントエンドプロセッサ１０８は、移相器ごとに設置され、後述するように位相制御信号発生回路１０６からアナログ信号を受信して各移相器１０２への設定値をディジタル信号として生成する。各フロントエンドプロセッサ１０８は、例えば、それぞれアレーアンテナ上の格子点（アンテナ素子の位置に略一致）に配置され、位相制御信号発生回路１０６内における対応点に接続される。例えば、アレーアンテナが８×８の格子点（それぞれ格子点Ｐ（ｉ，ｊ）とする。但し、ｉ及びｊは１〜８の整数）からなる正方形アレー状に構成された場合には、各格子上のフロントエンドプロセッサ１０８も、移相制御信号発生回路内に構成された８×８の対応点（それぞれ対応点Ｑ（ｉ，ｊ）とする。但し、ｉ及びｊは１〜８の整数）を有する回路においてそれぞれ対応する位置に接続される。つまり、Ｐ（ｉ，ｊ）に位置するアレーアンテナ上のフロントエンドプロセッサが、位相制御信号発生回路の対応点Ｑ（ｉ，ｊ）に接続される。
制御回路１０５は、必要に応じて制御電圧を計算し、アナログ／ディジタル信号の送受信を制御し、装置内における各モジュールの制御を行う。したがって、制御回路１０５及び位相制御信号発生回路１０６は、主ビームを走査するための電子ビーム走査アンテナ制御回路１０７として機能する。なお、制御回路１０５からは、直接フロントエンドプロセッサ１０８を制御するためのシリアル信号線路（不図示）を配線接続する。
【００１８】
次に、本発明における位相制御信号発生回路の基本概念を図２に示す。上述の通り、本発明にかかる電子ビーム走査アンテナ装置は制御回路１０５と位相制御信号発生回路１０６とからなる電子ビーム走査アンテナ制御回路１０７を備えるが、この位相制御信号発生回路１０６は、図２に示すような抵抗網回路（又は、双線形抵抗ネットワーク）で構成することができる。そうして、図示するように第１〜第Ｎ点までのＮ個（Ｎは自然数）の印加電圧点を有する抵抗網回路内の複数の電位点（通常、Ｎ個よりも遥かに多い）に自動生成された制御電圧をそれぞれ読み出すというのが本発明の基本概念である。つまり、自動生成された制御電圧については、従来なされていたような計算機による演算の手間を要しないということを意味する。
【００１９】
また、Ｎ＝４とした場合の位相制御信号発生回路の基本概念を図３に示す。位相制御信号発生回路は、図３に示す通り、正方形（又は矩形）の抵抗網回路３００で構成されており、四隅の第１〜第４の電位点３０１〜３０４にそれぞれ第１〜第４の印加電圧が印加される。ここで、抵抗網回路の四隅に印加される電圧とアンテナの四隅に発生する位相との間には一定の比例関係が成立するが、詳細は後述する。ここで、第１の印加電圧はＶ1であり、第２の印加電圧はＶ2であり、第３の印加電圧はＶ3であり、第４の印加電圧はＶ4である。そうして、抵抗網回路３００における所定の電位点に制御電圧が自動生成され、この制御電圧を読み取ることにより移相器に必要な移相量を取得することができる。制御電圧を読み出すことのできる電位点は複数設けることができる（後述）。
【００２０】
次に、図４に、本発明の実施形態の電子ビーム走査アンテナ装置における位相制御信号発生回路の構成概念を例示する。図４に示す位相制御信号発生回路は抵抗網回路４００で構成され、四隅の第１〜第４の電位点４０１〜４０４のうち、第１の電位点４０１には第１の印加電圧Ｖ1が印加され、第２の電位点４０２には第２の印加電圧Ｖ2が印加され、第３の電位点４０３には第３の印加電圧Ｖ3が印加される。そして、第４の電位点４０４には電圧Ｖ4（＝Ｖ1＋Ｖ3−Ｖ2）を自動生成するための電圧自動発生手段４０５が接続されており、上記の印加電圧Ｖ1〜Ｖ3が第１の電位点４０１〜第３の電位点４０３にそれぞれ印加されると、第４の電位点４０４に電圧Ｖ4が自動生成されるように作動する。電圧自動発生手段４０５は、演算増幅器で構成されており、各入力端子には電圧Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3がそれぞれ印加される。次に、第４の電位点４０４に自動生成される電圧Ｖ4が、Ｖ1＋Ｖ3−Ｖ2で表わされることの導出を行う。
【００２１】
（本発明にかかる位相制御信号発生回路の基本原理）
本発明にかかる電子ビーム走査アンテナ制御回路においては、電子ビーム走査アンテナの四隅、すなわち、
の位置に置かれたアンテナ素子に必要な移相量ΦN1，ΦNN，Φ1N，Φ11を指定することによってその他のアンテナ素子の移相量を自動的に決定することが基本的な動作原理である。
【００２２】
ここで、この電子ビーム走査アンテナの四隅の移相量は、式（１０）を用いて次式で表わされる。
具体的に移相量を決めるためには、ｃ1，ｃ2，ｃ3をあらかじめ決めておかねばならないようにも思える。しかし、移相量は、相対的なものであるから共通項αｃ1＋βｃ2＋ｃ3における係数ｃ1，ｃ2，ｃ3は、具体的適用において取り扱いが容易になるように設定すればよい。
【００２３】
例えば、仮に、
における移相量を定数Φ0とおけば、
が、可能なあらゆるα，βに対して成立しなければならない。そうすると、
を導くことができる。これらの係数を用いて式（１０）を書き改めると、
となる。
【００２４】
なお、上記式中のＮが奇数の場合には、当該座標にアンテナ素子が存在することとなるが、Ｎが偶数の場合には、当該座標にアンテナ素子は存在しない。このように、具体的適用においては、位相を固定すべきアンテナ素子が必ずしも中心部の素子であるとは限らない。
【００２５】
一方、移相器に印加する電圧Ｖijと移相量との間の比例係数をｋ´とすると（このような位相器をアナログ移相器という）、
である。したがって、以下のように、四隅の電圧を設定したときに、その他のＶijがｉ，ｊに対して線形に変化するよう構成された、例えば抵抗網回路（又は、双線形抵抗ネットワーク）を用いると所要の目的を達成することができる。
【００２６】
なお、上記アナログ移相器に対して、ディジタル信号を印加することにより制御が可能な移相器をディジタル移相器という。本発明にかかる電子ビーム走査アンテナ装置においてディジタル移相器を制御する場合には、Ａ−Ｄ変換器等を用いてＶijをディジタル値に変換して当該ディジタル信号を移相器に印加するよう制御することができる。
【００２７】
次に、議論を簡略化するために、
とおく。そうすると、式（２０）〜式（２３）を式（３１）〜式（３４）を経由して、式（３５）〜式（３８）に代入すると明らかなように、Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3，Ｖ4の間には、
の関係が成り立つ。従って、計算機を使用してＶ1，Ｖ2，Ｖ3，Ｖ4の電圧を計算し、これらを抵抗網等に印加する代わりに、例えば、Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3の電圧は計算機により計算して抵抗網に印加する一方で、Ｖ4については、
の関係を用いて、ハードウェアを用いて自動生成することができる。この自動生成の手段としては演算増幅器等を用いることができるが、その詳細構成については後述する。
【００２８】
さらに、式（２５）及び式（３９）の関係式より
が成り立つことにも着目すれば、Ｖ1，Ｖ2の電圧は計算機によって計算して抵抗網等に印加する一方で、Ｖ3及びＶ4については、適切なハードウェアを用いて
の関係より自動生成することができる。この自動生成の手段としては演算増幅器等を用いることができるが、その詳細構成については後述する。
【００２９】
図５に、図４に示す位相制御信号発生回路の具体的回路構成を示す。図５における位相制御信号発生回路は、抵抗網回路５００として具体的に構成され、四隅の電位点Ｖ11，Ｖ15，Ｖ51，Ｖ55を有する。そして、電位点Ｖ11と電位点Ｖ15との間には、抵抗Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4，Ｒ5が直列に接続され、それぞれの抵抗間には電位点Ｖ12，Ｖ13，Ｖ14が設けられている。また、電位点Ｖ11と電位点Ｖ51との間には、抵抗Ｒ7，Ｒ13，Ｒ19が直列に接続され、それぞれの抵抗間には電位点Ｖ21，Ｖ31，Ｖ41が設けられている。同様に、電位点Ｖ51と電位点Ｖ55との間には、抵抗Ｒ25，Ｒ26，Ｒ27，Ｒ28が直列に接続され、それぞれの抵抗間には電位点Ｖ52，Ｖ53，Ｖ54が設けられている。また、電位点Ｖ55と電位点Ｖ15との間には、抵抗Ｒ12，Ｒ18，Ｒ24が直列に接続され、それぞれの抵抗間には電位点Ｖ25，Ｖ35，Ｖ45が設けられている。以上の通り、直列に接続された抵抗を挟んだ各電位点間は、その両端の印加電圧を同等な比率で分配する電圧分配回路（ラダー抵抗回路）を構成している（以下、図７においても同様である）。
【００３０】
また、図５の電位点Ｖ21と電位点Ｖ25との間には、ユニティゲイン・バッファＵ１、抵抗Ｒ8，Ｒ9，Ｒ10，Ｒ11、ユニティゲイン・バッファＵ２が直列に接続されて、ユニティゲイン・バッファＵ１及びＵ２は互いに出力側を対向させるように配置されている。従って、電位点Ｖ21はユニティゲイン・バッファＵ１の入力側（Ｐ：正入力端子）と接続され、電位点Ｖ25はユニティゲイン・バッファＵ２の入力側（Ｐ：正入力端子）と接続されている。このように、電位点Ｖ21と電位点Ｖ25との間は、電圧分割特性に影響を与えずにその両端の印加電圧を同等な比率で分配する電圧分配回路を構成している（以下、図５の他の電位点間、及び、図７においても同様である）。
【００３１】
同様に、図５の電位点Ｖ31と電位点Ｖ35との間には、ユニティゲイン・バッファＵ３、抵抗Ｒ14，Ｒ15，Ｒ16，Ｒ17、ユニティゲイン・バッファＵ４が直列に接続されて、ユニティゲイン・バッファＵ３及びＵ４は互いに出力側を対向させるように配置されている。従って、電位点Ｖ31はユニティゲイン・バッファＵ３の入力側（Ｐ：正入力端子）と接続され、電位点Ｖ35はユニティゲイン・バッファＵ４の入力側（Ｐ：正入力端子）と接続されている。
【００３２】
また、図５の電位点Ｖ41と電位点Ｖ45との間には、ユニティゲイン・バッファＵ５、抵抗Ｒ20，Ｒ21，Ｒ22，Ｒ23、ユニティゲイン・バッファＵ６が直列に接続されて、ユニティゲイン・バッファＵ５及びＵ６は互いに出力側を対向させるように配置されている。従って、電位点Ｖ41はユニティゲイン・バッファＵ５の入力側（Ｐ：正入力端子）と接続され、電位点Ｖ45はユニティゲイン・バッファＵ６の入力側（Ｐ：正入力端子）と接続されている。
【００３３】
なお、図５におけるユニティゲイン・バッファＵ１〜Ｕ６は、演算増幅器によるユニティゲイン・バッファ構成としたがこれに限定されるものではなく、適宜の回路構成を採用することができる。
【００３４】
また、図５においては、表記の便宜上、例えば、電位点Ｖ12における電圧値もＶ12と置くこととする（図５下段拡大図を参照）。すなわち「電位点Ｖ12」というときのＶ12は位置又は接点端子を表わし、「電圧Ｖ12」又は「制御電圧Ｖ12」というときのＶ12は電圧値を表わすものとする。図５において他の電位点及びその電圧値についても同様とする。また、抵抗Ｒ1〜Ｒ28については、本発明の性質上、特定の範囲の抵抗値を取ることを要求するものではないことは明らかであるが、消費電力、時定数による時間遅延等を考慮し、現実的な範囲として１００Ω〜１ＫΩ程度のものを使用することができる。また、各抵抗値についても原則として同一のものを使用するが、適宜個別の素子の微調整（チューニング）を行って性能の向上を図ることもできる。なお、抵抗値の誤差は一般的な安価な抵抗素子を使用した場合でも０．５％程度（略１対２００）以内に収まるものであり、７ビット分の情報を取り扱うには充分な精度である。誤差が０．３％程度のものを使用すれば８ビット分の情報を取り扱うのに充分な精度と言える。従って、本発明の実施に要するコストは極めて低く抑えることができる。
【００３５】
また、図５における抵抗網回路５００を構成する際に上述の通りユニティゲイン・バッファＵ１乃至Ｕ６を使用する理由は、抵抗網回路としての双線形性を高めて電圧分割特性に影響を与えないようにするためである。すなわち、抵抗網回路５００を抵抗のみで格子状に構成した場合には、電圧分布の線形性が悪くなり、所謂「球面収差」のような偏りのある分布が発生してしまうからである。さらに、ユニティゲイン・バッファを使用しない場合には、上記のような偏りのある分布を計算機で個別に補正する必要が生じてしまう。或は、電圧分布が正方メッシュに近づくように各抵抗の抵抗値を微妙に調整する必要が生じる。
【００３６】
そして、図５の電位点Ｖ51は、電圧自動発生手段５０５としての演算増幅器の出力側に接続されている。図５に示す通り、電圧自動発生手段５０５の入力側には、電圧Ｖ１及びＶ３が各々抵抗を介して並列に印加され（正入力端子側）、電圧Ｖ２が抵抗を介して他方に印加されている（負入力端子側）。そして、その出力は抵抗を介して入力（負入力端子側）に帰還されている。
【００３７】
以上の通りの構成及び印加電圧により、電位点Ｖ51にはＶ４＝Ｖ１＋Ｖ３−Ｖ２の制御電圧が自動生成される。さらに、抵抗網回路５００の双線形性により、電位点Ｖ12には制御電圧Ｖ12が、電位点Ｖ13には制御電圧Ｖ13が、電位点Ｖ14には制御電圧Ｖ14が、電位点Ｖ21には制御電圧Ｖ21が、電位点Ｖ22には制御電圧Ｖ22が、電位点Ｖ23には制御電圧Ｖ23が、電位点Ｖ24には制御電圧Ｖ24が、電位点Ｖ25には制御電圧Ｖ25が、電位点Ｖ31には制御電圧Ｖ31が、電位点Ｖ32には制御電圧Ｖ32が、電位点Ｖ33には制御電圧Ｖ33が、電位点Ｖ34には制御電圧Ｖ34が、電位点Ｖ35には制御電圧Ｖ35が、電位点Ｖ41には制御電圧Ｖ41が、電位点Ｖ42には制御電圧Ｖ42が、電位点Ｖ43には制御電圧Ｖ43が、電位点Ｖ44には制御電圧Ｖ44が、電位点Ｖ45には制御電圧Ｖ45が、電位点Ｖ52には制御電圧Ｖ52が、電位点Ｖ53には制御電圧Ｖ53が、電位点Ｖ54には制御電圧Ｖ54が、それぞれ双線形的に自動生成される。
【００３８】
次に、図６に本発明の実施形態の電子ビーム走査アンテナ装置における他の位相制御信号発生回路の構成概念を例示する。図６に示す位相制御信号発生回路は抵抗網回路６００として具体的に構成され、四隅の第１〜第４の電位点６０１〜６０４のうち、第１の電位点６０１には第１の印加電圧Ｖ1が印加され、第２の電位点６０２には第２の印加電圧Ｖ2が印加される。そして、第３の電位点６０３には電圧Ｖ3を自動生成するための電圧自動発生手段６０５が接続されており、第４の電位点６０４には電圧Ｖ4を自動生成するための電圧自動発生手段６０６が接続されている。そして、上記印加電圧Ｖ1及びＶ2が第１の電位点６０１及び第２の電位点６０２にそれぞれ印加されると、第３の電位点６０３に電圧Ｖ3が、第４の電位点６０４に電圧Ｖ4がそれぞれ自動生成されるように作動する。電圧自動発生手段６０５及び６０６は、それぞれ２入力の演算増幅器で構成されており、電圧自動発生手段６０５の入力には電圧Ｖ1，Ｖ0がそれぞれ印加され、電圧自動発生手段６０６の入力には電圧Ｖ2，Ｖ0がそれぞれ印加される。ここで、第３の電位点６０３に自動生成される電圧Ｖ3は、Ｖ0−Ｖ1であり、第４の電位点６０４に自動生成される電圧Ｖ4は、Ｖ0−Ｖ2となることは、すでに述べた通りである。
【００３９】
図７に、図６に示す位相制御信号発生回路の具体的回路構成を示す。図７における位相制御信号発生回路は、具体的に抵抗網回路７００で構成され、四隅の電位点Ｖ11，Ｖ15，Ｖ51，Ｖ55を有する。そして、電位点Ｖ11と電位点Ｖ15との間には、抵抗Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4，Ｒ5が直列に接続され、それぞれの抵抗間には電位点Ｖ12，Ｖ13，Ｖ14が設けられている。また、電位点Ｖ11と電位点Ｖ51との間には、抵抗Ｒ7，Ｒ13，Ｒ19が直列に接続され、それぞれの抵抗間には電位点Ｖ21，Ｖ31，Ｖ41が設けられている。同様に、電位点Ｖ51と電位点Ｖ55との間には、抵抗Ｒ25，Ｒ26，Ｒ27，Ｒ28が直列に接続され、それぞれの抵抗間には電位点Ｖ52，Ｖ53，Ｖ54が設けられている。また、電位点Ｖ55と電位点Ｖ15との間には、抵抗Ｒ12，Ｒ18，Ｒ24が直列に接続され、それぞれの抵抗間には電位点Ｖ25，Ｖ35，Ｖ45が設けられている。
【００４０】
また、図７の電位点Ｖ21と電位点Ｖ25との間には、ユニティゲイン・バッファＵ１、抵抗Ｒ8，Ｒ9，Ｒ10，Ｒ11、ユニティゲイン・バッファＵ２が直列に接続されて、ユニティゲイン・バッファＵ１及びＵ２は互いに出力側を対向させるように配置されている。従って、電位点Ｖ21はユニティゲイン・バッファＵ１の入力側（Ｐ：正入力端子）と接続され、電位点Ｖ25はユニティゲイン・バッファＵ２の入力側（Ｐ：正入力端子）と接続されている。
【００４１】
同様に、図７の電位点Ｖ31と電位点Ｖ35との間には、ユニティゲイン・バッファＵ３、抵抗Ｒ14，Ｒ15，Ｒ16，Ｒ17、ユニティゲイン・バッファＵ４が直列に接続されて、ユニティゲイン・バッファＵ３及びＵ４は互いに出力側を対向させるように配置されている。従って、電位点Ｖ31はユニティゲイン・バッファＵ３の入力側（Ｐ：正入力端子）と接続され、電位点Ｖ35はユニティゲイン・バッファＵ４の入力側（Ｐ：正入力端子）と接続されている。
【００４２】
また、図７の電位点Ｖ41と電位点Ｖ45との間には、ユニティゲイン・バッファＵ５、抵抗Ｒ20，Ｒ21，Ｒ22，Ｒ23、ユニティゲイン・バッファＵ６が直列に接続されて、ユニティゲイン・バッファＵ５及びＵ６は互いに出力側を対向させるように配置されている。従って、電位点Ｖ41はユニティゲイン・バッファＵ５の入力側（Ｐ：正入力端子）と接続され、電位点Ｖ45はユニティゲイン・バッファＵ６の入力側（Ｐ：正入力端子）と接続されている。
【００４３】
なお、図５におけるユニティゲイン・バッファＵ１〜Ｕ６は、演算増幅器によるユニティゲイン・バッファ構成としたがこれに限定されるものではなく、適宜の回路構成を採用することができる。
【００４４】
また、図７においては、表記の便宜上、例えば、電位点Ｖ12における電圧値もＶ12と置くこととする（図７下段拡大図を参照）。すなわち「電位点Ｖ12」というときのＶ12は位置又は接点端子を表わし、「電圧Ｖ12」又は「制御電圧Ｖ12」というときのＶ12は電圧値を表わすものとする。図７において他の電位点及びその電圧値についても同様とする。また、使用する抵抗Ｒ1〜Ｒ28についても図５に示した抵抗と同様であり、例えば、一般的な安価な抵抗素子を使用した場合でも、その誤差は０．５％程度（略１対２００）以内に収まるものであり、７ビット分の情報を取り扱うには充分な精度を担保できる。従って、本発明の実施に要するコストは極めて低く抑えることができる。
【００４５】
また、図７における抵抗網回路７００を構成する際に上述の通りユニティゲイン・バッファＵ１乃至Ｕ６を使用する理由は、抵抗網回路としての双線形性を高めて電圧分割特性に影響を与えないようにするためである。すなわち、抵抗網回路７００を抵抗のみで格子状に構成した場合には、電圧分布の線形性が悪くなり、所謂「球面収差」のような偏りのある分布が発生してしまうので、ユニティゲイン・バッファＵ１乃至Ｕ６を図示したように使用して、抵抗網回路としての双線形性を高めている。
【００４６】
そして、図７の電位点Ｖ11は、電圧自動発生手段７０５としての演算増幅器の出力側に接続されている。図７に示す通り、電圧自動発生手段７０５の入力側には、電圧Ｖ０が抵抗を介して印加され（正入力端子側）、該抵抗と正入力端子との間から別の抵抗を介して接地されている。また、電圧Ｖ１が抵抗を介して他方に印加されている（負入力端子側）。そして、その出力は抵抗を介して入力（負入力端子側）に帰還されている。
【００４７】
また、図７の電位点Ｖ51も、電圧自動発生手段７０６としての演算増幅器の出力側に接続されている。図７に示す通り、電圧自動発生手段７０６の入力側には、電圧Ｖ０が抵抗を介して印加され（正入力端子側）、該抵抗と正入力端子との間から別の抵抗を介して接地されている。また、電圧Ｖ１が抵抗を介して他方に印加されている（負入力端子側）。そして、その出力は抵抗を介して入力（負入力端子側）に帰還されている。
【００４８】
以上の通りの構成及び印加電圧により、電位点Ｖ11にはＶ３＝Ｖ０−Ｖ１の制御電圧が自動生成され、電位点Ｖ51にはＶ４＝Ｖ０−Ｖ２の制御電圧が自動生成される。さらに、抵抗網回路７００の双線形性により、電位点Ｖ12には制御電圧Ｖ12が、電位点Ｖ13には制御電圧Ｖ13が、電位点Ｖ14には制御電圧Ｖ14が、電位点Ｖ21には制御電圧Ｖ21が、電位点Ｖ22には制御電圧Ｖ22が、電位点Ｖ23には制御電圧Ｖ23が、電位点Ｖ24には制御電圧Ｖ24が、電位点Ｖ25には制御電圧Ｖ25が、電位点Ｖ31には制御電圧Ｖ31が、電位点Ｖ32には制御電圧Ｖ32が、電位点Ｖ33には制御電圧Ｖ33が、電位点Ｖ34には制御電圧Ｖ34が、電位点Ｖ35には制御電圧Ｖ35が、電位点Ｖ41には制御電圧Ｖ41が、電位点Ｖ42には制御電圧Ｖ42が、電位点Ｖ43には制御電圧Ｖ43が、電位点Ｖ44には制御電圧Ｖ44が、電位点Ｖ45には制御電圧Ｖ45が、電位点Ｖ52には制御電圧Ｖ52が、電位点Ｖ53には制御電圧Ｖ53が、電位点Ｖ54には制御電圧Ｖ54が、それぞれ双線形的に自動生成される。
【００４９】
（本発明の適用範囲）
一般に、電子ビーム走査アンテナは、例えば概略円形の周辺形状を有するものが多用されている。一方、本発明の実施形態においては、正方形（四角形）の周辺形状を有する場合を中心に説明したが、より複雑な周辺形状を有するフェースドアレーアンテナにも適用することができる。すなわち、当該複雑な周辺形状を有する電子ビーム走査アンテナであっても、仮想的により大きな正方形の電子ビーム走査アンテナの部分を構成しているものとして取り扱うことができる。そうすると、正方形（四角形）の四隅の位置の仮想的なアンテナ素子の移相量を制御するようにして、その内部のＶijをｉ，ｊに対して線形に変化するように抵抗網を構成することができる。したがって、本発明にかかる電子ビーム走査アンテナ制御回路及び装置は、そのアンテナ形状が、より複雑な周辺形状を有する電子ビーム走査アンテナであっても本発明の技術思想を適用して制御することができる。
【００５０】
また、船舶等で用いられる電子ビーム走査アンテナにおいては、水平線際から天頂部にいたる広範囲の立体角に渡って指向性を制御することができることが望ましい。そこで、電子ビーム走査アンテナを半球面に展開することができれば便宜である。一方、本発明にかかる電子ビーム走査アンテナ制御回路については平面上に展開された電子ビーム走査アンテナに対する制御を中心に説明したが、球面等の立体形状を有する表面上に展開された電子ビーム走査アンテナにも同様に適用できる。すなわち、立体形状であっても、必要な精度で三角形、四角形、五角形等の平面多角形を組み合わせることにより被覆することができ、そうすると、上述した四角形の場合の手法と同一の手法を用いて上記平面多角形内に展開された電子ビーム走査アンテナを制御することが可能である。したがって、立体表面に設けられた電子ビーム走査アンテナであっても、表面を適切な形状に区分することにより、本発明にかかる電子ビーム走査アンテナ制御回路及び装置によって制御することができる。
【００５１】
以上の通り、本発明によれば、計算機負荷の増大化と制御回路の複雑化と消費電力の増大化とに起因する装置重量の増大及びコスト増加の問題を解消し、電子ビーム走査アンテナの小型化に対応して制御回路の消費電力及び発熱を低減すると共に制御回路及び装置全体の重量を低減し、併せて低コストでありながら高速なビーム走査性能を発揮する電子ビーム走査アンテナ制御回路及び該制御回路を備えた電子ビーム走査アンテナ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態における電子ビーム走査アンテナ装置の構成を示す構成図である。
【図２】本発明の実施形態の電子ビーム走査アンテナ装置におけるフロントエンドプロセッサ及び位相制御信号発生回路の信号入出力等のインタフェースを説明する説明図である。
【図３】本発明の位相制御信号発生回路の基本概念を説明する説明図である。
【図４】本発明の実施形態の電子ビーム走査アンテナ装置における位相制御信号発生回路の構成概念を説明する説明図である。
【図５】図４に示す位相制御信号発生回路の具体的回路構成を説明する回路説明図である。
【図６】本発明の実施形態の電子ビーム走査アンテナ装置における他の位相制御信号発生回路の構成概念を説明する説明図である。
【図７】図６に示す位相制御信号発生回路の具体的回路構成を説明する回路説明図である。
【図８】従来の電子ビーム走査アンテナ装置の典型的構成を示す構成図である。
【図９】電子ビーム走査アンテナと主ビーム方向との一般的関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５３】
１００ 電子ビーム走査アンテナ装置
１０１ アンテナ素子
１０２ 移相器
１０３ 分配器
１０５ 制御回路
１０６ 位相制御信号発生回路（抵抗網回路、双線形抵抗ネットワーク）
１０７ 電子ビーム走査アンテナ制御回路
１０８ フロントエンドプロセッサ（ＦＥＰ）
３００ 抵抗網回路（双線形抵抗ネットワーク）
４０５、５０５、６０５、６０６、７０５、７０６ 電圧自動発生手段
８０１ アンテナ素子
８０２ 移相器
８０３ 分配器
８０４ 送信器
８０５ 制御回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に電子ビーム走査アンテナ装置に関し、より詳細には、電子ビーム走査アンテナ装置における電子ビーム走査アンテナの制御技術の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子ビーム走査アンテナ装置は、例えばアレー状に配列されたアンテナ素子の各々から放出される電磁波の位相を移相器等の使用により調節し、電磁波が任意の特定方向へのアンテナビームとして放出されるよう放出電磁波の指向性を高めることができる。従って、その用途としては、移動する目標物（人工衛星、飛行機等）の方向へ放出電磁波を指向させる自動追尾方式の電子ビーム走査アンテナ装置（例えば、船舶、自動車に搭載される）や、地上に対して照射する電子ビームの方向を制御する衛星搭載用の電子ビーム走査アンテナ装置などがある。これら電子ビーム走査アンテナ装置には、アンテナ素子ごとに移相器が設けられており、電子ビーム感度が最大となる方向（又は、電子ビームの指向性が高くなる方向）を制御回路によって動的に調節できるという特徴を有している。
【０００３】
図８に、従来の電子ビーム走査アンテナ装置を示す。従来の典型的な電子ビーム走査アンテナ装置８００は、アンテナ素子８０１と、移相器８０２と、電力分配器８０３と、送信器８０４と、制御回路８０５とで構成される。装置８００の動作を概説すると、まず、送信器８０４から高周波信号が出力されて電力分配器８０３に入力される。電力分配器８０３では高周波信号が複数に分配され、分配された高周波信号は移相器８０２の各々に入力される。各移相器８０２は、指向性の高い電子ビーム（以下、「主ビーム」という。）を放射するために調節された高周波信号の位相を設定する。移相器８０２によって設定された位相に基づく高周波信号は、アンテナ素子８０１に入力されて主ビームとなりアンテナ素子８０１から空間に放射される。なお、図８に関連して受信アンテナを構成する場合には、受信器８０４ｂ（不図示）が送信器８０４に代わり、電力合成器８０３ｂ（不図示）が電力分配器８０３に代わって同様の構成をとる。
【０００４】
ここで、この主ビームは、制御回路８０５において必要な移相量が計算されて、その計算結果が移相器８０２の各々に設定されることにより生じる。すなわち、従来の方式においては、主ビームの向きを変える場合には計算機によって全ての移相器に必要な移相量を個別に計算し、制御回路によって全ての移相器を個別に制御するという処理が行われていた。この処理は、電子ビームの動きを更に滑らか制御しようとすると、更に短い時間ごとに全移相器に対する計算が要求されることとなり、電子ビームの指向性の高速制御が極めて困難になると同時に、電子ビーム走査アンテナ装置全体としての消費電力も増大してしまうという課題を有していた。
【０００５】
そこで、先行技術においては、上記課題を解決すべく低消費電力でビームを高速に切換制御でき、かつ、信頼性も高めることができる電子ビーム走査アンテナを実現する試みもなされている（例えば、特許文献１を参照）。かかる先行技術は、空間に放射される主ビームを所定の方向へ指向するために、複数の移相器の設定移相量を制御回路において演算し、その演算結果をもとに上記複数の移相器の中から制御すべき移相器を選択し、上記選択された移相器のみに電力を供給して主ビームを所定の方向へ指向させるよう制御する構成とすることにより、全ての移相器を制御することなしに必要最小限の移相器のみに電力を供給して制御する。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１５２４２０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来技術及び上記の先行技術においても、対象となる複数の移相器の設定移相量を制御回路において全て演算する必要があり、計算機内の演算量の増加と、移相器及び制御回路間の設定値等の伝送時間とが更なる高速化に対する課題となっていた。また、従来技術及び上記の先行技術のように移相器ごとに制御を行う構成では、機能の増加と共に移相器及び制御回路間の配線数が増加してしまい、消費電力の増大のみならず装置全体に占める配線ケーブルの重量・空間占有率の増大が課題となる。つまり、構成される複数のアンテナ素子に対する移相量を計算して移相器の各々に伝送する従来の方式では、計算機負荷の増大と制御回路の複雑化と消費電力の増大とを招来し、ひいては装置全体に占める配線ケーブルによる重量増大と空間占有率増大とを引き起こすこととなる。
【０００８】
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、電子ビーム走査アンテナの小型化に対応して制御回路の消費電力及び発熱を低減すると共に制御回路及び装置全体の重量を低減し、併せて低コストでありながら高速なビーム走査性能を発揮する電子ビーム走査アンテナ制御回路及び該制御回路を備えた電子ビーム走査アンテナ装置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】
【０００９】
本発明にかかる電子ビーム走査アンテナ制御回路は、少なくとも、複数のアンテナ素子と該アンテナ素子の各々に接続された移相器とを備えた電子ビーム走査アンテナを制御するための電子ビームアンテナ制御回路であって、前記各々の移相器うちの一部の移相量を制御電圧として演算制御する移相量演算制御回路と、複数の抵抗を有する双線形性の抵抗網回路とを備え、前記各々の移相器は、フロントエンドプロセッサを介して前記抵抗網回路のうちの対応点にそれぞれ接続され、前記抵抗網回路は、前記各々の移相器のうちの一部に対する前記対応点に印加された移相量としての制御電圧によって、他の移相器に対応する前記対応点に各々の移相器に対する移相量としての制御電圧を生成し、前記フロントエンドプロセッサは、前記抵抗網回路の各々に接続された対応点から前記生成された各々の制御電圧を抽出し、前記各々の移相器に対する制御値として設定することを特徴とする。
また、本発明にかかる電子ビーム走査アンテナ装置は、少なくとも、上記電子ビーム走査アンテナ制御回路を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、主ビーム方向を表わす方向余弦から数少ない制御量を計算するだけで残りの制御量は後述する抵抗網回路（双線形抵抗ネットワーク）等により自動生成されるので、計算機の負荷が大幅に軽減され、かつ、高速な電子ビーム走査が可能となる。また、アレーを構成するアンテナ素子の数が増加しても、計算機インタフェースから直接制御回路に伝送すべき信号の数は増加しないため、電子ビーム走査アンテナ装置全体の配線構成を簡略に保つことができ、装置全体の重量も低減することができる。併せて、回路構成の簡素化に伴い装置の信頼性が向上し、低消費電力を実現できる。さらに、後述する通り、制御回路を微小かつ安価な部品で構成することもできるため、電子ビーム走査アンテナ装置の製造コスト及び保守コストをも低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（本発明の基本原理）
電子ビーム走査アンテナは、典型的には、アンテナ素子をアレー状に配列することにより、指向性に優れた電磁波の送受信を可能とするものである。さらに、各アンテナ素子に移相器を設けることにより、電子ビーム走査アンテナ装置として電磁波の感度が最大となる方向を動的に調整することができるという特徴を有している。一般的な電子ビーム走査アンテナ装置の構成については、図８を用いて説明した通りである。
【００１２】
次に、図９に、電子ビーム走査アンテナと主ビーム方向との一般的関係を示す。図９においては、電子ビーム走査アンテナはｘ-ｙ平面に配置されているものとする。このとき、図９ように主ビームの方向余弦が（α，β，γ）で与えられたとすると、所望のビーム方向は（θ，φ）である。このとき、θは、方向余弦に対するｚ-軸からの角度（仰角）であり、φは、主ビームをｘ-ｙ平面に射影した線分に対するｘ-軸からの反時計回りの角度（方位角）である。これらの定義に基づき、ビーム方向余弦（α，β，γ）は、次式で表わすことができる。
【００１３】
次に、例えば、各アンテナ素子の中心間の距離をｄとするＮ×Ｎのアレーが、直行するx-座標とy-座標とによって構成される二次元平面上に展開されているとすると、各アンテナ素子の中心座標は、
と表わされる。ここで、ｉ及びｊは、１からＮまでの自然数である。そうすると、アンテナの四隅に置かれたアンテナ素子の中心座標は、それぞれ、
と表わすことができる。
【００１４】
ここで、上記のような電子ビーム走査アンテナの指向する方向を、ｘ-ｙ平面に垂直の方向（図９におけるｚ-軸）を天頂とする極座標表示で、（θ，φ）とするためには、（ｘi，ｙj）に配置されたアンテナ素子の位相を一斉に、
だけずらす（移相する）必要がある。以下、Φijを「移相量」ということとする。なお、ｋはマイクロ波の波長λによって決まる定数であって、
と表わすことができる。πは円周率である。また、α及びβは、所謂方向余弦であるから、
と表わすことができる。ここで、ｃ1及びｃ2は、ｘ-ｙ平面における座標の平行移動によって発生する係数であるが、すべてのアンテナ素子に共通に発生するものであるから指向性に影響を与えることはない。また、ｃ3もすべてのアンテナ素子に共通であり、かつ、αにもβにも依存しないので指向性に影響を与えることはない。
【００１５】
なお、アンテナ素子の配列に関し、より一般的な場合（例えば、アンテナ素子がジグザグ配列に配列されているような場合）においても表現可能とするためには、
とすればよいが、具体的に例示すると煩雑となる一方で発明の本質に異なる所はないので、本明細書においては上述した簡素な構成に基づいて説明を進めることとする。
【００１６】
（本発明にかかる電子ビーム走査アンテナ制御回路及び該制御回路を備えた電子ビーム走査アンテナ装置の具体的構成例）
図１に、本発明の実施形態における電子ビーム走査アンテナ装置１００の構成を示す。電子ビーム走査アンテナ装置１００は、複数のアンテナ素子１０１と、各々のアンテナ素子に接続された移相器１０２と、電力分配器１０３と、送信器１０４と、制御回路１０５と、位相制御信号発生回路１０６と、フロントエンドプロセッサ１０８とで構成される。装置１００の動作を概説すると、まず、送信器１０４から高周波信号が出力されて電力分配器１０３に入力される。電力分配器１０３では高周波信号が複数に分配され、分配された高周波信号は移相器１０２の各々に入力される。各移相器１０２は、主ビームを放射するために調節された高周波信号の位相を調節する。移相器１０２によって設定された位相に基づく高周波信号は、アンテナ素子１０１に入力されて主ビームとなりアンテナ素子１０１から空間に放射される。
【００１７】
ここで、上記主ビームの指向方向は、フロントエンドプロセッサ１０８を介して位相制御信号発生回路１０６から受信した移相量（制御量）情報に基づく移相器１０２の各々の設定値によって決定される。フロントエンドプロセッサ１０８は、移相器ごとに設置され、後述するように位相制御信号発生回路１０６からアナログ信号を受信して各移相器１０２への設定値をディジタル信号として生成する。各フロントエンドプロセッサ１０８は、例えば、それぞれアレーアンテナ上の格子点（アンテナ素子の位置に略一致）に配置され、位相制御信号発生回路１０６内における対応点に接続される。例えば、アレーアンテナが８×８の格子点（それぞれ格子点Ｐ（ｉ，ｊ）とする。但し、ｉ及びｊは１〜８の整数）からなる正方形アレー状に構成された場合には、各格子上のフロントエンドプロセッサ１０８も、移相制御信号発生回路内に構成された８×８の対応点（それぞれ対応点Ｑ（ｉ，ｊ）とする。但し、ｉ及びｊは１〜８の整数）を有する回路においてそれぞれ対応する位置に接続される。つまり、Ｐ（ｉ，ｊ）に位置するアレーアンテナ上のフロントエンドプロセッサが、位相制御信号発生回路の対応点Ｑ（ｉ，ｊ）に接続される。
制御回路１０５は、必要に応じて制御電圧を計算し、アナログ／ディジタル信号の送受信を制御し、装置内における各モジュールの制御を行う。したがって、制御回路１０５及び位相制御信号発生回路１０６は、主ビームを走査するための電子ビーム走査アンテナ制御回路１０７として機能する。なお、制御回路１０５からは、直接フロントエンドプロセッサ１０８を制御するためのシリアル信号線路（不図示）を配線接続する。
【００１８】
次に、本発明における位相制御信号発生回路の基本概念を図２に示す。上述の通り、本発明にかかる電子ビーム走査アンテナ装置は制御回路１０５と位相制御信号発生回路１０６とからなる電子ビーム走査アンテナ制御回路１０７を備えるが、この位相制御信号発生回路１０６は、図２に示すような抵抗網回路（又は、双線形抵抗ネットワーク）で構成することができる。そうして、図示するように第１〜第Ｎ点までのＮ個（Ｎは自然数）の印加電圧点を有する抵抗網回路内の複数の電位点（通常、Ｎ個よりも遥かに多い）に自動生成された制御電圧をそれぞれ読み出すというのが本発明の基本概念である。つまり、自動生成された制御電圧については、従来なされていたような計算機による演算の手間を要しないということを意味する。
【００１９】
また、Ｎ＝４とした場合の位相制御信号発生回路の基本概念を図３に示す。位相制御信号発生回路は、図３に示す通り、正方形（又は矩形）の抵抗網回路３００で構成されており、四隅の第１〜第４の電位点３０１〜３０４にそれぞれ第１〜第４の印加電圧が印加される。ここで、抵抗網回路の四隅に印加される電圧とアンテナの四隅に発生する位相との間には一定の比例関係が成立するが、詳細は後述する。ここで、第１の印加電圧はＶ1であり、第２の印加電圧はＶ2であり、第３の印加電圧はＶ3であり、第４の印加電圧はＶ4である。そうして、抵抗網回路３００における所定の電位点に制御電圧が自動生成され、この制御電圧を読み取ることにより移相器に必要な移相量を取得することができる。制御電圧を読み出すことのできる電位点は複数設けることができる（後述）。
【００２０】
次に、図４に、本発明の実施形態の電子ビーム走査アンテナ装置における位相制御信号発生回路の構成概念を例示する。図４に示す位相制御信号発生回路は抵抗網回路４００で構成され、四隅の第１〜第４の電位点４０１〜４０４のうち、第１の電位点４０１には第１の印加電圧Ｖ1が印加され、第２の電位点４０２には第２の印加電圧Ｖ2が印加され、第３の電位点４０３には第３の印加電圧Ｖ3が印加される。そして、第４の電位点４０４には電圧Ｖ4（＝Ｖ1＋Ｖ3−Ｖ2）を自動生成するための電圧自動発生手段４０５が接続されており、上記の印加電圧Ｖ1〜Ｖ3が第１の電位点４０１〜第３の電位点４０３にそれぞれ印加されると、第４の電位点４０４に電圧Ｖ4が自動生成されるように作動する。電圧自動発生手段４０５は、演算増幅器で構成されており、各入力端子には電圧Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3がそれぞれ印加される。次に、第４の電位点４０４に自動生成される電圧Ｖ4が、Ｖ1＋Ｖ3−Ｖ2で表わされることの導出を行う。
【００２１】
（本発明にかかる位相制御信号発生回路の基本原理）
本発明にかかる電子ビーム走査アンテナ制御回路においては、電子ビーム走査アンテナの四隅、すなわち、
の位置に置かれたアンテナ素子に必要な移相量ΦN1，ΦNN，Φ1N，Φ11を指定することによってその他のアンテナ素子の移相量を自動的に決定することが基本的な動作原理である。
【００２２】
ここで、この電子ビーム走査アンテナの四隅の移相量は、式（１０）を用いて次式で表わされる。
具体的に移相量を決めるためには、ｃ1，ｃ2，ｃ3をあらかじめ決めておかねばならないようにも思える。しかし、移相量は、相対的なものであるから共通項αｃ1＋βｃ2＋ｃ3における係数ｃ1，ｃ2，ｃ3は、具体的適用において取り扱いが容易になるように設定すればよい。
【００２３】
例えば、仮に、
における移相量を定数Φ0とおけば、
が、可能なあらゆるα，βに対して成立しなければならない。そうすると、
を導くことができる。これらの係数を用いて式（１０）を書き改めると、
となる。
【００２４】
なお、上記式中のＮが奇数の場合には、当該座標にアンテナ素子が存在することとなるが、Ｎが偶数の場合には、当該座標にアンテナ素子は存在しない。このように、具体的適用においては、位相を固定すべきアンテナ素子が必ずしも中心部の素子であるとは限らない。
【００２５】
一方、移相器に印加する電圧Ｖijと移相量との間の比例係数をｋ´とすると（このような位相器をアナログ移相器という）、
である。したがって、以下のように、四隅の電圧を設定したときに、その他のＶijがｉ，ｊに対して線形に変化するよう構成された、例えば抵抗網回路（又は、双線形抵抗ネットワーク）を用いると所要の目的を達成することができる。
【００２６】
なお、上記アナログ移相器に対して、ディジタル信号を印加することにより制御が可能な移相器をディジタル移相器という。本発明にかかる電子ビーム走査アンテナ装置においてディジタル移相器を制御する場合には、Ａ−Ｄ変換器等を用いてＶijをディジタル値に変換して当該ディジタル信号を移相器に印加するよう制御することができる。
【００２７】
次に、議論を簡略化するために、
とおく。そうすると、式（２０）〜式（２３）を式（３１）〜式（３４）を経由して、式（３５）〜式（３８）に代入すると明らかなように、Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3，Ｖ4の間には、
の関係が成り立つ。従って、計算機を使用してＶ1，Ｖ2，Ｖ3，Ｖ4の電圧を計算し、これらを抵抗網等に印加する代わりに、例えば、Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3の電圧は計算機により計算して抵抗網に印加する一方で、Ｖ4については、
の関係を用いて、ハードウェアを用いて自動生成することができる。この自動生成の手段としては演算増幅器等を用いることができるが、その詳細構成については後述する。
【００２８】
さらに、式（２５）及び式（３９）の関係式より
が成り立つことにも着目すれば、Ｖ1，Ｖ2の電圧は計算機によって計算して抵抗網等に印加する一方で、Ｖ3及びＶ4については、適切なハードウェアを用いて
の関係より自動生成することができる。この自動生成の手段としては演算増幅器等を用いることができるが、その詳細構成については後述する。
【００２９】
図５に、図４に示す位相制御信号発生回路の具体的回路構成を示す。図５における位相制御信号発生回路は、抵抗網回路５００として具体的に構成され、四隅の電位点Ｖ11，Ｖ15，Ｖ51，Ｖ55を有する。そして、電位点Ｖ11と電位点Ｖ15との間には、抵抗Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4，Ｒ5が直列に接続され、それぞれの抵抗間には電位点Ｖ12，Ｖ13，Ｖ14が設けられている。また、電位点Ｖ11と電位点Ｖ51との間には、抵抗Ｒ7，Ｒ13，Ｒ19が直列に接続され、それぞれの抵抗間には電位点Ｖ21，Ｖ31，Ｖ41が設けられている。同様に、電位点Ｖ51と電位点Ｖ55との間には、抵抗Ｒ25，Ｒ26，Ｒ27，Ｒ28が直列に接続され、それぞれの抵抗間には電位点Ｖ52，Ｖ53，Ｖ54が設けられている。また、電位点Ｖ55と電位点Ｖ15との間には、抵抗Ｒ12，Ｒ18，Ｒ24が直列に接続され、それぞれの抵抗間には電位点Ｖ25，Ｖ35，Ｖ45が設けられている。以上の通り、直列に接続された抵抗を挟んだ各電位点間は、その両端の印加電圧を同等な比率で分配する電圧分配回路（ラダー抵抗回路）を構成している（以下、図７においても同様である）。
【００３０】
また、図５の電位点Ｖ21と電位点Ｖ25との間には、ユニティゲイン・バッファＵ１、抵抗Ｒ8，Ｒ9，Ｒ10，Ｒ11、ユニティゲイン・バッファＵ２が直列に接続されて、ユニティゲイン・バッファＵ１及びＵ２は互いに出力側を対向させるように配置されている。従って、電位点Ｖ21はユニティゲイン・バッファＵ１の入力側（Ｐ：正入力端子）と接続され、電位点Ｖ25はユニティゲイン・バッファＵ２の入力側（Ｐ：正入力端子）と接続されている。このように、電位点Ｖ21と電位点Ｖ25との間は、電圧分割特性に影響を与えずにその両端の印加電圧を同等な比率で分配する電圧分配回路を構成している（以下、図５の他の電位点間、及び、図７においても同様である）。
【００３１】
同様に、図５の電位点Ｖ31と電位点Ｖ35との間には、ユニティゲイン・バッファＵ３、抵抗Ｒ14，Ｒ15，Ｒ16，Ｒ17、ユニティゲイン・バッファＵ４が直列に接続されて、ユニティゲイン・バッファＵ３及びＵ４は互いに出力側を対向させるように配置されている。従って、電位点Ｖ31はユニティゲイン・バッファＵ３の入力側（Ｐ：正入力端子）と接続され、電位点Ｖ35はユニティゲイン・バッファＵ４の入力側（Ｐ：正入力端子）と接続されている。
【００３２】
また、図５の電位点Ｖ41と電位点Ｖ45との間には、ユニティゲイン・バッファＵ５、抵抗Ｒ20，Ｒ21，Ｒ22，Ｒ23、ユニティゲイン・バッファＵ６が直列に接続されて、ユニティゲイン・バッファＵ５及びＵ６は互いに出力側を対向させるように配置されている。従って、電位点Ｖ41はユニティゲイン・バッファＵ５の入力側（Ｐ：正入力端子）と接続され、電位点Ｖ45はユニティゲイン・バッファＵ６の入力側（Ｐ：正入力端子）と接続されている。
【００３３】
なお、図５におけるユニティゲイン・バッファＵ１〜Ｕ６は、演算増幅器によるユニティゲイン・バッファ構成としたがこれに限定されるものではなく、適宜の回路構成を採用することができる。
【００３４】
また、図５においては、表記の便宜上、例えば、電位点Ｖ12における電圧値もＶ12と置くこととする（図５下段拡大図を参照）。すなわち「電位点Ｖ12」というときのＶ12は位置又は接点端子を表わし、「電圧Ｖ12」又は「制御電圧Ｖ12」というときのＶ12は電圧値を表わすものとする。図５において他の電位点及びその電圧値についても同様とする。また、抵抗Ｒ1〜Ｒ28については、本発明の性質上、特定の範囲の抵抗値を取ることを要求するものではないことは明らかであるが、消費電力、時定数による時間遅延等を考慮し、現実的な範囲として１００Ω〜１ＫΩ程度のものを使用することができる。また、各抵抗値についても原則として同一のものを使用するが、適宜個別の素子の微調整（チューニング）を行って性能の向上を図ることもできる。なお、抵抗値の誤差は一般的な安価な抵抗素子を使用した場合でも０．５％程度（略１対２００）以内に収まるものであり、７ビット分の情報を取り扱うには充分な精度である。誤差が０．３％程度のものを使用すれば８ビット分の情報を取り扱うのに充分な精度と言える。従って、本発明の実施に要するコストは極めて低く抑えることができる。
【００３５】
また、図５における抵抗網回路５００を構成する際に上述の通りユニティゲイン・バッファＵ１乃至Ｕ６を使用する理由は、抵抗網回路としての双線形性を高めて電圧分割特性に影響を与えないようにするためである。すなわち、抵抗網回路５００を抵抗のみで格子状に構成した場合には、電圧分布の線形性が悪くなり、所謂「球面収差」のような偏りのある分布が発生してしまうからである。さらに、ユニティゲイン・バッファを使用しない場合には、上記のような偏りのある分布を計算機で個別に補正する必要が生じてしまう。或は、電圧分布が正方メッシュに近づくように各抵抗の抵抗値を微妙に調整する必要が生じる。
【００３６】
そして、図５の電位点Ｖ51は、電圧自動発生手段５０５としての演算増幅器の出力側に接続されている。図５に示す通り、電圧自動発生手段５０５の入力側には、電圧Ｖ１及びＶ３が各々抵抗を介して並列に印加され（正入力端子側）、電圧Ｖ２が抵抗を介して他方に印加されている（負入力端子側）。そして、その出力は抵抗を介して入力（負入力端子側）に帰還されている。
【００３７】
以上の通りの構成及び印加電圧により、電位点Ｖ51にはＶ４＝Ｖ１＋Ｖ３−Ｖ２の制御電圧が自動生成される。さらに、抵抗網回路５００の双線形性により、電位点Ｖ12には制御電圧Ｖ12が、電位点Ｖ13には制御電圧Ｖ13が、電位点Ｖ14には制御電圧Ｖ14が、電位点Ｖ21には制御電圧Ｖ21が、電位点Ｖ22には制御電圧Ｖ22が、電位点Ｖ23には制御電圧Ｖ23が、電位点Ｖ24には制御電圧Ｖ24が、電位点Ｖ25には制御電圧Ｖ25が、電位点Ｖ31には制御電圧Ｖ31が、電位点Ｖ32には制御電圧Ｖ32が、電位点Ｖ33には制御電圧Ｖ33が、電位点Ｖ34には制御電圧Ｖ34が、電位点Ｖ35には制御電圧Ｖ35が、電位点Ｖ41には制御電圧Ｖ41が、電位点Ｖ42には制御電圧Ｖ42が、電位点Ｖ43には制御電圧Ｖ43が、電位点Ｖ44には制御電圧Ｖ44が、電位点Ｖ45には制御電圧Ｖ45が、電位点Ｖ52には制御電圧Ｖ52が、電位点Ｖ53には制御電圧Ｖ53が、電位点Ｖ54には制御電圧Ｖ54が、それぞれ双線形的に自動生成される。
【００３８】
次に、図６に本発明の実施形態の電子ビーム走査アンテナ装置における他の位相制御信号発生回路の構成概念を例示する。図６に示す位相制御信号発生回路は抵抗網回路６００として具体的に構成され、四隅の第１〜第４の電位点６０１〜６０４のうち、第１の電位点６０１には第１の印加電圧Ｖ1が印加され、第２の電位点６０２には第２の印加電圧Ｖ2が印加される。そして、第３の電位点６０３には電圧Ｖ3を自動生成するための電圧自動発生手段６０５が接続されており、第４の電位点６０４には電圧Ｖ4を自動生成するための電圧自動発生手段６０６が接続されている。そして、上記印加電圧Ｖ1及びＶ2が第１の電位点６０１及び第２の電位点６０２にそれぞれ印加されると、第３の電位点６０３に電圧Ｖ3が、第４の電位点６０４に電圧Ｖ4がそれぞれ自動生成されるように作動する。電圧自動発生手段６０５及び６０６は、それぞれ２入力の演算増幅器で構成されており、電圧自動発生手段６０５の入力には電圧Ｖ1，Ｖ0がそれぞれ印加され、電圧自動発生手段６０６の入力には電圧Ｖ2，Ｖ0がそれぞれ印加される。ここで、第３の電位点６０３に自動生成される電圧Ｖ3は、Ｖ0−Ｖ1であり、第４の電位点６０４に自動生成される電圧Ｖ4は、Ｖ0−Ｖ2となることは、すでに述べた通りである。
【００３９】
図７に、図６に示す位相制御信号発生回路の具体的回路構成を示す。図７における位相制御信号発生回路は、具体的に抵抗網回路７００で構成され、四隅の電位点Ｖ11，Ｖ15，Ｖ51，Ｖ55を有する。そして、電位点Ｖ11と電位点Ｖ15との間には、抵抗Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4，Ｒ5が直列に接続され、それぞれの抵抗間には電位点Ｖ12，Ｖ13，Ｖ14が設けられている。また、電位点Ｖ11と電位点Ｖ51との間には、抵抗Ｒ7，Ｒ13，Ｒ19が直列に接続され、それぞれの抵抗間には電位点Ｖ21，Ｖ31，Ｖ41が設けられている。同様に、電位点Ｖ51と電位点Ｖ55との間には、抵抗Ｒ25，Ｒ26，Ｒ27，Ｒ28が直列に接続され、それぞれの抵抗間には電位点Ｖ52，Ｖ53，Ｖ54が設けられている。また、電位点Ｖ55と電位点Ｖ15との間には、抵抗Ｒ12，Ｒ18，Ｒ24が直列に接続され、それぞれの抵抗間には電位点Ｖ25，Ｖ35，Ｖ45が設けられている。
【００４０】
また、図７の電位点Ｖ21と電位点Ｖ25との間には、ユニティゲイン・バッファＵ１、抵抗Ｒ8，Ｒ9，Ｒ10，Ｒ11、ユニティゲイン・バッファＵ２が直列に接続されて、ユニティゲイン・バッファＵ１及びＵ２は互いに出力側を対向させるように配置されている。従って、電位点Ｖ21はユニティゲイン・バッファＵ１の入力側（Ｐ：正入力端子）と接続され、電位点Ｖ25はユニティゲイン・バッファＵ２の入力側（Ｐ：正入力端子）と接続されている。
【００４１】
同様に、図７の電位点Ｖ31と電位点Ｖ35との間には、ユニティゲイン・バッファＵ３、抵抗Ｒ14，Ｒ15，Ｒ16，Ｒ17、ユニティゲイン・バッファＵ４が直列に接続されて、ユニティゲイン・バッファＵ３及びＵ４は互いに出力側を対向させるように配置されている。従って、電位点Ｖ31はユニティゲイン・バッファＵ３の入力側（Ｐ：正入力端子）と接続され、電位点Ｖ35はユニティゲイン・バッファＵ４の入力側（Ｐ：正入力端子）と接続されている。
【００４２】
また、図７の電位点Ｖ41と電位点Ｖ45との間には、ユニティゲイン・バッファＵ５、抵抗Ｒ20，Ｒ21，Ｒ22，Ｒ23、ユニティゲイン・バッファＵ６が直列に接続されて、ユニティゲイン・バッファＵ５及びＵ６は互いに出力側を対向させるように配置されている。従って、電位点Ｖ41はユニティゲイン・バッファＵ５の入力側（Ｐ：正入力端子）と接続され、電位点Ｖ45はユニティゲイン・バッファＵ６の入力側（Ｐ：正入力端子）と接続されている。
【００４３】
なお、図５におけるユニティゲイン・バッファＵ１〜Ｕ６は、演算増幅器によるユニティゲイン・バッファ構成としたがこれに限定されるものではなく、適宜の回路構成を採用することができる。
【００４４】
また、図７においては、表記の便宜上、例えば、電位点Ｖ12における電圧値もＶ12と置くこととする（図７下段拡大図を参照）。すなわち「電位点Ｖ12」というときのＶ12は位置又は接点端子を表わし、「電圧Ｖ12」又は「制御電圧Ｖ12」というときのＶ12は電圧値を表わすものとする。図７において他の電位点及びその電圧値についても同様とする。また、使用する抵抗Ｒ1〜Ｒ28についても図５に示した抵抗と同様であり、例えば、一般的な安価な抵抗素子を使用した場合でも、その誤差は０．５％程度（略１対２００）以内に収まるものであり、７ビット分の情報を取り扱うには充分な精度を担保できる。従って、本発明の実施に要するコストは極めて低く抑えることができる。
【００４５】
また、図７における抵抗網回路７００を構成する際に上述の通りユニティゲイン・バッファＵ１乃至Ｕ６を使用する理由は、抵抗網回路としての双線形性を高めて電圧分割特性に影響を与えないようにするためである。すなわち、抵抗網回路７００を抵抗のみで格子状に構成した場合には、電圧分布の線形性が悪くなり、所謂「球面収差」のような偏りのある分布が発生してしまうので、ユニティゲイン・バッファＵ１乃至Ｕ６を図示したように使用して、抵抗網回路としての双線形性を高めている。
【００４６】
そして、図７の電位点Ｖ11は、電圧自動発生手段７０５としての演算増幅器の出力側に接続されている。図７に示す通り、電圧自動発生手段７０５の入力側には、電圧Ｖ０が抵抗を介して印加され（正入力端子側）、該抵抗と正入力端子との間から別の抵抗を介して接地されている。また、電圧Ｖ１が抵抗を介して他方に印加されている（負入力端子側）。そして、その出力は抵抗を介して入力（負入力端子側）に帰還されている。
【００４７】
また、図７の電位点Ｖ51も、電圧自動発生手段７０６としての演算増幅器の出力側に接続されている。図７に示す通り、電圧自動発生手段７０６の入力側には、電圧Ｖ０が抵抗を介して印加され（正入力端子側）、該抵抗と正入力端子との間から別の抵抗を介して接地されている。また、電圧Ｖ１が抵抗を介して他方に印加されている（負入力端子側）。そして、その出力は抵抗を介して入力（負入力端子側）に帰還されている。
【００４８】
以上の通りの構成及び印加電圧により、電位点Ｖ11にはＶ３＝Ｖ０−Ｖ１の制御電圧が自動生成され、電位点Ｖ51にはＶ４＝Ｖ０−Ｖ２の制御電圧が自動生成される。さらに、抵抗網回路７００の双線形性により、電位点Ｖ12には制御電圧Ｖ12が、電位点Ｖ13には制御電圧Ｖ13が、電位点Ｖ14には制御電圧Ｖ14が、電位点Ｖ21には制御電圧Ｖ21が、電位点Ｖ22には制御電圧Ｖ22が、電位点Ｖ23には制御電圧Ｖ23が、電位点Ｖ24には制御電圧Ｖ24が、電位点Ｖ25には制御電圧Ｖ25が、電位点Ｖ31には制御電圧Ｖ31が、電位点Ｖ32には制御電圧Ｖ32が、電位点Ｖ33には制御電圧Ｖ33が、電位点Ｖ34には制御電圧Ｖ34が、電位点Ｖ35には制御電圧Ｖ35が、電位点Ｖ41には制御電圧Ｖ41が、電位点Ｖ42には制御電圧Ｖ42が、電位点Ｖ43には制御電圧Ｖ43が、電位点Ｖ44には制御電圧Ｖ44が、電位点Ｖ45には制御電圧Ｖ45が、電位点Ｖ52には制御電圧Ｖ52が、電位点Ｖ53には制御電圧Ｖ53が、電位点Ｖ54には制御電圧Ｖ54が、それぞれ双線形的に自動生成される。
【００４９】
（本発明の適用範囲）
一般に、電子ビーム走査アンテナは、例えば概略円形の周辺形状を有するものが多用されている。一方、本発明の実施形態においては、正方形（四角形）の周辺形状を有する場合を中心に説明したが、より複雑な周辺形状を有するフェースドアレーアンテナにも適用することができる。すなわち、当該複雑な周辺形状を有する電子ビーム走査アンテナであっても、仮想的により大きな正方形の電子ビーム走査アンテナの部分を構成しているものとして取り扱うことができる。そうすると、正方形（四角形）の四隅の位置の仮想的なアンテナ素子の移相量を制御するようにして、その内部のＶijをｉ，ｊに対して線形に変化するように抵抗網を構成することができる。したがって、本発明にかかる電子ビーム走査アンテナ制御回路及び装置は、そのアンテナ形状が、より複雑な周辺形状を有する電子ビーム走査アンテナであっても本発明の技術思想を適用して制御することができる。
【００５０】
また、船舶等で用いられる電子ビーム走査アンテナにおいては、水平線際から天頂部にいたる広範囲の立体角に渡って指向性を制御することができることが望ましい。そこで、電子ビーム走査アンテナを半球面に展開することができれば便宜である。一方、本発明にかかる電子ビーム走査アンテナ制御回路については平面上に展開された電子ビーム走査アンテナに対する制御を中心に説明したが、球面等の立体形状を有する表面上に展開された電子ビーム走査アンテナにも同様に適用できる。すなわち、立体形状であっても、必要な精度で三角形、四角形、五角形等の平面多角形を組み合わせることにより被覆することができ、そうすると、上述した四角形の場合の手法と同一の手法を用いて上記平面多角形内に展開された電子ビーム走査アンテナを制御することが可能である。したがって、立体表面に設けられた電子ビーム走査アンテナであっても、表面を適切な形状に区分することにより、本発明にかかる電子ビーム走査アンテナ制御回路及び装置によって制御することができる。
【００５１】
以上の通り、本発明によれば、計算機負荷の増大化と制御回路の複雑化と消費電力の増大化とに起因する装置重量の増大及びコスト増加の問題を解消し、電子ビーム走査アンテナの小型化に対応して制御回路の消費電力及び発熱を低減すると共に制御回路及び装置全体の重量を低減し、併せて低コストでありながら高速なビーム走査性能を発揮する電子ビーム走査アンテナ制御回路及び該制御回路を備えた電子ビーム走査アンテナ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態における電子ビーム走査アンテナ装置の構成を示す構成図である。
【図２】本発明の実施形態の電子ビーム走査アンテナ装置におけるフロントエンドプロセッサ及び位相制御信号発生回路の信号入出力等のインタフェースを説明する説明図である。
【図３】本発明の位相制御信号発生回路の基本概念を説明する説明図である。
【図４】本発明の実施形態の電子ビーム走査アンテナ装置における位相制御信号発生回路の構成概念を説明する説明図である。
【図５】図４に示す位相制御信号発生回路の具体的回路構成を説明する回路説明図である。
【図６】本発明の実施形態の電子ビーム走査アンテナ装置における他の位相制御信号発生回路の構成概念を説明する説明図である。
【図７】図６に示す位相制御信号発生回路の具体的回路構成を説明する回路説明図である。
【図８】従来の電子ビーム走査アンテナ装置の典型的構成を示す構成図である。
【図９】電子ビーム走査アンテナと主ビーム方向との一般的関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５３】
１００ 電子ビーム走査アンテナ装置
１０１ アンテナ素子
１０２ 移相器
１０３ 分配器
１０５ 制御回路
１０６ 位相制御信号発生回路（抵抗網回路、双線形抵抗ネットワーク）
１０７ 電子ビーム走査アンテナ制御回路
１０８ フロントエンドプロセッサ（ＦＥＰ）
３００ 抵抗網回路（双線形抵抗ネットワーク）
４０５、５０５、６０５、６０６、７０５、７０６ 電圧自動発生手段
８０１ アンテナ素子
８０２ 移相器
８０３ 分配器
８０４ 送信器
８０５ 制御回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子と該アンテナ素子の各々に接続された移相器とを備えた電子ビーム走査アンテナを制御するための電子ビームアンテナ制御回路であって、
前記各々の移相器うちの一部の移相量を制御電圧として演算制御する移相量演算制御回路と、
複数の抵抗を有する双線形性の抵抗網回路と
を備え、
前記各々の移相器は、フロントエンドプロセッサを介して前記抵抗網回路のうちの対応点にそれぞれ接続され、
前記抵抗網回路は、前記各々の移相器のうちの一部に対する前記対応点に印加された移相量としての制御電圧によって、他の移相器に対応する前記対応点に各々の移相器に対する移相量としての制御電圧を生成し、
前記フロントエンドプロセッサは、前記抵抗網回路の各々に接続された対応点から前記生成された各々の制御電圧を抽出し、前記各々の移相器に対する制御値として設定する
ことを特徴とする電子ビームアンテナ制御回路。
【請求項２】
前記複数のアンテナ素子と前記抵抗網回路とは、それぞれ矩形状に構成され、
前記移相量演算制御回路は、前記矩形状に構成された複数のアンテナ素子のうちの四隅の移相量を制御電圧として演算制御し、該制御電圧を前記抵抗網回路上の対応する四隅に対する制御電圧として印加するよう制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の電子ビームアンテナ制御回路。
【請求項３】
前記複数のアンテナ素子と前記抵抗網回路とは、それぞれ矩形状に構成され、
前記移相量演算制御回路は、前記矩形状に構成された複数のアンテナ素子のうちの三隅の移相量を制御電圧として演算制御し、該制御電圧を前記抵抗網回路上の対応する三隅に対する制御電圧として印加するよう制御し、
前記抵抗網回路は、該抵抗回路網のうちの前記対応する三隅に印加された制御電圧から残りの１つの隅の制御電圧を自動生成するよう構成すると共に、他の移相器に対応する前記対応点に各々の移相器に対する移相量としての制御電圧を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の電子ビームアンテナ制御回路。
【請求項４】
前記複数のアンテナ素子と前記抵抗網回路とは、それぞれ矩形状に構成され、
前記移相量演算制御回路は、前記矩形状に構成された複数のアンテナ素子のうちの二隅の移相量を制御電圧として演算制御し、該制御電圧を前記抵抗網回路上の対応する二隅に対する制御電圧として印加するよう制御し、
前記抵抗網回路は、該抵抗回路網のうちの前記対応する二隅に印加された制御電圧から残りの２つの隅の制御電圧を自動生成するよう構成すると共に、他の移相器に対応する前記対応点に各々の移相器に対する移相量としての制御電圧を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の電子ビームアンテナ制御回路。
【請求項５】
前記複数のアンテナ素子は、概略円形の周辺形状のアンテナアレーを構成し、
前記抵抗網回路は、複数の多角形の組み合わせで前記アンテナアレーの周辺形状に対応するよう構成され、前記複数の多角形の各々の頂点を前記複数のアンテナ素子に対応する制御電圧印加点として対応付けたことを特徴等する請求項１に記載の電子ビームアンテナ制御回路。
【請求項６】
前記抵抗網回路における残りの１つの隅は、前記三隅に印加された制御電圧を入力端子に印加された演算増幅器で構成されたことを特徴とする、請求項３に記載の電子ビームアンテナ制御回路。
【請求項７】
前記抵抗回路網は、演算増幅器で構成された少なくとも１組のユニティゲイン・バッファを有する電圧分配回路を備えることを特徴とする、請求項３又は６の何れか１項に記載の電子ビームアンテナ制御回路。
【請求項８】
前記抵抗網回路における残りの２つの隅は、第１の演算増幅器と第２の演算増幅器とで構成され、
第１の演算増幅器の入力端子には前記抵抗網回路上の二隅のうちの１つの印加電圧が少なくとも印加され、
第２の演算増幅器の入力端子には前記抵抗網回路上の二隅のうちの他方の印加電圧が少なくとも印加された
ことを特徴とする請求項４に記載の電子ビームアンテナ制御回路。
【請求項９】
前記抵抗回路網は、演算増幅器で構成された少なくとも１組のユニティゲイン・バッファを有する電圧分配回路を備えることを特徴とする、請求項４又は８の何れか１項に記載の電子ビームアンテナ制御回路。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか１項に記載の電子ビームアンテナ制御回路を備えた電子ビーム走査アンテナ装置。
【請求項１】
複数のアンテナ素子と該アンテナ素子の各々に接続された移相器とを備えた電子ビーム走査アンテナを制御するための電子ビームアンテナ制御回路であって、
前記各々の移相器うちの一部の移相量を制御電圧として演算制御する移相量演算制御回路と、
複数の抵抗を有する双線形性の抵抗網回路と
を備え、
前記各々の移相器は、フロントエンドプロセッサを介して前記抵抗網回路のうちの対応点にそれぞれ接続され、
前記抵抗網回路は、前記各々の移相器のうちの一部に対する前記対応点に印加された移相量としての制御電圧によって、他の移相器に対応する前記対応点に各々の移相器に対する移相量としての制御電圧を生成し、
前記フロントエンドプロセッサは、前記抵抗網回路の各々に接続された対応点から前記生成された各々の制御電圧を抽出し、前記各々の移相器に対する制御値として設定する
ことを特徴とする電子ビームアンテナ制御回路。
【請求項２】
前記複数のアンテナ素子と前記抵抗網回路とは、それぞれ矩形状に構成され、
前記移相量演算制御回路は、前記矩形状に構成された複数のアンテナ素子のうちの四隅の移相量を制御電圧として演算制御し、該制御電圧を前記抵抗網回路上の対応する四隅に対する制御電圧として印加するよう制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の電子ビームアンテナ制御回路。
【請求項３】
前記複数のアンテナ素子と前記抵抗網回路とは、それぞれ矩形状に構成され、
前記移相量演算制御回路は、前記矩形状に構成された複数のアンテナ素子のうちの三隅の移相量を制御電圧として演算制御し、該制御電圧を前記抵抗網回路上の対応する三隅に対する制御電圧として印加するよう制御し、
前記抵抗網回路は、該抵抗回路網のうちの前記対応する三隅に印加された制御電圧から残りの１つの隅の制御電圧を自動生成するよう構成すると共に、他の移相器に対応する前記対応点に各々の移相器に対する移相量としての制御電圧を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の電子ビームアンテナ制御回路。
【請求項４】
前記複数のアンテナ素子と前記抵抗網回路とは、それぞれ矩形状に構成され、
前記移相量演算制御回路は、前記矩形状に構成された複数のアンテナ素子のうちの二隅の移相量を制御電圧として演算制御し、該制御電圧を前記抵抗網回路上の対応する二隅に対する制御電圧として印加するよう制御し、
前記抵抗網回路は、該抵抗回路網のうちの前記対応する二隅に印加された制御電圧から残りの２つの隅の制御電圧を自動生成するよう構成すると共に、他の移相器に対応する前記対応点に各々の移相器に対する移相量としての制御電圧を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の電子ビームアンテナ制御回路。
【請求項５】
前記複数のアンテナ素子は、概略円形の周辺形状のアンテナアレーを構成し、
前記抵抗網回路は、複数の多角形の組み合わせで前記アンテナアレーの周辺形状に対応するよう構成され、前記複数の多角形の各々の頂点を前記複数のアンテナ素子に対応する制御電圧印加点として対応付けたことを特徴等する請求項１に記載の電子ビームアンテナ制御回路。
【請求項６】
前記抵抗網回路における残りの１つの隅は、前記三隅に印加された制御電圧を入力端子に印加された演算増幅器で構成されたことを特徴とする、請求項３に記載の電子ビームアンテナ制御回路。
【請求項７】
前記抵抗回路網は、演算増幅器で構成された少なくとも１組のユニティゲイン・バッファを有する電圧分配回路を備えることを特徴とする、請求項３又は６の何れか１項に記載の電子ビームアンテナ制御回路。
【請求項８】
前記抵抗網回路における残りの２つの隅は、第１の演算増幅器と第２の演算増幅器とで構成され、
第１の演算増幅器の入力端子には前記抵抗網回路上の二隅のうちの１つの印加電圧が少なくとも印加され、
第２の演算増幅器の入力端子には前記抵抗網回路上の二隅のうちの他方の印加電圧が少なくとも印加された
ことを特徴とする請求項４に記載の電子ビームアンテナ制御回路。
【請求項９】
前記抵抗回路網は、演算増幅器で構成された少なくとも１組のユニティゲイン・バッファを有する電圧分配回路を備えることを特徴とする、請求項４又は８の何れか１項に記載の電子ビームアンテナ制御回路。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか１項に記載の電子ビームアンテナ制御回路を備えた電子ビーム走査アンテナ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−２８８７９６（Ｐ２００８−２８８７９６Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１３０７０３（Ｐ２００７−１３０７０３）
【出願日】平成１９年５月１６日（２００７．５．１６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１８年度、総務省、「電波資源拡大のための研究開発」委託研究のうちの「高マイクロ波帯用アンテナ技術の高度化技術の研究開発」、産業再生法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０３３６１４００）独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 (453)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月１６日（２００７．５．１６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１８年度、総務省、「電波資源拡大のための研究開発」委託研究のうちの「高マイクロ波帯用アンテナ技術の高度化技術の研究開発」、産業再生法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０３３６１４００）独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 (453)
【Ｆターム（参考）】
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