JP4486539B2 - Phased array antenna and phase control method thereof - Google Patents
Phased array antenna and phase control method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP4486539B2 JP4486539B2 JP2005102757A JP2005102757A JP4486539B2 JP 4486539 B2 JP4486539 B2 JP 4486539B2 JP 2005102757 A JP2005102757 A JP 2005102757A JP 2005102757 A JP2005102757 A JP 2005102757A JP 4486539 B2 JP4486539 B2 JP 4486539B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- antenna
- panel
- distance
- reference plane
- phased array
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 34
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims description 34
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 5
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 claims description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 20
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
- Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
- Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
- Radio Transmission System (AREA)
Description
本発明は、例えば、SSPS(Space Solar Power System)に適用されるフェーズドアレイアンテナに関し、特に、受電設備への電力送電ビーム方向を高精度で制御することのできるフェーズドアレイアンテナ及びその位相制御方法に関するものである。 The present invention relates to a phased array antenna applied to, for example, SSPS (Space Solar Power System), and more particularly to a phased array antenna capable of controlling the direction of a power transmission beam to a power receiving facility with high accuracy and a phase control method thereof. Is.
近年、化石燃料の利用による二酸化炭素排出量の増加に伴い、地球温暖化などの環境問題や化石燃料枯渇などのエネルギー問題がクローズアップされている。このためクリーンエネルギーの需要は年々高まっており、それらの問題に対する解決方法の一つとしてSSPS計画が挙げられている。
SSPS計画とは、図6に示すように、巨大な太陽電池パネルを搭載した人口衛星を赤道上空に打ち上げ、太陽光によって発電した電力を太陽電池パネルの中の発信モジュールによりマイクロ波に変換する。そして、マイクロ波100をマイクロ波送電部101から地上に設けた受電設備102へ送電し、地上において再び電力に変換して利用するという計画である。
これにより太陽発電の欠点である天候や時間帯に左右されること無く、クリーンなエネルギーを安定して供給することができる。この計画の実現のためには、大電力送電、マイクロ波ビーム制御、運用コストの低減などが技術課題として挙げられ、それらを満足させる方法の一つとして、上記マイクロ波送電部101に積層アクティブ集積アンテナ(Active Integrated Antenna :AIA)を用いる方法が挙げられている。また、送電の更なる高効率化を図るために、上記積層アクティブ集積アンテナにレトロディレクティブ機能を搭載することなどが検討されている。
In recent years, environmental problems such as global warming and energy problems such as depletion of fossil fuels have been highlighted as the amount of carbon dioxide emissions increased due to the use of fossil fuels. For this reason, the demand for clean energy is increasing year by year, and the SSPS plan is cited as one of the solutions to these problems.
In the SSPS plan, as shown in FIG. 6, an artificial satellite equipped with a huge solar cell panel is launched above the equator, and electric power generated by sunlight is converted into microwaves by a transmission module in the solar cell panel. Then, the
As a result, clean energy can be stably supplied without being influenced by the weather and time zone, which are disadvantages of solar power generation. In order to realize this plan, high power transmission, microwave beam control, reduction of operation cost, and the like are listed as technical issues. As one of the methods for satisfying them, stacked active integration in the microwave transmission unit 101 is performed. A method using an antenna (Active Integrated Antenna: AIA) is mentioned. In order to further increase the efficiency of power transmission, it is considered to install a retrodirective function on the above-mentioned laminated active integrated antenna.
上記レトロディレクティブ機能とは、地上に設けられた受電設備102から送られてくるパイロット信号(誘導信号)をマイクロ波送電部101が備える送電アンテナにより受信し、受信したパイロット信号の位相情報を送電アンテナから放射させる送信波に反映させることによって、この送信波をパイロット信号の到来方向に指向させる機能である。
The retrodirective function refers to receiving a pilot signal (induction signal) transmitted from the
このレトロディレクティブ機能は、従来、よく使用されている方式であり、例えば、特開平8−37743号公報(特許文献1)にその一例が開示されている。また、特開2004−32879号公報(特許文献2)に開示されている技術では、レトロディレクティブ機能において、パイロット信号の到来方向角度の検出精度を向上させ、送信波の位相制御の精度向上を図っている。
ところで、上述したようなSSPSにおける送電アンテナでは、二次元配列された約1m四方のアンテナパネル200をそれぞれ結合点にて結合することにより、大面積のアンテナパネルを構築している。このため、図7に示すように、各アンテナパネル200が接合点Pを中心に折れ曲がったりするおそれがある。また、各パネル200は剛体ではないため、各パネル200が連続的に振動する可能性もある。
このような場合であっても、上述のレトロディレクティブ機能を用いることにより、図8に示すように、アンテナパネル200毎に、送信波の送信方向を揃えることは可能である。
By the way, in the power transmission antenna in SSPS as described above, a large-area antenna panel is constructed by coupling two-dimensionally arranged approximately 1 m
Even in such a case, by using the above-described retrodirective function, it is possible to align the transmission direction of the transmission wave for each
しかしながら、各アンテナパネル200から放射されるマイクロ波の位相面をパネル全体として揃えることはできないため、高い送電効率が得られないなどの問題があった。また、各アンテナパネル200間でマイクロ波の位相面が異なるため、電力レベルの高い不要波が目標地点以外の方向に放射される可能性があり、この結果、他のシステムに悪影響を及ぼす可能性があるという問題もあった。
However, since the phase planes of the microwaves radiated from the
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、各アンテナ素子から出力される信号の移相量を調整することにより、各パネルから放射される信号の位相面をアンテナパネル全体として揃えることにより、高効率な電力伝送を行うことのできるフェーズドアレイアンテナ及びその位相制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and by adjusting the phase shift amount of the signal output from each antenna element, the phase plane of the signal radiated from each panel is made uniform for the entire antenna panel. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a phased array antenna capable of performing highly efficient power transmission and a phase control method thereof.
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、複数のアンテナ素子が配列配置された複数のアンテナパネルを直線状又は二次元状に接続した構成を有し、各前記アンテナ素子に入出力する信号の位相を制御することにより、受信設備から送信されたパイロット信号の到来方向に対し信号を放射するフェーズドアレイアンテナであって、前記パイロット信号の到来方向に直交し、全ての前記アンテナパネルに共通のアンテナ基準面を設定するアンテナ基準面設定手段と、前記アンテナパネル毎に、前記パイロット信号の到来方向に直交するパネル基準面を設定するパネル基準面設定手段と、各前記アンテナパネルに配列配置されている前記アンテナ素子毎に、各前記アンテナ素子に設定された任意の基準位置を通り、かつ、該アンテナ基準面に平行なアンテナ素子面を設定するアンテナ素子面設定手段と、前記アンテナパネル単位で、前記パネル基準面と各前記アンテナ素子面との間の距離をそれぞれ算出する第1の距離算出手段と、隣接する前記アンテナパネルの前記パネル基準面間の距離を算出し、算出した前記パネル基準面間の距離を積算することにより、前記アンテナ基準面と各前記パネル基準面との間の距離をそれぞれ算出する第2の距離算出手段と、前記第1の距離算出手段による算出結果と、前記第2の距離算出手段による算出結果とを用いることにより、前記アンテナ基準面と各前記アンテナ素子面との間の距離をそれぞれ算出する第3の距離算出手段と、算出された前記アンテナ基準面と各前記アンテナ素子面との間の距離に応じて、各前記アンテナ素子から放射させる信号の移相量をそれぞれ決定する移相量決定手段とを具備するフェーズドアレイアンテナを提供する。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
The present invention has a configuration in which a plurality of antenna panels each having a plurality of antenna elements arranged and arranged are connected linearly or two-dimensionally , and receiving signals by controlling the phase of signals input to and output from each of the antenna elements. A phased array antenna that radiates a signal with respect to the arrival direction of a pilot signal transmitted from a facility, wherein the antenna reference surface is orthogonal to the arrival direction of the pilot signal and sets a common antenna reference surface for all the antenna panels Setting means, panel reference plane setting means for setting a panel reference plane orthogonal to the direction of arrival of the pilot signal for each antenna panel, and for each antenna element arranged in each antenna panel, An antenna that passes through any reference position set for the antenna element and is parallel to the antenna reference plane. Tener element surface setting means, first distance calculating means for calculating a distance between the panel reference surface and each antenna element surface in units of the antenna panel, and the panel reference surface of the adjacent antenna panel A second distance calculating means for calculating the distance between the antenna reference plane and each panel reference plane by calculating the distance between the panel reference planes and integrating the calculated distances between the panel reference planes; A third distance for calculating a distance between the antenna reference plane and each antenna element plane by using the calculation result by the first distance calculation means and the calculation result by the second distance calculation means. a calculation unit, depending on the distance between the calculated the antenna reference plane and each of said antenna element plane, respectively determined phase shift amount of the signal to be radiated from each of said antenna elements We are providing a phased array antenna comprising a that phase shift amount determining means.
上記構成によれば、パイロット信号の到来方向に直交するアンテナ基準線とアンテナ素子との間の距離がそれぞれ算出される。
具体的には、第1の算出手段により、アンテナパネル毎に、そのアンテナパネルに設定されているパネル基準線と、そのアンテナパネルに配置されている各アンテナ素子との間の距離が算出される。また、第2の算出手段により、隣接するアンテナパネルのパネル基準線間の距離がそれぞれ算出される。そして、第2の算出手段により得られたアンテナ基準線とパネル基準線との間の距離に、更に、第1の距離算出手段により算出されたパネル基準線とアンテナ素子との間の距離を加算することにより、アンテナ基準線と各アンテナ素子との間の距離が算出される。
そして、移相量決定手段によって、移相量が、各アンテナ素子について算出された距離に応じてそれぞれ決定される。これら移相量を用いることにより、各アンテナパネルに配列配置された各アンテナ素子から放射される信号の位相面をアンテナパネル全体として揃えることが可能となる。
According to the above arrangement, the distance between the antenna reference line and the antenna elements perpendicular to the arrival direction of the pilot signal is calculated.
Specifically, for each antenna panel, the distance between the panel reference line set in the antenna panel and each antenna element arranged in the antenna panel is calculated by the first calculation means. . In addition, the distance between the panel reference lines of adjacent antenna panels is calculated by the second calculation means. Further, the distance between the panel reference line and the antenna element calculated by the first distance calculating means is added to the distance between the antenna reference line and the panel reference line obtained by the second calculating means. Thus, the distance between the antenna reference line and each antenna element is calculated.
Then , the phase shift amount determining means determines the phase shift amount according to the distance calculated for each antenna element . The use of these phase shift, it is possible to align the phase front of the signal radiated from the antenna elements arranged disposed on each antenna panel antenna as a whole panel.
上記のフェーズドアレイアンテナにおいて、前記パネル基準面は、前記アンテナパネルの端部を通るように設定されていると良い。 In phased array antenna above SL, the panel reference plane, may be set so as to pass through the end portion of the antenna panel.
上記構成によれば、パネル基準面をアンテナパネルの端部を通るように設定するので、隣接するアンテナパネルに設定されたパネル基準面間の距離を容易に算出することが可能となる。 According to the above configuration, since the panel reference plane is set so as to pass through the end of the antenna panel, the distance between the panel reference planes set on adjacent antenna panels can be easily calculated.
上記フェーズドアレイアンテナにおいて、複数の前記アンテナパネルは二次元配置されており、各前記アンテナ素子から放射させる信号の移相量の算出は、行毎、列毎にそれぞれ個別に実行され、各前記アンテナ素子に対して2つずつ算出された前記移相量の差分が予め設定されている許容誤差量を超えていた場合に異常を検知することとしてもよい。
本発明は、上記いずれかに記載のフェーズドアレイアンテナを具備する宇宙太陽発電システムを提供する。
本発明は、複数のアンテナ素子が配列配置された複数のアンテナパネルを直線状又は二次元状に接続した構成を有するフェーズドアレイアンテナに用いられ、各前記アンテナ素子に入出力する信号の位相を制御することにより、受信設備から送信されたパイロット信号の到来方向に対し信号を放射するフェーズドアレイアンテナの位相制御方法であって、前記パイロット信号の到来方向に直交し、全ての前記アンテナパネルに共通のアンテナ基準面を設定するアンテナ基準面設定過程と、前記アンテナパネル毎に、前記パイロット信号の到来方向に直交するパネル基準面を設定するパネル基準面設定過程と、各前記アンテナパネルに配列配置されている前記アンテナ素子毎に、各前記アンテナ素子に設定された任意の基準位置を通り、かつ、該アンテナ基準面に平行なアンテナ素子面を設定するアンテナ素子面設定過程と、前記アンテナパネル単位で、前記パネル基準面と各前記アンテナ素子面との間の距離をそれぞれ算出する第1の距離算出過程と、隣接する前記アンテナパネルの前記パネル基準面間の距離を算出し、算出した前記パネル基準面間の距離を積算することにより、前記アンテナ基準面と各前記パネル基準面との間の距離をそれぞれ算出する第2の距離算出過程と、前記第1の距離算出手段による算出結果と、前記第2の距離算出手段による算出結果とを用いることにより、前記アンテナ基準面と各前記アンテナ素子面との間の距離をそれぞれ算出する第3の距離算出過程と、算出された前記アンテナ基準面と各前記アンテナ素子面との間の距離に応じて、各前記アンテナ素子から放射させる信号の移相量をそれぞれ決定する移相量決定過程とを具備するフェーズドアレイアンテナの位相制御方法を提供する。
In the phased array antenna, the plurality of antenna panels are two-dimensionally arranged, and the calculation of the amount of phase shift of the signal radiated from each antenna element is performed individually for each row and each column, An abnormality may be detected when the difference between the phase shift amounts calculated for each element exceeds a preset allowable error amount.
The present invention provides a space solar power generation system including the phased array antenna described above.
The present invention is used for a phased array antenna having a configuration in which a plurality of antenna panels in which a plurality of antenna elements are arranged and arranged are connected linearly or two-dimensionally , and controls the phase of signals input to and output from each antenna element. A phased array antenna phase control method for radiating a signal with respect to an arrival direction of a pilot signal transmitted from a reception facility, wherein the phase control method is orthogonal to the arrival direction of the pilot signal and is common to all the antenna panels. An antenna reference plane setting process for setting an antenna reference plane, a panel reference plane setting process for setting a panel reference plane orthogonal to the arrival direction of the pilot signal for each antenna panel, and an array arrangement for each antenna panel For each of the antenna elements, it passes through any reference position set for each of the antenna elements, and An antenna element plane setting process for setting an antenna element plane parallel to the antenna reference plane, and a first distance calculation process for calculating a distance between the panel reference plane and each antenna element plane for each antenna panel And calculating the distance between the panel reference planes of the adjacent antenna panels, and integrating the calculated distance between the panel reference planes, thereby calculating the distance between the antenna reference plane and each panel reference plane. By using the second distance calculation process to be calculated, the calculation result by the first distance calculation means, and the calculation result by the second distance calculation means, the antenna reference plane, each antenna element plane, depending the distance between the distance between the third distance calculating step of calculating respectively, and the calculated the antenna reference plane and each of the antenna element plane, each said a To provide a phase control method for a phased array antenna comprising a phase shift amount determining process of determining the amount of phase shift of the signal to be emitted from each antenna element.
本発明のフェーズドアレイアンテナ及びその位相制御方法によれば、各アンテナ素子から出力される信号の移相量を調整し、各アンテナパネルから放射される信号の位相面をアンテナパネル全体として揃えるので、高効率な電力伝送を行うことができるという効果を奏する。 According to the phased array antenna of the present invention and the phase control method thereof, the phase shift amount of the signal output from each antenna element is adjusted, and the phase plane of the signal radiated from each antenna panel is aligned as the entire antenna panel. There is an effect that highly efficient power transmission can be performed.
以下に、本発明に係るフェーズドアレイアンテナをSSPSに適用した場合の一実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るフェーズドアレイアンテナの概略構成を示した図である。
図1に示すように、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナは、O−XYZの直交座標系において、X−Y平面上にN行N列で二次元配列された複数のアンテナパネルCを備えている。隣接するアンテナパネルCは、各結合点(図示略)において、結合されている。各アンテナパネルCは、例えば、一辺がA(例えば、1m程度)の正方形であり、このようなアンテナパネルCが互いに結合されていることにより、パネル全体として1km四方の大型フェーズドアレイアンテナが構築されている。
Hereinafter, an embodiment in which a phased array antenna according to the present invention is applied to SSPS will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a phased array antenna according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the phased array antenna according to this embodiment includes a plurality of antenna panels C that are two-dimensionally arranged in N rows and N columns on an XY plane in an O-XYZ orthogonal coordinate system. Yes. Adjacent antenna panels C are coupled at each coupling point (not shown). Each antenna panel C is, for example, a square whose side is A (for example, about 1 m), and such antenna panels C are coupled to each other, so that a large phased array antenna of 1 km square is constructed as a whole panel. ing.
各アンテナパネルCには、複数のアンテナ素子20がX軸方向及びY軸方向に所定の距離間隔で、二次元配列されている。例えば、各アンテナパネルCには、X軸方向及びY軸方向に、互いの距離間隔がいずれもaとなるように、アンテナ素子20が2次元配列されている。なお、アンテナパネルCの端面とその端面に最も近いアンテナ素子20との距離は、いずれもa/2とされている。
In each antenna panel C, a plurality of
次に、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナの電気的構成について、図2を参照して説明する。
図2は、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナの電気的構成を示すブロック図である。この図において、図1と同一の構成要素には、同一の符号を付している。
Next, the electrical configuration of the phased array antenna according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the phased array antenna according to the present embodiment. In this figure, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
図2において、受信回路30は、受信用アンテナ素子120により受信されたパイロット信号を所定のレベルになるように増幅又は減衰して、角度検出回路40へ出力する。角度検出回路40は、RF干渉計を備えており、各アンテナパネルCが備える複数の受信用アンテナ素子120により受信されたパイロット信号の位相差を測ることにより、パイロット信号を送信してきた受電設備102(例えば、図6参照)の方向を求め、その方向を示す角度信号を演算処理部50へ出力する。
演算処理部50は、マイクロコンピュータを備えており、入力された角度信号に基づいて、後述の位相制御処理を実行することにより、各アンテナ素子20から出力されるマイクロ波の移相量をそれぞれ演算し、各可変移相器60へ出力する。
In FIG. 2, the
The
一方、マイクロ波発生部60は、基準マイクロ波信号を生成して分波回路70へ出力する。分波回路70は、入力された基準マイクロ波信号を分波して、各アンテナ素子20にそれぞれ対応して設けられている可変移相器80に出力する。
各可変移相器80は、演算処理回路50からそれぞれ入力された初期位相信号に基づいて、分波回路70から入力された基準位相のマイクロ波に移相量を生じさせ、電力増幅器90へ出力する。
電力増幅器90は、アンテナ素子20にそれぞれ対応して設けられ、外部電源(宇宙太陽発電部)より供給された電力を可変移相器80から出力される信号の位相及び周波数のマイクロ波へ増幅し、アンテナ素子20へ出力する。
アンテナ素子20は、それぞれ電力増幅された各位相差を有するマイクロ波を受電設備102(図6参照)に向けて放射する。
On the other hand, the
Each
The
The
次に、上述した演算処理部50により行われる位相制御処理について説明する。本実施形態係る位相制御処理は、O−XYZ座標系に配置されたフェーズドアレイアンテナにおいて、列毎に行われるものとする。ここでは、説明の便宜上、図1に示したO−XYZ座標系に配置されたフェーズドアレイアンテナにおいて、Y=a/2の列に配置されたアンテナ素子20を一例として取り上げ、これらのアンテナ素子20から出力されるマイクロ波に対する位相制御処理について説明する。
Next, the phase control process performed by the
図3は、図1に示したフェーズドアレイアンテナにおいて、Y=a/2におけるZ−X断面図の一部を抜き出して示した図である。なお、以下の説明においては、図1において、最も左端に位置しているアンテナパネルをアンテナパネルC1とし、最も右端に位置しているアンテナパネルをアンテナパネルCnと定義する。また、図3には、これらのアンテナパネルC1乃至Cnのうち、M−1行、M行、M+1行に配置されているアンテナパネルCm−1、Cm、Cm+1が一例として抜き出されて示されている。 FIG. 3 is a diagram showing a part of the ZX cross-sectional view extracted from Y = a / 2 in the phased array antenna shown in FIG. In the following description, in FIG. 1, the leftmost antenna panel is defined as an antenna panel C1, and the rightmost antenna panel is defined as an antenna panel Cn. In FIG. 3, antenna panels Cm−1, Cm, and Cm + 1 arranged in the M−1 row, the M row, and the M + 1 row among these antenna panels C1 to Cn are extracted and shown as an example. ing.
まず、本実施形態に係る演算処理部50による位相制御処理においては、図3に示すようなX−Z平面において、アンテナパネル毎にパネル基準線L1乃至Ln(図示略、以下同様)が設定され、更に、全アンテナパネルC1乃至Cn(図示略、以下同様)において基準とされるアンテナ基準線Sが設定されている。
本実施形態において、上記パネル基準線L1乃至Lnは、各アンテナパネルC1乃至Cn上に設定された所定のパネル基準点P1乃至Pn(図示略、以下同様)をそれぞれ通り、且つ、上記パイロット信号の到来方向に直交するように設定される。ここでは、一例として、パネル基準点P1乃至Pnを各アンテナパネルC1乃至Cnの左端部(例えば、左端部におけるパネルの結合点)に設定している。更に、上記アンテナ基準線Sとして、アンテナパネルC1のパネル基準線L1を用いる。
First, in the phase control processing by the
In the present embodiment, the panel reference lines L1 to Ln pass through predetermined panel reference points P1 to Pn (not shown, the same applies hereinafter) set on the antenna panels C1 to Cn, respectively, and the pilot signals It is set to be orthogonal to the direction of arrival. Here, as an example, the panel reference points P1 to Pn are set at the left end portions of the antenna panels C1 to Cn (for example, the connection points of the panels at the left end portions). Furthermore, the panel reference line L1 of the antenna panel C1 is used as the antenna reference line S.
そして、本実施形態に係る演算処理部50により実行される位相制御処理においては、上述したアンテナ基準線Sと各アンテナパネルC1乃至Cnに配置されたそれぞれのアンテナ素子20との距離をそれぞれ求め(距離算出処理)、その距離に応じた移相量をアンテナ素子20毎に決定し(移相量決定処理)、決定した移相量を各アンテナ素子20に対して与えることにより、図5に示すように、全アンテナパネルC1乃至Cnに配置された全アンテナ素子20から出力されるマイクロ波の位相面をそろえることとしている。
In the phase control process executed by the
まず、図3に示したアンテナパネルCmに配置されているアンテナ素子のうち、このアンテナパネルCmのパネル基準点Pmから数えてn番目に配置されているアンテナ素子20m,nと上記アンテナ基準線Sとの間の距離DM,nは、以下の(1)式にて求めることができる。 First, among the antenna elements arranged in the antenna panel Cm shown in FIG. 3, the antenna elements 20m, n arranged nth from the panel reference point Pm of the antenna panel Cm and the antenna reference line S The distance D M, n between can be calculated by the following equation (1).
上記(1)式において、DMは、図3に示すように、アンテナ基準線Sとパネル基準線Lmとの間の距離であり、dm,nは、パネル基準線Lmとアンテナ素子20m,nとの間の距離である。
ここで、上記距離dm,nは、アンテナパネルCmのパネル基準点Pmからアンテナ素子20m,nまで、パネル面に沿って計られた距離K及びアンテナパネルCmのパネル面の法線方向とパイロット信号とがなす到来方向角度θmとを用いて、以下の(2)式にて、求めることができる(第1の距離算出処理;図4のステップSA1)。
In the above (1), D M, as shown in FIG. 3, the distance between the antenna reference line S and the panel reference line Lm, d m, n, the panel reference line Lm and the antenna element 20 m, It is the distance between n.
Here, the distance dm , n is the distance K measured along the panel surface from the panel reference point Pm of the antenna panel Cm to the antenna element 20m, n, the normal direction of the panel surface of the antenna panel Cm, and the pilot. Using the arrival direction angle θm formed by the signal, it can be obtained by the following equation (2) (first distance calculation processing; step SA1 in FIG. 4).
次に、上記(1)式における距離DMは、隣接するアンテナパネル間のパネル基準線間の距離(以下「パネル間距離」という)D1乃至Dn−1をそれぞれ求め、続いて、アンテナパネルCmとアンテナ基準線Sとの間に介在するアンテナパネルC1乃至Cm−1に係るパネル間距離D1乃至Dm−1を積算することにより求めることができる(第2の距離算出処理;図4のステップSA2)。 Next, the distance D M in the above equation (1) is calculated as the distance between panel reference lines (hereinafter referred to as “inter-panel distance”) D1 to Dn−1 between adjacent antenna panels, and then the antenna panel Cm. 4 can be obtained by integrating the inter-panel distances D1 to Dm-1 related to the antenna panels C1 to Cm-1 interposed between the antenna reference line S and the antenna reference line S (second distance calculation process; step SA2 in FIG. 4). ).
まず、図3に示す隣接するアンテナパネルCmとCm+1のパネル間距離Dmは、パネルアンテナCmの長さAと上記到来方向角度θmとを用いて、以下の(3)で与えられる。 First, the inter-panel distance Dm between adjacent antenna panels Cm and Cm + 1 shown in FIG. 3 is given by the following (3) using the length A of the panel antenna Cm and the arrival direction angle θm.
そして、同様の手法により、アンテナパネルC1とCmとの間に介在するアンテナパネルC1乃至Cm−1におけるパネル間距離D1乃至Dm−1を求め、これらのパネル間距離D1乃至Dm−1を積算することにより、アンテナ基準線Sとパネル基準線Lmとの間の距離DMを求めることができる。これを式で表すと以下の(4)式のようになる。 Then, the inter-panel distances D1 to Dm-1 in the antenna panels C1 to Cm-1 interposed between the antenna panels C1 and Cm are obtained by the same method, and these inter-panel distances D1 to Dm-1 are integrated. it makes it possible to calculate the distance D M between the antenna reference line S and the panel reference line Lm. This is expressed by the following equation (4).
そして、上記(4)式に上記(3)式を代入することにより、上記(4)式は、以下の(5)式で表される。 Then, by substituting the above expression (3) into the above expression (4), the above expression (4) is expressed by the following expression (5).
そして、上記(1)、(2)、及び(5)式を用いることにより、アンテナ基準線Sとアンテナ素子20m,nとの間の距離DM,nは、以下の(6)式のように表される。
By using the above equations (1), (2), and (5), the distance D M, n between the antenna reference line S and the
このようにして、演算処理部50は、各アンテナパネルC1乃至Cnに配置されている各アンテナ素子20のそれぞれについて、アンテナ基準線Sと各アンテナ素子との間の距離をそれぞれ算出する(第3の距離算出処理:図4のステップSA3)。
In this way, the
そして、各アンテナ素子について、上記アンテナ基準線Sとの間の距離をそれぞれ求めると、演算処理部50は、この求めた距離に応じた移相量を算出する(図4のステップSA4)。この移相量は、距離に2π/λを乗算すればよく、以下の(7)式にて与えられる。
When the distance between each antenna element and the antenna reference line S is obtained, the
このようにして、1列におけるアンテナ素子についてそれぞれ移相量を決定すると、その他の列におけるアンテナ素子についても、同様の位相制御処理を実行することにより、図1に示したフェーズドアレイアンテンナ上の全てのアンテナ素子について、それぞれ対応する移相量を決定する。
そして、全てのアンテナ素子について移相量をそれぞれ決定すると、演算処理部50は、決定した各移相量を図2に示した可変移相器80へ出力する(図4のステップSA5)。これにより、図5に示すように、全アンテナパネルに配置されているアンテナ素子から出力されるマイクロ波の位相面を全アンテナパネル間で揃えることが可能となり、送電効率を向上させることができる。
When the amount of phase shift is determined for each of the antenna elements in one row in this way, the same phase control processing is executed for the antenna elements in the other rows, thereby performing the above operation on the phased array antenna shown in FIG. Corresponding phase shift amounts are determined for all antenna elements.
When the phase shift amounts are determined for all the antenna elements, the
なお、上述した実施形態においては、図1のように、O−XYZ座標系に配置したフェーズドアレイアンテナについて、列毎に位相制御処理を実行したが、この例に限られず、例えば、行毎に位相制御処理を実行するようにしても良い。 In the above-described embodiment, as shown in FIG. 1, the phase control processing is executed for each column for the phased array antenna arranged in the O-XYZ coordinate system. However, the present invention is not limited to this example. You may make it perform a phase control process.
また、上記(7)式を2次元に拡張すると、以下の(8)式のように表すことができ、下記の式を用いて上記位相制御処理を実行するようにしても良い。 Further, when the above equation (7) is expanded two-dimensionally, it can be expressed as the following equation (8), and the phase control processing may be executed using the following equation.
また、上述した位相制御処理を列毎、行毎にそれぞれ個別に実行することにより、各アンテナ素子に対して、移相量を2つずつ算出するようにしても良い。この場合、算出された2つの移相量を照合することにより、上述の手法により求められた移相量の信頼性を高めることが可能となる。つまり、フェーズドアレイアンテナが正常に機能している場合には、同一のアンテナ素子に対する列毎、行毎の算出結果である移相量は、ほぼ同一の値となるが、フェーズドアレイアンテナの一部に異常が生じていた場合には、列毎、行毎に得られた算出結果は、誤差が大きくなる。このように、両者の算出結果を照合し、算出誤差が予め設定されている許容誤差量を超えていた場合には、異常を検知するような構成としても良い。 Alternatively, two phase shift amounts may be calculated for each antenna element by individually executing the above-described phase control processing for each column and each row. In this case, by comparing the two calculated phase shift amounts, it is possible to improve the reliability of the phase shift amount obtained by the above-described method. In other words, when the phased array antenna is functioning normally, the phase shift amount, which is the calculation result for each column and row for the same antenna element, is almost the same value, but part of the phased array antenna. If there is an abnormality in the calculation result, the calculation result obtained for each column and each row has a large error. Thus, it is good also as a structure which collates the calculation results of both and detects abnormality when the calculation error exceeds the preset allowable error amount.
以上説明してきたように、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナによれば、アンテナ基準線と各アンテナ素子との間の距離をそれぞれ算出し、この距離に応じて各アンテナ素子に対する移相量を決定し、この移相量に応じた位相差を持つマイクロ波が各アンテナ素子から出力されるので、図5に示すように、各アンテナ素子から放射されるマイクロ波の位相面をアンテナパネル全体として揃えることが可能となる。これにより、送電の効率を向上させることができる。 As described above, according to the phased array antenna according to the present embodiment, the distance between the antenna reference line and each antenna element is calculated, and the phase shift amount for each antenna element is determined according to this distance. Since microwaves having a phase difference corresponding to the amount of phase shift are output from each antenna element, the phase planes of the microwaves radiated from each antenna element are aligned as a whole antenna panel as shown in FIG. It becomes possible. Thereby, the efficiency of power transmission can be improved.
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
第1に、上述した実施形態においては、各パネルアンテナに設定されるパネル基準点として左端部を設定したが、この例に限られず、パネル基準点がパネルアンテナ面上のいずれかに設定されていれば、その位置については特に限定されない。また、各アンテナパネル間でパネル基準点の設定位置が異なっていても良い。
第2に、上述した実施形態においては、アンテナ基準線Sとして、各パネルアンテナに設定されたパネル基準線のうちのいずれかを採用していたが、この例に限られず、アンテナ基準線Sとして、必ずしもパネル基準線を用いる必要はない。
As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the specific structure is not restricted to this embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included.
1stly, in embodiment mentioned above, although the left end part was set as a panel reference point set to each panel antenna, it is not restricted to this example, The panel reference point is set in any one on a panel antenna surface. The position is not particularly limited. Further, the setting position of the panel reference point may be different between the antenna panels.
Second, in the above-described embodiment, any one of the panel reference lines set for each panel antenna is adopted as the antenna reference line S. However, the antenna reference line S is not limited to this example. It is not always necessary to use the panel reference line.
20 アンテナ素子
40 角度検出回路
50 演算処理部
60 マイクロ波発生部
70 分波回路
80 可変移相器
90 電力増幅器
C アンテナパネル
20
Claims (5)
前記パイロット信号の到来方向に直交し、全ての前記アンテナパネルに共通のアンテナ基準面を設定するアンテナ基準面設定手段と、
前記アンテナパネル毎に、前記パイロット信号の到来方向に直交するパネル基準面を設定するパネル基準面設定手段と、
各前記アンテナパネルに配列配置されている前記アンテナ素子毎に、各前記アンテナ素子に設定された任意の基準位置を通り、かつ、該アンテナ基準面に平行なアンテナ素子面を設定するアンテナ素子面設定手段と、
前記アンテナパネル単位で、前記パネル基準面と各前記アンテナ素子面との間の距離をそれぞれ算出する第1の距離算出手段と、
隣接する前記アンテナパネルの前記パネル基準面間の距離を算出し、算出した前記パネル基準面間の距離を積算することにより、前記アンテナ基準面と各前記パネル基準面との間の距離をそれぞれ算出する第2の距離算出手段と、
前記第1の距離算出手段による算出結果と、前記第2の距離算出手段による算出結果とを用いることにより、前記アンテナ基準面と各前記アンテナ素子面との間の距離をそれぞれ算出する第3の距離算出手段と、
算出された前記アンテナ基準面と各前記アンテナ素子面との間の距離に応じて、各前記アンテナ素子から放射させる信号の移相量をそれぞれ決定する移相量決定手段と
を具備するフェーズドアレイアンテナ。 It has a configuration in which a plurality of antenna panels in which a plurality of antenna elements are arranged and arranged are connected linearly or two-dimensionally , and is transmitted from a receiving facility by controlling the phase of signals input to and output from each antenna element. A phased array antenna that radiates a signal in the direction of arrival of the pilot signal,
An antenna reference plane setting means for setting a common antenna reference plane for all the antenna panels orthogonal to the arrival direction of the pilot signal;
Panel reference plane setting means for setting a panel reference plane orthogonal to the arrival direction of the pilot signal for each antenna panel;
For each antenna element arranged and arranged in each antenna panel, an antenna element surface setting that passes through an arbitrary reference position set for each antenna element and is parallel to the antenna reference plane Means,
First distance calculation means for calculating a distance between the panel reference plane and each antenna element plane in units of the antenna panel;
Calculate the distance between the panel reference planes of the adjacent antenna panels, and calculate the distance between the antenna reference plane and each panel reference plane by integrating the calculated distances between the panel reference planes. Second distance calculating means for
A distance between the antenna reference plane and each antenna element plane is calculated by using a calculation result by the first distance calculation means and a calculation result by the second distance calculation means, respectively. A distance calculating means;
A phased array antenna comprising phase shift amount determining means for determining the amount of phase shift of a signal radiated from each antenna element according to the calculated distance between the antenna reference plane and each antenna element plane .
各前記アンテナ素子から放射させる信号の移相量の算出は、行毎、列毎にそれぞれ個別に実行され、 Calculation of the amount of phase shift of the signal radiated from each antenna element is executed individually for each row and each column,
各前記アンテナ素子に対して2つずつ算出された前記移相量の差分が予め設定されている許容誤差量を超えていた場合に異常を検知する請求項1または請求項2に記載のフェーズドアレイアンテナ。 3. The phased array according to claim 1, wherein an abnormality is detected when a difference between the phase shift amounts calculated by two for each of the antenna elements exceeds a preset allowable error amount. 4. antenna.
前記パイロット信号の到来方向に直交し、全ての前記アンテナパネルに共通のアンテナ基準面を設定するアンテナ基準面設定過程と、
前記アンテナパネル毎に、前記パイロット信号の到来方向に直交するパネル基準面を設定するパネル基準面設定過程と、
各前記アンテナパネルに配列配置されている前記アンテナ素子毎に、各前記アンテナ素子に設定された任意の基準位置を通り、かつ、該アンテナ基準面に平行なアンテナ素子面を設定するアンテナ素子面設定過程と、
前記アンテナパネル単位で、前記パネル基準面と各前記アンテナ素子面との間の距離をそれぞれ算出する第1の距離算出過程と、
隣接する前記アンテナパネルの前記パネル基準面間の距離を算出し、算出した前記パネル基準面間の距離を積算することにより、前記アンテナ基準面と各前記パネル基準面との間の距離をそれぞれ算出する第2の距離算出過程と、
前記第1の距離算出手段による算出結果と、前記第2の距離算出手段による算出結果とを用いることにより、前記アンテナ基準面と各前記アンテナ素子面との間の距離をそれぞれ算出する第3の距離算出過程と、
算出された前記アンテナ基準面と各前記アンテナ素子面との間の距離に応じて、各前記アンテナ素子から放射させる信号の移相量をそれぞれ決定する移相量決定過程と
を具備するフェーズドアレイアンテナの位相制御方法。 Used for a phased array antenna having a configuration in which a plurality of antenna panels in which a plurality of antenna elements are arranged and arranged are connected linearly or two-dimensionally , by controlling the phase of signals input to and output from each of the antenna elements, A phased array antenna phase control method for radiating a signal in the direction of arrival of a pilot signal transmitted from a receiving facility,
An antenna reference plane setting process orthogonal to the direction of arrival of the pilot signal and setting a common antenna reference plane for all the antenna panels;
A panel reference plane setting process for setting a panel reference plane orthogonal to the direction of arrival of the pilot signal for each antenna panel;
For each antenna element arranged and arranged in each antenna panel, an antenna element surface setting that passes through an arbitrary reference position set for each antenna element and is parallel to the antenna reference plane Process,
A first distance calculating step of calculating a distance between the panel reference plane and each antenna element plane in units of the antenna panel;
Calculate the distance between the panel reference planes of the adjacent antenna panels, and calculate the distance between the antenna reference plane and each panel reference plane by integrating the calculated distances between the panel reference planes. A second distance calculating process,
A distance between the antenna reference plane and each antenna element plane is calculated by using a calculation result by the first distance calculation means and a calculation result by the second distance calculation means, respectively. The distance calculation process,
A phased array antenna comprising: a phase shift amount determining step for determining a phase shift amount of a signal radiated from each antenna element according to the calculated distance between the antenna reference plane and each antenna element plane; Phase control method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005102757A JP4486539B2 (en) | 2005-03-31 | 2005-03-31 | Phased array antenna and phase control method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005102757A JP4486539B2 (en) | 2005-03-31 | 2005-03-31 | Phased array antenna and phase control method thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006287451A JP2006287451A (en) | 2006-10-19 |
| JP4486539B2 true JP4486539B2 (en) | 2010-06-23 |
Family
ID=37408905
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005102757A Expired - Fee Related JP4486539B2 (en) | 2005-03-31 | 2005-03-31 | Phased array antenna and phase control method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4486539B2 (en) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5161904B2 (en) * | 2010-02-22 | 2013-03-13 | 三菱重工業株式会社 | Phased array antenna and phase control method thereof |
| JP5578885B2 (en) * | 2010-02-26 | 2014-08-27 | 三菱重工業株式会社 | Phased array antenna and control method thereof |
| JP5769533B2 (en) | 2011-07-27 | 2015-08-26 | 三菱重工業株式会社 | Phased array antenna and phase control method thereof |
| JP5863455B2 (en) * | 2011-12-28 | 2016-02-16 | 三菱重工業株式会社 | Power receiving apparatus and wireless power transmission system |
| JP6121095B2 (en) * | 2011-12-28 | 2017-04-26 | 三菱重工業株式会社 | Power transmission device and wireless power transmission system |
| JP5794910B2 (en) * | 2011-12-28 | 2015-10-14 | 三菱重工業株式会社 | Antenna device and wireless power transmission system |
| JP6025071B2 (en) * | 2014-04-23 | 2016-11-16 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Wireless power supply device |
| CN108802694A (en) * | 2018-06-13 | 2018-11-13 | 安徽尼古拉电子科技有限公司 | A kind of intelligent retracted antenna radar equipment for reconnaissance signal |
-
2005
- 2005-03-31 JP JP2005102757A patent/JP4486539B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2006287451A (en) | 2006-10-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3420781B2 (en) | Solar power transmission equipment | |
| Lockyer et al. | Design and development of a conformal load-bearing smart skin antenna: overview of the AFRL smart skin structures technology demonstration (S3TD) | |
| CN105742817B (en) | Towards gain and the spaceborne active phase array antenna structure thermal distortion compensation method pointed to | |
| US6333712B1 (en) | Structural deformation compensation system for large phased-array antennas | |
| US7199753B2 (en) | Calibration method for receive only phased array radar antenna | |
| JP4486539B2 (en) | Phased array antenna and phase control method thereof | |
| JP5769533B2 (en) | Phased array antenna and phase control method thereof | |
| CN108008388B (en) | Satellite-borne phased array SAR load beam control method | |
| KR102068450B1 (en) | Folded radiation slots for short wall waveguide radiation | |
| US20110241968A1 (en) | Multi-beam antenna device | |
| US10854938B2 (en) | Antenna apparatus including phase shifter | |
| JP5161904B2 (en) | Phased array antenna and phase control method thereof | |
| US8737838B2 (en) | Embedded optical waveguide feed structure for radio frequency antenna arrays | |
| CN104701637A (en) | Method for compensating electrical property of deformable array antenna based on electromechanical coupling and least square method | |
| JP3339967B2 (en) | Microwave power transmission equipment | |
| JP5578885B2 (en) | Phased array antenna and control method thereof | |
| CN210350107U (en) | Phased array antenna of transmitting beam antenna system | |
| JP2007033415A (en) | Radar apparatus | |
| JP2004032879A (en) | Power transmission beam direction controller | |
| JP6121095B2 (en) | Power transmission device and wireless power transmission system | |
| Woestenburg et al. | Experimental results for the sensitivity of a low noise aperture array tile for the SKA | |
| Wei et al. | Thermo-mechanical coupling modeling of active phased array antennas | |
| JP6198547B2 (en) | Antenna device | |
| US11555841B2 (en) | Device for radioelectric stimulation by self-referenced radiant panel | |
| JP2002124817A (en) | Phased array antenna |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080208 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090724 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090804 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20091005 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100309 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100326 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4486539 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130402 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130402 Year of fee payment: 3 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |