JP4486539B2 - フェーズドアレイアンテナ及びその位相制御方法 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
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
Claims (5)
- 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。 - 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請求項1に記載のフェーズドアレイアンテナ。
- 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。 - 請求項1から請求項3の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。
- 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。
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