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JP4724864B2 - Oscillation element array oscillation phase control apparatus and control method therefor - Google Patents
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JP4724864B2 - Oscillation element array oscillation phase control apparatus and control method therefor - Google Patents

Oscillation element array oscillation phase control apparatus and control method therefor Download PDF

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Description

本発明は、発振素子アレーを構成する発振素子の発振位相を制御する発振素子アレーの発振位相制御装置及びその制御方法に関するものである。   The present invention relates to an oscillation phase control device for an oscillation element array that controls the oscillation phase of the oscillation elements that constitute the oscillation element array, and a control method therefor.

ミリ波あるいはミリ波以上の高周波信号を発生する電子デバイス(発振素子、発振器等)は、それ自体が微細な構造のため、本質的に、1つ1つの出力パワーが小さい。したがって、多数の発振器を集積することにより、出力パワーを合成することが必要となる。そのため、高周波の発振器を1次元あるいは2次元アレー状に配置して複数の発振器の合成出力パワーを得ることが提案されている。   Electronic devices (oscillators, oscillators, etc.) that generate millimeter-wave or higher-frequency signals of millimeter-wave or higher are inherently small in output power because of their fine structure. Therefore, it is necessary to synthesize output power by integrating a large number of oscillators. For this reason, it has been proposed to obtain a combined output power of a plurality of oscillators by arranging high-frequency oscillators in a one-dimensional or two-dimensional array.

このように、複数の発振器を配置して、隣接する発振器間を何らかの方法(例えば、電磁気的結合)により相互作用させたシステムは多くの分野で応用が知られている。その例として、ミリ波のビーム走査回路、あるいはロボテクスにおける運動パターンジェネレータ(CPG:Central Pattern Generator)が広く知られている。運動パターンジェネレータにこのシステムを応用することにより、例えば爬虫類や魚類のような動き、鳥類や昆虫の羽ばたきのような動きを再現することができる。   As described above, a system in which a plurality of oscillators are arranged and adjacent oscillators are allowed to interact with each other by some method (for example, electromagnetic coupling) is known to be applied in many fields. For example, a millimeter wave beam scanning circuit or a motion pattern generator (CPG: Central Pattern Generator) in Robotex is widely known. By applying this system to a movement pattern generator, movements such as reptiles and fish, and movements such as flapping birds and insects can be reproduced.

しかしながら、アレー状に配置した発振器間の発振信号の位相差にばらつきがある場合、十分な合成出力パワーを得ることができない。したがって、各発振器間において発振信号の位相差を同期させる必要がある。   However, when there is a variation in the phase difference of the oscillation signals between the oscillators arranged in an array, sufficient combined output power cannot be obtained. Therefore, it is necessary to synchronize the phase difference of the oscillation signal between the oscillators.

例えば、アレー状に配置した発振器(以下、「発振器アレー」という。)を用いたアンテナシステム等においてビームの指向性(ビームパターン)の制御を行う際、隣り合う発振器の発振位相差をある所望の一定値とする必要がある。例えば図8に示すようなN個の発振器101が配置されてなる1次元発振器アレーの場合、各発振器から出力されるビーム103の間に一定の位相差が実現されると、破線で示すように等位相面104が定まり、この等位相面104に対して垂直な方向のときにビームの強度が最大となる。そこで、各発振器の発振位相を制御することにより、このビームの指向性を制御することができる。   For example, when controlling the beam directivity (beam pattern) in an antenna system using an oscillator arranged in an array (hereinafter referred to as an “oscillator array”), the oscillation phase difference between adjacent oscillators is set to a desired value. Must be a constant value. For example, in the case of a one-dimensional oscillator array in which N oscillators 101 are arranged as shown in FIG. 8, when a certain phase difference is realized between the beams 103 output from each oscillator, The equiphase surface 104 is determined, and the intensity of the beam is maximized in a direction perpendicular to the equiphase surface 104. Therefore, the directivity of this beam can be controlled by controlling the oscillation phase of each oscillator.

従来、大別して2種類の発振器の制御手法が知られている。1つ目は、各発振器101を個別に制御して、その全ての発振位相を別々に操作することにより、ビームの指向性を制御する手法(従来技術(1))である。   Conventionally, two types of control methods for oscillators are known. The first is a technique (prior art (1)) in which each oscillator 101 is individually controlled and the directivity of the beam is controlled by manipulating all the oscillation phases separately.

2つ目は、1次元発振器アレーの中の少数の発振器101(例えば、発振器アレー両端の発振器101)のみを制御して、全体の発振器の発振位相を自律的に制御する手法(従来技術(2))である。   The second method is to control only a small number of oscillators 101 in the one-dimensional oscillator array (for example, the oscillators 101 at both ends of the oscillator array) and autonomously control the oscillation phase of the entire oscillator (conventional technology (2 )).

ここで、従来技術(2)について図9を参照して詳細に説明する。図9は、従来技術(2)の1次元発振器アレーの発振位相制御装置の構成図である。図9に示すように、従来技術(2)の発振位相制御装置は、N個(2個以上)の自励式の発振器101で構成された1次元発振器アレーと、自励式の発振器101のそれぞれに接続されたN本のアンテナを有する。図9では記載を省略してあるが、破線部分の領域には、それぞれにアンテナ102と接続した複数の発振器101が配置してある。この従来技術(2)で1次元発振器アレーのビーム指向性を制御するためには、1次元発振器アレー内の全ての発振器が相互作用により引き込み同期(相互注入同期)を達成している必要がある。   Here, the prior art (2) will be described in detail with reference to FIG. FIG. 9 is a block diagram of an oscillation phase control device for a one-dimensional oscillator array of the prior art (2). As shown in FIG. 9, the oscillation phase control device of the prior art (2) includes a one-dimensional oscillator array composed of N (two or more) self-excited oscillators 101 and a self-excited oscillator 101. It has N antennas connected. Although not shown in FIG. 9, a plurality of oscillators 101 each connected to the antenna 102 are arranged in the broken line area. In order to control the beam directivity of the one-dimensional oscillator array with this prior art (2), it is necessary that all the oscillators in the one-dimensional oscillator array achieve attraction locking (mutual injection locking) by interaction. .

図9に示す1次元発振器アレーの発振位相制御装置おいて、左端からi番目(iは自然数)の発振器の発振位相θiの時間変化を示した式は、動作方程式と呼ばれている。この図9に示す従来技術(2)のi番目の発振器の動作方程式は、ある条件下において以下に示すような微分方程式で与えられることが知られている(例えば、非特許文献1を参照)。i番目の発振器の自然発振位相の時間変化(=dθ/dt)をθiの上にドットを付けて表すと、次式となる。 In the oscillation phase control apparatus of the one-dimensional oscillator array shown in FIG. 9, the equation showing the time change of the oscillation phase θ i of the i-th (i is a natural number) oscillator from the left end is called an operation equation. It is known that the operation equation of the i-th oscillator of the prior art (2) shown in FIG. 9 is given by a differential equation as shown below under a certain condition (for example, see Non-Patent Document 1). . When the time variation (= dθ i / dt) of the natural oscillation phase of the i-th oscillator is represented by adding dots on θ i , the following equation is obtained.

Figure 0004724864
で表される。
Figure 0004724864
It is represented by

ここで、θ,ω,Aはそれぞれi番目の発振器の発振位相、自然角速度、発振振幅を表わしている。また、κ,Φはそれぞれ、発振器間の相互作用の強さと遅延に対応する定数で、各発振器及び発振器アレーの構成によってその値が決定される。いま発振器間の結合は通常Φ〜0となるように調整可能であるので、以降Φ=0となる場合について記述する。 Here, θ i , ω i , and A i represent the oscillation phase, natural angular velocity, and oscillation amplitude of the i-th oscillator, respectively. Further, κ and Φ are constants corresponding to the strength and delay of the interaction between the oscillators, and their values are determined by the configuration of each oscillator and the oscillator array. Now, since the coupling between the oscillators can be normally adjusted to be Φ˜0, the case where Φ = 0 is described below.

従来技術(2)のシステムにおいて、各発振器が出力する発振信号に遅延がないものと考え、式(1)左辺の遅延に関する定数Φ=0と仮定する。さらに、発振位相θを正規化することにより発振器間の相互作用の強さに関する定数κ=1となる。 In the system of the prior art (2), it is assumed that there is no delay in the oscillation signal output from each oscillator, and it is assumed that the constant Φ = 0 regarding the delay on the left side of Equation (1). Further, by normalizing the oscillation phase θ i , the constant κ = 1 regarding the interaction strength between the oscillators is obtained.

ところで、この従来技術(2)では、定常状態のとき全ての発振器間において均一な発振位相差θ−θi+1≡Δφを得ることを目的としている。そのため、通常、全ての発振器の発振周波数及び発振振幅の特性は均一にする必要がある。したがって、発振器101の自然角速度ω及び発振振幅Aを定数とみなせる。ここでは、自然角速度ω=Ω、発振振幅A=1とする。これらの条件を式(1)に適用することにより、以下のように簡略化することができる。 By the way, this prior art (2) aims to obtain a uniform oscillation phase difference θ i −θ i + 1 ≡Δφ among all oscillators in a steady state. For this reason, it is usually necessary to make the characteristics of the oscillation frequency and oscillation amplitude of all the oscillators uniform. Therefore, the natural angular velocity ω i and the oscillation amplitude A i of the oscillator 101 can be regarded as constants. Here, the natural angular velocity ω i = Ω and the oscillation amplitude A i = 1. By applying these conditions to the equation (1), it can be simplified as follows.

Figure 0004724864
Figure 0004724864

従来技術(2)では、式(2)−1,3において、ω=Ω+Δω,ω=Ω−Δωとなるように1番目の発振器101とN番目の発振器101の自然周波数(すなわち自然角速度)を調整することが本質的である。Δωは、発振器アレー両端に位置する発振器101の自然角速度ω,ωの、i番目の発振器101の自然角速度Ωに対する変位(変位量ともいう。)である。定常状態において得られる発振器間の位相差Δφ(=θi−θi+1)は、どの発振器間においても常に等しい。そこで、一番簡単な式(2)−3を用いて定常状態における発振器間の位相差Δφの求め方を説明する。 In the prior art (2), in equations (2) -1 and 3, the natural frequencies of the first oscillator 101 and the Nth oscillator 101 (that is, the natural angular velocity) so that ω 1 = Ω + Δω, ω N = Ω−Δω. ) Is essential. Δω is a displacement (also referred to as a displacement amount) of the natural angular velocities ω 1 and ω N of the oscillator 101 positioned at both ends of the oscillator array with respect to the natural angular velocities Ω of the i-th oscillator 101. The phase difference Δφ (= θ i −θ i + 1 ) between the oscillators obtained in the steady state is always equal among all the oscillators. Therefore, a method of obtaining the phase difference Δφ between the oscillators in the steady state will be described using the simplest expression (2) -3.

まず、簡略化のため、式(2)−3の右辺にθ=φ+Ωtを代入し、θからφへの座標変換を行う。前述したように、1次元発振器アレーは定常状態において、任意の発振器101と隣接する発振器101との位相差は常に一定となっており、時間による位相差の変化を考えなくてよい。つまり、φは、時間的に変化しない定数である。ここで、θ=φ+Ωtの両辺を時間について微分すると、φは定数であるので、dθ/dt=Ωとなる。式(2)−3を座標変換した式の左辺にdθ/dt=Ωを代入することにより、隣接する発振器間の位相差Δφと角速度の変位Δωの関係を示す式(3)が求まる。 First, for simplification, θ N = φ N + Ωt is substituted into the right side of Expression (2) -3, and coordinate conversion from θ N to φ N is performed. As described above, in the steady state, the one-dimensional oscillator array has a constant phase difference between an arbitrary oscillator 101 and the adjacent oscillator 101, and it is not necessary to consider a change in phase difference with time. That, phi N is a constant that does not change with time. Here, when both sides of θ N = φ N + Ωt are differentiated with respect to time, φ i is a constant, and therefore dθ N / dt = Ω. By substituting dθ N / dt = Ω into the left side of the equation obtained by transforming equation (2) -3, equation (3) indicating the relationship between the phase difference Δφ between adjacent oscillators and the angular velocity displacement Δω is obtained.

Figure 0004724864
Figure 0004724864

ここで、式(3)における位相差Δφと角速度の変位Δωの関係を、図10に示す。縦軸が位相差Δφを表しており、横軸が角速度の変位Δωを示している。図10中、破線で囲まれた領域(|Δω|<1)は引き込み領域と呼ばれ、従来技術(2)において角速度の変位Δωがこの領域内の値をとるとき、発振器アレーの各発振器は、引き込み同期状態となる。また、従来技術(2)において、引き込み領域以外(|Δω|>1)は同期はずれ領域であり、このとき、発振器アレーの各発振器は同期しない。   Here, the relationship between the phase difference Δφ and the angular velocity displacement Δω in the equation (3) is shown in FIG. The vertical axis represents the phase difference Δφ, and the horizontal axis represents the angular velocity displacement Δω. In FIG. 10, a region surrounded by a broken line (| Δω | <1) is called a pull-in region, and when the angular velocity displacement Δω takes a value in this region in the prior art (2), each oscillator of the oscillator array In this state, the synchronization is brought in. In the prior art (2), areas other than the pull-in area (| Δω |> 1) are out-of-synchronization areas, and at this time, the oscillators in the oscillator array are not synchronized.

従来技術(2)において発振器アレーの発振位相の制御を実現するには、隣接する発振器101が互いに引き込み同期状態にあることが重要である。つまり、図10の位相差Δφと角速度の変位Δωの関係図に示す引き込み領域内に角速度の変位Δωを設定しなければならない。すなわち、発振器アレー両端に位置する発振器の角速度の変位Δωの絶対値が1より小さくなることが必要条件である。   In order to realize the control of the oscillation phase of the oscillator array in the prior art (2), it is important that the adjacent oscillators 101 are in a synchronized state with each other. That is, the angular velocity displacement Δω must be set in the pull-in region shown in the relationship diagram of the phase difference Δφ and the angular velocity displacement Δω in FIG. That is, it is a necessary condition that the absolute value of the angular velocity displacement Δω of the oscillators located at both ends of the oscillator array is smaller than 1.

そして、隣接する発振器101間の位相差Δφに基づいて各発振器101が出力する発振信号の等位相面が求められ、発振器アレーのビームパターン(ビーム指向性)が決定される。   Based on the phase difference Δφ between the adjacent oscillators 101, an equiphase surface of the oscillation signal output from each oscillator 101 is obtained, and the beam pattern (beam directivity) of the oscillator array is determined.

以上の式変形から、従来技術(2)は、発振器アレーの両端に位置する発振器の発振周波数(角速度)を適切な値に設定することにより、発振器アレー両端の発振器以外の隣り合う発振器の位相差Δφを制御し、ビームの指向性を制御するものであるということが理解できる。   From the above equation modification, in the prior art (2), the phase difference between adjacent oscillators other than the oscillators at both ends of the oscillator array is set by setting the oscillation frequencies (angular velocities) of the oscillators positioned at both ends of the oscillator array to appropriate values. It can be understood that Δφ is controlled and the directivity of the beam is controlled.

P. Liao and R. A. York, “A New Phase-Shifterless Beam-Scanning Technique Using Arrays of Coupled Oscillators”, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., special issue on quasi-optical techniques , October 1993, vol. MTT-41, pp. 1810-1815.P. Liao and RA York, “A New Phase-Shifterless Beam-Scanning Technique Using Arrays of Coupled Oscillators”, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Special issue on quasi-optical techniques, October 1993, vol. MTT-41, pp 1810-1815.

ところで、従来技術(1)は、発振器アレー内の各発振器を個別に制御するので、全ての発振器に位相器等の制御手段を付加して、これらを統括して制御する必要があり、これは発振器アレーが大規模なものである場合、経済的及び技術的に実現が困難である。   By the way, in the prior art (1), each oscillator in the oscillator array is individually controlled. Therefore, it is necessary to add control means such as a phase shifter to all the oscillators to control them in a unified manner. If the oscillator array is large, it is difficult to realize economically and technically.

また、従来技術(2)において、一例として発振器アレーを構成する全ての発振器が相互に同期していて、その発振周波数が10GHzである場合を考えたとき、例えばビームの指向性を+12.5°に設定したとする。その場合、非特許文献1によれば、発振器アレー両端の発振器の発振周波数はそれぞれ、9.985GHzと10.015GHzとなることが要求される。このことは両端の発振器の周波数の制御を数kHzの高い精度で行われなければならないことを示しており、技術的に困難をともなう。   In the prior art (2), for example, when all the oscillators constituting the oscillator array are synchronized with each other and the oscillation frequency is 10 GHz, the beam directivity is set to + 12.5 °, for example. Is set to. In that case, according to Non-Patent Document 1, the oscillation frequencies of the oscillators at both ends of the oscillator array are required to be 9.985 GHz and 10.15 GHz, respectively. This indicates that the frequency of the oscillators at both ends must be controlled with a high accuracy of several kHz, which is technically difficult.

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、複数の発振器から構成される発振器アレーのビームの指向性を、容易に制御できるようにすることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to easily control the beam directivity of an oscillator array including a plurality of oscillators.

上記課題を解決するため、本発明は、複数の発振素子を電磁的にアレー状に結合して発振素子アレーを配し、まず各発振素子の発振周波数を所定の周波数に選択する。次に、発振素子アレーの一方の端に位置する発振素子に対して、上記発振周波数より大きく、かつ各発振素子が同期する周波数範囲から外れた周波数の外部同期信号を注入する。同時に、発振素子アレーの他方の端に位置する発振素子に対して、上記発振周波数より小さく、かつ各発振素子が同期する周波数範囲から外れたる周波数の外部同期信号を注入する。そして、発振素子アレーの少なくとも端に位置する発振素子を除く複数の発振素子を有効として出力を得る。   In order to solve the above-described problems, the present invention electromagnetically couples a plurality of oscillation elements in an array and arranges the oscillation element array. First, the oscillation frequency of each oscillation element is selected to be a predetermined frequency. Next, an external synchronization signal having a frequency higher than the oscillation frequency and out of the frequency range in which each oscillation element is synchronized is injected into the oscillation element located at one end of the oscillation element array. At the same time, an external synchronization signal having a frequency lower than the oscillation frequency and out of the frequency range in which each oscillation element is synchronized is injected into the oscillation element located at the other end of the oscillation element array. Then, a plurality of oscillating elements excluding the oscillating elements positioned at least at the end of the oscillating element array are enabled to obtain an output.

これにより、発振器アレーを構成する複数の発振器に対して、少なくとも端に位置する発振素子を除く複数の発振素子の間の位相差を制御することができる。   Thereby, with respect to the plurality of oscillators constituting the oscillator array, the phase difference between the plurality of oscillation elements excluding the oscillation elements positioned at least at the ends can be controlled.

本発明による発振器アレーの発振位相制御装置及びその制御方法によれば、発振器アレー両端の発振器に印加する外部同期信号の周波数の調整を柔軟にし、同期信号の振幅によって発振器アレーの各発振器の発振位相を制御することができる。したがって、これまでに存在しなかった同期信号の振幅による制御方式を与えるとともに、従来技術と比較して精度の高い位相制御を行うことができる。   According to the oscillation phase control apparatus and the control method for an oscillator array according to the present invention, the frequency of the external synchronization signal applied to the oscillators at both ends of the oscillator array can be flexibly adjusted, and the oscillation phase of each oscillator of the oscillator array can be determined by the amplitude of the synchronization signal. Can be controlled. Therefore, it is possible to provide a control method based on the amplitude of the synchronization signal that has not existed so far, and to perform phase control with higher accuracy than in the prior art.

以下、本発明の第1の実施形態の例について、図1〜図6を参照しながら説明する。本実施形態の発振器アレーの発振位相制御装置は、1次元発振器アレーの発振位相制御装置に適用した例としてある。なお、図1〜図6において、背景技術の説明で参照した図8〜図10及び式(1)〜式(3)と対応する部分及び変数等には、同一符号又は同一記号を付し、説明は省略する。   Hereinafter, an example of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The oscillation phase control device of the oscillator array of this embodiment is an example applied to the oscillation phase control device of a one-dimensional oscillator array. 1 to 6, parts and variables corresponding to FIGS. 8 to 10 and Expressions (1) to (3) referred to in the description of the background art are denoted by the same reference numerals or symbols. Description is omitted.

図1は、1次元発振器アレーの発振位相制御装置の概略構成を示すブロック図である。図1に示すように、本実施形態の発振器アレーの発振位相制御装置は、所定の角速度(周波数)で自励発振するN個の発振器1を一列に配列して隣接する発振器を接続した構成である。ただし、説明の便宜上、両端の発振器に対してそれぞれ符号1A,1Bを付すとともに、発振器の当該1次元発振器アレー内での順番を括弧内に示す。1次元発振器アレーの両端の発振器1A,1Bと該両端から2番目の発振器1を除く全ての発振器1には、信号電波を放射するためのアンテナ2がそれぞれ接続されている。なお、図1では記載を省略しているが、1次元発振器アレーの発振位相制御装置の破線部分には、アンテナ2が接続された3番目〜(i−2)番目までの発振器1及び(i+2)番目〜(N−2)番目までの発振器1が接続されている。ここで、iは、Nより小さく、1より大きい自然数である。各発振器は特許請求の範囲に記載した発振素子の一例であるが、高周波信号を発生する電子デバイスであればこの例に限られない。   FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an oscillation phase control device of a one-dimensional oscillator array. As shown in FIG. 1, the oscillation phase control device of the oscillator array of this embodiment has a configuration in which N oscillators 1 that self-oscillate at a predetermined angular velocity (frequency) are arranged in a line and adjacent oscillators are connected. is there. However, for convenience of explanation, reference numerals 1A and 1B are attached to the oscillators at both ends, and the order of the oscillators in the one-dimensional oscillator array is shown in parentheses. An antenna 2 for radiating signal radio waves is connected to all the oscillators 1 except for the oscillators 1A and 1B at both ends of the one-dimensional oscillator array and the second oscillator 1 from both ends. Although not shown in FIG. 1, the broken line portion of the oscillation phase control device of the one-dimensional oscillator array includes the third to (i−2) th oscillators 1 and (i + 2) to which the antenna 2 is connected. The first through (N-2) th oscillators 1 are connected. Here, i is a natural number smaller than N and larger than 1. Each oscillator is an example of the oscillation element recited in the claims, but is not limited to this example as long as it is an electronic device that generates a high-frequency signal.

また、図1に示す1次元発振器アレーの発振位相制御装置は、1次元発振器アレーの両端に位置する発振器1A,1Bにそれぞれ同期信号を注入するための発振器3A,3B、及び、これら発振器3A,3Bから出力される信号を増幅する可変増幅器4A,4Bを備える。発振器3A,3Bは、特許請求の範囲に記載された同期信号注入手段の一例である。説明の便宜上、発振器3A及び発振器3Bは、0番目及びN+1番目の発振器と定義する。   Further, the oscillation phase control device of the one-dimensional oscillator array shown in FIG. 1 includes oscillators 3A and 3B for injecting synchronization signals to the oscillators 1A and 1B located at both ends of the one-dimensional oscillator array, and the oscillators 3A, 3A, Variable amplifiers 4A and 4B for amplifying a signal output from 3B are provided. The oscillators 3A and 3B are an example of synchronization signal injection means described in the claims. For convenience of explanation, the oscillator 3A and the oscillator 3B are defined as the 0th and N + 1th oscillators.

自励式の発振器1,1A,1Bは同一特性を備えており、図2(a)に示すように、例えばコンデンサ11と、コイル12と、定抵抗素子13と、非線形抵抗素子14の直接接続から構成されている。非線形抵抗素子14の出力電圧に基づく出力信号Vを定抵抗素子13から得て、アンテナ装置2へ出力する。なお、本実施形態で用いる発振器は、自身の出力信号と入力信号との位相差を検出し、その位相差に基づいて出力信号の周波数を一定に制御するPLL機能を備え、発振周波数を一定に保つようにしてもよい。   The self-excited oscillators 1, 1 </ b> A, 1 </ b> B have the same characteristics. As shown in FIG. 2A, for example, from a direct connection of a capacitor 11, a coil 12, a constant resistance element 13, and a nonlinear resistance element 14. It is configured. An output signal V based on the output voltage of the nonlinear resistance element 14 is obtained from the constant resistance element 13 and output to the antenna device 2. Note that the oscillator used in this embodiment has a PLL function that detects the phase difference between its own output signal and the input signal, and controls the frequency of the output signal to be constant based on the phase difference, thereby making the oscillation frequency constant. You may make it keep.

図2(b)は、図2(a)に示した複数の発振器1相互の結合状態を示す等価回路であり、図1に示した1次元発振器アレーの発振器1を連続して接続した形態を示している。この回路構成から、隣接する発振器1は、相互に電磁気学的な作用を及ぼし合い、各発振器1の発振信号の特性が変化することが理解できる。なお、図2(a),(b)に示した発振器の等価回路及び発振器を結合させたときの等価回路は一例であって、この例に限られるものではない。   FIG. 2B is an equivalent circuit showing a coupling state between the plurality of oscillators 1 shown in FIG. 2A, and has a configuration in which the oscillators 1 of the one-dimensional oscillator array shown in FIG. 1 are continuously connected. Show. From this circuit configuration, it can be understood that the adjacent oscillators 1 exert an electromagnetic action on each other, and the characteristics of the oscillation signal of each oscillator 1 change. Note that the equivalent circuit of the oscillator shown in FIGS. 2A and 2B and the equivalent circuit when the oscillators are combined are merely examples, and the present invention is not limited to this example.

次に、図1に示す1次元発振器アレーの両端の発振器1A,1Bにそれぞれ外部から同期信号を注入した場合における、各発振器についての動作方程式を説明する。例えば、発振器1A及び発振器1Bにそれぞれ注入する同期信号を、正弦波信号Ainjsin(Ω±Δω)tとする。ここで、振幅Ainj=1、かつ角速度の変位Δωが十分小さい(|Δω|<1)のとき、これは従来技術(2)において発振器アレーの両端の発振器101(図9参照)そのものを外部からの同期信号とみなした場合と等価である。この場合、図1に示した1次元発振器アレーの発振位相制御装置は、従来技術(2)に係る発振器アレーの発振位相制御装置とまったく同等なものとなり、従来技術(2)の発振器アレーの発振位相制御に関連した式(3)が成り立つこととなる。 Next, an operational equation for each oscillator when a synchronization signal is externally injected into the oscillators 1A and 1B at both ends of the one-dimensional oscillator array shown in FIG. 1 will be described. For example, the synchronization signal injected into the oscillator 1A and the oscillator 1B is a sine wave signal A inj sin (Ω ± Δω) t. Here, when the amplitude A inj = 1 and the angular velocity displacement Δω is sufficiently small (| Δω | <1), this means that the oscillator 101 (see FIG. 9) at both ends of the oscillator array itself is externally connected in the prior art (2). It is equivalent to the case where it is regarded as a synchronization signal from. In this case, the oscillation phase control device of the one-dimensional oscillator array shown in FIG. 1 is exactly the same as the oscillation phase control device of the oscillator array according to the prior art (2), and the oscillation of the oscillator array of the prior art (2). Equation (3) related to the phase control is established.

これに対し、本出願人は、上記同期信号Ainjsin(Ω±Δω)tにおいて、(|Δω|>1)として1次元発振器アレーの動作を制御することを提案する。つまり、同期信号の角速度の変位Δωと発振器間の位相差Δφの関係において、従来技術(2)が引き込み領域(lock-in)を用いるのに対して、本発明では同期外れ領域(Out of lock)を用いて発振位相制御を行うのである。この本発明による発振位相制御方法を採用した場合、1次元発振器アレーの動作は従来技術(2)のそれと本質的に異なるものになる。以下、本発明による発振位相制御方法について説明する。 On the other hand, the present applicant proposes to control the operation of the one-dimensional oscillator array as (| Δω |> 1) in the synchronization signal A inj sin (Ω ± Δω) t. That is, in the relationship between the angular velocity displacement Δω of the synchronization signal and the phase difference Δφ between the oscillators, the conventional technique (2) uses a lock-in, whereas in the present invention, an out-of-sync region (Out of lock). ) Is used to control the oscillation phase. When the oscillation phase control method according to the present invention is employed, the operation of the one-dimensional oscillator array is essentially different from that of the prior art (2). Hereinafter, an oscillation phase control method according to the present invention will be described.

図1に示す1次元発振器アレーの各発振器についての動作方程式は、従来技術(2)と同様、式(1)で与えられる。しかし、1次元発振器アレーの両端に位置する0番目の発振器3A及びN+1番目の発振器3Bは、従来技術(2)の1次元発振器アレーの両端の発振器101とは異なり、同期信号Ainjsin(Ω±Δω)t[|Δω|>1)]が印加されることを考慮して式変形を行う必要がある。つまり、式(2)を求める際に使用した各条件、ω=Ω,A=1(1<i<N),κ=1、に加えて、ω=Ω+Δω,ωN+1=Ω−Δω,A=AN+1=Ainjという条件を加えて式(1)の変形を行う。すると、図1に示す1次元発振器アレーを構成する1番目の発振器1A、2番目からN−1番目の発振器1、N番目の発振器1Bについての動作方程式は、式(1)から次式のように簡単化される。 The operational equation for each oscillator of the one-dimensional oscillator array shown in FIG. 1 is given by equation (1), as in the prior art (2). However, the 0th oscillator 3A and the (N + 1) th oscillator 3B positioned at both ends of the one-dimensional oscillator array are different from the oscillator 101 at both ends of the one-dimensional oscillator array of the prior art (2), and the synchronization signal A inj sin (Ω It is necessary to change the equation in consideration of the application of ± Δω) t [| Δω |> 1)]. In other words, in addition to the conditions used in obtaining the equation (2), ω i = Ω, A i = 1 (1 <i <N), κ = 1, ω 0 = Ω + Δω, ω N + 1 = Ω− The expression (1) is modified by adding the condition Δω, A 0 = A N + 1 = A inj . Then, the operational equations for the first oscillator 1A, the 2nd to (N-1) th oscillator 1 and the Nth oscillator 1B constituting the one-dimensional oscillator array shown in FIG. To be simplified.

Figure 0004724864
Figure 0004724864

続いて、式(4)−1〜3の左辺にθ=Ωt+φ(i=1,…,N)を適用して、θ→φへの座標変換を行うと、次のようになる。 Subsequently, when θ i = Ωt + φ i (i = 1,..., N) is applied to the left side of the equations (4) -1 to 3 and coordinate conversion from θ i to φ i is performed, the following is obtained. Become.

Figure 0004724864
Figure 0004724864

次に、この式(5)−1〜3に対し、変数φについて非線形変換と平均化の手法を用いて、数学的近似を行うと、以下のような実質的に等価な式(6)−1〜3が得られる。 Next, the formula (5) with respect -1~3, the variable phi i using techniques nonlinear transformation and averaging, when a mathematical approximation, the following substantially equivalent expression (6) -1 to 3 are obtained.

Figure 0004724864
Figure 0004724864

本実施形態の1次元発振器アレーの動作が定常状態である場合、時間変化がないので、式(6)−1〜3の左辺(dφ/dt)=0となる(θ=Ωt+φより)。このΩを一例として式(6)−3の左辺に代入することにより、位相差Δφ(θi−1−θ=φi−1−φ)は以下の式で与えられる。 When the operation of the one-dimensional oscillator array of the present embodiment is in a steady state, there is no time change, and therefore the left side (dφ i / dt) = 0 in Equation (6) -1 to 3 (θ i = Ωt + φ i) ). By substituting Ω as an example for the left side of Equation (6) -3, the phase difference Δφ (θ i−1 −θ i = φ i−1 −φ i ) is given by the following equation.

Figure 0004724864
Figure 0004724864

この式(7)は、本発明による発振器の発振位相制御方法の理論を裏づけている点で重要である。式(7)より、図1に示す1次元発振器アレーにおいては、従来技術(2)と異なり、隣接する発振器間での位相差Δφは注入される同期信号の振幅Ainjの2乗に比例して与えられ、角速度の変位Δωに反比例することが理解できる。つまり、注入する同期信号の角速度の変位Δωを固定すれば、振幅を調整するだけで、発振器間の位相差を所望の値に変化させることができる。 This equation (7) is important in that it supports the theory of the oscillation phase control method of the oscillator according to the present invention. From the equation (7), in the one-dimensional oscillator array shown in FIG. 1, unlike the prior art (2), the phase difference Δφ between adjacent oscillators is proportional to the square of the amplitude A inj of the injected synchronization signal. It can be understood that it is inversely proportional to the angular velocity displacement Δω. That is, if the displacement Δω of the angular velocity of the synchronizing signal to be injected is fixed, the phase difference between the oscillators can be changed to a desired value only by adjusting the amplitude.

なお、1次元発振器アレーの両端の発振器に注入する同期信号として正弦波を例に説明したが、パルス波及び矩形波等の所定周期を持つ信号を使用した場合にも、正弦波と同等の効果が得られることが確認できている。   The sine wave has been described as an example of the synchronization signal injected into the oscillators at both ends of the one-dimensional oscillator array. However, when a signal having a predetermined period such as a pulse wave and a rectangular wave is used, the same effect as the sine wave is obtained. Has been confirmed.

次に、図1に示した1次元発振器アレーの動作を、図3を参照して説明する。図3は、1次元発振器アレーの動作の説明に供する図であり、上段に1次元発振器アレーの構成、中段に発振位相特性、下段に隣接する発振器間の位相差Δφを示している。   Next, the operation of the one-dimensional oscillator array shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the one-dimensional oscillator array, showing the configuration of the one-dimensional oscillator array in the upper stage, the oscillation phase characteristics in the middle stage, and the phase difference Δφ between adjacent oscillators in the lower stage.

図3の中段に示す発振位相特性20は、本実施形態の1次元発振器アレー中の1番目からN番目の発振器1とそれに対応する発振位相の関係を示しており、グラフの縦軸は発振位相、横軸は発振器の番号を表す。この例では、同期信号注入前の両端の発振器1A,1B、それらの間の発振器1の発振周波数をそれぞれ、例えば10GHzとし、この同期信号の振幅をある一定値に設定している。この例では、説明の便宜上、1次元発振器アレーの両端の発振器を含む7個の発振器から得たデータをプロットした。   The oscillation phase characteristic 20 shown in the middle stage of FIG. 3 shows the relationship between the first to Nth oscillators 1 in the one-dimensional oscillator array of this embodiment and the corresponding oscillation phases. The vertical axis of the graph represents the oscillation phase. The horizontal axis represents the oscillator number. In this example, the oscillation frequencies of the oscillators 1A and 1B at both ends before the injection of the synchronization signal and the oscillation frequency of the oscillator 1 between them are each 10 GHz, for example, and the amplitude of the synchronization signal is set to a certain constant value. In this example, for convenience of explanation, data obtained from seven oscillators including the oscillators at both ends of the one-dimensional oscillator array are plotted.

この発振位相特性20は、動作方程式の式(4)に基づいて得られたものである。発振位相特性20は、ある瞬間において一定勾配をとる領域と発振位相が安定しない領域に分かれていることが確認できる。例えば1次元発振器アレー端に位置する1番目の発振器1A(同期信号の周波数が高い:12GHz)からN番目の発振器1B(同期信号の周波数が低い:8GHz)に向かって下っている。また、1次元発振器アレーの両端の発振器1A,1Bは全体との同期がはずれているので発振位相が安定しない。さらに、1次元発振器アレーの両端に隣接する2番目と(N−1)番目の発振器1もそれぞれ発振位相の安定度が低くなっているが、これは、両端の発振器1A及び1Bによる引き込みの影響と考えられる。   The oscillation phase characteristic 20 is obtained based on the equation (4) of the operation equation. It can be confirmed that the oscillation phase characteristic 20 is divided into a region having a constant gradient at a certain moment and a region where the oscillation phase is not stable. For example, the first oscillator 1A located at the end of the one-dimensional oscillator array (the frequency of the synchronization signal is high: 12 GHz) goes down to the Nth oscillator 1B (the frequency of the synchronization signal is low: 8 GHz). Further, since the oscillators 1A and 1B at both ends of the one-dimensional oscillator array are out of synchronization with each other, the oscillation phase is not stable. Further, the second and (N−1) th oscillators 1 adjacent to both ends of the one-dimensional oscillator array also have low oscillation phase stability. This is due to the influence of pull-in by the oscillators 1A and 1B at both ends. it is conceivable that.

一方、1次元発振器アレーの隣り合う発振器間の位相差の関係は、図3の下段に示す最小位相差特性28及び最大位相差特性29のようになる。この例では、両端と中央の7箇の発振器についてデータ(21〜27)をプロットした。この最小位相差特性28及び最大位相差特性29は、それぞれ隣接する発振器との最小位相差と最大位相差を表している。図3の例から位相差特性28,29は、1次元発振器アレーの端部近傍の1番目の発振器1Aと2番目の発振器1、及び、(N−1)番目の発振器1とN番目の発振器1Bから取得した位相差が大きくなっている。これに対して、1次元発振器アレーの中央部の(i−1)番目,i番目,(i+1)番目の各発振器1は隣り合う発振器との位相差が一定している。つまり、図1に示した1次元発振器アレーの端部近傍を除いたその他の発振器は互いに定常な発振位相の位相差を保持することが理論上確認できる。   On the other hand, the relationship between the phase differences between adjacent oscillators in the one-dimensional oscillator array is as shown in the minimum phase difference characteristic 28 and the maximum phase difference characteristic 29 shown in the lower part of FIG. In this example, data (21 to 27) was plotted for seven oscillators at both ends and in the center. The minimum phase difference characteristic 28 and the maximum phase difference characteristic 29 represent the minimum phase difference and the maximum phase difference with the adjacent oscillator, respectively. From the example of FIG. 3, the phase difference characteristics 28 and 29 are the first oscillator 1A and the second oscillator 1 near the end of the one-dimensional oscillator array, and the (N-1) th oscillator 1 and the Nth oscillator. The phase difference acquired from 1B is large. On the other hand, the phase difference between the (i−1) -th, i-th and (i + 1) -th oscillators 1 at the center of the one-dimensional oscillator array is constant with the adjacent oscillators. In other words, it can be theoretically confirmed that the other oscillators except for the vicinity of the end of the one-dimensional oscillator array shown in FIG. 1 maintain a steady phase difference between the oscillation phases.

また、最小位相差特性28及び最大位相差特性29はそれぞれ、発振器アレー両端と中央部近傍の発振器との間で、その値に差が見られる。このことは、発振器アレー両端における発振器から取得した隣接発振器との位相差は、時間的に変動することを示唆しており、定常状態ではないことが理解できる。   Further, there is a difference in the values of the minimum phase difference characteristic 28 and the maximum phase difference characteristic 29 between both ends of the oscillator array and the oscillator near the center. This suggests that the phase difference from the adjacent oscillators obtained from the oscillators at both ends of the oscillator array fluctuates with time, and it can be understood that this is not a steady state.

なお、1次元発振器アレーにおいて同期信号が注入される両端の発振器1A及び1Bに加え、それと隣接する2番目と(N−1)番目の発振器1から取得した隣接発振器との位相差もそれぞれ若干大きくなっている。これは、両端の発振器1A及び1Bによる引き込みの影響と考えられる。   In addition to the oscillators 1A and 1B at both ends to which the synchronization signal is injected in the one-dimensional oscillator array, the phase difference between the adjacent oscillators obtained from the second and (N-1) th oscillators 1 adjacent thereto is also slightly large. It has become. This is considered to be an influence of pull-in by the oscillators 1A and 1B at both ends.

ところで、式(4)が時間の関数であることからわかるように、1次元発振器アレーの端部近傍を除く中央部の発振器1は、定常状態において隣り合う発振器との位相差を保ったまま、時々刻々と発振位相を変化させている。つまり、図3の中段に示すグラフで発振位相の時間変化を見ると、発振位相特性20は、一定勾配を保ちつつ、縦軸に沿って移動することとなる。   By the way, as can be seen from the fact that the equation (4) is a function of time, the central oscillator 1 except for the vicinity of the end of the one-dimensional oscillator array maintains the phase difference between the adjacent oscillators in the steady state, The oscillation phase is changed every moment. That is, when the time variation of the oscillation phase is seen in the graph shown in the middle part of FIG. 3, the oscillation phase characteristic 20 moves along the vertical axis while maintaining a constant gradient.

また、図3のグラフを作成する際の条件として同期信号の振幅を固定していたが、式(7)からわかるように、この同期信号の振幅を上記値と異なる任意の値に固定することにより勾配を変化させることができる。つまり、この1次元発振器アレーの発振器間の位相差を変化させてビームの指向性を調整することができる。   Further, although the amplitude of the synchronization signal is fixed as a condition for creating the graph of FIG. 3, as can be seen from the equation (7), the amplitude of the synchronization signal is fixed to an arbitrary value different from the above value. Can change the gradient. That is, the directivity of the beam can be adjusted by changing the phase difference between the oscillators of the one-dimensional oscillator array.

また、1次元発振器アレーの両端の発振器1A,1Bに印加する同期信号の周波数を変えることにより、発振位相特性20の勾配の向きを変えることが可能である。例えば、図3に示す発振器1Aに対して8GHz、発振器1Bに対して12GHzの同期信号をそれぞれ注入した場合、発振器アレー端に位置する1番目の発振器1A(注入同期信号:8GHz)からN番目の発振器1B(注入同期信号:12GHz)に向かって上る勾配となるように変化させることも可能である。   In addition, the direction of the gradient of the oscillation phase characteristic 20 can be changed by changing the frequency of the synchronization signal applied to the oscillators 1A and 1B at both ends of the one-dimensional oscillator array. For example, when a synchronous signal of 8 GHz is injected into the oscillator 1A shown in FIG. 3 and a synchronous signal of 12 GHz is injected into the oscillator 1B, the first oscillator 1A (injection synchronous signal: 8 GHz) positioned at the end of the oscillator array It is also possible to change the slope so as to increase toward the oscillator 1B (injection locking signal: 12 GHz).

以上の結果より、本発明の第1の実施形態に係る1次元発振器アレーの発振位相制御方法は、1次元発振器アレーの両端の発振器に対して同期はずれとなる角速度の変位Δω(|Δω|>1)に固定する。このとき、1次元発振器アレーの両端に位置する発振器の発振周波数が全体と同期する範囲から外して固定される。これにより、同期信号の振幅(Ainj)を調節するだけで個々のアンテナ個々から放射される信号電波の位相を変化させることができ、ビーム指向性を制御できる。 From the above results, the oscillation phase control method of the one-dimensional oscillator array according to the first embodiment of the present invention is the angular velocity displacement Δω (| Δω |> that is out of synchronization with the oscillators at both ends of the one-dimensional oscillator array. Fix to 1). At this time, the oscillation frequencies of the oscillators located at both ends of the one-dimensional oscillator array are fixed out of the range synchronized with the whole. Thereby, the phase of the signal radio wave radiated from each individual antenna can be changed only by adjusting the amplitude (A inj ) of the synchronization signal, and the beam directivity can be controlled.

また、1次元発振器アレーの両端の発振器に対してそれぞれ異なる角周波数の変位を持つ同期信号を与えるときに、その変位の向きを変えることによりビームの向きを調節できる。さらに、同期信号の振幅を変化させることにより、発振器間の位相差、すなわちビームの指向性を制御することができる。   Further, when synchronizing signals having different angular frequency displacements are given to the oscillators at both ends of the one-dimensional oscillator array, the direction of the beam can be adjusted by changing the direction of the displacement. Further, by changing the amplitude of the synchronization signal, the phase difference between the oscillators, that is, the directivity of the beam can be controlled.

以下、式(5)〜(7)を用い、本発明による1次元発振器アレーの発振位相制御装置の動作について計算機シミュレーションを行った結果(図4〜図6)について説明する。   Hereinafter, the results (FIGS. 4 to 6) of the computer simulation of the operation of the oscillation phase control device of the one-dimensional oscillator array according to the present invention will be described using equations (5) to (7).

始めに、この計算機シミュレーションを行う理由について説明する。前述したように、式(5)、式(6)及び式(7)は、数学的に等価であると記述している。しかし、本実施形態の1次元発振器アレーの発振位相制御装置の動作を示す理論式(5)を式(6)に変形する際、特殊な数学的近似を用いている。また、式(6)から式(7)に変形する際においても、本実施形態の1次元発振器アレーの発振位相制御装置が定常状態であり、かつ、この発振位相制御装置を構成する全ての発振器の隣接する発振器との位相差は、常に一定であるという仮定を基に式変形を行っている。そのため、式(5)、式(6)及び式(7)それぞれの計算機シミュレーションの結果について比較を行い、式(6)と本実施形態の1次元発振器アレーの発振位相制御装置の動作を示す理論式(5)の数学的等価の程度、また、式(5)から得られた式(6)の信頼性を検証する必要がある。   First, the reason for performing this computer simulation will be described. As described above, Expression (5), Expression (6), and Expression (7) are described as being mathematically equivalent. However, a special mathematical approximation is used when transforming the theoretical formula (5) showing the operation of the oscillation phase control device of the one-dimensional oscillator array of this embodiment into the formula (6). Further, even when the equation (6) is transformed to the equation (7), the oscillation phase control device of the one-dimensional oscillator array of the present embodiment is in a steady state, and all the oscillators constituting this oscillation phase control device The equation is modified based on the assumption that the phase difference between the adjacent oscillators is always constant. Therefore, the results of the computer simulations of the equations (5), (6) and (7) are compared, and the theory showing the operation of the oscillation phase control device of the one-dimensional oscillator array of the present embodiment and the equation (6). It is necessary to verify the degree of mathematical equivalence of equation (5) and the reliability of equation (6) obtained from equation (5).

それとともに、従来技術(2)(図8〜図10参照)を用いた計算機シミュレーションも行い、従来技術(2)と提案方式の差を明確にする。また、本実施形態の1次元発振器アレーの発振位相制御装置において同期信号の振幅の変化に対する位相差Δφ(ビーム指向性)の変化割合を調査して、実用性の検証を行う。   At the same time, a computer simulation using the prior art (2) (see FIGS. 8 to 10) is also performed to clarify the difference between the prior art (2) and the proposed method. Further, in the oscillation phase control device of the one-dimensional oscillator array of the present embodiment, the change rate of the phase difference Δφ (beam directivity) with respect to the change of the amplitude of the synchronization signal is investigated to verify the practicality.

図4(a),(b)は、25個(N=25)の発振器で構成した1次元発振器アレー内での発振位相差の分布を示したグラフであり、縦軸は対象発振器と隣接する発振器との位相差を表し、横軸は対象発振器の番号(1〜25番)を示している。   4A and 4B are graphs showing the distribution of the oscillation phase difference in a one-dimensional oscillator array composed of 25 (N = 25) oscillators, and the vertical axis is adjacent to the target oscillator. The phase difference with the oscillator is represented, and the horizontal axis indicates the number of the target oscillator (1 to 25).

図4(a)は、従来技術(2)で得られる式(2)を用いて計算機シミュレーションを行った結果を示している。図4(a)中の右上に示すωは、1次元発振器アレーの各発振器における定常状態前の発振信号の角速度である。したがって、Δω/ωは、その値が大きいほど、1次元発振器アレーの各発振器における定常状態前の発振信号の角速度と実際に注入される同期信号の角速度との変位量が大きいことを表している。この例では簡単のため、ω=1と仮定している。Δω/ωの値が0.3,0.5,1.0の場合のシミュレーション結果を、データ点「●」を基に描画した位相差特性31、データ点「×」を基に描画した位相差特性32、データ点「*」を基に描画した位相差特性33で示す。 FIG. 4A shows the result of computer simulation using the equation (2) obtained by the prior art (2). Ω m shown at the upper right in FIG. 4A is the angular velocity of the oscillation signal before the steady state in each oscillator of the one-dimensional oscillator array. Therefore, Δω / ω m indicates that the larger the value, the larger the displacement between the angular velocity of the oscillation signal before the steady state and the angular velocity of the synchronization signal actually injected in each oscillator of the one-dimensional oscillator array. Yes. In this example, it is assumed that ω m = 1 for simplicity. The simulation result when the value of [Delta] [omega / omega m of 0.3,0.5,1.0, the phase difference characteristic 31 drawn based on the data points "●", and the drawing data points "×" based on A phase difference characteristic 32 and a phase difference characteristic 33 drawn based on the data point “*” are shown.

図4(a)に示す従来技術(2)において特徴的なのは、0番目〜25番目まで全ての発振器において、隣接する発振器と変位量にかかわらず常に同じ位相差を示していることである。また、1次元発振器アレーの両端に位置する発振器とその内方の発振器との発振周波数の差を大きくすればするほど、隣接する発振器との位相差が大きくなることが確認できる。   A feature of the prior art (2) shown in FIG. 4A is that all the oscillators from the 0th to the 25th always show the same phase difference regardless of the displacement amount with the adjacent oscillators. It can also be confirmed that the phase difference between the adjacent oscillators increases as the difference in oscillation frequency between the oscillators located at both ends of the one-dimensional oscillator array and the internal oscillators increases.

図4(b)は、本発明による1次元発振器アレーの発振位相制御装置の各発振器の動作について示した式(5)を用いて計算機シミュレーションを行った結果を示しており、Δω/ωの値が5.0のときに得られるデータ点をプロットしている。データ点「*」は、任意の瞬間の位相差を取得する作業(スナップショット)を5000回実施してその平均値をとったものである。実線で示した位相差特性34はデータ点の最小位相差を示し、破線で示した位相差特性35はデータ点の最大位相差を示している。 FIG. 4B shows the result of the computer simulation using the equation (5) showing the operation of each oscillator of the oscillation phase control device of the one-dimensional oscillator array according to the present invention, where Δω / ω m The data points obtained when the value is 5.0 are plotted. The data point “*” is obtained by performing an operation (snapshot) for obtaining a phase difference at an arbitrary moment 5000 times and taking an average value thereof. A phase difference characteristic 34 indicated by a solid line indicates a minimum phase difference of data points, and a phase difference characteristic 35 indicated by a broken line indicates a maximum phase difference of data points.

この計算機シミュレーションにおいて特徴的なのは、最大位相差と最小位相差の値にほとんど差がない領域(発振器の番号i=2〜24)と、最大位相差と最小位相差の値に差がある領域(発振器の番号i=1,25)が存在することである。つまり、本実施形態の1次元発振器アレーのより中央に位置する2番目〜24番目までの発振器はほぼ定常状態となり発振位相の制御が可能であるが、1次元発振器アレーの両端に位置する1番目及び25番目の発振器は時間により位相差が変動するので、位相差の制御を行うことができないことが確認できる。   What is characteristic in this computer simulation is that there is almost no difference between the maximum phase difference and the minimum phase difference (oscillator number i = 2 to 24), and there is a difference between the maximum phase difference and the minimum phase difference ( The oscillator number i = 1,25) exists. That is, the second to 24th oscillators located in the center of the one-dimensional oscillator array of the present embodiment are almost in a steady state and can control the oscillation phase, but the first one located at both ends of the one-dimensional oscillator array. Since the phase difference of the 25th oscillator varies with time, it can be confirmed that the phase difference cannot be controlled.

また、データ点「*」において、本実施形態の1次元発振器アレーのより中央に位置する2番目〜24番目の発振器から取得した位相差が一定であることからも、2番目〜24番目までの発振器の発振位相の制御が可能である。   In addition, since the phase difference obtained from the second to 24th oscillators located in the center of the one-dimensional oscillator array of the present embodiment is constant at the data point “*”, the second to 24th data points are also present. The oscillation phase of the oscillator can be controlled.

なお、1次元発振器アレーの両端に隣接する2番目及び24番目の発振器は、両端の発振器からの電磁気的な影響を受け位相差が若干変動する。したがって、より正確なビームの指向性の制御を行いたい場合には、1次元発振器アレーを構成する発振器のうち両端とその隣の発振器を除外して、3番目〜23番目の発振器から得られる出力を有効な出力として、アンテナに供給するとよい。   Note that the second and 24th oscillators adjacent to both ends of the one-dimensional oscillator array are slightly affected by electromagnetic influences from the oscillators at both ends and the phase difference slightly varies. Therefore, when it is desired to control the directivity of the beam more accurately, the outputs obtained from the third to 23rd oscillators are excluded by excluding both ends and the adjacent oscillators among the oscillators constituting the one-dimensional oscillator array. May be supplied to the antenna as an effective output.

図5(a),(b)は、本発明による1次元発振器アレーの発振位相制御装置における同期信号の振幅Ainjと位相差Δφの関係を示すグラフであり、縦軸は隣接する発振器との位相差Δφ、横軸は同期信号の正規化した振幅Ainjを表している。「●」、「×」、「■」のデータ点は、それぞれ式(5)、式(6)、式(7)を用いた計算機シミュレーション結果に対応している。 FIGS. 5A and 5B are graphs showing the relationship between the amplitude A inj of the synchronization signal and the phase difference Δφ in the oscillation phase control apparatus of the one-dimensional oscillator array according to the present invention, and the vertical axis represents the relationship between the adjacent oscillators. The phase difference Δφ and the horizontal axis represent the normalized amplitude A inj of the synchronization signal. The data points “●”, “x”, and “■” correspond to the computer simulation results using Equation (5), Equation (6), and Equation (7), respectively.

図5(a)は、注入される同期信号の角速度の変位Δω=5.0の場合において、同期信号の振幅Ainjと位相差Δφの関係を示したグラフである。式(5)、式(6)及び式(7)を用いた計算機シミュレーション結果を、データ点「●」、「×」、「■」を基に描画した位相差特性41、位相差特性42及び位相差特性43で示す。この図5(a)において特徴的なのは、計算機シミュレーション用いた式に関わらず、発振器間の位相差Δφと同期信号の振幅Ainjは、常にほぼ等しい関係性を持つという点である。また、同期信号の振幅Ainjを例えば0から3の間で変化させるだけで、位相差Δφを0radから約1.2radの間で制御できることが確認できる。 FIG. 5A is a graph showing the relationship between the amplitude A inj of the synchronization signal and the phase difference Δφ when the angular velocity displacement Δω = 5.0 of the synchronization signal to be injected. A phase difference characteristic 41, a phase difference characteristic 42, and a phase difference characteristic 42 in which the computer simulation results using the expressions (5), (6), and (7) are drawn based on the data points “●”, “×”, and “■”. A phase difference characteristic 43 is shown. A characteristic feature of FIG. 5A is that the phase difference Δφ between the oscillators and the amplitude A inj of the synchronization signal always have a substantially equal relationship regardless of the equation used in the computer simulation. Further, it can be confirmed that the phase difference Δφ can be controlled between 0 rad and about 1.2 rad only by changing the amplitude A inj of the synchronization signal between 0 and 3, for example.

図5(b)は、注入される同期信号の角速度の変位Δω=10.0の場合において、同期信号の振幅Ainjとも位相差Δφの関係を示したグラフである。式(5)、式(6)及び式(7)を用いた計算機シミュレーション結果を、データ点「●」、「×」、「■」を基に描画した位相差特性44、位相差特性45及び位相差特性46で示す。図5(a)と同様、計算機シミュレーションに用いた式に関わらず、発振器間の位相差Δφと同期信号の振幅Ainjは、常にほぼ等しい関係性を持つという特徴が確認できる。また、同期信号の振幅Ainjを0から4.5の間で変化させると、位相差Δφは0radから約1.2radの間で制御できることが確認できる。 FIG. 5B is a graph showing the relationship between the amplitude A inj of the synchronization signal and the phase difference Δφ when the angular velocity displacement Δω = 10.0 of the injected synchronization signal. A phase difference characteristic 44, a phase difference characteristic 45, and a phase difference characteristic 45 in which the computer simulation results using the expressions (5), (6), and (7) are drawn based on the data points “●”, “×”, and “■”. This is indicated by the phase difference characteristic 46. Similar to FIG. 5A, regardless of the equation used for the computer simulation, it can be confirmed that the phase difference Δφ between the oscillators and the amplitude A inj of the synchronization signal always have substantially the same relationship. Further, when the amplitude A inj of the synchronization signal is changed between 0 and 4.5, it can be confirmed that the phase difference Δφ can be controlled between 0 rad and about 1.2 rad.

図5(a),(b)に示すグラフより、位相差Δφを変化させる際、角速度の変位Δωの値を大きく設定するほど、同期信号の振幅Ainjも大きく変化させなければならないことがわかる。すなわち、角速度の変位Δωの値を大きく設定すれば、より精密な発振位相の制御が実現可能になることが理解できる。また、角速度の変位Δωの値を小さく設定すると、同期信号の振幅Ainjの大きさを少し変化させるだけで、位相差Δφが変化することも確認された。位相差Δφを細かく変化させてビームの指向性等を制御したい場合には角速度の変位Δωの値を大きくし、同じ振幅の同期信号を用いて位相差Δφを大きく変化させてビームの指向性等を制御したい場合には角速度の変位Δωの値を小さくするなど、使用目的に応じて、適宜、角速度の変位Δωの値を設定してやればよい。 From the graphs shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), it is understood that when the phase difference Δφ is changed, the amplitude A inj of the synchronization signal must be changed more greatly as the value of the angular velocity displacement Δω is set larger. . That is, it can be understood that if the value of the angular velocity displacement Δω is set large, more precise control of the oscillation phase can be realized. It was also confirmed that when the value of the angular velocity displacement Δω is set to be small, the phase difference Δφ changes only by slightly changing the magnitude of the amplitude A inj of the synchronization signal. If you want to control the directivity of the beam by finely changing the phase difference Δφ, increase the value of the displacement Δω of the angular velocity, and change the phase difference Δφ greatly using the synchronization signal of the same amplitude. If it is desired to control the angular velocity, the value of the angular velocity displacement Δω may be set appropriately according to the purpose of use, for example, by reducing the value of the angular velocity displacement Δω.

また、図5(a),(b)より、本実施形態に係る1次元発振器アレーの動作を示す理論式(5)、該式(5)の近似を行った式(6)及び該式(6)から直接求めた式(7)の各々における計算機シミュレーションの結果は、ほぼ同様の傾向があることが確認できた。   5A and 5B, the theoretical formula (5) showing the operation of the one-dimensional oscillator array according to the present embodiment, the formula (6) obtained by approximating the formula (5), and the formula ( It was confirmed that the result of the computer simulation in each of the formulas (7) obtained directly from 6) has almost the same tendency.

さらに、図5(a)の位相差特性41〜43間の差異と、図5(b)の位相差特性44〜46間の差異を比較すると、図5(b)の方が小さい。したがって、角速度の変位Δωの値を大きく設定すると、近似により求めた式(6)及び式(7)の近似度が向上すると言える。   Furthermore, when the difference between the phase difference characteristics 41 to 43 in FIG. 5A and the difference between the phase difference characteristics 44 to 46 in FIG. 5B are compared, FIG. 5B is smaller. Therefore, it can be said that when the value of the angular velocity displacement Δω is set large, the degree of approximation of the equations (6) and (7) obtained by approximation is improved.

ところで、式(5)、式(6)及び式(7)を用いた計算機シミュレーション結果が完全には一致しなかった理由としては、上述したように、式(5)から式(6)あるいは式(7)へ変形した際、数学的近似を使用したためであると考えられる。しかし、上記計算機シミュレーション結果の変動の特性(傾向)は一致しているので、式(5)、式(6)及び式(7)は、数学的に等価であることが理解できる。すなわち、本実施形態の1次元発振器アレーの発振位相制御装置が定常状態にあるときの各発振器間の位相差は、式(7)で表されることが確認された。つまり、本実施形態の1次元発振器アレーの発振位相制御装置は、同期はずれとなる角速度を持つ同期信号を用いて発振器間の発振位相差の制御が行える、ということが実証された。   By the way, the reason why the computer simulation results using the formulas (5), (6), and (7) do not completely match is that, as described above, the formulas (5) to (6) or It is thought that this is because mathematical approximation was used when transforming to (7). However, since the fluctuation characteristics (trends) of the computer simulation results coincide, it can be understood that the equations (5), (6), and (7) are mathematically equivalent. In other words, it was confirmed that the phase difference between the oscillators when the oscillation phase control device of the one-dimensional oscillator array of the present embodiment is in a steady state is expressed by Expression (7). That is, it has been proved that the oscillation phase control device of the one-dimensional oscillator array of the present embodiment can control the oscillation phase difference between the oscillators using a synchronization signal having an angular velocity that is out of synchronization.

また、図4及び図5の計算機シミュレーション結果より、1次元発振器アレーの発振位相制御装置は、少なくとも発振器アレー端の発振器を除き、精度の高い発振位相の制御が行える。さらに、その隣の発振器を除いた場合、より精度の高い発振位相の制御が実現可能である。   4 and FIG. 5, the oscillation phase control device of the one-dimensional oscillator array can control the oscillation phase with high accuracy except at least the oscillator at the end of the oscillator array. Furthermore, when the adjacent oscillator is removed, the oscillation phase can be controlled with higher accuracy.

図6(a),(b)は、本発明の発振位相制御方式及び従来技術におけるノイズ耐性を示すグラフである。縦軸は対象発振器と隣接する発振器との位相差、横軸は発振器の番号(1〜25番)を表している。図6(a)は、本発明の発振位相制御方式のノイズ耐性、図6(b)は従来技術(2)のノイズ耐性を示す。   6 (a) and 6 (b) are graphs showing noise resistance in the oscillation phase control system of the present invention and the prior art. The vertical axis represents the phase difference between the target oscillator and the adjacent oscillator, and the horizontal axis represents the oscillator number (1 to 25). FIG. 6A shows noise resistance of the oscillation phase control method of the present invention, and FIG. 6B shows noise resistance of the conventional technique (2).

前述したように、本発明の1次元発振器アレーの発振位相制御装置は、1次元発振器アレーの各両端の2個の発振器の発振位相が安定しないことが確認できている。そのため、本発明の発振位相制御方式と従来技術(2)のどちらがノイズに耐性を持つか調査するために、特に3〜22番目の発振器に注目して比較を行うことが望ましい。   As described above, it has been confirmed that the oscillation phase control apparatus for the one-dimensional oscillator array of the present invention does not stabilize the oscillation phases of the two oscillators at both ends of the one-dimensional oscillator array. Therefore, in order to investigate which of the oscillation phase control method of the present invention and the prior art (2) is resistant to noise, it is desirable to make a comparison with particular attention to the 3rd to 22nd oscillators.

図6(a)のグラフにプロットされているデータ点は、図4(b)と同一の条件下で各発振器にホワイトノイズを付加したときの計算機シミュレーション結果を示す。この例では、各発振器の発振信号のレンジを1としたとき、ホワイトノイズのレンジを±0.2として計算した。データ点「*」は、各発振器においてスナップショットを5000回実施した後の位相差の平均値をプロットしたものである。図6(a)に示すように、定常状態の各発振器において、データ点「*」が最小位相差特性51と最大位相差特性52の間の狭い範囲内に収まっている。   The data points plotted in the graph of FIG. 6A indicate the computer simulation results when white noise is added to each oscillator under the same conditions as in FIG. In this example, assuming that the range of the oscillation signal of each oscillator is 1, the white noise range is calculated as ± 0.2. The data point “*” is a plot of the average value of the phase difference after 5000 snapshots of each oscillator. As shown in FIG. 6A, in each oscillator in the steady state, the data point “*” is within a narrow range between the minimum phase difference characteristic 51 and the maximum phase difference characteristic 52.

図6(b)のグラフにプロットされているデータ点は、図4(a)でΔω=0.7とした条件下で各発振器にホワイトノイズを付加したときの計算機シミュレーション結果を示す。上記と同様、各発振器の発振信号のレンジを1としたとき、ホワイトノイズのレンジを±0.2として計算した。データ点「*」は、各発振器においてスナップショットを5000回実施した後の位相差の平均値をプロットしたものである。図6(a)に示すように、定常状態の各発振器において、データ点「*」が最小位相差特性53と最大位相差特性54の間の狭い範囲内に収まっている。   The data points plotted in the graph of FIG. 6B show the computer simulation results when white noise is added to each oscillator under the condition of Δω = 0.7 in FIG. Similarly to the above, when the range of the oscillation signal of each oscillator is 1, the calculation is performed assuming that the white noise range is ± 0.2. The data point “*” is a plot of the average value of the phase difference after 5000 snapshots of each oscillator. As shown in FIG. 6A, in each oscillator in the steady state, the data point “*” is within a narrow range between the minimum phase difference characteristic 53 and the maximum phase difference characteristic 54.

上記比較の結果より、本実施形態の1次元発振器アレーの発振位相制御装置は従来技術(2)と比べて、最小位相差特性と最大位相差特性との位相差が小さく、同等もしくは若干優れたノイズ耐性を持つことが確認できる。   As a result of the above comparison, the oscillation phase control device of the one-dimensional oscillator array of the present embodiment has a smaller phase difference between the minimum phase difference characteristic and the maximum phase difference characteristic than the prior art (2), and is equivalent or slightly superior. It can be confirmed that it has noise resistance.

以上説明したように本実施形態の1次元発振器アレーの発振位相制御装置は、1次元発振器アレーの両端に位置する発振器1A及び発振器1Bに注入する同期信号の振幅により(式(7)参照)、従来技術(2)より高精度かつ容易に、隣接した発振器との位相差を制御できる。このとき、1次元発振器アレーの両端に位置する発振器が同期はずれとなるように、発振器アレーの両端に位置する発振器に同期信号を送信する発振器3A及び発振器3Bの発振周波数を適当に設定すればよい。その結果として、従来技術(2)のような緻密な周波数設定が要求されない。また、同期信号として、正弦波のみならず、パルス波及び矩形波等も使用可能であるので、従来技術(2)より柔軟な発振位相制御が実現可能である。   As described above, the oscillation phase control device of the one-dimensional oscillator array of this embodiment is based on the amplitudes of the synchronization signals injected into the oscillator 1A and the oscillator 1B located at both ends of the one-dimensional oscillator array (see Expression (7)). The phase difference between adjacent oscillators can be controlled with higher accuracy and easier than in the prior art (2). At this time, the oscillation frequencies of the oscillator 3A and the oscillator 3B for transmitting a synchronization signal to the oscillators located at both ends of the oscillator array may be appropriately set so that the oscillators located at both ends of the one-dimensional oscillator array are out of synchronization. . As a result, precise frequency setting as in the prior art (2) is not required. Further, since not only a sine wave but also a pulse wave and a rectangular wave can be used as the synchronization signal, it is possible to realize a more flexible oscillation phase control than the conventional technique (2).

次に、本発明の第2の実施形態の例について説明する。本発明による発振器アレーの発振位相制御方法は、発振器アレーの構成として、1次元発振器アレーだけではなく2次元発振器アレーにも適用可能である。   Next, an example of the second embodiment of the present invention will be described. The oscillation phase control method of the oscillator array according to the present invention can be applied not only to a one-dimensional oscillator array but also to a two-dimensional oscillator array as a configuration of the oscillator array.

以下、図7を参照して2次元発振器アレーの発振位相制御装置について説明を行う。図7は、本発明の2次元発振器アレーの発振位相制御装置の構成及び動作の一例を示した図である。図7に示すように、本実施形態の2次元発振器アレーの発振位相制御装置は、所定周波数の発振信号を生成する複数の発振器1を2次元的に配列して隣接する発振器を接続した構成である。説明の便宜上、2次元発振器アレーの4角の発振器に1A,1B,1C,1Dの符号を付す。また、この2次元発振器アレーの発振位相制御装置は、4角の発振器1A、発振器1B、発振器1C及び発振器1Dに対して、同期信号を注入するための発振器3A、発振器3B、発振器3C及び発振器3Dを備える。これら4角の発振器1A〜1Dと同期信号注入用の発振器3A〜3Dの間に、可変増幅器4A〜4Dが接続される。ただし、図7に示した2次元発振器アレーの発振器の中で、符号を付していない発振器は発振器1と同一構造である。また、図示していないが2次元発振器アレーを構成する各発振器は、図1に示したアンテナ2が各々接続されている。   Hereinafter, the oscillation phase control apparatus of the two-dimensional oscillator array will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram showing an example of the configuration and operation of the oscillation phase control device of the two-dimensional oscillator array of the present invention. As shown in FIG. 7, the oscillation phase control device of the two-dimensional oscillator array of this embodiment has a configuration in which a plurality of oscillators 1 that generate oscillation signals of a predetermined frequency are arranged two-dimensionally and adjacent oscillators are connected. is there. For convenience of explanation, reference numerals 1A, 1B, 1C, and 1D are given to the four-dimensional oscillators of the two-dimensional oscillator array. Further, the oscillation phase control device of this two-dimensional oscillator array includes an oscillator 3A, an oscillator 3B, an oscillator 3C, and an oscillator 3D for injecting a synchronization signal into the square oscillator 1A, the oscillator 1B, the oscillator 1C, and the oscillator 1D. Is provided. The variable amplifiers 4A to 4D are connected between the four square oscillators 1A to 1D and the oscillators 3A to 3D for injecting synchronization signals. However, among the oscillators of the two-dimensional oscillator array shown in FIG. Further, although not shown, each oscillator constituting the two-dimensional oscillator array is connected to the antenna 2 shown in FIG.

なお、図7に示す本実施形態の2次元発振器アレーは、25個の発振器1を使用して5×5のマトリクス状に配列した例としているが、使用する発振器の個数、マトリクス構成はこの例に限られない。   Note that the two-dimensional oscillator array of this embodiment shown in FIG. 7 is an example in which 25 oscillators 1 are used and arranged in a 5 × 5 matrix, but the number of oscillators used and the matrix configuration are shown in this example. Not limited to.

次に、図7に示した2次元発振器アレーの発振位相制御装置の動作について説明する。まず、2次元発振器アレーを構成する発振器(1,1A,1B,1C,1D)の発振周波数を、一例として全て10GHzに設定する。また、2次元発振器アレーの4角の発振器1A〜1Dを同期はずれの状態にするために、同期信号を出力する発振器3A〜3Dから出力する同期信号の発振周波数をそれぞれ、例えば10GHz、8GHz、10GHz及び12GHzに設定する。そして、適切に設定された可変増幅器4A〜4Dを介して、発振器3A〜3Dから2次元発振器アレーの4角の発振器1A〜1Dのそれぞれに対して、図1の場合と同様に、同期信号Ainjsin(Ω±Δω)t[|Δω|>1)]を各々注入する。 Next, the operation of the oscillation phase control device of the two-dimensional oscillator array shown in FIG. 7 will be described. First, the oscillation frequencies of the oscillators (1, 1A, 1B, 1C, 1D) constituting the two-dimensional oscillator array are all set to 10 GHz as an example. Further, in order to put the four-dimensional oscillators 1A to 1D of the two-dimensional oscillator array out of synchronization, the oscillation frequencies of the synchronization signals output from the oscillators 3A to 3D that output the synchronization signals are, for example, 10 GHz, 8 GHz, and 10 GHz, respectively. And 12 GHz. Then, similarly to the case of FIG. 1, the synchronizing signal A is supplied to each of the four-phase oscillators 1A to 1D of the two-dimensional oscillator array from the oscillators 3A to 3D via the appropriately set variable amplifiers 4A to 4D. inj sin (Ω ± Δω) t [| Δω |> 1)] is injected.

その後、定常状態において、2次元発振器アレーの4角に位置する発振器1A〜1Dの発振周波数が低い方から高い方へ向かって発振位相勾配が形成される。例えば、図7において、発振器1Aより発振器1Bの方が発振位相は低くなる。また、発振器1Aより発振器1Dの方が発振位相は高くなる。   Thereafter, in a steady state, an oscillation phase gradient is formed from the lower one to the higher oscillation frequency of the oscillators 1A to 1D located at the four corners of the two-dimensional oscillator array. For example, in FIG. 7, the oscillation phase of the oscillator 1B is lower than that of the oscillator 1A. In addition, the oscillation phase of the oscillator 1D is higher than that of the oscillator 1A.

ただし、注入する同期信号の振幅Ainjの大きさにより、1次元発振器アレーの発振位相制御装置の場合と同様にこの勾配は変動する。本実施形態の2次元発振器アレーを構成する発振器の発振位相に関して、図7に示す発振位相特性61,62のように、2次元発振器アレーの中に一定勾配を持つ領域が存在することが確認できる。このことは、本実施形態の2次元発振器アレーの発振位相制御装置においても、時間変化によって発振器間の位相差が変動しないこと意味しており、同期信号の振幅Ainjの大きさを変化させることで、位相差の制御が可能である。 However, this gradient varies depending on the magnitude of the amplitude A inj of the synchronizing signal to be injected, as in the case of the oscillation phase control device of the one-dimensional oscillator array. Regarding the oscillation phase of the oscillators constituting the two-dimensional oscillator array of the present embodiment, it can be confirmed that there is a region having a constant gradient in the two-dimensional oscillator array as in the oscillation phase characteristics 61 and 62 shown in FIG. . This means that even in the oscillation phase control device of the two-dimensional oscillator array of the present embodiment, the phase difference between the oscillators does not vary with time, and the magnitude of the amplitude A inj of the synchronization signal is changed. Thus, the phase difference can be controlled.

さらに、この2次元発振アレーの発振位相制御装置値をアンテナシステムに適用した場合、そのビームの等位相面は2次元平面で表される。この2次元平面の向きを変化させることにより、ビームの指向性などを制御することが可能である。ビームの方向は2次元の等位相面に垂直な方向であって、同期信号の振幅を変化させることにより、その方向を自由に変化させることができる。例えば、図7の例の場合、同期信号注入前のビームは2次元発振器アレーの真上であるが、同期信号注入後の定常状態のとき発振器1Aと発振器1Cを結んだ直線を回転軸として発振器1B側に移動する。   Further, when the oscillation phase control device value of this two-dimensional oscillation array is applied to the antenna system, the equiphase surface of the beam is represented by a two-dimensional plane. By changing the direction of the two-dimensional plane, the directivity of the beam can be controlled. The direction of the beam is a direction perpendicular to the two-dimensional equiphase plane, and the direction can be freely changed by changing the amplitude of the synchronization signal. For example, in the case of the example of FIG. 7, the beam before the synchronization signal injection is directly above the two-dimensional oscillator array, but in the steady state after the synchronization signal injection, the oscillator is connected to the straight line connecting the oscillator 1A and the oscillator 1C. Move to the 1B side.

このように、本発明による発振器アレーの発振位相制御方法が対象とする発振器アレーとしては、1次元発振器アレーのみならず、2次元発振器アレーにも適用できる。その制御方法は、少なくとも2次元発振器アレーの4角に位置する発振器に同期信号を注入するだけで実現できる。その他、2次元発振器アレーの発振位相制御装置は、前述した1次元発振器アレーの発振位相制御装置と同様の作用・効果を奏する。   Thus, the oscillator array targeted by the oscillation phase control method of the oscillator array according to the present invention can be applied not only to a one-dimensional oscillator array but also to a two-dimensional oscillator array. The control method can be realized only by injecting a synchronizing signal into oscillators positioned at four corners of at least a two-dimensional oscillator array. In addition, the oscillation phase control device of the two-dimensional oscillator array has the same operations and effects as the oscillation phase control device of the one-dimensional oscillator array described above.

なお、上述した実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、上述の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。例えば、以上の説明で挙げた使用材料及びその量、処理時間及び寸法などの数値的条件は好適例に過ぎず、説明に用いた各図における寸法形状及び配置関係も概略的なものである。   The above-described embodiment is a preferred specific example of the present invention, and thus various technically preferable limitations are given. However, the scope of the present invention particularly limits the present invention in the above description. Unless stated to the effect, the present invention is not limited to these forms. For example, the materials used and the numerical conditions such as the amount, processing time, and dimensions mentioned in the above description are only suitable examples, and the dimensions and shapes and arrangement relationships in the drawings used for the description are also schematic.

また、上述した実施の形態においては、本発明の発振器アレーの発振位相制御装置をアンテナシステム(例えば、ミリ波またはミリ波以上のビーム走査回路)に適用した例を説明したが、その他、ロボテクスにおける運動パターンジェネレータなどにも適用できる。   In the above-described embodiment, the example in which the oscillation phase control device of the oscillator array of the present invention is applied to an antenna system (for example, a millimeter wave or a millimeter wave or more beam scanning circuit) has been described. It can also be applied to motion pattern generators.

本発明の第1の実施形態に係る1次元発振器アレーの発振位相制御装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the oscillation phase control apparatus of the one-dimensional oscillator array which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る1次元発振器アレーの発振位相制御装置の構成要素の等価回路例を示す図であり、(a)は発振器、(b)は発振器間の結合を示す。It is a figure which shows the example of an equivalent circuit of the component of the oscillation phase control apparatus of the one-dimensional oscillator array which concerns on the 1st Embodiment of this invention, (a) is an oscillator, (b) shows the coupling between oscillators. 本発明の第1の実施形態に係る1次元発振器アレーの発振位相制御装置の動作の説明に供する図である。It is a figure where it uses for description of operation | movement of the oscillation phase control apparatus of the one-dimensional oscillator array which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る1次元発振器アレーの発振位相差分布を示したグラフであり、(a)は従来技術、(b)は本発明の方式によるものである。4 is a graph showing an oscillation phase difference distribution of the one-dimensional oscillator array according to the first embodiment of the present invention, where (a) is based on the prior art and (b) is based on the method of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る1次元発振器アレーの発振位相制御装置における外部同期信号の振幅と発振位相差との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the amplitude of an external synchronizing signal, and an oscillation phase difference in the oscillation phase control apparatus of the one-dimensional oscillator array which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る1次元発振器アレーの発振位相差分布のノイズ耐性を示す図である。It is a figure which shows the noise tolerance of the oscillation phase difference distribution of the one-dimensional oscillator array which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る2次元発振器アレーの発振位相制御装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the oscillation phase control apparatus of the two-dimensional oscillator array which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 従来の1次元発振器アレーの発振位相制御装置の指向性制御の説明に供する図である。It is a figure where it uses for description of directivity control of the oscillation phase control apparatus of the conventional one-dimensional oscillator array. 従来方式(2)の1次元発振器アレーの発振位相制御装置の構成図である。It is a block diagram of the oscillation phase control apparatus of the one-dimensional oscillator array of a conventional system (2). 従来の発振器アレーの発振位相制御に係る引き込み領域と同期はずれ領域を示す図である。It is a figure which shows the pull-in area | region and non-synchronization area | region which concern on the oscillation phase control of the conventional oscillator array.

符号の説明Explanation of symbols

1、1A、1B、1C、1D…発振器、2…アンテナ、3A、3B、3C、3D…同期信号注入用の発振器、4A、4B、4C、4D…可変増幅器、11…コンデンサ、12…コイル、13…定抵抗素子、14…非線形抵抗素子、101…発振器、102…アンテナ、103…発振信号、104…等位相面   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1A, 1B, 1C, 1D ... Oscillator, 2 ... Antenna, 3A, 3B, 3C, 3D ... Oscillator for injection of synchronous signal, 4A, 4B, 4C, 4D ... Variable amplifier, 11 ... Capacitor, 12 ... Coil, DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 ... Constant resistance element, 14 ... Nonlinear resistance element, 101 ... Oscillator, 102 ... Antenna, 103 ... Oscillation signal, 104 ... Equiphase phase

Claims (4)

ほぼ同一の所定の発振周波数で発振可能な複数の発振素子を電磁的にアレー状に結合した発振素子アレーと、
前記発振素子アレーの一方の端に位置する発振素子に対して、前記発振周波数より大きく、かつ各発振素子が同期する周波数範囲から外れた周波数の外部同期信号を注入し、また、前記発振素子アレーの他方の端に位置する発振素子に対して、前記発振周波数より小さく、かつ各発振素子が同期する周波数範囲から外れた周波数の外部同期信号を注入する同期信号注入手段と、を有し、
前記発振素子アレーの少なくとも端に位置する前記発振素子を除く複数の発振素子を有効として出力を得る、
ことを特徴とする発振素子アレーの発振位相制御装置。
An oscillation element array in which a plurality of oscillation elements capable of oscillating at substantially the same predetermined oscillation frequency are electromagnetically coupled in an array,
An external synchronization signal having a frequency greater than the oscillation frequency and out of the frequency range in which each oscillation element is synchronized is injected into the oscillation element located at one end of the oscillation element array, and the oscillation element array Synchronization signal injection means for injecting an external synchronization signal having a frequency smaller than the oscillation frequency and out of the frequency range in which each oscillation element is synchronized with respect to the oscillation element located at the other end of
A plurality of oscillating elements excluding the oscillating elements located at least at the end of the oscillating element array are effectively obtained to obtain an output.
An oscillation phase control device for an oscillation element array.
前記発振素子アレーのうち有効とされた複数の発振素子(以下、「有効発振素子」と称す。)の自然角速度をΩ、前記有効発振素子の自然角速度に対する前記発振素子アレー端に位置する発振素子の角速度の変位量を±Δω、前記発振素子アレー端に位置する発振素子に印加される変調信号をAinjsin(Ω±Δω)tとしたとき、隣接する有効発振素子間の位相差Δφが、
Δφ=sin−1(Ainj /2Δω)
で表され、ただし、|Δω|>1に選定する、
ことを特徴とする請求項1に記載の発振素子アレーの発振位相制御装置。
An oscillation element located at the end of the oscillation element array with respect to the natural angular velocity of the effective oscillation element relative to the natural angular velocity of a plurality of effective oscillation elements (hereinafter referred to as “effective oscillation elements”) of the oscillation element array. When the amount of angular velocity displacement is ± Δω and the modulation signal applied to the oscillation element located at the end of the oscillation element array is A inj sin (Ω ± Δω) t, the phase difference Δφ between adjacent effective oscillation elements is ,
Δφ = sin −1 (A inj 2 / 2Δω)
Where | Δω |> 1 is selected.
The oscillation phase control apparatus for an oscillation element array according to claim 1.
前記有効発振素子はそれぞれ個別にアンテナ装置と接続しており、前記有効発振素子の出力に基づいて前記アンテナ装置の指向性を制御する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の発振素子アレーの発振位相制御装置。
The effective oscillation elements are individually connected to the antenna device, and the directivity of the antenna device is controlled based on the output of the effective oscillation element.
3. The oscillation phase control device for an oscillation element array according to claim 1, wherein
複数の発振素子を電磁的にアレー状に結合して発振素子アレーを配し、
各発振素子の発振周波数を所定の周波数に選択し、
前記発振素子アレーの一方の端に位置する発振素子に対して、前記発振周波数より大きく、かつ各発振素子が同期する周波数範囲から外れた周波数の外部同期信号を注入し、
同時に、前記発振素子アレーの他方の端に位置する発振素子に対して、前記発振周波数より小さく、かつ各発振素子が同期する周波数範囲から外れたる周波数の外部同期信号を注入し、
前記発振素子アレーの少なくとも端に位置する発振素子を除く複数の発振素子を有効として出力を得る、
ことを特徴とする発振素子アレーの発振位相制御方法。
A plurality of oscillating elements are electromagnetically coupled in an array to arrange an oscillating element array,
Select the oscillation frequency of each oscillation element to a predetermined frequency,
Injecting an external synchronization signal having a frequency larger than the oscillation frequency and out of the frequency range in which each oscillation element is synchronized, to the oscillation element located at one end of the oscillation element array,
At the same time, for the oscillation element located at the other end of the oscillation element array, an external synchronization signal having a frequency smaller than the oscillation frequency and out of the frequency range in which each oscillation element is synchronized is injected,
A plurality of oscillation elements excluding the oscillation elements located at least at the ends of the oscillation element array are enabled to obtain an output,
An oscillation phase control method for an oscillation element array.
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