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JP4870638B2 - Phased array antenna device - Google Patents
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Description

本発明は、フェーズドアレイアンテナ装置に関し、特に送信アンテナからの電波を受信するアレイ状に配列された複数のアンテナ素子と、各アンテナ素子にそれぞれ接続される移相器と、複数のアンテナ素子を追尾してアンテナ素子に電波を送信する一次放射器と、を有し、各アンテナ素子で受信された電波の位相を各移相器によって制御し、位相が制御された電波を各アンテナ素子から送信するフェーズドアレイアンテナ装置に関する。   The present invention relates to a phased array antenna device, and in particular, tracks a plurality of antenna elements arranged in an array for receiving radio waves from a transmission antenna, a phase shifter connected to each antenna element, and a plurality of antenna elements. A primary radiator that transmits a radio wave to the antenna element, and controls the phase of the radio wave received by each antenna element by each phase shifter and transmits the radio wave whose phase is controlled from each antenna element. The present invention relates to a phased array antenna apparatus.

従来より、レーダ装置や携帯電話の基地局等には、多くのアンテナ素子を平面上又は直線上に配列し、これらのアンテナ素子で送受信するフェーズドアレイアンテナ装置が用いられている。このフェーズドアレイアンテナ装置は、各アンテナ素子で送受信する高周波信号の位相をそれぞれ調整することによりフェーズドアレイアンテナ装置の指向性を可変(ビームステアリング)させるだけでなく、関心のある電波の到来方向の利得を増大させ、それ以外の方向から到来する電波の利得を低下させる処理(トラッキング)を電気的に実行することができることから、アダプティブアレイアンテナとも呼ばれる。   2. Description of the Related Art Conventionally, radar devices, mobile phone base stations, and the like have used a phased array antenna device in which a large number of antenna elements are arranged on a plane or a straight line and transmitted and received by these antenna elements. This phased array antenna device not only changes the directivity of the phased array antenna device (beam steering) by adjusting the phase of the high-frequency signal transmitted and received by each antenna element, but also gains the direction of arrival of the radio wave of interest. Is also called an adaptive array antenna since the process (tracking) for increasing the frequency and reducing the gain of radio waves coming from other directions can be electrically executed.

フェーズドアレイアンテナ装置では、多くのアンテナ素子と、アンテナ素子それぞれに接続される移相器と、を平面上に配置し、それぞれに、電源と、制御信号線と、送受信のための高周波信号を給電する給電線と、を配線している。しかし、送受信する高周波信号が高い周波数になればなるほど、波長が短くなり、アンテナ素子が小さくなることから、回路の集積化と配線の複雑化が問題となる。   In a phased array antenna device, a large number of antenna elements and phase shifters connected to the antenna elements are arranged on a plane, and each is supplied with a power supply, a control signal line, and a high-frequency signal for transmission and reception. And a power supply line to be wired. However, the higher the frequency of the high-frequency signal transmitted and received, the shorter the wavelength and the smaller the antenna element. Therefore, circuit integration and wiring complexity become problems.

このようなフェーズドアレイアンテナ装置において、回路の複雑化の解消を図るために、高周波信号を空間給電により供給することでアンテナ素子の給電線を省いたフェーズドアレイアンテナ装置の技術が特許文献1に開示されている。   In such a phased array antenna apparatus, Patent Document 1 discloses a technique of a phased array antenna apparatus that eliminates the feeding lines of the antenna elements by supplying a high-frequency signal by spatial power feeding in order to eliminate the complexity of the circuit. Has been.

図6は、従来の空間給電によるフェーズドアレイアンテナ装置100の構成を示している。図6のフェーズドアレイアンテナ装置100は、移相器ユニット(110,120,130,140)と、その移相器ユニットに接続された送受信アンテナ素子(111,121,131,141)と、高周波信号を送信する送信機154と、送信機154に接続された送信アンテナ155と、を有している。   FIG. 6 shows a configuration of a conventional phased array antenna apparatus 100 using space feeding. 6 includes a phase shifter unit (110, 120, 130, 140), transmission / reception antenna elements (111, 121, 131, 141) connected to the phase shifter unit, and a high-frequency signal. And a transmitting antenna 155 connected to the transmitter 154.

また、図6の移相器ユニット(#1)110には、デジタル移相器112と、電波を反射する完全反射素子113と、電源153から供給される電源電圧を安定させる電圧安定器115と、制御部152からシリアル通信によって送信される制御信号をデジタル移相器112用のパラレル信号に変換するシリアルパラレル変換器114と、が設けられている。このため、各移相器ユニット(120,130,140)も同様にして電源153と制御部152とに結線されている。   Further, the phase shifter unit (# 1) 110 of FIG. 6 includes a digital phase shifter 112, a perfect reflection element 113 that reflects radio waves, and a voltage stabilizer 115 that stabilizes the power supply voltage supplied from the power supply 153. A serial / parallel converter 114 that converts a control signal transmitted from the control unit 152 by serial communication into a parallel signal for the digital phase shifter 112 is provided. For this reason, each phase shifter unit (120, 130, 140) is similarly connected to the power source 153 and the control unit 152.

図6のフェーズドアレイアンテナ装置100に用いられているデジタル移相器112やシリアルパラレル変換器114等には、制御信号と、電源ラインとが各々必要である。そこで、電源ラインを空間給電とするために、特許文献2には、電気を動力源とする機器に、電波により非接触で給電を行う給電装置に関する技術が開示されている。   The digital phase shifter 112, the serial / parallel converter 114, and the like used in the phased array antenna apparatus 100 of FIG. 6 each require a control signal and a power supply line. Therefore, in order to use space power supply for the power supply line, Patent Document 2 discloses a technology related to a power supply apparatus that supplies power to a device that uses electricity as a power source in a non-contact manner using radio waves.

図8は、従来の電波給電装置200の構成図であり、図8を用いて電波給電装置200の構成と動作を示す。電波給電装置200は、電力を受け取る受電局201と、給電局202と、を有している。給電局202の電力送信手段227は、所定周波数の電波を増幅し、送受信切替え手段222を介してアンテナ221より空間に放射する。この時、アンテナ221は、アンテナビーム制御手段228により受電局201の方向を指向しているものとする。   FIG. 8 is a configuration diagram of a conventional radio wave power supply apparatus 200, and the configuration and operation of the radio wave power supply apparatus 200 will be described with reference to FIG. The radio power feeder 200 has a power receiving station 201 that receives power and a power feeding station 202. The power transmission unit 227 of the power supply station 202 amplifies a radio wave having a predetermined frequency and radiates it from the antenna 221 to the space via the transmission / reception switching unit 222. At this time, it is assumed that the antenna 221 is directed in the direction of the power receiving station 201 by the antenna beam control means 228.

一方、受電局201のアンテナ211で受信された所定周波数の電波は、送受信切替え手段212を介して電力検出手段214に送られ、受信した所定周波数の電波が電力検出手段214の検出閾値を超える場合は、給電局202からの電波と判断し、自己情報送信手段213から受電局201の位置情報を含む自己情報を送信切替え手段212に出力し、出力された自己情報がアンテナ211から給電局202へ送られる。   On the other hand, a radio wave of a predetermined frequency received by the antenna 211 of the power receiving station 201 is sent to the power detection unit 214 via the transmission / reception switching unit 212, and the received radio wave of the predetermined frequency exceeds the detection threshold of the power detection unit 214. Is determined to be a radio wave from the power supply station 202, self-information including the position information of the power receiving station 201 is output from the self-information transmission unit 213 to the transmission switching unit 212, and the output self-information is transmitted from the antenna 211 to the power supply station 202. Sent.

給電局202は、所定周波数の電波を送信後、送受信切替え手段222により受電局201から送信された自己情報を含む電波を受信手段233により受信する。次に、目標検出手段224は、受信した電波の中から目標とする受電局201の信号を検出し、その信号を目標情報解読手段225に出力する。目標情報解読手段225は、目標とする受電局201の自己情報を解読し、その位置情報から目標の距離と指向角度を求め、距離に合わせた出力を電力制御手段に指示し、指向角度をアンテナビーム制御手段228に指示する。この後も、受電局201が自己情報を送信している限り、一定間隔で同様の動作を繰り返すことになる。   The power feeding station 202 receives a radio wave including self-information transmitted from the power receiving station 201 by the transmission / reception switching unit 222 after transmitting the radio wave of a predetermined frequency by the receiving unit 233. Next, the target detection unit 224 detects the target signal of the power receiving station 201 from the received radio wave and outputs the signal to the target information decoding unit 225. The target information decoding means 225 decodes the self-information of the target power receiving station 201, obtains the target distance and directivity angle from the position information, instructs the power control means to output in accordance with the distance, and sets the directivity angle to the antenna. The beam control means 228 is instructed. Thereafter, as long as the power receiving station 201 transmits the self information, the same operation is repeated at a constant interval.

特開平11−17434号公報(図5)Japanese Patent Laid-Open No. 11-17434 (FIG. 5) 特開平8−130840号公報JP-A-8-130840

上述した技術を用いることにより、アンテナ素子の回路から高周波信号の給電線と、電源線と、を省略することが可能となるが、回路への電源供給や位相を制御するための制御信号線はアンテナ素子の数だけ必要であり、配線及び装置の更なる小型化は難しい。   By using the above-described technique, it is possible to omit the high-frequency signal power supply line and the power supply line from the antenna element circuit, but the control signal line for controlling the power supply and phase to the circuit is The number of antenna elements is necessary, and it is difficult to further reduce the size of wiring and devices.

そこで、本発明は、フェーズドアレイアンテナ装置の回路における複雑化の解消を図ることができるフェーズドアレイアンテナ装置を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a phased array antenna device that can eliminate the complexity of the circuit of the phased array antenna device.

以上のような目的を達成するために、本発明に係るフェーズドアレイアンテナ装置は、送信アンテナからの電波を受信するアレイ状に配列された複数のアンテナ素子と、各アンテナ素子にそれぞれ接続される移相器と、複数のアンテナ素子に電波を送信する一次放射器と、を有し、各アンテナ素子で受信された電波の位相を各移相器によって制御し、位相が制御された電波を各アンテナ素子から送信するフェーズドアレイアンテナ装置において、一次放射器は、各アンテナ素子の相対位相を制御する移相制御信号が変調された電波を送信し、アンテナ素子と移相器とを一体化したアンテナモジュールは、アンテナ素子で受信した電波を分配する分配器と、分配された電波から移相制御信号を復調する復調器と、分配された電波から電源電力を取得する電源取得器と、を有し、電源取得器からの電源で駆動されることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a phased array antenna apparatus according to the present invention includes a plurality of antenna elements arranged in an array for receiving radio waves from a transmitting antenna, and a transfer element connected to each antenna element. A phase shifter and a primary radiator that transmits radio waves to a plurality of antenna elements, the phase of the radio waves received by each antenna element is controlled by each phase shifter, and the radio waves whose phases are controlled are In a phased array antenna apparatus that transmits from an element, a primary radiator transmits an electric wave modulated by a phase shift control signal that controls the relative phase of each antenna element, and an antenna module in which the antenna element and the phase shifter are integrated Is a distributor that distributes radio waves received by an antenna element, a demodulator that demodulates a phase shift control signal from the distributed radio waves, and power supply power from the distributed radio waves. It has a power acquisition unit for Tokusuru, and characterized in that it is driven by the power from the power acquisition unit.

また、本発明に係るフェーズドアレイアンテナ装置において、各移相器は、復調器で復調された移相制御信号により、それぞれ制御されることを特徴とする。   In the phased array antenna apparatus according to the present invention, each phase shifter is controlled by a phase shift control signal demodulated by the demodulator.

また、本発明に係るフェーズドアレイアンテナ装置において、さらに、移相器は、消費電力の少ないMEMSスイッチを用いたMEMS移相器であることを特徴とする。   In the phased array antenna device according to the present invention, the phase shifter is a MEMS phase shifter using a MEMS switch with low power consumption.

また、本発明に係るフェーズドアレイアンテナ装置において、さらに、移相器は、反射型移相器又は透過型移相器であることを特徴とする。   In the phased array antenna device according to the present invention, the phase shifter is a reflection type phase shifter or a transmission type phase shifter.

本発明を用いることにより、フェーズドアレイアンテナ装置の回路及び配線における複雑化の解消を図り、小型化及び低コスト化を実現できるという効果がある。   By using the present invention, it is possible to eliminate the complexity of the circuit and wiring of the phased array antenna device, and to achieve downsizing and cost reduction.

以下、本発明を実施するための最良の形態(以下実施形態という)を、図面に従って説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as an embodiment) will be described with reference to the drawings.

図1は、本実施形態におけるフェーズドアレイアンテナ装置1の構成を示している。本実施形態で特徴的な第1の事項は、ビームステアリングして送信される高周波信号を空間給電するだけでなく、ビームステアリングに必要な各移相ユニット毎の位相情報と、各移相器を駆動する電源電力までも空間給電によりパッシブ移相器パネル70に供給することである。また、電源電力を空間給電とするために、電力消費の小さいデジタル移相器(MEMS移相器12)を用いた。   FIG. 1 shows a configuration of a phased array antenna apparatus 1 in the present embodiment. A first feature characteristic of the present embodiment is not only to spatially feed a high-frequency signal transmitted by beam steering, but also to provide phase information for each phase shift unit necessary for beam steering and each phase shifter. The power supply power to be driven is supplied to the passive phase shifter panel 70 by space power feeding. In addition, a digital phase shifter (MEMS phase shifter 12) with low power consumption was used in order to use the power supply power as space power supply.

図1のフェーズドアレイアンテナ装置1は、大きく分けて一次放射機60と、複数のパッシブ移相器パネル70と、の2つで構成されている。ここで一次放射機60は、制御部62と、変調器63と、送信部61と、合成器64と、ビーム制御器66と、受信機67と、レーダ処理部68と、を有している。   The phased array antenna device 1 of FIG. 1 is roughly composed of two parts, a primary radiator 60 and a plurality of passive phase shifter panels 70. Here, the primary radiator 60 includes a controller 62, a modulator 63, a transmitter 61, a combiner 64, a beam controller 66, a receiver 67, and a radar processor 68. .

一次放射機60は、送信部61で発生させた送信信号を合成器64に出力すると共に、制御部62が出力したビームステアリングするための位相情報(相対位相)を変調器63で変調した後に合成器64に出力する。合成器64で合成された送信信号は、送信アンテナ65から送信され、送受信アンテナ素子(19,29,39,49)で受信される。なお、説明の都合上、複数の移相器ユニットのうち移相器ユニット(#1)10を例にして示す。   The primary radiator 60 outputs the transmission signal generated by the transmission unit 61 to the synthesizer 64, and combines the phase information (relative phase) for beam steering output from the control unit 62 after modulating it by the modulator 63. Output to the device 64. The transmission signal synthesized by the synthesizer 64 is transmitted from the transmission antenna 65 and received by the transmission / reception antenna elements (19, 29, 39, 49). For convenience of explanation, the phase shifter unit (# 1) 10 among a plurality of phase shifter units is shown as an example.

パッシブ移相器パネル70は、アレイ状に配列された送受信アンテナ素子19及び送信アンテナ素子18と、移相器ユニット10と、を有している。送受信アンテナ素子19と送信アンテナ素子18とに接続されている移相器ユニット10は、送受信アンテナ素子19で受信した高周波信号を分配する分配器17と、電源電力を取り出す回路と、高周波信号に含められている位相情報を取り出して移相器の位相を制御する回路と、で構成されている。ここで、電源電力を取り出す回路は、分配器17に接続されている順に、検波器51と、コンデンサ52と、電圧安定器53と、を有している。   The passive phase shifter panel 70 includes the transmission / reception antenna elements 19 and the transmission antenna elements 18 arranged in an array, and the phase shifter unit 10. The phase shifter unit 10 connected to the transmission / reception antenna element 19 and the transmission antenna element 18 includes a distributor 17 that distributes a high-frequency signal received by the transmission / reception antenna element 19, a circuit that extracts power supply power, and a high-frequency signal. And a circuit for controlling the phase of the phase shifter by extracting the phase information. Here, the circuit for extracting the power supply includes a detector 51, a capacitor 52, and a voltage stabilizer 53 in the order in which they are connected to the distributor 17.

移相器の相対位相を制御する回路は、分配器17に接続されている順に、受信機16と、復調器15と、デコーダ14と、レジスタ13と、を有し、成膜技術によって形成されるMEMS(Micro Electro Mecanical System)スイッチを用いたMEMS移相器12を制御する。   The circuit for controlling the relative phase of the phase shifter has a receiver 16, a demodulator 15, a decoder 14, and a register 13 in the order of connection to the distributor 17, and is formed by a film forming technique. The MEMS phase shifter 12 using a MEMS (Micro Electro Mechanical System) switch is controlled.

受信機16は、一次放射機60で変調された変調周波数帯域の信号を取り出し、復調器により移相制御信号へ復調する。復調された移相制御信号は、移相器ユニットを特定するID情報と、相対位相と、を含んでおり、このデータがビームステアリングにおける移相器ユニット10の移相特性データを予め記憶するデコーダ14に入力される。デコーダ14は、ID情報と予め設定された自己のID情報と一致する場合、相対位相をレジスタ13に出力してその値を保持させる。レジスタ13は保持した相対位相に基づいてMEMS移相器12の移相特性を設定する。   The receiver 16 takes out the signal of the modulation frequency band modulated by the primary radiator 60 and demodulates it into a phase shift control signal by the demodulator. The demodulated phase shift control signal includes ID information for identifying the phase shifter unit and a relative phase, and this data stores in advance the phase shift characteristic data of the phase shifter unit 10 in beam steering. 14 is input. When the ID information matches the ID information set in advance, the decoder 14 outputs the relative phase to the register 13 to hold the value. The register 13 sets the phase shift characteristic of the MEMS phase shifter 12 based on the held relative phase.

また、デコーダ14に予め記憶されている移相特性データは、一次放射機60から更新することが可能であり、一次放射機60から送信される移相変更トリガ信号に続く移相特性データにより更新が行われる。   Further, the phase shift characteristic data stored in advance in the decoder 14 can be updated from the primary radiator 60, and updated by the phase shift characteristic data following the phase shift change trigger signal transmitted from the primary radiator 60. Is done.

また、図1のフェーズドアレイアンテナ装置1は、完全反射素子25と、送信アンテナ素子と、を適時接続するスイッチ26とを設けることにより、一次放射機60への自己情報送信により一次放射機60がパッシブ移相器パネル70のトラッキングを容易にすると共に、透過型と反射型との両方の機能を有するフェーズドアレイアンテナ装置1として機能する。   In addition, the phased array antenna apparatus 1 of FIG. 1 includes the switch 26 that connects the complete reflection element 25 and the transmission antenna element in a timely manner, so that the primary radiator 60 can be transmitted by self-information transmission to the primary radiator 60. While tracking the passive phase shifter panel 70 is facilitated, it functions as the phased array antenna device 1 having both functions of a transmission type and a reflection type.

なお、本実施形態で特徴的な第2の事項は、パッシブ移相器パネル70用電源電力の空中給電を実現するために、空中給電効率を考慮して消費電力の少ないMEMS移相器12を用いたことである。一般的に、図6のデジタル移相器112は、消費電力が大きいため電圧安定器115により電圧を安定させる必要があるが、本実施形態ではこのような問題は発生せず、MEMS移相器による省電力化により空中給電が可能となった。なお、MEMS移相器の消費電力の更なるマージンを確保するために、一次放射機60の出力を大電力化してもよい。   In addition, the second matter characteristic in the present embodiment is that the MEMS phase shifter 12 with low power consumption is taken into consideration in order to achieve the aerial power supply of the power for the passive phase shifter panel 70 in consideration of the aerial power supply efficiency. It is used. In general, since the digital phase shifter 112 in FIG. 6 has a large power consumption, it is necessary to stabilize the voltage by the voltage stabilizer 115. However, in this embodiment, such a problem does not occur, and the MEMS phase shifter. Power saving by means of aerial power supply has become possible. In order to secure a further margin of power consumption of the MEMS phase shifter, the output of the primary radiator 60 may be increased.

図2には透過型のフェーズドアレイアンテナ装置の概要を示し、図3には図2のパッシブ移相器パネルの断面図を示している。なお、本実施形態で特徴的な第3の事項は、従来必要であったパッシブ移相器パネル70への配線が無くなったことである。   FIG. 2 shows an outline of a transmission type phased array antenna device, and FIG. 3 shows a sectional view of the passive phase shifter panel of FIG. In addition, the 3rd matter characteristic in this embodiment is that the wiring to the passive phase shifter panel 70 required conventionally was lost.

図2のパッシブ移相器パネル70は、金属製のパネルフレーム72に三角配列され、配線を必要としない複数のパッシブ移相器パネル70が固定されている。このような構成により、送信アンテナ65から送信された送信波と、移相制御信号と、を含む電波をビームステアリング可能な透過型のフェーズドアレイアンテナ装置となる。   The passive phase shifter panel 70 of FIG. 2 is arranged in a triangle on a metal panel frame 72, and a plurality of passive phase shifter panels 70 that do not require wiring are fixed. With such a configuration, a transmission type phased array antenna device capable of beam steering of a radio wave including a transmission wave transmitted from the transmission antenna 65 and a phase shift control signal is obtained.

図3には、パッシブ移相器パネル70を送信アンテナ素子18側から見たものと、パッシブ移相器パネル70の断面A−A’が示されている。パッシブ移相器パネル70は6角形状であり、パッシブ移相器パネル70の3辺に取り付けアーム75が設けられ、取り付けアーム75には各1個のネジ穴が設けられている。また、断面A−A’に示すように、パッシブ移相器パネル70の表面には受信アンテナ素子19と送信アンテナ素子18とを有し、その内部には移相器ユニット10が内蔵されている。   FIG. 3 shows the passive phase shifter panel 70 viewed from the transmitting antenna element 18 side and a cross section A-A ′ of the passive phase shifter panel 70. The passive phase shifter panel 70 has a hexagonal shape, and mounting arms 75 are provided on three sides of the passive phase shifter panel 70, and each mounting arm 75 is provided with one screw hole. Further, as shown in the cross-section AA ′, the surface of the passive phase shifter panel 70 has the reception antenna element 19 and the transmission antenna element 18, and the phase shifter unit 10 is built therein. .

図4は、他の実施形態である反射型のフェーズドアレイアンテナ装置2の構成を示している。図4のフェーズドアレイアンテナ装置2では、パッシブ移相器パネル70に支持された一次放射機60を備えているため、図1に示した、スイッチ26、受信機67及びビーム制御器66等は省略されている。また、図1の送信アンテナ素子(18,28,38,48)の代わりに図1の送受信アンテナ素子(19,29,39,49)と同様な送受信アンテナ素子(11,21,31,41)を有し、MEMS移相器12の出力側に完全反射素子25が接続されている。その他の構成は図1と同様であることから、重複する説明は割愛する。   FIG. 4 shows a configuration of a reflective phased array antenna apparatus 2 according to another embodiment. Since the phased array antenna apparatus 2 of FIG. 4 includes the primary radiator 60 supported by the passive phase shifter panel 70, the switch 26, the receiver 67, the beam controller 66, and the like shown in FIG. 1 are omitted. Has been. Further, in place of the transmission antenna elements (18, 28, 38, 48) of FIG. 1, transmission / reception antenna elements (11, 21, 31, 41) similar to the transmission / reception antenna elements (19, 29, 39, 49) of FIG. The complete reflection element 25 is connected to the output side of the MEMS phase shifter 12. Since other configurations are the same as those in FIG. 1, overlapping description is omitted.

図4のフェーズドアレイアンテナ装置2の動作は、図1に示したフェーズドアレイアンテナ装置1と異なり、MEMS移相器12によって相対位相が調整された送信信号を完全反射素子25により反射させることで、図4の送受信アンテナ素子11から移相調整後の送信波として送信される。これにより、反射型のフェーズドアレイアンテナ装置として機能する。   4 is different from the phased array antenna apparatus 1 shown in FIG. 1 in that the transmission signal whose relative phase is adjusted by the MEMS phase shifter 12 is reflected by the perfect reflection element 25. It is transmitted from the transmission / reception antenna element 11 of FIG. 4 as a transmission wave after phase shift adjustment. Thereby, it functions as a reflection type phased array antenna device.

図5は、本実施形態における図1のフェーズドアレイアンテナ装置1を搭載した通信システム3を示している。図に示す通信システム3は、一次放射機60と送信アンテナ65とをトラック等に搭載した移動無線局92と、パッシブ移相器パネル70を搭載した飛行船94と、を有し、山などの障害物を避けて見通し外のレーダ観測及び無線通信が可能となる。   FIG. 5 shows a communication system 3 equipped with the phased array antenna apparatus 1 of FIG. 1 in the present embodiment. The communication system 3 shown in the figure has a mobile radio station 92 having a primary radiator 60 and a transmission antenna 65 mounted on a truck, etc., and an airship 94 having a passive phase shifter panel 70. The radar observation and the wireless communication that are out of sight can be avoided by avoiding the object.

また、パッシブ移相器パネル70は反射型としても機能することから、図5に示すような飛行船94の背後から電波を送信して飛行船94前方に送信する形態にとどまらず、飛行船94の背後から電波を送信して飛行船の背後に電波を送信することも可能となるという効果もある。   Further, since the passive phase shifter panel 70 also functions as a reflection type, it is not limited to a mode in which radio waves are transmitted from the back of the airship 94 and transmitted to the front of the airship 94 as shown in FIG. There is also an effect that it is possible to transmit radio waves to the back of the airship by transmitting radio waves.

以上、上述したように、本実施形態に係るフェーズドアレイアンテナ装置を用いることにより、フェーズドアレイアンテナ装置の回路及び配線における複雑化の解消を図り、小型化及び低コスト化を実現できる。また、透過型及び反射型のフェーズドアレイアンテナとすることにより、全周にわたるビームステアリングが可能となる。   As described above, by using the phased array antenna device according to this embodiment, it is possible to eliminate the complexity of the circuit and wiring of the phased array antenna device, and to realize downsizing and cost reduction. In addition, by using a transmissive and reflective phased array antenna, beam steering over the entire circumference is possible.

図7には、図1の一次放射機60で制御されるフェーズドアレイアンテナ装置1へのビーム指向性制御の流れが示されている。この処理は、任意の空間を飛行する飛行船94に搭載されたフェーズドアレイアンテナ装置1への電源給電と、フェーズドアレイアンテナ装置1にビームステアリングをさせるため、フェーズドアレイアンテナ装置1に対する一次放射機60のビーム指向性制御及びフェーズドアレイアンテナ装置1の移相制御と、に関するものである。   FIG. 7 shows a flow of beam directivity control to the phased array antenna apparatus 1 controlled by the primary radiator 60 of FIG. This processing is performed by supplying power to the phased array antenna apparatus 1 mounted on the airship 94 flying in an arbitrary space and causing the phased array antenna apparatus 1 to perform beam steering. This relates to beam directivity control and phase shift control of the phased array antenna apparatus 1.

最初に、一次放射機60は、飛行船94の位置を特定するために、レーダ処理部68により任意空間のスキャンを開始する。複雑な形状をした飛行船94やフェーズドアレイアンテナ装置1は、レーダ波に対する一定の反射波を出す。レーダ処理部68は、ビーム制御器66により、任意空間のスキャンを行い、フェーズドアレイアンテナ装置1の存在する方向を探る(ステップS10)。フェーズドアレイアンテナ装置1に一次放射機60からのビームが当たらず、電源給電が開始されない場合であっても、レーダ処理部68は、飛行船94などからの反射波を測定(ステップS20)し、初期補足を実行する(ステップS30)。   First, the primary radiator 60 starts scanning arbitrary space by the radar processing unit 68 in order to specify the position of the airship 94. The airship 94 or the phased array antenna device 1 having a complicated shape emits a constant reflected wave with respect to the radar wave. The radar processing unit 68 scans an arbitrary space by the beam controller 66 and searches for the direction in which the phased array antenna apparatus 1 exists (step S10). Even when the beam from the primary radiator 60 does not hit the phased array antenna apparatus 1 and the power supply is not started, the radar processing unit 68 measures the reflected wave from the airship 94 or the like (step S20), Supplement is executed (step S30).

フェーズドアレイアンテナ装置1にビームが当たり、電源給電が開始(ステップS60)されると、フェーズドアレイアンテナ装置1の移相制御が開始(ステップS70)される。また、一次放射機60は、フェーズドアレイアンテナ装置1のパネル姿勢を調べる為にフェーズドアレイアンテナ装置1からの反射波を大きくする目的で、完全反射素子25を用いて一次放射器60からの送信波を反射させる反射モード信号を送信する(ステップS40)。フェーズドアレイアンテナ装置1は、反射モード信号を受信する(ステップS80)と、スイッチ26を切替えて反射モードかつ広角ビームとする。フェーズドアレイアンテナ装置1からの反射波が安定することにより、より精度の高いビーム制御をフェーズドアレイアンテナ装置1に対して行うことが可能となる。また、所定周期で反射モード(ステップS90)に変更させることで、トラッキング処理(ステップS50)を繰り返すことになる。   When a beam hits the phased array antenna apparatus 1 and power supply is started (step S60), phase shift control of the phased array antenna apparatus 1 is started (step S70). In addition, the primary radiator 60 uses a perfect reflection element 25 to transmit a transmission wave from the primary radiator 60 for the purpose of increasing the reflected wave from the phased array antenna apparatus 1 in order to examine the panel attitude of the phased array antenna apparatus 1. A reflection mode signal for reflecting the light is transmitted (step S40). When the phased array antenna apparatus 1 receives the reflection mode signal (step S80), the phased array antenna apparatus 1 switches the switch 26 to a reflection mode and a wide-angle beam. By stabilizing the reflected wave from the phased array antenna apparatus 1, it becomes possible to perform more accurate beam control on the phased array antenna apparatus 1. Further, the tracking process (step S50) is repeated by changing to the reflection mode (step S90) at a predetermined cycle.

また、電源供給を効率よく行うために、パネルの姿勢を一次放射機60からのビームに対してできるだけ鉛直を保つように飛行船94の姿勢を制御を行うことも可能である。本実施形態では、透過型の移相器ユニット10を用い、各送受信アンテナ間の相対位相関係によってビーム制御が行われるため、パネルの微妙な姿勢変化による送受信ビームの屈折の変動を打ち消すことができ、飛行船94の大まかな姿勢制御で済むという効果もある。   In order to efficiently supply power, the attitude of the airship 94 can be controlled so that the attitude of the panel is kept as vertical as possible with respect to the beam from the primary radiator 60. In the present embodiment, the transmission phase shifter unit 10 is used and beam control is performed according to the relative phase relationship between the transmission and reception antennas, so that fluctuations in the refraction of the transmission and reception beams due to subtle changes in the attitude of the panel can be canceled out. There is also an effect that rough attitude control of the airship 94 is sufficient.

なお、本実施形態では、移相制御信号を変調してパッシブ移相器パネルに送信したが、これに限るものではなく、図1の一次放射機60とパッシブ移相器パネル70が近接している場合には、微小電力無線LAN等を用いて各移相器ユニットの移相制御信号、及び移相変更トリガ信号なども送信してもよい。   In this embodiment, the phase shift control signal is modulated and transmitted to the passive phase shifter panel. However, the present invention is not limited to this, and the primary radiator 60 and the passive phase shifter panel 70 in FIG. If there is, a phase shift control signal of each phase shifter unit and a phase shift change trigger signal may be transmitted using a micro power wireless LAN or the like.

本発明の実施形態に係るフェーズドアレイアンテナ装置の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the phased array antenna apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る透過型のフェーズドアレイアンテナ装置の概要を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the outline | summary of the transmission type phased array antenna apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るパッシブ移相器パネルの断面図である。It is sectional drawing of the passive phase shifter panel which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る反射型のフェーズドアレイアンテナ装置の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the reflection type phased array antenna apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るフェーズドアレイアンテナ装置を搭載した通信システムを説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the communication system carrying the phased array antenna apparatus which concerns on embodiment of this invention. 従来の空間給電によるフェーズドアレイアンテナ装置の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the conventional phased array antenna apparatus by space feeding. 本発明の実施形態に係るビーム指向性制御処理の流れを示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the flow of the beam directivity control process which concerns on embodiment of this invention. 従来の電波給電装置の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the conventional electromagnetic wave electric power feeder.

符号の説明Explanation of symbols

1,2,100 フェーズドアレイアンテナ装置、3 通信システム、10 移相器ユニット、11,19,29,39,49,111,121,131,141 送受信アンテナ素子、12 MEMS移相器、13 レジスタ、14 デコーダ、15 復調器、16 受信機、17 分配器、18 送信アンテナ素子、25 完全反射素子、26 スイッチ、51 検波器、52 コンデンサ、53 電圧安定器、60 一次放射機、61 送信部、62 制御部、63 変調器、64 合成器、65 送信アンテナ、66 ビーム制御器、67 受信機、68 レーダ処理部、70 パッシブ移相器パネル、72 パネルフレーム、75 取り付けアーム、92 移動無線局、94 飛行船、110,120,130,140 移相器ユニット、111,121,131,141 送受信アンテナ素子、112 デジタル移相器、113 完全反射素子、114 シリアルパラレル変換器、115 電圧安定器、152 制御部、153 電源、154 送信機、155 送信アンテナ、200 電波給電装置、201 受電局、202 給電局、211,221 アンテナ、212,222 送受信切替え手段、213 自己情報送信手段、214 電力検出手段、224 目標検出手段、225 目標情報解読手段、227 電力送信手段、228 アンテナビーム制御手段、233 受信手段。   1, 2, 100 phased array antenna device, 3 communication system, 10 phase shifter unit, 11, 19, 29, 39, 49, 111, 121, 131, 141 transmission / reception antenna element, 12 MEMS phase shifter, 13 register, 14 Decoder, 15 Demodulator, 16 Receiver, 17 Divider, 18 Transmitting antenna element, 25 Complete reflection element, 26 Switch, 51 Detector, 52 Capacitor, 53 Voltage stabilizer, 60 Primary radiator, 61 Transmitter, 62 Control unit, 63 Modulator, 64 Synthesizer, 65 Transmitting antenna, 66 Beam controller, 67 Receiver, 68 Radar processing unit, 70 Passive phase shifter panel, 72 Panel frame, 75 Mounting arm, 92 Mobile radio station, 94 Airship, 110, 120, 130, 140 Phase shifter unit, 111, 121 , 131, 141 Transmission / reception antenna element, 112 Digital phase shifter, 113 Complete reflection element, 114 Serial / parallel converter, 115 Voltage stabilizer, 152 Control unit, 153 Power supply, 154 Transmitter, 155 Transmitting antenna, 200 Radio wave feeder, 201 Power receiving station, 202 Power feeding station, 211, 221 Antenna, 212, 222 Transmission / reception switching means, 213 Self information transmission means, 214 Power detection means, 224 Target detection means, 225 Target information decoding means, 227 Power transmission means, 228 Antenna beam Control means, 233 receiving means.

Claims (4)

送信アンテナからの電波を受信するアレイ状に配列された複数のアンテナ素子と、各アンテナ素子にそれぞれ接続される移相器と、複数のアンテナ素子に電波を送信する一次放射器と、を有し、各アンテナ素子で受信された電波の位相を各移相器によって制御し、位相が制御された電波を各アンテナ素子から送信するフェーズドアレイアンテナ装置において、
一次放射器は、各アンテナ素子の相対位相を制御する移相制御信号が変調された電波を送信し、
アンテナ素子と移相器とを一体化したアンテナモジュールは、
アンテナ素子で受信した電波を分配する分配器と、
分配された電波から移相制御信号を復調する復調器と、
分配された電波から電源電力を取得する電源取得器と、
を有し、電源取得器からの電源で駆動されることを特徴とするフェーズドアレイアンテナ装置。
A plurality of antenna elements arranged in an array for receiving radio waves from a transmitting antenna; a phase shifter connected to each antenna element; and a primary radiator for transmitting radio waves to the plurality of antenna elements. In the phased array antenna device for controlling the phase of the radio wave received by each antenna element by each phase shifter and transmitting the radio wave whose phase is controlled from each antenna element,
The primary radiator transmits a radio wave in which a phase shift control signal for controlling the relative phase of each antenna element is modulated,
An antenna module that integrates an antenna element and a phase shifter
A distributor for distributing radio waves received by the antenna element;
A demodulator that demodulates the phase shift control signal from the distributed radio waves;
A power acquisition unit that acquires power from the distributed radio waves;
And a phased array antenna device, wherein the phased array antenna device is driven by a power source from a power source.
請求項1に記載のフェーズドアレイアンテナ装置において、
各移相器は、復調器で復調された移相制御信号により、それぞれ制御されることを特徴とするフェーズドアレイアンテナ装置。
The phased array antenna apparatus according to claim 1,
Each phase shifter is controlled by a phase shift control signal demodulated by a demodulator, respectively.
請求項1又は2に記載のフェーズドアレイアンテナ装置において、さらに、
移相器は、消費電力の少ないMEMSスイッチを用いたMEMS移相器であることを特徴とするフェーズドアレイアンテナ装置。
The phased array antenna device according to claim 1 or 2, further comprising:
The phased array antenna device, wherein the phase shifter is a MEMS phase shifter using a MEMS switch with low power consumption.
請求項1から3のいずれか1項に記載のフェーズドアレイアンテナ装置において、さらに、
移相器は、反射型移相器又は透過型移相器であることを特徴とするフェーズドアレイアンテナ装置。
The phased array antenna device according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
The phased array antenna device, wherein the phase shifter is a reflection type phase shifter or a transmission type phase shifter.
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