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JP7655541B2 - Phased Array Antenna - Google Patents
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Description

本発明は、円偏波を送受信するフェーズドアレイアンテナに関する。 The present invention relates to a phased array antenna that transmits and receives circularly polarized waves.

高速大容量化通信を実現するための第5世代通信(5G)では、移動通信、衛星通信において円偏波を用いた通信が研究されている。円偏波とは、電磁波の進行方向に垂直な面内で、その励振周波数と等しい周期で電界の向きが回転している偏波のことである。 In the fifth generation (5G) communications aimed at achieving high-speed, large-capacity communications, research is being conducted into communications using circularly polarized waves in mobile and satellite communications. Circularly polarized waves are those in which the direction of the electric field rotates in a plane perpendicular to the direction of propagation of the electromagnetic wave at a period equal to the excitation frequency.

水平偏波または垂直偏波を用いた直線偏波による無線通信により衛星通信を行うと、衛星の姿勢によって偏波方向が変わり、偏波面が定まらずに信号の受信が困難になる場合がある。これに対して円偏波による無線通信により衛星通信を行うと、偏波面を定めなくても信号の受信が可能となるという特性がある。 When satellite communication is performed using wireless communication with linearly polarized waves, either horizontally or vertically polarized waves, the polarization direction changes depending on the satellite's attitude, and the polarization plane cannot be determined, making it difficult to receive signals. In contrast, satellite communication using wireless communication with circular polarization has the characteristic that signals can be received without determining the polarization plane.

非特許文献1には、円偏波を送受信するフェーズドアレイアンテナが記載されている。このフェーズドアレイアンテナは、円偏波を送受信する複数のアンテナ素子を備えている。このフェーズドアレイアンテナにおいて、各アンテナ素子のそれぞれには、第1信号を入力する第1ポートと、第1信号と+90°または-90°の位相差を有する第2信号を入力する第2ポートとを備えている。 Non-Patent Document 1 describes a phased array antenna that transmits and receives circularly polarized waves. This phased array antenna has multiple antenna elements that transmit and receive circularly polarized waves. In this phased array antenna, each antenna element has a first port for inputting a first signal, and a second port for inputting a second signal that has a phase difference of +90° or -90° with respect to the first signal.

Salvatore Liberto, George Goussetis, Nakul Haridas “Dual Circular Polarisation Receive Antenna Element for Ka-Band Satellite Communications” 2020 International Conference on UK-China Emerging Technologies (UCET), IEEE: 29 Sep 2020 Glasgow, UKSalvatore Liberto, George Goussetis, Nakul Haridas “Dual Circular Polarization Receive Antenna Element for Ka-Band Satellite Communications” 2020 International Conference on UK-China Emerging Technologies (UCET), IEEE: 29 Sep 2020 Glasgow, UK

非特許文献1に記載されたフェーズドアレイアンテナを用いてビームフォーミングした円偏波を設定された帯域において送信する場合、ビーム角によって第1ポートと第2ポートとの2つのポートのアイソレーション量が変化し(非特許文献1、Fig.7)、第1信号と第2信号との間の90°の位相差が変わることによって生成される円偏波の偏波精度が劣化し、アンテナ利得が低下すると共に通信速度が低下するという課題がある。 When transmitting beamformed circularly polarized waves in a set band using the phased array antenna described in Non-Patent Document 1, the amount of isolation between the first and second ports changes depending on the beam angle (Non-Patent Document 1, Fig. 7), and the polarization accuracy of the generated circularly polarized waves deteriorates due to the change in the 90° phase difference between the first and second signals, resulting in a decrease in antenna gain and a decrease in communication speed.

本発明は、円偏波をビームフォーミングして送信する際に偏波精度を向上させることができるフェーズドアレイアンテナを提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a phased array antenna that can improve polarization accuracy when beamforming and transmitting circularly polarized waves.

本発明の一態様は、第1信号を入力する第1ポートと、前記第1信号と+90°又は-90°の位相差を有する第2信号を入力する第2ポートとを有し前記第1信号と前記第2信号が合成されて円偏波を生成して送信するアンテナ素子と、複数の前記アンテナ素子が設けられたアンテナ部と、各前記アンテナ素子を個別に制御して前記アンテナ部から放射される前記円偏波のビーム方向を調整すると共に、前記ビーム方向に応じて前記第1信号と前記第2信号との間の位相差及び振幅差を調整する制御回路と、を備えるフェーズドアレイアンテナである。 One aspect of the present invention is a phased array antenna comprising: an antenna element having a first port for inputting a first signal and a second port for inputting a second signal having a phase difference of +90° or -90° with the first signal, the first signal and the second signal being combined to generate and transmit a circularly polarized wave; an antenna unit provided with a plurality of the antenna elements; and a control circuit that individually controls each of the antenna elements to adjust the beam direction of the circularly polarized wave radiated from the antenna unit, and adjusts the phase difference and amplitude difference between the first signal and the second signal according to the beam direction.

本発明によれば、制御回路がビーム方向に応じて第1信号と第2信号との間の位相差及び振幅差を調整することにより、円偏波をビームフォーミングして送信する際に偏波精度を向上させアンテナ利得を向上させることができる。 According to the present invention, the control circuit adjusts the phase difference and amplitude difference between the first signal and the second signal according to the beam direction, thereby improving the polarization accuracy and improving the antenna gain when transmitting a circularly polarized wave by beamforming.

また、本発明の前記制御回路は、送信信号に基づいて移相量が調整された前記第1信号及び前記第2信号を生成する第1回路と、前記第1信号及び前記第2信号の位相、振幅、及び出力を調整して各前記アンテナ素子において個別に出力する第2回路と、前記第2回路において前記第1信号と前記第2信号との間の位相及び振幅を検出し検出結果に基づいて前記位相差及び前記振幅差を調整する第3回路と、を備えていてもよい。 The control circuit of the present invention may also include a first circuit that generates the first signal and the second signal with the phase shift amount adjusted based on a transmission signal, a second circuit that adjusts the phase, amplitude, and output of the first signal and the second signal and outputs them individually at each of the antenna elements, and a third circuit that detects the phase and amplitude between the first signal and the second signal in the second circuit and adjusts the phase difference and the amplitude difference based on the detection result.

また、本発明によれば、第3回路が第1信号と第2信号との間の位相差及び振幅差を調整することで、円偏波の信号をビームフォーミングして送信する際に生じる第1ポートと第2ポートとの間に生じるアイソレーション量の誤差を調整し、アンテナ部2から放射される信号の偏波精度を向上させると共に、通信速度を向上させることができる。 In addition, according to the present invention, the third circuit adjusts the phase difference and amplitude difference between the first signal and the second signal, thereby adjusting the error in the amount of isolation between the first port and the second port that occurs when a circularly polarized signal is beamformed and transmitted, thereby improving the polarization accuracy of the signal radiated from the antenna unit 2 and improving the communication speed.

また、本発明の前記第3回路は、前記第1信号の第1電力と、前記第2信号の第2電力と、前記第1電力と前記第2電力とを合成した第3電力と、の検出結果に基づいて前記第1信号及び前記第2信号との間の前記位相差及び前記振幅差を算出し、算出結果に基づいて前記位相差及び前記振幅差を調整してもよい。 The third circuit of the present invention may also calculate the phase difference and the amplitude difference between the first signal and the second signal based on the detection results of the first power of the first signal, the second power of the second signal, and the third power obtained by combining the first power and the second power, and adjust the phase difference and the amplitude difference based on the calculation results.

本発明によれば、第3回路が設けられていることにより、円偏波のビームフォーミングの際に生じる第1信号及び第2信号との間の位相差及び振幅差を調整することができ、第1ポートと第2ポートとの間に生じるアイソレーション量の誤差を調整し、低減することができる。 According to the present invention, the provision of the third circuit makes it possible to adjust the phase difference and amplitude difference between the first signal and the second signal that occurs during beamforming of circularly polarized waves, and to adjust and reduce the error in the amount of isolation that occurs between the first port and the second port.

また、本発明は、前記アンテナ素子から出力された前記円偏波の初期値の検出結果に基づいて、前記第1回路における前記第1信号及び前記第2信号の位相及び振幅に第1初期調整量を与える第4回路を備える。 The present invention also includes a fourth circuit that applies a first initial adjustment amount to the phase and amplitude of the first signal and the second signal in the first circuit based on the detection result of the initial value of the circularly polarized wave output from the antenna element.

本発明によれば、第4回路が設けられていることにより、第1回路において生成される第1信号と第1信号との間の位相及び振幅の誤差の初期値を調整することができる。 According to the present invention, the fourth circuit is provided, so that the initial values of the phase and amplitude errors between the first signal and the first signal generated in the first circuit can be adjusted.

本発明によれば、円偏波をビームフォーミングして送信する際に偏波精度を向上させることができる。 The present invention makes it possible to improve polarization accuracy when beamforming and transmitting circularly polarized waves.

本発明の実施形態に係るフェーズドアレイアンテナの構成を概略的に示す図である。1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a phased array antenna according to an embodiment of the present invention. 第1回路と第4回路との構成を概略的に示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of a first circuit and a fourth circuit. 第2回路及び第3回路の構成を概略的に示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a schematic configuration of a second circuit and a third circuit. 第3回路の検出部の構成を概略的に示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a schematic configuration of a detection unit of a third circuit. フェーズドアレイアンテナの構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a phased array antenna.

図1に示されるフェーズドアレイアンテナ1は、円偏波のビーム方向を制御して送受信するアンテナ装置である。以下、フェーズドアレイアンテナ1における送信信号の送信側の構成について説明する。フェーズドアレイアンテナ1は、例えば、複数のアンテナ素子3が設けられたアンテナ部2と、アンテナ部2における円偏波の送受信を制御する制御回路10とを備える。アンテナ部2は、例えば、n×m(n、m:自然数)個の複数のアンテナ素子3が配置されている。アンテナ素子3は、例えば、パッチアンテナである。 The phased array antenna 1 shown in FIG. 1 is an antenna device that transmits and receives by controlling the beam direction of circularly polarized waves. The configuration of the transmitting side of the transmission signal in the phased array antenna 1 will be described below. The phased array antenna 1 includes, for example, an antenna section 2 provided with multiple antenna elements 3, and a control circuit 10 that controls the transmission and reception of circularly polarized waves in the antenna section 2. The antenna section 2 includes, for example, multiple n×m (n, m: natural numbers) antenna elements 3 arranged therein. The antenna elements 3 are, for example, patch antennas.

アンテナ素子3は、例えば、所定の励振周波数を有する第1信号を入力する第1ポート4と、第1信号と+90°又は-90°の位相差を有する第2信号を入力する第2ポート5とを有する。アンテナ素子3において、第1信号と第2信号とが合成されると電磁波の進行方向に垂直な面内で、その励振周波数と等しい周期で電界の向きが回転し円偏波が生成されて送信される。アンテナ部2には、例えば、送信信号を生成する制御回路10が接続されている。 The antenna element 3 has, for example, a first port 4 for inputting a first signal having a predetermined excitation frequency, and a second port 5 for inputting a second signal having a phase difference of +90° or -90° with the first signal. When the first signal and the second signal are combined in the antenna element 3, the direction of the electric field rotates in a plane perpendicular to the traveling direction of the electromagnetic wave with a period equal to the excitation frequency, and a circularly polarized wave is generated and transmitted. The antenna unit 2 is connected to, for example, a control circuit 10 for generating a transmission signal.

制御回路10は、例えば、円偏波の信号の送受信を制御する。制御回路10は、例えば、送信対象となる送信信号を生成し、送信信号を円偏波に変換する。制御回路10は、例えば、右旋回の円偏波又は左旋回の円偏波を生成可能である。制御回路10は、例えば、各アンテナ素子を個別に制御してアンテナ部2から放射される円偏波の送信信号のビーム方向を調整する。制御回路10は、例えば、デジタル信号に基づく送信信号を生成する第1回路11と、第1回路11により生成された送信信号をアナログ調整し各アンテナ素子において出力する第2回路12を備える。 The control circuit 10, for example, controls the transmission and reception of a circularly polarized signal. The control circuit 10, for example, generates a transmission signal to be transmitted and converts the transmission signal into a circularly polarized wave. The control circuit 10 can generate, for example, a right-handed circularly polarized wave or a left-handed circularly polarized wave. The control circuit 10, for example, individually controls each antenna element to adjust the beam direction of the circularly polarized transmission signal radiated from the antenna unit 2. The control circuit 10, for example, includes a first circuit 11 that generates a transmission signal based on a digital signal, and a second circuit 12 that performs analog adjustment of the transmission signal generated by the first circuit 11 and outputs it to each antenna element.

第1回路11には、アンテナ部2から出力される信号に基づいて、第1信号と第2信号の位相及び振幅を調整する第4回路13が接続されている。第2回路12には、第1信号と第2信号との間の位相差及び振幅差を検出し検出結果に基づいて位相差及び振幅差を調整する後述の第3回路14が設けられている。 The first circuit 11 is connected to a fourth circuit 13 that adjusts the phase and amplitude of the first and second signals based on the signal output from the antenna unit 2. The second circuit 12 is provided with a third circuit 14 (described below) that detects the phase difference and amplitude difference between the first and second signals and adjusts the phase difference and amplitude difference based on the detection result.

第1回路11は、送信対象となるデジタル信号に基づいて設定された周波数を有する送信信号を生成する。第1回路11は、生成した送信信号に基づいて、円偏波を生成するための移相量が調整された第1信号を生成すると共に、第1信号に比して+90°又は-90°の位相差を有する第2信号を生成する。第1回路11は、例えば、第1信号を送信信号に比して0°の位相差に生成する。第1回路11は、例えば、第2信号を送信信号に比して+90°又は-90°の位相差に生成する。第1回路11は、右旋回の円偏波を生成する場合、第1信号に比して+90°の位相差を有する第2信号を生成し、左旋回の円偏波を生成する場合、第1信号に比して-90°の位相差を有する第2信号を生成する。第1回路11は、生成した第1信号及び第2信号を隣接する第4回路13に出力する。 The first circuit 11 generates a transmission signal having a frequency set based on a digital signal to be transmitted. Based on the generated transmission signal, the first circuit 11 generates a first signal with an adjusted phase shift amount for generating a circularly polarized wave, and generates a second signal having a phase difference of +90° or -90° compared to the first signal. For example, the first circuit 11 generates the first signal with a phase difference of 0° compared to the transmission signal. For example, the first circuit 11 generates the second signal with a phase difference of +90° or -90° compared to the transmission signal. When generating a right-handed circularly polarized wave, the first circuit 11 generates a second signal with a phase difference of +90° compared to the first signal, and when generating a left-handed circularly polarized wave, the first circuit 11 generates a second signal with a phase difference of -90° compared to the first signal. The first circuit 11 outputs the generated first and second signals to the adjacent fourth circuit 13.

図2に示されるように、第4回路13は、第1回路11により生成された第1信号及び第2信号の位相及び振幅を調整する。第4回路13は、アンテナ素子3(アンテナ部2)から出力された円偏波の初期値の検出結果に基づいて、第1回路11における第1信号及び第2信号の位相及び振幅に第1初期調整量を与える。 As shown in FIG. 2, the fourth circuit 13 adjusts the phase and amplitude of the first signal and the second signal generated by the first circuit 11. The fourth circuit 13 applies a first initial adjustment amount to the phase and amplitude of the first signal and the second signal in the first circuit 11 based on the detection result of the initial value of the circularly polarized wave output from the antenna element 3 (antenna unit 2).

第1初期調整量は、受信アンテナを用いてアンテナ素子3から出力された信号を測定し、測定値と第1回路11により生成された第1信号及び第2信号の位相及び振幅の誤差を調整するために初期値として設定される調整値である。第1初期調整量は、例えば、完成後のフェーズドアレイアンテナ1のアンテナ部2から放射される信号を外部に設置された受信アンテナ(不図示)を用いて最初に測定することにより設定される。 The first initial adjustment amount is an adjustment value that is set as an initial value to measure the signal output from the antenna element 3 using a receiving antenna and adjust the phase and amplitude error between the measured value and the first signal and the second signal generated by the first circuit 11. The first initial adjustment amount is set, for example, by first measuring the signal radiated from the antenna section 2 of the completed phased array antenna 1 using an externally installed receiving antenna (not shown).

受信アンテナは、例えば、アンテナ部2から放射される0°のビーム角の信号を測定する。測定値を用いて第1信号及び第2信号の位相及び振幅の誤差が算出される。算出された誤差に基づいて第1回路11から出力される第1信号及び第2信号に与えられる第1初期調整量が算出される。算出された第1初期調整量は、第4回路13に固定値として設定される。第4回路13は、第1初期調整量が与えられた第1信号及び第2信号を出力する。 The receiving antenna, for example, measures a signal with a beam angle of 0° radiated from the antenna unit 2. The measured value is used to calculate the phase and amplitude errors of the first and second signals. Based on the calculated error, a first initial adjustment amount is calculated to be applied to the first and second signals output from the first circuit 11. The calculated first initial adjustment amount is set as a fixed value in the fourth circuit 13. The fourth circuit 13 outputs the first and second signals to which the first initial adjustment amount has been applied.

図3には、第2回路12を構成するアンテナユニット12Uが示されている。第2回路12は、複数のアンテナユニット12Uを備える。複数のアンテナユニット12Uは、所定の個数のアンテナ素子3毎に信号の送信を制御する回路である。即ち、第2回路12は、アンテナユニット12U毎に第1信号及び第2信号を個別に調整する。図3の例では、アンテナユニット12Uは、4個のアンテナ素子3を同時に制御する。アンテナユニット12Uは、4個以上のアンテナ素子3を同時に制御するものであってもよいし、各アンテナ素子3を個別に制御するものであってもよい。 Figure 3 shows an antenna unit 12U constituting the second circuit 12. The second circuit 12 includes a plurality of antenna units 12U. The plurality of antenna units 12U are circuits that control the transmission of signals for each of a predetermined number of antenna elements 3. That is, the second circuit 12 adjusts the first signal and the second signal individually for each antenna unit 12U. In the example of Figure 3, the antenna unit 12U controls four antenna elements 3 simultaneously. The antenna unit 12U may control four or more antenna elements 3 simultaneously, or may control each antenna element 3 individually.

アンテナユニット12Uは、例えば、4個のアンテナ素子3にそれぞれ接続された4個のアンテナ回路12Up(p=1-4)を備える。アンテナユニット12Uは、第1信号が入力される第1入力部12Vと第2信号が入力される第2入力部12Hとを備える。入力された第1信号と第2信号とは、分配回路12Bに入力される。分配回路12Bは、第1信号と第2信号とを各アンテナ回路12Upに増幅して分配する。アンテナ回路12Upは、例えば、第1信号及び第2信号をアナログ調整しアンテナ素子3において出力する。 The antenna unit 12U, for example, has four antenna circuits 12Up (p=1-4) connected to four antenna elements 3, respectively. The antenna unit 12U has a first input section 12V to which a first signal is input, and a second input section 12H to which a second signal is input. The input first and second signals are input to a distribution circuit 12B. The distribution circuit 12B amplifies and distributes the first and second signals to each antenna circuit 12Up. The antenna circuit 12Up, for example, performs analog conditioning on the first and second signals and outputs them to the antenna elements 3.

アンテナ回路12Upは、第1信号の位相を調整する位相調整器12UF1と、第1信号の振幅を調整する振幅調整器12US1と、第1信号を増幅する増幅器12UP1を備える。アンテナ回路12Upは、アンテナ素子3との接続部に第1ポート4と接続する第1接続部Vpを備える。第1信号は、位相調整器12UF1、振幅調整器12US1、増幅器12UP1を介して位相、振幅、出力が調整され、第1接続部Vpを介して第1ポート4から出力される。 The antenna circuit 12Up includes a phase adjuster 12UF1 that adjusts the phase of the first signal, an amplitude adjuster 12US1 that adjusts the amplitude of the first signal, and an amplifier 12UP1 that amplifies the first signal. The antenna circuit 12Up includes a first connection part Vp that connects to the first port 4 at the connection part with the antenna element 3. The phase, amplitude, and output of the first signal are adjusted via the phase adjuster 12UF1, the amplitude adjuster 12US1, and the amplifier 12UP1, and the first signal is output from the first port 4 via the first connection part Vp.

アンテナ回路12Upは、第2信号の位相を調整する位相調整器12UF2と、第2信号の振幅を調整する振幅調整器12US2と、第2信号を増幅する増幅器12UP2と、を備える。を備える。アンテナ回路12Upは、アンテナ素子3との接続部に第2ポート5と接続する第2接続部Hpを備える。第2信号は、位相調整器12UF2、振幅調整器12US2、増幅器12UP2を介して位相、振幅、出力が調整され、第2接続部Hpを介して第2ポート5から出力される。 The antenna circuit 12Up includes a phase adjuster 12UF2 that adjusts the phase of the second signal, an amplitude adjuster 12US2 that adjusts the amplitude of the second signal, and an amplifier 12UP2 that amplifies the second signal. The antenna circuit 12Up includes a second connection part Hp that connects to the second port 5 at the connection part with the antenna element 3. The second signal has its phase, amplitude, and output adjusted via the phase adjuster 12UF2, the amplitude adjuster 12US2, and the amplifier 12UP2, and is output from the second port 5 via the second connection part Hp.

上記構成により、アンテナユニット12Uは、第1信号及び第2信号に対して増幅、位相調整、振幅調整を行う。第2回路12は、複数のアンテナユニット12U毎に第1信号及び第2信号を制御してアンテナ素子3において円偏波を生成する。第2回路12は、複数のアンテナユニット12U毎に位相差を与えた円偏波を生成し、アンテナ部2から放射される信号のビーム方向を調整する。 With the above configuration, the antenna unit 12U amplifies, adjusts the phase, and adjusts the amplitude of the first and second signals. The second circuit 12 controls the first and second signals for each of the multiple antenna units 12U to generate circularly polarized waves in the antenna element 3. The second circuit 12 generates circularly polarized waves with a phase difference for each of the multiple antenna units 12U, and adjusts the beam direction of the signal radiated from the antenna section 2.

上述したように、アンテナ部2において円偏波の信号のビームを放射した場合、ビーム角に応じて第1ポートと第2ポートとの間の距離及び位置の関係が変化し2つのポートのアイソレーション量が変化し、第1信号と第2信号との間の+90°又は-90°の位相差及び振幅差が変化する。第2回路12には、例えば、アンテナ部2から放射される円偏波の信号のビーム方向に応じて第1信号と第2信号との間の位相及び振幅を調整する第3回路14を備える。 As described above, when a circularly polarized signal beam is radiated from the antenna unit 2, the relationship of the distance and position between the first and second ports changes depending on the beam angle, changing the amount of isolation between the two ports, and changing the phase difference and amplitude difference of +90° or -90° between the first and second signals. The second circuit 12 includes, for example, a third circuit 14 that adjusts the phase and amplitude between the first and second signals depending on the beam direction of the circularly polarized signal radiated from the antenna unit 2.

第3回路14は、第2回路12において第1信号と第2信号との間の位相差及び振幅差を検出し、検出結果に基づいて第1信号と第2信号との位相差及び振幅差を調整する。第3回路14は、例えば、第1接続部Vp及び第2接続部Hpに接続された検出部15と、第1入力部12Vに設けられた第1位相振幅調整部16と、第2入力部12Hに設けられた第2位相振幅調整部17とを備える。 The third circuit 14 detects the phase difference and amplitude difference between the first signal and the second signal in the second circuit 12, and adjusts the phase difference and amplitude difference between the first signal and the second signal based on the detection result. The third circuit 14 includes, for example, a detection unit 15 connected to the first connection part Vp and the second connection part Hp, a first phase amplitude adjustment unit 16 provided in the first input part 12V, and a second phase amplitude adjustment unit 17 provided in the second input part 12H.

検出部15は、第1接続部Vp及び第2接続部Hpにおいて第1信号と第2信号との間の位相差及び振幅差を検出する。検出部15は、各アンテナ回路12Upにそれぞれ設けられているが、アンテナユニット12Uにおいて実際に稼働しているのは、1つの検出部15である。他の検出部15は、バックアップとして用いられる。 The detector 15 detects the phase difference and the amplitude difference between the first signal and the second signal at the first connection part Vp and the second connection part Hp. A detector 15 is provided in each antenna circuit 12Up, but only one detector 15 is actually operating in the antenna unit 12U. The other detectors 15 are used as backups.

第1位相振幅調整部16は、第3回路14は、検出部15による検出結果に基づいて第1入力部12Vから入力された第1信号の位相及び振幅を調整する。第2位相振幅調整部17は、検出部15による検出結果に基づいて第2入力部12Hから入力された第2信号の位相及び振幅を調整する。 The first phase and amplitude adjustment unit 16 of the third circuit 14 adjusts the phase and amplitude of the first signal input from the first input unit 12V based on the detection result by the detection unit 15. The second phase and amplitude adjustment unit 17 adjusts the phase and amplitude of the second signal input from the second input unit 12H based on the detection result by the detection unit 15.

図4に示されるように、検出部15は、第1接続部Vpに設けられた第1スイッチ15Aと、第2接続部Hpに設けられた第2スイッチ15Bと、第1スイッチ15A及び第2スイッチ15Bに接続された電力合成器15Cと、電力合成器15Cに接続された検波回路15Dとを備える。第1スイッチ15Aは、第1接続部Vpと電力合成器15Cとの接続をオン/オフする。第2スイッチ15Bは、第2接続部Hpと電力合成器15Cとの接続をオン/オフする。 As shown in FIG. 4, the detection unit 15 includes a first switch 15A provided at the first connection part Vp, a second switch 15B provided at the second connection part Hp, a power combiner 15C connected to the first switch 15A and the second switch 15B, and a detection circuit 15D connected to the power combiner 15C. The first switch 15A turns on/off the connection between the first connection part Vp and the power combiner 15C. The second switch 15B turns on/off the connection between the second connection part Hp and the power combiner 15C.

検波回路15Dは、第1スイッチ15Aをオン状態にし、電力合成器15Cに入力された第1信号の第1電力を検出する。検波回路15Dは、第2スイッチ15Bをオン状態にし、電力合成器15Cに入力された第2信号の第2電力を検出する。検波回路15Dは、第1スイッチ15A及び第2スイッチ15Bを同時にオン状態にする。電力合成器15Cは、入力された第1電力と第2電力とを合成した第3電力を生成する。検波回路15Dは、電力合成器15Cにより合成された第3電力を検出する。 The detection circuit 15D turns on the first switch 15A and detects the first power of the first signal input to the power combiner 15C. The detection circuit 15D turns on the second switch 15B and detects the second power of the second signal input to the power combiner 15C. The detection circuit 15D turns on the first switch 15A and the second switch 15B simultaneously. The power combiner 15C generates a third power by combining the input first power and second power. The detection circuit 15D detects the third power combined by the power combiner 15C.

第1信号の第1電力と第2信号の第2電力とは、+90°又は-90°の位相差を有しているため、誤差が無い場合の第3電力は、第1電力及び第2電力の√2倍である。アンテナユニット12Uは、検波回路15Dにおける第1信号の第1電力と、第2信号の第2電力と、の検出結果に基づいて第1信号及び第2信号との間の位相差及び振幅差を算出する。アンテナユニット12Uは、算出結果に基づいて第1信号と第2信号との位相差及び振幅差を調整する。 Because the first power of the first signal and the second power of the second signal have a phase difference of +90° or -90°, the third power when there is no error is √2 times the first power and the second power. The antenna unit 12U calculates the phase difference and amplitude difference between the first signal and the second signal based on the detection results of the first power of the first signal and the second power of the second signal in the detection circuit 15D. The antenna unit 12U adjusts the phase difference and amplitude difference between the first signal and the second signal based on the calculation results.

図5に示されるように、フェーズドアレイアンテナ1は、制御回路10を制御する制御部10Cと、制御において用いられるデータ及びプログラムを記憶する記憶部10Mとを備える。制御部10Cは、例えば、記憶部10Mに記憶されたデータ及びプログラムに基づいて、制御回路10における各制御回路を統合的に制御して信号を生成し、アンテナ部2から放射される信号のビーム方向を制御する。 As shown in FIG. 5, the phased array antenna 1 includes a control unit 10C that controls the control circuit 10, and a storage unit 10M that stores data and programs used in the control. The control unit 10C comprehensively controls each control circuit in the control circuit 10 based on the data and programs stored in the storage unit 10M, for example, to generate a signal and control the beam direction of the signal radiated from the antenna unit 2.

制御部10Cは、例えば、CPU(Central Processing Unit)などのハードウェアプロセッサがプログラム(ソフトウェア)を実行することにより実現される。これらの構成要素のうち一部または全部は、LSI(Large Scale Integration)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、GPU(Graphics Processing Unit)などのハードウェア(回路部;circuitryを含む)によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予め記憶部10Mが有するHDD(Hard Disk Drive)やフラッシュメモリなどの記憶装置に格納されていてもよいし、DVDやCD-ROMなどの着脱可能な記憶媒体に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることでインストールされてもよい。また、プログラムは、必ずしも必要ではなく、制御回路10において順序回路を構成することにより所定の動作が実行されるようにしてもよい。 The control unit 10C is realized by, for example, a hardware processor such as a CPU (Central Processing Unit) executing a program (software). Some or all of these components may be realized by hardware (including circuitry) such as an LSI (Large Scale Integration), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field-Programmable Gate Array), or a GPU (Graphics Processing Unit), or may be realized by a combination of software and hardware. The program may be stored in advance in a storage device such as an HDD (Hard Disk Drive) or flash memory that the storage unit 10M has, or may be stored in a removable storage medium such as a DVD or CD-ROM, and installed by mounting the storage medium in a drive device. In addition, the program is not necessarily required, and a predetermined operation may be executed by configuring a sequential circuit in the control circuit 10.

上述したように、フェーズドアレイアンテナ1によれば、円偏波をビームフォーミングして送信する際に偏波精度を向上させアンテナ利得を向上させることができる。フェーズドアレイアンテナ1によれば、第3回路14が第1信号と第2信号との間の位相差及び振幅差を調整することで、円偏波の信号をビームフォーミングして送信する際に生じる第1ポート4と第2ポート5との間に生じるアイソレーション量の誤差を調整し、アンテナ部2から放射される信号の偏波精度を向上させると共に、通信速度を向上させることができる。フェーズドアレイアンテナ1によれば、第3回路14が設けられていることにより、円偏波の信号をビームフォーミングして送信する際に生じる偏波損失を低減し、信号雑音比(Signal-Noise Ratio:SNR)を低減し受信側の受信電力を向上させることができる。 As described above, the phased array antenna 1 can improve the polarization accuracy and antenna gain when beamforming and transmitting circularly polarized waves. The phased array antenna 1 allows the third circuit 14 to adjust the phase difference and amplitude difference between the first signal and the second signal, thereby adjusting the error in the amount of isolation between the first port 4 and the second port 5 that occurs when beamforming and transmitting a circularly polarized signal, improving the polarization accuracy of the signal radiated from the antenna unit 2 and improving the communication speed. The phased array antenna 1 includes the third circuit 14, which reduces the polarization loss that occurs when beamforming and transmitting a circularly polarized signal, reduces the signal-noise ratio (SNR), and improves the receiving power on the receiving side.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are within the scope of the invention and its equivalents as set forth in the claims, as well as the scope and gist of the invention.

例えば、フェーズドアレイアンテナは、第3回路14において4個の検出部15を用いて検出値を同時に検出し、検出値の平均値を算出し、第1信号と第2信号との間の位相及び振幅の調整を行ってもよい。 For example, the phased array antenna may simultaneously detect detection values using four detectors 15 in the third circuit 14, calculate an average value of the detection values, and adjust the phase and amplitude between the first signal and the second signal.

1 フェーズドアレイアンテナ
2 アンテナ部
3 アンテナ素子
4 第1ポート
5 第2ポート
5G 第5世代通信
10 制御回路
10C 制御部
10M 記憶部
11 第1回路
12 第2回路
12B 分配回路
12H 第2入力部
12U アンテナユニット
12UF1、12UF2 位相調整器
12Up アンテナ回路
12UP1、12UP2 増幅器
12US1、12US2 振幅調整器
12V 第1入力部
13 第4回路
14 第3回路
15 検出部
15A 第1スイッチ
15B 第2スイッチ
15C 電力合成器
15D 検波回路
16 第1位相振幅調整部
17 第2位相振幅調整部
Hp 第2接続部
Vp 第1接続部
1 Phased array antenna 2 Antenna section 3 Antenna element 4 First port 5 Second port 5G Fifth generation communication 10 Control circuit 10C Control section 10M Memory section 11 First circuit 12 Second circuit 12B Distribution circuit 12H Second input section 12U Antenna unit 12UF1, 12UF2 Phase adjuster 12Up Antenna circuit 12UP1, 12UP2 Amplifier 12US1, 12US2 Amplitude adjuster 12V First input section 13 Fourth circuit 14 Third circuit 15 Detection section 15A First switch 15B Second switch 15C Power combiner 15D Detection circuit 16 First phase amplitude adjustment section 17 Second phase amplitude adjustment section Hp Second connection section Vp First connection section

Claims (4)

第1信号を入力する第1ポートと、前記第1信号と+90°又は-90°の位相差を有する第2信号を入力する第2ポートとを有し前記第1信号と前記第2信号が合成されて円偏波を生成して送信するアンテナ素子と、
複数の前記アンテナ素子が設けられたアンテナ部と、
各前記アンテナ素子を個別に制御して前記アンテナ部から放射される前記円偏波のビーム方向を調整すると共に、前記ビーム方向に応じて前記第1信号と前記第2信号との間の位相差及び振幅差を調整する制御回路と、を備える、
フェーズドアレイアンテナ。
an antenna element having a first port for inputting a first signal and a second port for inputting a second signal having a phase difference of +90° or −90° with respect to the first signal, the first signal and the second signal being combined to generate a circularly polarized wave and transmit the circularly polarized wave;
an antenna section provided with a plurality of the antenna elements;
a control circuit that adjusts a beam direction of the circularly polarized wave radiated from the antenna unit by individually controlling each of the antenna elements, and adjusts a phase difference and an amplitude difference between the first signal and the second signal according to the beam direction.
Phased array antenna.
前記制御回路は、送信信号に基づいて移相量が調整された前記第1信号及び前記第2信号を生成する第1回路と、
前記第1信号及び前記第2信号の位相、振幅、及び出力を調整して各前記アンテナ素子において個別に出力する第2回路と、
前記第2回路において前記第1信号と前記第2信号との間の位相及び振幅を検出し検出結果に基づいて前記位相差及び前記振幅差を調整する第3回路と、を備える、
請求項1に記載のフェーズドアレイアンテナ。
The control circuit includes a first circuit that generates the first signal and the second signal, the phase shift of which is adjusted based on a transmission signal;
a second circuit for adjusting the phase, amplitude, and power of the first signal and the second signal and outputting them individually at each of the antenna elements;
a third circuit that detects a phase and an amplitude between the first signal and the second signal in the second circuit and adjusts the phase difference and the amplitude difference based on the detection result.
2. The phased array antenna of claim 1.
前記第3回路は、前記第1信号の第1電力と、前記第2信号の第2電力と、前記第1電力と前記第2電力とを合成した第3電力と、の検出結果に基づいて前記第1信号及び前記第2信号との間の前記位相差及び前記振幅差を算出し、算出結果に基づいて前記位相差及び前記振幅差を調整する、
請求項2に記載のフェーズドアレイアンテナ。
the third circuit calculates the phase difference and the amplitude difference between the first signal and the second signal based on detection results of a first power of the first signal, a second power of the second signal, and a third power obtained by combining the first power and the second power, and adjusts the phase difference and the amplitude difference based on the calculation results.
3. The phased array antenna of claim 2.
前記アンテナ素子から出力された前記円偏波の初期値の検出結果に基づいて、前記第1回路における前記第1信号及び前記第2信号の位相及び振幅に第1初期調整量を与える第4回路を備える、
請求項2または3に記載のフェーズドアレイアンテナ。
a fourth circuit that applies a first initial adjustment amount to phases and amplitudes of the first signal and the second signal in the first circuit based on a detection result of an initial value of the circularly polarized wave output from the antenna element;
4. The phased array antenna according to claim 2 or 3.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN119893528B (en) * 2025-01-17 2025-10-10 乐知山信息科技(深圳)有限公司 A beamforming optimization system based on millimeter-wave phased array antenna

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000091842A (en) 1998-09-09 2000-03-31 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Antenna device
JP2005039751A (en) 2002-08-16 2005-02-10 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Variable phase shifter and phased array antenna
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0783207B2 (en) * 1985-07-03 1995-09-06 日本電信電話株式会社 Circularly polarized array antenna and power feeding method for the antenna

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000091842A (en) 1998-09-09 2000-03-31 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Antenna device
JP2005039751A (en) 2002-08-16 2005-02-10 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Variable phase shifter and phased array antenna
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