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JPS6352802B2 - - Google Patents
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JPS6352802B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6352802B2
JPS6352802B2 JP13212180A JP13212180A JPS6352802B2 JP S6352802 B2 JPS6352802 B2 JP S6352802B2 JP 13212180 A JP13212180 A JP 13212180A JP 13212180 A JP13212180 A JP 13212180A JP S6352802 B2 JPS6352802 B2 JP S6352802B2
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JP
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antenna
phase
excitation
optical
antenna element
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JP13212180A
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JPS5757005A (en
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Yoshihiko Mikuni
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS5757005A publication Critical patent/JPS5757005A/en
Publication of JPS6352802B2 publication Critical patent/JPS6352802B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/267Phased-array testing or checking devices

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は例えば衛星に搭載されるフエーズド
アレイアンテナに係り、特にアンテナビームの指
向方向を自動的に所望方向へ制御できるフエーズ
ドアレイアンテナに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a phased array antenna mounted on a satellite, for example, and more particularly to a phased array antenna that can automatically control the pointing direction of an antenna beam to a desired direction.

アンテナ素子(放射素子)を多数配列したフエ
ーズドアレイアンテナ等のアレイアンテナにおい
ては、各アンテナ素子が定められた位置からずれ
ると、ビームの指向方向が変化したり、サイドロ
ーブの増加が起こる。
In an array antenna such as a phased array antenna in which a large number of antenna elements (radiating elements) are arranged, if each antenna element deviates from a predetermined position, the beam pointing direction changes or side lobes increase.

一方、熱によるアレイアンテナの歪は一般にラ
ンダムではなく、アレイ周辺部へ向かつて徐々に
大きく変化し、特に球面配例のアレイアンテナで
この傾向は顕著である。このようなランダムでな
い変形も、アンテナビームの指向方向を所望の方
向から変化させる原因となる。アレイアンテナは
大型化する程、つまりアレイ長やアレー面積が大
きくなる程、ビームが鋭くなるため、このような
アンテナビーム方向の変化は直ちに通信回線の断
絶につながり、またレーダアンテナにおいては目
標物の位置検出誤差となつて現われる。
On the other hand, the distortion of an array antenna due to heat is generally not random, but gradually changes greatly toward the periphery of the array, and this tendency is particularly noticeable in array antennas with a spherical arrangement. Such non-random deformation also causes the pointing direction of the antenna beam to change from the desired direction. The larger the array antenna becomes, that is, the larger the array length and array area, the sharper the beam becomes. Therefore, such a change in the antenna beam direction immediately leads to a disconnection of the communication line. This appears as a position detection error.

ところで、アレイアンテナのビーム軸や指向性
の測定は、アンテナが大型になる程、アンテナの
遠方で行なわなければならない。例えばアンテナ
の大きさが100波長であり、また使用中心波長を
15cmとすると、測定点は3Km以上離れていなけれ
ばならず、測定は極めて困難となる。
By the way, the larger the antenna is, the farther away from the antenna it is necessary to measure the beam axis and directivity of the array antenna. For example, the size of the antenna is 100 wavelengths, and the center wavelength used is
If it is 15 cm, the measurement points must be at least 3 km apart, making measurement extremely difficult.

このように大型のアレイアンテナにおいては、
熱歪等の外乱を受けやすく、また実際のビーム方
向を知ることが難しいという問題がある。このた
め指向性をモニタし、修正を加える装置が必要と
なる。
In such a large array antenna,
There are problems in that it is susceptible to disturbances such as thermal distortion and it is difficult to know the actual beam direction. Therefore, a device is required to monitor the directivity and make corrections.

一方、大型アレイアンテナの指向性をアンテナ
近傍において測定する方法として、従来二つの方
法が知られている。一つはアレイアンテナ近傍に
モニタアンテナを1個置き、アレイアンテナのア
ンテナ素子を1個だけ励振してモニタアンテナの
受信出力の振幅と位相を検出し、モニタアンテナ
とアレイアンテナの励振しているアンテナ素子と
の間の距離を考慮に入れて、励振しているアンテ
ナ素子の励振振幅・位相を求める。そして、この
測定を全アンテナ素子について順次行ない、全ア
ンテナ素子の励振振幅・位相を求め、計算により
指向性を求める方法である。もう一つの方法は、
全アンテナ素子を励振し、アレイアンテナの前面
近傍で小型のプローブをアレイアンテナの全面に
わたつて移動させ、このプローブで受信信号の振
幅と位相を測定してアレイアンテナ前面近傍の電
界分布を求め、その分布から遠方電界やビーム軸
を計算で求める方法である。
On the other hand, two methods are conventionally known as methods for measuring the directivity of a large array antenna near the antenna. One is to place one monitor antenna near the array antenna, excite only one antenna element of the array antenna, detect the amplitude and phase of the received output of the monitor antenna, and detect the amplitude and phase of the monitor antenna and the excited antenna of the array antenna. Determine the excitation amplitude and phase of the excited antenna element, taking into account the distance between the antenna element and the element. Then, this measurement is performed sequentially for all antenna elements, the excitation amplitude and phase of all the antenna elements are determined, and the directivity is determined by calculation. Another method is
All antenna elements are excited, a small probe is moved across the entire surface of the array antenna near the front of the array antenna, the amplitude and phase of the received signal are measured with this probe, and the electric field distribution near the front of the array antenna is determined. This method calculates the far electric field and beam axis from the distribution.

しかし、これらの方法はいずれも測定を行なつ
ている間は、アンテナ本来の送受信動作を中断さ
せなければならない。そのため時々刻々と変わる
外乱の下で使用する衛生搭載アレイアンテナの場
合には、アンテナの動作が頻繁に中断されること
になり、このような方法を採用することはできな
い。さらに後者の方法においては、プローブを平
面状または円筒面状にアレイアンテナの大きさ以
上の範囲にわたつて移動させる必要があるが、そ
のような移動機構はアンテナ以上に外乱の影響を
受けやすい。従つて、正確な測定を期待できない
上、測定に長時間を要する。
However, all of these methods require that the antenna's original transmitting and receiving operations be interrupted while measurements are being made. Therefore, in the case of a satellite array antenna used under constantly changing disturbances, the operation of the antenna will be frequently interrupted, and such a method cannot be adopted. Furthermore, in the latter method, it is necessary to move the probe in a planar or cylindrical shape over a range larger than the size of the array antenna, but such a moving mechanism is more susceptible to disturbance than the antenna. Therefore, accurate measurement cannot be expected, and measurement requires a long time.

本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、ア
ンテナが実際に使用されている場所でアンテナ本
来の動作を中断させることなく、指向性つまりア
ンテナビームの指向方向を短時間で測定し適当な
修正を加えることができるフエーズドアレイアン
テナを提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and it is possible to measure the directivity, that is, the directivity direction of the antenna beam, in a short time without interrupting the original operation of the antenna in the place where the antenna is actually used. The purpose of the present invention is to provide a phased array antenna that can be modified.

本発明は、配列された複数のアンテナ素子に励
振信号源から移相量可変の移相器を介して励振信
号を供給して、これらのアンテナ素子を励振する
フエーズドアレイアンテナにおいて、光ビームを
発生する光源と、この光源から発生される光ビー
ムを前記アンテナ素子の近傍に向けて順次照射す
る光偏向器と、前記アンテナ素子の近傍にそれぞ
れ設けられ、前記光偏向器によつて照射される光
を前記アンテナ素子の励振信号によつて変調する
複数の光変調器と、これらの光変調器による変調
光を順次復調する光復調器と、この光復調器の出
力信号と前記励振信号から分配される基準位相信
号との位相差を検出する位相検出器と、前記アテ
ナ素子の位置を光学的に測定する測距装置と、こ
の測定装置の出力信号と前記位相検出器の出力信
号とから前記アンテナ素子の励振位相を求める励
振位相算出手段と、前記アンテナ素子により形成
されるアンテナビームの所望の指向方向を検出す
る方向センサと、この方向センサの出力信号と前
記測距装置の出力信号及び前記励振位相算出手段
により求められた励振位相に基づいて、前記アン
テナビームが前記所望の指向方向へ指向するよう
に前記移相器の移相量を補正する移相量補正手段
とを具備することを特徴とする。
The present invention provides a phased array antenna in which an excitation signal is supplied from an excitation signal source to a plurality of arrayed antenna elements via a phase shifter with a variable phase shift amount to excite the antenna elements. a light source that generates a light beam; a light deflector that sequentially irradiates a light beam generated from the light source toward the vicinity of the antenna element; a plurality of optical modulators that modulate light with the excitation signal of the antenna element; an optical demodulator that sequentially demodulates the modulated light by these optical modulators; and distribution from the output signal of the optical demodulator and the excitation signal. a phase detector that detects a phase difference with a reference phase signal, a distance measuring device that optically measures the position of the antenna element, and an output signal of the measuring device and an output signal of the phase detector. excitation phase calculation means for determining the excitation phase of the antenna element; a direction sensor for detecting a desired pointing direction of the antenna beam formed by the antenna element; an output signal of the direction sensor; an output signal of the distance measuring device; and phase shift amount correction means for correcting the phase shift amount of the phase shifter so that the antenna beam is directed in the desired pointing direction based on the excitation phase determined by the excitation phase calculation means. Features.

この発明の原理を衛星に搭載されたフエーズド
アレイアンテナを例にとり説明する。
The principle of this invention will be explained using a phased array antenna mounted on a satellite as an example.

第2図は衛星に固定されれた座標系x−y−z
を基準としたフエーズドアレイアンテナのアレー
面を模式的に示したものである。同図において、
iはこの座標系を基準としたアンテナ素子#i
(i=1〜n)の位置ベクトルであり、〓0はこの
座標系を基準としたアンテナビームの所望の指向
方向を表わす単位ベクトルである。
Figure 2 shows the coordinate system x-y-z fixed to the satellite.
This is a schematic diagram of the array surface of a phased array antenna based on . In the same figure,
i is antenna element #i based on this coordinate system
(i=1 to n), and 〓 0 is a unit vector representing the desired direction of the antenna beam based on this coordinate system.

鋭いアンテナビームを〓0の方向に放射するた
めには、全てのアンテナ素子#iについてその励
振位相φiが φi+(2π/λ)〓i・〓0=φ0 ……(1) (ただし、λは電波の波長、φ0は一定位相、
≪・」は内積を示す) の条件を満たすようにすることが必要である。
In order to radiate a sharp antenna beam in the direction of 〓 0 , the excitation phase φ i of all antenna elements #i is φ i + (2π/λ)〓 i・〓 0 = φ 0 ...(1) ( However, λ is the wavelength of the radio wave, φ 0 is the constant phase,
It is necessary to satisfy the following condition (≪・” indicates inner product).

しかし、〓0は衛星の姿勢変動により時々刻々
変動したり、あるいは変更される(例えば北海道
に指向している状態から九州に指向するように変
更される等)ため、一定ではない。また、〓i
アレー面の熱変形などにより変動する。そこで、
0,〓iを測定しながらアンテナ素子毎に設けた
移相器を調整することによつて、(1)式が成立つよ
うにφiを修正する。
However, 〓 0 fluctuates or changes from time to time due to changes in the satellite's attitude (for example, it changes from pointing toward Hokkaido to pointing toward Kyushu), so it is not constant. In addition, 〓 i varies due to thermal deformation of the array surface. Therefore,
By adjusting the phase shifter provided for each antenna element while measuring 〓 0 and 〓 i , φ i is corrected so that equation (1) holds true.

ここで、〓0は衛星に固定された方向センサで
知ることができ、また〓iは衛星に固定された測
距装置を用いて測定することができる。一方、ア
ンテナ素子の励振位相は光偏向器、光変調器、光
復調器及び位相検出器を用いて知ることができ、
その実測値をφi′とすれば、移相器によりアンテ
ナ素子の励振位相をφi−φi′だけ補正することに
より、(1)式を成立させることができる。
Here, 〓 0 can be known by a direction sensor fixed on the satellite, and 〓 i can be measured using a ranging device fixed on the satellite. On the other hand, the excitation phase of the antenna element can be determined using an optical deflector, optical modulator, optical demodulator, and phase detector.
If the actual measurement value is φ i ′, then equation (1) can be established by correcting the excitation phase of the antenna element by φ i −φ i ′ using a phase shifter.

なお、φiの測定に当り、光偏向器と光変調器と
の間の距離による光ビームの位相遅れを考慮する
必要がある。位相検出器の出力によつて示される
位相差φimは φim=φi−k(〓i−〓−〓)−c ……(2) (ただし、kは定数、〓は座標系x−y−zにお
ける光偏向器の位置ベクトル、〓はアンテナ素子
と対応する光変調器との間の距離ベクトル、cは
励振信号源から位相検出器までの基準位相信号の
位相シフトや光変調器・光偏向器間の往路と復路
との光路長差及び復調器から位相検出器までの復
調出力信号の位相シフト等に起因する位相検出器
の両入力の固有の位相差)で表わされる。ここ
で、〓iは測距装置によつて測定でき、また〓、
〓、cは予め知ることのできる量であるから、(2)
式のφimよりφiを求めることができる。こうして
求められた励振位相φiと、方向センサによつて求
められた所望の指向方向(r0)及び測距装置によ
つて求められたアンテナ素子の位相(〓i)に基
づいて移相器の移相量を補正することによつて、
φiを(1)式を満たすように補正すれば、アンテナビ
ームは〓0の方向に指向する。
Note that when measuring φ i , it is necessary to consider the phase delay of the light beam due to the distance between the optical deflector and the optical modulator. The phase difference φim indicated by the output of the phase detector is φim=φ i −k(〓 i −〓−〓)−c ……(2) (where k is a constant and 〓 is the coordinate system x-y- The position vector of the optical deflector at z, 〓 is the distance vector between the antenna element and the corresponding optical modulator, and c is the phase shift of the reference phase signal from the excitation signal source to the phase detector, the optical modulator, and the optical deflection. This is expressed by the inherent phase difference between both inputs of the phase detector, which is caused by the optical path length difference between the forward and backward paths between the devices and the phase shift of the demodulated output signal from the demodulator to the phase detector. Here, 〓 i can be measured by a distance measuring device, and 〓
〓, c is a quantity that can be known in advance, so (2)
φ i can be determined from φ im in the equation. Based on the excitation phase φ i thus obtained, the desired pointing direction (r 0 ) obtained by the direction sensor, and the phase of the antenna element (〓 i ) obtained by the distance measuring device, the phase shifter By correcting the phase shift amount of
If φ i is corrected to satisfy equation (1), the antenna beam will be directed in the direction of 〓 0 .

以下、この発明の実施例を説明する。第1図は
本発明の一実施例に係るフエーズドアレイアンテ
ナの構成を示すものである。同図において、励振
信号源であるマイクロ波発振器1の出力は分配器
2により電力分配器3への入力と後述する位相検
出器への入力とに分配される。電力分配器3の出
力は移相量可変の移相器41〜4nと電力分配器
1〜5nを介して、配列された複数のアンテナ
素子61〜6nに分配され、これらのアンテナ素
子61〜6nを励振する。光変調器71〜7nは電
力分配器51〜5nより分配されたアンテナ素子
1〜6nの励振信号(マイクロ波)によつて、
レーザ光源9からのレーザ光(光ビーム)を変調
するものである。アンテナ素子61〜6nの近傍
には、コーナレフレクタ等からなる光学的反射物
1〜8nが設置されている。レーザ光源9から
のレーザ光は光サーキユレータ10を介して光偏
向器11に導かれ、光偏向器11により偏向され
たレーザ光は、光変調器71〜7nに順次照射さ
れる。
Examples of the present invention will be described below. FIG. 1 shows the configuration of a phased array antenna according to an embodiment of the present invention. In the figure, the output of a microwave oscillator 1, which is an excitation signal source, is distributed by a divider 2 to an input to a power divider 3 and an input to a phase detector to be described later. The output of the power divider 3 is distributed to a plurality of arrayed antenna elements 6 1 to 6n via phase shifters 4 1 to 4n whose phase shift amount is variable and power dividers 5 1 to 5n. 6 1 to 6n are excited. The optical modulators 7 1 to 7n use the excitation signals (microwaves) of the antenna elements 6 1 to 6n distributed by the power dividers 5 1 to 5n,
It modulates the laser light (light beam) from the laser light source 9. Optical reflectors 8 1 to 8n, such as corner reflectors, are installed near the antenna elements 6 1 to 6n. The laser light from the laser light source 9 is guided to the optical deflector 11 via the optical circulator 10, and the laser light deflected by the optical deflector 11 is sequentially irradiated onto the optical modulators 7 1 to 7n.

また、光変調器71〜7nからの変調されたレ
ーザ光は、光偏向器11および光サーキユレータ
10を介して光復調器12にも導かれる。光復調
器12の出力は前記電力分配器2より分配された
励振信号の一部である基準位相信号とともに、位
相検出器13に導かれる。
Further, the modulated laser beams from the optical modulators 7 1 to 7n are also guided to the optical demodulator 12 via the optical deflector 11 and the optical circulator 10 . The output of the optical demodulator 12 is guided to a phase detector 13 together with a reference phase signal that is part of the excitation signal distributed by the power divider 2.

測距装置14は例えば光干渉法を利用した公知
のレーザ測距計を用いて構成され、アンテナ素子
1〜6nの位置(位置ベクトル)を光学的反射
物81〜8nを用いて光学的に検出する装置であ
り、例えば第3図にL1,L2,L3で示すように衛
星上の3個所に固定されている。すなわち、測距
装置14L1,L2,L3からのレーザ光を光学的反
射物8i(i=1〜n)に向けて照射し、その反
射光を測距装置14で受光することによつて、
L1,L2,L3から8iまでの距離r1i,r2i,r3iを測
定する。ここで、衛星に固定された座標系x−y
−zで表わした光学的反射物8iの位置ベクトル
を〓i′とし、L1,L2,L3の位置ベクトルを〓1
2,〓3とすれば、 |〓i′−〓1|=r1i |〓i′−〓2|=r2i |〓i′−〓3|=r3i であるから、この連立方程式より光学的反射物8
の位置ベクトル〓i′を求めることができる。光学
的反射物8iはアンテナ素子6iの近傍に固定され
ており、また光学的反射物8iとアンテナ素子6i
の相対位置は既知であるから、〓i′からアンテナ
素子6iの位置ベクトルPiを求めることができる。
The distance measuring device 14 is configured using, for example, a known laser range finder using optical interference method, and optically measures the positions (position vectors) of the antenna elements 6 1 to 6n using optical reflectors 8 1 to 8n. This is a device that detects the satellite's position, and is fixed at three locations on the satellite, for example, as shown by L 1 , L 2 , and L 3 in FIG. That is, the laser beams from the distance measuring devices 14L 1 , L 2 , L 3 are irradiated toward the optical reflecting object 8 i (i=1 to n), and the reflected light is received by the distance measuring device 14. Then,
Measure distances r1i, r2i , and r3i from L 1 , L 2 , and L 3 to 8 i . Here, the coordinate system x-y fixed to the satellite
Let the position vector of the optical reflector 8 i represented by −z be 〓 i ′, and the position vectors of L 1 , L 2 , and L 3 be 〓 1 ,
If 〓 2 and 〓 3 , then |〓 i ′−〓 1 |=r1i |〓 i ′−〓 2 |=r2i |〓 i ′−〓 3 |=r3i, so from this simultaneous equation, the optical reflection Thing 8
The position vector of ii ′ can be found. The optical reflector 8 i is fixed near the antenna element 6 i , and the optical reflector 8 i and the antenna element 6 i
Since the relative position of is known, the position vector P i of the antenna element 6 i can be found from 〓 i ′.

方向センサ15はアンテナ素子61〜6nが搭
載されている衛星に固定された座標系を基準とし
たアンテナビームの所望の指向方向、すなわちア
ンテナビームを指向させるべき方向を検出するた
めのもので、アンテナビームを指向させるべき他
球上の地域(地点)と、衛星が地球に対してどの
ような姿勢・位置にあるかが分かれば、この方向
を知ることができる。衛星の地球に対する姿勢・
位置は、ほとんどの衛星が搭載している位置検出
装置(方向センサ)によつて知ることができ、例
えば地上から衛星に向けて送られるビーコン波を
モノパルスセンサで受信して位置測定を行なえば
よい。こうして地球に対する衛星の姿勢・位置が
求まれば、アンテナビームを地球上の所望の地
域・地点に向けるには、アンテナビームを衛星に
固定された座標系でどの方向に指向させればよい
かが分る。このようにしてアンテナビームの所望
の指向方向を検出するのが方向センサ15であ
る。
The direction sensor 15 is for detecting the desired pointing direction of the antenna beam based on the coordinate system fixed to the satellite on which the antenna elements 6 1 to 6n are mounted, that is, the direction in which the antenna beam should be directed. This direction can be determined by knowing the area (point) on another sphere where the antenna beam should be directed and the attitude and position of the satellite relative to the earth. Attitude of the satellite towards the earth
The position can be determined by the position detection device (directional sensor) installed on most satellites; for example, the position can be measured by receiving beacon waves sent from the ground toward the satellite with a monopulse sensor. . Once the attitude and position of the satellite with respect to the earth are determined in this way, it is possible to determine in which direction the antenna beam should be directed in the coordinate system fixed to the satellite in order to direct the antenna beam to the desired area or point on the earth. Ru. The direction sensor 15 detects the desired pointing direction of the antenna beam in this manner.

演算制御装置16は位相検出器13の出力信号
と測距装置14の出力信号とからアンテナ素子6
〜6nの励振位相を求める励振位相算出手段と、
算出された励振位相と測距装置14の出力信号及
び方向センサ15の出力信号にづいて移相器41
〜4nの移相量を補正する移相量補正手段を構成
している。
The arithmetic and control unit 16 determines the antenna element 6 based on the output signal of the phase detector 13 and the output signal of the distance measuring device 14.
Excitation phase calculation means for determining excitation phases of 1 to 6n;
Based on the calculated excitation phase, the output signal of the distance measuring device 14, and the output signal of the direction sensor 15, the phase shifter 4 1
It constitutes a phase shift amount correction means for correcting a phase shift amount of ~4n.

次に、この実施例の動作を説明する。 Next, the operation of this embodiment will be explained.

(1)式に示したように、フエーズドアレイアンテ
ナのアンテナビームを所望の方向に指向させるに
は、アンテナ素子6i(i=1〜n)の励振位相
φiと、フエーズドアレイアンテナが設置された場
所に固定されたx−y−z座標系を基準としたア
ンテナ素子6iの位置ベクトル〓i及びアンテナ
ビームの所望の指向方向を表わす単位ベクトル〓
を求め、それに基づいて(1)式が成立するように
励振位相φiに補正を加えればよい。
As shown in equation (1), in order to direct the antenna beam of the phased array antenna in the desired direction, the excitation phase φ i of the antenna element 6i (i = 1 to n) and the installation of the phased array antenna The position vector of the antenna element 6i with reference to the x-y-z coordinate system fixed at the location where it is located = i and the unit vector representing the desired pointing direction of the antenna beam =
0 , and based on that, correction is made to the excitation phase φ i so that equation (1) holds true.

ここで、アンテナ素子6iの励振位相φiは、次
のようにして検出される。レーザ光源9からのレ
ーザ光は、光サーキユレータ10を経て光偏向器
11により光変調器7i(i=1〜n)に順次照
射される。光変調器7iでは電力分配器5i(i=
1〜n)から供給されるアンテナ素子6iの励振
信号を変調用入力信号として、光偏向器11から
の入射光を振幅変調するものであつて、例えば
LiNbO3結晶に電極を設けたものなどを用いるこ
とができる。光変調器7iによつて変調された光
は、光偏向器11からの入射光と反対側から出射
する。この出射光は鏡等により光路が反転される
ことにより、光偏向器11に戻り、サーキユレー
タ10を経て光復調器12へ導かれ、復調され
る。光復調器12の復調出力信号は位相検出器1
3に入力され、電力分配器2によつて分配された
励振信号の一部である基準位相信号との位相差
φimが検出される。この位相差φimは(2)式に示し
たようにアンテナ素子6iの励振位相φi(電力分配
器5iの出力位相)から、測距装置14で得られ
るアンテナ素子6iの位置ベクトル〓iに基づいて
求められる光変調器7iと光偏向器11との間の
距離〓i−〓−〓で定まる位相遅れk(〓i−〓−
〓)および位相検出器13の両入力の固有の位相
差cを差引いたものである。
Here, the excitation phase φ i of the antenna element 6i is detected as follows. Laser light from the laser light source 9 passes through the optical circulator 10 and is sequentially irradiated onto the optical modulators 7 i (i=1 to n) by the optical deflector 11. In the optical modulator 7 i , the power divider 5 i (i=
The excitation signal of the antenna element 6 i supplied from the antenna elements 1 to n) is used as a modulation input signal to amplitude-modulate the incident light from the optical deflector 11.
A LiNbO 3 crystal provided with electrodes can be used. The light modulated by the optical modulator 7 i exits from the side opposite to the incident light from the optical deflector 11. The optical path of this emitted light is reversed by a mirror or the like, so that it returns to the optical deflector 11, passes through the circulator 10, is guided to the optical demodulator 12, and is demodulated. The demodulated output signal of the optical demodulator 12 is sent to the phase detector 1
3 and is part of the excitation signal distributed by the power divider 2. The phase difference φim with the reference phase signal is detected. This phase difference φim is calculated from the excitation phase φ i of the antenna element 6 i (output phase of the power divider 5 i ) as shown in equation (2), and the position vector of the antenna element 6 i obtained by the ranging device 14 The distance between the optical modulator 7 i and the optical deflector 11 determined based on i 〓 i −〓−〓 Phase delay k determined by
) and the inherent phase difference c between both inputs of the phase detector 13.

また、測距装置14によつて前述のように測距
装置14から光学的反射物8iまでの距離r1i,
r2i,r3iが測定され、それに基づいて上記
x−y−z座標系を基準とした光学的反射物8i
の位置ベクトル〓i′が求まり、〓i′からアンテナ
素子6iの位置ベクトル〓iが求まる。
Further, the distance r1i from the distance measuring device 14 to the optical reflecting object 8i , as described above, is determined by the distance measuring device 14.
r2i, r3i are measured, and based on that, the optical reflector 8 i is based on the x-y-z coordinate system.
The position vector 〓 i ′ of is determined, and the position vector 〓 i of the antenna element 6 i is determined from 〓 i ′.

さらに、方向センサ15で前述したように衛星
に固定された座標系x−y−zを基準としたアン
テナビームの所望の指向方向が検出され、(1)式に
示た単位ベクトル〓0が得られる。
Furthermore, the direction sensor 15 detects the desired pointing direction of the antenna beam based on the coordinate system x-y-z fixed to the satellite as described above, and the unit vector 〓 0 shown in equation (1) is obtained. It will be done.

これら位相検出器13で得られた位相差φim
と、測定装置14で得られたアンテナ素子6i
位置ベクトル〓i及び方向センサ15で得られた
単位ベクトル〓0が演算制御装置16に入力され
る。演算制御装置16では(2)式に基づいてφim及
び〓iの情報からアンテナ素子6iの励振位相φi
求める(k、〓、〓、cは既知である)。こうし
て求められた励振位相φの実測値をφi′とする。
一方、〓i及び〓0から(1)式における目標の励振位
置φiが分るので、これと実測値φi′との差φi−φi
を移相器4i(i=1〜n)の移動量の補正量と
して算出し、この補正量に応じて電気信号を移相
器4iに導いて、移相量の補正を行なう。この補
正の結果、アンテナ素子6iの励振位置が補正さ
れ、アンテナビームの指向方向が変化する。この
補正後のアンテナ素子6iの励振位相が同様にし
て検出され、以下同様な動作が行なわれる。すな
わち、アンテナ素子6iの励振位相は閉ループ制
御され、最終的にはアンテナビームが所望の指向
方向を向くように収束する。
The phase difference φim obtained by these phase detectors 13
The position vector 〓 i of the antenna element 6 i obtained by the measuring device 14 and the unit vector 〓 0 obtained by the direction sensor 15 are input to the arithmetic and control device 16 . The arithmetic and control unit 16 calculates the excitation phase φ i of the antenna element 6 i from the information of φ im and 〓 i based on equation (2) (k, 〓, 〓, and c are known). The actual measured value of the excitation phase φ obtained in this way is defined as φ i '.
On the other hand, since the target excitation position φ i in equation (1) can be found from 〓 i and 〓 0 , the difference between this and the actual measured value φ i ′ is φ i −φ i
is calculated as a correction amount for the movement amount of the phase shifter 4 i (i=1 to n), and an electric signal is guided to the phase shifter 4 i according to this correction amount to correct the phase shift amount. As a result of this correction, the excitation position of the antenna element 6 i is corrected, and the pointing direction of the antenna beam changes. The excitation phase of the antenna element 6 i after this correction is detected in the same manner, and the same operation is performed thereafter. That is, the excitation phase of the antenna element 6 i is controlled in a closed loop, and the antenna beam is finally converged to point in a desired direction.

以上説明したように、この発明によれば熱等の
外乱に起因するアンテナ素子の位置変動によるア
ンテナビームの方向変化が自動的に補正され、ア
ンテナビームを常に所望の方向に指向させること
ができ、しかもこの補正をアンテナ本来の動作を
中継させることなく行なうことができる。また、
近傍電界の測定のようにアンテナ前方の前面にわ
たり特殊な構造のプローブ移動架台を設ける等の
必要がなく、通信やレーダ用のアレーアンテナと
して極めて有効である。
As explained above, according to the present invention, changes in the direction of the antenna beam due to positional fluctuations of the antenna element due to disturbances such as heat are automatically corrected, and the antenna beam can always be directed in a desired direction. Furthermore, this correction can be performed without relaying the original operation of the antenna. Also,
It is extremely effective as an array antenna for communications and radar, as there is no need to provide a specially constructed probe movable stand across the front of the antenna as in the case of nearby electric field measurements.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の一実施例に係るフエーズド
アレイアンテナの構成図、第2図はこの発明の原
理を説明するための図、第3図は同実施例におけ
る測距装置の測定原理の一例を説明するための図
である。 1……マイクロ波発振器(励振信号源)、2,
3,51〜5n……電力分配器、41〜4n……移
相器、61〜6n……アンテナ素子、71〜7n…
…光変調器、81〜8n……光学的反射物、9…
…レーザ光源、10……光サーキユレータ、11
……光偏向器、12……光復調器、13……位相
検出器、14……測距装置、15……方向セン
サ、16……演算制御装置(励振位相算出手段及
び移相量補正手段)。
Fig. 1 is a configuration diagram of a phased array antenna according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a diagram for explaining the principle of the invention, and Fig. 3 is a diagram illustrating the measurement principle of a distance measuring device in the same embodiment. FIG. 3 is a diagram for explaining an example. 1...Microwave oscillator (excitation signal source), 2,
3,5 1 to 5n...power divider, 41 to 4n...phase shifter, 61 to 6n...antenna element, 71 to 7n...
...Light modulator, 8 1 to 8n... Optical reflector, 9...
... Laser light source, 10 ... Optical circulator, 11
. . . Optical deflector, 12 . . . Optical demodulator, 13 . . . Phase detector, 14 . ).

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 配列された複数のアンテナ素子に励振信号源
から移相量可変の移相器を介して励振信号を供給
して、これらのアンテナ素子を励振するフエーズ
ドアレイアンテナにおいて、光ビームを発生する
光源と、この光源から発生される光ビームを前記
アンテナ素子の近傍に向けて順次照射する光偏向
器と、前記アンテナ素子の近傍にそれぞれ設けら
れ、前記光偏向器によつて照射される光を前記ア
ンテナ素子の励振信号によつて変調する複数の光
変調器と、これらの光変調器による変調光を順次
復調する光復調器と、この光復調器の出力信号と
前記励振信号源から分配される基準位相信号との
位相差を検出する位相検出器と、前記アンテナ素
子の位置を光学的に測定する測距装置と、この測
距装置の出力信号と前記位相検出器の出力信号と
から前記アンテナ素子の励振位相を求める励振位
相算出手段と、前記アンテナ素子により形成され
るアンテナビームの所望の指向方向を検出する方
向センサと、この方向センサの出力信号と前記測
距装置の出力信号及び前記励振位相算出手段によ
り求められた励振位相に基づいて、前記アンテナ
ビームが前記所望の指向方向へ指向するように前
記移相器の移相量を補正する移相量補正手段とを
具備することを特徴とするフエーズドアレイアン
テナ。
1. A light source that generates a light beam in a phased array antenna that excites a plurality of arrayed antenna elements by supplying an excitation signal from an excitation signal source through a phase shifter with a variable phase shift amount. an optical deflector that sequentially irradiates a light beam generated from the light source toward the vicinity of the antenna element; a plurality of optical modulators that modulate with excitation signals of antenna elements; an optical demodulator that sequentially demodulates the modulated light by these optical modulators; and an output signal of the optical demodulators that is distributed from the excitation signal source. a phase detector that detects a phase difference with a reference phase signal; a distance measuring device that optically measures the position of the antenna element; and a distance measuring device that optically measures the position of the antenna element. excitation phase calculation means for determining the excitation phase of the element; a direction sensor for detecting a desired pointing direction of the antenna beam formed by the antenna element; an output signal of the direction sensor, an output signal of the distance measuring device, and the excitation It is characterized by comprising a phase shift amount correction means for correcting the phase shift amount of the phase shifter so that the antenna beam is directed in the desired pointing direction based on the excitation phase determined by the phase calculation means. Phased array antenna.
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