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JPH0331002B2 - - Google Patents
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JPH0331002B2 - - Google Patents

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JPH0331002B2
JPH0331002B2 JP53164458A JP16445878A JPH0331002B2 JP H0331002 B2 JPH0331002 B2 JP H0331002B2 JP 53164458 A JP53164458 A JP 53164458A JP 16445878 A JP16445878 A JP 16445878A JP H0331002 B2 JPH0331002 B2 JP H0331002B2
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JP53164458A
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Aaru Ropezu Arufuretsudo
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BAE Systems Aerospace Inc
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Hazeltine Corp
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Publication date
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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
    • H01Q3/30Arrangements 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 varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H01Q3/34Arrangements 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 varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、位相調整式のアレイアンテナ装置に
係り、特に、方向探知の使用目的に用いられる位
相アレイ装置の位相量子化エラーを減少すること
に係る。
1978年1月26日付出願のRichard F・Frazita
氏の米国特許出願第872525号には、位相量子化エ
ラーを減少した位相調整式のアレイアンテナ装置
が開示されている。上記特許出願の関連部分を参
考としてここに引用する。上記Frazita氏の特許
出願は、結合回路網に於いてアレイアパーチヤの
各素子対の1方の素子に位相調整器を設けた様な
アレイアンテナを開示している。この位相調整器
は結合回路網に使用されるデジタル移相器の最小
位相ステツプの半分に等しい位相長さを有してい
る。この位相調整器は、対称的に置かれた移相器
が状態を変えるところの放射角にずれを生じさせ
る。放射角のこのずれは実際上最大位相量子化エ
ラーを、最小の移相器ステツプの値に等しい量か
ら、最小の移相器ステツプの値の半分に等しい量
まで減少させる。
本発明の目的は、アンテナ結合回路網に位相調
整器を使用することなく位相量子化エラーを減少
する様な位相調整式アレイアンテナを提供するこ
とである。
本発明によれば、複数個のアンテナ素子を有す
るアパーチヤを備え、これらアンテナ素子がアパ
ーチヤの選択された基準点に対して対称的に配列
された様な位相調整式アレイアンテナ装置が提供
される。アンテナ素子に波エネルギ信号を供給す
るための結合手段が設けられている。この結合手
段は供給された位相制御信号に応答して個々の位
相ステツプで波エネルギ信号の位相を変えるため
のデジタル移相器を備えている。結合手段で生ず
る位相のずれの合計を「結合手段の位相長さ」と
いう。この結合手段の位相長さは、選択された公
称位相値から移相器の最小位相ステツプのほゞ整
数倍までである様な位相でもつて波エネルギ信号
を全てのアンテナ素子に供給せしめる様に選択さ
れる。各素子の所望放射角の理想的な位相関数を
近似する様な位相を、アンテナ素子に供給される
波エネルギ信号に持たせる様に位相制御信号を移
相器に供給するための手段が設けられている。こ
の理想的な位相関数は所望角に於ける素子からの
放射を増強せしめる様に選択され、そして対称的
に配列された素子対に対する関数はいかなる放射
角に於いても公称位相値から或る選択された位相
変位だけずらされた平均値を有し、各対の素子に
供給される信号間の位相差を、素子に対する位相
関数間の差から最小位相制御ステツプの半分以内
にほゞ存在せしめる様にする。
位相変位は最小位相ステツプの1/4の大きさを
有しているのが好ましい。素子に対する理想的な
位相関数は、公称放射方向の波エネルギ信号を増
強せしめる公称位相値と、ビーム操向関数と、一
定位相変位との和である。公称放射角がアレイ素
子を含む平面に垂直な方向にある場合には、公称
位相値が全ての素子に対して等しい位相値を有す
る。公称放射角が素子を含む平面に垂直な方向か
ら異なる場合には、各素子に対する公称位相値
が、アパーチヤ平面上の基準点からその素子まで
の距離(所望放射角を含み且つ基準点を通る垂直
平面内で測定した)に比例する。ビーム操向関数
も基準点から各素子までの距離(垂直平面内で測
定した)に比例する。
本発明の更に別の目的と共に本発明を良く理解
するため、添付図面を参照して本発明を以下に詳
細に説明する。
第1図は位相調整式のアレイアンテナ装置の略
図である。このアンテナ放射素子10,12,1
2′,14,14′,16,16′,18,18′を
備えており、これらは中央素子10が置かれた基
準点の両側に一線に配列されている。このアンテ
ナ装置の各素子は個々の移相器20乃至28及び
22′乃至28′を含む結合回路網13によつて送
信器11に接続される。
各々の移相器はデジタル移相器であり、これは
良く知られた様に移相器に送られる位相制御信号
に応答して個々の位相ステツプで波エネルギ信号
の位相を変えるものである。位相制御信号を用い
て移相器を適正にセツトすることにより、第1図
のアンテナからの放射方向を色々な角度θに変え
させることができる。
第1A図は第1図のアンテナに用いられる形式
の典型的なデジタル移相器を示している。この移
相器は個々の位相ステツプで波エネルギ信号の位
相を変える3つの移相ビツト15,17,19を
備えている。第1A図の移相器は360゜を2又は2
の累乗で割つた数、即ち180゜、90゜及び45゜で波エ
ネルギ信号を変える3ビツト移相器である。第1
A図の移相器の最小ビツトは45゜であり、従つて
これは移相器を通る信号の全位相を変えることの
できる最小増分である。従つて、移相器が所望の
位相値にできるだけ接近してセツトされた場合、
移相器は±22.5゜程度だけ所望の位相値からずれ
た位相を持つと考えられる。
第2図は第1図のアンテナに対する1組の位相
関数φ10,φ12…を示している。各位相関数は、第
1図のアンテナからの放射が所望の放射角θに於
いて増強される様に、素子10,12等に送られ
る波エネルギ信号の理想的な位相を表わしてい
る。便宜上、θ=0゜の場合に全素子に送られる信
号の位相値が零である様に選択されている。
第3図は理想的な位相関数φ14及びφ14′を近す
るための移相器24及び24′の公知の位相的な
関数は対称的であるからθの正の値についてのみ
示してある。移相器の位相値は45゜又は45゜の整数
倍のステツプでしか変えることができないので、
素子14及び14′に送られる信号の位相間の実
際の位相差(φ24及びφ24′として示された)は、
理想的な位相差よりも±45゜という様な大きさだ
け異なる。この位相エラーεが走査角θのサイン
関数として第4図にプロツトされている。
本発明によれば、アンテナ移相器のための位相
制御信号を選択するのに用いられる理想的な位相
関数を変更することにより、位相量子化エラーε
を著しく減少できるということが分つた。第5図
は0゜走査角に対する公称位相から量δだけ変位さ
れた変更された理想的な位相関数φ′14及びφ′14′を
示した図である。この量δを位相変位という。対
称的な素子対の平均位相値が全ての走査角に対し
て同様に変位される。理想的な位相関数の平均位
相を移相移の最小位相ステツプの整数倍の量から
この様に変位することにより、移送器24及び2
4′に送られる位相制御信号は走査角の色々な値
に於いてこれらの移相器をして位相状態を変化さ
せる。従つて、第5図に示された様に、移相器2
4は移相器24′とは明らかに異なつた値で位相
状態を変化する。位相状態の変化のこの時間差
は、位相変位δが最小移相器ステツプの1/4の大
きさを有する時に最適となる。この位相変位は得
られる移相器状態の1方に相当する公称位相値か
ら正の方向であつてもよいし負の方向であつても
よい。
第6図は第5図の理想的な位相関数を使用する
ことによつて生じる位相量子化エラーε′を示して
いる。位相量子化エラーの最大振巾が22.5゜であ
るということが容易に明らかであろう。更に、こ
の位相エラー曲線は第4図に示された公知の位相
量子化エラーの2倍の周期を有している。
位相量子化エラーを減少する本発明による改良
は位相制御信号発生器を変更することによつて容
易に実施されるということが理解されよう。従つ
て、位相制御信号が第7図に示した様なリード・
オンリ・メモリ装置で発せられる場合は、ビーム
選択ユニツト90からの放射方向信号に応答して
供給される位相制御信号が、量δだけ公称位相値
から変位された関数を近似する様に、リード・オ
ンリ・メモリ92,94,96,98等の値を変
えるだけで、位相量子化エラーの改善を達成する
ことができる。
大部分の使用目的に於いては、アレイアンテナ
が、アパーチヤに対して垂直である公称放射方向
(θ=0゜)を有しているが、結合回路網の位相長
さを変えることによつて中心ずれした公称放射値
を有する様にアレイを構成することができる。従
つて、全ての移相器が等しい値にセツトされた時
に素子に送られる波エネルギ信号の位相は、零以
外の公称放射角に相当するアンテナアパーチヤ上
のリニア位相傾斜となる。本発明による理想的な
関数はこの“公称”位相関数と、ビーム操向平面
で測定したアパーチヤ上の基準点から素子までの
距離に比例し且つ公称放射角と所望放射角のサイ
ンとの差に比例する様なビーム操向関数と、位相
変位δとによつて計算することができる。公称放
射角である時は公称位相関数も零である。
本発明によつて改良された位相量子化エラー制
御技術は、各移相器に2つ以上の放射素子が用い
られた第8図に示した形式の位相調整式アレイに
好都合に利用される。第8図の配列体はFrazita
氏の米国特許第4041501号に開示された形式のも
のである。上記特許によれば、素子は素子群7
2,74,76等々に配列されそして結合回路網
73からの信号が供給され、結合回路網は各素子
群に対応する1つの移相器82,84,86等を
有している。その結果、やゝ大きな有効素子間隔
d′が得られる。結合回路網73は素子を相互接続
し、そして放射格子ローブが抑制される様に有効
素子パターンを整形せしめる。この形式のアレイ
は、有効素子間隔d′が大きいので、位相量子化エ
ラーより生じる指向エラーの影響を受けやすい。
それ故、位相量子化エラーを減少する本発明によ
る改良は、アンテナ指向エラーを減少するための
この形式のアンテナに特に効果的である。
送信アンテナについて本発明を説明したが、こ
の様なアンテナは交互作用的であり、本発明を受
信アンテナにも等しく適用できるということが当
業者に理解されよう。それ故、特許請求の範囲は
信号を送信する様に設計されたアンテナも信号を
受信する様に設計されたアンテナも包含するもの
とする。
本発明の好ましい実施例と考えられるものを説
明したが、本発明の範囲から逸脱せずにその他の
変更がなされ得るということは当業者に明らかで
あり、従つてこの様な変更は全て特許請求の範囲
内に網羅されるものとする。
【図面の簡単な説明】
第1図は位相調整式のアレイアンテナ装置の略
図、第1A図は、第1図のアンテナに用いられる
形式の典型的なデジタル移相器を説明するための
図、第2図は第1図のアンテナ装置の素子に対す
る理想的な位相関数の組を示した図、第3図は第
1図のアンテナの素子対に対する公知技術による
理想的な位相関数及び位相量子化を示した図、第
4図は公知技術による位相量子化エラーを示した
図、第5図は第1図のアンテナの素子対に対する
本発明による理想的な位相関数及び位相量子化エ
ラーを示した図、第6図は本発明による位相量子
化エラーを示した図、第7図は第1図のアンテナ
の移相器に位相制御信号を与えるための装置を示
した図、第8図は本発明を適用するのに特に好都
合である様な大きな有効素子間隔を持つたアンテ
ナ装置を示した図である。 10,12,12′,14,14′,16,1
6′,18,18′……放射素子、11……送信
器、13……結合回路網、20−28,22′−
28……移相器、90……ビーム選択ユニツト、
92,94,96,98……リード・オンリ・メ
モリ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 複数個のアンテナ素子を有するアパーチヤを
    備え、上記アンテナ素子は、上記アパーチヤ上の
    選択された基準点に対して対称的に配列され、 上記アンテナ素子に波エネルギ信号を供給する
    結合手段を備え、この結合手段は、供給された位
    相制御信号に応答して、不連続な位相ステツプで
    上記波エネルギ信号の位相を変えるためのデジタ
    ル移相器を含んでおり、上記結合手段の位相長さ
    は、選択された公称位相値から上記位相器の最小
    位相ステツプのほぼ整数倍までである位相でもつ
    て、上記波エネルギ信号を全ての上記アンテナ素
    子に供給せしめる様に選択され、 更に、上記位相制御信号を上記位相器に供給す
    る手段を備え、この手段は、上記アンテナ素子に
    供給される波エネルギ信号に、各アンテナ素子に
    対する所望放射角の理想的な位相関数に近似する
    位相を持たせ、上記理想的な位相関数は、上記所
    望放射角に於いて上記アンテナ素子からの放射を
    増強せしめる様に選択され、そして対称的に配列
    されたアンテナ素子対に対する上記理想的な位相
    関数は、いかなる放射角に対しても或る選択され
    た位相変位だけ上記公称位相値からずれた平均値
    を有し、各対のアンテナ素子に供給される信号間
    の位相差を、上記アンテナ素子に対する上記位相
    関数間の差から上記最小位相制御ステツプの半分
    以内にほぼ存在せしめる様にしたことを特徴とす
    る位相調整式のアレイアンテナ装置。 2 上記位相変位は上記最小位相ステツプのほぼ
    1/4の大きさを有する特許請求の範囲第1項記載
    のアレイアンテナ装置。 3 複数のアンテナ素子は選択された基準点に対
    してアパーチヤ平面上に対称的に配列され、 上記公称位相値は、公称放射角に於ける上記ア
    ンテナ素子からの放射の位相を増強せしめる様な
    位相値に相当し、 上記理想的な位相関数は、上記公称位相値と、
    上記選択された放射角から計算されたビーム操向
    関数と、或る選択された一定の位相変位との和よ
    り成り、上記一定の位相変位は、各々の対称的な
    対になつているアンテナ素子に供給される信号間
    の位相差を、所望の放射角に対する上記アンテナ
    素子の上記理想的な位相関数間の差から上記最小
    位相制御ステツプのほぼ半分以内に存在せしめる
    様に選択された特許請求の範囲第1項記載のアレ
    イアンテナ装置。 4 上記公称位相値は全ての上記素子に対して等
    しい位相を備えている特許請求の範囲第3項記載
    のアレイアンテナ装置。 5 上記公称放射角及び選択された放射角は上記
    アパーチヤに垂直な平面内の角度であり、上記公
    称位相値は上記平面内で測定した上記基準点から
    各素子までの距離に比例した値であり、上記ビー
    ム操向関数は上記平面内で測定した上記基準点か
    ら各素子までの距離に比例し、且つ、上記公称放
    射角と上記選択された放射角のサインとの差に比
    例する関数であり、上記角度は上記アパーチヤ平
    面に垂直な線から上記垂直平面内で測定される特
    許請求の範囲第3項記載のアレイアンテナ装置。 6 上記一定の位相変位は上記最小の位相ステツ
    の1/4の大きさを有している特許請求の範囲第3
    項、または第4項または第5項に記載のアレイア
    ンテナ装置。
JP16445878A 1978-01-27 1978-12-26 Phase control array antenna reducing phase quantizing error Granted JPS54114067A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US05/872,976 US4191960A (en) 1978-01-27 1978-01-27 Phased array antenna with reduced phase quantization error

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS54114067A JPS54114067A (en) 1979-09-05
JPH0331002B2 true JPH0331002B2 (ja) 1991-05-02

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ID=25360725

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP16445878A Granted JPS54114067A (en) 1978-01-27 1978-12-26 Phase control array antenna reducing phase quantizing error

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US (1) US4191960A (ja)
JP (1) JPS54114067A (ja)
AU (1) AU519113B2 (ja)
CA (1) CA1106059A (ja)
GB (1) GB2013408B (ja)

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US4191960A (en) 1980-03-04
AU4160578A (en) 1979-08-02
JPS54114067A (en) 1979-09-05
GB2013408A (en) 1979-08-08
GB2013408B (en) 1982-08-04
CA1106059A (en) 1981-07-28
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