KR102094159B1

KR102094159B1 - 페이즈드 어레이 안테나의 위상 조정 제어 장치, 어레이 안테나 장치, 안테나 측정 장치 및 페이즈드 어레이 안테나의 위상 조정 방법

Info

Publication number: KR102094159B1
Application number: KR1020197028024A
Authority: KR
Inventors: 슈지 누이무라
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2020-03-27
Anticipated expiration: 2038-03-29
Also published as: JP2019047503A; CN110476300A; JP6447772B1; US20200389285A1; EP3605732B1; JPWO2018181764A1; JP6418366B1; JP2019022229A; JP6447774B1; KR20190113997A; EP3605732A1; US10917228B2; JP2019022230A; JP2019022231A; CN110476300B; EP3605732A4; WO2018181764A1; JP6447773B1

Abstract

모든 소자 안테나에서 동시에 전파를 방사하지 않더라도, 각 소자 안테나의 위상 기준을 일치시키도록 교정한다. 위상 조정 제어 장치는, 복수의 소자 안테나(1)를 소자 안테나 그룹(10)으로 나누고, 이미 측정한 소자 안테나 그룹(10)을 포함하는 적어도 2개의 소자 안테나 그룹(10)을 포함하는 동작 소자 안테나 집합(20)을 차례로 동작 상태로 한다. 위상 조정 제어 장치는, 소자 안테나(1)의 위상을 변화시켜, 상이한 위상으로 방사되는 전파의 복수의 수신 전력치를 사용하여, 위상을 변화시키는 소자 안테나(1)가 생성하는 소자 전계 벡터의 동작 소자 안테나 집합(20) 중에서의 집합 내 위상차를 계산하는 소자 전계 연산 회로(11)와, 복수의 상이한 동작 소자 안테나 집합(20)을 사용하여 소자 전계 벡터를 계산한 소자 안테나(1)의 소자 전계 벡터를 이용하여, 상이한 동작 소자 안테나 집합(20)에 속하는 소자 안테나(1)의 소자 전계 벡터의 위상차를 계산하는 위상차 계산부(16)를 구비한다.

Description

페이즈드 어레이 안테나의 위상 조정 제어 장치, 어레이 안테나 장치, 안테나 측정 장치 및 페이즈드 어레이 안테나의 위상 조정 방법

본 발명은, 무선 전력 전송에 사용되는 페이즈드 어레이 안테나를 갖는 어레이 안테나 장치에 관한 것이다.

우주에 설치한 대규모의 태양광 발전 장치로부터 지상으로 전력을 송전하는 우주 태양 발전 시스템(SSPS : Space Solar Power Systems)이 구상되고 있다. 그것을 위해, 마이크로파 등의 주파수 대역의 전파에 의해, 전력을 송수전하는 무선 전력 전송 시스템의 연구 개발이 진행되고 있다.

최근, SSPS의 요소 기술의 개발이 진행되어, 낙도나 비상체로 향해서, 장거리ㆍ대규모의 전력 전송을 행하는 시스템의 검토가 많이 이루어지고 있다.

상기와 같은, 장거리ㆍ대규모의 전력 전송 시스템에서는, 다수의 소자 안테나를 직선 형상 혹은 평면 형상으로 배열한 페이즈드 어레이 안테나(phased array antenna)가 이용된다. 페이즈드 어레이 안테나는, 각 소자 안테나의 위상을 조정함으로써 빔 형상이나 빔을 방사하는 방향을 가변으로 할 수 있는 특징을 갖는다. 페이즈드 어레이 안테나는, 기계적인 구동이 불필요하고, 고속으로 지향 방향을 변경할 수 있다. 페이즈드 어레이 안테나로 소망하는 방향으로 효율적으로 송전하기 위해서는, 복수의 소자 안테나의 위상이 조정되어 있을 필요가 있다. 즉, 복수의 소자 안테나의 위상 기준이 일치하는 상태로 교정되어 있을 필요가 있다.

복수의 소자 안테나의 위상을 조정하기 위한 종래의 안테나 측정 장치에서는, 송신기로부터 송신되는 고주파 신호는, 픽업 안테나로부터 공간으로 방사된다. 이 방사되는 고주파 신호는, 복수의 소자 안테나에 의해 수신된다. 이 수신되는 상태에서, 가변 이상기(variable phase shifter)를 제어하여, 각 소자 안테나의 이상(phase shift) 설정치를 제어 회로에 의해 1개씩 순차적으로 변화시킨다. 측정 연산 회로는, 모든 소자 안테나의 합성 출력의 최대치와 최소치의 비, 및, 최대치를 주는 이상 설정치를 측정하여, 각 소자 안테나의 진폭 및 위상을 산출한다. 이와 같은 방법은, 소자 전계 벡터 회전법(Rotating Element Electric Field Vector(REV) Method, REV법)으로 불린다(예컨대, 특허문헌 1 참조).

상기와 같이 구성된 종래의 안테나 측정 장치에서는, 소자 안테나의 소자 전계 벡터를 구하기 위해서는, 모든 소자 안테나를 동작 상태(전파를 방사하고 있는 상태)로 하여, 그 소자 안테나에 접속되어 있는 가변 이상기만 그 이상 설정치를 변화시킬 필요가 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허 공보 평 1-37882호 공보

장거리ㆍ대규모의 전력 전송 시스템에서는, 시스템 규모를 최소로 하기 위해, 송전용 안테나와 수전용 안테나를 일반적으로 나누고 있다. 송전용 안테나의 페이즈드 어레이 안테나의 위상을 조정하려면, 송전용 안테나로부터 전파를 방사하는 상태에서 각 소자 안테나의 소자 전계 벡터를 구할 필요가 있다. 또한, 지상 설치형의 안테나에서는, 주위 환경의 영향을 받기 때문에, 설치 환경에서 교정하여 둘 필요도 있다. 그렇지만, 교정하지 않은 상태에서, 모든 소자 안테나를 동작 상태로 하면, 전파 피폭이나 무선 통신 기기의 고장을 일으킬 우려가 있는 등, 안전성을 확보할 수 없을 가능성이 있다고 하는 과제가 있다. 교정에 있어서는, 전자파 사용의 안전 기준으로서 국가가 제정한 전파법이나 전파 방호 지침 등에 준거한 전파를 방사하는 것이 보증되어 있을 필요가 있다.

한편, 작은 전력으로 전파를 방사하는 것에 의해 안전성을 확보할 수도 있다. 그러나, S/N비의 저하에 의해 교정을 할 수 없거나, 혹은 교정 정확도가 저하하여 소망하는 빔 형성을 행할 수 없어, 송전 때의 안전성을 확보할 수 없을 가능성이 있다고 하는 과제가 있다.

본 발명은, 모든 소자 안테나를 동시에 동작 상태로 하는 일 없이, 페이즈드 어레이 안테나를 구성하는 각 소자 안테나의 위상 기준을 일치시키도록 교정할 수 있는 어레이 안테나 장치, 안테나 측정 장치 및 페이즈드 어레이 안테나의 위상 조정 방법을 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명과 관련되는 페이즈드 어레이 안테나의 위상 조정 제어 장치는, 페이즈드 어레이 안테나의 위상 조정을 제어한다. 페이즈드 어레이 안테나는, 송신기로부터의 송신 신호를 전파로서 방사하는 복수의 소자 안테나와, 1개 또는 복수 개의 소자 안테나마다 마련된, 소자 안테나가 전파를 방사하는 동작 상태와 전파를 방사하지 않는 비동작 상태를 전환하는 복수의 동작 전환부와, 1개 또는 복수 개의 소자 안테나마다 마련된, 소자 안테나에 입력되는 송신 신호의 위상을 변경하는 복수의 가변 이상기를 갖는다.

페이즈드 어레이 안테나의 위상 조정 제어 장치는, 페이즈드 어레이 안테나가 방사하는 전파를 수신할 수 있는 위치에 배치된 수신 안테나가 수신하는 전파의 전력의 측정치인 수신 전력치를 취득하는 수신 전력치 취득부와, 동작 전환부에서 동시에 동작 상태 또는 비동작 상태가 전환되는 소자 안테나를 단위로 결정된, 일부의 소자 안테나의 집합인 복수의 동작 소자 안테나 집합의 각각에 따라, 동작 소자 안테나 집합에 속하는 소자 안테나를 동작 상태로 하고, 동작 소자 안테나 집합에 속하지 않는 소자 안테나를 비동작 상태로 하도록 복수의 동작 전환부를 제어하는 방사 제어부와, 복수의 동작 소자 안테나 집합의 각각에 따라 방사 제어부가 복수의 동작 전환부를 제어하고 있는 상태에서, 동작 소자 안테나 집합에 속하는 적어도 일부의 소자 안테나의 집합인 위상 계측 소자 안테나 집합에 속하는 소자 안테나에 입력되는 송신 신호의 위상을 변경시키고, 상이한 복수의 위상 변경량에서의 수신 전력치를 사용하여, 위상 계측 소자 안테나 집합에 속하는 각각의 소자 안테나가 방사하고 수신 안테나에서 수신되는 전파에 의해 생성되는 소자 전계 벡터의 사이에서의 위상차인 집합 내 위상차를 계산하는 집합 내 위상차 계산부와, 복수의 동작 소자 안테나 집합의 각각이 다른 동작 소자 안테나 집합과 공통의 소자 안테나를 갖도록 결정되어 있고, 또한, 복수의 동작 소자 안테나 집합의 각각에 대응하는 복수의 위상 계측 소자 안테나 집합의 각각이 다른 위상 계측 소자 안테나 집합과 공통의 소자 안테나를 갖도록 결정되어 있고, 복수의 위상 계측 소자 안테나 집합에서 계산한 복수의 집합 내 위상차에 근거하여, 상이한 위상 계측 소자 안테나 집합에 속하는 소자 안테나가 생성하는 소자 전계 벡터의 위상차를 계산하는 위상차 계산부를 갖는다.

본 발명과 관련되는 안테나 측정 장치는, 페이즈드 어레이 안테나가 방사하는 전파를 수신하는 수신 안테나와, 수신 안테나가 수신하는 전파의 전력의 측정치인 수신 전력치를 측정하는 수신 전력치 측정부를 구비한다. 페이즈드 어레이 안테나는, 송신기로부터의 송신 신호를 전파로서 방사하는 복수의 소자 안테나와, 1개 또는 복수 개의 소자 안테나마다 마련된, 소자 안테나가 전파를 방사하는 동작 상태와 전파를 방사하지 않는 비동작 상태를 전환하는 복수의 동작 전환부와, 1개 또는 복수 개의 소자 안테나마다 마련된, 소자 안테나에 입력되는 송신 신호의 위상을 변경하는 복수의 가변 이상기를 갖는다. 안테나 측정 장치는, 또한, 동작 전환부에서 동시에 동작 상태 또는 비동작 상태가 전환되는 소자 안테나를 단위로 결정된, 일부의 소자 안테나의 집합인 복수의 동작 소자 안테나 집합의 각각에 따라, 동작 소자 안테나 집합에 속하는 소자 안테나를 동작 상태로 하고, 동작 소자 안테나 집합에 속하지 않는 소자 안테나를 비동작 상태로 하도록 복수의 동작 전환부를 제어하는 방사 제어부와, 복수의 동작 소자 안테나 집합의 각각에 따라 방사 제어부가 복수의 동작 전환부를 제어하고 있는 상태에서, 동작 소자 안테나 집합에 속하는 적어도 일부의 소자 안테나의 집합인 위상 계측 소자 안테나 집합에 속하는 소자 안테나에 입력되는 송신 신호의 위상을 변경시키고, 상이한 복수의 위상 변경량에서의 수신 전력치를 사용하여, 위상 계측 소자 안테나 집합에 속하는 각각의 소자 안테나가 방사하고 수신 안테나에서 수신되는 전파에 의해 생성되는 소자 전계 벡터의 사이에서의 위상차인 집합 내 위상차를 계산하는 집합 내 위상차 계산부와, 복수의 동작 소자 안테나 집합의 각각이 다른 동작 소자 안테나 집합과 공통의 소자 안테나를 갖도록 결정되어 있고, 또한, 복수의 동작 소자 안테나 집합의 각각에 대응하는 복수의 위상 계측 소자 안테나 집합의 각각이 다른 위상 계측 소자 안테나 집합과 공통의 소자 안테나를 갖도록 결정되어 있고, 복수의 위상 계측 소자 안테나 집합에서 계산한 복수의 집합 내 위상차에 근거하여, 상이한 위상 계측 소자 안테나 집합에 속하는 소자 안테나가 생성하는 소자 전계 벡터의 위상차를 계산하는 위상차 계산부를 구비하는 것이다.

본 발명과 관련되는 페이즈드 어레이 안테나의 위상 조정 방법이 대상으로 하는 페이즈드 어레이 안테나는, 송신기로부터의 송신 신호를 전파로서 방사하는 복수의 소자 안테나와, 1개 또는 복수 개의 소자 안테나마다 마련된, 소자 안테나가 전파를 방사하는 동작 상태와 전파를 방사하지 않는 비동작 상태를 전환하는 복수의 동작 전환부와, 1개 또는 복수 개의 소자 안테나마다 마련된, 소자 안테나에 입력되는 송신 신호의 위상을 변경하는 복수의 가변 이상기를 갖는다.

위상 조정 방법은, 동작 전환부에서 동시에 동작 상태 또는 비동작 상태가 전환되는 소자 안테나를 단위로 결정된, 일부의 소자 안테나의 집합인 복수의 동작 소자 안테나 집합의 각각에 따라, 동작 소자 안테나 집합에 속하는 소자 안테나를 동작 상태로 하고, 동작 소자 안테나 집합에 속하지 않는 소자 안테나를 비동작 상태로 하도록 복수의 동작 전환부를 제어하는 방사 제어 수순과, 복수의 동작 소자 안테나 집합의 각각에 따라 방사 제어 수순에서 복수의 동작 전환부를 제어하고 있는 상태에서, 동작 소자 안테나 집합에 속하는 적어도 일부의 소자 안테나의 집합인 위상 계측 소자 안테나 집합에 속하는 소자 안테나에 입력되는 송신 신호의 위상을 변경시키고, 상이한 복수의 위상 변경량에서의 페이즈드 어레이 안테나가 방사하는 전파를 수신할 수 있는 위치에 배치된 수신 안테나가 수신하는 전파의 전력의 측정치인 수신 전력치를 사용하여, 위상 계측 소자 안테나 집합에 속하는 각각의 소자 안테나가 방사하고 수신 안테나에서 수신되는 전파에 의해 생성되는 소자 전계 벡터의 사이에서의 위상차인 집합 내 위상차를 계산하는 집합 내 위상차 계산 수순과, 복수의 동작 소자 안테나 집합의 각각이 다른 동작 소자 안테나 집합과 공통의 소자 안테나를 갖도록 결정되어 있고, 또한, 복수의 동작 소자 안테나 집합의 각각에 대응하는 복수의 위상 계측 소자 안테나 집합의 각각이 다른 위상 계측 소자 안테나 집합과 공통의 소자 안테나를 갖도록 결정되어 있고, 복수의 위상 계측 소자 안테나 집합에서 계산한 복수의 집합 내 위상차에 근거하여, 상이한 위상 계측 소자 안테나 집합에 속하는 소자 안테나가 생성하는 소자 전계 벡터의 위상차를 계산하는 위상차 계산 수순을 구비한 것이다.

본 발명에 따르면, 모든 소자 안테나를 동시에 동작 상태로 하는 일 없이, 페이즈드 어레이 안테나를 구성하는 각 소자 안테나의 위상 기준을 일치시키도록 교정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1과 관련되는 어레이 안테나 장치의 전기적 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 실시의 형태 1과 관련되는 어레이 안테나 장치가 갖는 위상 조정 제어 장치의 기능 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 실시의 형태 1과 관련되는 어레이 안테나 장치에서의 소자 안테나 그룹의 예를 설명하는 도면이다.
도 4는 실시의 형태 1과 관련되는 어레이 안테나 장치에서의 1개째의 동작 소자 안테나 집합에서의 집합 내 위상차를 계산하는 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 실시의 형태 1과 관련되는 어레이 안테나 장치에서의 2개째의 동작 소자 안테나 집합에서의 집합 내 위상차를 계산하는 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 실시의 형태 1과 관련되는 어레이 안테나 장치에서의 소자 전계 벡터의 위상차를 계산하는 방법을 예에 의해 설명하는 도면이다.
도 7은 실시의 형태 1과 관련되는 어레이 안테나 장치에서의 소자 전계 벡터의 위상차를 계산한 결과를 예에 의해 설명하는 도면이다.
도 8은 실시의 형태 1과 관련되는 어레이 안테나 장치에 있어서, 모든 소자 안테나의 위상 기준을 일치시켜, 모든 소자 안테나를 사용하여 송전할 때까지의 처리의 일례를 설명하는 플로차트이다.
도 9는 실시의 형태 1과 관련되는 어레이 안테나 장치의 1회째에 처리하는 동작 소자 안테나 집합에서의 소자 안테나의 동작 상태/비동작 상태를 나타내는 도면이다.
도 10은 실시의 형태 1과 관련되는 어레이 안테나 장치의 2회째에 처리하는 동작 소자 안테나 집합에서의 소자 안테나의 동작 상태/비동작 상태를 나타내는 도면이다.
도 11은 실시의 형태 1과 관련되는 어레이 안테나 장치에서 사용하는 동작 소자 안테나 집합에 의해 빔 형상을 수평 방향으로 길고 가늘게 할 수 있는 것을 예에 의해 설명하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시의 형태 2와 관련되는 어레이 안테나 장치에서 처리하는 동작 소자 안테나 집합에서의 소자 안테나의 동작 상태/비동작 상태를 나타내는 도면이다.
도 13은 실시의 형태 2와 관련되는 어레이 안테나 장치에서 사용하는 동작 소자 안테나 집합에 의해 빔 형상을 수평 방향 및 연직 방향으로 가늘게 할 수 있는 것을 예에 의해 설명하는 도면이다.

실시의 형태 1.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1과 관련되는 어레이 안테나 장치의 전기적 구성을 나타내는 블록도이다. 도 1에 나타내어지는 바와 같이, 페이즈드 어레이 안테나(50)에서는, 복수(N개)의 소자 안테나(1_n)(n=1, 2, …, N)가 안테나 면 상에 배열되어 있다. 각 소자 안테나(1_n)에는, 전력 증폭기(2_n)가 접속되어 있다. 전력 증폭기(2_n)의 입력 단자에는, 가변 이상기(3_n)가 접속되어 있다. 가변 이상기(3_n)의 입력 단자에는, 전환 회로(4_n)가 접속되어 있다. 전환 회로(4_n)의 입력 단자에는, 송신기(5)가 접속되어 있다. 또, 어느 소자 안테나인지를 특정할 필요가 없는 경우는, 소자 안테나(1) 등과 같이 표기하는 경우가 있다. 다른 구성 요소에 관해서도 마찬가지이다.

전력 증폭기(2_n), 가변 이상기(3_n), 전환 회로(4_n) 및 송신기(5)는, 위상 조정 제어 장치(30)에 의해 제어된다. 위상 조정 제어 장치(30)는, CPU(31), 메모리부(32) 등을 포함하는 전자 계산기에 의해 실장된다. 메모리부(32)는, CPU(31)에서 실행되는 프로그램이나 처리에 사용하는 데이터 혹은 처리의 결과로 얻어지는 데이터 등을 기억한다. 메모리부(32)는, 플래시 메모리와 같은 반도체 메모리 및 하드 디스크이다. 메모리부(32)는, 휘발성의 기억 장치 및 비휘발성의 기억 장치를 포함한다.

송신기(5)는, 고주파의 송신 신호를 생성한다. 송신 신호는, 도시하지 않는 분배 회로에 의해 분배되어 N개의 전환 회로(4_n)에 입력된다. 전환 회로(4_n)는, 송신 신호를 가변 이상기(3_n)에 입력할지 여부를 전환한다. 가변 이상기(3_n)는, 입력되는 송신 신호의 위상을 위상 조정 제어 장치(30)로부터 지시되는 위상 변경량만큼 변화시킨다. 가변 이상기(3_n)가 출력하는 위상이 변경된 송신 신호는, 전력 증폭기(2_n)에 입력된다. 전력 증폭기(2_n)는, 입력되는 송신 신호를 소망하는 전력까지 증폭한다. 전력 증폭기(2_n)는, 소자 안테나(1_n)에 입력되는 송신 신호의 진폭을 크게 하는 증폭기이다. 증폭된 송신 신호는, 소자 안테나(1_n)로부터, 전파로서 수신 안테나(6)로 향해 공간에 방사된다. 복수 세트의 소자 안테나(1_n), 전력 증폭기(2_n), 가변 이상기(3_n) 및 전환 회로(4_n)는, 페이즈드 어레이 안테나(50)를 구성한다. N개의 소자 안테나(1_n)는, 모두 동일한 구성이다. 각각 N개의 전력 증폭기(2_n), 가변 이상기(3_n) 및 전환 회로(4_n)에 관해서도, 각각 모두 동일한 구성이다.

소자 안테나(1_n)가 동작 상태에 있다는 것은, 소자 안테나(1_n)가 전파를 방사하고 있는 상태이다. 비동작 상태는, 소자 안테나(1_n)가 전파를 방사하고 있지 않은 상태이다. 전환 회로(4_n)는, 소자 안테나(1_n)가 전파를 방사하는 동작 상태와 전파를 방사하지 않는 비동작 상태를 전환하는 동작 전환부이다. 1개의 전환 회로(4_n)가, 복수 개의 소자 안테나(1_n)의 동작 상태 또는 비동작 상태를 전환하더라도 좋다.

가변 이상기(3_n)는, 결정된 위상 회전의 보폭(step width)으로 위상을 회전시킨다. 위상의 분해능을 결정된 비트 수의 정수로 표현하는 경우에는, 보폭은 비트 수에 따라 정하여진다. 예컨대, 5비트 이상기의 경우에는, 보폭은 360°/2⁵=11.25°가 된다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 수신 안테나(6)는, 소자 안테나(1)에 대향하여 설치된다. 수신 안테나(6)는, 페이즈드 어레이 안테나(50)가 방사하는 전파를 수신할 수 있는 위치에 배치되어 있으면 된다. 수신 안테나(6)에는, 수신 안테나가 수신하는 전파의 전력인 수신 전력치를 측정하는 수신 회로(7)가 접속되어 있다. 수신 회로(7)에서 측정하는 수신 전력치는, 위상 조정 제어 장치(30)에 입력된다.

수신 안테나(6), 수신 회로(7) 및 위상 조정 제어 장치(30)는, 안테나 측정 장치를 구성한다. 페이즈드 어레이 안테나(50) 및 위상 조정 제어 장치(30)는, 어레이 안테나 장치(100)를 구성한다. 안테나 측정 장치는, 페이즈드 어레이 안테나(50)가 갖는 소자 안테나(1)가 방사하는 전파에 의해 생성되고 수신 안테나(6)에서 수신되는 소자 전계 벡터의 위상, 또는 위상 및 진폭을 측정한다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 위상 조정 제어 장치(30)는, 소자 전계 연산 회로(11), 수신 전력치 취득부(12), 방사 제어부(13), 위상 제어부(14), 위상 수신 전력치 세트 생성부(15), 위상차 계산부(16), 진폭비 계산부(17), 진폭 위상 결정부(18) 및 메모리부(32)를 갖는다. 수신 전력치 취득부(12), 방사 제어부(13), 위상 제어부(14), 위상 수신 전력치 세트 생성부(15), 위상차 계산부(16), 진폭비 계산부(17), 진폭 위상 결정부(18)는, 메모리부(32)에 기억한 전용 프로그램을 CPU(31)에서 실행시키는 것에 의해 실현한다.

소자 전계 연산 회로(11)는, 입력되는 수신 전력치와, 그 수신 전력치가 얻어질 때의 동작 상태에 있는 소자 안테나(1_n)에 송신 신호를 입력하는 가변 이상기(3)에 지령되고 있는 위상 변경량으로부터, 각 소자 안테나(1_n)의 소자 전계의 진폭 및 위상(소자 전계 벡터)을 산출한다.

소자 전계 연산 회로(11)는, 소자 전계 벡터 회전법(Rotating Element Electric Field Vector(REV) Method, REV법)에 의해, 각 소자 안테나(1_n)의 소자 전계 벡터를 측정한다. REV법에서는, 동작 상태에 있는 1개의 소자 안테나(1_j)에 입력되는 송신 신호의 위상을 변경하고, 변경한 위상마다 수신 안테나(6)에서 수신하는 수신 전력치를 측정한다. 위상을 변경하는 소자 안테나(1_j)에 지령되는 위상 변경량에 대하여, 수신 전력치는 코사인 커브로 변화한다. 이 코사인 커브가 피크를 취하는 위상 변경량과 수신 전력치의 최대치와 최소치의 비로부터, 위상을 변경하는 소자 안테나(1_j)의 소자 전계 벡터 E_j를 계산한다. 1개씩 소자 안테나(1_j)의 위상을 변경하여, 그 소자 전계 벡터를 구하는 것을 반복하여, 동작 상태에 있는 모든 소자 안테나(1_n)의 소자 전계 벡터 E_n을 계산한다.

메모리부(32)에는, 소자 안테나 그룹 정의 데이터(71), 동작 소자 안테나 집합 정의 데이터(72), 이상기 집합 정의 데이터(73), 소자 전계 벡터(74), 위상차(75) 및 진폭비(76), 위상 수신 전력치 세트(77) 등을 기억한다. 소자 안테나 그룹(10)(도 3에 도시)은, 동시에 동작시키는 소자 안테나(1)의 집합을 결정하는 단위이다. 소자 안테나 그룹 정의 데이터(71)는, 소자 안테나 그룹(10)을 정의하는 데이터이다. 동작 소자 안테나 집합 정의 데이터(72)는, 동시에 동작시키는 소자 안테나(1)의 집합을 나타내는 데이터이다. 이상기 집합 정의 데이터(73)는, 소자 전계 벡터를 구하기 위해 동시에 위상을 변경하는 가변 이상기(3)의 집합을 나타내는 데이터이다. 소자 전계 벡터(74)는, 소자 안테나(1)마다 구하여진다. 위상 수신 전력치 세트(77)는, 소자 전계 벡터(74)를 구하기 위해 사용되는 데이터이다.

소자 안테나 그룹 정의 데이터(71)는, 모든 소자 안테나(1)를 중복 없이 복수의 소자 안테나 그룹(10)으로 나누는 방법을 정의하는 것이다. 소자 안테나 그룹(10)의 예를 도 3에 나타낸다. 도 3은 실시의 형태 1과 관련되는 어레이 안테나 장치에서의 소자 안테나 그룹의 예를 설명하는 도면이다. 도 3에 있어서, 1개의 "○"가, 1개의 소자 안테나(1)를 나타내고 있다. 또, "○"로 표현하고 있다고 해도, 소자 안테나(1)의 방사면(개구면)이 원형인 것을 의미하지 않는다.

도 3에 나타내는 예에서는, 종횡으로 매트릭스 형상으로 배치한 소자 안테나(1_n) 중에서, 종으로 늘어서는 1열의 소자 안테나(1)의 집합을 소자 안테나 그룹(10)으로 한다. 소자 안테나 그룹(10)의 개수는, Mg개로 한다. 각 소자 안테나 그룹(10)에 속하는 소자 안테나(1)의 개수는 모두 동일하고, Mn개로 한다. 소자 안테나 그룹(10)의 개수 Mg는, 3 이상이면 된다. 각 소자 안테나 그룹(10)에 속하는 소자 안테나(1)의 개수 Mn은, 2 이상이면 된다. 또한, 소자 안테나 그룹(10)에 따라, 속하는 소자 안테나(1)의 개수가 변화하더라도 좋다. 소자 안테나 그룹(10)은 물리적으로 인접하지 않는 소자 안테나(1)의 집합이더라도 좋다. 소자 안테나 그룹(10)은, 가상적인 그룹으로서 결정된 소자 안테나(1)의 집합이다.

동작 소자 안테나 집합(20)은, 동시에 동작시키는 복수의 소자 안테나 그룹(10)이다. 동작 소자 안테나 집합 정의 데이터(72)는, 소자 안테나 그룹(10)을 단위로 하여, 어느 2개의 소자 안테나 그룹(10)을 동시에 동작시키는지를 정의하는 데이터이다. 동시에 모든 소자 안테나(1)를 동작 상태로 할 수는 없으므로, 복수의 동작 소자 안테나 집합(20)으로 나누어 동작 상태로 한다. 동작 소자 안테나 집합 정의 데이터(72)는, 일부의 소자 안테나(1)를 동작 상태로 하는 복수의 동작 소자 안테나 집합(20)을, 모든 소자 안테나(1)를 적어도 1회는 동작 상태로 하도록 정의한다. 동작 소자 안테나 집합(20)에 속하는 소자 안테나(1)의 개수는, 방사하는 전파의 전력이 허용치 이하가 되도록 결정한다.

본 실시의 형태 1에서는, 동작 소자 안테나 집합(20)의 개수 Md는, 소자 안테나 그룹(10)의 개수 Mg보다 1개 적다. 즉, Md=Mg-1이다. 동작 소자 안테나 집합(20)의 각각은, 2개의 소자 안테나 그룹(10)으로 구성된다. 2개의 소자 안테나 그룹(10)의 조합은, 동작 소자 안테나 집합(20)마다 상이하다. 2개의 소자 안테나 그룹(10)은, 1개의 동작 소자 안테나 집합(20)에 속한다. 2개 이외의 소자 안테나 그룹(10)은, 2개의 동작 소자 안테나 집합(20)에 속한다. 공통으로 속하는 소자 안테나 그룹(10)을 갖는 2개의 동작 소자 안테나 집합(20)에 속하는 소자 안테나 그룹(10)의 합집합을 취하는 것을 반복하면, 모든 동작 소자 안테나 집합(20)을 처리한 후에는, 합집합은 모든 소자 안테나 그룹(10)의 집합이 된다. 동작 소자 안테나 집합 정의 데이터(72)에서 정의되는 순번으로, 동작 소자 안테나 집합(20)에 속하는 소자 안테나(1)를 차례로 동작 상태로 한다.

이상기 집합 정의 데이터(73)는, 각 동작 소자 안테나 집합(20)에 있어서, 동시에 위상을 변화시키는 가변 이상기(3)의 집합(가변 이상기 집합)을 정의하는 데이터이다. 소자 안테나(1)의 소자 전계 벡터를 구하기 위해, 1개 또는 복수 개의 가변 이상기(3)의 위상을 동시에 변화시키는 것을 반복한다. 가변 이상기 집합의 각각에서는, 속하는 가변 이상기(3)가 상이하다. 모든 가변 이상기(3)는, 가변 이상기 집합 중 하나에 속한다. 복수의 가변 이상기 집합에 속하는 가변 이상기(3)가 있더라도 좋다. 여기서는, 동시에 동작 상태로 하는 소자 안테나(1)에 대응하는 가변 이상기(3)에서 1개씩 위상을 변화시키는 가변 이상기 집합을, 이상기 집합 정의 데이터(73)에 의해 정의한다. 이상기 집합 정의 데이터(73)를 이용하지 않고서, 동작 소자 안테나 집합(20)에 속하는 소자 안테나(1)에 대응하는 가변 이상기(3)의 집합으로부터, 가변 이상기(3)를 1개씩 골라내는 프로그램을 실행하는 것이더라도 좋다.

위상 수신 전력치 세트(77)는, 위상을 변화시키는 가변 이상기(3), 위상을 변화시키는 양인 위상 변경량, 위상을 변화시킨 상태에서 수신 회로(7)가 측정하는 수신 전력치의 세트이다. 소자 전계 연산 회로(11)는, 가변 이상기(3)마다 복수의 위상 수신 전력치 세트(77)를 사용하여, 가변 이상기(3)에서 위상이 조정된 송신 신호가 입력되는 소자 안테나(1)의 소자 전계 벡터(74)를 연산한다. 또, 복수의 가변 이상기(3)에서 동시에 위상을 변경하는 경우는, 위상을 변경하는 모든 가변 이상기(3)에서 동일한 양만큼 위상을 변경하고, 위상 수신 전력치 세트(77)에는 가변 이상기(3)의 집합을 기록한다. 위상 수신 전력치 세트(77)를 기억하는 메모리부(32)는, 동작 소자 안테나 집합(20)마다, 가변 이상기 집합, 위상 변경량 및 수신 전력치의 세트인 위상 수신 전력치 세트를 기억하는 위상 수신 전력치 세트 기억부이다.

수신 전력치 취득부(12)는, 수신 회로(7)가 측정하는 수신 전력치를 취득한다. 방사 제어부(13)는, 동작 소자 안테나 집합 정의 데이터(72)에서 정의되어 있는 순번으로 동작 소자 안테나 집합(20)을 처리한다. 방사 제어부(13)는, 처리 중의 동작 소자 안테나 집합(20)에 속하는 소자 안테나(1)를 동작 상태로 하고, 그 이외의 소자 안테나(1)를 비동작 상태로 하도록, 전환 회로(4)를 제어한다. 위상 제어부(14)는, 동작 상태인 소자 안테나(1)에 입력하는 송신 신호의 위상을 변화시키는 가변 이상기(3)를, 이상기 집합 정의 데이터(73)에 따라 선택한다. 선택한 가변 이상기(3)의 위상을, 보폭마다 360도 회전시키도록 제어한다. 위상 수신 전력치 세트 생성부(15)는, 위상 제어부(14)가 위상을 회전시킬 때마다 얻어지는 수신 전력치와, 위상을 회전시키는 양인 위상 변경량과, 위상을 회전시키는 가변 이상기(3)의 세트인 위상 수신 전력치 세트(77)를 작성하여, 메모리부(32)에 저장한다.

소자 전계 연산 회로(11)는, 복수의 위상 수신 전력치 세트(77)로부터 예컨대 특허문헌 1에 기재된 방법으로, 각 소자 안테나(1_n)의 소자 전계 벡터 En, 즉 각 소자 안테나(1_n)의 위상 이동 Δn 및 진폭비 rn을 계산한다. 소자 전계 연산 회로(11)는, 계산한 소자 전계 벡터(74)를, 메모리부(32)에 기억시킨다.

여기서, 이하의 변수를 정의한다.

En : 위상을 회전시키는 가변 이상기(3_n)에 대응하는 소자 안테나(1_n)의 소자 전계 벡터.

E0 : 처리 중의 동작 소자 안테나 집합(20)에 속하는 모든 소자 안테나(1_n)의 위상 및 진폭을 조정하기 전의 상태인 기준 상태에서의 합성 전계 벡터.

Δn : E0에 대한 En의 위상차.

rn : E0에 대한 En의 진폭비. rn=|En|/|E0|

위상차 Δn은, 소자 전계 벡터 En과, 공통의 위상의 기준(위상 기준)이 되는 합성 전계 벡터 E0의 위상차이다. Δn으로부터, 동일한 동작 소자 안테나 집합(20)에 속하는 소자 안테나(1_n1)와 소자 안테나(1_n2)의 사이의 위상차(Δn1-Δn2)도 계산할 수 있다. 소자 전계 연산 회로(11)는, 동작 소자 안테나 집합(20)에 속하는 소자 안테나(1_n)의 소자 전계 벡터 En의 위상차인 집합 내 위상차를 계산하는 집합 내 위상차 계산부이다.

진폭비 rn은, 소자 전계 벡터 En의 진폭 |En|과, 공통의 진폭의 기준인 E0의 진폭 |E0|의 진폭비이다. rn으로부터, 동일한 동작 소자 안테나 집합(20)에 속하는 소자 안테나(1_n1)와 소자 안테나(1_n2)의 사이의 진폭비 rn1/rn2도 계산할 수 있다. 소자 전계 연산 회로(11)는, 동작 소자 안테나 집합(20)에 속하는 소자 안테나(1_n)의 소자 전계 벡터 En의 진폭비인 집합 내 진폭비 rn을 계산하는 집합 내 진폭비 계산부이다.

위상차 계산부(16)는, 상이한 동작 소자 안테나 집합(20)에 속하는 소자 안테나(1)의 소자 전계 벡터의 사이의 위상차를 계산한다. 위상차 계산부(16)는, 공통의 소자 안테나(1)를 갖는 복수의 동작 소자 안테나 집합(20)에 대하여 집합 내 위상차가 결정되어 있는 경우에, 공통이 아닌 소자 안테나(1)의 소자 전계 벡터의 사이의 위상차를 계산한다. 혹은, 모든 동작 소자 안테나 집합(20)에 대하여 집합 내 위상차가 결정되어 있는 경우에, 위상차 계산부(16)는, 모든 소자 안테나(1)의 소자 전계 벡터의 사이의 위상차를 계산한다. 마찬가지로, 진폭비 계산부(17)는, 상이한 동작 소자 안테나 집합(20)에 속하는 소자 안테나(1)의 소자 전계 벡터의 사이의 진폭비를 계산한다. 계산된 위상차(75) 및 진폭비(76)는, 메모리부(32)에 기억된다.

진폭 위상 결정부(18)는, 소자 전계 벡터의 위상차와 진폭비를 고려하여, 각 가변 이상기(3)에 대한 이상 조정치(위상 변경량) 및 각 전력 증폭기(2)에 대한 진폭 조정치(증폭률)를 결정한다. 진폭 위상 결정부(18)는, 페이즈드 어레이 안테나(50)가 소망하는 방사 빔 패턴으로 전파를 방사하도록, 이상 조정치와 진폭 조정치를 결정한다. 진폭 위상 결정부(18)는, 소자 안테나의 소자 전계 벡터의 위상차로부터 가변 이상기의 위상 변경량을 결정하는 위상 변경량 결정부이다. 또한, 진폭 위상 결정부(18)는, 소자 안테나의 소자 전계 벡터의 진폭비로부터 증폭기의 증폭률을 결정하는 증폭률 결정부이기도 하다.

모든 소자 안테나(1_n)가 생성하는 소자 전계 벡터 E_n의 사이의 위상차(75)는, 각 가변 이상기(3_n) 또는 페이즈드 어레이 안테나(50)로의 입력 신호를 결정하는 제어 장치(위상 조정 제어 장치(30)와는 상이한 경우)에 기억된다. 기억된 위상차(75)는, 소망하는 빔 패턴이 얻어지도록, 진폭 위상 결정부(18)가 각 소자 안테나(1_n)의 위상을 결정할 때에 사용된다. 소자 전계 벡터 E_n의 사이의 진폭비(76)도 마찬가지이다. 단, 진폭비(76)는, 전력 증폭기(2)에 기억되는 경우가 있다.

도 4 내지 도 7을 참조하여, 위상차 계산부(16)가 위상차를 계산하는 방법을 설명한다. 여기서는, NO=1~6의 소자 안테나(1_jA)를 갖는 동작 소자 안테나 집합(20_A)에 대하여, 합성 전계 벡터 E_0A에 대한 소자 전계 벡터 Ej의 위상차 ΔjA(j=1~6)가 계산되어 있는 것으로 한다. 또한, NO=4~9의 소자 안테나(1_jB)를 갖는 동작 소자 안테나 집합(20_B)에 대하여, 합성 전계 벡터 E_0B에 대한 소자 전계 벡터 Ej의 위상차 ΔjB(j=4~9)가 계산되어 있는 것으로 한다. 위상차 계산부(16)는, 계산한 위상차(75)를, 메모리부(32)에 기억함과 아울러, 합성 전계 벡터 E_0A를 위상의 기준으로 하는 소자 전계 벡터로 변환한다.

도 4 및 도 5는 실시의 형태 1과 관련되는 어레이 안테나 장치에서의 2개의 동작 소자 안테나 집합에서 집합 내 위상차를 계산하는 예를 나타내는 도면이다. 도 4(a)에, 합성 전계 벡터 E_0A가 합성되는 모습을 나타낸다. 도 4(b)에, 합성 전계 벡터 E_0A와 소자 전계 벡터 EjA의 위상차 ΔjA(j=1~6)를 나타낸다. 도 4(b)에서는, 기준이 되는 합성 전계 벡터 E_0A가 도면에 있어서의 오른쪽을 향하는 상태로 표시한다. 도 5(a)에, 합성 전계 벡터 E_0B가 합성되는 모습을 나타낸다. 도 5(b)에, 합성 전계 벡터 E_0B와 소자 전계 벡터 EjB의 위상차 ΔjB(j=4~9)를 나타낸다.

E_0A와 E_0B의 위상차 τ의 계산 방법을 설명한다. τ는, ΔjA=ΔjB+τ(j=4~6)가 성립해야 하므로, 이하의 오차 함수 F가 최소가 되도록 결정된다.

F=(Δ4A-Δ4B-τ)²+(Δ5A-Δ5B-τ)²+(Δ6A-Δ6B-τ)² … (1)

식 (1)로 표현되는 오차 함수 F를 최소로 하려면, 이하와 같이 τ를 결정하면 된다. 또, 예컨대 (Δ4A-Δ4B)는, 소자 안테나(1₄)에 의해 생성되는 소자 전계 벡터로부터 알 수 있는 합성 전계 벡터 E_0A 및 E_0B의 위상차이다. 도 4 및 도 5에서는, 동작 소자 안테나 집합 20_A, 20_B에서 공통의 소자 안테나(1)는, 소자 안테나 1₄, 1₅, 1₆이다. 식 (2)는, 동작 소자 안테나 집합 20_A, 20_B에서 공통의 소자 안테나(1)마다 계측할 수 있는 합성 전계 벡터 E_0A 및 E_0B의 위상차의 평균을, 위상차 τ로 하면 되는 것을 의미한다.

τ=(Δ4A-Δ4B+Δ5A-Δ5B+Δ6A-Δ6B)/3 … (2)

식 (2)와 같이 결정하는 τ를 사용하여, E_0A와 각 소자 전계 벡터 Ej(j=1~9)의 위상차 Δj를 이하와 같이 결정한다. 식 (3B)에서, (ΔjB+τ)는, 동작 소자 안테나 집합(20_B)에서 계산한 소자 전계 벡터 EjB와 합성 전계 벡터 E_0A의 위상차이다. 따라서, 식 (3B)는, 소자 안테나 1₄, 1₅, 1₆에 관해서는, 2회 계산한 소자 전계 벡터 EjA 및 EjB를 동일한 기준에서의 것으로 변환하여, 평균을 취하면 되는 것을 의미한다.

Δj=ΔjA(j=1~3) … (3A)

Δj=(ΔjA+ΔjB+τ)/2(j=4~6) … (3B)

Δj=ΔjB+τ(j=7~9) … (3C)

보다 간단하게는, 1개의 소자 안테나(1_n)에서의 합성 전계 벡터 A 및 B의 위상차에 의해, 예컨대 이하와 같이 하여 결정하더라도 좋다. 이 경우에는, Δ5B 및 Δ6B는, 계산하지 않더라도 좋다. 소자 전계 벡터가 이미 계산된 적어도 1개의 소자 안테나(1_n)에 대하여, 재차, 소자 전계 벡터를 계산하면 된다.

τ=Δ4A-Δ4B … (4)

Δj=ΔjA(j=1~6) … (5A)

Δj=ΔjB+τ(j=7~9) … (5B)

도 6은 실시의 형태 1과 관련되는 어레이 안테나 장치에서의 소자 전계 벡터의 위상차를 계산하는 방법을 예에 의해 설명하는 도면이다. 도 6(a)에, E_0A와 E₄의 관계를 나타낸다. 도 6(b)에, E_0B와 E₄의 관계를 나타낸다. 기준이 되는 E_0A를 굵은 선으로 나타내고, E_0B는 일점쇄선으로 나타낸다. 도 6(c)에, E_0A와 E_0B를 겹친 도면을 나타낸다. 본래, 동일하여야 할 E₄가 어긋나 있는 것을 알 수 있다. 이 어긋남의 각도 차이는, E_0A를 기준으로 하면 τ=Δ4A-Δ4B이다. 도면에 있어서, 반시계방향의 각도를 양으로 한다. τ는 시계방향의 각도이므로 τ<0이 된다. 도 6(d)가, E₄가 일치하도록, τ=Δ4A-Δ4B의 회전량으로, E_0B를 회전시킨 상태를 나타낸다. 도 7이, 실시의 형태 1과 관련되는 어레이 안테나 장치에서의 소자 전계 벡터의 위상차를 계산한 결과를 예에 의해 설명하는 도면이다. Ej(j=7~9)를 τ의 회전량으로 회전시켜, Δj(j=7~9)가 E_0A를 기준으로 한 각도가 되는 것을 알 수 있다.

식 (3C) 또는 식 (5B)에서는, 동작 소자 안테나 집합(20_B)에서 계산한 소자 전계 벡터의 위상을, 동작 소자 안테나 집합(20_A)에서의 기준에 대한 위상으로 τ를 사용하여 보정하고 있다. τ는, 동작 소자 안테나 집합(20_B)에서 계산한 소자 전계 벡터의 위상을, 동작 소자 안테나 집합(20_A)에서의 기준에 대한 위상으로 보정하는 보정치로 생각할 수 있다. 동작 소자 안테나 집합(20)은 동작 소자 안테나 집합(20)의 처리 전에는 소자 전계 벡터가 아직 계산되지 않은 소자 안테나(1_n)를 포함할 필요가 있다. 이 경우, 소자 전계 벡터를 처음으로 계산하는 소자 안테나(1_n)는, 식 (3C) 또는 식 (5B)가 적용되어, 위상차가 계산된다. 그렇게 함으로써, 공통의 기준에 대하여 위상차를 계산한 소자 안테나(1_n)의 수가 증가한다.

진폭비에 관해서도 로그값(예컨대, 데시벨, ㏈)으로 표현하면, 위상차와 마찬가지로 계산할 수 있다. 진폭 위상 결정부(18)는, 진폭비 rn의 로그를 취한 값인 cn=10*log₁₀(rn)으로부터, E_0A와 E_0B의 진폭비 ξ=10*log₁₀(|E_0A|/|E_0B|) 및 |E_0A|에 대한 진폭비 cj를 계산한다. 동작 소자 안테나 집합(20_A)에서는, 합성 전계 벡터 E_0A에 대한 소자 전계 벡터 Ej의 진폭비 cjA(j=1~6)가 계산되어 있는 것으로 한다. 또한, 동작 소자 안테나 집합(20_B)에서는, 합성 전계 벡터 E_0B에 대한 소자 전계 벡터 Ej의 진폭비 cjB(j=4~9)가 계산되어 있는 것으로 한다. 진폭비 계산부(17)는, 계산한 진폭비(76)를 메모리부(32)에 기억함과 아울러, 합성 전계 벡터 E_0A를 진폭의 기준으로 하는 소자 전계 벡터로 변환한다.

위상차의 경우와 마찬가지로 하여, E_0A와 E_0B의 진폭비 ξ 및 E_0A에 대한 각 소자 전계 벡터 Ej(j=1~9)의 진폭비 cj는, 이하와 같이 계산할 수 있다.

ξ=(c4A-c4B+c5A-c5B+c6A-c6B)/3 … (6)

cj=cjA(j=1~3) … (7A)

cj=(cjA+cjB+ξ)/2(j=4~6) … (7B)

cj=cjB+ξ(j=7~9) … (7C)

보다 간단하게는, 예컨대 이하와 같이 하여 결정하더라도 좋다.

ξ=c4A-c4B … (8)

cj=cjA(j=1~6) … (9A)

cj=cjB+ξ(j=7~9) … (9B)

식 (7C) 또는 식 (9B)에서는, 동작 소자 안테나 집합(20_B)에서 계산한 소자 전계 벡터의 진폭비를 동작 소자 안테나 집합(20_A)에서의 기준에 대한 진폭비로 ξ를 사용하여 보정하고 있다. ξ는, 동작 소자 안테나 집합(20_B)에서 계산한 소자 전계 벡터의 진폭비를, 동작 소자 안테나 집합(20_A)에서 계산한 소자 전계 벡터에서의 기준에 대한 진폭비로 보정하는 보정치로 생각할 수 있다.

동작을 설명한다. 도 8은 실시의 형태 1과 관련되는 어레이 안테나 장치에 있어서, 모든 소자 안테나의 위상 기준을 일치시켜, 모든 소자 안테나를 사용하여 송전할 때까지의 처리의 일례를 설명하는 플로차트이다. 도 8은 페이즈드 어레이 안테나의 위상 조정 방법을 설명하는 플로차트로 생각할 수도 있다.

스텝 S01과 스텝 S02는, 미리 실시하여 둔다. S01에서는, N개의 소자 안테나(1)를, 도 3에 나타내는 바와 같이 소자 안테나 그룹(10)으로 분할한다. 여기서는, 예로서 Mn행 Mg열의 (Mn*Mg)개의 소자 안테나(1)를, 연직 방향으로 늘어서는 Mn개의 소자 안테나(1)로 1개의 소자 안테나 그룹(10)을 생성하는 것으로 한다. 도면에 있어서, 좌측으로부터 소자 안테나 그룹 10₁, 10₂, …, 10_Mg로 한다.

S02에서는, 소자 안테나 그룹(10)을 단위로 하여, 동작 소자 안테나 집합(20)을 결정한다. 결정한 동작 소자 안테나 집합(20)을 나타내는 동작 소자 안테나 집합 정의 데이터(72)로서, 메모리부(32)에 기억하여 둔다. 여기서는, 동작 소자 안테나 집합(20_n)을 동시에 동작 상태로 하는 2개의 소자 안테나 그룹(10_n)을 (10₁, 10₂) 등과 같이 괄호로 둘러싸서 표현한다. 최초로 실행하는 동작 소자 안테나 집합(20₁)으로부터 차례로 표현하면, 예컨대, 이하와 같이 된다.

20₁=(10₁, 10₂)

20₂=(10₂, 10₃)

20₃=(10₃, 10₄)

…

20_Mg-1=(10_Mg-1, 10_Mg)

S01 및 S02의 처리는, 모든 소자 안테나(1)로부터 복수의 동작 소자 안테나 집합(20)을 선택하는 동작 소자 안테나 집합 선택 수순이다.

위에 나타내는 경우에서는, 1회째의 동작 소자 안테나 집합(20₁)은, 도 9에 나타내는 바와 같이 된다. 도 9에 있어서, 동작 상태(전파를 방사한다)인 소자 안테나(1)를 이중 원 "◎"로 나타내고, 비동작 상태(전파를 방사하지 않는다)인 소자 안테나(1)를 흰 원 "○"로 나타낸다. 2회째의 동작 소자 안테나 집합(20₂)은, 도 10에 나타내는 바와 같이 된다. 왼쪽으로부터 2열씩 1열을 중복시키면서 선택하여, 동작 소자 안테나 집합(20_n)으로 한다. 도 9 및 도 10은 실시의 형태 1과 관련되는 어레이 안테나 장치의 1회째 및 2회째에 처리하는 동작 소자 안테나 집합 20₁, 20₂에서의 소자 안테나의 동작 상태/비동작 상태를 나타내는 도면이다. 도 9 및 도 10에서, 동작 소자 안테나 집합(20_n)은, 일점쇄선으로 둘러싸서 표시한다.

S01에서의, N개의 소자 안테나(1)를 Mg개의 소자 안테나 그룹(10)으로 분할하는 처리는, 미리 프로그래밍하여 자동화하더라도, 유저가 수동으로 실시하더라도 좋다. 수동으로 실시하는 경우에는, 표시 단말 등에 표시하는 유저 설정용의 화면 등의 휴먼 인터페이스 등을, 위상 조정 제어 장치가 구비한다. 또한, 수동으로 실시하는 경우에는, 허용 방사 전력치 등의 제약 조건을 충족하고 있는지 여부를 체크하는 기능을, 위상 조정 제어 장치가 갖는 것이 바람직하다.

동작 소자 안테나 집합을 결정하여 두는 처리인 S02를 실행하지 않고, 다음으로 처리할 동작 소자 안테나 집합(20)을 결정할 때마다, 유저가 수동으로 소자 안테나 그룹(10)을 선택하여 동작 소자 안테나 집합(20)을 결정하도록 하더라도 좋다. 그 경우에는, 유저가 동작 소자 안테나 집합(20)을 결정하는데 있어서 필요 혹은 유익한 정보를 제시함으로써 유저를 지원하는 기능을 갖게 하면 된다. 예컨대, 동작 소자 안테나 집합(20)은, 소자 전계 벡터를 이미 계산한 소자 안테나 그룹(10)과 소자 전계 벡터를 아직 계산하지 않은 소자 안테나 그룹(10)을 모두 포함하도록 결정할 필요가 있다. 그래서, 이미 소자 전계 벡터를 계산한 소자 안테나 그룹(10)과, 소자 전계 벡터를 아직 계산하지 않은 소자 안테나 그룹(10)을 구별하여, 유저에게 제시한다.

스텝 S03에서, 처리한 동작 소자 안테나 집합(20)의 수 Nd를, Nd=0으로 초기화한다. 스텝 S04에서는, 동작 소자 안테나 집합 정의 데이터(72)를 참조하여, 다음으로 처리할 동작 소자 안테나 집합(20)을 결정한다. 구체적으로는, 처리하지 않은 것 중에서 가장 앞에 있는 동작 소자 안테나 집합(20)을 골라낸다. 스텝 S05에서는, 방사 제어부(13)가 처리 중의 동작 소자 안테나 집합(20)에 속하는 소자 안테나(1)를 동작시키고, 동작 소자 안테나 집합(20)에 속하지 않는 소자 안테나(1)를 동작시키지 않는다. 또한, 송신기(5)가 송신 신호를 송신하는 것을 개시한다.

S05는, 전환 회로(4)에서 동시에 동작 상태 또는 비동작 상태가 전환되는 소자 안테나(1)를 단위로 결정된, 일부의 소자 안테나(1)의 집합인 복수의 동작 소자 안테나 집합(20)의 각각에 따라, 동작 소자 안테나 집합(20)에 속하는 소자 안테나(1)를 동작 상태로 하고, 동작 소자 안테나 집합(20)에 속하지 않는 소자 안테나(1)를 비동작 상태로 하도록 복수의 전환 회로(4)를 제어하는 방사 제어 수순이다.

스텝 S06에서는, 동작 소자 안테나 집합에 속하는 소자 안테나를 1개씩 그 위상을 변화시켜, REV법으로 소자 전계 벡터를 구한다. 구체적으로는, 동작 상태에 있는 소자 안테나(1)를 1개씩 선택한다. 선택한 소자 안테나(1)에 대응하는 가변 이상기(3)의 이상 설정치(위상 변경량)를 보폭마다 설정한다. 그렇게 함으로써, 소자 안테나(1)가 방사하는 전파의 위상을 회전시킨다. 이상 설정치의 각각으로, 수신 안테나(6)가 수신하는 신호의 수신 전력치를 계측한다. 가변 이상기(3)의 이상 설정치마다, 위상 수신 전력치 세트(77)를 생성하여 메모리부(32)에 기억한다. 위상 수신 전력치 세트(77)는, 수신 안테나(6)가 수신하는 신호의 수신 전력치, 이상 설정치 및 위상을 변경하는 가변 이상기(3)의 세트이다. REV법에 의해, 기억된 복수의 위상 수신 전력치 세트(77)를 이용하여, 위상을 변화시킨 가변 이상기(3)에 대응하는 소자 안테나(1)의 소자 전계 벡터를 계산한다. 동작 소자 안테나 집합(20)에 속하는 소자 안테나 중에서 소자 전계 벡터를 계산하는 소자 안테나의 집합을, 위상 계측 소자 안테나 집합이라고 부른다. 위상 계측 소자 안테나 집합은, 동작 소자 안테나 집합(20)에 속하는 적어도 일부의 소자 안테나(1)의 집합이다.

S06은, 복수의 동작 소자 안테나 집합(20)의 각각에 따라 방사 제어부(13)가 복수의 전환 회로(4)를 제어하고 있는 상태에서, 동작 소자 안테나 집합(20)에 속하는 적어도 일부의 소자 안테나(1)의 집합인 위상 계측 소자 안테나 집합에 속하는 소자 안테나(1)에 입력되는 송신 신호의 위상을 변경시키고, 상이한 복수의 위상 변경량에서의 페이즈드 어레이 안테나(50)가 방사하는 전파를 수신할 수 있는 위치에 배치된 수신 안테나(6)가 수신하는 전파의 전력의 측정치인 수신 전력치를 사용하여, 위상 계측 소자 안테나 집합에 속하는 각각의 소자 안테나(1)가 방사하고 수신 안테나(6)에서 수신되는 전파에 의해 생성되는 소자 전계 벡터의 사이에서의 위상차인 집합 내 위상차를 계산하는 집합 내 위상차 계산 수순이다. 또한, S06은, 각각의 동작 소자 안테나 집합(20)에 속하는 소자 안테나(1)에 대응하여 마련된 가변 이상기(3)의 집합이고, 속하는 가변 이상기(3)가 상이하도록 결정된 복수의 가변 이상기 집합의 각각에 따라, 대응하는 동작 소자 안테나 집합(20)에 따라 방사 제어부(13)가 복수의 전환 회로(4)를 제어하는 상태에서, 가변 이상기 집합에 속하는 가변 이상기(3)가 동일한 위상 변경량만큼 송신 신호의 위상을 변경하도록, 상이한 복수의 위상 변경량으로 가변 이상기(3)를 제어하는 위상 제어 수순이다.

스텝 S07에서, 방사 제어부(13)가 모든 소자 안테나(1)를 비동작 상태로 한다. 또한, 송신기(5)가 송신 신호를 송신하는 것을 정지한다.

S06에서 위상을 회전시키는 1개의 소자 안테나(1)를 결정하는 처리는, 동작 소자 안테나 집합(20)에 속하는 소자 안테나(1)에 대응하여 마련된 소자 안테나(1)의 위상을 변경하는 가변 이상기(3)의 집합인 가변 이상기 집합을, 가변 이상기 집합의 각각에 속하는 가변 이상기(3)가 상이하도록 복수 생성하는 가변 이상기 집합 생성 수순이다.

S06에서, 가변 이상기(3)에 설정하는 복수의 이상 설정치의 각각으로 측정된 수신 전력치, 가변 이상기 집합 및 이상 설정치의 세트인, 복수의 위상 수신 전력치 세트를 작성하여 메모리부(32)에 기억시키는 처리는, 위상 수신 전력치 세트 생성 수순이다. REV법으로 소자 안테나(1)마다 소자 전계 벡터를 계산하는 처리는, 위상 계측 소자 안테나 집합에 속하는 각각의 소자 안테나(1)가 생성하는 소자 전계 벡터의 사이에서의 위상차인 집합 내 위상차를 계산하는 집합 내 위상차 계산 수순이다. 또한, 위상 계측 소자 안테나 집합에 속하는 각각의 소자 안테나(1)가 생성하는 소자 전계 벡터의 사이에서의 진폭비인 집합 내 진폭비를 계산하는 집합 내 진폭비 계산 수순이다.

스텝 S08에서, 소자 전계 벡터를 메모리부(32)에 저장한다. 스텝 S09에서는, 1개째의 동작 소자 안테나 집합(20)을 처리 중인지 여부(Nd=0?)를 체크한다. 1개째의 경우(S09에서 예)는, 스텝 S10에서, Nd=Nd+1로 한다. 스텝 S11에서, 모든 동작 소자 안테나 집합(20)을 처리했는지 여부(Nd=Md?)를 체크한다. 모든 동작 소자 안테나 집합(20)을 처리하지 않은 경우(S11에서 아니오)는, S04로 돌아간다.

2개째 이후의 동작 소자 안테나 집합(20)에서도, S04~S08을 실행한다. 1개째가 아니므로(S09에서 아니오), 스텝 S12로 진행된다. S12에서는, 이미 계산한 소자 전계 벡터와 이번에 계산한 소자 전계 벡터로부터 보정치 τ와 ξ를 계산하고, 소자 전계 벡터를 수정한다. 구체적으로는, S06에서 소자 전계 벡터를 2회째로 계산한 소자 안테나 그룹에서는, 각 소자 안테나(1)에서 2개의 소자 전계 벡터가 얻어져 있다. 2개의 소자 전계 벡터가 계산되어 있는 소자 안테나에서는, 2개의 소자 전계 벡터의 사이의 위상차 τ를 식 (2) 또는 식 (4)로 계산하고, 진폭비 ξ를 식 (6) 또는 식 (8)로 계산한다. 또한, τ를 식 (2)로 계산하는 경우에는, 소자 안테나(1)마다의 소자 전계 벡터의 위상을 식 (3B)로 수정한다. ξ를 식 (6)으로 계산하는 경우에는, 진폭비는 식 (7B)로 수정한다. 도 10에서는, 소자 안테나 그룹(10₂)에 속하는 소자 안테나(1)가, 2회째로 소자 전계 벡터를 계산한 소자 안테나(1)이다.

스텝 S13에서, 처음으로 계산한 소자 전계 벡터를, 보정치 τ와 ξ로 보정한다. 구체적으로는, 처음으로 소자 전계 벡터를 계산한 소자 안테나 그룹에서는, 이번에 계산한 소자 전계 벡터의 위상을 식 (3C) 또는 식 (5B)로 수정한다. 진폭비는 식 (7C) 또는 식 (9B)로 수정한다. 그리고, S10으로 진행된다. 식 (3C) 또는 식 (5B)는, 이번의 동작 소자 안테나 집합(20)에서 계산한 소자 전계 벡터의 위상을, 처음의 동작 소자 안테나 집합(20₁)에서의 합성 전계 벡터를 기준으로 한 값으로 보정하는 보정치 τ로 보정하는 식이다. 또한, 식 (7C) 또는 식 (9B)는, 이번에 계산한 소자 전계 벡터의 진폭비를, 처음의 동작 소자 안테나 집합(20₁)에서의 합성 전계 벡터를 기준으로 한 값으로 보정하는 보정치 ξ로 보정하는 식이다.

이렇게 하여, 예컨대 도 10에서는, 소자 안테나 그룹(10₃)에 속하는 소자 안테나(1)가, 처음으로 소자 전계 벡터를 계산한 소자 안테나(1)이다. 도 10에 나타내는 동작 소자 안테나 집합(20₂)에서 소자 전계 벡터를 계산한 후에는, 소자 안테나 그룹 10₁, 10₂, 10₃에 속하는 소자 안테나(1)에서, 위상 기준을 일치시켜 소자 전계 벡터를 계산할 수 있다.

S12의 처리는, 공통의 소자 안테나를 포함하는 복수의 위상 계측 소자 안테나 집합에서 계산한 집합 내 위상차에 근거하여, 상이한 위상 계측 소자 안테나 집합에 속하는 소자 안테나(1)가 생성하는 소자 전계 벡터의 위상차를 계산하는 위상차 계산 수순이다. 또한, 복수의 위상 계측 소자 안테나 집합에서 계산한 집합 내 진폭비에 근거하여, 상이한 위상 계측 소자 안테나 집합에 속하는 소자 안테나(1)가 생성하는 소자 전계 벡터의 진폭비를 계산하는 진폭비 계산 수순이다.

모든 동작 소자 안테나 집합(20)을 처리한 경우(S11에서 예)는, 스텝 S14에서, 진폭 위상 결정부(18)가, 소자 전계 벡터의 위상차와 진폭비를 고려하여, 소망하는 방사 빔 패턴이 얻어지도록, 각 가변 이상기(3)에 대한 이상 조정치 및 각 전력 증폭기(2)에 대한 진폭 조정치를 결정한다.

S14의 처리는, 각 소자 안테나가 생성하는 소자 전계 벡터의 위상차로부터, 소자 안테나(1)에 대응하는 가변 이상기(3)에서 변경하는 위상 변경량을 결정하는 위상 변경량 결정 수순이다. 또한, 각 소자 안테나가 생성하는 소자 전계 벡터의 진폭비로부터, 소자 안테나(1)에 대응하는 전력 증폭기(2)에서 증폭하는 증폭률을 결정하는 증폭률 결정 수순이다.

스텝 S15에서, 방사 제어부(13)가 모든 소자 안테나(1)를 동작 상태로 하고, 송신기(5)에 송신 신호의 송신을 개시시킨다.

일부의 소자 안테나를 동작 상태로 하여, REV법에 의해 각 소자 안테나의 소자 전계 벡터를 구하는 것을 반복한다. 동작 상태로 하는 소자 안테나의 일부에 소자 전계 벡터를 이미 계산한 소자 안테나를 포함하게 하여, 소자 전계 벡터를 계산한다. 그렇게 함으로써, 모든 소자 안테나를 동시에 동작 상태로 하는 일 없이, 모든 소자 안테나의 소자 전계 벡터를 공통의 기준에 대한 값으로 할 수 있다. 공통의 기준에 대한 각 소자 안테나의 소자 전계 벡터가 얻어져 있으므로, 소망하는 빔 패턴을 생성할 때에, 각 소자 안테나(1)에 대한 위상 조정치 및 진폭 조정치를 적절히 결정하여, 소망하는 빔 패턴을 생성할 수 있다.

REV법에 의해 소자 전계 벡터를 구하기 위해 동작 상태로 하는 일부의 소자 안테나의 수를 동일하게 하고 있으므로, 허용 방사 전력치의 범위 내에서 효율적으로, 각 소자 안테나의 위상의 기준을 교정할 수 있다. 동작 상태로 하는 소자 안테나의 수를 동일하게 하지 않더라도 좋다. 가장 많은 소자 안테나를 동작 상태로 하는 경우에, 방사하는 전파의 전력이 허용 방사 전력치 이하이면, 동작 상태로 하는 소자 안테나의 수는 동일하지 않더라도 좋다.

도 8에 있어서의 S04~S14의 처리를 모든 소자 안테나 그룹(10)에 대하여 적용함으로써, 모든 소자 안테나(1)의 위상 기준을 맞춘 상태에서, 페이즈드 어레이 안테나(50)가 갖는 전력 증폭기(2)의 진폭 조정치 및 가변 이상기(3)의 위상 조정치를 연산하여, 설정할 수 있다. 다시 말해, 각 소자 안테나(1)의 소자 전계 벡터의 위상 및 진폭을 교정할 수 있다. 이와 같이 교정한 페이즈드 어레이 안테나(50)에서는, 소망하는 빔 패턴으로 전파를 공간에 방사할 수 있다.

본 실시의 형태에 따르면, 허용 방사 전력치 등의 안전 기준을 지킬 수 있도록 결정한 복수의 소자 안테나 그룹(10)을 사용하여, 적어도 1개의 소자 안테나 그룹(10)을 중복시키면서, 적어도 2개의 소자 안테나 그룹(10)에 속하는 소자 안테나(1)마다 REV법에 의해, 위상 기준이 일치하도록 교정한다. 그렇게 함으로써, 위상 조정 제어 장치(30)에서 공통의 전계 벡터에 대하여 각 소자 안테나가 생성하는 소자 전계 벡터의 위상을 교정할 수 있다. 소자 안테나 그룹(10)을 미리 정의하여 둠으로써, 소자 전계 벡터를 계산하는 처리를 효율적으로 할 수 있다. 모든 소자 안테나(1)를 동작 상태로 하지 않더라도, 모든 소자 안테나(1)를 동작 상태로 하여 실시하는 경우와 동일한 정도의 정확도로, 위상 기준 및 진폭 기준이 일치하도록 교정할 수 있다. 위상 기준만을 교정하고, 진폭 기준은 교정하지 않더라도 좋다.

어레이 안테나 장치(100)에서는, 옥외에 설치한 상태에서, 실제로 전파를 방사하여 각 소자 안테나가 생성하는 소자 전계 벡터의 위상 및 진폭을 측정할 수 있다. 어레이 안테나 장치(100)는, 주위 환경의 영향도 포함하여 정밀하게 교정할 수 있다.

위상 조정 제어 장치(30)에 의해, 전자파 사용의 안전 기준으로서 국가가 제정한 전파법이나 전파 방호 지침 등의 안전 기준에 준거한 허용 방사 전력치의 범위 내에서 전파를 방사할 수 있다. 따라서, 본 발명과 관련되는 어레이 안테나 장치, 안테나 측정 장치, 페이즈드 어레이 안테나의 위상 조정 방법에서는, 인체에 유해한 전자파 피폭, 주위의 무선 통신 기기에 장해를 발생시키는 것 등을 회피할 수 있다.

동작 상태의 소자 안테나(1)의 방사면(개구면)의 합을 합성 방사면(합성 개구면)이라고 부른다. 어레이 안테나 장치(100)에서는, 합성 방사면이 연직 방향으로 긴 직사각형이 되도록, 소자 안테나 그룹(10)을 결정하고 있다. 도 11을 참조하여, 합성 방사면이 연직 방향으로 긴 직사각형이 되는 소자 안테나 그룹(10)의 결정 방법을 설명한다. 도 11은 실시의 형태 1과 관련되는 어레이 안테나 장치에서 사용하는 동작 소자 안테나 집합(20)에 의해 빔 형상을 수평 방향으로 길고 가늘게 할 수 있는 것을 예에 의해 설명하는 도면이다. 도 11(a)는 동작 소자 안테나 집합(20₂)에 속하는 소자 안테나(1)를 동작 상태로 하는 도면을 나타내고 있다. 도 11(b)는 모든 소자 안테나(1)를 동작 상태로 하는 도면을 나타내고 있다. 도 11(c)는, 비교예로서, 종횡 4개씩의 정사각형의 배치의 소자 안테나(1)를 동작 상태로 하는 동작 소자 안테나 집합(20_Z)을 나타내고 있다. 동작 소자 안테나 집합 20₂ 및 20_Z에서는, 동작 상태로 하는 소자 안테나의 수는 16개로 동일하다.

도 11(d)에, 생성되는 빔 형상을 나타낸다. 동작 소자 안테나 집합(20₂)에 속하는 소자 안테나(1)에서 생성되는 빔 형상(81)은, 수평 방향으로 긴 타원 형상이 된다. 또, 도 11(d)에서는, 빔 형상을 확대하여 나타내고 있다. 실제의 빔 형상(81)의 수평 방향의 길이는, 페이즈드 어레이 안테나(50)의 수평 방향의 길이보다 짧다. 연직 방향의 길이를 페이즈드 어레이 안테나(50)의 높이와 동일하게 하는 경우에는, 일부의 소자 안테나를 동작 상태로 하는 빔 형상(81)의 연직 방향에서의 빔의 확산은, 모든 소자 안테나를 동작 상태로 하는 빔 형상(82)과 동등하다. 수평 방향으로 긴 타원 형상으로 함으로써, 예컨대, 지상 설치형의 안테나에서는, 지면이나 해면 등으로부터의 산란의 영향을 적게 할 수 있다. 지면이나 해면 등으로부터의 산란의 영향이 적으므로, 일부의 소자 안테나를 동작 상태로 하는 경우에, 모든 소자 안테나를 동작 상태로 하는 경우와 동등한 정확도로 교정할 수 있다. 대략 정사각형의 합성 방사면이 되는 동작 소자 안테나 집합(20_Z)의 빔 형상(83)은, 거의 원형이다. 빔 형상(83)은, 빔 형상(81)보다 수평 방향의 길이는 작지만, 연직 방향의 길이는 커진다. 빔 형상(83)의 경우는, 지면 등의 산란의 영향이 커져, 교정의 정확도가 저하한다.

합성 방사면이 연직 방향으로 길다는 것은, 합성 방사면의 연직 방향의 길이가 연직 길이 하한치 이상인 경우를 말한다. 연직 길이 하한치는, 빔 형상의 연직 방향의 폭이 소망하는 값 이하가 되도록 결정한다. 페이즈드 어레이 안테나(50)의 방사면을 수평 방향으로 분할하면, 그와 같이 분할한 합성 방사면에 의해 생성되는 빔 형상의 연직 방향의 길이는, 모든 소자 안테나(1)를 동작 상태로 하는 경우의 빔 형상의 연직 방향의 길이와 동일한 정도로 할 수 있다. 빔 형상의 연직 방향에서의 길이가 어느 정도의 확산을 허용할 수 있는 경우는, 연직 방향으로도 방사면을 분할하더라도 좋다.

측면 방향에 장애물 혹은 전파가 조사되지 않는 것이 바람직한 물체 등이 있는 경우에는, 수평 방향으로 긴 합성 방사면을 갖는 동작 소자 안테나 집합(20)을 사용하도록 하더라도 좋다.

2회째 이후에서 사용하는 동작 소자 안테나 집합(20)을, 소자 전계 벡터를 이미 계산한 소자 안테나 그룹과 소자 전계 벡터를 아직 계산하지 않은 소자 안테나 그룹을 모두 포함하도록 결정하고 있다. 그 때문에, 공통의 합성 전계 벡터를 기준으로 하는 위상차나 진폭비를 구하는 처리가 간단해진다. 2회째 이후에서도 소자 전계 벡터를 아직 계산하지 않은 소자 안테나 그룹만, 소자 전계 벡터를 이미 계산한 소자 안테나 그룹만을 포함하는 동작 소자 안테나 집합(20)이 발생하는 순번으로, 동작 소자 안테나 집합(20)을 처리하도록 하더라도 좋다. 그 경우에는, 동작 소자 안테나 집합(20)을 처리하는 순번에 관한 자유도가 증대된다. 단, 상이한 합성 전계 벡터를 기준으로 하는 소자 전계 벡터를 이미 계산한 소자 안테나 그룹이 존재하는 경우에, 공통의 합성 전계 벡터를 기준으로 하는 위상차나 진폭비로 설정하는 처리가 복잡해진다.

동작 소자 안테나 집합(20)은, 소자 안테나 그룹(10)을 2개씩 포함하는 것으로 했지만, 3개 이상의 소자 안테나 그룹(10)을 포함하도록 하더라도 좋다. 예컨대 3개의 경우는, 소자 전계 벡터를 이미 계산한 소자 안테나 그룹(10)을 1개로 하고, 아직 계산하지 않은 소자 안테나 그룹(10)을 2개로 하더라도 좋다. 소자 안테나 그룹을 미리 결정하고 있지 않더라도 좋다. 동시에 동작 상태로 하는 소자 안테나의 수가 상한 이하이고, 모든 소자 안테나가 1회는 동작 상태가 되고, 공통의 소자 안테나를 갖는 복수의 동작 소자 안테나 집합(20)의 합을 취하는 것을 반복하면, 합집합은 모든 소자 안테나(1)의 집합이 되는 복수의 동작 소자 안테나 집합(20)이면 된다. 공통의 소자 안테나가 존재하는 동작 소자 안테나 집합(20)의 합집합을 모든 동작 소자 안테나 집합(20)에 대하여 구하면, 합집합은 모든 소자 안테나의 집합이 되도록, 복수의 동작 소자 안테나 집합(20)을 결정하면 된다.

여기서, 2개의 집합이 공통의 요소를 갖는 경우에 2개의 집합의 합을 취하는 것이 가능하고, 공통의 요소를 갖지 않는 경우에 2개의 집합의 합을 취할 수 없는 것으로 한다. 공통의 요소를 갖는 2개의 집합의 합을 취하는 것을, 집합을 연결한다고 부른다. 연결한 집합을, 다른 집합과 연결할 수도 있다. 동작 소자 안테나 집합(20)은, 모든 동작 소자 안테나 집합(20)의 연결을 취하면 모든 소자 안테나의 집합이 되도록 결정할 필요가 있다. 또, 동작 소자 안테나 집합(20)은, 1개의 전환 회로에서 전파를 방사할지 여부가 전환되는 1개 또는 복수 개의 소자 안테나(1)를 단위로 결정한다.

소자 전계 벡터를 아직 계산하지 않은 소자 안테나가 없어진 시점에서 처리를 종료했지만, 상이한 동작 소자 안테나 집합(20)에서 소자 전계 벡터를 계산하는 것을 계속하더라도 좋다. 합성 전계 벡터 사이의 위상차 τ 및 진폭비 ξ는, 복수 개의 소자 전계 벡터를 계산한 소자 안테나마다, 복수 개의 소자 전계 벡터가 일치하는 위상차(ΔjA-ΔjB)와 진폭비(cjA-cjB)를 구하여, 그들의 평균으로 결정하면 된다. 소자 안테나마다의 소자 전계 벡터는, 합성 전계 벡터 사이의 위상차 τ와 진폭비 ξ를 고려하여, 공통의 합성 전계 벡터 E_0A에 대한 소자 전계 벡터의 위상차 ΔjB+τ와 진폭비 cjA+ξ로 변환하여, 그들의 평균으로 하면 된다. 그렇게 함으로써, 소자 안테나마다 구하는 소자 전계 벡터 사이의 위상차나 진폭비에 대한 측정 오차의 영향을 작게 할 수 있다.

필요 최소한의 수보다 많이 소자 전계 벡터를 구하는 경우에는, 복수의 동작 소자 안테나 집합(20) 중에, 한쪽이 다른 쪽을 포함하는 관계에 있는 동작 소자 안테나 집합(20)이 있더라도 좋다. 또한, 위상 계측 소자 안테나 집합이 다른 위상 계측 소자 안테나 집합을 포함하더라도 좋다. 포함되는 위상 계측 소자 안테나 집합은, 각 소자 안테나의 조정을 빠르게 실시하는 것에는 기여하지 않지만, 소자 전계 벡터에 대한 계측 오차의 영향을 작게 하는데 있어서는 유효하다.

동작 소자 안테나 집합(20)을 처리할 때에, 소자 전계 벡터를 이미 계산한 소자 안테나에 대하여 계산 가능한 경우는 모두 소자 전계 벡터를 계산했다. 반드시 그렇게 할 필요는 없고, 소자 전계 벡터를 이미 계산한 소자 안테나 중에서, 적어도 1개에 대하여 재차, 소자 전계 벡터를 계산하면 된다. 그리고, 처리 중의 동작 소자 안테나 집합(20)에 포함되는 소자 전계 벡터를 아직 계산하지 않은 소자 안테나 중에서, 적어도 1개에 대하여 소자 전계 벡터를 계산하면 된다. 또, 처리 중의 동작 소자 안테나 집합(20)에 포함되고, 처리하지 않은 동작 소자 안테나 집합(20)에는 포함되지 않는 소자 안테나는, 모두 소자 전계 벡터를 계산할 필요가 있다. 동작 소자 안테나 집합(20)의 각각에 대응하는 복수의 위상 계측 소자 안테나 집합은, 공통의 소자 안테나가 존재하는 위상 계측 소자 안테나 집합의 합집합을 모든 위상 계측 소자 안테나 집합에 대하여 구하면, 합집합은 모든 소자 안테나의 집합이 되도록 결정하면 된다.

교정하지 않은 소자 안테나가 있더라도, 전체에 대한 비율이 작으면, 어레이 안테나 장치 전체로서의 성능의 열화는 허용할 수 있는 경우가 있다.

전환 회로(4)는, 소자 안테나(1)에 송신 신호가 입력되는지의 여부를 전환한다. 도 1에서는, 전환 회로(4)에 기계적인 스위치를 사용하는 도면을 나타내고 있다. 전환 회로(4)는, 전기적인 스위치를 사용하더라도 좋다. 전환 회로(4)를 송신기(5)의 내부에 마련하도록 하더라도 좋다.

수신 안테나(6)는, 단일 안테나이더라도 어레이 안테나이더라도 좋다. 수신 안테나(6)를 설치하는 위치는, 페이즈드 어레이 안테나(50)를 구성하는 각 소자 안테나(1)가 방사하는 전파를 수신할 수 있는 위치이면 된다.

여기서는, 페이즈드 어레이 안테나(50)는, 송전 안테나로서 설명했다. 페이즈드 어레이 안테나(50)의 소자 안테나(1_n)와 전력 증폭기(2_n)의 사이에 서큘레이터를 마련하고, 서큘레이터의 소자 안테나(1_n)로부터의 신호가 출력되는 단자에 수신기를 접속함으로써, 송수전 안테나로 할 수도 있다.

어레이 안테나 장치(100)에서는, 1개의 소자 안테나(1_n)에, 1개의 전력 증폭기(2_n)와 1개의 가변 이상기(3_n)를 구비한다. 복수 개의 소자 안테나에 대응하여, 전력 증폭기 또는 가변 이상기 중 한쪽 또는 양쪽을 마련하더라도 좋다. 전력 증폭기에 따라, 대응하는 소자 안테나의 개수가 상이한 것이 있더라도 좋다. 가변 이상기에 따라, 대응하는 소자 안테나의 개수가 상이한 것이 있더라도 좋다.

복수의 소자 안테나가 방사하는 전파의 위상을 동시에 변화시켜, 수신 전력치를 측정하더라도 좋다. 예컨대, 소자 안테나(1₁)와 소자 안테나(1₂)를 동시에 동일한 양만큼 위상을 변화시켜 측정한 복수의 수신 전력치로부터, 소자 안테나(1₁)와 소자 안테나(1₂)가 생성하는 전계 벡터를 계산하고, 소자 안테나(1₁)의 소자 전계 벡터를 벡터로서 감산함으로써, 소자 안테나(1₂)에서만 위상을 변화시키는 일 없이, 소자 안테나(1₂)의 소자 전계 벡터를 계산할 수 있다.

REV법을 개량한 방법으로 소자 전계 벡터를 계산하더라도 좋다. 예컨대, 일본 특허 공개 2012-112812에 기재된 바와 같이, 적어도 2개의 소자 안테나를 그 통과 위상을 동시에 회전시켜 수신 전력치를 측정하여, 통과 위상(위상 변경량)의 변화에 대한 측정한 수신 전력치의 변화를 푸리에 급수 전개하여, 복수의 소자 안테나의 소자 전계 벡터를 측정하는 방법을 사용하더라도 좋다.

복수의 동작 소자 안테나 집합의 각각에 있어서, 그 동작 소자 안테나 집합에 속하는 소자 안테나에 대응하여 마련된 가변 이상기의 집합이고, 속하는 가변 이상기가 상이하도록 결정된 복수의 가변 이상기 집합은, 모든 소자 안테나의 사이의 위상차를 구할 수 있도록 결정되어 있으면 된다.

위상 제어부는, 각각의 동작 소자 안테나 집합에 속하는 소자 안테나에 대응하여 마련된 가변 이상기의 집합이고, 속하는 가변 이상기가 상이하도록 결정된 복수의 가변 이상기 집합의 각각에 따라, 대응하는 동작 소자 안테나 집합에 따라 방사 제어부가 복수의 동작 전환부를 제어하는 상태에서, 가변 이상기 집합에 속하는 가변 이상기가 동일한 위상 변경량만큼 송신 신호의 위상을 변경하도록, 상이한 복수의 위상 변경량으로 가변 이상기를 제어하는 것이면, 어떠한 것이더라도 좋다.

집합 내 위상차 계산부는, 복수의 동작 소자 안테나 집합의 각각에 따라 방사 제어부가 복수의 동작 전환부를 제어하고 있는 상태에서, 동작 소자 안테나 집합에 속하는 적어도 일부의 소자 안테나의 집합인 위상 계측 소자 안테나 집합에 속하는 소자 안테나에 입력되는 송신 신호의 위상을 변경시키고, 상이한 복수의 위상 변경량에서의 수신 전력치를 사용하여, 위상 계측 소자 안테나 집합에 속하는 각각의 소자 안테나가 방사하고 수신 안테나에서 수신되는 전파에 의해 생성되는 소자 전계 벡터의 사이에서의 위상차인 집합 내 위상차를 계산하는 것이면, 어떠한 것이더라도 좋다.

집합 내 진폭비 계산부는, 위상 계측 소자 안테나 집합마다, 위상 계측 소자 안테나 집합에 속하는 소자 안테나가 생성하는 소자 전계 벡터의 진폭비인 집합 내 진폭비를 계산하는 것이면, 어떠한 것이더라도 좋다.

이상은, 다른 실시의 형태에서도 유효하다.

실시의 형태 2.

실시의 형태 2는, 연직 방향으로 긴 합성 방사면이 수평 방향으로 간격을 두고 이루어지도록 동작 소자 안테나 집합(21)을 결정하는 경우이다. 도 11에 나타내는 바와 같이 소자 안테나(1)가 배열된 페이즈드 어레이 안테나(50)의 경우에는, 동작 소자 안테나 집합(21_n)은, 이하와 같이 결정한다.

21₁=(10₁, 10₅)

21₂=(10₂, 10₅)

21₃=(10₂, 10₆)

21₄=(10₃, 10₆)

21₅=(10₃, 10₇)

21₆=(10₄, 10₇)

21₇=(10₄, 10₈)

도 12는 실시의 형태 2에서 사용하는 동작 소자 안테나 집합(21)의 예를 설명하는 도면이다. 도 12(a)에, 1회째의 동작 소자 안테나 집합(21₁)을 나타낸다. 도 12(b)에, 2회째의 동작 소자 안테나 집합(21₂)을 나타낸다. 도 12(c)에, 3회째의 동작 소자 안테나 집합(21₃)을 나타낸다. 도 12(d)에, 7회째의 동작 소자 안테나 집합(21₇)을 나타낸다. 도 12에서는, 도면을 보기 쉽게 하기 위해 소자 안테나 그룹(10_n)은 도시하지 않는다. 동작 소자 안테나 집합(21_n)에서는, 합성 개구면이 분리되어 있다.

도 12에 나타내는 경우에는, 홀수 회째의 동작 소자 안테나 집합(21)에서는, 2개의 동작 상태의 소자 안테나 그룹(10)이 수평 방향으로 사이에 3개의 비동작 상태의 소자 안테나 그룹(10)이 존재한다. 짝수 회째에는, 2개의 비동작 상태의 소자 안테나 그룹(10)을 사이에 두고, 2개의 동작 상태의 소자 안테나 그룹(10)을 배치한다. 1개의 동작 상태의 소자 안테나 그룹(10)의 합성 방사면이, 다른 동작 상태의 소자 안테나 그룹(10)의 합성 방사면과 분리되어 있는 경우에, 분리되어 있는 1개의 동작 상태의 소자 안테나 그룹(10)의 합성 방사면을, 부분 합성 방사면(부분 합성 개구면)이라고 부른다. 도 12에 나타내는 경우는, 연직 방향으로 긴 2개의 부분 합성 방사면이 존재한다. 복수의 부분 합성 방사면을 둘러싸는 최소의 볼록한 범위인 피복 범위(91)를, 파선으로 나타낸다.

부분 합성 방사면이란, 동작 소자 안테나 집합(20)에 속하는 소자 안테나(1)의 방사면 중에서, 서로 인접하는 방사면을 합성한 방사면이다. 동작 소자 안테나 집합(20)에 속하는 다른 소자 안테나(1)의 방사면에 인접하지 않는 방사면을 갖는 소자 안테나(1)가 동작 소자 안테나 집합(20)에 포함되는 경우는, 복수의 부분 합성 방사면이 존재하게 된다.

도 12에 나타내는 바와 같이 수평 방향으로 떨어진 소자 안테나 그룹(10)을 동시에 동작시키면, 도 13에 나타내는 바와 같이, 실시의 형태 1의 경우보다 수평 방향으로 가는 빔 형상으로 할 수 있다. 도 13은 실시의 형태 2와 관련되는 어레이 안테나 장치에서의 동작 소자 안테나 집합(21)의 선택 방법에 의한 빔 형상을 수평 방향으로 가늘게 할 수 있는 것을 예에 의해 설명하는 도면이다. 도 13(c)에, 동작 소자 안테나 집합(21₁)에 속하는 소자 안테나(1)를 동작 상태로 하는 도면을 나타낸다. 동작 소자 안테나 집합(21₁)의 빔 형상(84)을, 실선으로 나타낸다. 빔 형상(84)은 실시의 형태 1의 경우의 빔 형상(1)과 연직 방향의 길이가 동일한 정도이고, 수평 방향의 길이가 짧아진다.

연직 방향으로 긴 2개의 부분 합성 방사면을 수평 방향으로 떼어 배치함으로써, 빔 형상을 연직 방향 및 수평 방향의 양쪽에서 가늘게 할 수 있다. 그 때문에, 동시에 동작시키는 소자 안테나 수를 제한하여, 방사 전력에 관한 제약을 지킨 다음, 지면 방향 및 측면 방향에 있는 전파를 산란시키는 물체의 영향을 회피할 수 있다. 수평 방향으로 떼어 소자 안테나를 동작시키는 경우에는, 수평면 내에 그레이팅 로브(grating lobe)라고 불리는 불필요한 파가 발생할 가능성이 있지만, 허용 방사 전력 이하이기 때문에, 문제는 되지 않는다.

피복 범위(91)의 수평 방향의 길이의 페이즈드 어레이 안테나의 방사면의 수평 방향의 길이에 대한 비율인 피복률이 피복률 하한치 이상이면, 빔 형상을 수평 방향으로도 가늘게 할 수 있다. 피복률 하한은, 빔 형상의 수평 방향의 길이가 적절하게 되도록 결정한다. 또, 부분 합성 방사면의 연직 길이가 연직 길이 하한치 이상일 필요가 있다.

본 발명은 그 발명의 정신의 범위 내에 있어서 각 실시의 형태의 자유로운 조합, 혹은 각 실시의 형태의 변형이나 생략이 가능하다.

1₁, 1₂, 1₃, …, 1_N, 1 : 소자 안테나
2₁, 2₂, 2₃, …, 2_N, 2 : 전력 증폭기(증폭기)
3₁, 3₂, 3₃, …, 3_N, 3 : 가변 이상기
4₁, 4₂, 4₃, …, 4_N, 4 : 전환 회로(동작 전환부)
5 : 송신기
6 : 수신 안테나
7 : 수신 회로(수신 전력치 측정부)
10₁, 10₂, 10₃, …, 10_Mg, 10 : 소자 안테나 그룹
20₁, 20₂, 20₃, …, 20_Md, 20_Z, 20 : 동작 소자 안테나 집합
21₁, 21₂, 21₃, …, 21₇, 21 : 동작 소자 안테나 집합
11 : 소자 전계 연산 회로(집합 내 위상차 계산부, 집합 내 진폭비 계산부)
12 : 수신 전력치 취득부
13 : 방사 제어부
14 : 위상 제어부
15 : 위상 수신 전력치 세트 생성부
16 : 위상차 계산부
17 : 진폭비 계산부
18 : 진폭 위상 결정부(위상 변경량 결정부, 증폭률 결정부)
30 : 위상 조정 제어 장치
31 : CPU
32 : 메모리부(위상 수신 전력치 세트 기억부)
50 : 페이즈드 어레이 안테나
71 : 소자 안테나 그룹 정의 데이터
72 : 동작 소자 안테나 집합 정의 데이터
73 : 이상기 집합 정의 데이터
74 : 소자 전계 벡터
75 : 위상차
76 : 진폭비
77 : 위상 수신 전력치 세트
81, 82, 83, 84 : 빔 형상
91 : 피복 범위

Claims

송신기로부터의 송신 신호를 전파로서 방사하는 복수의 소자 안테나와, 1개 또는 복수 개의 상기 소자 안테나마다 마련된, 상기 소자 안테나가 상기 전파를 방사하는 동작 상태와 상기 전파를 방사하지 않는 비동작 상태를 전환하는 복수의 동작 전환부와, 1개 또는 복수 개의 상기 소자 안테나마다 마련된, 상기 소자 안테나에 입력되는 상기 송신 신호의 위상을 변경하는 복수의 가변 이상기(variable phase shifter)를 갖는 페이즈드 어레이 안테나(phased array antenna)가 방사하는 상기 전파를 수신할 수 있는 위치에 배치된 수신 안테나가 수신하는 상기 전파의 전력의 측정치인 수신 전력치를 취득하는 수신 전력치 취득부와,
1개의 상기 동작 전환부에서 동시에 상기 동작 상태 또는 상기 비동작 상태가 전환되는 상기 소자 안테나를 단위로 결정된, 일부의 상기 소자 안테나의 집합인 복수의 동작 소자 안테나 집합의 각각에 따라, 상기 동작 소자 안테나 집합에 속하는 상기 소자 안테나를 상기 동작 상태로 하고, 상기 동작 소자 안테나 집합에 속하지 않는 상기 소자 안테나를 상기 비동작 상태로 하도록 복수의 상기 동작 전환부를 제어하는 방사 제어부와, 복수의 상기 동작 소자 안테나 집합의 각각에 따라 상기 방사 제어부가 복수의 상기 동작 전환부를 제어하고 있는 상태에서, 상기 동작 소자 안테나 집합에 속하는 적어도 일부의 상기 소자 안테나의 집합인 위상 계측 소자 안테나 집합에 속하는 상기 소자 안테나에 입력되는 상기 송신 신호의 위상을 변경시키고, 상이한 복수의 위상 변경량에서의 상기 수신 전력치를 사용하여, 상기 위상 계측 소자 안테나 집합에 속하는 각각의 상기 소자 안테나가 방사하고 상기 수신 안테나에서 수신되는 상기 전파에 의해 생성되는 소자 전계 벡터의 사이에서의 위상차인 집합 내 위상차를 계산하는 집합 내 위상차 계산부와, 복수의 상기 동작 소자 안테나 집합의 각각이 다른 상기 동작 소자 안테나 집합과 공통의 상기 소자 안테나를 갖도록 결정되어 있고, 또한, 복수의 상기 동작 소자 안테나 집합의 각각에 대응하는 복수의 상기 위상 계측 소자 안테나 집합의 각각이 다른 상기 위상 계측 소자 안테나 집합과 공통의 상기 소자 안테나를 갖도록 결정되어 있고, 복수의 상기 위상 계측 소자 안테나 집합에서 계산한 복수의 상기 집합 내 위상차에 근거하여, 상이한 상기 위상 계측 소자 안테나 집합에 속하는 상기 소자 안테나가 생성하는 상기 소자 전계 벡터의 위상차를 계산하는 위상차 계산부를 갖는 위상 조정 제어 장치
를 구비한 페이즈드 어레이 안테나의 위상 조정 제어 장치.
제 1 항에 있어서,
결정된 방사 빔 패턴으로 상기 페이즈드 어레이 안테나가 상기 전파를 방사하도록, 상기 소자 안테나의 상기 소자 전계 벡터의 상기 위상차로부터 상기 가변 이상기의 위상 변경량을 결정하는 위상 변경량 결정부를 더 구비한 페이즈드 어레이 안테나의 위상 조정 제어 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
복수의 상기 동작 소자 안테나 집합은, 공통의 상기 소자 안테나가 존재하는 상기 동작 소자 안테나 집합의 합집합을 모든 상기 동작 소자 안테나 집합에 대하여 구하면, 합집합은 모든 상기 소자 안테나의 집합이 되도록 결정되어 있고,
복수의 상기 위상 계측 소자 안테나 집합은, 공통의 상기 소자 안테나가 존재하는 상기 위상 계측 소자 안테나 집합의 합집합을 모든 상기 위상 계측 소자 안테나 집합에 대하여 구하면, 합집합은 모든 상기 소자 안테나의 집합이 되도록 결정되어 있는
페이즈드 어레이 안테나의 위상 조정 제어 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
복수의 상기 동작 소자 안테나 집합의 각각이, 그 상기 동작 소자 안테나 집합에 속하는 상기 소자 안테나의 방사면의 합인 합성 방사면이 연직 방향의 길이가 연직 길이 하한치 이상이도록 결정되어 있는 페이즈드 어레이 안테나의 위상 조정 제어 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
복수의 상기 동작 소자 안테나 집합의 각각이, 그 상기 동작 소자 안테나 집합에 속하는 상기 소자 안테나의 방사면의 합인 합성 방사면이, 상기 방사면이 인접하는 상기 동작 소자 안테나 집합에 속하는 상기 소자 안테나의 상기 방사면의 합인 부분 합성 방사면을 복수 갖는 것이고, 각각의 상기 부분 합성 방사면의 연직 방향의 길이가 연직 길이 하한치 이상이고, 복수의 상기 부분 합성 방사면을 둘러싸는 최소의 볼록한 범위인 피복 범위의 수평 방향의 길이의 상기 페이즈드 어레이 안테나의 방사면의 수평 방향의 길이에 대한 비율인 피복률이 피복률 하한치 이상으로 결정되어 있는 페이즈드 어레이 안테나의 위상 조정 제어 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 위상 계측 소자 안테나 집합마다, 상기 위상 계측 소자 안테나 집합에 속하는 상기 소자 안테나가 생성하는 상기 소자 전계 벡터의 진폭비인 집합 내 진폭비를 계산하는 집합 내 진폭비 계산부와,
복수의 상기 위상 계측 소자 안테나 집합에서 계산한 복수의 상기 집합 내 진폭비에 근거하여, 상이한 상기 위상 계측 소자 안테나 집합에 속하는 상기 소자 안테나가 생성하는 상기 소자 전계 벡터의 진폭비를 계산하는 진폭비 계산부
를 위상 조정 제어 장치가 더 구비한
페이즈드 어레이 안테나의 위상 조정 제어 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
복수의 상기 동작 소자 안테나 집합의 각각에 있어서, 그 상기 동작 소자 안테나 집합에 대응하는 위상 계측 소자 안테나 집합에 속하는 상기 소자 안테나에 대응하여 마련된 상기 가변 이상기의 집합이고, 속하는 상기 가변 이상기가 상이하도록 결정된 복수의 가변 이상기 집합의 각각에 따라, 대응하는 상기 동작 소자 안테나 집합에 따라 상기 방사 제어부가 복수의 상기 동작 전환부를 제어하는 상태에서, 상기 가변 이상기 집합에 속하는 상기 가변 이상기가 동일한 위상 변경량만큼 상기 송신 신호의 위상을 변경하도록, 상이한 복수의 상기 위상 변경량으로 상기 가변 이상기를 제어하는 위상 제어부와,
상기 동작 소자 안테나 집합마다, 상기 위상 제어부가 상기 가변 이상기 집합에 속하는 상기 가변 이상기를 제어하는 상태에서의 상기 수신 전력치, 상기 가변 이상기 집합 및 상기 위상 변경량의 세트인 복수의 위상 수신 전력치 세트를 생성하는 위상 수신 전력치 세트 생성부
를 더 구비하고,
상기 집합 내 위상차 계산부가, 복수의 상기 위상 수신 전력치 세트로부터 상기 집합 내 위상차를 계산하는
페이즈드 어레이 안테나의 위상 조정 제어 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
모든 상기 동작 소자 안테나 집합은, 상기 방사 제어부에 의해 그 상기 동작 소자 안테나 집합에 속하는 상기 소자 안테나가 상기 동작 상태일 때에 허용 방사 전력치의 범위 내의 전파를 방사하도록 결정되어 있는 페이즈드 어레이 안테나의 위상 조정 제어 장치.
송신기로부터의 송신 신호를 전파로서 방사하는 복수의 소자 안테나와, 1개 또는 복수 개의 상기 소자 안테나마다 마련된, 상기 소자 안테나가 상기 전파를 방사하는 동작 상태와 상기 전파를 방사하지 않는 비동작 상태를 전환하는 복수의 동작 전환부와, 1개 또는 복수 개의 상기 소자 안테나마다 마련된, 상기 소자 안테나에 입력되는 상기 송신 신호의 위상을 변경하는 복수의 가변 이상기를 갖는 페이즈드 어레이 안테나와,
청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 페이즈드 어레이 안테나의 위상 조정 제어 장치
를 구비한 어레이 안테나 장치.
송신기로부터의 송신 신호를 전파로서 방사하는 복수의 소자 안테나와, 1개 또는 복수 개의 상기 소자 안테나마다 마련된, 상기 소자 안테나가 상기 전파를 방사하는 동작 상태와 상기 전파를 방사하지 않는 비동작 상태를 전환하는 복수의 동작 전환부와, 1개 또는 복수 개의 상기 소자 안테나마다 마련된, 상기 소자 안테나에 입력되는 상기 송신 신호의 위상을 변경하는 복수의 가변 이상기를 갖는 페이즈드 어레이 안테나가 방사하는 상기 전파를 수신하는 수신 안테나와,
상기 수신 안테나가 수신하는 상기 전파의 전력의 측정치인 수신 전력치를 측정하는 수신 전력치 측정부와,
상기 동작 전환부에서 동시에 상기 동작 상태 또는 상기 비동작 상태가 전환되는 상기 소자 안테나를 단위로 결정된, 일부의 상기 소자 안테나의 집합인 복수의 동작 소자 안테나 집합의 각각에 따라, 상기 동작 소자 안테나 집합에 속하는 상기 소자 안테나를 상기 동작 상태로 하고, 상기 동작 소자 안테나 집합에 속하지 않는 상기 소자 안테나를 상기 비동작 상태로 하도록 복수의 상기 동작 전환부를 제어하는 방사 제어부와,
복수의 상기 동작 소자 안테나 집합의 각각에 따라 상기 방사 제어부가 복수의 상기 동작 전환부를 제어하고 있는 상태에서, 상기 동작 소자 안테나 집합에 속하는 적어도 일부의 상기 소자 안테나의 집합인 위상 계측 소자 안테나 집합에 속하는 상기 소자 안테나에 입력되는 상기 송신 신호의 위상을 변경시키고, 상이한 복수의 위상 변경량에서의 상기 수신 전력치를 사용하여, 상기 위상 계측 소자 안테나 집합에 속하는 각각의 상기 소자 안테나가 방사하고 상기 수신 안테나에서 수신되는 상기 전파에 의해 생성되는 소자 전계 벡터의 사이에서의 위상차인 집합 내 위상차를 계산하는 집합 내 위상차 계산부와,
복수의 상기 동작 소자 안테나 집합의 각각이 다른 상기 동작 소자 안테나 집합과 공통의 상기 소자 안테나를 갖도록 결정되어 있고, 또한, 복수의 상기 동작 소자 안테나 집합의 각각에 대응하는 복수의 상기 위상 계측 소자 안테나 집합의 각각이 다른 상기 위상 계측 소자 안테나 집합과 공통의 상기 소자 안테나를 갖도록 결정되어 있고, 복수의 상기 위상 계측 소자 안테나 집합에서 계산한 복수의 상기 집합 내 위상차에 근거하여, 상이한 상기 위상 계측 소자 안테나 집합에 속하는 상기 소자 안테나가 생성하는 상기 소자 전계 벡터의 위상차를 계산하는 위상차 계산부
를 구비한 안테나 측정 장치.
제 10 항에 있어서,
복수의 상기 동작 소자 안테나 집합의 각각에 있어서, 그 상기 동작 소자 안테나 집합에 대응하는 위상 계측 소자 안테나 집합에 속하는 상기 소자 안테나에 대응하여 마련된 상기 가변 이상기의 집합이고, 속하는 상기 가변 이상기가 상이하도록 결정된 복수의 가변 이상기 집합의 각각에 따라, 대응하는 상기 동작 소자 안테나 집합에 따라 상기 방사 제어부가 복수의 상기 동작 전환부를 제어하는 상태에서, 상기 가변 이상기 집합에 속하는 상기 가변 이상기가 동일한 위상 변경량만큼 상기 송신 신호의 위상을 변경하도록, 상이한 복수의 상기 위상 변경량으로 상기 가변 이상기를 제어하는 위상 제어부와,
상기 동작 소자 안테나 집합마다, 상기 위상 제어부가 상기 가변 이상기 집합에 속하는 상기 가변 이상기를 제어하는 상태에서의 상기 수신 전력치, 상기 가변 이상기 집합 및 상기 위상 변경량의 세트인 복수의 위상 수신 전력치 세트를 생성하는 위상 수신 전력치 세트 생성부
를 더 구비하고,
상기 집합 내 위상차 계산부가, 복수의 상기 위상 수신 전력치 세트로부터 상기 집합 내 위상차를 계산하는
안테나 측정 장치.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
모든 상기 동작 소자 안테나 집합은, 상기 방사 제어부에 의해 그 상기 동작 소자 안테나 집합에 속하는 상기 소자 안테나가 상기 동작 상태일 때에 허용 방사 전력치의 범위 내의 전파를 방사하도록 결정되어 있는 안테나 측정 장치.
송신기로부터의 송신 신호를 전파로서 방사하는 복수의 소자 안테나와, 1개 또는 복수 개의 상기 소자 안테나마다 마련된, 상기 소자 안테나가 상기 전파를 방사하는 동작 상태와 상기 전파를 방사하지 않는 비동작 상태를 전환하는 복수의 동작 전환부와, 1개 또는 복수 개의 상기 소자 안테나마다 마련된 상기 소자 안테나에 입력되는 상기 송신 신호의 위상을 변경하는 복수의 가변 이상기를 갖는 페이즈드 어레이 안테나가 갖는 상기 소자 안테나가 방사하는 상기 전파의 위상을 조정하는 위상 조정 방법으로서,
상기 동작 전환부에서 동시에 상기 동작 상태 또는 상기 비동작 상태가 전환되는 상기 소자 안테나를 단위로 결정된, 일부의 상기 소자 안테나의 집합인 복수의 동작 소자 안테나 집합의 각각에 따라, 상기 동작 소자 안테나 집합에 속하는 상기 소자 안테나를 상기 동작 상태로 하고, 상기 동작 소자 안테나 집합에 속하지 않는 상기 소자 안테나를 상기 비동작 상태로 하도록 복수의 상기 동작 전환부를 제어하는 방사 제어 수순과,
복수의 상기 동작 소자 안테나 집합의 각각에 따라 상기 방사 제어 수순에서 복수의 상기 동작 전환부를 제어하고 있는 상태에서, 상기 동작 소자 안테나 집합에 속하는 적어도 일부의 상기 소자 안테나의 집합인 위상 계측 소자 안테나 집합에 속하는 상기 소자 안테나에 입력되는 상기 송신 신호의 위상을 변경시키고, 상이한 복수의 위상 변경량에서의 상기 페이즈드 어레이 안테나가 방사하는 상기 전파를 수신할 수 있는 위치에 배치된 수신 안테나가 수신하는 상기 전파의 전력의 측정치인 수신 전력치를 사용하여, 상기 위상 계측 소자 안테나 집합에 속하는 각각의 상기 소자 안테나가 방사하고 상기 수신 안테나에서 수신되는 상기 전파에 의해 생성되는 소자 전계 벡터의 사이에서의 위상차인 집합 내 위상차를 계산하는 집합 내 위상차 계산 수순과,
복수의 상기 동작 소자 안테나 집합의 각각이 다른 상기 동작 소자 안테나 집합과 공통의 상기 소자 안테나를 갖도록 결정되어 있고, 또한, 복수의 상기 동작 소자 안테나 집합의 각각에 대응하는 복수의 상기 위상 계측 소자 안테나 집합의 각각이 다른 상기 위상 계측 소자 안테나 집합과 공통의 상기 소자 안테나를 갖도록 결정되어 있고, 복수의 상기 위상 계측 소자 안테나 집합에서 계산한 복수의 상기 집합 내 위상차에 근거하여, 상이한 상기 위상 계측 소자 안테나 집합에 속하는 상기 소자 안테나가 생성하는 상기 소자 전계 벡터의 위상차를 계산하는 위상차 계산 수순
을 구비한 페이즈드 어레이 안테나의 위상 조정 방법.
제 13 항에 있어서,
복수의 상기 동작 소자 안테나 집합은, 공통의 상기 소자 안테나가 존재하는 상기 동작 소자 안테나 집합의 합집합을 모든 상기 동작 소자 안테나 집합에 대하여 구하면, 합집합은 모든 상기 소자 안테나의 집합이 되도록 결정되어 있고,
복수의 상기 위상 계측 소자 안테나 집합은, 공통의 상기 소자 안테나가 존재하는 상기 위상 계측 소자 안테나 집합의 합집합을 모든 상기 위상 계측 소자 안테나 집합에 대하여 구하면, 합집합은 모든 상기 소자 안테나의 집합이 되도록 결정되어 있는
페이즈드 어레이 안테나의 위상 조정 방법.
제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
복수의 상기 동작 소자 안테나 집합의 각각이, 그 상기 동작 소자 안테나 집합에 속하는 상기 소자 안테나의 방사면의 합인 합성 방사면이 연직 방향의 길이가 연직 길이 하한치 이상이도록 결정되어 있는 페이즈드 어레이 안테나의 위상 조정 방법.
제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
복수의 상기 동작 소자 안테나 집합의 각각이, 그 상기 동작 소자 안테나 집합에 속하는 상기 소자 안테나의 방사면의 합인 합성 방사면이, 상기 방사면이 인접하는 상기 동작 소자 안테나 집합에 속하는 상기 소자 안테나의 상기 방사면의 합인 부분 합성 방사면을 복수 갖는 것이고, 각각의 상기 부분 합성 방사면의 연직 방향의 길이가 연직 길이 하한치 이상이고, 복수의 상기 부분 합성 방사면을 둘러싸는 최소의 볼록한 범위인 피복 범위의 수평 방향의 길이의 상기 페이즈드 어레이 안테나의 방사면의 수평 방향의 길이에 대한 비율인 피복률이 피복률 하한치 이상으로 결정되어 있는 페이즈드 어레이 안테나의 위상 조정 방법.
제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
상기 위상 계측 소자 안테나 집합마다, 상기 위상 계측 소자 안테나 집합에 속하는 상기 소자 안테나가 생성하는 상기 소자 전계 벡터의 진폭비인 집합 내 진폭비를 계산하는 집합 내 진폭비 계산 수순과,
복수의 상기 위상 계측 소자 안테나 집합에서 계산한 복수의 상기 집합 내 진폭비에 근거하여, 상이한 상기 위상 계측 소자 안테나 집합에 속하는 상기 소자 안테나가 생성하는 상기 소자 전계 벡터의 진폭비를 계산하는 진폭비 계산 수순
을 더 구비한 페이즈드 어레이 안테나의 위상 조정 방법.
제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
복수의 상기 동작 소자 안테나 집합의 각각에 있어서, 그 상기 동작 소자 안테나 집합에 대응하는 위상 계측 소자 안테나 집합에 속하는 상기 소자 안테나에 대응하여 마련된 상기 가변 이상기의 집합이고, 속하는 상기 가변 이상기가 상이하도록 결정된 복수의 가변 이상기 집합의 각각에 따라, 대응하는 상기 동작 소자 안테나 집합에 따라 상기 방사 제어 수순에서 복수의 상기 동작 전환부를 제어하는 상태에서, 상기 가변 이상기 집합에 속하는 상기 가변 이상기가 동일한 위상 변경량만큼 상기 송신 신호의 위상을 변경하도록, 상이한 복수의 상기 위상 변경량으로 상기 가변 이상기를 제어하는 위상 제어 수순과,
상기 동작 소자 안테나 집합마다, 상기 위상 제어 수순에서 상기 가변 이상기 집합에 속하는 상기 가변 이상기를 제어하는 상태에서의 상기 수신 전력치, 상기 가변 이상기 집합 및 상기 위상 변경량의 세트인 복수의 위상 수신 전력치 세트를 생성하는 위상 수신 전력치 세트 생성 수순
을 더 구비하고,
상기 집합 내 위상차 계산 수순이, 복수의 상기 위상 수신 전력치 세트로부터 상기 집합 내 위상차를 계산하는
페이즈드 어레이 안테나의 위상 조정 방법.
제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
모든 상기 동작 소자 안테나 집합은, 상기 방사 제어 수순에 의해 그 상기 동작 소자 안테나 집합에 속하는 상기 소자 안테나가 상기 동작 상태일 때에 허용 방사 전력치의 범위 내의 전파를 방사하도록 결정되어 있는 페이즈드 어레이 안테나의 위상 조정 방법.
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