JPH03234128A - Phased array antenna - Google Patents
Phased array antennaInfo
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Landscapes
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
- Radio Transmission System (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野コ
本発明は、自動車等の移動体に搭載される移動体通信用
として使用可能なフェーズドアレーアンテナに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a phased array antenna that can be used for mobile communications mounted on a mobile body such as an automobile.
[従来の技術]
第4図は、中条、岩崎、安用による“ビーム形成部と復
調部を一体化した移動体衛星通信用DBFアンテナに関
する検討” 1989年電子情報通信学会秋季全国大会
、B−20に示されたフェーズドアレーアンテナのブロ
ック図である。第4図において、2個のアンテナ素子1
1.21で受信された無線信号はそれぞれ混合器13.
23に送出され、混合器13.23にて局部発振器20
から供給される局部発振信号と混合されてIF倍信号変
換される。そして混合器13.23より各1F信号が帯
域通過フィルタ14.24及びIF増幅器15.25を
介してA/D変換器17.27へ送出される。[Prior art] Figure 4 shows "Study on DBF antenna for mobile satellite communication with integrated beam forming section and demodulating section" by Nakajo, Iwasaki, and Yasuyo, 1989 IEICE Autumn National Conference, B. 20 is a block diagram of the phased array antenna shown in FIG. In FIG. 4, two antenna elements 1
The radio signals received at 1.21 are each passed through a mixer 13.
23, and the local oscillator 20 is sent to the mixer 13.23.
The signal is mixed with a local oscillation signal supplied from the IF signal and converted into an IF signal. Each 1F signal is then sent from the mixer 13.23 to the A/D converter 17.27 via a band pass filter 14.24 and an IF amplifier 15.25.
A/D変換器17.27は、それぞれ供給されたIF倍
信号A / D変換し、A/D変換されたディジタルI
F信号S1を混合器31.32へ送出し、ティジタルI
F信号S2を混合器33.34に送出する。混合器31
.33は、それぞれディジタルIF信号Sl、S2と後
述する電圧制御発振器(■C0)114から発生される
基準搬送波信号Scとを乗算する回路であり、この乗算
した信号を所定の低域成分のみを通過させる低域通過フ
ィルタ41.43を介してビーム方向制御部100に設
けられる移相器51.53に送出する。また、混合器3
2.34は、それぞれディジタルIF信号S1、S2と
、移相器36にて上記基準搬送波信号Scが90度だけ
移相され移相器36より送出される信号とを乗算する回
路であり、この乗算した信号を所定の低域成分のみを通
過させる低域通過フィルタ42.44を介してビーム方
向制御部100に設けられる移相器52.54へ送出す
る。The A/D converters 17 and 27 A/D convert the supplied IF multiplied signals, and convert the A/D converted digital I
The F signal S1 is sent to mixers 31 and 32, and the digital I
The F signal S2 is sent to a mixer 33,34. mixer 31
.. 33 is a circuit that multiplies the digital IF signals Sl and S2 by a reference carrier signal Sc generated from a voltage controlled oscillator (C0) 114, which will be described later, and passes only a predetermined low frequency component of this multiplied signal. The signal is sent to a phase shifter 51.53 provided in the beam direction control unit 100 via a low-pass filter 41.43. Also, mixer 3
2.34 is a circuit that multiplies the digital IF signals S1 and S2, respectively, by a signal sent out from the phase shifter 36 after the reference carrier signal Sc is phase-shifted by 90 degrees in the phase shifter 36; The multiplied signal is sent to a phase shifter 52.54 provided in the beam direction control unit 100 via a low-pass filter 42.44 that allows only predetermined low-frequency components to pass.
ビーム方向制御部100は、供給される各信号を所定の
移相量だけ移相させる4個の移相器51乃至54と、移
相器51乃至54か送出する信号の振幅を変化させる4
個の可変利得増幅器61乃至64と、入力装置60に供
給されたビーム方向を基礎とし、当該受信フェーズドア
レーアンテナのビーム方向か入力装置60に供給された
ビーム方向となるように、移相器51乃至54及び増幅
器61乃至64における移相量及び振幅調整量の演算を
制御する演算制御回路50と、を設けている。The beam direction control unit 100 includes four phase shifters 51 to 54 that shift each supplied signal by a predetermined phase shift amount, and four phase shifters 51 to 54 that change the amplitude of the signals sent from the phase shifters 51 to 54.
variable gain amplifiers 61 to 64, and a phase shifter 51, based on the beam direction supplied to the input device 60, so that the beam direction is the beam direction of the receiving phased array antenna or the beam direction supplied to the input device 60. An arithmetic control circuit 50 that controls the calculation of the phase shift amount and amplitude adjustment amount in the amplifiers 61 to 54 and the amplifiers 61 to 64 is provided.
増幅器6L63から送出される各信号は、加算器110
に供給され、加算器110は供給された2つの信号を加
算し、復調信号S3を外部及び乗算器112へ送出する
。また、増幅器62.64から送出される各信号は、加
算器111に供給されて加算された後、この加算された
信号は乗算器112に送出される。さらに乗算器112
は、供給された2つの信号を乗算した後、この乗算した
信号を所定の低域成分のみを通過させる低域通過フィル
タ(LPF)113を介して電圧制御発振器114へ送
出する。電圧制御発振器114は、IF周波数と概ね同
一の自走発振周波数を有し、供給される誤差信号に対応
した周波数を有する基準搬送波信号Scを発生して、こ
の基準搬送波信号Scをビーム方向の制御のために用い
られるI信号及びQ信号を生成するための局部発振信号
として、混合器31.33及び移相器36へ送出する。Each signal sent out from the amplifier 6L63 is sent to the adder 110.
The adder 110 adds the two supplied signals and sends the demodulated signal S3 to the outside and to the multiplier 112. Further, each signal sent out from the amplifiers 62 and 64 is supplied to an adder 111 and added, and then the added signal is sent out to a multiplier 112. Furthermore, the multiplier 112
After multiplying the two supplied signals, the multiplied signal is sent to the voltage controlled oscillator 114 via a low pass filter (LPF) 113 that allows only predetermined low frequency components to pass. The voltage controlled oscillator 114 has a free-running oscillation frequency that is approximately the same as the IF frequency, and generates a reference carrier signal Sc having a frequency corresponding to the supplied error signal, and uses this reference carrier signal Sc to control the beam direction. The signal is sent to mixers 31, 33 and phase shifter 36 as local oscillation signals for generating I and Q signals used for this purpose.
以上の混合器31乃至34から電圧制御発振器114ま
での回路にて第4図に一点鎖線で囲んだ基準搬送波再生
部200を構成し、この基準搬送波再生部200におけ
るフィードバックループは、乗算器112から送出され
る誤差信号の振幅がゼロとなり、電圧制御型発振器11
4から出力される基準搬送波信号Scの周波数と位相が
、加算器110から送出される合成信号S3から復調信
号のみが得られるように動作する。The circuits from the mixers 31 to 34 to the voltage controlled oscillator 114 constitute the reference carrier regeneration section 200 enclosed by a dashed line in FIG. The amplitude of the error signal sent out becomes zero, and the voltage controlled oscillator 11
The frequency and phase of the reference carrier signal Sc output from the adder 110 are adjusted such that only the demodulated signal is obtained from the composite signal S3 output from the adder 110.
[発明が解決しようとする課題]
以上のように構成されたフェーズドアレーアンテナにお
いてはビーム方向制御部100は基準搬送波再生部20
0に含まれる構成となっている。[Problems to be Solved by the Invention] In the phased array antenna configured as described above, the beam direction control section 100 is connected to the reference carrier regeneration section 20.
The configuration is included in 0.
従って、基準搬送波再生部200内にビーム方向制御部
の遅延が含まれるために、フィードバックループの応答
特性が遅くなるという問題があった。Therefore, since the delay of the beam direction control section is included in the reference carrier regeneration section 200, there is a problem that the response characteristic of the feedback loop becomes slow.
フィードバックループで許容される遅延時間については
J 、A 、 D eveletによる“The 1n
fluence oftime delay on 5
econd−order phase−1ocked
1oopacquisition range 、
I nternat、 Te1ee+。Regarding the allowable delay time in the feedback loop, see “The 1n
fluence oftime delay on 5
echo-order phase-1ocked
1oopacquisition range,
International, Telee+.
Conf、、 London、 p、 432(1
963)に示された式として2πΔf・τ=π/2があ
る。ここでΔfは入力信号の周波数と電圧制御発振器の
自走周波数との差、τは遅延時間である。今、移動体衛
星通信用の周波数として1.54GHzを想定し、衛星
中継器等の局発変動を±lXl0””とすると、Δf−
±1.54XIO3となる。これを代入してτ≦±15
4μsecとなる。つまり、無線信号の搬送波周波数と
再生搬送波周波数との位相を一致させることができる遅
延時間の限界は154μsecとなる。今、サンプルレ
ートを16kbps、ディジタル信号処理用プロセッサ
(DSP)のマシンサイクルを5 Q n5ecとする
と、16素子アレーのビーム形成処理時間は、ディジタ
ルフーリエf換(DFT)を用いて所望の方向にビーム
を1本形成する場合は15m5ecとなり、許容される
遅延時間を越えてしまうという問題点かある。Conf., London, p. 432 (1
963) is 2πΔf·τ=π/2. Here, Δf is the difference between the frequency of the input signal and the free-running frequency of the voltage controlled oscillator, and τ is the delay time. Now, assuming that the frequency for mobile satellite communication is 1.54 GHz, and the local fluctuation of satellite repeaters, etc. is ±lXl0"", Δf-
It becomes ±1.54XIO3. Substituting this, τ≦±15
The time is 4 μsec. In other words, the limit of the delay time that can match the phases of the carrier wave frequency of the radio signal and the reproduced carrier wave frequency is 154 μsec. Now, assuming that the sample rate is 16 kbps and the machine cycle of the digital signal processing processor (DSP) is 5 Q n5ec, the beam forming processing time for the 16 element array is as follows: If one line is formed, it will take 15m5ec, which is a problem in that it exceeds the allowable delay time.
本発明の目的はこのような問題点を解決し、基準搬送波
再生部におけるループの遅延時間か短いフェーズドアレ
ーアンテナを提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve these problems and provide a phased array antenna with a short loop delay time in a reference carrier regenerating section.
尚、このような遅延に関する類似の問題として、アンテ
ナ分野以外のデータ伝送の分野では位相同期ループ(P
L L)内にトランスバーサル等化器の遅延か含まれ
る問題がある。しかしこの問題は第5図に示すような回
路を構成することで解決している。第5図は、局部発振
器から送出される一定周波数の搬送波で検波を行なう、
いわゆる準同期検波を行い、ベースバンド等化後の位相
が変化する信号に対して位相補正を行なう従来例のPL
Lを示している。第5図において、入力信号は、混合器
331に供給され、混合器331において固定の局部発
振器330より供給される局部発振信号と混合されてベ
ースバンド信号に変換された後、所定の低域成分のみを
通過させる低域通過フィルタ341を介して複素トラン
スバーサル等化器300に設けられるタップ付き遅延線
350に送出される。複素トランスバーサル等化器30
0は、供給される信号をタップ毎に所定の移相量だけ移
相させる移相器351,352,353と、上記供給信
号を所定の振幅量だけ調整する可変利得増幅器361,
362,363と、移相器351,352.353及び
可変利得増幅器361,362,363から送出される
信号を加算する加算器310と、を設けている。As a similar problem regarding such delays, in the field of data transmission other than the field of antennas, phase-locked loops (P
There is a problem in that the delay of the transversal equalizer is included in L L). However, this problem is solved by constructing a circuit as shown in FIG. Figure 5 shows that detection is performed using a constant frequency carrier wave sent from a local oscillator.
Conventional PL that performs so-called quasi-synchronous detection and performs phase correction for signals whose phase changes after baseband equalization.
It shows L. In FIG. 5, the input signal is supplied to a mixer 331, where it is mixed with a local oscillation signal supplied from a fixed local oscillator 330, converted into a baseband signal, and then converted into a baseband signal. The signal is sent to a tapped delay line 350 provided in the complex transversal equalizer 300 via a low-pass filter 341 that only allows the signal to pass. Complex transversal equalizer 30
0 includes phase shifters 351, 352, and 353 that phase shift the supplied signal by a predetermined phase amount for each tap, and a variable gain amplifier 361 that adjusts the supplied signal by a predetermined amplitude amount.
362, 363, and an adder 310 that adds the signals sent from the phase shifters 351, 352, 353 and the variable gain amplifiers 361, 362, 363.
移相器351,352,353及び可変利得増幅器36
1,362,363から送出される各信号は、加算器3
10に供給され、加算された後、移相器311へ送出さ
れる。移相器311は、後述するループフィルタ314
か発生する搬送波位相補正信号と、加算器310の出力
信号とを乗算し、乗算した信号を複素判定器312、割
り算器313、引算器315へ送出する。複素判定器3
12ではデータ信号の位置を判定し、割り算器313で
は判定前後の信号の割り算を行なう。割り算器313で
生成された誤差信号は、ループフィルタ314に送出さ
れる。移相器311からループフィルタ314までのフ
ィードバックループは、割り算器313から送出される
誤差信号の振幅がゼロとなり、ループフィルタ314か
ら出力される信号の位相が、上記複素判定器312で正
しいデータが得られるように動作する。Phase shifters 351, 352, 353 and variable gain amplifier 36
Each signal sent from 1,362,363 is sent to adder 3
10, added, and then sent to phase shifter 311. The phase shifter 311 is a loop filter 314 which will be described later.
The output signal of the adder 310 is multiplied by the carrier phase correction signal generated by the subtracter 310, and the multiplied signal is sent to the complex determiner 312, the divider 313, and the subtracter 315. Complex determiner 3
12, the position of the data signal is determined, and a divider 313 divides the signals before and after the determination. The error signal generated by divider 313 is sent to loop filter 314. In the feedback loop from the phase shifter 311 to the loop filter 314, the amplitude of the error signal sent from the divider 313 is zero, and the phase of the signal output from the loop filter 314 is determined by the complex determiner 312 so that the correct data is detected. Work as you get.
一方、引算器315では複素判定前の信号と判定後の信
号を引算し、誤差信号をつくりだす。引算器315でつ
くり出される誤差信号は、移相器317へ送出される。On the other hand, the subtracter 315 subtracts the signal before complex determination and the signal after determination to generate an error signal. The error signal produced by subtractor 315 is sent to phase shifter 317.
移相器317には複素共役器316の出力信号が供給さ
れ、移相器317にてループフィルタ314か送出する
搬送波位相補正信号を複素共役器316て複素共役をと
った信号針だけ位相補正が行なわれ、この位相補正され
た信号は、演算制御器318に出力される。演算制御器
318は、複素トランスバーサル等化器300内の移相
器351,352.353と可変利得増幅器361,3
62,363の調整を行なうべく、制御信号を送出する
。The output signal of the complex conjugator 316 is supplied to the phase shifter 317, and the phase shifter 317 converts the carrier phase correction signal sent from the loop filter 314 into the complex conjugator 316, and performs phase correction on only the signal needle that has the complex conjugate. This phase-corrected signal is output to the arithmetic controller 318. The arithmetic controller 318 includes phase shifters 351, 352, 353 and variable gain amplifiers 361, 3 in the complex transversal equalizer 300.
62 and 363, a control signal is sent out.
上述した回路構成は、移相器311、複素判定器312
、割り算器313、ループフィルタ114にて構成され
るループ内に遅延が入らないほか、複素トランスバーサ
ル等化器300とPLLとを、はぼ独立に動作せること
かできる自由度がある。The above-mentioned circuit configuration includes a phase shifter 311 and a complex determiner 312.
, the divider 313, and the loop filter 114, and there is a degree of freedom in which the complex transversal equalizer 300 and the PLL can be operated almost independently.
一般に通信用アレーアンテナの分野においては、受信信
号のSN比を高めるためにビーム形成を行ってから復調
する必要がある。ところが、各アンテナ素子で受信され
る無線信号を互いに所定の位相差を有する信号に変換す
る方式においては、正確なビーム形成を行うために受信
搬送波と周波数や位相が正確に一致した基準搬送波が必
要である。Generally, in the field of communication array antennas, it is necessary to perform beam forming and then demodulate in order to increase the S/N ratio of a received signal. However, in the method of converting the radio signals received by each antenna element into signals having a predetermined phase difference from each other, a reference carrier wave whose frequency and phase exactly match the received carrier wave is required to perform accurate beam formation. It is.
この基準搬送波は復調信号からしか得ることができない
ため上述したような回路構成を為すことは容易ではなか
った。Since this reference carrier wave can only be obtained from the demodulated signal, it has not been easy to construct the circuit configuration as described above.
[課題を解決するための手段]
本発明のフェーズドアレーアンテナは、複数のアンテナ
素子で受信される各無線信号を互いに所定の位相差を有
する信号に変換する変換手段と、所望のビーム方向かア
レーアンテナで得られるように上記変換手段が送出する
信号の位相をそれぞれ変化させ変化後の信号を加算し合
成信号として送出するビーム方向制御手段と、を有する
フェーズドアレーアンテナにおいて、
互いに所定の位相差を有する固定周波数の信号を発振し
該信号を上記変換手段へ送出する固定局部発振部と、
上記ビーム方向制御手段より送出される信号の位相を補
正する搬送波位相補正手段と、を備えたことを特徴とす
る。[Means for Solving the Problems] The phased array antenna of the present invention includes a conversion means for converting each radio signal received by a plurality of antenna elements into signals having a predetermined phase difference from each other, and and beam direction control means for changing the phases of the signals sent out by the conversion means so as to be obtained by the antenna, adding the changed signals and sending out as a composite signal, the phased array antenna having a phased array antenna having a predetermined phase difference between each other. a fixed local oscillation section that oscillates a signal with a fixed frequency and sends the signal to the conversion means; and a carrier phase correction means that corrects the phase of the signal sent from the beam direction control means. shall be.
[作用1
以上のように構成することにより、上記変換手段は、固
定局部発振部が送出する固定周波数の信号を元として例
えば互いに90度の位相差を有する2つの局部発振信号
を用いて、上記各アンテナ素子で受信される変調された
ユーザデータ信号を持つ各無線信号を、それぞれ上記無
線信号よりも低い周波数を有し例えば互いに90度の位
相差を有する第1と第2の信号に変換する。上記ビーム
方向制御手段は、所望のビーム方向か得られるように上
記変換手段から出力される各第1と第2の信号の位相を
それぞれ変化させ、これらを加算する。搬送波位相補正
手段は、上記ビーム方向制御手段より送出される信号に
基づいて本アンテナ装置より外部へ送出される復調信号
の位相を制御すべく基準搬送波の位相の補正を行なう。[Operation 1] With the above configuration, the conversion means uses two local oscillation signals having a phase difference of, for example, 90 degrees from each other based on the fixed frequency signal sent out by the fixed local oscillation unit, converting each radio signal having a modulated user data signal received by each antenna element into first and second signals each having a lower frequency than said radio signal and having a phase difference of, for example, 90 degrees from each other; . The beam direction control means changes the phase of each of the first and second signals outputted from the conversion means so as to obtain a desired beam direction, and adds these signals. The carrier phase correction means corrects the phase of the reference carrier wave based on the signal sent from the beam direction control means to control the phase of the demodulated signal sent out from the antenna device.
このフェーズドアレーにおいて、変換手段より送出され
る信号は、固定局部発振部が出力する固定された周波数
の搬送波にて各アンテナ素子より送出され処理された信
号を変換する。そして上述したビーム方向制御手段より
送出される信号は、搬送波位相補正手段によるフィード
バックループにて補正される。このようにビーム方向制
御手段と搬送波位相補正手段のフィードバックループと
は独立しているため、基準搬送波再生におけるループの
遅延時間を短くするように作用する。In this phased array, the signal sent out from the conversion means is a signal sent out and processed by each antenna element using a fixed frequency carrier wave output from a fixed local oscillation section. The signal sent out from the beam direction control means described above is corrected in a feedback loop by the carrier phase correction means. As described above, since the feedback loops of the beam direction control means and the carrier wave phase correction means are independent, they work to shorten the loop delay time in reference carrier wave regeneration.
さらに、ビーム方向制御手段は搬送波位相補正部と独立
しているため、ビーム方向制御手段に干渉波除去アルゴ
リズムなどの処理時間のかかる複雑なアルゴリズムを適
用することができるという利点がある。Furthermore, since the beam direction control means is independent of the carrier phase correction section, there is an advantage that a complex algorithm that requires processing time, such as an interference wave removal algorithm, can be applied to the beam direction control means.
[実施例]
第1図は本発明のフェーズドアレーアンテナの一実施例
におけるブロック図であり、第1図において、第4図と
同一のものについては同一の符号を付している。[Embodiment] FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the phased array antenna of the present invention. In FIG. 1, the same parts as in FIG. 4 are designated by the same reference numerals.
この実施例の受信フェーズドアレーアンテナは、受信信
号から生成された■信号及びQ信号を用いてビーム方向
を制御するビーム方向制御部100と、ビーム方向制御
部100より得られた■信号及びQ信号を乗算し、乗算
された信号に基づいて搬送波位相補正信号を再生するこ
と、並びに上記搬送波位相補正信号とビーム方向制御部
100からの出力信号を乗算しフェーズドロックループ
を構成する搬送波位相補正部200とが独立に構成され
ていることを特徴としている。なお、この受信フェーズ
ドアレーアンテナにおいて受信される無線信号は、送信
側でデータ信号で変調されている。The reception phased array antenna of this embodiment includes a beam direction control section 100 that controls the beam direction using the ■ signal and Q signal generated from the received signal, and the ■ signal and Q signal obtained from the beam direction control section 100. a carrier wave phase correction unit 200 which multiplies the carrier wave phase correction signal and reproduces a carrier wave phase correction signal based on the multiplied signal, and multiplies the carrier wave phase correction signal and the output signal from the beam direction control unit 100 to form a phased lock loop. It is characterized by being configured independently. Note that the radio signal received by this receiving phased array antenna is modulated with a data signal on the transmitting side.
第1図において、2個のアンテナ素子11.21で受信
された無線信号は、それぞれ混合器13゜23に送出さ
れ、混合器13.23にて局部発振器20から供給され
る局部発振信号と混合されてIF倍信号変換される。そ
して混合器13.23より各IF倍信号帯域通過フィル
タ14.24及びIF増幅器15.25を介してA/D
変換器17.27へ送出される。In FIG. 1, radio signals received by two antenna elements 11.21 are sent to mixers 13.23, where they are mixed with a local oscillation signal supplied from a local oscillator 20. The signal is then converted into an IF signal. Then, each IF multiplied signal from the mixer 13.23 is passed through the bandpass filter 14.24 and the IF amplifier 15.25 to the A/D
It is sent to converter 17.27.
A/D変換器17.27は、それぞれ供給されたIF倍
信号A/D変換し、A/D変換されたディジタルIF信
号S1を混合器3]、、32へ送出し、ディジタルIF
信号S2を混合器33.34へ送出する。混合器31.
33は、それぞれ上記デイジタルIF信号Sl、S2と
固定局部発振器30か発生する搬送波信号とを乗算する
回路であり、この乗算した信号を所定の低域成分のみを
通過させる低域通過フィルタ41.43を介してビーム
方向制御部100に設けられる移相器51.53へ送出
する。また、混合器32.34は、それぞれディジタル
IF信号Sl、S2と、上記搬送波信号か90度たけ移
相され移相器36より送出される信号とを乗算する回路
であり、この乗算した信号を所定の低域成分のみを通過
させる低域通過フィルタ42.44を介してビーム方向
制御部100に設けられる移相器52.54へ送出する
。The A/D converters 17 and 27 A/D convert the supplied IF multiplied signals, send the A/D converted digital IF signals S1 to mixers 3], 32, and convert them into digital IFs.
The signal S2 is sent to a mixer 33.34. Mixer 31.
33 is a circuit that multiplies the digital IF signals Sl and S2 by a carrier signal generated by the fixed local oscillator 30, and low-pass filters 41 and 43 pass only predetermined low-frequency components of the multiplied signals. The signal is sent to the phase shifters 51 and 53 provided in the beam direction control section 100 via. The mixers 32 and 34 are circuits that multiply the digital IF signals Sl and S2 by a signal sent out from the phase shifter 36, which is phase-shifted by 90 degrees from the carrier signal, and the multiplied signals are The signal is sent to a phase shifter 52.54 provided in the beam direction control unit 100 via a low-pass filter 42.44 that allows only predetermined low-frequency components to pass.
ビーム方向制御部100は、供給される各信号を所定の
移相量たけ移相させる4個の移相器51乃至54と、移
相器51ないし54が送出する信号の振幅を変化させる
4個の可変利得増幅器61乃至64と、入力装置60に
供給されるビーム方向を基礎とし、当該受信フェーズド
アレーアンテナのビーム方向か入力装置60に供給され
たビーム方向となるように、移相器51乃至54及び増
幅器61乃至64における移相量及び振幅調整量の演算
を制御する演算制御回路50と、設けている。The beam direction control unit 100 includes four phase shifters 51 to 54 that shift each supplied signal by a predetermined phase shift amount, and four phase shifters 51 to 54 that change the amplitude of the signals sent out by the phase shifters 51 to 54. variable gain amplifiers 61 to 64, and phase shifters 51 to 64 so that the beam direction supplied to the input device 60 is the beam direction of the receiving phased array antenna or the beam direction supplied to the input device 60. 54 and the amplifiers 61 to 64.
増幅器61.63から送出される各信号は、加算器11
0に供給されて加算された後、加算された信号が移相器
115へ送出される。また、増幅器62.64から送出
される各信号は、加算器111に供給されて加算された
後、加算された信号か移相器116へ送出される。移相
器115,116は、それぞれ上記加算信号と後述する
ループフィルタ117より供給される搬送波位相補正信
号Scとを乗算して、乗算した信号をそれぞれ乗算器1
12に送出する。尚、上記の乗算を行うことで、加算器
110及び111より送出される信号の位相が移相され
る。乗算器112は、供給された2つの信号を乗算し、
乗算した信号をループフィルタ117へ送出する。Each signal sent out from the amplifiers 61 and 63 is sent to the adder 11.
0 and then the summed signal is sent to phase shifter 115. Further, each signal sent from the amplifiers 62 and 64 is supplied to an adder 111 and added, and then the added signal is sent to a phase shifter 116. The phase shifters 115 and 116 each multiply the above addition signal by a carrier phase correction signal Sc supplied from a loop filter 117, which will be described later, and send the multiplied signals to the multiplier 1, respectively.
Send on 12th. Note that by performing the above multiplication, the phases of the signals sent from the adders 110 and 111 are shifted. Multiplier 112 multiplies the two supplied signals,
The multiplied signal is sent to loop filter 117.
上記移相器115.116と、上記乗算器112と、上
記ループフィルタ117と、にて搬送波位相補正部20
0を構成している。この搬送波位相補正部200におけ
るフェーズドパックループは、乗算器112から送出さ
れる誤差信号の振幅がセロとなり、移相器115から送
出される合成信号S3から復調信号が得られるように、
ループフィルタ117から送出される搬送波位相補正信
号の位相が制御される。The carrier phase correction unit 20 includes the phase shifters 115 and 116, the multiplier 112, and the loop filter 117.
It constitutes 0. The phased pack loop in this carrier phase correction section 200 is configured so that the amplitude of the error signal sent from the multiplier 112 becomes zero and a demodulated signal is obtained from the composite signal S3 sent from the phase shifter 115.
The phase of the carrier phase correction signal sent from loop filter 117 is controlled.
このように受信搬送波周波数と周波数や位相が正確に一
致していない信号を固定局部発振器に用いる準同期検波
方式がフェーズドアレーアンテナのビーム形成方式に適
用できるかどうかは、その周波数特性、つまり周波数偏
差がある場合のビーム形成精度を調べれば良い。Whether the quasi-synchronous detection method, which uses a fixed local oscillator to handle signals whose frequency and phase do not exactly match the received carrier frequency, can be applied to the beam forming method of a phased array antenna depends on its frequency characteristics, that is, the frequency deviation. All you need to do is investigate the beam forming accuracy when
第2図は平面16素子アレーを正面から60度方向に走
査した場合に、周波数偏差がある場合の利得低下量を計
算したものである。ここでは、問題を単純化するために
、素子間隔を0.5波長、素子は無指向性として計算し
ている。通常、衛星系の周波数変動は±1xio−5〜
10−8程度、つまり0.001〜0.0001%であ
り、第2図の利得低下量のグラフから、まった(問題が
ないことがわかる。FIG. 2 shows the calculation of the amount of gain reduction when there is a frequency deviation when a planar 16-element array is scanned from the front in a 60 degree direction. Here, in order to simplify the problem, calculations are made assuming that the element spacing is 0.5 wavelength and that the elements are non-directional. Usually, the frequency fluctuation of a satellite system is ±1xio-5 ~
It is about 10-8, that is, 0.001 to 0.0001%, and from the graph of the gain reduction amount in FIG. 2, it can be seen that there is no problem.
又、本実施例の回路のうち、A/D変換器17゜27以
降のデインタル回路の動作を、ディジタル信号処理プロ
セッサ(DSP)のソフトウェアを用いて行なうことか
できる。ビーム方向制御部100は信号処理時間がかか
る部分てあり、搬送波位相補正部分のフ二一ズドバック
ルーブにビーム方向制御部100が含まれると大きな遅
延が生じ、基準搬送波の再生を行なうことが困難となる
が、ビーム方向制御部100と搬送波位相補正部200
とを独立させることによりDSPでの実時間処理の可能
性が増すという利点がある。Further, among the circuits of this embodiment, the operation of the digital circuits after the A/D converter 17, 27 can be performed using software of a digital signal processor (DSP). The beam direction control section 100 is a part that requires signal processing time, and if the beam direction control section 100 is included in the fused backlube of the carrier phase correction section, a large delay will occur, making it difficult to reproduce the reference carrier wave. However, the beam direction control section 100 and the carrier phase correction section 200
By making these independent, there is an advantage that the possibility of real-time processing in the DSP increases.
他の実施例
上記実施例においては、2個のアンテナ素子11.21
を用いた一例について述べているが、これに限らず、第
3図に示すように、本発明は3個以上の複数のアンテナ
素子を用いた受信用フェーズドアレーアンテナに適用す
ることができる。また、上記実施例においては、搬送波
位相補正部200はPSK信号を復調する際に用いるコ
スタスループの例について述へているが、これに限らず
、本発明はQ A M信号についても適用することかで
きる。Other Embodiments In the above embodiment, two antenna elements 11.21
However, the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. 3, the present invention can be applied to a receiving phased array antenna using three or more antenna elements. Further, in the above embodiment, an example is described in which the carrier phase correction section 200 uses a Costas loop when demodulating a PSK signal, but the present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to a QAM signal. I can do it.
[発明の効果コ
以り詳述したように本発明によれば、);、−ズドアレ
ーアンテナにおいて、ビーム方向を制御する部分と搬送
波位相を補正する部分とを独立させたことより、搬送波
位相補正部分のフィートノ・ツクループの遅延時間を短
くすることかできる。また、ビーム方向制御部分では遅
延時間の大きい複雑な処理を行なうことかできるという
利点かある。[Effects of the Invention] According to the present invention, as described in detail below, in the double array antenna, the part that controls the beam direction and the part that corrects the carrier wave phase are made independent, so that the carrier wave phase can be adjusted. It is possible to shorten the delay time of the foot loop in the correction part. Also, the beam direction control section has the advantage of being able to perform complex processing with a large delay time.
第1図は本発明のフェーズドアレーアンテナの一実施例
の構成を示すブロック図、第2図は第1図に示すフェー
ズドアレーアンテナのビーム形成精度を記すグラフ、第
3図は本発明のフェーズドアレーアンテナの他の実施例
を示すプロ・ツク図、第4図及び第5図は従来のフェー
ズドアレーアンテナの構成を示すブロック図である。
11.21・・・アンテナ素子、
O・・・固定局部発振器、31乃至34・・・混合器、
1乃至54・移相器、
OO・・・ビーム方向制御部、112・・乗算器、15
.116−移相器、
OO・・搬送波位相補正部。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the phased array antenna of the present invention, FIG. 2 is a graph showing the beam forming accuracy of the phased array antenna shown in FIG. 4 and 5 are block diagrams showing the configuration of a conventional phased array antenna. 11.21... Antenna element, O... Fixed local oscillator, 31 to 34... Mixer,
1 to 54・Phase shifter, OO... Beam direction control unit, 112... Multiplier, 15
.. 116-Phase shifter, OO...Carrier phase correction unit.
Claims (2)
いに所定の位相差を有する信号に変換する変換手段と、
所望のビーム方向がアレーアンテナで得られるように上
記変換手段が送出する信号の位相をそれぞれ変化させ変
化後の信号を加算し合成信号として送出するビーム方向
制御手段と、を有するフェーズドアレーアンテナにおい
て、 互いに所定の位相差を有する固定周波数の信号を発振し
該信号を上記変換手段へ送出する固定局部発振部と、 上記ビーム方向制御手段より送出される信号の位相を補
正する搬送波位相補正手段と、を備えたことを特徴とす
るフェーズドアレーアンテナ。(1) converting means for converting each radio signal received by a plurality of antenna elements into signals having a predetermined phase difference from each other;
A phased array antenna comprising: beam direction control means for changing the phases of the signals sent by the converting means so that a desired beam direction is obtained by the array antenna, adding the changed signals and sending out as a composite signal, a fixed local oscillation unit that oscillates fixed frequency signals having a predetermined phase difference from each other and sends the signals to the conversion means; a carrier phase correction unit that corrects the phase of the signal sent from the beam direction control means; A phased array antenna characterized by being equipped with.
手段から送出される信号の位相を局部発振信号にて移相
する移相手段と、 装置外部へ復調信号として送出される上記移相手段のそ
れぞれの出力信号を乗算する乗算手段と、上記乗算手段
が送出する信号に基づいて上記ビーム方向制御手段より
供給される信号の位相と同一の位相を有する搬送波位相
補正信号を再生し、この搬送波位相補正信号を局部発振
信号として上記移相手段へ送出する補正手段と、を備え
た請求項1記載のフェーズドアレーアンテナ。(2) The carrier wave phase correction means includes a phase shift means for shifting the phase of the signal sent out from the beam direction control means using a local oscillation signal, and a phase shift means for sending out a demodulated signal to the outside of the device. a multiplication means for multiplying the respective output signals; and a carrier wave phase correction signal having the same phase as the phase of the signal supplied from the beam direction control means based on the signal sent by the multiplication means; 2. The phased array antenna according to claim 1, further comprising a correction means for sending a correction signal as a local oscillation signal to said phase shifting means.
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-
1990
- 1990-02-08 JP JP2031197A patent/JP2572141B2/en not_active Expired - Fee Related
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