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JP2023047695A - Array antenna calibration device and array antenna calibration program - Google Patents

Array antenna calibration device and array antenna calibration program Download PDF

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JP2023047695A JP2021156762A JP2021156762A JP2023047695A JP 2023047695 A JP2023047695 A JP 2023047695A JP 2021156762 A JP2021156762 A JP 2021156762A JP 2021156762 A JP2021156762 A JP 2021156762A JP 2023047695 A JP2023047695 A JP 2023047695A
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electric field
phase
amplitude
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elements
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俊紀 工藤
Toshinori Kudo
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Japan Radio Co Ltd
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Abstract

【課題】本開示は、REV法(素子電界ベクトル回転法)を用いて、各アンテナ素子の放射電界の振幅特性及び位相特性を揃えるように、各アンテナ素子を校正するにあたり、各アンテナ素子の相対放射電界の振幅及び位相として、誤った解を選択したのか、各アンテナ素子の異常動作があったのか、測定時のS/Nが低かったのか等、異常の原因を多大なコスト及びノウハウなしに切り分けることを目的とする。【解決手段】本開示は、各アンテナ素子11-nの相対放射電界ベクトルに関する、全アンテナ素子11-1~11-Nに渡る総和ベクトルと、全アンテナ素子11-1~11-Nの初期合成放射電界ベクトルと、の間の差分の大きさに基づいて、全アンテナ素子11-1~11-Nに渡る校正精度を評価する校正精度評価部24を備える。【選択図】図1Kind Code: A1 In calibrating each antenna element using the REV method (element electric field vector rotation method) so as to match the amplitude characteristics and phase characteristics of the radiated electric field of each antenna element, the relative We can find out the cause of the abnormality, such as whether the wrong solution was selected as the amplitude and phase of the radiated electric field, whether there was an abnormal operation of each antenna element, whether the S/N at the time of measurement was low, etc. The purpose is to separate. Kind Code: A1 The present disclosure provides a sum vector over all antenna elements 11-1 to 11-N and an initial synthesis of all antenna elements 11-1 to 11-N regarding the relative radiated electric field vector of each antenna element 11-n. A calibration accuracy evaluation unit 24 is provided for evaluating the calibration accuracy of all the antenna elements 11-1 to 11-N based on the magnitude of the difference between the radiated electric field vector and . [Selection drawing] Fig. 1

Description

本開示は、REV法(Rotating element Electric field Vector method、素子電界ベクトル回転法)を用いて、各アンテナ素子の放射電界の振幅特性及び位相特性を揃えるように、各アンテナ素子を校正する技術に関する。 The present disclosure relates to a technique of calibrating each antenna element by using the REV method (Rotating element electric field vector method) so that the amplitude characteristics and phase characteristics of the radiated electric field of each antenna element are aligned.

REV法を用いて、各アンテナ素子の放射電界の振幅特性及び位相特性を揃えるように、各アンテナ素子を校正する技術が、特許文献1、2及び非特許文献1等に開示されている。 Techniques for calibrating each antenna element using the REV method so as to match the amplitude characteristics and phase characteristics of the radiated electric field of each antenna element are disclosed in Patent Documents 1 and 2, Non-Patent Document 1, and the like.

まず、各アンテナ素子の放射電界の位相を初期放射電界の位相から回転させながら、全アンテナ素子の合成放射電界の振幅を測定する。次に、全アンテナ素子の合成放射電界の振幅に基づいて、全アンテナ素子の初期合成放射電界の振幅及び位相を基準に、各アンテナ素子の相対放射電界の振幅及び位相を算出する。次に、各アンテナ素子の相対放射電界の振幅及び位相に基づいて、各アンテナ素子の放射電界の振幅特性及び位相特性を揃えるように、各アンテナ素子を校正する。 First, while rotating the phase of the radiated electric field of each antenna element from the phase of the initial radiated electric field, the amplitude of the combined radiated electric field of all the antenna elements is measured. Next, the amplitude and phase of the relative radiated electric field of each antenna element are calculated based on the amplitude and phase of the initial synthesized radiated electric field of all the antenna elements, based on the amplitude of the synthesized radiated electric field of all the antenna elements. Next, each antenna element is calibrated based on the amplitude and phase of the relative radiated electric field of each antenna element so as to match the amplitude characteristics and phase characteristics of the radiated electric field of each antenna element.

このように、全アンテナ素子の合成放射電界の位相を測定することなく、全アンテナ素子の合成放射電界の振幅を測定するのみにより、フェーズドアレイアンテナの各素子の放射電界の振幅特性及び位相特性を校正することができる。 In this way, the amplitude characteristics and phase characteristics of the radiated electric field of each element of the phased array antenna can be determined only by measuring the amplitude of the synthesized radiated electric field of all the antenna elements without measuring the phase of the synthesized radiated electric field of all the antenna elements. can be calibrated.

特公平03-038548号公報Japanese Patent Publication No. 03-038548 特開2001-201526号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-201526

真野清司、片木孝至、“フェイズドアレーアンテナの素子振幅位相測定法-素子電界ベクトル回転法-”、電子情報通信学会論文誌、電子情報通信学会、1982年5月、第B65巻、第5号、pp.555-560.Kiyoshi Mano, Takashi Katagi, "Method for measuring element amplitude and phase of phased array antenna - Element electric field vector rotation method", Transactions of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, May 1982, Vol. B65, No. 5 , pp. 555-560.

ここで、各アンテナ素子を除く全アンテナ素子の初期合成放射電界の振幅が、各アンテナ素子の放射電界の振幅と比べて、大きいか小さいかに応じて、各アンテナ素子の相対放射電界の振幅及び位相として、2種類の解(K1解及びK2解)のいずれかを選択する必要がある。 Here, the amplitude of the relative radiated electric field of each antenna element and the As a phase, one of two types of solutions (K1 solution and K2 solution) should be selected.

そして、各アンテナ素子の相対放射電界の振幅及び位相として、正しい解を選択したかどうかを判定するためには、各アンテナ素子の校正係数、全アンテナ素子の放射パターン又は全アンテナ素子のパルス抽出波形を確認する必要がある。 Then, in order to determine whether or not the correct solution has been selected as the amplitude and phase of the relative radiated electric field of each antenna element, the calibration coefficient of each antenna element, the radiation pattern of all antenna elements, or the pulse extraction waveform of all antenna elements need to confirm.

さらに、各アンテナ素子の校正係数、全アンテナ素子の放射パターン又は全アンテナ素子のパルス抽出波形を確認するのみでは、各アンテナ素子の相対放射電界の振幅及び位相として、誤った解を選択したのか、各アンテナ素子の異常動作があったのか、測定時のS/Nが低かったのか等、異常の原因を切り分けることが困難である。 In addition, by only checking the calibration coefficient of each antenna element, the radiation pattern of all antenna elements, or the pulse extraction waveform of all antenna elements, did you choose the wrong solution as the amplitude and phase of the relative radiated electric field of each antenna element? It is difficult to isolate the cause of the abnormality, such as whether there was an abnormal operation of each antenna element or whether the S/N at the time of measurement was low.

しかも、各アンテナ素子の校正係数、全アンテナ素子の放射パターン又は全アンテナ素子のパルス抽出波形を確認するためには、多大なコスト及びノウハウが要求される。 Moreover, a great deal of cost and know-how are required to confirm the calibration coefficient of each antenna element, the radiation pattern of all antenna elements, or the pulse extraction waveform of all antenna elements.

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、REV法(素子電界ベクトル回転法)を用いて、各アンテナ素子の放射電界の振幅特性及び位相特性を揃えるように、各アンテナ素子を校正するにあたり、各アンテナ素子の相対放射電界の振幅及び位相として、誤った解を選択したのか、各アンテナ素子の異常動作があったのか、測定時のS/Nが低かったのか等、異常の原因を多大なコスト及びノウハウなしに切り分けることを目的とする。 Therefore, in order to solve the above problems, the present disclosure uses the REV method (element electric field vector rotation method) to align each antenna element so that the amplitude characteristics and phase characteristics of the radiated electric field of each antenna element are calibrated. In doing so, the cause of the abnormality, such as whether the wrong solution was selected as the amplitude and phase of the relative radiated electric field of each antenna element, whether there was an abnormal operation of each antenna element, whether the S/N at the time of measurement was low, etc. The purpose is to cut without great cost and know-how.

前記課題を解決するために、各アンテナ素子の相対放射電界ベクトルの全アンテナ素子に渡る総和ベクトルと、全アンテナ素子の初期合成放射電界ベクトルと、の間の差分の大きさに基づいて、全アンテナ素子に渡る校正精度を評価する。上記差分が大きいときには、各アンテナ素子の相対放射電界の振幅及び位相として、誤った解を選択した可能性等が高い。 In order to solve the above-mentioned problems, based on the magnitude of the difference between the total vector over all antenna elements of the relative radiated electric field vectors of each antenna element and the initial synthesized radiated electric field vector of all antenna elements, all antennas Evaluate the calibration accuracy across the elements. When the difference is large, there is a high possibility that an erroneous solution has been selected as the amplitude and phase of the relative radiated electric field of each antenna element.

具体的には、本開示は、アレイアンテナの各素子の放射電界の位相を初期放射電界の位相から回転させながら、前記アレイアンテナの全素子の合成放射電界の振幅を測定する放射電界測定部と、前記全素子の合成放射電界の振幅に基づいて、前記全素子の初期合成放射電界の振幅及び位相を基準に、前記各素子の相対放射電界の振幅及び位相を算出する振幅位相算出部と、前記各素子の相対放射電界の振幅及び位相に基づいて、前記各素子の放射電界の振幅特性及び位相特性を揃えるように、前記各素子を校正する振幅位相校正部と、前記各素子の相対放射電界の振幅及び位相から構成される、前記各素子の相対放射電界ベクトルに関する、前記全素子に渡る総和ベクトルと、前記全素子の初期合成放射電界の振幅及び位相から構成される、前記全素子の初期合成放射電界ベクトルと、の間の差分の大きさに基づいて、前記全素子に渡る校正精度を評価する校正精度評価部と、を備えることを特徴とするアレイアンテナ校正装置である。 Specifically, the present disclosure includes a radiated electric field measurement unit that measures the amplitude of the combined radiated electric field of all the elements of the array antenna while rotating the phase of the radiated electric field of each element of the array antenna from the phase of the initial radiated electric field. an amplitude and phase calculator for calculating the amplitude and phase of the relative radiated electric field of each of the elements based on the amplitude and phase of the initial synthesized radiated electric field of all the elements, based on the amplitude of the synthesized radiated electric field of all the elements; an amplitude/phase calibrator for calibrating each of the elements so as to match the amplitude characteristics and phase characteristics of the radiated electric field of each of the elements based on the amplitude and phase of the relative radiation electric field of each of the elements; A sum vector over all the elements with respect to the relative radiated electric field vector of each element, composed of the amplitude and phase of the electric field; and a calibration accuracy evaluation unit that evaluates the calibration accuracy over all the elements based on the magnitude of the difference between the initial synthesized radiation electric field vector and the array antenna calibration device.

また、本開示は、アレイアンテナの各素子の放射電界の位相を初期放射電界の位相から回転させながら、前記アレイアンテナの全素子の合成放射電界の振幅を測定する放射電界測定ステップと、前記全素子の合成放射電界の振幅に基づいて、前記全素子の初期合成放射電界の振幅及び位相を基準に、前記各素子の相対放射電界の振幅及び位相を算出する振幅位相算出ステップと、前記各素子の相対放射電界の振幅及び位相に基づいて、前記各素子の放射電界の振幅特性及び位相特性を揃えるように、前記各素子を校正する振幅位相校正ステップと、前記各素子の相対放射電界の振幅及び位相から構成される、前記各素子の相対放射電界ベクトルに関する、前記全素子に渡る総和ベクトルと、前記全素子の初期合成放射電界の振幅及び位相から構成される、前記全素子の初期合成放射電界ベクトルと、の間の差分の大きさに基づいて、前記全素子に渡る校正精度を評価する校正精度評価ステップと、を順にコンピュータに実行させるためのアレイアンテナ校正プログラムである。 Further, the present disclosure includes a radiated electric field measurement step of measuring the amplitude of the combined radiated electric field of all the elements of the array antenna while rotating the phase of the radiated electric field of each element of the array antenna from the phase of the initial radiated electric field; an amplitude and phase calculation step of calculating the amplitude and phase of the relative radiated electric field of each of the elements based on the amplitude of the synthesized radiated electric field of the elements, with reference to the amplitude and phase of the initial synthesized radiated electric field of all the elements; an amplitude and phase calibration step of calibrating each element so as to match the amplitude characteristics and phase characteristics of the radiated electric field of each element based on the amplitude and phase of the relative radiated electric field of each element; and the phase of the relative radiated electric field vector of each element, the sum vector over all the elements, and the initial synthesized radiation of all the elements, consisting of the amplitude and phase of the initial synthesized radiated electric field of all the elements. and a calibration accuracy evaluation step of evaluating the calibration accuracy over all the elements based on the magnitude of the difference between the electric field vectors.

これらの構成によれば、各アンテナ素子の相対放射電界の振幅及び位相として、誤った解を選択した等、異常の原因を多大なコスト及びノウハウなしに調べることができる。つまり、各アンテナ素子の校正係数、全アンテナ素子の放射パターン又は全アンテナ素子のパルス抽出波形を確認することなく、上記差分を算出するのみでよい。 According to these configurations, it is possible to investigate the cause of an abnormality such as selecting an erroneous solution as the amplitude and phase of the relative radiated electric field of each antenna element, without significant cost and know-how. In other words, it is only necessary to calculate the difference without checking the calibration coefficient of each antenna element, the radiation pattern of all antenna elements, or the extracted pulse waveform of all antenna elements.

また、本開示は、前記校正精度評価部は、前記各素子の初期放射電界の位相からの放射電界の回転位相に対する前記全素子の合成放射電界の振幅の測定結果と、任意の振幅及び位相を有する正弦関数又は余弦関数と、の間の決定係数の大きさに基づいて、前記各素子の校正精度を評価することを特徴とするアレイアンテナ校正装置である。 Further, in the present disclosure, the calibration accuracy evaluation unit calculates the measurement result of the amplitude of the synthetic radiated electric field of all the elements with respect to the rotation phase of the radiated electric field from the phase of the initial radiated electric field of each element, and an arbitrary amplitude and phase. and a sine function or cosine function of the array antenna.

この構成によれば、各アンテナ素子の異常動作があったのか、測定時のS/Nが低かったのか等、異常の原因を多大なコスト及びノウハウなしに調べることができる。つまり、各アンテナ素子の校正係数、全アンテナ素子の放射パターン又は全アンテナ素子のパルス抽出波形を確認することなく、上記決定係数を算出するのみでよい。 According to this configuration, it is possible to investigate the cause of the abnormality, such as whether there was an abnormal operation of each antenna element, whether the S/N at the time of measurement was low, etc., without a great deal of cost and know-how. That is, it is only necessary to calculate the determination coefficient without checking the calibration coefficient of each antenna element, the radiation pattern of all antenna elements, or the pulse extraction waveform of all antenna elements.

また、本開示は、前記校正精度評価部は、前記決定係数が所定値と比べて小さいときには、前記各素子の異常動作を判定し、前記決定係数が所定値と比べて大きいものの、前記差分が所定値と比べて大きいときには、前記各素子の正常動作及び前記振幅位相算出部のスプリアス解を判定し、前記決定係数が所定値と比べて大きいとともに、前記差分が所定値と比べて小さいときには、前記各素子の正常動作及び前記振幅位相算出部の正常解を判定することを特徴とするアレイアンテナ校正装置である。 Further, according to the present disclosure, the calibration accuracy evaluation unit determines abnormal operation of each element when the coefficient of determination is smaller than a predetermined value, When it is larger than a predetermined value, the normal operation of each element and the spurious solution of the amplitude/phase calculator are determined, and when the coefficient of determination is larger than the predetermined value and the difference is smaller than the predetermined value, The array antenna calibrating apparatus is characterized in that a normal operation of each element and a normal solution of the amplitude/phase calculator are determined.

この構成によれば、上記差分及び上記決定係数を併用することにより、REV法のアルゴリズム上の問題であるのか、アレイアンテナ送受信装置のハードウェア上の問題であるのか、異常の原因を多大なコスト及びノウハウなしに切り分けることができる。つまり、各アンテナ素子の校正係数、全アンテナ素子の放射パターン又は全アンテナ素子のパルス抽出波形を確認することなく、上記差分及び上記決定係数を算出するのみでよい。 According to this configuration, by using the difference and the coefficient of determination together, it is possible to determine whether the cause of the abnormality is an algorithm problem of the REV method or a problem of the hardware of the array antenna transmitting/receiving device. and can be cut without know-how. In other words, it is only necessary to calculate the difference and the determination coefficient without checking the calibration coefficient of each antenna element, the radiation pattern of all antenna elements, or the pulse extraction waveform of all antenna elements.

前記課題を解決するために、各アンテナ素子の初期放射電界の位相からの放射電界の回転位相に対する全アンテナ素子の合成放射電界の振幅の測定結果と、正弦関数又は余弦関数と、の間の決定係数の大きさに基づいて、各アンテナ素子の校正精度を評価する。上記決定係数が小さいときには、各アンテナ素子の異常動作があったか、測定時のS/Nが低かった可能性等が高い。 In order to solve the above-mentioned problem, a determination between a measurement result of the amplitude of the combined radiated electric field of all antenna elements with respect to the rotational phase of the radiated electric field from the phase of the initial radiated electric field of each antenna element and a sine function or a cosine function. The calibration accuracy of each antenna element is evaluated based on the magnitude of the coefficient. When the coefficient of determination is small, there is a high possibility that each antenna element malfunctioned or that the S/N at the time of measurement was low.

具体的には、本開示は、アレイアンテナの各素子の放射電界の位相を初期放射電界の位相から回転させながら、前記アレイアンテナの全素子の合成放射電界の振幅を測定する放射電界測定部と、前記全素子の合成放射電界の振幅に基づいて、前記全素子の初期合成放射電界の振幅及び位相を基準に、前記各素子の相対放射電界の振幅及び位相を算出する振幅位相算出部と、前記各素子の相対放射電界の振幅及び位相に基づいて、前記各素子の放射電界の振幅特性及び位相特性を揃えるように、前記各素子を校正する振幅位相校正部と、前記各素子の初期放射電界の位相からの放射電界の回転位相に対する前記全素子の合成放射電界の振幅の測定結果と、任意の振幅及び位相を有する正弦関数又は余弦関数と、の間の決定係数の大きさに基づいて、前記各素子の校正精度を評価する校正精度評価部と、を備えることを特徴とするアレイアンテナ校正装置である。 Specifically, the present disclosure includes a radiated electric field measurement unit that measures the amplitude of the combined radiated electric field of all the elements of the array antenna while rotating the phase of the radiated electric field of each element of the array antenna from the phase of the initial radiated electric field. an amplitude and phase calculator for calculating the amplitude and phase of the relative radiated electric field of each of the elements based on the amplitude and phase of the initial synthesized radiated electric field of all the elements, based on the amplitude of the synthesized radiated electric field of all the elements; an amplitude/phase calibrator for calibrating each of the elements so as to match the amplitude and phase characteristics of the radiated electric field of each of the elements based on the amplitude and phase of the relative radiated electric field of each of the elements; and an initial radiation of each of the elements. Based on the magnitude of the coefficient of determination between the measurement of the amplitude of the combined radiated electric field of all the elements with respect to the rotational phase of the radiated electric field from the phase of the electric field and a sine or cosine function with arbitrary amplitude and phase and a calibration accuracy evaluation unit for evaluating the calibration accuracy of each element.

この構成によれば、各アンテナ素子の異常動作があったのか、測定時のS/Nが低かったのか等、異常の原因を多大なコスト及びノウハウなしに調べることができる。つまり、各アンテナ素子の校正係数、全アンテナ素子の放射パターン又は全アンテナ素子のパルス抽出波形を確認することなく、上記決定係数を算出するのみでよい。 According to this configuration, it is possible to investigate the cause of the abnormality, such as whether there was an abnormal operation of each antenna element, whether the S/N at the time of measurement was low, etc., without a great deal of cost and know-how. That is, it is only necessary to calculate the determination coefficient without checking the calibration coefficient of each antenna element, the radiation pattern of all antenna elements, or the pulse extraction waveform of all antenna elements.

このように、本開示は、REV法(素子電界ベクトル回転法)を用いて、各アンテナ素子の放射電界の振幅特性及び位相特性を揃えるように、各アンテナ素子を校正するにあたり、各アンテナ素子の相対放射電界の振幅及び位相として、誤った解を選択したのか、各アンテナ素子の異常動作があったのか、測定時のS/Nが低かったのか等、異常の原因を多大なコスト及びノウハウなしに切り分けることができる。 In this way, the present disclosure uses the REV method (element electric field vector rotation method) to calibrate each antenna element so that the amplitude characteristics and phase characteristics of the radiated electric field of each antenna element are aligned. Whether the wrong solution was selected as the amplitude and phase of the relative radiated electric field, whether there was an abnormal operation of each antenna element, whether the S/N at the time of measurement was low, etc. can be separated into

本開示のアレイアンテナシステムの構成を示す図である。1 is a diagram showing the configuration of an array antenna system of the present disclosure; FIG. 本開示のアレイアンテナ校正処理の手順を示す図である。It is a figure which shows the procedure of the array antenna calibration process of this indication. 本開示のアレイアンテナ校正処理の概要を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an overview of array antenna calibration processing of the present disclosure; 本開示のK1解又はK2解の選択処理の詳細を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating details of the K1 solution or K2 solution selection process of the present disclosure; 本開示の校正精度評価処理の手順を示す図である。It is a figure which shows the procedure of the calibration accuracy evaluation process of this indication. 本開示の第1の校正精度評価処理の概要を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an overview of first calibration accuracy evaluation processing of the present disclosure; 本開示の第2の校正精度評価処理の概要を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an overview of second calibration accuracy evaluation processing of the present disclosure;

添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。 Embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of implementing the present disclosure, and the present disclosure is not limited to the following embodiments.

(本開示のアレイアンテナ校正処理)
本開示のアレイアンテナシステムの構成を図1に示す。アレイアンテナシステムAは、アレイアンテナ送受信装置1及びアレイアンテナ校正装置2を備える。アレイアンテナ送受信装置1は、アンテナ素子11-n(n=1~N)、減衰器12-n(n=1~N)、移相器13-n(n=1~N)、分配/合成器14、送受信部15及び制御部16を備え、全アナログ方式、全デジタル方式及びアナログ/デジタル混載方式のいずれも採用可能である。アレイアンテナ校正装置2は、放射電界測定部21、振幅位相算出部22、振幅位相校正部23及び校正精度評価部24を備え、図2に示すアレイアンテナ校正プログラム及び図5に示す校正精度評価プログラムをコンピュータにインストールし実現可能である。
(Array antenna calibration process of the present disclosure)
FIG. 1 shows the configuration of the array antenna system of the present disclosure. An array antenna system A includes an array antenna transmission/reception device 1 and an array antenna calibration device 2 . The array antenna transmitting/receiving apparatus 1 includes antenna elements 11-n (n=1 to N), attenuators 12-n (n=1 to N), phase shifters 13-n (n=1 to N), splitter/synthesizer. It includes a device 14, a transmitter/receiver 15 and a control unit 16, and any of an all-analog system, an all-digital system, and an analog/digital mixed system can be adopted. The array antenna calibration device 2 includes a radiation electric field measurement unit 21, an amplitude phase calculation unit 22, an amplitude phase calibration unit 23, and a calibration accuracy evaluation unit 24. The array antenna calibration program shown in FIG. 2 and the calibration accuracy evaluation program shown in FIG. can be installed on the computer.

本開示のアレイアンテナ校正処理の手順を図2に示す。本開示のアレイアンテナ校正処理の概要を図3に示す。本開示のK1解又はK2解の選択処理の詳細を図4に示す。 FIG. 2 shows the procedure of array antenna calibration processing according to the present disclosure. An overview of the array antenna calibration process of the present disclosure is shown in FIG. Details of the K1 solution or K2 solution selection process of the present disclosure are shown in FIG.

放射電界測定部21は、各移相器12-nを用いて、各アンテナ素子11-nの放射電界の位相を初期放射電界の位相から回転させながら、全アンテナ素子11-1~11-Nの合成放射電界の振幅を測定する(ステップS1)。図3の第1段では、各アンテナ素子11-nの初期放射電界ベクトルE0、nに対して、全アンテナ素子11-1~11-Nの初期合成放射電界の電力|E(初期合成放射電界ベクトルE)が測定され、各アンテナ素子11-nの放射電界の位相Δm、n(m=1~M)の回転に伴って、全アンテナ素子11-1~11-Nの合成放射電界の電力|Em、n’|(合成放射電界ベクトルEm、n’)が測定される。 The radiated electric field measurement unit 21 uses each phase shifter 12-n to rotate the phase of the radiated electric field of each antenna element 11-n from the phase of the initial radiated electric field, while all the antenna elements 11-1 to 11-N is measured (step S1). In the first stage of FIG . 3, power |E 0 | 2 ( An initial composite radiated electric field vector E 0 ) is measured , and all antenna elements 11-1 to 11-N is measured .

図3の第1段では、各アンテナ素子11-nの回路特性等がばらつきを有するため、各アンテナ素子11-nの初期放射電界の振幅|E0、n|及び位相φ0、nが揃っておらず、各アンテナ素子11-nの初期放射電界ベクトルE0、nの長さ及び方向が揃っていない。 In the first stage of FIG. 3, since the circuit characteristics and the like of each antenna element 11-n vary, the amplitude |E 0,n | and phase φ 0,n of the initial radiation electric field of each antenna element 11-n are uniform. , and the lengths and directions of the initial radiated electric field vectors E0 ,n of the antenna elements 11-n are not aligned.

振幅位相算出部22は、全アンテナ素子11-1~11-Nの合成放射電界の振幅に基づいて、全アンテナ素子11-1~11-Nの初期合成放射電界の振幅及び位相を基準に、各アンテナ素子11-nの相対放射電界の振幅及び位相を算出する(ステップS2)。図3の第2段では、各アンテナ素子11-nの放射電界の位相Δm、nに対して、全アンテナ素子11-1~11-Nの合成放射電界の電力比|Em、n’|/|Eが算出される。図3の第3段では、全アンテナ素子11-1~11-Nの初期合成放射電界の振幅|E|及び位相φを基準に、各アンテナ素子11-nの相対放射電界の振幅比k=|E0、n|/|E|及び位相X=φ0、n-φが算出される。図3の第2段及び第3段の詳細については、図4を用いて後述する。 The amplitude-phase calculator 22 calculates the amplitude and phase of the initial synthetic radiated electric field of all the antenna elements 11-1 to 11-N based on the amplitude of the synthetic radiated electric field of all the antenna elements 11-1 to 11-N, The amplitude and phase of the relative radiated electric field of each antenna element 11-n are calculated (step S2). In the second stage of FIG. 3, the power ratio |E m ,n ' of the composite radiated electric field of all the antenna elements 11-1 to 11-N to the phase Δm,n of the radiated electric field of each antenna element 11-n. | 2 /|E 0 | 2 is calculated. In the third stage of FIG. 3, the amplitude ratio of the relative radiated electric field of each antenna element 11-n based on the amplitude |E 0 | k n =|E 0,n |/|E 0 | and phase X n0,n −φ 0 are calculated. Details of the second and third stages in FIG. 3 will be described later with reference to FIG.

振幅位相校正部23は、各アンテナ素子11-nの相対放射電界の振幅及び位相に基づいて、各アンテナ素子11-nの放射電界の振幅特性及び位相特性を揃えるように、制御部16を用いて、各アンテナ素子11-nを校正する(ステップS3)。図3の第4段では、各アンテナ素子11-nの放射電界の振幅|E0、n”|及び位相φ0、n”が揃うように、各減衰器12-n及び各移相器13-nの校正係数(放射電界の振幅及び位相の補正量)が算出される。 The amplitude and phase calibration unit 23 uses the control unit 16 to match the amplitude characteristics and phase characteristics of the radiated electric field of each antenna element 11-n based on the amplitude and phase of the relative radiated electric field of each antenna element 11-n. to calibrate each antenna element 11-n (step S3). In the fourth stage of FIG. 3, each attenuator 12-n and each phase shifter 13 -n calibration coefficients (correction amounts of the amplitude and phase of the radiated electric field) are calculated.

放射電界測定部21、振幅位相算出部22及び振幅位相校正部23は、全アンテナ素子11-1~11-Nについて、ステップS1~S3を繰り返す(ステップS4)。 The radiation field measuring unit 21, the amplitude phase calculating unit 22, and the amplitude phase correcting unit 23 repeat steps S1 to S3 for all the antenna elements 11-1 to 11-N (step S4).

図3の第4段では、各アンテナ素子11-nの回路特性等がばらつきを有していても、各アンテナ素子11-nの放射電界の振幅|E0、n”|及び位相φ0、n”が揃っており、各アンテナ素子11-nの放射電界ベクトルE0、n”の長さ及び方向が揃っている。 In the fourth stage of FIG. 3, the amplitude |E 0,n ″| and phase φ 0, n ″ are aligned, and the lengths and directions of the radiated electric field vectors E 0,n ″ of the antenna elements 11-n are aligned.

このように、全アンテナ素子11-1~11-Nの合成放射電界の位相arg(Em、n’)を測定することなく、全アンテナ素子11-1~11-Nの合成放射電界の電力|Em、n’|を測定するのみにより、フェーズドアレイアンテナの各アンテナ素子11-nの放射電界の振幅特性及び位相特性を校正することができる。 In this way, without measuring the phase arg(E m, n ') of the synthetic radiated electric field of all the antenna elements 11-1 to 11-N, the power of the synthetic radiated electric field of all the antenna elements 11-1 to 11-N Only by measuring |E m,n ' |

図4の第1段では、各アンテナ素子11-nを除く全アンテナ素子11-1~11-Nの初期合成放射電界の振幅|Y|=|E0、1+・・・+E0、N-E0、n|は、各アンテナ素子11-nの放射電界の振幅|Em、n|と比べて大きい。そこで、各アンテナ素子11-nの相対放射電界の振幅比k=|E0、n|/|E|及び位相X=φ0、n-φとして、K1解の選択が必要である。 In the first stage of FIG. 4, the amplitude |Y n |=|E 0,1 + . N −E 0,n | is larger than the amplitude |E m,n | of the radiated electric field of each antenna element 11-n. Therefore, it is necessary to select the K1 solution by setting the amplitude ratio k n =|E 0,n |/|E 0 | of the relative radiated electric field of each antenna element 11-n and the phase X n0,n −φ 0 . be.

ここで、各アンテナ素子11-nの相対放射電界の振幅比kは、数式1、2のように算出され、各アンテナ素子11-nの相対放射電界の位相Xは、数式1、3のように算出される。そして、数式1のQn、max及びQn、minは、|Em、n’|/|Eの最大値及び最小値であり、数式2、3のΔm_max、nは、|Em、n’|/|Eの最大値を与えるΔm、nである(図3の第2段において、|Em、n’|/|EとΔm、nとの間の関係を正弦関数又は余弦関数で近似)。

Figure 2023047695000002
Figure 2023047695000003
Figure 2023047695000004
Here, the amplitude ratio kn of the relative radiated electric field of each antenna element 11-n is calculated as shown in Equations 1 and 2, and the phase Xn of the relative radiated electric field of each antenna element 11-n is calculated as shown in Equations 1 and 3. is calculated as Q n, max and Q n, min in Equation 1 are the maximum and minimum values of |E m, n ′| 2 /|E 0 | 2 , and Δ m_max, n in Equations 2 and 3 are Δ m, n that gives the maximum of |E m,n′| 2 / | E 0 | approximating the relationship between m and n with a sine or cosine function).
Figure 2023047695000002
Figure 2023047695000003
Figure 2023047695000004

図4の第2段では、各アンテナ素子11-nを除く全アンテナ素子11-1~11-Nの初期合成放射電界の振幅|Y|=|E0、1+・・・+E0、N-E0、n|は、各アンテナ素子11-nの放射電界の振幅|Em、n|と比べて小さい。そこで、各アンテナ素子11-nの相対放射電界の振幅比k=|E0、n|/|E|及び位相X=φ0、n-φとして、K2解の選択が必要である。 In the second stage of FIG. 4, the amplitude |Y n |=|E 0,1 + . N −E 0,n | is smaller than the amplitude |E m,n | of the radiated electric field of each antenna element 11-n. Therefore, it is necessary to select the K2 solution by setting the amplitude ratio k n =|E 0,n |/|E 0 | of the relative radiated electric field of each antenna element 11-n and the phase X n0,n −φ 0 . be.

ここで、各アンテナ素子11-nの相対放射電界の振幅比kは、数式4、5のように算出され、各アンテナ素子11-nの相対放射電界の位相Xは、数式4、6のように算出される。そして、数式4のQn、max及びQn、minは、|Em、n’|/|Eの最大値及び最小値であり、数式5、6のΔm_max、nは、|Em、n’|/|Eの最大値を与えるΔm、nである(図3の第2段において、|Em、n’|/|EとΔm、nとの間の関係を正弦関数又は余弦関数で近似)。

Figure 2023047695000005
Figure 2023047695000006
Figure 2023047695000007
Here, the amplitude ratio kn of the relative radiated electric field of each antenna element 11-n is calculated as shown in Equations 4 and 5, and the phase Xn of the relative radiated electric field of each antenna element 11-n is calculated as shown in Equations 4 and 6. is calculated as Q n,max and Q n,min in Equation 4 are the maximum and minimum values of |E m,n ′| 2 /|E 0 | 2 , and Δ m_max,n in Equations 5 and 6 are Δ m, n that gives the maximum of |E m,n′| 2 / | E 0 | approximating the relationship between m and n with a sine or cosine function).
Figure 2023047695000005
Figure 2023047695000006
Figure 2023047695000007

しかし、各アンテナ素子11-nを除く全アンテナ素子11-1~11-Nの初期合成放射電界の振幅|Y|=|E0、1+・・・+E0、N-E0、n|が、各アンテナ素子11-nの放射電界の振幅|Em、n|と比べて、大きいか小さいかは、自明ではない。よって、各アンテナ素子11-nの相対放射電界の振幅比k=|E0、n|/|E|及び位相X=φ0、n-φとして、K1解及びK2解のうちのいずれの解を選択すればよいかも、自明ではない。そこで、以下に示す第1~3の選択方法が実行される。 However, the amplitude |Y n |=|E 0,1 + . . . +E 0,N −E 0,n is larger or smaller than the amplitude |E m,n | of the radiated electric field of each antenna element 11-n. Therefore, given the amplitude ratio k n =|E 0,n |/|E 0 | and phase X n0,n −φ 0 of the relative radiated electric field of each antenna element 11-n, out of the K1 solution and the K2 solution, It is not obvious which solution should be selected. Therefore, the following first to third selection methods are executed.

第1の選択方法では、全アンテナ素子11-1~11-Nの初期合成放射電界の振幅|E|及び位相φ(主に位相φ)として、複数の異なる状態を設定したうえで、複数の異なる状態でK1解及びK2解を算出し、複数の異なる状態で同じ意味となる解を選択する。 In the first selection method, a plurality of different states are set as the amplitude |E 0 | and phase φ 0 (mainly phase φ 0 ) of the initial synthetic radiated electric field of all the antenna elements 11-1 to 11-N. , compute K1 and K2 solutions in a plurality of different states, and select solutions that have the same meaning in a plurality of different states.

第2の選択方法では、全アンテナ素子11-1~11-Nの合成放射電界の電力|Em、n’|を測定するのみならず、全アンテナ素子11-1~11-Nの合成放射電界の位相arg(Em、n’)を測定したうえで、各アンテナ素子11-nの放射電界の位相Δm、nが回転するに伴って、全アンテナ素子11-1~11-Nの合成放射電界の位相arg(Em、n’)が180°以上変化しないときに、K1解を選択する。 In the second selection method, not only is the power |E m,n | After measuring the phase arg (E m, n ') of the radiated electric field, all the antenna elements 11-1 to 11-N rotate as the phase Δ m, n of the radiated electric field of each antenna element 11-n rotates. Choose the K1 solution when the phase arg(E m,n ') of the resultant radiated electric field of does not change by more than 180°.

第3の選択方法では、各アンテナ素子11-nを除く全アンテナ素子11-1~11-Nの初期合成放射電界の振幅|Y|が、各アンテナ素子11-nの放射電界の振幅|Em、n|と比べて、常に小さくならずに大きくなるように、各アンテナ素子11-nの初期放射電界の位相φ0、nを設定したうえで、K1解を選択する。 In the third selection method, the amplitude | Yn | The K1 solution is selected after setting the phase φ 0,n of the initial radiation field of each antenna element 11-n so that it always increases rather than decreases compared to E m,n |.

なお、数式1、4において、Qn、minが0又は負であるため、r が∞又は負であるときには、各アンテナ素子11-nの校正係数が異常となる。そこで、各アンテナ素子11-nの校正係数が異常であるときには(ステップS5でYES)、振幅位相校正部23は、各アンテナ素子11-nの初期放射電界の位相φ0、nを変更したうえで(ステップS6)、放射電界測定部21、振幅位相算出部22及び振幅位相校正部23は、REV法を再実行する。一方で、各アンテナ素子11-nの校正係数が正常であるときには(ステップS5でNO)、振幅位相校正部23は、ステップS6を実行することなく、放射電界測定部21、振幅位相算出部22及び振幅位相校正部23は、REV法を終了する。 In Equations 1 and 4, since Q n,min is 0 or negative, the calibration coefficient of each antenna element 11-n becomes abnormal when r n 2 is ∞ or negative. Therefore, when the calibration coefficient of each antenna element 11-n is abnormal (YES in step S5), the amplitude/phase calibrator 23 changes the phases φ 0,n of the initial radiated electric field of each antenna element 11-n, and Then (step S6), the radiation field measurement unit 21, the amplitude phase calculation unit 22, and the amplitude phase calibration unit 23 re-execute the REV method. On the other hand, when the calibration coefficient of each antenna element 11-n is normal (NO in step S5), the amplitude phase calibration unit 23 performs the radiation electric field measurement unit 21 and the amplitude phase calculation unit 22 without executing step S6. And the amplitude-phase calibrator 23 terminates the REV method.

(本開示の校正精度評価処理)
本開示の校正精度評価処理の手順を図5に示す。本開示の第1の校正精度評価処理の概要を図6に示す。本開示の第2の校正精度評価処理の概要を図7に示す。
(Calibration accuracy evaluation process of the present disclosure)
FIG. 5 shows the procedure of the calibration accuracy evaluation process of the present disclosure. FIG. 6 shows an overview of the first calibration accuracy evaluation process of the present disclosure. FIG. 7 shows an overview of the second calibration accuracy evaluation process of the present disclosure.

校正精度評価部24は、第1の校正精度評価処理として、各アンテナ素子11-nの相対放射電界の振幅及び位相から構成される、各アンテナ素子11-nの相対放射電界ベクトルに関する、全アンテナ素子11-1~11-Nに渡る総和ベクトルと、全アンテナ素子11-1~11-Nの初期合成放射電界の振幅及び位相から構成される、全アンテナ素子11-1~11-Nの初期合成放射電界ベクトルと、の間の差分の大きさに基づいて、全アンテナ素子11-1~11-Nに渡る校正精度を評価する(ステップS11)。 As a first calibration accuracy evaluation process, the calibration accuracy evaluation unit 24 performs all antenna The initial sum of all the antenna elements 11-1 to 11-N, which is composed of the sum vector over the elements 11-1 to 11-N and the amplitude and phase of the initial synthesized radiated electric field of all the antenna elements 11-1 to 11-N Based on the magnitude of the difference between the synthesized radiated electric field vector and , the calibration accuracy over all the antenna elements 11-1 to 11-N is evaluated (step S11).

図6の第1段では、各アンテナ素子11-nの相対放射電界の位相X=φ0、n-φが揃っていない(各アンテナ素子11-nの回路特性等がばらつきを有する等)。よって、各アンテナ素子11-nを除く全アンテナ素子11-1~11-Nの初期合成放射電界の振幅|Y|=|E0、1+・・・+E0、N-E0、n|が、各アンテナ素子11-nの放射電界の振幅|Em、n|と比べて小さい確率が高く、K2解の発生確率が高い。そして、上記の第1~3の選択方法において、K2解が選択されず、K1解が誤選択される確率が高い。 In the first stage of FIG. 6, the phases X n0 and n −φ 0 of the relative radiated electric fields of the antenna elements 11-n are not aligned (the circuit characteristics of the antenna elements 11-n vary, etc.). ). Therefore, the amplitude |Y n |=|E 0,1 + . . . +E 0,N −E 0,n is smaller than the amplitude |E m,n | of the radiated electric field of each antenna element 11-n, and the probability of occurrence of the K2 solution is high. In the first to third selection methods described above, there is a high probability that the K2 solution will not be selected and the K1 solution will be erroneously selected.

各アンテナ素子11-nの相対放射電界ベクトルに関する、全アンテナ素子11-1~11-Nに渡る総和ベクトルは、複素数的に表わすと、Σ|E0、n|/|E|×exp(j(φ0、n-φ))=Σkexp(jX)となる。理論的に誤差が全くない条件において、全アンテナ素子11-1~11-Nの初期合成放射電界ベクトルは、複素数的に表わすと、|E|/|E|×exp(j(φ-φ))=1+0jとなる。k及びXとして誤った解が選択されたときには、又は、何らかの誤差が発生しているときには、Σkexp(jX)≠1となる。 The sum vector over all the antenna elements 11-1 to 11-N regarding the relative radiated electric field vector of each antenna element 11-n can be expressed in complex terms as Σ|E 0,n |/|E 0 |×exp( j(φ 0,n −φ 0 ))=Σk n exp(jX n ). Under the condition that there is no theoretical error, the initial combined radiation electric field vector of all the antenna elements 11-1 to 11-N is |E 0 |/|E 0 |×exp(j(φ 0 −φ 0 ))=1+0j. Σk n exp(jX n )≠1 when wrong solutions are chosen for k n and X n or when some error occurs.

図6の第2段では、各アンテナ素子11-nの相対放射電界の位相X=φ0、n-φがある程度揃っている。よって、各アンテナ素子11-nを除く全アンテナ素子11-1~11-Nの初期合成放射電界の振幅|Y|=|E0、1+・・・+E0、N-E0、n|が、各アンテナ素子11-nの放射電界の振幅|Em、n|と比べて小さい確率が低く、K2解の発生確率が低い。そして、上記の第1~3の選択方法において、K2解が選択されず、K1解が正選択される確率が高い。 In the second stage of FIG. 6, the phases X n0 and n −φ 0 of the relative radiated electric fields of the antenna elements 11-n are aligned to some extent. Therefore, the amplitude |Y n |=|E 0,1 + . . . +E 0,N −E 0,n is less than the amplitude |E m,n | of the radiated electric field of each antenna element 11-n, and the probability of occurrence of the K2 solution is low. In the first to third selection methods described above, there is a high probability that the K2 solution will not be selected and the K1 solution will be positively selected.

各アンテナ素子11-nの相対放射電界ベクトルに関する、全アンテナ素子11-1~11-Nに渡る総和ベクトルは、複素数的に表わすと、Σ|E0、n|/|E|×exp(j(φ0、n-φ))=Σkexp(jX)となる。理論的に誤差が全くない条件において、全アンテナ素子11-1~11-Nの初期合成放射電界ベクトルは、複素数的に表わすと、|E|/|E|×exp(j(φ-φ))=1+0jとなる。k及びXとして正しい解が選択されたときには、又は、何らの誤差も発生していないときには、Σkexp(jX)≒1となる。 The sum vector over all the antenna elements 11-1 to 11-N regarding the relative radiated electric field vector of each antenna element 11-n can be expressed in complex terms as Σ|E 0,n |/|E 0 |×exp( j(φ 0,n −φ 0 ))=Σk n exp(jX n ). Under the condition that there is no theoretical error, the initial combined radiation electric field vector of all the antenna elements 11-1 to 11-N is |E 0 |/|E 0 |×exp(j(φ 0 −φ 0 ))=1+0j. Σk n exp(jX n )≈1 when the correct solution is chosen for k n and X n or when no error has occurred.

このように、各アンテナ素子11-nの相対放射電界の振幅及び位相として、誤った解を選択した等、異常の原因を多大なコスト及びノウハウなしに調べることができる。つまり、各アンテナ素子11-nの校正係数、全アンテナ素子11-1~11-Nの放射パターン又は全アンテナ素子11-1~11-Nのパルス抽出波形を確認することなく、差分Σkexp(jX)-1を算出するのみでよい。なお、数式1、4において、Qn、minが0又は負であるため、r が∞又は負であることも、異常の原因となり得る。 Thus, it is possible to investigate the cause of an abnormality such as selecting an erroneous solution as the amplitude and phase of the relative radiated electric field of each antenna element 11-n without much cost and know-how. That is, the difference Σk n exp We only need to calculate (jX n )−1. In Equations 1 and 4, since Q n, min is 0 or negative, r n 2 being ∞ or negative may also cause an abnormality.

校正精度評価部24は、第2の校正精度評価処理として、各アンテナ素子11-nの初期放射電界の位相からの放射電界の回転位相に対する全アンテナ素子11-1~11-Nの合成放射電界の振幅の測定結果と、任意の振幅及び位相を有する正弦関数又は余弦関数と、の間の決定係数の大きさに基づいて、各アンテナ素子11-nの校正精度を評価する(ステップS12)。 As a second calibration accuracy evaluation process, the calibration accuracy evaluation unit 24 calculates the synthetic radiation electric field of all the antenna elements 11-1 to 11-N with respect to the rotational phase of the radiation electric field from the phase of the initial radiation electric field of each antenna element 11-n. and a sine function or cosine function with arbitrary amplitude and phase, the calibration accuracy of each antenna element 11-n is evaluated (step S12).

図7の第1段では、各アンテナ素子11-nの異常動作がある、又は、測定時のS/Nが低い。よって、各アンテナ素子11-nの放射電界の位相Δm、nが、初期放射電界の位相0°から一回転後の360°まで回転したときに、全アンテナ素子11-1~11-Nの合成放射電界の電力|Em、n’|が、任意の振幅及び位相を有する正弦関数又は余弦関数と精度よく一致しない。 In the first stage of FIG. 7, there is an abnormal operation of each antenna element 11-n, or the S/N at the time of measurement is low. Therefore, when the phase Δm,n of the radiated electric field of each antenna element 11-n rotates from the phase 0° of the initial radiated electric field to 360° after one rotation, all the antenna elements 11-1 to 11-N The power |E m,n ′| 2 of the resultant radiated electric field does not exactly match a sine or cosine function with arbitrary amplitude and phase.

各アンテナ素子11-nの放射電界の位相Δm、nに対して、全アンテナ素子11-1~11-Nの合成放射電界の電力|Em、n’|が、|Em、n’|=A+Bcоs(Δm、n-Δm_max、n)で近似されるとする。すると、最小二乗法の決定係数Rは、0.852となる。そして、近似式において、A、B及びΔm_max、nが、正確に算出されないため、数式1~6において、Qn、max、Qn、min及びΔm_max、nは、正確に算出されず、k及びXも、正確に算出されない。 For the phase Δ m,n of the radiated electric field of each antenna element 11-n, the power |E m,n | '| 2 =A+Bcos(Δ m,n −Δ m_max,n ). Then, the least squares coefficient of determination R2 is 0.852. Since A, B and Δ m_max, n are not calculated accurately in the approximate expression, Q n, max , Q n, min and Δ m_max, n are not accurately calculated in Equations 1 to 6, k n and X n are also not calculated accurately.

図7の第2段では、各アンテナ素子11-nの異常動作がない、又は、測定時のS/Nが高い。よって、各アンテナ素子11-nの放射電界の位相Δm、nが、初期放射電界の位相0°から一回転後の360°まで回転したときに、全アンテナ素子11-1~11-Nの合成放射電界の電力|Em、n’|が、任意の振幅及び位相を有する正弦関数又は余弦関数と精度よく一致する。 In the second stage of FIG. 7, there is no abnormal operation of each antenna element 11-n, or the S/N at the time of measurement is high. Therefore, when the phase Δm,n of the radiated electric field of each antenna element 11-n rotates from the phase 0° of the initial radiated electric field to 360° after one rotation, all the antenna elements 11-1 to 11-N The power |E m,n ′| 2 of the resultant radiated electric field is well matched to a sine or cosine function with arbitrary amplitude and phase.

各アンテナ素子11-nの放射電界の位相Δm、nに対して、全アンテナ素子11-1~11-Nの合成放射電界の電力|Em、n’|が、|Em、n’|=A+Bcоs(Δm、n-Δm_max、n)で近似されるとする。すると、最小二乗法の決定係数Rは、0.997となる。そして、近似式において、A、B及びΔm_max、nが、正確に算出されるため、数式1~6において、Qn、max、Qn、min及びΔm_max、nは、正確に算出され、k及びXも、正確に算出される。 For the phase Δ m,n of the radiated electric field of each antenna element 11-n, the power |E m,n | '| 2 =A+Bcos(Δ m,n −Δ m_max,n ). Then, the least squares coefficient of determination R2 is 0.997. Then, in the approximation formula, A, B and Δ m_max, n are accurately calculated. Therefore, in Equations 1 to 6, Q n, max , Q n, min and Δ m_max, n are accurately calculated, k n and X n are also calculated accurately.

このように、各アンテナ素子11-nの異常動作があったのか、測定時のS/Nが低かったのか等、異常の原因を多大なコスト及びノウハウなしに調べることができる。つまり、各アンテナ素子11-nの校正係数、全アンテナ素子11-1~11-Nの放射パターン又は全アンテナ素子11-1~11-Nのパルス抽出波形を確認することなく、決定係数Rを算出するのみでよい。なお、各アンテナ素子11-nの異常動作として、各移相器13-nの動作異常、各減衰器12-nの動作異常又は隣接アンテナ素子11-nから各アンテナ素子11-nへの不要な電界/磁界結合等が挙げられる。 In this way, it is possible to investigate the cause of the abnormality, such as whether there was an abnormal operation of each antenna element 11-n, whether the S/N at the time of measurement was low, etc., without much cost and know-how. In other words, the determination coefficient R 2 just need to calculate The abnormal operation of each antenna element 11-n includes an abnormal operation of each phase shifter 13-n, an abnormal operation of each attenuator 12-n, or an unnecessary signal from the adjacent antenna element 11-n to each antenna element 11-n. electric field/magnetic field coupling and the like.

ここで、各アンテナ素子11-nの異常動作があるときには、又は、測定時のS/Nが低かったときには、決定係数Rが小さくなるのみならず、差分Σkexp(jX)-1が大きくなることもある。よって、差分Σkexp(jX)-1が大きいことのみに基づいて、各アンテナ素子11-nの相対放射電界の振幅及び位相として、誤った解を選択したのか、各アンテナ素子11-nの異常動作があったのか、測定時のS/Nが低かったのか、を判定することができない。そこで、以下の処理が実行される。 Here, when there is an abnormal operation of each antenna element 11-n, or when the S/N at the time of measurement is low, not only does the coefficient of determination R 2 decrease, but also the difference Σk n exp(jX n )-1 may become large. Therefore, based only on the fact that the difference Σk n exp(jX n )−1 is large, whether the wrong solution was selected as the amplitude and phase of the relative radiated electric field of each antenna element 11-n, or whether each antenna element 11-n It is not possible to determine whether there was an abnormal operation or whether the S/N at the time of measurement was low. Therefore, the following processing is executed.

校正精度評価部24は、決定係数Rが所定値と比べて小さいときには(ステップS13、YES)、差分Σkexp(jX)-1によらず、各アンテナ素子11-nの異常動作を判定する(ステップS14)。そして、放射電界測定部21、振幅位相算出部22、振幅位相校正部23は、各アンテナ素子11-nの異常動作を修正したうえで、又は、測定時のS/Nを向上させたうえで、REV法を再実行する(ステップS15)。 When the coefficient of determination R 2 is smaller than the predetermined value (step S13, YES), the calibration accuracy evaluation unit 24 determines abnormal operation of each antenna element 11-n regardless of the difference Σk n exp(jX n )−1. Determine (step S14). Then, the radiation field measurement unit 21, the amplitude phase calculation unit 22, and the amplitude phase calibration unit 23 correct the abnormal operation of each antenna element 11-n, or improve the S/N at the time of measurement. , the REV method is re-executed (step S15).

校正精度評価部24は、決定係数Rが所定値と比べて大きいものの(ステップS13、NO)、差分Σkexp(jX)-1が所定値と比べて大きいときには(ステップS16、YES)、各アンテナ素子11-nの正常動作及び振幅位相算出部22のスプリアス解を判定する(ステップS17)。そして、放射電界測定部21、振幅位相算出部22及び振幅位相校正部23は、REV法を修正したうえで再実行する(ステップS18)。 If the coefficient of determination R 2 is larger than the predetermined value (step S13, NO), but the difference Σk n exp(jX n )−1 is larger than the predetermined value (step S16, YES), the calibration accuracy evaluation unit 24 , the normal operation of each antenna element 11-n and the spurious solution of the amplitude/phase calculator 22 (step S17). Then, the radiation electric field measuring unit 21, the amplitude phase calculating unit 22, and the amplitude phase calibrating unit 23 correct the REV method and re-execute it (step S18).

校正精度評価部24は、決定係数Rが所定値と比べて大きいとともに(ステップS13、NO)、差分Σkexp(jX)-1が所定値と比べて小さいときには(ステップS16、NO)、各アンテナ素子11-nの正常動作及び振幅位相算出部22の正常解を判定する(ステップS19)。そして、放射電界測定部21、振幅位相算出部22及び振幅位相校正部23は、REV法を修正することなく終了する(ステップS20)。 When the determination coefficient R 2 is larger than the predetermined value (step S13, NO) and the difference Σk n exp(jX n )−1 is smaller than the predetermined value (step S16, NO), the calibration accuracy evaluation unit 24 , the normal operation of each antenna element 11-n and the normal solution of the amplitude/phase calculator 22 (step S19). Then, the radiation electric field measurement unit 21, the amplitude phase calculation unit 22, and the amplitude phase calibration unit 23 terminate without correcting the REV method (step S20).

このように、差分Σkexp(jX)-1及び決定係数Rを併用することにより、REV法のアルゴリズム上の問題であるのか、アレイアンテナ送受信装置1のハードウェア上の問題であるのか、異常の原因を多大なコスト及びノウハウなしに切り分けることができる。つまり、各アンテナ素子11-nの校正係数、全アンテナ素子11-1~11-Nの放射パターン又は全アンテナ素子11-1~11-Nのパルス抽出波形を確認することなく、差分Σkexp(jX)-1及び決定係数Rを算出するのみでよい。 In this way, by using the difference Σk n exp(jX n )−1 and the coefficient of determination R 2 together, it is possible to determine whether it is an algorithm problem of the REV method or a hardware problem of the array antenna transmitting/receiving device 1. , the cause of the anomaly can be isolated without significant cost and know-how. That is, the difference Σk n exp We only need to calculate (jX n )−1 and the coefficient of determination R 2 .

本開示のアレイアンテナ校正装置及びアレイアンテナ校正プログラムは、REV法を用いて、各アンテナ素子の放射電界の振幅特性及び位相特性を揃えるように、各アンテナ素子を校正するにあたり、異常の原因を多大なコスト及びノウハウなしに切り分けることができる。 The array antenna calibration apparatus and array antenna calibration program of the present disclosure use the REV method to calibrate each antenna element so that the amplitude characteristics and phase characteristics of the radiated electric field of each antenna element are aligned. It can be cut without expensive cost and know-how.

A:アレイアンテナシステム
1:アレイアンテナ送受信装置
2:アレイアンテナ校正装置
11-1、11-2、11-3、11-N:アンテナ素子
12-1、12-2、12-3、12-N:減衰器
13-1、13-2、13-3、13-N:移相器
14:分配/合成器
15:送受信部
16:制御部
21:放射電界測定部
22:振幅位相算出部
23:振幅位相校正部
24:校正精度評価部
A: Array antenna system 1: Array antenna transmitting/receiving device 2: Array antenna calibration devices 11-1, 11-2, 11-3, 11-N: Antenna elements 12-1, 12-2, 12-3, 12-N : Attenuators 13-1, 13-2, 13-3, 13-N: Phase shifter 14: Divider/combiner 15: Transmitting/receiving unit 16: Control unit 21: Radiated electric field measuring unit 22: Amplitude phase calculating unit 23: Amplitude and phase calibration unit 24: calibration accuracy evaluation unit

Claims (5)

アレイアンテナの各素子の放射電界の位相を初期放射電界の位相から回転させながら、前記アレイアンテナの全素子の合成放射電界の振幅を測定する放射電界測定部と、
前記全素子の合成放射電界の振幅に基づいて、前記全素子の初期合成放射電界の振幅及び位相を基準に、前記各素子の相対放射電界の振幅及び位相を算出する振幅位相算出部と、
前記各素子の相対放射電界の振幅及び位相に基づいて、前記各素子の放射電界の振幅特性及び位相特性を揃えるように、前記各素子を校正する振幅位相校正部と、
前記各素子の相対放射電界の振幅及び位相から構成される、前記各素子の相対放射電界ベクトルに関する、前記全素子に渡る総和ベクトルと、前記全素子の初期合成放射電界の振幅及び位相から構成される、前記全素子の初期合成放射電界ベクトルと、の間の差分の大きさに基づいて、前記全素子に渡る校正精度を評価する校正精度評価部と、
を備えることを特徴とするアレイアンテナ校正装置。
a radiated electric field measuring unit that measures the amplitude of the combined radiated electric field of all the elements of the array antenna while rotating the phase of the radiated electric field of each element of the array antenna from the phase of the initial radiated electric field;
an amplitude/phase calculator for calculating the amplitude and phase of the relative radiated electric field of each element based on the amplitude and phase of the initial synthesized radiated electric field of all the elements, based on the amplitude of the synthesized radiated electric field of all the elements;
an amplitude and phase calibration unit that calibrates each element based on the amplitude and phase of the relative radiated electric field of each element so as to match the amplitude characteristics and phase characteristics of the radiated electric field of each element;
Constructed from the amplitude and phase of the relative radiated electric field of each element, the sum vector over all the elements regarding the relative radiated electric field vector of each of the elements, and the amplitude and phase of the initial synthetic radiated electric field of all the elements a calibration accuracy evaluation unit that evaluates the calibration accuracy over all the elements based on the magnitude of the difference between the initial synthesized radiated electric field vector of the all elements, and
An array antenna calibration device comprising:
前記校正精度評価部は、前記各素子の初期放射電界の位相からの放射電界の回転位相に対する前記全素子の合成放射電界の振幅の測定結果と、任意の振幅及び位相を有する正弦関数又は余弦関数と、の間の決定係数の大きさに基づいて、前記各素子の校正精度を評価する
ことを特徴とする、請求項1に記載のアレイアンテナ校正装置。
The calibration accuracy evaluation unit measures the amplitude of the synthetic radiated electric field of all the elements with respect to the rotational phase of the radiated electric field from the phase of the initial radiated electric field of each element, and a sine function or cosine function having an arbitrary amplitude and phase. 2. The array antenna calibration apparatus according to claim 1, wherein the calibration accuracy of each element is evaluated based on the magnitude of the coefficient of determination between .
前記校正精度評価部は、前記決定係数が所定値と比べて小さいときには、前記各素子の異常動作を判定し、前記決定係数が所定値と比べて大きいものの、前記差分が所定値と比べて大きいときには、前記各素子の正常動作及び前記振幅位相算出部のスプリアス解を判定し、前記決定係数が所定値と比べて大きいとともに、前記差分が所定値と比べて小さいときには、前記各素子の正常動作及び前記振幅位相算出部の正常解を判定する
ことを特徴とする、請求項2に記載のアレイアンテナ校正装置。
The calibration accuracy evaluation unit determines abnormal operation of each element when the coefficient of determination is smaller than a predetermined value, and the difference is larger than the predetermined value even though the coefficient of determination is greater than the predetermined value. Sometimes, the normal operation of each element and the spurious solution of the amplitude/phase calculator are determined, and when the coefficient of determination is larger than a predetermined value and the difference is smaller than a predetermined value, the normal operation of each element is determined. 3. The array antenna calibration device according to claim 2, wherein a normal solution of said amplitude-phase calculator is determined.
アレイアンテナの各素子の放射電界の位相を初期放射電界の位相から回転させながら、前記アレイアンテナの全素子の合成放射電界の振幅を測定する放射電界測定部と、
前記全素子の合成放射電界の振幅に基づいて、前記全素子の初期合成放射電界の振幅及び位相を基準に、前記各素子の相対放射電界の振幅及び位相を算出する振幅位相算出部と、
前記各素子の相対放射電界の振幅及び位相に基づいて、前記各素子の放射電界の振幅特性及び位相特性を揃えるように、前記各素子を校正する振幅位相校正部と、
前記各素子の初期放射電界の位相からの放射電界の回転位相に対する前記全素子の合成放射電界の振幅の測定結果と、任意の振幅及び位相を有する正弦関数又は余弦関数と、の間の決定係数の大きさに基づいて、前記各素子の校正精度を評価する校正精度評価部と、
を備えることを特徴とするアレイアンテナ校正装置。
a radiated electric field measuring unit that measures the amplitude of the combined radiated electric field of all the elements of the array antenna while rotating the phase of the radiated electric field of each element of the array antenna from the phase of the initial radiated electric field;
an amplitude/phase calculator for calculating the amplitude and phase of the relative radiated electric field of each element based on the amplitude and phase of the initial synthesized radiated electric field of all the elements, based on the amplitude of the synthesized radiated electric field of all the elements;
an amplitude and phase calibration unit that calibrates each element based on the amplitude and phase of the relative radiated electric field of each element so as to match the amplitude characteristics and phase characteristics of the radiated electric field of each element;
Coefficient of determination between the measurement result of the amplitude of the resultant radiated electric field of all the elements with respect to the rotational phase of the radiated electric field from the phase of the initial radiated electric field of each of the elements, and a sine or cosine function with arbitrary amplitude and phase a calibration accuracy evaluation unit that evaluates the calibration accuracy of each element based on the magnitude;
An array antenna calibration device comprising:
アレイアンテナの各素子の放射電界の位相を初期放射電界の位相から回転させながら、前記アレイアンテナの全素子の合成放射電界の振幅を測定する放射電界測定ステップと、
前記全素子の合成放射電界の振幅に基づいて、前記全素子の初期合成放射電界の振幅及び位相を基準に、前記各素子の相対放射電界の振幅及び位相を算出する振幅位相算出ステップと、
前記各素子の相対放射電界の振幅及び位相に基づいて、前記各素子の放射電界の振幅特性及び位相特性を揃えるように、前記各素子を校正する振幅位相校正ステップと、
前記各素子の相対放射電界の振幅及び位相から構成される、前記各素子の相対放射電界ベクトルに関する、前記全素子に渡る総和ベクトルと、前記全素子の初期合成放射電界の振幅及び位相から構成される、前記全素子の初期合成放射電界ベクトルと、の間の差分の大きさに基づいて、前記全素子に渡る校正精度を評価する校正精度評価ステップと、
を順にコンピュータに実行させるためのアレイアンテナ校正プログラム。
a radiated electric field measurement step of measuring the amplitude of the combined radiated electric field of all the elements of the array antenna while rotating the phase of the radiated electric field of each element of the array antenna from the phase of the initial radiated electric field;
an amplitude phase calculation step of calculating the amplitude and phase of the relative radiated electric field of each of the elements based on the amplitude and phase of the initial composite radiated electric field of all the elements;
an amplitude and phase calibration step of calibrating each element based on the amplitude and phase of the relative radiated electric field of each element so as to match the amplitude characteristics and phase characteristics of the radiated electric field of each element;
Constructed from the amplitude and phase of the relative radiated electric field of each element, the sum vector over all the elements regarding the relative radiated electric field vector of each of the elements, and the amplitude and phase of the initial synthetic radiated electric field of all the elements a calibration accuracy evaluation step of evaluating the calibration accuracy over all the elements based on the magnitude of the difference between the initial synthesized radiation electric field vector of all the elements, and
Array antenna calibration program for causing the computer to execute in order.
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