ビームフォーミング

"ビームフォーミング" とは、アンテナ アレイから指向性ビームを生成するプロセスです。サイド ローブ制御またはビーム スキャンを使用して個別の素子に重み付けを行うことで、ビームフォーミングを行います。

サイド ローブ制御

サイド ローブは望ましくないものであり、エネルギーが意図しない方向に受信または送信される原因となります。アレイでの "サイド ローブ制御" は、振幅テーパーまたは振幅重み付けを使用して行います。振幅テーパリングは、アレイ内の各素子の励振振幅を変更します。マイナー ローブ レベルは、アレイの中心からアレイの端まで続く振幅テーパーを使用して制御されます。振幅テーパリングが滑らかになると、小さいサイド ローブ レベルは大きくなりますが、半値ビーム幅になります。これらのアレイは、不均一に励振されたアレイです。

21 個の素子から成る直線アレイを考えてみましょう。振幅テーパリングを行わない場合、アレイには目的の方向に不要なサイド ローブが含まれます。

直線アレイに振幅テーパリングを使用することで、サイド ローブを制御し、目的の方向でより良好なメイン ビームを実現できます。

ビーム スキャン

"ビーム スキャン" とは、空間内における放射パターンの移動です。素子間の段階的位相差を制御することで、ビームを目的の方向に向け、ビーム スキャンを行ないます。位相シフトは、アレイ内の各素子の励起電流の位相を変更します。この位相シフトは、フェーズ シフター デバイス、時間遅延、周波数スキャン、ビーム切り替え、またはデジタル ビームフォーミングを使用して行うことができます。

ビーム スキャンが行われておらずピーク指向性が示されている、21 個の素子から成る直線アレイを考えてみましょう。

ビームを特定の角度でスキャンするには、直線アレイで位相シフトを使用します。

参照

[1] Stutzman, W.L. Thiele, G.A. Antenna Theory and Design, 3rd Edition. New York: Wiley, 2013, p. 307.