ビーム・フォーミングの原理：フェーズドアレイ・アンテナ入門

遅延ではなく位相で指向性制御

ビーム・フォーミングとは


図1　フェーズドアレイ・アンテナでは，複数のANTから出力される電波を制御して指向性を作り出す．画像クリックで動画を見る．または記事を読む．［著］山田浩之詳細：［VOD］広帯域ソフトウェア無線＆フェーズドアレイANT開発要点100

フェーズドアレイ・アンテナでは，複数のANTから出力される電波を制御して指向性を作り出します．各ANTからの信号が同位相になる方向が最大のビームになります．これにより，特定の方向に電波を集中させることが可能です．

従来は電波の進む時間を遅延させることでビームの方向を制御していました．複数のANT間でΔTの遅延を追加すると，その遅延に対応した波長の分だけANTパターンの向きが変わります．RXでも同様の原理で受信方向を制御できます．

実装上，時間遅延を可変するよりも位相Δphを調整する方が容易です．位相差Δphにより，θ方向に出力される電波が同位相となり，メイン・ローブが形成されます．ビーム条件は次の式で表されます．

d sinθ = λ・Δph /2\pi

ここで，λは波長，dはANT間距離です．この関係を用いると，ビーム角θに対して必要な位相差Δphを計算でき，任意の方向にビームを振ることが可能です．

フェーズドアレイ・アンテナのビーム制御要素はIC化されることが多く，位相差Δphの調整をディジタルで行います．N>2でも同様の原理で複数ANTの出力を同期させることができ，広帯域のCW信号にも適用可能です．

このように，遅延ではなく位相で制御することで，ビーム・フォーミングを効率的かつ精密に行うことができます．ANT間の距離や波長の変化に応じて位相差を調整することで，柔軟なビーム操作が可能です．

〈著：ZEPマガジン〉