JP2001177339A - アレイアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 追尾レーダ装置において、目標から観測した
レーダ断面積を低減するために、ビーム方向におけるレ
ーダ断面積を低下させたラジアル導波路給電方式による
モノパルスアンテナ装置を得ることを目的とする。 【解決手段】 ラジアル導波路に給電を行う２本の給電
プローブの中心位置をラジアル導波路の中心点から所定
量オフセットして配置することにより、レーダ断面積が
最大となるアンテナ面の法線方向に対しビーム方向を変
位させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は通信用、レーダ用
等に用いるアレーアンテナ、特にラジアル導波路で給電
し直接偏波を放射するモノパルス方式のアレイアンテナ
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は例えば１９９３年電子情報通信学
会秋期全国大会講演論文集Ｂ−６５等に示された従来の
ラジアル導波路給電方式によるアレイアンテナ装置の構
成例１であり、図４（ａ）は上面図、図４（ｂ）は図４
（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図において１は誘電体基
板、２は誘電体基板１の上に形成された直接偏波を放射
する放射導体、３は２枚の円形導体板を平行に間隔をあ
けて向き合わせ、両者の間隙を外周に沿って曲率を持っ
た導体板により閉じることによって構成されるラジアル
導波路である。４は外部からラジアル導波路３内に突出
するラジアル導波路３の給電プローブ、５は放射導体２
に接続され、誘電体基板１を貫通してラジアル導波路３
内に突出し放射導体２を励振する励振プローブ、６はラ
ジアル導波路３を囲むシャシ、７は励振プローブ５が配
置される誘電体基板１の中心点を中心とする仮想の同心
円であり、放射導体２の励振プローブ５に対する接続位
置が隣り合った仮想の同心円７上では逆向きに設定され
る。また隣り合う仮想の同心円７の半径の差は、使用周
波数におけるラジアル導波路３内の伝播波長換算で半波
長に設定され、各仮想の同心円７上での励振プローブ５
の周方向配置間隔は等間隔に設定される。給電プローブ
４はラジアル導波路３の中心に配置される。

【０００３】図５は、図４に示した構成例１を変更する
ことでモノパルス動作を可能とした従来のアレイアンテ
ナ装置の構成例２であり、図５（ａ）は上面図、図５
（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図において
１〜７は図４と同様のものである。８は給電プローブ４
に直結する分配回路、９ａは和信号端子、９ｂは差信号
端子である。この形態に用いられる分配回路８は等分配
の１８０度位相ハイブリッド回路などである。また、２
本の給電プローブ４−１，４−２はラジアル導波路３の
中心点に対しＸ軸上で対称に配置される。

【０００４】次に図４の従来の構成例１の動作について
説明する。外部から給電プローブ４に入力されたＲＦ信
号はラジアル導波路３の内部をラジアル導波路３の中心
から外側に向かって伝播する。このＲＦ信号が励振プロ
ーブ５を介して放射導体２を励振する。ＲＦ信号は中心
から等距離の点においては振幅および位相が等しくなる
ため、同じ仮想の同心円７上に配置されている放射導体
２は等振幅、等位相で励振される。また各仮想の同心円
７は、ラジアル導波路３内の伝播波長で半波長となる間
隔であること、隣り合った仮想の同心円７の放射導体２
の向きが逆であることから、全ての放射導体２の励振位
相は等しくなる。これにより誘電体基板１の法線方向、
すなわち＋Ｚ方向へ指向性を有する直線偏波の放射特性
が得られる。また各放射導体２の励振振幅は、励振プロ
ーブ５の長さを変えることでラジアル導波路３内を伝播
するＲＦ信号が励振プローブ５に結合する量を変化させ
て調整できる。

【０００５】次に図５の従来の構成例２の動作について
説明する。和信号端子９ａから入力されたＲＦ信号は分
配回路８によって等振幅、等位相である２つの信号に分
配され給電プローブ４−１，４−２に入力される。給電
プローブ４−１はラジアル導波路３の中心から＋Ｘ方向
にずれているため、給電プローブ４−１から励振プロー
ブ５を介して放射導体２を励振するＲＦ信号は、おのお
のの放射導体２において等位相とはならない。図４で示
した構成例１に比較すると、＋Ｘ方向にある放射導体２
の励振位相は進み、−Ｘ方向にある放射導体２の励振位
相は遅れるため、誘電体基板１上で波面に傾きを生じ
る。このため指向性はＺ軸から−Ｘ方向に所定量傾いた
角度となる。次に給電プローブ４−２は給電プローブ４
−１に対してラジアル導波路３の中心から対称の位置に
あるため、給電プローブ４−２によって生じる指向性
は、給電プローブ４−１から生じる指向性に対しＺ軸を
はさんで逆の方向、すなわち＋Ｘ方向に同量ずれた角度
となる。したがって空間で合成される指向性は、和信号
端子９ａからＲＦ信号が入力された場合は、＋Ｚ方向に
ピークを持つ指向性となるモノパルス和パターンが得ら
れる。また差信号端子９ｂからＲＦ信号が入力された場
合は給電プローブ４−１，４−２がそれぞれ逆相で励振
されるため、＋Ｚ方向で合成される指向性は打ち消し合
い、＋Ｚ方向にナル点を有する指向性となるモノパルス
差パターンが得られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のラジアル導波路
給電方式によるアレイアンテナ装置は以上のような構
成、動作原理となっていた。ここで図５で示したアンテ
ナを飛しょう体等の誘導装置に搭載し、目標を追尾する
モノパルスレーダに使用する場合を考える。このような
使用においてアンテナは、水平方向または垂直方向にビ
ーム走査が可能な駆動装置に設置されるのが通常であ
り、誘導装置が目標の追尾を行っている間は目標からの
反射波を受信するため、常にアンテナのモノパルス和パ
ターンのピーク方向、すなわちビーム方向が目標方向と
一致もしくはその近傍方向を向いている必要がある。こ
のため追尾を行っている間はアンテナ面がほぼ目標に正
対するように駆動装置がアンテナを連続的に駆動してい
る。ところで目標の追尾を行っている間は、逆に目標側
からもレーダ装置による探知あるいは追尾等を受けるこ
ともあるが、飛しょう体の行動目的によっては自機の存
在を探知されることが好ましくない場合がある。このよ
うな場合飛しょう体は、目標側から観測したレーダ断面
積がなるべく小さい構造、形状となっていることが望ま
しい。一方アンテナのレーダ断面積は、使用周波数帯域
から離れた周波数においてはその構造から近似的に同直
径の金属円板と同等と考えることができる。金属円板の
レーダ断面積Ｒｄは円板の半径が入射波の波長に比べ十
分大きい場合、数１で表される。

【０００７】

【数１】

【０００８】数１においてｒは円板の半径、θは円板に
対する入射角、λは入射波の波長、Ｊ１は円筒関数であ
る。特に入射角が０゜の場合、金属円板のレーダ断面積
Ｒｄは数２で表される。

【０００９】

【数２】

【００１０】数１および数２において、ｒとλを適当に
定めてθに対する円板のレーダ断面積の変化を計算する
と、図６で表されるように入射角が０゜の場合、すなわ
ち円板の法線方向が最大となることが分かる。従来のラ
ジアル導波路給電方式によるアレイアンテナ装置のビー
ム方向はアンテナ面の法線方向と一致しているので、誘
導装置が追尾を行っている間はアンテナが目標に正対
し、目標から観測したアンテナのレーダ断面積が最大の
状態となっている。

【００１１】従来のラジアル導波路給電方式によるアレ
イアンテナ装置は以上のように追尾レーダ用アンテナと
して用いた場合、目標側から観測したアンテナのレーダ
断面積が最大の状態で使用することになるので、目標側
からレーダによる逆探知を受けやすいという課題があっ
た。

【００１２】この発明に係わるアレイアンテナ装置は上
記のような課題を解決するためになされたもので、追尾
レーダ用アンテナとして目標の追尾状態にあっても、目
標側から観測したアンテナのレーダ断面積が最大とはな
らないアレイアンテナ装置を得ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】第１の発明によるアレイ
アンテナ装置は、ラジアル導波路の中心点から所定量オ
フセットした点に対して対称に２本のラジアル導波路給
電プローブを配置したものである。

【００１４】また、第２の発明によるアレイアンテナ装
置は、ラジアル導波路の中心点から所定量オフセットし
た点に対して対称に２本のラジアル導波路給電プローブ
を配置し、さらにこの２本の給電プローブの中間にラジ
アル導波路を短絡し、それぞれの給電プローブ同士をし
ゃへいする導体壁を設けたものである。

【００１５】第３の発明によるアレイアンテナ装置は、
ラジアル導波路の中心点から所定量オフセットした点に
対して対称に２本のラジアル導波路給電プローブを配置
し、さらにこの２本の給電プローブの中間にラジアル導
波路を短絡する導体棒を設けたものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１を示すアレイアンテナ装置の構成図であ
り、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ
−Ａ断面図である。また図１（ｃ）はラジアル導波路３
の内部からシャシ６の円形導体板側を見た図である。図
において１〜９は図４と同様のものである。また１０は
２本の給電プローブ４の中間位置を示す仮想の点で、ラ
ジアル導波路３の中心からＹ方向に距離Ｓの位置にある
ものとしている。

【００１７】次に上記のように構成されたアレイアンテ
ナ装置の動作について説明する。従来例と同様に和信号
端子９ａからＲＦ信号を入力した場合は、合成回路８に
よってＲＦ信号が２つの等振幅、等位相のＲＦ信号に分
配されるためモノパルス和パターンが得られ、差信号端
子９ｂからＲＦ信号を入力した場合は、合成回路８によ
ってＲＦ信号が２つの等振幅、逆位相のＲＦ信号に分配
されるためモノパルス差パターンが得られることは従来
の装置と同様である。

【００１８】従来例との違いは２本の給電プローブ４の
中間位置を示す仮想の点１０をラジアル導波路３の中心
からオフセットして配置したことである。ラジアル導波
路３内の電力減衰はほぼ無視できるほど小さく、オフセ
ット量Ｓが励振される電波の波長に比べ十分小さければ
大部分の放射導体２に対してはオフセットが無い場合と
ほぼ同等の振幅で励振が行われるが、給電プローブ４と
励振プローブ５の相対位置が変化するため放射導体２に
対する励振位相はオフセットが無い場合に比べ偏差を持
つようになる。図１の構成例では＋Ｙ方向にオフセット
を与えているため、誘電体基板１上で見た波面はＸＹ面
に対して傾きを持つようになり、指向性はＺ軸に対して
−Ｙ方向に傾きを有する放射特性となる。指向性の傾き
はモノパルス和パターンおよびモノパルス差パターンで
同様に発生し、傾きの大きさはオフセット量Ｓに依存す
る。Ｘ軸方向には非対称性が発生しないため指向性に変
化は生じない。一方アレイアンテナ装置のレーダ断面積
は、アンテナの使用周波数帯域から離れた周波数におい
ては給電プローブ４のオフセット量とは無関係であり、
図６に示したようにアンテナ面の法線方向が最大であ
る。したがってオフセット量を適当に選ぶことでアンテ
ナのビーム方向におけるレーダ断面積を最大値から適宜
低下させることができる。

【００１９】実施の形態２．図２はこの発明の実施の形
態２を示すアレイアンテナ装置の構成図であり、図２
（ａ）は上面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面
図である。また図２（ｃ）はラジアル導波路３の内部か
らシャシ６の円形導体板側を見た図である。図２（ｄ）
は図２（ｃ）のｄ部詳細図である。図において１〜１０
は図１と同様のものである。１１は２本の給電プローブ
４の中間に配置されラジアル導波路３を短絡し、それぞ
れの給電プローブ同士をしゃへいする矩形の導体壁であ
り、その中心は２本の給電プローブ４の仮想の中間点１
０と一致して置かれている。

【００２０】導体壁１１は２本の給電プローブ４の間を
光学的にしゃへいしているため給電プローブ４間の相互
結合を低く抑える作用がある。なお相互結合とは、複数
個の素子アンテナやプローブ等が空間を介して互いに電
磁エネルギーを移行しあう現象のことである。これによ
り各給電プローブ４の自己反射係数に着目したインピー
ダンス整合措置を施すのみで和信号端子９ａおよび差信
号端子９ｂから見た反射を低減することができる。また
電波の回折現象があるため、導体壁１１の長さＷを適切
に定めればラジアル導波路３内における伝搬モードが大
きく損なわれることはなく、大部分の放射導体２に対し
ては導体壁１１がない場合に近い励振が行われる。した
がって２本の給電プローブ４をラジアル導波路３の中心
から所定量オフセットした点に対して対称に配置するこ
とにより、実施の形態１と同様にアンテナのビーム方向
のレーダ断面積を最大値より低下でき、かつインピーダ
ンス整合を容易にすることができる。

【００２１】実施の形態３．図３はこの発明の実施の形
態３を示すアレイアンテナ装置の構成図であり、図３
（ａ）は上面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ断面
図である。また図１（ｃ）はラジアル導波路３の内部か
らシャシ６の円形導体板側を見た図であり、図３（ｄ）
は図３（ｃ）のｄ部詳細図である。図において１〜１０
は図１と同様のものである。１２は２本の給電プローブ
４の中間に配置されラジアル導波路３を短絡する導体棒
であり、その中心は２本の給電プローブ４の仮想の中間
点１０と一致して置かれている。

【００２２】導体棒１２は２本の給電プローブ４の中間
にラジアル導波路３の短絡点を作るもので、給電プロー
ブ２間の相互結合を低く抑える作用がある。これにより
各給電プローブ４の自己反射係数に着目したインピーダ
ンス整合措置を施すのみで和信号端子９ａおよび差信号
端子９ｂから見た反射を低減することができる。実施の
形態２に示した矩形の導体壁１１に比較すると相互結合
を抑える効果が小さいため反射の低減効果も小さいが、
ラジアル導波路３内における伝播モードへの影響が小さ
いため、大部分の放射導体２に対して導体棒１２がない
場合とほぼ同等の励振が行われ、サイドローブレベルの
劣化等放射特性への悪影響を小さく抑えることができ
る。したがって２本の給電プローブ４をラジアル導波路
３の中心から所定量オフセットした点に対して対称に配
置することにより、実施の形態１と同様にアンテナのビ
ーム方向のレーダ断面積を最大値より低下でき、かつイ
ンピーダンス整合を容易にし、放射特性の劣化を小さく
抑えることができる。

【００２３】

【発明の効果】第１の発明によれば、ラジアル導波路給
電方式によるアレイアンテナ装置を構成する２本の給電
プローブをラジアル導波路の中心から所定量オフセット
した点に対して対称に設置したので、アンテナのビーム
方向に偏移が生じ、追尾レーダ用アンテナとして用いた
場合に目標側から見たレーダ断面積を低減できるアレイ
アンテナ装置が得られるという効果がある。

【００２４】また、第２の発明によれば、ラジアル導波
路給電方式によるアレイアンテナ装置を構成する２本の
給電プローブをラジアル導波路の中心から所定量オフセ
ットした点に対して対称に設置し、かつ２本の給電プロ
ーブの中間にラジアル導波路を短絡し、それぞれのプロ
ーブ同士をしゃへいする矩形の導体壁を設けたので、イ
ンピーダンス整合が容易で、アンテナのビーム方向に偏
移が生じ、追尾レーダ用アンテナとして用いた場合に目
標側から見たレーダ断面積を低減できるアレイアンテナ
装置が得られるという効果がある。

【００２５】第３の発明によれば、ラジアル導波路給電
方式によるアレイアンテナ装置を構成する２本の給電プ
ローブをラジアル導波路の中心から所定量オフセットし
た点に対して対称に設置し、かつ２本の給電プローブの
中間にラジアル導波路を短絡する導体棒を設けたので、
インピーダンス整合が容易で、放射特性の劣化が小さ
く、アンテナのビーム方向に偏移が生じ、追尾レーダ用
アンテナとして用いた場合に目標側から見たレーダ断面
積を低減できるアレイアンテナ装置が得られるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１のモノパルスアンテ
ナ装置を示す構成図である。

【図２】 この発明の実施の形態２のアレイアンテナ装
置を示す構成図である。

【図３】 この発明の実施の形態３のアレイアンテナ装
置を示す構成図である。

【図４】 従来のアレイアンテナ装置を示す構成図であ
る。

【図５】 従来のモノパルスのアレイアンテナ装置を示
す構成図である。

【図６】 金属円板の入射角に対するレーダ断面積の計
算例を示す図である。

【符号の説明】

１ 誘電体基板、２ 放射導体、３ ラジアル導波路、
４ 給電プローブ、５励振プローブ、６ シャシ、７
仮想の同心円、８ 合成回路、９ａ 和信号端子、９ｂ
差信号端子、１０ 仮想の中心点、１１ 矩形の導体
壁、１２ 導体棒。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１、第２の円形導体板を平行に間隔を
   あけて向き合わせ、両者の間隙を外周に沿って曲率を持
   った導体板により閉じることによって構成されるラジア
   ル導波路と、このラジアル導波路の一方の面に取り付け
   られた円形の誘電体基板と、この誘電体基板上に形成さ
   れた複数の放射導体と、この放射導体に接続され前記誘
   電体基板を貫通して前記ラジアル導波路に突出する励振
   プローブと、前記ラジアル導波路の中心点から所定量オ
   フセットした点に対し対称に配置し、前記ラジアル導波
   路への電力供給を行う第１、第２の給電プローブと、前
   記第１、第２の給電プローブに直接接続された分配回路
   とで構成したことを特徴とするアレイアンテナ装置。
2. 【請求項２】 前記第１、第２の給電プローブの中間に
   前記ラジアル導波路を短絡し、それぞれの給電プローブ
   同士をしゃへいする導体壁を設けたことを特徴とする請
   求項１記載のアレイアンテナ装置。
3. 【請求項３】 前記第１、第２の給電プローブの中間に
   前記ラジアル導波路を短絡する導体棒を設けたことを特
   徴とする請求項１記載のアレイアンテナ装置。