JP2003101339A - アレイアンテナ、及びこれを用いた受信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 障害物による受信合成ビームへの影響を回避
して、到来電波の方位検知の精度向上を図る。 【解決手段】 アンテナ部１は、多数のアンテナ素子１
１〜１１０がほぼ等間隔をなして円形状に配列され、た
とえば切替部２による複数（４個）組のアンテナ素子Ａ
１〜Ａ４の回転切替えにより、回転する受信合成ビーム
Ｂが形成される。移相切替部７は、受信信号の合成によ
る受信合成ビームＢの方向が、互いに１８０度異なるよ
うに、互いに逆方向に重み付けられた２つの移相回路
（７２，７３）を選択できるように構成されている。従
って、円形配列のアンテナ素子１１〜１１０において、
障害物Ｓ方向から遠い方のアンテナ素子１７〜１１０に
よる受信合成ビームＢを、内側に向けて形成されるよう
に移相切替部７を制御することにより、障害物Ｓによる
受信合成ビームへの影響は回避ないしは軽減され、より
正確に到来電波の方位を推定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＨＦ（短波帯）に
おいて、到来電波の方位を検知するのに好適なアレイア
ンテナ、及びそのアレイアンテナを用いた受信装置の改
良に関する。

【０００２】

【従来の技術】指向性パターンを有するアンテナを方位
方向に機械的に回転させて到来電波を受信し、その最大
受信レベルにおけるアンテナ回転角度を知ることによっ
てその到来電波の方向を推定することができる。

【０００３】探知する電波が、比較的波長の短い高周波
帯域であれば、受信アンテナ自体の形状が小さくて済む
ので、簡単な機械構造によりアンテナを回転駆動させる
ことができる。

【０００４】しかしながら、対象とする受信電波の周波
数帯域が、３〜３０ＭＨｚと比較的低く、波長の長い短
波（ＨＦ）帯の場合は、受信アンテナ素子そのものの形
状が大きくなる上、未知の微弱な到来電波を捉えようと
すると、アンテナ開口を広げて、大きなアンテナ利得を
形成する必要がある。また、例えば方位方向に３６０度
にわたり、広い範囲で到来電波を探知しようとしたと
き、その大きな開口のアンテナを機械的に回転させるこ
とは容易でない。

【０００５】そこで、受信用のアンテナ素子そのもの
を、例えば直径が１００ｍ程度の円の周上に多数等間隔
で配置し、順次つらなる複数個のアンテナ素子の組合わ
せ接続により指向性アンテナパターンを形成し、その組
合わせを順次切替えつつ回転させるか、あるいは全周に
わたるビームを同時に形成することで、３６０度にわた
り到来電波を探知するアレイアンテナが採用されてい
る。

【０００６】図４は、従来のアレイアンテナを利用した
受信装置の構成図で、図５は、図４に示した装置の動作
特性を説明するためのアンテナ部の平面図である。

【０００７】図４は、ＨＦ帯の信号の受信装置を示した
もので、アンテナ部１は、径が１００ｍ程度の円の周上
に、多数（図では１０個）のアンテナ素子１１〜１１０
が等間隔に立設して構成されている。これらアンテナ素
子１１〜１１０には、切替器２が接続され、複数個（図
では４個）の順次つらなる組合わせのアンテナ素子Ａ１
〜Ａ４として切替え選択できるように構成されている。
図４及び図５では、アンテナ素子１２〜１５が、切替器
２によって選択された状態を示している。

【０００８】切替器２はロータリスイッチで構成され、
制御器３の制御を受けて図示Ｒ方向への回動ないしは回
転操作を行い、この切替器２により選択されたアンテナ
素子Ａ１〜Ａ４の受信信号は、移相器４、合成器５を順
次介して受信器６に供給される。

【０００９】移相器４は、４個（複数個）の遅延回路４
１〜４４で構成され、４個のアンテナ素子Ａ１〜Ａ４か
らの各受信信号に対して、個別に遅延、すなわち位相シ
フトを与えて合成器５に供給する。

【００１０】各遅延回路４１〜４４における各遅延量Ｄ
１〜Ｄ４は、受信信号が合成器５で合成されたとき、図
５に示したように、アンテナ素子Ａ１〜Ａ４の外側に等
位相の受信平面波が形成され、それに基づき形成された
受信合成ビームＢにより受信された状態となるように予
め重み付けられている。

【００１１】従って、図４に示したように、制御器３の
制御に基づく切替器２の切替え操作により、受信合成ビ
ームＢは回転し、受信器６は、制御器３から供給される
受信合成ビームＢの回転角度に同期した受信信号の抽出
により、その受信信号の到来方位を検出することができ
る。

【００１２】なお、移相器４の遅延回路４１〜４４を移
相回路（移相器）に置換え構成されることもある。

【００１３】上記のように、波長の比較的長いＨＦ帯の
ような周波数帯域では、多数のアンテナ素子を径の大き
な円形状あるいは円弧状の上に配列されるので、アレイ
アンテナを設置するには平坦で広い土地を必要とする。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、多数の
アンテナ素子を円形状等に配列構成し、ＨＦ帯の電波を
受信する受信装置では、広い設置場所を必要とした。

【００１５】しかしながら、都市化が進行し、平坦部が
少ない我が国では、図５に示したように、しばしば設置
したアンテナ素子の外側に、家屋や鉄塔等の障害物Ｓが
存在することも多く、受信合成ビームがその障害物Ｓの
影響を受けて変形し、そのパターン歪みにより到来電波
の方位を正確に検出できなくなるという恐れがあり改善
が要望されていた。

【００１６】そこで、本発明は、アンテナ近傍の障害物
の影響を軽減し、到来電波の方位をより正確に推定でき
るアレイアンテナ、及びそのアレイアンテナを用いた受
信装置を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明のアレイアンテナ
は、複数個のアンテナ素子がほぼ等間隔をなして円形状
または円弧状に配列されたアンテナ部と、このアンテナ
部に接続され、複数個が順次つらなる組合わせからなる
前記アンテナ素子を切替え選択可能な切替部と、この切
替部に接続され、各アンテナ素子からの受信信号に対す
る移相量の切替え選択により、１８０度異なる受信合成
ビームが得られるように構成された移相切替部とを具備
することを特徴とする。

【００１８】また、本発明の受信装置は、複数個のアン
テナ素子がほぼ等間隔をなして円形状または円弧状に配
列されたアンテナ部と、このアンテナ部に接続され、複
数個が順次つらなる組合わせからなる前記アンテナ素子
を切替え選択可能な切替部と、この切替部に接続され、
各アンテナ素子からの受信信号に対する移相量の切替え
選択により、１８０度異なる受信合成ビームが得られる
ように構成された移相切替部と、この移相切替部に接続
された信号合成部と、この信号合成部に接続された受信
部とを具備することを特徴とする。

【００１９】このように、本発明のアレイアンテナ、及
びそれを用いた受信装置は、移相切替部を設けたことに
より、互いに向きが１８０度異なる受信合成ビームを形
成できるように構成されている。

【００２０】従って、例えばアンテナ素子が円形状に配
列されたアンテナ部において、ある外側方位に障害物が
存在し、その障害物が外側に向けて形成された受信アン
テナビームに干渉するようなとき、円形状に配列された
アンテナ素子の障害物の方向とは丁度反対側で組合わさ
れた複数個のアンテナ素子により、障害物方向、すなわ
ちアンテナ部内側の中心方向に指向した受信アンテナビ
ームを形成して、到来電波を受信することができる。

【００２１】つまり、障害物の方向とは反対側で組合わ
されたアンテナ素子により、１８０度方向を変えて形成
された受信アンテナビームは、障害物の位置からより遠
く離れるので、その障害物による受信アンテナビームへ
の影響を回避ないしは軽減できる。

【００２２】このように、本発明のアレイアンテナを用
いた受信装置によれば、移相切替部の切替え操作によ
り、障害物の影響のより少ない受信アンテナパターンを
形成して、到来電波の受信方位を正確に検出することが
できる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明によるアレイアンテ
ナ、及びそのアレイアンテナを用いた受信装置の一実施
の形態を図１ないし図３を参照して詳細に説明する。な
お、図４及び図５に示した構成と同一構成には同一符号
を付して、詳細な説明を省略する。

【００２４】すなわち、図１は本発明による受信装置の
第１の実施の形態を示した構成図で、図２は、その受信
装置のアンテナ部の動作特性を説明した平面図である。

【００２５】図１及び図２に示すように、例えば３〜３
０ＭＨｚという比較的波長の長い短波（ＨＦ）帯の電波
を受信する多数のアンテナ素子１１〜１１０が、１００
ｍ程度の径の円周上に等間隔に立設されている。

【００２６】これらアンテナ素子１１〜１１０は、それ
ぞれ個々に、切替部である切替器２に接続されており、
切替器２は、制御器３の制御を受け、多数のアンテナ素
子１１〜１１０のうち、複数個（この実施の形態では４
個）の順次つらなる組合わせのアンテナ素子Ａ１〜Ａ４
が矢印Ｒ方向への回動ないしは回転により順次選択さ
れ、その切替え選択された４個のアンテナ素子Ａ１〜Ａ
４での受信信号は、移相切替器７を介して、合成器５、
受信器６に順次供給される。

【００２７】移相切替器７は、切替回路７１、第１の移
相回路７２、及び第２の移相回路７３で構成され、切替
回路７１は、切替器２から供給された受信信号を、制御
器３の制御に基づき選択された第１の移相回路７２また
は第２の移相回路７３のいずれかを介して合成器５に供
給するように構成されている。

【００２８】この第１の実施の形態では、第１の移相回
路７２及び第２の移相回路７３は、いずれも遅延回路
（７２１〜７２４、及び７３１〜７３４）で構成されて
いる。

【００２９】第１の移相回路７２内の各遅延回路７２１
〜７２４は、図４に示した移相器４内の各遅延回路４１
〜４４にそれぞれ対応し、各遅延回路７２１〜７２４の
各遅延量Ｄ１〜Ｄ４も、図４の遅延回路４１〜４４の各
遅延量Ｄ１〜Ｄ４に対応する。

【００３０】第１の移相回路７２は、各アンテナ素子Ａ
１〜Ａ５の受信信号に個別に位相シフトを与えて合成器
５に供給するので、合成器５で合成された受信信号は、
図５に示したのと同様に、所定方位に指向性を有する受
信合成ビームＢにより受信されたものとされて、受信器
６に供給される。

【００３１】受信器６は、制御器３から切替器２への制
御信号を、アンテナの回転角度信号として供給を受ける
ので、合成器５からの信号の受信方位を特定することが
できる。

【００３２】そこで、第２の移相回路７３内の各遅延回
路７３１〜７３４は、この第２の移相回路７３を経た受
信信号が次の合成器５で合成されたとき、その合成信号
により、図２に示したように、４個の選択組合わせのア
ンテナ素子Ａ１〜Ａ４の内側に向けた等位相の受信平面
波を形成して、その鉛直方向に指向性を有する受信合成
ビームＢが形成されるように、各遅延回路７３１〜７３
４の各遅延量ｄ１〜ｄ４が重み付け設定されている。従
って、各遅延回路７３１〜７３４の各遅延量ｄ１〜ｄ４
の重み付けは、各遅延回路７２１〜７２４の各遅延量Ｄ
１〜Ｄ４における重み付けとは丁度逆に付されたものと
なる。

【００３３】従って、図２に示したように、切替器２の
切替え操作により、４個の選択組合わせのアンテナ素子
Ａ１〜Ａ４がアンテナ素子１７〜１１０に対応したと
き、このアンテナ素子１７〜１１０は、図５に示したと
きのパターンとは相違し、受信合成ビームＢ方向がアン
テナ部１の中心方向、すなわちに障害物Ｓの位置方向に
指向したパターンとなる。

【００３４】すなわち、アンテナ部１は、円形配列の多
数のアンテナ素子１１〜１１０の中で、障害物Ｓから最
も遠い位置に配列されたアンテナ素子１７〜１１０の組
合わせにより形成された図２に示した受信合成ビームＢ
により、到来電波の探知が行われる。

【００３５】図２に示した受信合成ビームＢは、図５に
示した同じ方向への受信合成ビームＢよりも、障害物Ｓ
からは遠く離れて形成される。

【００３６】従って、この第１の実施の形態の受信装置
によれば、移相切替部７における切替回路７１の切替え
操作により、障害物Ｓによる受信合成ビームＢへの影響
を軽減することができ、受信器６における探知受信信号
の到来方位を正確に推定することができる。

【００３７】上記第１の実施の形態では、指向性アンテ
ナパターンを切替器２の切替え走査により回転させた
が、予め多数の指向性アンテナパターンを全周外側方向
に同時に形成し得るようにアンテナ素子を配置し、その
うち選択された任意の方向に対する指向性アンテナパタ
ーンのみを、そのアンテナ素子とは１８０度反対側のア
ンテナ素子の組み合わせにつらなる移相回路の切替え操
作により形成して、同様な効果を得ることができる。

【００３８】すなわち、図３は、多数の指向性アンテナ
パターンを全周外側方向に同時に形成されるようにアン
テナ部を構成し、そのうち任意の方向に対する指向性ア
ンテナパターンを、その反対方向に指向性を形成するア
ンテナ素子につらなる移相回路の切替え操作によって形
成するように構成した本発明の受信装置の第２の実施の
形態を示した構成図である。

【００３９】図１に示した第１の実施の形態との相違点
は、第１の実施の形態における切替器２を省略し、予め
アンテナ部１のアンテナ素子１１〜１１０の組合わせの
数に相当した複数個の受信部８１〜８Ｎを配置して対応
接続した点が相違し、各受信部８１〜８Ｎは、いずれも
第１の実施の形態における構成と同様に、合成器５、受
信器６、移相切替器７及び制御器３とで構成されてい
る。

【００４０】従って、上記構成のこの第２の実施の形態
によれば、多数の指向性アンテナパターンを全周外側方
向に同時に形成し得る状態において、任意の方向のアン
テナパターンをその１８０度反対側で組み合わされたア
ンテナ素子に対応する受信部（８１〜８Ｎ）において、
切替回路７１の切替え操作により、アンテナ部内側の中
心方向に指向した受信アンテナビームを形成して得るの
で、第１の実施の形態と同様に、その方向外側の障害物
からの影響を回避ないし軽減して受信することができ
る。

【００４１】なお、上記各実施の形態では、多数のアン
テナ素子が円形状に配列された場合を説明したが、多数
のアンテナ素子が半円状に配列された状態でも、制御器
３による移相切替部７の切替え操作により、互いに１８
０度異なる方位にその受信合成ビームを切替え形成でき
るので、簡単な切替え操作により、到来電波の探知範囲
を大幅に拡大することができる。

【００４２】また、上記説明において、移相切替部７の
第１の移相回路７２、及び第２の移相回路７３はいずれ
も遅延回路によって構成された旨説明したが、移相回路
（器）で構成しても良く、またそれら遅延回路の遅延量
あるいは移相回路（器）の移相量を可変できるように構
成して、受信合成ビームを走査させるようにすることも
できる。

【００４３】以上、説明のように、本発明のアレイアン
テナ、及びそのアレイアンテナを使用した受信装置によ
れば、移相切替部の切替え操作により、例えば障害物等
の周囲環境による影響を軽減して、電波の受信到来方向
を高精度に検出ないしは推定することができる。

【００４４】

【発明の効果】本発明のアレイアンテナ、及びそのアレ
イアンテナを用いた受信装置によれば、円形状あるいは
円弧状に配列されたアンテナ素子で形成される受信合成
ビーム方向を１８０度切替えることができるので、例え
ば障害物等の受信合成ビームへの影響を軽減して、高精
度な受信電波の方位検出を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による受信装置の第１の実施の形態を示
す構成図である。

【図２】図１に示した装置の動作を説明するためのアン
テナ部の平面図である。

【図３】本発明による受信装置の第２の実施の形態を示
す構成図である。

【図４】従来の受信装置を示す構成図である。

【図５】図３に示した装置の動作を説明したアンテナ部
の平面図である。

【符号の説明】

１ アンテナ部 １１〜１１０、Ａ１〜Ａ４ アンテナ素子 ２ 切替器（切替部） ３ 制御器 ５ 合成器（信号合成部） ６ 受信器（受信部） ７ 移相切替器（移相切替部） ７１ 切替回路 ７２ 第１の移相回路 ７２１〜７２４ 遅延回路 ７３ 第２の移相回路 ７３１〜７３４ 遅延回路 ８１〜８Ｎ 受信部 Ｂ 受信合成ビーム

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数個のアンテナ素子がほぼ等間隔をな
   して円形状または円弧状に配列されたアンテナ部と、 このアンテナ部に接続され、複数個が順次つらなる組合
   わせからなる前記アンテナ素子を切替え選択可能な切替
   部と、 この切替部に接続され、各アンテナ素子からの受信信号
   に対する移相量の切替え選択により、１８０度異なる受
   信合成ビームが得られるように構成された移相切替部と
   を具備することを特徴とするアレイアンテナ。
2. 【請求項２】 複数個のアンテナ素子がほぼ等間隔をな
   して円形状または円弧状に配列されたアンテナ部と、 このアンテナ部に接続され、複数個が順次つらなる組合
   わせからなる前記アンテナ素子を切替え選択可能な切替
   部と、 この切替部に接続され、各アンテナ素子からの受信信号
   に対する移相量の切替え選択により、１８０度異なる受
   信合成ビームが得られるように構成された移相切替部
   と、 この移相切替部に接続された信号合成部と、 この信号合成部に接続された受信部とを具備することを
   特徴とする受信装置。
3. 【請求項３】 前記移相切替部は、切替回路と、遅延回
   路または移相回路との組合わせによって構成されたこと
   を特徴とする請求項１記載のアレイアンテナ、または請
   求項２記載の受信装置。