JP2003152422A - アレイアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロットマンレンズを用いたアレイアンテナ装
置において、ロットマンレンズを変更することなく、ビ
ーム数を増加させビームの指向角度の分解能を向上させ
る。 【解決手段】 ロットマンレンズ１６の二つのビームポ
ート２０-m，２０-(m+1)の出力を加算する加算回路２２
を設ける。加算することによって、二つのビームポート
のそれぞれに対応するビームの指向角度の間の指向角度
を得ることができる。これにより、離散的なビームの指
向角度を補間することができる。

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、離散的なビーム
指向角度を有する給電回路であるロットマンレンズを備
えた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６は、特開２０００−１２４７２７号
公報に記載された従来のビームスキャンアンテナを示す
分解斜視図である。

【０００３】ビームスキャンアンテナ部１２１にはトリ
プレート構造のパッチアレイをビームスキャン方向に並
列された４つのサブアレイ１２２が設けられており、サ
ブアレイ１２２それぞれに対応した第１の接続部１２３
は、ロットマンレンズ部１２４とはスロット１２６を介
して電磁結合で励振ポート１２９と接続される。ロット
マンレンズ部１２４は、第一の地導体１２５、第１の誘
電体１２７、ロットマンレンズパターン１２８、第２の
誘電体１３１及び第２の地導体１３２によりトリプレー
ト構造で構成される。送受信器との接続部１３４は、ロ
ットマンレンズ部１２４と同様にトリプレート構造をな
しており、給電線路１３６は第２の接続部１３５及び第
２のスロット１３３を介して電磁結合でロットマンレン
ズ部１２４のビームポート１３０に接続される。

【０００４】次に動作について説明する。信号を乗せた
電磁界はシステムとの接続部１２３から給電線路１３６
を伝搬して第２の接続部１３５及び第２のスロット１３
３を介してロットマンレンズ部１２４のビームポート１
３０に供給される。ビームポート１３０にそれぞれ供給
される電磁界はロットマンレンズパターン１２８によっ
て構成されるトリプレート型導波路を伝搬し、励振ポー
ト１２９から第１のスロット１２６及び第１の接続部１
２３を介して、サブアレイ１２２にそれぞれ供給され
る。電磁界が途中ロットマンレンズ部１２４を通過する
ときに各ビームポート１３０それぞれによって、励振ポ
ート１２９から出力される電磁界は異なる位相分布を持
ち、その分布は励振ポート１２９の配列方向に対して傾
斜するように設計される。したがって、ビームスキャン
アンテナ部１２１におけるサブアレイ１２２から放射さ
れる電磁界を合成すると、ビームポート１３０にそれぞ
れ対応した指向角度を持ったビームを形成する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、ロット
マンレンズを有するビームスキャンアンテナでは、ビー
ム数は、ロットマンレンズのビームポートの数に対応
し、有限のビームポート（ビーム数）では、ビーム指向
角度は離散的な値となる。

【０００６】より広い走査範囲、またより高い分解能を
得るためには、いずれにしてもビームポートを増やさな
ければならず、ロットマンレンズが大型化するという問
題があった。また、高い分解能を得るためには、ロット
マンレンズにより与える経路長差をより細かく設定しな
ければならず、高い製作精度が要求されてコストが上昇
するという問題もあった。

【０００７】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたものであり、ロットマンレンズを拡大せ
ずに、ロットマンレンズ後段に追加した演算回路によっ
て、見かけ上のビーム数を増やし、ロットマンレンズで
得られる離散的なビーム指向角度の間を補間することを
目的とする。また、上記演算回路に干渉波をキャンセル
する機能を加えて干渉波の影響の少ないアレイアンテナ
装置を得ることを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、この発明のアレイアンテナ装置は、ロットマンレ
ンズのビームポートのうち、所定数のポートからの信号
を加算して、離散的な指向角度の間を補間する加算回路
を有している。

【０００９】加算回路の処理は、同時に受信された複数
のビームポートからの信号を加算するものとできる。ま
た、順次受信される各ポートの信号を順次加算するもの
とすることもできる。

【００１０】また、複数のビームポートに対し所定の重
み付けを与えて加算を行うことができる。

【００１１】また、前記加算回路を用いて、近接して設
けられた送信アンテナからの回り込みを、あらかじめメ
モリに記憶しておき、実際に受信を行う際に、受信信号
より送信アンテナより回り込んで直接受信した成分を排
除するようにすることができる。

【００１２】また、前記加算回路に代えて乗算回路を備
えたものとすることもできる。

【００１３】

【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にかかる、ロットマンレンズを有するア
レイアンテナ装置の概略構成を示すブロック図である。
このアレイアンテナ装置は、ビームの指向角度を順次変
化させることによってビームスキャンアンテナとして機
能する。図２は、単一のビームポートより得られる放射
パターンと、二つのビームポートから得られた信号を加
算して得られた放射パターンとをそれぞれの最大値で規
格化した図である。

【００１４】アンテナアレイ１０は、Ｎ個の素子アンテ
ナ１２を有し、この素子アンテナ１２の出力端子１４
は、ロットマンレンズ１６の励振ポート１８に一対一に
接続されている。素子アンテナ１２、出力端子１４およ
び励振ポート１８は、それぞれＮ個あり、以後、これら
を区別して説明する場合には、-1,-2,・・・,-Nを付す。ロ
ットマンレンズ１６のＭ個のビームポート２０は、加算
回路２２の入力端子２４に一対一に接続されている。ビ
ームポート２０、入力端子２４についても、これらを区
別して説明する場合には、-1,-2,・・・,-Mを付す。加算回
路２２は、演算結果を出力する出力端子２５を有してい
る。なお、アンテナアレイ１０はビームスキャンする面
と平行に配列される。

【００１５】外部から到来し、個々の素子アンテナ１２
に受信された信号は、その到来方向に応じた位相差をも
っている。この信号がロットマンレンズ１６に入力され
ると、前記の位相差に応じた出力がビームポート２０に
生じる。すなわち、受信波の到来方向に応じた特定のビ
ームポート２０にピークが現れ、逆にピークが現れたビ
ームポート２０が分かれば、受信波の到来方向を知るこ
とができる。送信の場合には、各ビームポート２０から
ロットマンレンズ１６に入射した電磁界はそれぞれ、ロ
ットマンレンズ１６を通過し、励振ポート１８から各素
子アンテナ１２に供給されるときに適当な位相差を与え
られ、アンテナアレイ１０のビームは、各ビームボート
２０ごとに個別の指向角度を持つ。アンテナの可逆性か
ら受信波の到来方向には、ビームの指向角度が対応して
いる。

【００１６】加算回路２２は、二つのビームポートの出
力を加算することができる。図２には、ｍ番目のビーム
ポート２０-mの放射パターン２６-mと、これに隣接する
ｍ＋１番目のビームポート２０-(m+1)の放射パターン２
６-(m+1)を両者均等に加算した場合の合成放射パターン
２８が示されている。加算処理した後のビームの放射パ
ターン２８において、最大値はビームポート２０-mの指
向角度（図中放射パターンがピークとなる位置）と、ビ
ームポート２０-(m+1)の指向角度のちょうど中間にピー
クが現れ、これが合成されたビームの指向角度となる。

【００１７】ビームを走査する際には、例えば、ビーム
ポート２０-1の出力値を得、次に二つのビームポート２
０-1，２０-2の出力値を得、さらにビームポート２０-2
の出力値を得るというように、一つのポートの出力値
と、これと次のポートの出力値の合成値、さらに次のポ
ート、というように繰り返し、放射パターンを得る。

【００１８】したがって、ビームポート２０に加算回路
２２を接続し、ビームポート２０から得られた電磁界の
振幅及び位相を合成することで、離散したビーム指向角
度の中間の方角から電磁界が到来しても効率よく受信で
きる。ただし、２つのビームポート２０で同時に受信す
るので電力値は半分になる。また、加算回路２２での電
磁界の合成を均等ではなく、重み付けをすれば中間の角
度からずれた方角からの電磁界にも対応できる。すなわ
ち、ロットマンレンズ１６のビームポート２０の数を増
やすことなく、ビーム数を増やすことができる。

【００１９】実施の形態２．図３は、この発明の実施の
形態２にかかる、ロットマンレンズを有するアレイアン
テナ装置の概略構成を示すブロック図である。前述の実
施の形態１と同一の構成については、同一の符号を付
し、その説明を省略する。このアレイアンテナ装置は、
ビームの指向角度を順次変化させることによってビーム
スキャンアンテナとして機能する。このアレイアンテナ
装置は、図１に示した装置の加算回路２２を加算回路３
０に代えたものである。加算回路３０は、選択スイッチ
３２と、累積加算回路３４と、同期信号発生回路３６を
備えている。選択スイッチ３２は、ビームポート２０の
一つを選択し、これからの信号を累積加算回路３４の入
力端子３７に送出する。この入力端子３７と選択スイッ
チ３２は、同期信号発生回路３６からの同期信号に基づ
きビームポート２０の選択と、入力信号の受け入れを同
期させている。

【００２０】累積加算回路３２は、選択された入力され
た信号を所定数加算して、加算結果を出力端子２５より
出力する。例えば、選択スイッチ３２によりｍ番目のビ
ームポート２０-mを選択したときの放射パターンを累積
加算回路３４に送り、次に選択スイッチ３２によりｍ＋
１番目のビームポート２０-(m+1)を選択して累積加算回
路３４に送る。これらの信号を加算して合成放射パター
ンを得る。この場合の各ビームポートに対応した放射パ
ターンと、合成放射パターンは、図２に示すものと同様
のパターンとなり、合成放射パターン２８の最大値は、
個々の放射パターン２６の指向角度の中央方向となる。

【００２１】このように、ビームポート２０から得られ
た電磁界の振幅及び位相を合成することで、離散したビ
ーム指向角度の中間の方角から電磁界が到来しても効率
よく受信できる。ここで、２つのビームポート２０は選
択スイッチ３２によって時系列で切り替えられるので受
信された各ビームポート２０の電力は積み上げられる。
よって、実施の形態１とは異なり、合成された電力値は
合計になるので、加算処理した後のＳ／Ｎ比を改善でき
る。また、足し算回路での電磁界の合成を均等ではな
く、重み付けをすれば中間の角度からずれた方角からの
電磁界にも対応できる。すなわち、ロットマンレンズ１
６のビームポート２０の数を増やすことなく、ビーム数
を増やすことができる。

【００２２】実施の形態３．図４は、この発明の実施の
形態３にかかる、ロットマンレンズを有するアレイアン
テナ装置、およびこのアレイアンテナ装置を用いたレー
ダ装置の概略構成を示す図である。前述の実施の形態
１．または実施の形態２．と同一の構成については、同
一の符号を付し、その説明を省略する。レーダ波を送信
する送信アンテナ３８が、アンテナアレイ１０の近傍に
配置されている。送信アンテナ３８及びアンテナアレイ
１０を障害物のない自由空間に設置したときに送信アン
テナ３８から素子アンテナ１２それぞれに飛び込んでく
る送信信号の電磁界の振幅値、位相値がメモリ４０に記
憶されている。この実施の形態の加算回路４２は、前述
の実施の形態１の加算回路２２と同様にロットマンレン
ズ１６のビームポート２０からの信号を受信し、所定の
ビームポート２０からの信号を加算する。さらに、メモ
リ４０からの信号を受信し、これらの信号に基づき、送
信アンテナから直接送られてくる信号を排除して、対象
物から反射したレーダ波の感度、Ｓ／Ｎ比を高める。

【００２３】以上説明したように、この実施の形態３に
よるレーダ装置によれば、実施の形態１と同様な原理で
ビームポート２０の電磁界を加算回路４２で加算し、さ
らに、あらかじめ取得した自由空間中で送信アンテナか
ら飛び込んでくる電磁界の振幅及び位相情報をメモリ４
０から呼び出し、送信アンテナからの飛び込んでくる電
磁界と同振幅、逆位相の電磁界をビームポート２０から
の電磁界と共に振幅、位相で加算処理する。これによ
り、送信アンテナから直接飛び込んでくる電磁界をキャ
ンセルし、レーダとしての性能を改善できる。なお、送
信アンテナに限らず、ビームスキャンアンテナの近傍に
設置されたアンテナから飛び込んでくる電磁界の情報を
メモリに貯えておくことにより、干渉波の影響の少ない
アンテナ装置を得ることができる。

【００２４】実施の形態４．この発明の実施の形態４
は、前述した各実施の形態において、その加算回路を乗
算回路に置き換えた構成を有し、具体的な構成は特に図
示はしない。図５は、実施の形態４のアレイアンテナ装
置の放射パターンを最大値で規格化した図であり、前述
の図２に対応する図である。ｍ番目のビームポート２０
-mの放射パターン４４-mと、これに隣接するｍ＋１番目
のビームポート２０-(m+1)の放射パターン４４-(m+1)を
両者乗算した場合の合成放射パターン４６が示されてい
る。乗算処理した後のビームの放射パターン４６におい
て、最大値はビームポート２０-mの指向角度（図中放射
パターンがピークとなる位置）と、ビームポート２０-
(m+1)の指向角度のちょうど中間にピークが現れ、これ
が合成されたビームの指向角度となる。

【００２５】以上説明したように、ビームポート２０か
らそれぞれ得られる電磁界の振幅値を互いに乗算するこ
とにより、それぞれのビームの指向角度の中間にビーム
を形成することができる。すなわち、ビームポート数を
増やすことなく、既存のビームの指向角度を補間するよ
うな指向角度を有するビームを増やすことができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、ロットマンレンズのビ
ームポートからそれぞれ得られる合成電磁界を加算処理
することにより、ビームポート数を増やすことなく、既
存のビームの指向角度を補間するような指向角度を有す
るビームを増やすことができる。指向角度は、加算する
ポートに対する重み付けを変えることで、加算するビー
ムの中間の角度以外の角度にすることができる。

【００２７】また、ロットマンレンズのビームポートか
らそれぞれ得られる合成電磁界を、選択スイッチにより
ビームポートを順次選択し、時系列で取得するため、得
られる合成電磁界の電力を積み上げることができ、加算
処理した後のＳ／Ｎ比を改善できる。

【００２８】また、レーダ装置に適用した場合に、アン
テナアレイ近傍に設置された送信アンテナから飛び込ん
でくる電磁界の振幅及び位相特性を自由区間中で事前に
取得しておくことにより、実運用時の加算処理の時に送
信アンテナより飛び込んでくる電磁界をキャンセルする
ようにし、干渉波の影響を低減できる。

【００２９】また、前述の加算に代えて、ロットマンレ
ンズのビームポートからそれぞれ得られる合成電磁界を
乗算処理することにより、ビームポート数を増やすこと
なく、既存のビームの指向角度を補間するような指向角
度を有するビームを増やすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１のアレイアンテナ装
置の概略構成を示すブロック図である。

【図２】 ロットマンレンズのビームポートから得られ
る放射パターン及び加算処理後の合成放射パターンをそ
れぞれ最大値で規格化して示した図である。

【図３】 この発明による実施の形態２のアレイアンテ
ナ装置の概略構成を示すブロック図である。

【図４】 この発明による実施の形態３のレーダ装置の
概略構成を示すブロック図である。

【図５】 ロットマンレンズのビームポートから得られ
る放射パターン及び乗算処理後の合成放射パターンをそ
れぞれ最大値で規格化して示した図である。

【図６】 従来のロットマンレンズを用いたビームスキ
ャンアンテナの斜視分解図である。

【符号の説明】

１０ アンテナアレイ、１２ 素子アンテナ、１６ ロ
ットマンレンズ、１８励振ポート、２０ ビームポー
ト、２２，３０，４２ 加算回路、２６，４４放射パタ
ーン、２８，４６ 合成放射パターン、３２ 選択スイ
ッチ、３４累積加算回路、３６ 同期信号発生回路、３
８ 送信アンテナ、４０ メモリ。

フロントページの続き (72)発明者 千葉 勇 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5J020 AA02 BB00 5J021 AA06 DB03 FA14 FA31 GA02 GA04 HA01

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の素子アンテナを含むアンテナアレ
   イと、 前記素子アンテナごとに対応して接続される複数の励振
   ポートと、ビームの離散的な指向角度ごとに対応して設
   けられる複数のビームポートとを有するロットマンレン
   ズと、 前記複数のビームポートのうち、所定数のポートからの
   信号を加算し、前記離散的な指向角度を補間する指向角
   度を得る加算回路と、を有するアレイアンテナ装置。
2. 【請求項２】 前記加算回路は、前記所定数のビームポ
   ートから同時に送られた信号を加算する、請求項１に記
   載のアレイアンテナ装置。
3. 【請求項３】 前記加算回路は、前記所定数のビームポ
   ートから順次送られる信号を累積する、請求項１に記載
   のアレイアンテナ装置。
4. 【請求項４】 前記加算回路は、前記加算される所定数
   のビームポートからの信号に対し、所定の重みを与えて
   加算を行う、請求項１〜３のいずれかに記載のアレイア
   ンテナ装置。
5. 【請求項５】 前記アンテナアレイ近傍に設置され、対
   象物に対し電波を送信する送信アンテナと、 前記送信アンテナから送信され、直接前記素子アンテナ
   に受信された受信信号をあらかじめ記憶するメモリと、
   をさらに有し、 前記加算回路は、前記記憶された受信信号に基づき、前
   記所定数のビームポートからの信号に対する重みを定
   め、送信アンテナから直接受信される信号を相殺する、
   請求項４に記載のアレイアンテナ装置。
6. 【請求項６】 複数の素子アンテナを含むアンテナアレ
   イと、 前記素子アンテナごとに対応して接続される複数の励振
   ポートと、ビームの離散的な指向角度ごとに対応して設
   けられる複数のビームポートとを有するロットマンレン
   ズと、 前記複数のビームポートのうち、所定数のポートからの
   信号を乗算し、前記離散的な指向角度を補間する指向角
   度を得る乗算回路と、を有するアレイアンテナ装置。
7. 【請求項７】 前記乗算回路は、前記所定数のビームポ
   ートから同時に送られた信号を乗算する、請求項６に記
   載のアレイアンテナ装置。
8. 【請求項８】 前記乗算回路は、前記所定数のビームポ
   ートから順次送られる信号を乗算する、請求項６に記載
   のアレイアンテナ装置。
9. 【請求項９】 前記乗算回路は、前記乗算される所定数
   のビームポートからの信号に対し、所定の重みを与えて
   乗算を行う、請求項６〜８のいずれかに記載のアレイア
   ンテナ装置。
10. 【請求項１０】 前記アンテナアレイ近傍に設置され、
    対象物に対し電波を送信する送信アンテナと、 前記送信アンテナから送信され、直接前記素子アンテナ
    に受信された受信信号をあらかじめ記憶するメモリと、
    をさらに有し、 前記乗算回路は、前記記憶された受信信号に基づき、前
    記所定数のビームポートからの信号に対する重みを定
    め、送信アンテナから直接受信される信号を相殺する、
    請求項９に記載のアレイアンテナ装置。