JP2004320583A

JP2004320583A - 偏波切替アンテナおよびレーダ装置

Info

Publication number: JP2004320583A
Application number: JP2003113731A
Authority: JP
Inventors: Takefumi Ishihara; 剛文石原
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2003-04-18
Filing date: 2003-04-18
Publication date: 2004-11-11

Abstract

【課題】直線偏波と円偏波（または楕円偏波）との双方を切り替えて放射可能な偏波切替アンテナをより小型・軽量に実現する。
【解決手段】導波管スロットアレイ１６から放射された水平偏波は、垂直偏波抑圧格子１８、拡開導波管２２、およびレドーム２４を経由して外部に放射される。このレドーム２４内には、複数のメアンダラインの形成されたメアンダシートが複数含まれている。そして、メアンダラインを非接地状態としたときには、水平偏波が円偏波または楕円偏波に変換されて出力され、メアンダラインを接地状態としたときには、水平偏波が出力される。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直線偏波、円偏波、楕円偏波等を切り替えて出力可能な偏波切替アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
港湾監視レーダ等では、探知波として、一般的には水平偏波（直線偏波）が用いられるが、希に、円偏波が用いられる場合もある。円偏波を用いる円偏波アンテナとしては、例えば特許文献１に開示されるものが既に知られている。この特許文献１に開示される円偏波アンテナは、直線偏波放射器から放射された直線偏波を、メアンダ線路を含む偏波変換器によって円偏波に変換するものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−６６６２４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
発明者は、直線偏波や円偏波を放射するアンテナについて検討を重ねるうち、諸状況に応じて偏波を切り替えて使用するようにすれば、それぞれの偏波の利点を活かして、アンテナひいてはそれを用いるレーダ装置や通信装置としての性能を向上できることに想到した。一例として、港湾監視レーダの場合において、降雨時に直線偏波を用いると、直線偏波によって雨滴が探知されてしまい、本来の探知目標の探知に悪影響を及ぼすことになるが、直線偏波に替えて円偏波を用いると、雨滴が探知されにくくなり、本来の探知目標をより精度良く探知できるようになる。逆に、円偏波のみを用いると、例えば晴天時のような場合には探知精度が低下してしまうが、これを直線偏波とすれば精度良く探知することができる。
【０００５】
とは言え、従来の直線偏波アンテナと円偏波アンテナとを両方とも装備すると、アンテナ全体ひいてはレーダ装置や通信装置として大型化し、重量も増大してしまうという問題がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる偏波切替アンテナは、直線偏波を放射する直線偏波放射部と、上記直線偏波放射部によって放射された直線偏波を円偏波または楕円偏波に変換する複数のメアンダラインを含む偏波変換部と、上記メアンダラインの接地／非接地を切り替えるスイッチと、を備え、上記メアンダラインの接地／非接地の切り替えによって出力波の偏波特性を切り替える。
【０００７】
また、上記本発明にかかる偏波切替アンテナでは、上記スイッチは、メアンダライン毎に設けられるのが好適である。
【０００８】
また、上記本発明にかかる偏波切替アンテナでは、複数のメアンダラインの組単位で接地／非接地が切り替えられるのが好適である。
【０００９】
また、上記本発明にかかる偏波切替アンテナでは、上記偏波変換部はメアンダラインを複数含むメアンダシートを複数積層して備え、上記メアンダシート単位で接地／非接地が切り替えられるのが好適である。
【００１０】
また、上記本発明にかかる偏波切替アンテナでは、上記直線偏波放射部から放射先側に向けて拡開する導波管が形成されるホーンと、上記ホーンの開口部に設けられるレドームと、を備え、上記レドームは、前記メアンダラインを複数含むメアンダシートを含むのが好適である。
【００１１】
また、本発明にかかるレーダ装置は、上記偏波切替アンテナと、偏波切替アンテナから送信する送信信号を生成する送信処理部と、上記送信信号が探知対象で反射して受信された受信信号から探知結果を取得する探知結果取得部と、を備える。
【００１２】
また、本発明にかかるレーダ装置は、上記探知結果に基づいて上記スイッチを制御する制御部を備えるのが好適である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態にかかる偏波切替アンテナ１０の外観図（斜視図）、また図２は偏波切替アンテナ１０（の可動部１４）を側方から見た断面図である。
【００１４】
本実施形態にかかる偏波切替アンテナ１０は、装着対象に設置される台座部１２と、その台座部１２に水平面内での回転が自在となるように支持される可動部１４と、を備える。なお、図１に示すように、本実施形態にかかる偏波切替アンテナ１０は、水平方向に長い略長方形の放射面を備えており、主として水平方向に電波を放射するものである。
【００１５】
可動部１４には、水平偏波（直線偏波）を放射する直線偏波放射機構と、放射された水平偏波を円偏波または楕円偏波に変換する偏波変換機構と、が設けられる。
【００１６】
このうち、直線偏波放射機構としては、図２に示すように、導波管スロットアレイ１６と垂直偏波抑圧格子１８とが設けられる。導波管スロットアレイ１６は、略矩形断面を有し水平方向に伸びる金属管として構成される。また、垂直偏波抑圧格子１８は、導波管スロットアレイ１６に沿って水平方向に伸び、その導波管スロットアレイ１６の放射先側に配置される。
【００１７】
上記直線偏波放射機構によって放射された水平偏波は、ホーン２０内に設けられる拡開導波管２２およびレドーム２４を経由して外部に放射されるが、本実施形態では、このレドーム２４内に、偏波変換機構が設けられる。偏波変換機構は、本実施形態では、メアンダライン２６（図４）を含むものとして構成される。メアンダライン２６の偏波変換機能自体は、特許文献１にも開示されているように公知である。ところが、このメアンダラインは、導通状態では偏波変換を行うが、非導通状態では偏波変換を行わないという性質を有している。そこで、本実施形態では、この点に着目し、スイッチ２８（図３および図４）を設けてメアンダラインの接地／非接地を切り替えることで、出力される電波の偏波特性（偏波率，偏波形状）を切り換えるようにしている。
【００１８】
ここで、偏波変換機構を含むレドーム２４の具体的な構成例について、図３および図４を参照して説明する。図３は、レドーム２４の構成要素を離間させた状態（積層される前の状態）で示した上面図、また図４は、レドーム２４の構成要素の一部（スペーサ３６、フィルム基板３４およびメアンダシート３２を各一つずつ）を重ねたものをその正面の上方側から見た斜視図である。なお、図３では正面側（すなわち放射先側）を下側としている。また、メアンダシート３２は半透明であるため、図４ではメアンダシート３２の背後の構成要素（すなわちフィルム基板３４およびスペーサ３６）も見えている。
【００１９】
図３に示すように、この例では、レドーム２４は、被覆体３０、メアンダシート３２、フィルム基板３４、およびスペーサ３６を積層して構成される。このレドーム２４内には、メアンダシート３２、フィルム基板３４およびスペーサ３６の組が、合計３組含まれる。これら構成要素を例えば接着剤によって貼り合わせることによってレドーム２４が構成され、このレドーム２４がホーン２０の拡開導波管２２の開口部に装着される。
【００２０】
各構成要素について説明すると、まず、最も前側（露出側）に設けられる被覆体３０は、例えばガラスクロスによって構成される。この被覆体３０は、複数のメアンダシート３２のうち最も外側に位置するメアンダシート３２を被覆することになる。
【００２１】
フィルム基板３４のメアンダシート３２側の表面には、図４に示すように、その端辺（この例では上側の長辺および右側の短辺［右側短辺は図示せず］）に沿って、直線状の電源側導体パターン３８が形成される。さらにフィルム基板３４には、電源側導体パターン３８に沿って所定間隔でスイッチ２８が複数実装される。これらスイッチ２８は、例えば比較的薄型の表面実装型の素子として構成され、その底面電極は例えばはんだ付けによって電源側導体パターン３８に接続される。また、そのメアンダシート３２側の面（上面）にはメアンダライン２６と電気的に接続するための電極が露出形成されている。そして、レドーム２４を組み上げてフィルム基板３４とメアンダシート３２とが当接した状態で、その電極がメアンダライン２６の一端側に当接し、当該スイッチ２８の接地側端子とメアンダライン２６とが電気的に接続するようになっている。一方、フィルム基板３４のメアンダシート３２側の表面には、他の端辺（この例では下側の長辺および左側の短辺）に沿って、接地側導体パターン４０が形成される。この接地側導体パターン４０は、レドーム２４を組み上げてフィルム基板３４とメアンダシート３２とが当接した状態で、メアンダライン２６の他端側に当接し、メアンダライン２６の他端と接地側導体パターン４０とが電気的に接続するようになっている。以上のようにして、電源側導体パターン３８、スイッチ２８、メアンダライン２６、接地側導体パターン４０および接地（グラウンド）がこの順に接続された回路が構成される。なお、ここでは図示しないが、スイッチ２８が別の制御信号によってＯＮ／ＯＦＦするタイプの素子（例えばＭＯＳ−ＦＥＴ等）とする場合は、メアンダシート３２上に、さらに制御信号用の導体パターンを形成すればよい。
【００２２】
スペーサ３６は、例えばＬ字型の二つの発泡ウレタンを組み合わせて枠状に構成されている。そして、レドーム２４が組み上げられた状態では、電波が透過する枠の内側の部分には、メアンダライン２６（およびメアンダシート３２）が配置され、上記スイッチ２８、電源側導体パターン３８および接地側導体パターン４０は、このスペーサ３６内に隠れるようになっている。
【００２３】
かかる構成において、上記スイッチ２８を例えばｐｉｎダイオードとした場合、逆方向バイアスの電圧を印加したときにはスイッチ２８はＯＦＦ状態となりメアンダライン２６は接地されず、放射元側から到来した直線偏波は円偏波または楕円偏波に変換されて出力される。他方、順方向バイアスの電圧を印加したときにはスイッチ２８はＯＮ状態となりメアンダライン２６は接地状態となり、放射元側から到来した直線偏波はそのまま出力される。このように、スイッチ２８のＯＮ／ＯＦＦを切り替えてメアンダライン２６の接地／非接地を切り替えることで、上述した構成要素を含むレドーム２４を偏波変換機構として機能させることができる。また、かかる構成において、円偏波、楕円偏波のいずれに変換されるか、すなわち出力される電波の偏波特性は、導通するメアンダライン２６の数や有効とするメアンダシート３２の数などによって決まる。つまり、複数のスイッチ２８を選択的にＯＮすることで、偏波特性をより緻密に多段階で制御することができるようになる。
【００２４】
また、かかる構成では、偏波変換機構の主要部分はレドーム２４内に収容される。これにより、直線偏波および円偏波（または楕円偏波）の両方を切り替えて放射可能なアンテナが、従来の直線偏波専用のアンテナあるいは円偏波専用のアンテナとほぼ同じ大きさで実現される。
【００２５】
次に、本実施形態にかかる偏波切替アンテナ１０を含むレーダ装置５０について図５を参照して説明する。図５は、レーダ装置５０の概略構成を示すブロック図である。
【００２６】
レーダ装置５０は、探知信号を生成する送信処理部５２と、探知対象で反射して到来した受信信号を処理する受信処理部５４と、を備える。送信処理部５２および受信処理部５４は、送受切替器５６を介して直線偏波放射機構５９（例えば導波管スロットアレイ１６を含む）に接続される。直線偏波放射機構５９から放射された電波は、偏波変換機構として機能するレドーム２４を経由して外部に放射される。探知画像取得部５８は、受信処理部５４で処理された信号に、さらに所定の処理を施すことにより、探知画像を取得する。取得された探知画像は、記憶部６０に格納される。
【００２７】
偏波切替アンテナ１０の可動部１４は、アンテナ駆動部（例えばモータを含む）６２によって水平面内で回転駆動される。可動部１４の回転に伴う放射方向の変化は、放射方向検出部６４によって検出される。
【００２８】
各メアンダライン２６の接地／非接地の制御は、メアンダ制御回路６６によって実行される。図５の例では、メアンダ制御回路６６は、メアンダシート３２単位でその有効／無効を切り替える信号を生成するようになっている。
【００２９】
制御部（例えばＣＰＵ等）６８は、レーダ装置５０の各機能の制御を司る。すなわち制御部６８は、例えば、送信処理部５２に対して送信信号の生成を指示したり、アンテナ駆動部６２に対して可動部１４の動作開始あるいは停止を指示したりする。
【００３０】
さらに制御部６８は、探知結果に基づいて偏波を切り替えるよう、メアンダ制御回路６６を制御することができる。一例として、制御部６８は、探知画像取得部５８あるいは記憶部６０から探知画像または探知結果を示す情報を取得し、その探知結果に例えば降雨等によるノイズが多く含まれる場合には、直線偏波を円偏波あるいは楕円偏波に切り替えるよう、メアンダ制御回路６６に対し指示信号を出力する。メアンダ制御回路６６は、これを受けて、全メアンダライン２６を有効とする信号を出力する。これにより、偏波変換機構が有効となり、円偏波が出力される。また、別の例として、いくつかの異なる偏波パターン（すなわち複数のスイッチ２８のＯＮ／ＯＦＦのパターン；例えば、パターンＡ：全メアンダシート（のメアンダライン）有効，パターンＢ：前から二つのメアンダシートのみ有効，パターンＣ：最前のメアンダシートのみ有効など）についてそれぞれ探知結果を取得し、制御部６８が、それらのうち最も良好な探知結果が得られるもの（例えばノイズ成分が少ないもの）を選択して、それに対応する偏波パターンとなるようにメアンダ制御回路６６を制御してもよい。
【００３１】
なお、レーダ装置５０は、制御部６８に接続される入力部（例えばキーボード等）７０および出力部（例えばディスプレイ等）７２を備えており、各種情報の入力や、設定の変更、探知画像の確認等を行うことができるようになっている。
【００３２】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されない。例えば、上記実施形態では、メアンダシート（に含まれるメアンダラインの）単位でその有効／無効を切り替えたが、これを、一つのメアンダライン単位、あるいは複数のメアンダライン単位で、その有効／無効を切り替えるようにしてもよい。そのために、各メアンダラインに対応するスイッチのＯＮ／ＯＦＦを、個別あるいは所定の組単位で制御するようにしてもよい。これにより、多種多様な偏波を出力することができるようになる。また、電波の放射されるフィールドの状況に応じた所定の物理量を検出するセンサを設け、そのセンサの検出結果に基づいて偏波を切り替えるようにしてもよい。例えば、降雨を検出するセンサ（例えば水センサ等）を設けた場合、降雨が検出されたときには円偏波に切り替えるように制御することができるし、有効とするメアンダライン（あるいはその数）を降雨量に応じて選択するようにしてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、直線偏波、円偏波、楕円偏波を切り替えて放射可能な偏波切替アンテナをより小型・軽量に実現することができる。また、状況に応じてより緻密に偏波特性を制御してレーダ装置や通信装置の受信信号における探知性能や受信性能を向上することができるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる偏波切替アンテナの外観を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる偏波切替アンテナを側方から見た断面図である。
【図３】本発明の実施形態にかかる偏波切替アンテナのレドームの上面図である。
【図４】本発明の実施形態にかかる偏波切替アンテナのレドームの一部を正面側から見た斜視図である。
【図５】本発明の偏波切替アンテナを備えるレーダ装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０偏波切替アンテナ、１２台座部、１４可動部、１６導波管スロットアレイ、１８垂直偏波抑圧格子、２０ホーン、２２拡開導波管、２４レドーム、２６メアンダライン、２８スイッチ、３０被覆体、３２メアンダシート、３４フィルム基板、３６スペーサ、３８電源側導体パターン、４０接地側導体パターン、５０レーダ装置、５２送信処理部、５４受信処理部、５６送受切替器、５８探知画像取得部、５９直線偏波放射機構、６０記憶部、６２アンテナ駆動部、６４放射方向検出部、６６メアンダ制御回路、６８制御部、７０入力部、７２出力部。

Claims

直線偏波を放射する直線偏波放射部と、
前記直線偏波放射部によって放射された直線偏波を円偏波または楕円偏波に変換する複数のメアンダラインを含む偏波変換部と、
前記メアンダラインの接地／非接地を切り替えるスイッチと、
を備え、
前記メアンダラインの接地／非接地の切り替えによって出力波の偏波特性を切り替えることを特徴とする偏波切替アンテナ。
前記スイッチは、メアンダライン毎に設けられることを特徴とする請求項１に記載の偏波切替アンテナ。
複数のメアンダラインの組単位で接地／非接地が切り替えられることを特徴とする請求項１または２に記載の偏波切替アンテナ。
前記偏波変換部はメアンダラインを複数含むメアンダシートを複数積層して備え、
前記メアンダシート単位で接地／非接地が切り替えられることを特徴とする請求項３に記載の偏波切替アンテナ。
前記直線偏波放射部から放射先側に向けて拡開する導波管が形成されるホーンと、
前記ホーンの開口部に設けられるレドームと、
を備え、
前記レドームは、前記メアンダラインを複数含むメアンダシートを含むことを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか一つに記載の偏波切替アンテナ。
請求項１〜５のうちいずれか一つに記載の偏波切替アンテナと、
偏波切替アンテナから送信する送信信号を生成する送信処理部と、
前記送信信号が探知対象で反射して受信された受信信号から探知結果を取得する探知結果取得部と、
を備えるレーダ装置。
前記探知結果に基づいて前記スイッチを制御する制御部を備える請求項６に記載のレーダ装置。