JP2008005063A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のサブアレイを使用するレーダ装置では捜索欠損領域を無くすためにマルチビームを形成する方式が用いられているが、その手段が複雑化してハードウェアー規模が増大する。本発明は複数のサブアレイと簡易なビーム形成回路構成で、大開口と等価な性能のレーダ用などのアンテナ装置を提供する。
【解決手段】複数のサブアレイ１０と、サブアレイ１０の受信信号を合成してビームを形成する構造が簡単なラットレースまたはラットレースを複数組み合わせた回路１１を用いて、マルチビームの低レベル領域を補完したビームを形成する。例えば２個のサブアレイ１０の場合、その受信信号を合成し、信号の和（Σ）の信号のビームと、差（Δ）の信号のビームを形成し、ΣのピークとΔのナル、ΣのナルとΔのピークの各方向を一致させ、ΣとΔの２ビームを重ね合わせることにより低レベル領域を補完する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーダ用等のアンテナ装置に関し、特に離隔配置された複数のサブアレイを用いたアンテナ装置に関する。

レーダ装置の探知性能を高めるためにはアンテナの開口を大きくして利得の向上を図る必要があるが、設置場所の制約等から大口径のアンテナを装備するのは困難を伴うことが多いものである。

そこで、小開口のフェーズドアレイを複数配置して大開口と同等の利得を得る「分散開口アレイ」を用いたレーダ装置が提案されている（特許文献１参照）。

図１４はこの分散開口アレイを用いたレーダ装置を示す図である。送受信ビーム１０１を形成する送受サブアレイ１０、位相補正回路１８、ＦＦＴ回路１９、目標検出回路２１、合成回路２２、送信位相回路２３、分配回路２４及び送信機１４で構成される。複数のサブアレイを用いたレーダ用アンテナ装置に関し、送信、受信ともにマルチビームを用いた分散開口アレイを構成し、送信位相回路２３により時分割マルチビームを形成して送信を行い、ＦＦＴ（又はＤＦＴ）回路１９によりマルチビームを形成して合成回路２２を介して受信するものである。
特開２００５−１４０６３９号公報

特許文献１記載のレーダ装置は、捜索欠損領域をなくし、捜索効率の劣化の防止を図る為、受信マルチビーム、送信マルチビームあるいは送受信マルチビームを用いるように構成したものであるが、これらマルチビームを形成する手段として、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）回路（受信系）又はディジタル・フーリエ変換（ＤＦＴ）回路（受信系）及び分配回路と送信位相回路（送信系）等を必要とし、回路構成が複雑でハードウェアー規模が増大するという問題がある。

また、従来の大開口アンテナを分割して複数のサブアレイを合成する方式のアンテナでは、実効ビーム幅内で低レベル領域が生じるという問題がある。更に、低レベル領域をマルチビームで補完する方法では、マルチビームを形成する手段が複雑化してハードウェアー規模が増大するという問題がある。

（発明の目的）
本発明の目的は、離隔配置した複数のサブアレイと簡易なビーム形成回路構成で、ハードウェアー規模増大を抑制するとともに、実効ビーム幅内で低レベル領域を補完した大開口アンテナと等価な性能のレーダ用等のアンテナ装置を提供する。

本発明は上記課題を解決するものであり、小開口の複数のサブアレイと簡単な構造のラットレースあるいは複数のラットレースを組み合わせたラットレース回路を用いてマルチビームを形成し、かつマルチビームの低レベル領域を補完（補間）してアンテナの構成簡易化等を図ったものである。

本発明のレーダ装置は、ビーム指向方向を一致させて任意の距離で直線上に離隔配置された２^ｎ（ｎは正の整数）個のサブアレイと、前記サブアレイに接続され、２個のサブアレイを単位とする受信信号を合成して和（Σ）と差（Δ）の信号のビームを形成する少なくとも２^ｎ−１個のラットレースを含むラットレース回路と、前記２^ｎ個のサブアレイの少なくとも１個に送信信号を供給する送信機と、前記ラットレース回路に接続され、前記ラットレース回路により形成されたビームの低レベル領域を補完した合成ビームとして受信する受信機と、を備えたことを特徴とし、
また、前記サブアレイは４個（ｎ＝２）以上であり、前記ラットレース回路は前記２^ｎ−１個のラットレースに接続され、該２^ｎ−１個のラットレースの前記和と差の信号のそれぞれの和と差（ΣΣ、ΣΔ、ΔΣ、ΔΔ）の信号のビームを形成する複数のラットレースを含むことを特徴とし、更に、前記複数のラットレースは、前記２^ｎ−１個のラットレースの２個を単位とする受信信号を合成して和と差の信号のビームを形成する２^ｎ−１個のラットレースを含むことを特徴とする。

また、前記サブアレイは８個（ｎ＝３）以上であり、前記複数のラットレースは、前記２^ｎ−１個のラットレースの２個を単位とする受信信号を合成して和と差（ΣΣ、ΣΔ、ΔΣ、ΔΔ）の信号のビームを形成する第１の２^ｎ−１個のラットレースと、当該第１の２^ｎ−１個のラットレースの前記和と差の信号のそれぞれの和と差（ΣΣΣ、ΣΣΔ、ΣΔΣ、ΣΔΔ、ΔΣΣ、ΔΣΔ、ΔΔΣ、ΔΔΔ）の信号のビームを形成する第２の２^ｎ−１個のラットレースと、を含むことを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。

更に、前記サブアレイの信号の位相を制御してビームを走査する走査手段を備え、前記送信機はサーキュレータを介して少なくとも１個のサブアレイに接続され、又は前記送信機及び受信機は、切替器及びサーキュレータを介して前記ラットレース回路に接続されたことを特徴とする。

また、前記サブアレイは、複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子のそれぞれに接続された移相器を内蔵する送受信モジュールと、前記アンテナ素子の信号を合成分配する合成分配手段を備え、前記ラットレースは同軸型又は導波管型のラットレースであり、レーダ用アンテナ装置として構成されたことを特徴とする。

より具体的には、ビーム指向方向を一致させて任意の距離で直線上に離隔配置された２個の送受信サブアレイと、前記送受信サブアレイに接続され、受信信号を合成して和と差（Σ、Δ）の信号のビームを形成するラットレースと、前記ラットレースの和と差の信号の端子にサーキュレータ及び切替器を介して接続される送信機及び受信機と、前記送受信サブアレイ内の移相器を制御してビームを走査する走査手段を備え、又は、ビーム指向方向を一致させて任意の距離で直線上に離隔配置された１個の送受信サブアレイと１個の受信サブアレイとで構成された２個のサブアレイと、前記送受信サブアレイにサーキュレータを介して接続された送信機と、前記送受信サブアレイ及び受信サブアレイの受信信号を合成して和と差（Σ、Δ）の信号のビームを形成するラットレースと、前記ラットレースの和と差の信号の端子に接続され合成ビームとして受信する受信機と、前記サブアレイ内の移相器を制御してビームを走査する走査手段を備える。

また、ビーム指向方向を一致させて等間隔の距離で直線上に離隔配置された４個の送受信サブアレイと、前記送受信サブアレイに接続され、２個の送受信サブアレイを単位とする受信信号を合成した和と差（Σ、Δ）の信号に対しそれぞれの和と差（ΣΣ、ΣΔ、ΔΣ、ΔΔ）の信号のビームを形成するラットレース回路と、前記ラットレース回路の前記和と差の信号に対するそれぞれの和と差（ΣΣ、ΣΔ、ΔΣ、ΔΔ）の各信号の端子に切替器及びサーキュレータを介して接続される送信機及び受信機と、前記送受信サブアレイ内の移相器を制御してビームを走査する走査手段を備え、又は、ビーム指向方向を一致させて等間隔の距離で直線上に離隔配置された１個の送受信サブアレイと３個の受信サブアレイとで構成された４個のサブアレイと、前記送受信サブアレイにサーキュレータを介して接続された送信機と、前記送受信サブアレイ及び受信サブアレイの２個のサブアレイを単位とする受信信号を合成した和と差（Σ、Δ）の信号に対しそれぞれの和と差（ΣΣ、ΣΔ、ΔΣ、ΔΔ）の信号のビームを形成するラットレース回路と、前記ラットレース回路の前記和と差の信号に対するそれぞれの和と差の各信号の端子に接続され合成ビームとして受信する受信機と、前記サブアレイ内の移相器を制御してビームを走査する走査手段を備える。

（作用）
２^ｎ（ｎは正の整数）個のサブアレイと、ΣとΔのビームを形成する単一又は複数のラットレースの組み合わせによりマルチビームを形成し、低レベルの領域を補完した合成ビームのアンテナ指向性を実現する。ラットレースはレーダの測角等に用いられている簡易な構造部品であり、従来のデジタルビームフォーミング（ＤＢＦ）等の方式に比べてハードウェアー規模の増大を抑圧できる。

例えば、アレイアンテナの分割数が最小の２個のサブアレイの場合、２個のサブアレイとラットレース回路によりΣとΔの独立した２つのビームが形成され、この２ビームはピークとピークの間に生じるナルが交互に形成される。ΣのピークとΔのナル、ΣのナルとΔのピークの各方向を一致させ、ΣとΔの２ビームを重ね合わせることにより低レベル領域を補完する。また、４分割した４個のサブアレイの場合、４個のサブアレイを２個−２個に分離して上記２個のサブアレイと同様にラットレース回路でビーム合成する。上記各２個のサブアレイのΣとΔの信号を新たにラットレース回路２個によりΣΣ、ΣΔ、ΔΣ、ΔΔの４つの信号に合成分配する。このΣΣ、ΣΔ、ΔΣ、ΔΔの４つのビームを重ね合わせることにより低レベル領域を補完する。

本発明によれば、複数のサブアレイを直線上に離隔配置することにより等価的に大開口の性能を保持したレーダ用などのアンテナ装置を構成できるとともに、レーダの測角等に用いられている簡単なラットレースあるいはラットレースを組み合わせたラットレース回路を用いることにより、複数のサブアレイのマルチビームの低レベル領域を補完することが可能であり、ハードウェアー規模の増大を抑制でき、小型、軽量化も可能となる。

本発明のアンテナ装置についてレーダ用アンテナ装置の例により実施の形態により詳細に説明する。
（実施の形態１）
（構成の説明）
図１は本発明の第１の実施の形態１の構成を示す図である。直線上（線状）に離隔配置した２個の送受信サブアレイ１０と、ラットレース回路１１と、２個のサーキュレータ１２ａ、１２ｂと、切換器１３と、送信機１４と、受信機１５と、ビーム走査ユニット１６とで構成される。

各送受信サブアレイ１０は複数のアンテナ素子１０２と、各アンテナ素子１０２に直結され、それぞれ内部に移相器を有する送受信モジュール１０３と、各送受信モジュール１０３に共通に接続された合成分配器１０４とを備え、それぞれ１個のフェーズドアレイアンテナを構成している。ここで合成分配器１０４は、受信時に送受信モジュール１０３の出力を合成してラットレース回路１１に出力し、送信時にラットレース回路１１からの送信信号を送受信モジュール１０３に分配して出力する。

また、各送受信サブアレイ１０は、ラットレース回路１１のアンテナ側の入出力端子に接続され、ラットレース回路１１の送信機と受信機側の入出力端子は、それぞれサーキュレータ１２ａ、１２ｂと切換器１３を介して送信機と受信機に切り替え接続可能に構成されている。

更に、ビーム走査ユニット１６は、各送受信サブアレイ１０の送受信ビーム１０１の方位を同一方向に走査するものであり、走査範囲に応じて送受信モジュール１０３の移相器の移相量を制御する。また、切換器１３は送受信に同期して送信機及び受信機をサーキュレータ１２ａ、１２ｂの何れか側に接続するように切り替えるスイッチ回路で構成されている。

図２は本実施の形態１のラットレース回路の構成例を示す図であり、（イ）は同軸型ラットレース回路、（ロ）は導波管型ラットレース回路である。

同軸型ラットレース回路は、伝送線路上に設けた４つの入出力端子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄであって、アンテナ側の端子Ａ、Ｂと、該端子Ａ、Ｂへの入力信号が同相合成される端子Ｃ（「Σ端子」という。）と、逆相合成される端子Ｄ（「Δ端子」という。）とを備える。

導波管型ラットレース回路は、４つの入出力端子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄであって、アンテナ側の端子Ａ、Ｂから入力した電磁波が同相合成される和の信号（Σ）の端子Ｃ（Σ端子）と、逆相合成される差の信号（Δ）の端子Ｄ（Δ端子）とを備える。

つまり、何れのラットレース回路も、受信時には各合成分配器１０４から端子Ａ、Ｂに入力した各受信信号をサーキュレータ１２ａ側に同相（Σ）で出力するとともにサーキュレータ１２ｂ側に逆相（Δ）で出力し、送信時にはサーキュレータ１２ａ側から端子Ｃに入力した送信信号を同相で各合成分配器１０４に出力し、サーキュレータ１２ｂ側から端子Ｄに入力した送信信号を逆相で各合成分配器１０４に出力する。

（動作の説明）
本発明の第１の実施の形態１の動作について図１〜４を参照して説明する。
最初にビーム走査ユニット１６について説明する。ビーム走査ユニット１６は送受信モジュール１０３内の移相器の移相量を制御し、アンテナ素子１０２の送信信号又は受信信号（「送受信信号」という。）の移相量を変化させることにより、各送受信サブアレイ１０の送受信ビーム１０１の方位を同一方向に走査する。つまり、ビーム走査ユニット１６の制御信号により、各移相器による送受信信号の位相φが同相に制御された場合、図１に示すようにアンテナ素子列と直角方向の鋭い指向性のビーム１０１が形成され、送受信信号の隣接する移相器による位相φが順次一定量異なるように制御された場合には該位相差に応じて、同図の矢印方向に変化するビームが形成される。

次に、本実施の形態１の切替器１３の切り替え及び送受信動作と、送受信サブアレイ１０の送受信ビーム１０１の指向性（ビームパターン）について説明する。

本実施の形態１の送信機１４と受信機１５の送受信動作は図１に示すように送信と受信を交互に繰り返す動作であり、切替器１３のスイッチは連動して１送受信毎に上下に切り替わる。つまり、図示のスイッチ状態において、送信タイミングに送信機１４から送信信号を、送受信を分離するサーキュレータ１２ａを介してラットレース回路１１のΣ端子に供給して、各サブアレイ１０から電波を放射し、目標からの反射波の受信タイミングに各サブアレイ１０、ラットレース回路１１のΣ端子、サーキュレータ１２ａを介して受信機１５で受信する。次に切換器１３を切り替え図示と逆のスイッチ状態において、送信タイミングに送信機１４から送信信号をサーキュレータ１２ｂを介してラットレース回路１１のΔ端子に供給し、各サブアレイ１０から電波を放射し、目標からの反射波の受信タイミングに各サブアレイ１０、ラットレース回路１１のΔ端子、サーキュレータ１２ａを介して受信機１５で受信する。
以上の送受信動作の繰り返しにより、以下に説明するようなマルチビームの所望のビームパターンの送受信特性を実現することができる。

図３は２個のサブアレイにより形成されるビームの指向性の特性を示す図であり、（イ）はΣのビーム、（ロ）はΔのビーム、（ハ）はそれらの重ね合わせ（Σ＋Δ）のビームである。同図は便宜上、送受信モジュール１０３内の各移相器により送受信信号に与える位相φを同相とし、ビームパターンはメインビーム部分（中央部分）の特性を示すものである。

２個のサブアレイ１０によるビームパターンは送受信信号の位相関係（２個のサブアレイの送受信信号が同相関係か逆相関係か）により決定され、Σ端子の送受信信号に対するサブアレイにより形成されるΣのビームの指向性は、図３（イ）に示すように、複数のアンテナ素子と直角方向のメインローブと、前記直角方向に対し順次ずれた（傾いた）方向の複数の周期的なサイドローブとからなるパターンとなる。これに対し、Δ端子の送受信信号に対するサブアレイにより形成されるΔのビームの指向特性は、２個のサブアレイ１０１のΔのビーム（メインビーム部分）の指向性は、図３（ロ）に示すように、Σのビームの指向性の周期的なヌル点にローブが形成された指向特性が得られる。

そこで、図３（イ）及び（ロ）のビームを重ね合わせるように合成すると、重ね合わせたΣとΔのビーム（Σ+Δ）は、図３（ハ）に示すような合成パターンとなり、２ビームを重ね合わせることにより低レベルの領域が補完される。この合成パターンの利得が３ｄＢ下がるまでの範囲を実効ビーム幅として利用することができる。

本実施の形態１により送信機１４からの送信信号によるサブアレイ１０の合成ビームと、受信機１５で得られる受信信号の合成ビームは、あたかも前記２ビームを重ね合わせた特性として実現できる。例えば受信機１５では、前記ΣのビームとΔのビームの受信信号が交互に受信されることになり、受信信号を表示する等により、あたかも図３（ハ）に示すような重ね合わせたΣとΔのビームの合成パターンで空間に電波を放射し受信したようにみえ、実質的な合成パターンが実現される。

図４は本実施の形態１の２個のサブアレイの合成指向性計算例を示す図である。この計算条件は、各サブアレイのアンテナ素子を２０素子とし、アンテナ素子の間隔をλ／２間隔とし、各サブアレイを２０λで離隔配置した場合であって、サブアレイは低サイドローブの振幅分布とした例である。図４に示す合成パターン（シミュレーションパターン）のメインビーム部分（点線の丸囲い部分）が図３（イ）〜（ニ）に示すビームパターンに相当する。

以上のように、ΣのビームとΔのビームの２ビームはピークとピークの間に低レベル領域のナルが交互に生じ、ΣのビームのピークとΔのビームのナル、ΣのビームのナルとΔのビームのピークの各方向が一致するため、ΣのビームとΔのビームの２ビームを重ね合わせることにより低レベルの領域が補完される。ここで合成ビームのピークの包らく線は単体サブアレイのビームと同様となり実行ビーム幅はサブアレイパターンに等しくなる。

本実施の形態１によれば、小型の送受信サブアレイとラットレース回路を使用して、複雑な信号処理を不要とするとともに、送信及び受信で等価的に大開口のアンテナが構成される。

（実施の形態２）
図５は本発明の第２の実施の形態２の構成を示す図である。図１に示す実施の形態１では２個の送受信サブアレイの使用例を示したが、本実施の形態２では一方のサブアレイに送受信機能を持たせ、他方のサブアレイを受信専用として構成したものである。

送受信サブアレイ１０と、受信サブアレイ２０と、ラットレース回路１１と、サーキュレータ１２と、送信機１４と、受信部１５ａ、１５ｂと信号処理部１５ｃを備える受信機１５と、ビーム走査ユニット１６とで構成される。

送受信サブアレイ１０はアンテナ素子１０２、送受信モジュール１０３、合成分配器１０４で構成され、送受信ビーム１０１を形成する。また、受信サブアレイ２０はアンテナ素子２０２、受信モジュール２０３、合成器２０４で構成され、受信ビーム２０１を形成する。尚、送受信ビーム１０１と受信ビーム２０１は同一形状のビームパターンとし、該ビームパターンはビーム走査ユニット１６により同一方向に走査される。

本実施の形態２のラットレース回路１１は、受信サブアレイ２０及びサーキュレータ１２を介する送受信サブアレイ１０と接続され、送信機１４は送受を分離するサーキュレータ１２を介して送受信サブアレイ１０と接続される。また、ラットレース回路１１のΣ、Δ端子は受信機１５に接続される。

受信機１５では前記Σ端子が受信部１５ａに接続され、Δ端子が受信部１５ｂに接続され、信号処理部１７は受信部１５ａ、１５ｂの出力を処理し、例えば、両受信機の受信信号の信号レベルの大きい方が出力されるように信号処理を行い、受信機１５は全体として受信信号についてΣのビームとΔのビームを重ね合わせた合成パターンによる受信を実現する。

以上の構成により、送信動作では送信機１４からの送信信号をサーキュレータ１２を介して送受信サブアレイ１０に出力し、受信動作では送受信サブアレイ１０の受信信号をサーキュレータ回路１１を介してラットレース回路１１に入力するとともに、受信サブアレイ２０の受信信号をラットレース回路１１に入力し、受信機１５がラットレース回路１１のΣ端子及びΔ端子からの受信信号を受信する。

本実施の形態２では図２に示す何れのラットレース回路も使用可能であり、送受信サブアレイ１０と受信サブアレイ２０によりΣのビームとΔのビームが形成され、受信ビームは図３に示すように低レベルの（方位）領域を別の受信ビームにより補完される。また、実施の形態２の計算条件を各サブアレイのアンテナ素子を２０素子とし、アンテナ素子の間隔をλ／２間隔とし、各サブアレイを２０λで離隔配置した場合でサブアレイの低サイドローブの振幅分布とすると、図４と同じ合成指向性計算例が得られる。
本実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に小型の送受信サブアレイとラットレース回路を使用して、複雑な信号処理を不要とするとともに、受信における等価的に大開口のアンテナが構成され、受信部で同時に受信することにより捜索効率の改善が図られる。

（実施の形態３）
図６は本発明の第３の実施の形態３（４個のサブアレイ）の構成を示す図である。本実施の形態３では、実施の形態１と同様の送受信ビーム１０１を形成するサブアレイの指向方向を一致させ、等間隔で離隔配置された４個の送受信サブアレイ１０と、４個のラットレースを組み合わせて構成したラットレース回路（以下、ネットワーク回路ともいう。）１８と、４個のサーキュレータ１２ａ〜１２ｄと、切換器１３と、送信機１４と、受信機１５と、ビーム走査ユニット１６で構成される。

図７は、４個のサブアレイに対するネットワーク回路１７の構成を示す図である。４個のサブアレイの場合に用いる同軸型のネットワーク回路の構成例であり、図２（イ）に示すラットレースと同様の４個のラットレースＲ１〜Ｒ４でネットワーク化したものであり、ラットレースＲ１〜Ｒ４の組み合わせは、Ｒ１の入出力端子はＡＮＴ１とＡＮＴ２に接続され、そのΣ端子はＲ３の入出力端子に接続され、Δ端子はＲ４の入出力端子に接続されている。また、Ｒ２の入出力端子はＡＮＴ２とＡＮＴ４に接続され、そのΣ端子はＲ３の入出力端子に接続され、Δ端子は９０°の位相ステップを持たせるために９０°位相遅延路を介してＲ４の入出力端子に接続されている。

以上の構成により、ＡＮＴ１〜４の送受信信号（ＡＮＴ１信号、ＡＮＴ３信号、ＡＮＴ２信号、ＡＮＴ４信号）について、（ＡＮＴ１信号＋ＡＮＴ３信号）＋（ＡＮＴ２信号＋ＡＮＴ４信号）（「ΣΣ」という。）、（ＡＮＴ１信号＋ＡＮＴ３信号）−（ＡＮＴ２信号＋ＡＮＴ４信号）（「ΣΔ」という。）、（ＡＮＴ１信号−ＡＮＴ３信号）＋（ＡＮＴ２信号−ＡＮＴ４信号）（「ΔΣ」という。）、（ＡＮＴ１信号−ＡＮＴ３信号）−（ＡＮＴ２信号−ＡＮＴ４信号）（「ΔΔ」という。）の４つの信号によるビームが形成される。

図８は４個のサブアレイによるΣΣ、ΣΔ、ΔΣ、ΔΔのビーム及びビーム合成を示す図である。（イ）がΣΣ、（ロ）がΣΔ、（ハ）がΔΣ、（ニ）ΔΔのビームであり、それぞれピークとピークの間に２つの小ローブと３つのナルが形成される。

図９は４個のサブアレイに与える位相関係を示す図である。各ビームの方位方向の位置関係は信号に与える位相（位相傾斜）により調整可能であり、同図に示すような位相傾斜により、ΣΣ、ΣΔ、ΔΣ、ΔΔのビームの方位方向の位置関係を最適化できる。

図８（イ）〜（ニ）に示す４ビームはナルとピークが補完する位置関係にあり、切換器１３により送信機１４と受信機１５をサーキュレータ１２ａから１２ｄの順に接続して、その都度、送受信動作を行うように繰り返し動作させると、送信機１４からの送信信号によるサブアレイ１０の合成ビームと、受信機１５で得られる受信信号の合成ビームは、あたかも前記４ビームを重ね合わせたようになり、図８（ホ）に示すように低レベル領域が補完され、低レベル領域をなくすことが可能である。

図１０は、本実施の形態３の４個のサブアレイの合成指向性計算例を示す図である。計算条件を各サブアレイのアンテナ素子を２０素子とし、その間隔をλ／２間隔とし、各サブアレイを２０λで離隔配置した場合の例である。図８（イ）〜（ホ）は図１０に示すパターンのメインローブ部分（点線の丸囲い部分）に相当する。

本実施の形態３によれば、小型の送受信サブアレイと簡単なラットレースの組合せのネットワーク回路の使用により、複雑な信号処理を不要とするとともに、送信及び受信において等価的に大開口のアンテナが構成できる。

（実施の形態４）
図１１は本発明の第４の実施の形態４（４個のサブアレイ）の構成を示す図である。４個のサブアレイの１つに送受信機能を持たせ、３個のサブアレイを受信専用として構成したものである。指向方向を一致させ、等間隔で離隔配置された１個の送受信サブアレイ１０と、３個の受信サブアレイ２０と、ネットワーク回路１７と、サーキュレータ１２と、送信機１４と、受信部１５ｄ〜１５ｇと信号処理部１５ｈを備える受信機１５と、ビーム走査ユニット１６とで構成される。送受信サブアレイ１０及び受信サブアレイの構成は実施の形態２と同様であり、ネットワーク回路１７の構成は図７に示す構成と同様である。４個のサブアレイの場合に用いる同軸型ネットワーク回路では、４個のラットレースでネットワーク回路とし、ΣΣ、ΣΔ、ΔΣ、ΔΔの４つのビームを形成する。実施の形態３と同様に指向性の調整用の位相ステップを持たせるためにラットレース間接続に９０°位相遅延路を１個挿入している。

送受信モジュール及び受信モジューに内蔵されている移相器はビーム走査ユニット１６により制御され、各アンテナ素子の送受信信号の位相が変化し、送受信サブアレイ１０及び受信サブアレイ２０により形成されるそれぞれ送受信ビーム１０１及び受信ビームは走査される。

本実施の形態４では、送信機１４からサーキュレータ１２を介して送受信サブアレイ１０に送信信号が供給され、送受信サブアレイ１０からの受信信号はサーキュレータ１２を介してネットワーク回路１７に入力し、また、３個の受信サブアレイ２０からの受信信号はネットワーク回路１７に入力し、ΣΣ、ΣΔ、ΔΣ、ΔΔの４ビームが形成される。

ネットワーク回路１７の受信機側の各端子に受信機１５の４個の受信部１５ｄ〜１５ｇを接続して同時に受信する。受信部１５ｄ〜１５ｇの全ての受信信号は信号処理部１５ｈに入力し、例えば各受信信号の最も信号レベルの大きい信号を出力するように処理され、ΣΣ、ΣΔ、ΔΣ、ΔΔのビームを重ね合わせた合成ビームによる受信を実現する。

本実施の形態４の４ビーム及びその重ね合わせによる合成ビームのパターンは図８（イ）〜（ニ）及び（ホ）に示すパターンと同様であり、各サブアレイのアンテナ素子を２０素子、アンテナ素子の間隔をλ／２間隔とし、各サブアレイを２０λで離隔配置した場合、図１０に示す４個サブアレイの合成指向性計算例と同様である。
実施の形態４によれば、小型の送受信サブアレイと簡単なラットレースの組合せのネットワーク回路の使用により、複雑な信号処理を不要とするとともに、受信における等価的大開口のアンテナを実現でき、４個のサブアレイの同時受信により捜索効率の改善が図られる。

（他の実施の形態）
以上、本発明のサブアレイ数について２個及び４個の実施の形態について説明したが、本発明はサブアレイの数が８個以上である、２のべき乗個の場合についても構成可能であり、この場合にも複数のラットレースでネットワーク回路を構成し、マルチビームの低レベルの領域を補完したビームを形成するアンテナ装置を構成することが可能である。

一般に、本発明のアンテナ装置の受信系は、ビーム指向方向を一致させて任意の距離で直線上（線状）に離隔配置した２^ｎ個のサブアレイと、単一ないし複数のラットレースで構成したネットワーク回路（ラットレース回路）と、受信機とで構成する。送受信の構成としては、ネットワーク回路に送信機及び受信機を切換器及びサーキュレータを介して接続して、送信時に全てのサブアレイへ送信信号を供給し、受信時にネットワーク回路のマルチビームの合成ビームにより受信するように構成する。又は、サブアレイの少なくとも１個のサブアレイに送信信号を供給して送受信に兼用する構成とし、ネットワーク回路に受信機を固定的に接続してマルチビームの合成ビームにより受信するように構成する。

また、２^ｎ（ｎは正の整数）個のサブアレイに接続されるネットワーク回路は、２個のサブアレイ（互いに２^ｎ−１）離れたサブアレイ）を単位とする受信信号を合成して和と差の信号のビームを形成する少なくとも２^ｎ−１個のラットレースを含み、送信機は前記２^ｎ個のサブアレイの少なくとも１個に送信信号を供給し、受信機は前記ネットワーク回路に接続され、前記ネットワーク回路により形成されたビームの低レベル領域を補完した合成ビームとして受信する。２個のサブアレイの場合、ネットワーク回路は単一のラットレースで構成される。４個（ｎ＝２）のサブアレイの場合、ネットワーク回路は２個のラットレースと、該２個のラットレースの前記和と差の信号のそれぞれの和と差の信号のビームを形成する２個のラットレースを含む。

８個（ｎ＝３）のサブアレイの場合、ネットワーク回路は４個のラットレースと、前記４（２^２）個のラットレースの２個を単位とする受信信号を合成して和と差の信号のビームを形成する第１の４個のラットレースと、当該第１の４個のラットレースの前記和と差の信号のそれぞれの和と差の信号のビームを形成する第２の４個のラットレースを含む。

従って、８個（ｎ＝３）のサブアレイの場合の実施の形態としては、ビーム指向方向を一致させて任意の距離で直線上に離隔配置された８個のサブアレイと１２個のラットレースを組み合わせたネットワーク回路と送信機及び受信機とを図６に示す構成と同様の接続方法により構成する。又は、８個のサブアレイと１２個のラットレースを組み合わせたネットワーク回路と送信機と受信機とを図１１に示す接続方法と同様の方法で接続して構成する。

図１２は８個のサブアレイに対するネットワーク回路の構成を示す図である。８個のサブアレイ１〜８の互いに４つ離れたサブアレイ２個を単位とするサブアレイの受信信号のΣとΔ（Σ、Δ）の信号のビームを形成する４個のラットレースＲ１〜Ｒ４と、ラットレースＲ１〜Ｒ４のΣとΔの信号それぞれのΣとΔ（ΣΣ、ΣΔ、ΔΣ、ΔΔ）の信号のビームを形成する４個のラットレースＲ５〜Ｒ８と、ラットレースＲ５〜Ｒ８のΣとΔ（ΣΣ、ΣΔ、ΔΣ、ΔΔ）の信号それぞれのΣとΔ（ΣΣΣ、ΣΣΔ、ΣΔΣ、ΣΔΔ、ΔΣΣ、ΔΣΔ、ΔΔΣ、ΔΔΔ）の信号のビームを形成する４個のラットレースＲ９〜Ｒ１２と、から構成される。

図１３は８個のサブアレイに与える位相関係を示す図である。各ビームの方位方向の位置関係は信号に与える位相（位相傾斜）により調整可能であり、ネットワーク回路に４５°、９０°、１３５°（一般に１８０°／２^ｎ−１及び／又はその整数倍）の位相遅延路を挿入し、８個のサブアレイに同図に示すような位相傾斜を与えることにより、マルチビームの方位方向の位置関係を最適化できる。

送信機及び受信機を切り替える構成の場合には、受信機の出力をそのまま表示装置で表示等に使用可能であり、特別の信号処理を行うことなく、あたかも複数のビームを合成した合成ビームで受信したとものと同様に扱うことが可能である。また、ネットワーク回路に受信機を固定的に接続して受信する場合には、例えば、信号レベルの最も大きい信号を出力する信号処理により所望の合成ビームによる受信が可能である。

以上の実施の形態で切換器を使用する場合に、受信機の出力をそのまま表示装置で表示等に使用可能であり、特別の信号処理を行うことなく、あたかも複数のビームを合成した合成ビームで受信したとものと同様に扱うことが可能であるが、ピークとヌルが一致するように複数のビームを合成するため、例えば、受信出力にメモリ等を使用した信号処理回路を接続して、２つの受信信号の受信時間を一致させ、両信号の信号レベルの大きい方を出力する処理を行うことで両信号の合成ビームを形成することも可能である。

更に、複数のサブアレイ間の離隔間隔は、増減するとサブアレイパターンのマルチビームのビーム数が増減するが、サブアレイパターンの包絡線の幅はほぼ同じであり、ラットレース回路によるビームのピークとヌルによる低レベル領域の補間に関しては任意に設定可能である。

なお、以上の実施の形態における送受信サブアレイあるいは受信サブアレイの構成品である各モジュールとしては移相器に加えて電力増幅器、低雑音増幅器を具備する送受信モジュールあるいは低雑音増幅器を具備する受信モジュールとすることができることは明らかである。

本発明の第１の実施の形態１の構成を示す図である。 本実施の形態１のネットワーク回路の構成例を示す図であり、（イ）は同軸型ラットレース、（ロ）は導波管型ラットレースである。 ２個のサブアレイにより形成されるビームの指向性の特性を示す図であり、（イ）はΣのビーム、（ロ）はΔのビーム、（ハ）はそれらの重ね合わせ（Σ＋Δ）のビームである。 本実施の形態１（２個のサブアレイ）の合成指向性計算例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態２の構成を示す図である。 本発明の第３の実施の形態３（４個のサブアレイ）の構成を示す図である。 ４個のサブアレイに対するネットワーク回路の構成を示す図である。 ４個のサブアレイによるΣΣ、ΣΔ、ΔΣ、ΔΔのビーム及び合成ビームを示す図である。 ４個のサブアレイに与える位相関係を示す図である。 本実施の形態３（４個のサブアレイ）の合成指向性計算例を示す図である。 本発明の第４の実施の形態４（４個のサブアレイ）の構成を示す図である。 ８個のサブアレイに対するネットワーク回路の構成を示す図である。 ８個のサブアレイに与える位相関係を示す図である。 従来の分散開口アレイを用いたレーダ装置を示す図である。

符号の説明

１０ 送受信サブアレイ
１１ ラットレース回路
１２、１２ａ〜１２ｄ サーキュレータ
１３ 切換器
１４ 送信機
１５ 受信機
１５ａ、１５ｂ、１５ｄ〜１５ｇ 受信部
１５ｃ、１５ｈ 信号処理部
１６ ビーム走査ユニット
１７ ラットレース回路（ネットワーク回路）
１８ 遅延・位相補正回路
１９ ＦＦＴ（又はＤＦＴ）回路
２０ 受信サブアレイ
２１ 目標検出回路
２２ 合成回路
２３ 送信位相回路
２４ 分配回路
１０１ 送受信ビーム
１０２ アンテナ素子
１０３ 送受信モジュール
１０４ 合成分配器
２０１ 受信ビーム
２０２ アンテナ素子
２０３ 受信モジュール
１０４ 合成器

Claims (14)

1. ビーム指向方向を一致させて任意の距離で直線上に離隔配置された２^ｎ（ｎは正の整数）個のサブアレイと、前記サブアレイに接続され、２個のサブアレイを単位とする受信信号を合成して和と差の信号のビームを形成する少なくとも２^ｎ−１個のラットレースを含むラットレース回路と、前記２^ｎ（ｎは正の整数）個のサブアレイの少なくとも１個に送信信号を供給する送信機と、前記ラットレース回路に接続され、前記ラットレース回路により形成されたビームの低レベル領域を補完した合成ビームとして受信する受信機と、を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記サブアレイは４個（ｎ＝２）以上であり、前記ラットレース回路は前記２^ｎ−１個のラットレースに接続され、該２^ｎ−１個のラットレースの前記和と差の信号のそれぞれの和と差の信号のビームを形成する複数のラットレースを含むことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
3. 前記複数のラットレースは、前記２^ｎ−１個のラットレースの２個を単位とする受信信号を合成して和と差の信号のビームを形成する２^ｎ−１個のラットレースを含むことを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
4. 前記サブアレイは８個（ｎ＝３）以上であり、前記複数のラットレースは、前記２^ｎ−１個のラットレースの２個を単位とする受信信号を合成して和と差の信号のビームを形成する第１の２^ｎ−１個のラットレースと、当該第１の２^ｎ−１個のラットレースの前記和と差の信号のそれぞれの和と差の信号のビームを形成する第２の２^ｎ−１個のラットレースと、を含むことを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
5. 前記サブアレイの信号の位相を制御してビームを走査する走査手段を備えることを特徴とする請求項１ないし４の何れかの請求項記載のアンテナ装置。
6. 前記送信機はサーキュレータを介して少なくとも１個のサブアレイに接続されたことを特徴とする請求項１ないし５の何れかに記載のアンテナ装置。
7. 前記送信機及び受信機は、切替器及びサーキュレータを介して前記ラットレース回路に接続されたことを特徴とする請求項１ないし５の何れかに記載のアンテナ装置。
8. 前記ラットレースは同軸型又は導波管型のラットレースであり、レーダ用アンテナ装置として構成されたことを特徴とする請求項１ないし７の何れかに記載のアンテナ装置。
9. ビーム指向方向を一致させて任意の距離で直線上に離隔配置された２個の送受信サブアレイと、前記送受信サブアレイに接続され、受信信号を合成して和と差の信号のビームを形成するラットレースと、前記ラットレースの和と差の信号の端子にサーキュレータ及び切替器を介して接続される送信機及び受信機と、前記送受信サブアレイ内の移相器を制御してビームを走査する走査手段を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
10. ビーム指向方向を一致させて任意の距離で直線上に離隔配置された１個の送受信サブアレイと１個の受信サブアレイとで構成された２個のサブアレイと、前記送受信サブアレイにサーキュレータを介して接続された送信機と、前記送受信サブアレイ及び受信サブアレイの受信信号を合成して和と差の信号のビームを形成するラットレースと、前記ラットレースの和と差の信号の端子に接続され合成ビームとして受信する受信機と、前記サブアレイ内の移相器を制御してビームを走査する走査手段を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
11. ビーム指向方向を一致させて等間隔の距離で直線上に離隔配置された４個の送受信サブアレイと、前記送受信サブアレイに接続され、２個の送受信サブアレイを単位とする受信信号を合成した和と差の信号に対しそれぞれの和と差の信号のビームを形成するラットレース回路と、前記ラットレース回路の前記和と差の信号に対するそれぞれの和と差の各信号の端子に切替器及びサーキュレータを介して接続される送信機及び受信機と、前記送受信サブアレイ内の移相器を制御してビームを走査する走査手段を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
12. ビーム指向方向を一致させて等間隔の距離で直線上に離隔配置された１個の送受信サブアレイと３個の受信サブアレイとで構成された４個のサブアレイと、前記送受信サブアレイにサーキュレータを介して接続された送信機と、前記送受信サブアレイ及び受信サブアレイの２個のサブアレイを単位とする受信信号を合成した和と差の信号に対しそれぞれの和と差の信号のビームを形成するラットレース回路と、前記ラットレース回路の前記和と差の信号に対するそれぞれの和と差の各信号の端子に接続され合成ビームとして受信する受信機と、前記サブアレイ内の移相器を制御してビームを走査する走査手段を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
13. 送受信サブアレイは複数のアンテナ素子と、前記アンテナ素子に接続され移相器を内蔵する送受信モジュールと、前記送受信サブアレイのアンテナ素子の信号を合成分配する合成分配手段を有することを特徴とする請求項９ないし１２の何れかに記載のアンテナ装置。
14. 受信サブアレイは複数のアンテナ素子と、前記アンテナ素子に接続され移相器を内蔵する受信モジュールと、前記受信サブアレイのアンテナ素子の信号を合成する合成手段を有することを特徴とする請求項１０又は１２記載のアンテナ装置。

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