JP2009194475A - Phased array antenna - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フェーズドアレイアンテナに係り、特にDBF(Digital Beam Foaming)により所定の方向にマルチビームを形成するフェーズドアレイアンテナに関する。 The present invention relates to a phased array antenna, and more particularly to a phased array antenna that forms a multi-beam in a predetermined direction by DBF (Digital Beam Forming).
従来より、航空機や飛翔体等の目標の探知・追尾に用いられるレーダのアンテナとして、複数のアンテナ素子を配列し位相制御を行なうフェーズドアレイアンテナが実現されている。また、レーダエコー信号の受信においては、配列された各アンテナ素子からの受信信号をそれぞれにデジタル信号に変換し、演算によりビームを形成するDBF技術も採用される。DBF技術は、ビーム形成やビーム走査での自由度が比較的大きいことから、特にマルチビームを形成することによってレーダシステムの多目的化や多機能化に寄与している。 2. Description of the Related Art Conventionally, a phased array antenna that performs phase control by arranging a plurality of antenna elements has been realized as a radar antenna used for detecting and tracking a target such as an aircraft or a flying object. Also, in receiving a radar echo signal, a DBF technique is adopted in which a received signal from each arrayed antenna element is converted into a digital signal and a beam is formed by calculation. Since the DBF technology has a relatively high degree of freedom in beam forming and beam scanning, it contributes to multi-purpose and multi-functionalization of the radar system by forming multi-beams in particular.
このようなDBFを用いたフェーズドアレイアンテナにおいて、アンテナ素子を、例えば方位方向及び仰角方向に対応させて2次元に配列した場合、すべてのアンテナ素子からの受信信号をデジタル信号に変換して方位及び仰角の両方向に対してDBF技術を用いてマルチビームを形成することは、製作及びコストを含む多くの面において負荷が大きい。また、レーダシステムの運用環境等も考慮して、方位及び仰角のいずれか一方向はRF合成とし他方をDBF技術によるマルチビーム形成とした、一次元DBF方式としたアンテナ装置も開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
In such a phased array antenna using DBF, when antenna elements are arranged two-dimensionally, for example, corresponding to the azimuth direction and the elevation angle direction, the received signals from all the antenna elements are converted into digital signals, and the azimuth and Forming multi-beams using DBF technology in both directions of elevation is heavy in many aspects, including fabrication and cost. In consideration of the operating environment of the radar system and the like, an antenna device using a one-dimensional DBF method is disclosed in which any one of azimuth and elevation is RF-combined and the other is multi-beam formed by DBF technology ( For example, see
この特許文献に開示された事例では、水平方向に1次元のマルチビームを形成する受信1次元DBFフェーズドアレイアンテナが開示されている。
ところでレーダシステムにおいては、飛来する航空機や飛翔体等の目標に対してより適切に対処するため、その他の種々のシステム運用上の要求等も踏まえ、マルチビームを形成するアンテナを用いて多機能化、あるいは複数の運用モードを実現するように考案されることがある。このときには、複数の運用モードに対しては、それぞれのモード毎により適切な形状のマルチビームを形成することが必要となる。すなわち、一例として、捜索モードで遠方より飛来する目標を捜索し、探知後は追尾モードで監視する場合、捜索モードでは比較的低仰角の範囲に形成したマルチビームを方位角方向に回転させ、対象となる目標を探知した後は、角度範囲を限定するなどしながら目標の動きに合わせて適切な方向にマルチビームを形成しながら追尾し監視する。 By the way, in the radar system, in order to cope more appropriately with targets such as flying aircraft and flying objects, multi-functions are made by using antennas that form multi-beams in consideration of various other system operation requirements. Or, it may be devised to realize a plurality of operation modes. At this time, for a plurality of operation modes, it is necessary to form a multi-beam having a more appropriate shape for each mode. That is, as an example, when searching for a target flying from a distance in the search mode and monitoring in the tracking mode after detection, in the search mode, the multi-beam formed in a relatively low elevation range is rotated in the azimuth direction, and the target After the target is detected, tracking and monitoring are performed while forming a multi-beam in an appropriate direction according to the movement of the target while limiting the angle range.
しかしながら、上述のような1次元DBF方式のフェーズドアレイアンテナを用いた場合には、方位方向、又は仰角方向のいずれか1方向にしかDBFによるマルチビーム形成を行なうことができない。従って、目標の運動方向にあわせて効率的にマルチビーム形成を行なうには、その方向に対する自由度が十分ではなかった。また、アンテナ全体を機械的に回転するなどによってマルチビームを形成する方向を所望の方向とすることはできるが、この場合には、例えば偏波面等も変化してしまうなど、回転により所期のレーダシステムの性能を得られなくなるおそれがあった。 However, when the above-described one-dimensional DBF type phased array antenna is used, multi-beam formation by DBF can be performed only in one of the azimuth direction and the elevation angle direction. Therefore, in order to efficiently perform multi-beam formation in accordance with the target movement direction, the degree of freedom in that direction has not been sufficient. In addition, the direction in which the multi-beam is formed can be set to a desired direction by mechanically rotating the entire antenna. However, in this case, for example, the polarization plane may be changed, so that the expected rotation may occur. There was a risk that the performance of the radar system could not be obtained.
本発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり、DBFによってマルチビームを形成する方向を瞬時に切換え選択して出力するフェーズドアレイアンテナを提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a phased array antenna that instantaneously switches and selects a direction in which a multi-beam is formed by a DBF.
上記目的を達成するために、第1の発明のフェーズドアレイアンテナは、2次元の開口面にマルチビームを形成するフェーズドアレイアンテナにおいて、行方向及び列方向の2次元に配列された複数のアンテナ素子と、前記アンテナ素子毎に設けられ、前記アンテナ素子で受信した受信信号に所定の移相量を与える複数の移相器と、前記移相器毎に設けられ、前記移相器で移相後の受信信号を2分配して出力する複数の分配器と、前記分配器の一方の分配出力を前記アンテナ素子の各列毎に電力合成し第1の合成受信信号として出力する第1の複数の合成器と、前記分配器の他方の分配出力を前記アンテナ素子の各行毎に電力合成し第2の合成受信信号として出力する第2の複数の合成器と、前記第1の合成受信信号、または前記第2の合成受信信号のいずれかを前記マルチビームの形成方向に対応させて選択し出力する複数の選択器と、前記複数の選択器に対応して設けられ、前記選択器で選択された合成受信信号を受信処理してデジタル信号に変換する複数の受信処理器と、前記複数の受信処理器で変換されたデジタル信号に基づき所定の方向に前記マルチビームを形成するビーム形成器とを有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a phased array antenna according to a first aspect of the present invention is a phased array antenna that forms a multi-beam on a two-dimensional aperture surface, and a plurality of antenna elements arranged two-dimensionally in the row direction and the column direction. A plurality of phase shifters that are provided for each of the antenna elements and give a predetermined phase shift amount to a received signal received by the antenna elements, and are provided for each of the phase shifters and after the phase shift by the phase shifter A plurality of distributors that divide and output the received signal in two, and a first plurality that outputs one distributed output of the distributor for each column of the antenna elements as a first combined received signal A combiner, a second plurality of combiners that combine the power of the other distributed output of the distributor for each row of the antenna elements and output as a second combined received signal, and the first combined received signal, or Said second synthesis A plurality of selectors that select and output one of the reception signals in correspondence with the multi-beam forming direction, and a combined reception signal that is provided corresponding to the plurality of selectors and selected by the selector A plurality of reception processors for processing and converting into digital signals; and a beam former for forming the multi-beams in a predetermined direction based on the digital signals converted by the plurality of reception processors. .
また、第2の発明のフェーズドアレイアンテナは、2次元の開口面にマルチビームを形成するフェーズドアレイアンテナにおいて、行方向及び列方向の2次元に配列された複数のアンテナ素子と、前記アンテナ素子毎に設けられ、前記アンテナ素子で受信した受信信号に所定の移相量を与える複数の移相器と、前記移相器毎に設けられ、前記移相器で移相後の受信信号を前記マルチビームの形成方向に対応させて2方向のいずれかに切換出力する複数の切換器と、前記切換器の一方の切換出力を前記アンテナ素子の各列毎に電力合成し第1の合成受信信号として出力する第1の複数の合成器と、前記切換器の他方の切換出力を前記アンテナ素子の各行毎に電力合成し第2の合成受信信号として出力する第2の複数の合成器と、前記第1の合成受信信号、または前記第2の合成受信信号のいずれかを前記マルチビームの形成方向に対応させて選択し出力する複数の選択器と、前記複数の選択器に対応して設けられ、前記選択器で選択された合成受信信号を受信処理してデジタル信号に変換する複数の受信処理器と、前記複数の受信処理器で変換されたデジタル信号に基づき所定の方向にマルチビームを形成するビーム形成器とを有することを特徴とする。 A phased array antenna according to a second aspect of the present invention is a phased array antenna that forms a multi-beam on a two-dimensional aperture, and includes a plurality of antenna elements arranged two-dimensionally in a row direction and a column direction, and each antenna element. A plurality of phase shifters for providing a predetermined amount of phase shift to a received signal received by the antenna element; and a phase shifter provided for each of the phase shifters. A plurality of switches that switch-output in one of two directions corresponding to the beam forming direction, and one switch output of the switch is power-combined for each column of the antenna elements as a first combined received signal A first plurality of combiners for outputting; a second plurality of combiners for combining the power of the other switching output of the switch for each row of the antenna elements and outputting as a second combined received signal; Synthesis of 1 A plurality of selectors for selecting and outputting either a reception signal or the second combined reception signal in correspondence with a forming direction of the multi-beam, and a selector corresponding to the plurality of selectors. A plurality of reception processors for receiving and processing the combined reception signal selected in step (b) and converting them into digital signals; and a beam former for forming a multi-beam in a predetermined direction based on the digital signals converted by the plurality of reception processors. It is characterized by having.
本発明によれば、DBFによってマルチビームを形成する方向を、瞬時に切換え選択することができるフェーズドアレイアンテナを得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a phased array antenna capable of instantaneously switching and selecting a direction in which a multi-beam is formed by DBF.
以下に、本発明に係るフェーズドアレイアンテナを実施するための最良の形態について、図1乃至図4を参照して説明する。 The best mode for carrying out the phased array antenna according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
図1は、本発明に係るフェーズドアレイアンテナの第1の実施例を示すブロック図である。本実施例においては、アンテナ素子を仰角方向及び方位角方向の2次元にそれぞれn個配列した場合を例示している。また、アンテナは送信及び受信で可逆性を有するため、以下の説明ではレーダ信号を受信する場合を中心に説明する。 FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a phased array antenna according to the present invention. In this embodiment, a case where n antenna elements are arranged two-dimensionally in the elevation angle direction and the azimuth angle direction is illustrated. Further, since the antenna has reversibility in transmission and reception, the following description will focus on the case of receiving a radar signal.
図1に示したように、このフェーズドアレイアンテナは、仰角方向、及び方位角方向にそれぞれn個ずつマトリクス状に配列されたn×n個のアンテナ素子11(#11〜#nn)、これら各アンテナ素子に対応して設けられたn×n個の移相器12(#11〜#nn)、これら移相器の後段に同様に設けられたn×n個の分配器13(#11〜#nn)、分配器13で2分配後の一方の出力を各列毎に仰角方向に電力合成するn個の縦電力合成器14(#1〜#n)、及び分配器13の他方の出力を各行毎に方位角方向に電力合成するn個の横電力合成器15(#1〜#n)から構成されている。
As shown in FIG. 1, this phased array antenna includes n × n antenna elements 11 (# 11 to #nn) arranged in a matrix of n pieces each in the elevation direction and the azimuth direction. N × n number of phase shifters 12 (# 11 to #nn) provided corresponding to the antenna elements, and n × n number of distributors 13 (# 11 to # 11) similarly provided in the subsequent stage of these phase shifters. #Nn), n vertical power combiners 14 (# 1 to #n) that combine the outputs of the two divided by the
また、それぞれn個の縦電力合成器14及び横電力合成器15の後段で、いずれかの合成後の信号を選択して通過させるn個の信号選択器16(#1〜#n)、これらn個の信号選択器16に選択信号を供給するDBF方向制御器17、n個の信号選択器16に対応して設けられたn個の受信器18(#1〜#n)及びn個のA/D変換器19(#1〜#n)、ならびに変換後の信号に基づき所定のビームを形成するビーム形成器20から構成されている。
In addition, n signal selectors 16 (# 1 to #n) that select and pass one of the combined signals after the n vertical power combiners 14 and the horizontal power combiners 15, respectively.
n×n個の各アンテナ素子11はそれぞれに信号を受信して後段の移相器12に送出する。これらのアンテナ素子11(#11〜#nn)は、仰角方向(縦方向)及び方位角方向(横方向)の2次元にn個ずつマトリクス状に配置され、アレイアンテナとしての開口面を形成している。開口面となるアレイ配列面は、平面あるいは曲面とすることもできる。移相器12はn×n個の各アンテナ素子11のそれぞれに対応して設けられており、各アンテナ素子11で受信した信号を後段において所定の合成位相により合成する際に必要となる移相量を各信号に対して与える。これら移相器12の後段には、それぞれのアンテナ素子11及び移相器12に対応してn×n個の分配器13(#11〜#nn)が設けられている。これらn×n個の分配器13はいずれも入力信号を等分する2分配器であり、対応する移相器12からの信号を2分配して送出する。
Each of the n ×
n個の縦電力合成器14(#1〜#n)は、アンテナ素子11がマトリクス状にアレイ配列された各列に対応して設けられ、分配器13で2分配された信号の一方を各列(縦方向)毎に電力合成して対応する信号選択器16に送出する。同様に、n個の横電力合成器15(#1〜#n)は、アレイ配列の各行に対応して設けられており、分配器13で2分配後の信号の他方を各行(横方向)に電力合成して対応する信号選択器16に送出する。n個の信号選択器16(#1〜#n)は、それぞれn個の縦電力合成器14及び横電力合成器15に対応して設けられており、DBF方向制御器17からの制御信号に基づいて、これら縦電力合成器14及び横電力合成器15から送出される合成後の信号のいずれか一方を選択して後段に送出する。DBF方向制御器17は、これらn個の信号選択器16に対する制御信号を生成し送出する。信号の選択制御にあたっては、n個すべての信号選択器16が同じ側を選択するように制御する。
The n vertical power combiners 14 (# 1 to #n) are provided corresponding to the columns in which the
n個の信号選択器16の後段には、それぞれに対応してn個の受信器18(#1〜#n)及びA/D変換器19(#1〜#n)が設けられている。受信器18は、対応する信号選択器16からの信号に低雑音増幅、フィルタリング、周波数変換、検波等の受信処理を施し、さらに、A/D変換器19は受信処理後の信号をデジタル信号に変換してビーム形成器20に送出する。ビーム形成器20は、n個のA/D変換器19からのデジタル信号からDBF手法を用いてマルチビーム形成を含む所望のビーム形成処理を行ない、形成したビームでの受信結果を後段に送出する。
In the subsequent stage of the
次に、前出の図1、ならびに図2及び図3の説明図を参照して、上述のように構成された本実施例のフェーズドアレイアンテナの動作について説明する。まず、図1において、マトリクス状にアレイ配列されたn×n個のアンテナ素子11で受信された受信信号は、それぞれのアンテナ素子に対応して設けられた移相器12にて所定の移相量を与えられ、n×n個の対応する分配器13に送出される。各分配器13では、これら移相器12からの受信信号を2分配し、分配後の信号をそれぞれn個ずつ設けられた縦電力合成器14及び横電力合成器15の中のひとつに送出する。この時の各分配器からの送出先となる縦電力合成器14は、n個の縦電力合成器の中でそれぞれの分配器13自身のアレイ配列の列に対応して設けられたひとつの縦電力合成器であり、また、送出先となる横電力合成器15は、n個の横電力合成器の中でそれぞれの分配器13自身のアレイ配列の行に対応して設けられたひとつの横電力合成器である。そして、縦電力合成器14からは列毎に仰角方向にRF電力合成された受信信号が、また横電力合成器15からは行毎に方位角方向にRF電力合成された受信信号がそれぞれ出力され、対応するn個の信号選択器16に送られる。
Next, the operation of the phased array antenna according to the present embodiment configured as described above will be described with reference to FIG. 1 and the explanatory diagrams of FIGS. First, in FIG. 1, received signals received by n ×
n個の信号選択器16では、DBF方向制御器17からの制御信号に基づいて、それぞれn個の縦電力合成器14または横信号合成器15からの受信信号のどちらか一方が選択される。このとき、n個の信号選択器16は、すべて同じ側を選択するように制御される。すなわち、すべての信号選択器16が縦電力合成器14からのn個の信号を選択するか、またはすべての信号選択器16が横電力合成器15からのn個の信号を選択するかのいずれかに制御される。これらの制御は、DBF方向制御器17によって行なわれる。選択された受信信号は、それぞれの信号選択器16に対応して設けられたn個の受信器18に送出される。そして、それぞれに受信器18で受信処理され、さらにA/D変換器19でデジタル信号に変換された後、ビーム形成器20に送出される。ビーム形成器20においては、n個のA/D変換器19からのデジタル信号からDBF手法を用いてマルチビーム等、所望するビームの形成処理を行ない、その処理結果として、形成したビームによる受信信号が後段に出力される。
In the
本実施例のフェーズドアレイアンテナにて形成されるビームの概念図の事例を、DBF方向制御器17による制御、及びビーム形成器20によるビーム形成処理に関連づけて図2及び図3に示す。これらはいずれもレーダ装置の受信に適用した事例を示したものであり、図2の事例では、DBF方向制御器17は、信号選択器16に対して縦電力合成器14からの合成信号を選択する制御信号を送出するとともに、ビーム形成器20はこれら選択された信号を用いてDBF手法によるマルチビームを形成した場合を示している。すなわちこの場合には、アンテナ素子11が仰角方向及び方位角方向に配列された2次元のアンテナ開口面に対して、仰角方向にはRF電力合成し、方位角方向にはDBF手法によるビーム形成処理を行なって所望のマルチビームを得ているので、例えば、方位角方向にマルチビームを同時に形成して広い方位角範囲を一括捜索するような運用場面に好適である。
An example of a conceptual diagram of a beam formed by the phased array antenna of this embodiment is shown in FIGS. 2 and 3 in association with the control by the
一方、図3の事例では、信号選択器16では横電力合成器15からの合成信号が選択され、ビーム形成器20でマルチビーム形成を行なった場合を示している。すなわち、方位角方向にはRF電力合成を行ない、仰角方向にはDBF手法によるマルチビーム形成を行なっているので、例えば、仰角方向にマルチビームを同時に形成して探知後の複数の対象目標を比較的狭い方位角範囲の中で一括追尾するような運用場面に好適である。このように、図2の事例では方位角方向に、また図3の事例では仰角方向にそれぞれ1次元のDBF処理を行なっているが、その方向の選択は、DBF方向制御器17からの制御信号により電子的に切換え選択している。
On the other hand, in the case of FIG. 3, the
以上説明したように、本実施例においては、仰角方向及び方位角方向の2次元にマトリクス状に配列されたアンテナ素子で受信した信号を2分配し、各列(縦方向、すなわち仰角方向)毎、及び各行(横方向、すなわち方位角方向)毎にRF電力合成を行なっている。そして、各列毎、あるいは各行毎に合成された信号のどちらか一方を選択することによって2次元のアンテナ開口面においてRF電力合成する一方向を選択するとともに、選択した合成信号を用いてDBF手法によるビーム形成処理を行ない、もう一方の方向に対してマルチビームを形成している。そして、各列毎、あるいは各行毎に合成された信号の選択を切り換えることによって、その方向を電子的かつ瞬時に入れ替えている。これにより、DBFによってマルチビームを形成する方向を、瞬時に切換え選択することができるフェーズドアレイアンテナを得ることができる。 As described above, in this embodiment, the signals received by the antenna elements arranged in a two-dimensional matrix in the elevation angle direction and the azimuth angle direction are divided into two, and each column (vertical direction, that is, the elevation angle direction) is divided. , And for each row (lateral direction, that is, azimuth angle direction), RF power synthesis is performed. Then, by selecting one of the signals synthesized for each column or each row, one direction for synthesizing the RF power in the two-dimensional antenna aperture is selected, and the DBF method is performed using the selected synthesized signal. The multi-beam is formed in the other direction. Then, the direction is electronically and instantaneously switched by switching the selection of the signal synthesized for each column or each row. Thereby, it is possible to obtain a phased array antenna capable of instantaneously switching and selecting the direction in which the multi-beam is formed by the DBF.
従って、DBF手法によりマルチビームを形成する方向に対する自由度を有するので、例えば、本実施例のようなフェーズドアレイアンテナをレーダシステム等に適用すれば、図2及び図3に例示したように、ビームを指向させる空間を運用場面や目標の状況等に合わせて効率的に限定してリソースを集中させる運用が可能となる。 Accordingly, since it has a degree of freedom with respect to the direction in which a multi-beam is formed by the DBF method, for example, if a phased array antenna as in this embodiment is applied to a radar system or the like, as illustrated in FIG. 2 and FIG. It is possible to efficiently concentrate resources by efficiently limiting the space to be oriented according to the operation scene and the target situation.
図4は、本発明に係るフェーズドアレイアンテナの第2の実施例を示すブロック図である。この第2の実施例について、図1に示す第1の実施例の各部と同一の部分は同一の符号で示し、その説明は省略する。この第2の実施例が第1の実施例と異なる点は、マトリクス状に配列された複数のアレイアンテナで受信した信号を仰角方向に対して列毎に、また方位角方向に対して行毎に電力合成する際に、第1の実施例においては、各アンテナ素子11からの受信信号を分配器13により2分配したのに対し、第2の実施例においてはこれをDBF方向制御器17からの選択信号によって受信信号の出力方向を2方向のいずれかに切換出力する切換器21を用い、この切換器21から出力される受信信号を用いるようにした点である。以下、前出の図1乃至図3及び図4を参照してその相違点のみを説明する。
FIG. 4 is a block diagram showing a second embodiment of the phased array antenna according to the present invention. In the second embodiment, the same parts as those in the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The second embodiment is different from the first embodiment in that signals received by a plurality of array antennas arranged in a matrix are column by column with respect to the elevation angle direction and row by row with respect to the azimuth angle direction. In the first embodiment, the received signal from each
図4に例示したように、このフェーズドアレイアンテナは、仰角方向、及び方位角方向にそれぞれn個ずつマトリクス状に配列されたn×n個のアンテナ素子11(#11〜#nn)、これら各アンテナ素子に対応して設けられたn×n個の移相器12(#11〜#nn)、これら移相器の後段に同様に設けられたn×n個の2方向への切換器21(#11〜#nn)、切換器21の2方向切換出力の一方を各列毎に仰角方向に電力合成するn個の縦電力合成器14(#1〜#n)、及び切換器21の他方の切換出力を各行毎に方位角方向に電力合成するn個の横電力合成器15(#1〜#n)から構成されている。
As illustrated in FIG. 4, this phased array antenna includes n × n antenna elements 11 (# 11 to #nn) arranged in a matrix of n pieces each in the elevation direction and the azimuth direction. N × n phase shifters 12 (# 11 to #nn) provided corresponding to the antenna elements, and n × n two-
また、それぞれn個の縦電力合成器14及び横電力合成器15の後段で、いずれかの合成後の信号を選択して通過させるn個の信号選択器16(#1〜#n)、n×n個の2方向への切換器21及びn個の信号選択器16の両者を連動させるように選択信号を供給するDBF方向制御器17、n個の信号選択器16に対応して設けられたn個の受信器18(#1〜#n)及びn個のA/D変換器19(#1〜#n)、ならびに変換後の信号に基づき所定のビームを形成するビーム形成器20から構成されている。
In addition, n signal selectors 16 (# 1 to #n) that select and pass one of the combined signals at the subsequent stage of the n
切換器21(#11〜#nn)は、アンテナ素子11(#11〜#nn)及び移相器12(#11〜#nn)のそれぞれに対応して設けられ、入力信号を2方向のどちらか一方に切換えて出力する。本実施例では、DBF方向制御器17からの選択信号に基づいて、移相器12からの受信信号を対応する列の縦電力合成器14(#1〜#n)、または対応する行の横電力合成器15(#1〜#n)のどちらか一方に切換出力する。また、DBF方向選択器17は、DBF手法によりマルチビームを形成する方向に基づいて、これら切換器21の出力先を縦電力合成器14または横電力合成器15のいずれか一方に切換えるとともに、その切換に連動させて信号選択器16に対して、縦電力合成器14または横電力合成器15で合成後の受信信号のいずれかを通過させるための選択信号を生成し、切換器21(#11〜#nn)及び信号選択器16(#1〜#n)に送出する。
The switchers 21 (# 11 to #nn) are provided corresponding to the antenna elements 11 (# 11 to #nn) and the phase shifters 12 (# 11 to #nn), respectively. Switch to either one and output. In the present embodiment, based on the selection signal from the
次に、前出の図4、ならびに図2及び図3の説明図を参照して、上述のように構成された本実施例のフェーズドアレイアンテナの動作について、第1の実施例との相違点を中心に説明する。まず、図4において、受信信号は、各アンテナ素子11及び移相器12を経由して対応する切換器21に送られる。各切換器21では、これら受信信号は、DBF方向制御器17からの選択信号に基づき、対応する縦電力合成器14または横電力合成器15のどちらか一方に切換出力され、電力合成される。電力合成された受信信号は、信号選択器16において、同じくDBF方向制御器17からの選択信号に基づき、切換器21の切換と連動するように縦電力合成器14または横電力合成器15のどちらか一方の合成出力が選択され、後段の受信器18に送出される。
Next, referring to FIG. 4 and the explanatory diagrams of FIGS. 2 and 3, the operation of the phased array antenna of the present embodiment configured as described above is different from the first embodiment. The explanation will be focused on. First, in FIG. 4, the received signal is sent to the
上記した、DBF方向制御器17から切換器21及び信号選択器16に送られる選択信号は、DBF手法によりマルチビームを形成する方向に基づいて生成される。すなわち、図2に例示したように方位角方向にマルチビームを形成するのであれば、この選択信号は、仰角方向には縦電力合成器14により受信信号をRF電力合成するように切換器21を切換え、これと連動するように、縦電力合成器14からの合成信号を選択するように信号選択器16を制御する。一方、図3に例示したように仰角方向にマルチビームを形成するのであれば、この選択信号は、切換器21に対しては横電力合成器15へ受信信号を出力するように、また信号選択器16に対しては横電力合成器15からの合成信号を選択するように、それぞれ制御する。
The selection signal sent from the
そして、信号選択器16で選択された合成信号は、受信器18及びA/D変換器19でそれぞれ信号処理され、ビーム形成器20においてDBF手法により所望のマルチビームが形成される。
The combined signal selected by the
以上説明したように、本実施例においても、アンテナ素子が仰角方向及び方位角方向の2次元にマトリクス状に配列された開口面において、2次元のどちらか一方向をRF電力合成し、これら合成後の信号を用いて他方向をDBF手法によるマルチビーム形成処理を行なうとともに、RF電力合成する方向及びDBF手法によりマルチビームを形成する方向は、選択信号により電子的かつ瞬時に入れ替えている。従って、第1の実施例と同等な効果を得ることができる。加えて、切換器を用いることにより分配器による分配損に対応する信号損失を減少させることができるので、特に後段における受信信号処理時の雑音指数等においてより有利となる。 As described above, also in this embodiment, the RF power is synthesized in one direction of two dimensions on the aperture plane in which the antenna elements are arranged in a two-dimensional matrix in the elevation direction and the azimuth direction, and the synthesis is performed. The multi-beam forming process by the DBF method is performed in the other direction using the later signal, and the direction of combining the RF power and the direction of forming the multi-beam by the DBF method are electronically and instantaneously switched by the selection signal. Therefore, an effect equivalent to that of the first embodiment can be obtained. In addition, since the signal loss corresponding to the distribution loss due to the distributor can be reduced by using the switching device, it is more advantageous particularly in the noise figure at the time of reception signal processing in the subsequent stage.
なお、本発明は、上記した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合せてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above-described embodiments. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
11 アンテナ素子
12 移相器
13 分配器
14 縦電力合成器
15 横電力合成器
16 信号選択器
17 DBF方向制御器
18 受信器
19 A/D変換器
20 ビーム形成器
21 切換器
DESCRIPTION OF
Claims (2)
行方向及び列方向の2次元に配列された複数のアンテナ素子と、
前記アンテナ素子毎に設けられ、前記アンテナ素子で受信した受信信号に所定の移相量を与える複数の移相器と、
前記移相器毎に設けられ、前記移相器で移相後の受信信号を2分配して出力する複数の分配器と、
前記分配器の一方の分配出力を前記アンテナ素子の各列毎に電力合成し第1の合成受信信号として出力する第1の複数の合成器と、
前記分配器の他方の分配出力を前記アンテナ素子の各行毎に電力合成し第2の合成受信信号として出力する第2の複数の合成器と、
前記第1の合成受信信号、または前記第2の合成受信信号のいずれかを前記マルチビームの形成方向に対応させて選択し出力する複数の選択器と、
前記複数の選択器に対応して設けられ、前記選択器で選択された合成受信信号を受信処理してデジタル信号に変換する複数の受信処理器と、
前記複数の受信処理器で変換されたデジタル信号に基づき所定の方向に前記マルチビームを形成するビーム形成器と
を有することを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。 In a phased array antenna that forms a multi-beam on a two-dimensional aperture,
A plurality of antenna elements arranged two-dimensionally in a row direction and a column direction;
A plurality of phase shifters that are provided for each antenna element and give a predetermined phase shift amount to a received signal received by the antenna element;
A plurality of distributors that are provided for each of the phase shifters and that distribute and output the received signal after the phase shift by the phase shifter;
A plurality of first combiners that combine the power of one distribution output of the distributor for each column of the antenna elements and output as a first combined received signal;
A second plurality of combiners that combine the power of the other distributed output of the distributor for each row of the antenna elements and output as a second combined received signal;
A plurality of selectors for selecting and outputting either the first combined received signal or the second combined received signal in correspondence with the multi-beam forming direction;
A plurality of reception processors which are provided corresponding to the plurality of selectors, receive the combined reception signals selected by the selectors, and convert them into digital signals;
A phased array antenna, comprising: a beam former that forms the multi-beams in a predetermined direction based on digital signals converted by the plurality of reception processors.
行方向及び列方向の2次元に配列された複数のアンテナ素子と、
前記アンテナ素子毎に設けられ、前記アンテナ素子で受信した受信信号に所定の移相量を与える複数の移相器と、
前記移相器毎に設けられ、前記移相器で移相後の受信信号を前記マルチビームの形成方向に対応させて2方向のいずれかに切換出力する複数の切換器と、
前記切換器の一方の切換出力を前記アンテナ素子の各列毎に電力合成し第1の合成受信信号として出力する第1の複数の合成器と、
前記切換器の他方の切換出力を前記アンテナ素子の各行毎に電力合成し第2の合成受信信号として出力する第2の複数の合成器と、
前記第1の合成受信信号、または前記第2の合成受信信号のいずれかを前記マルチビームの形成方向に対応させて選択し出力する複数の選択器と、
前記複数の選択器に対応して設けられ、前記選択器で選択された合成受信信号を受信処理してデジタル信号に変換する複数の受信処理器と、
前記複数の受信処理器で変換されたデジタル信号に基づき所定の方向にマルチビームを形成するビーム形成器と
を有することを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。 In a phased array antenna that forms a multi-beam on a two-dimensional aperture,
A plurality of antenna elements arranged two-dimensionally in a row direction and a column direction;
A plurality of phase shifters that are provided for each antenna element and give a predetermined phase shift amount to a received signal received by the antenna element;
A plurality of switches that are provided for each phase shifter, and that switch-output the received signal after the phase shift by the phase shifter in either of two directions corresponding to the formation direction of the multi-beam;
A plurality of first combiners that combine the power of one switching output of the switch for each column of the antenna elements and output as a first combined received signal;
A second plurality of combiners that combine the power of the other switching output of the switch for each row of the antenna elements and output as a second combined received signal;
A plurality of selectors for selecting and outputting either the first combined received signal or the second combined received signal in correspondence with the multi-beam forming direction;
A plurality of reception processors which are provided corresponding to the plurality of selectors, receive the combined reception signals selected by the selectors, and convert them into digital signals;
A phased array antenna comprising: a beam former that forms a multi-beam in a predetermined direction based on digital signals converted by the plurality of reception processors.
Priority Applications (1)
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JP2008030959A JP2009194475A (en) | 2008-02-12 | 2008-02-12 | Phased array antenna |
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JP2008030959A JP2009194475A (en) | 2008-02-12 | 2008-02-12 | Phased array antenna |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2009194475A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016219998A (en) * | 2015-05-19 | 2016-12-22 | 三菱電機株式会社 | Antenna device |
DE112013001102B4 (en) | 2012-02-22 | 2022-12-29 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Radar devices and methods for use with means of locomotion |
-
2008
- 2008-02-12 JP JP2008030959A patent/JP2009194475A/en active Pending
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DE112013001102B4 (en) | 2012-02-22 | 2022-12-29 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Radar devices and methods for use with means of locomotion |
JP2016219998A (en) * | 2015-05-19 | 2016-12-22 | 三菱電機株式会社 | Antenna device |
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