JP2010193060A - アンテナビーム形成方法およびアレイアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナ素子又は送受信モジュールを間引したアレイアンテナを用いたモノパルスにおける差信号指向性の低サイドローブ化を規模の増大を回避して実現する。
【解決手段】アンテナ素子または送受信モジュール間引きにより開口部の電力密度分布が近似テイラー特性となるように素子または送受信モジュール1-1を配置した主アレイアンテナ1Aの中央部分の素子または送受信モジュールが間引かれたところに、中心付近が高密度となるように素子または送受信モジュール1-2を挿入したサブアレイアンテナ1aを同一開口面に配列してアレイアンテナ1を構成する。信号は、各ブロック1A-1，1A-2，1a-1，1a-2単位で合成され、ブロック1A-1，1A-2の和信号で和ビームを形成し、ブロック1A-1，1A-2の差信号とブロック1a-1，1a-2の差信号とを逆相で合成した信号で差ビームを形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、目標検出等の用途に供するアレイアンテナに関する。

レーダ等に使用されるアレイアンテナのサイドローブを低減するために、アンテナ開口部における電力密度分布がテイラー特性となるように設定することが知られており、そのための手段として、アンテナ素子または各アンテナ素子に夫々接続される送受信モジュールを間引く（シニングする）ことによってアンテナ素子または送受信モジュールの配列密度を調整し、所定テイラー特性の開口部電力密度分布を有するアレイアンテナを構成する技術が、特許文献１等に記載されている。

図６（イ）は、信号合成されたときのサイドローブを低減するために、上記技術を用いることによってアンテナ素子または送受信モジュールが間引かれ（シニングされて）、開口部の電力密度分布が図６（ハ）に示すような近似テイラー特性となるように、アンテナ素子または送受信モジュール(1-1)を配列したアレイアンテナ(1A)を示している。

また従来、このアンテナ素子または送受信モジュール間引きにより近似テイラー開口電力特性を有するアレイアンテナ(1A)で目標の方位角度検出を行う方法として、アレイアンテナ(1A)をその中心を境にして、左右の２ブロック(1A-1)，(1A-2)に分割し、図６（ロ）に示すハイブリット回路(3)を用いてこれら２つのブロック(1A-1)，(1A-2)から出力される受信信号の和信号（Σ）と、差信号（Δ）を得る方法が採用されている。このときの指向性は図６（ニ）に示すような特性となり、和信号１２は実線で示すように低サイドローブが得られるが、差信号１５は点線で示すような特性となりサイドローブが低減されないため、角度検出誤差が増大する。

レーダ性能として目標検出精度を上げることは重要な課題であり、マルチパス等の影響による目標の角度検出誤差を少なくするために、開口部の電力密度分布を、モノパルスの和信号はテイラー特性、差信号はベイリス特性とすることによって、和信号及び差信号のいずれにおいてもサイドローブを低減した指向性を有するアンテナ装置が必要となる。

図７は図６のアレイアンテナ(1A)で和信号をテイラー特性、差信号をベイリス特性として両指向性を低サイドローブ化する従来のモノパルスアンテナ構成を示している。

この従来構成では、左右の２ブロック(1A-1)、(1A-2)の信号を縦方向は図７（イ）に示すような複数のコラムフィーダ(6)で合成し、横方向は図７（ロ）に示すような１つのローフィーダ(7)（ネットワーク回路）で合成することにより図７（ハ）に示すようなテイラー特性の和信号（Σ）１１とベイリス特性の差信号（Δ）１３が得られるようにしている。

このときの和信号指向性１２、および差信号指向性１４は、図７（ニ）に示すように、ともに低サイドローブ化された特性が得られる。その結果このアレイアンテナ装置で目標検出を行ったときには検出誤差を少なくすることができる。しかし、そのために各コラムフィーダに複数のネットワーク回路が必要となり装置規模が増大するという問題がある。

また従来、アレイアンテナ装置を用いて目標検出を行う際の、差信号特性のサイドローブパターンを改善する方法として、特許文献２〜４に記載のような手段も提案されている。

特許文献２に記載のアンテナ装置では、第１、第２、第３、第４のサブアレイアンテナをアンテナ装置の周辺部に配置し、菱形形状に配置された第５のサブアレイアンテナをアンテナ装置の中央部に設け、和パターンについては第１〜第４、及び第５のサブアレイアンテナが動作し、差パターンについては第５のサブアレイアンテナが動作しないように給電回路を構成することによって、和パターンに何ら影響を与えることなく、差パターンのサイドローブレベルの改善を図っている。

特許文献３に記載のアンテナ装置では、それぞれの開口中心が点対称に正方形の頂点に配置され、かつ、それぞれの主ビーム方向が一致するように近接配置された円形開口を有する第１〜第４の円形開口平面アンテナを用い、全体のアンテナ開口中心部が零、第１〜第４の円形開口平面アンテナの各々の分布の最大値のところで最大、つまり、モノパルス差パターン形成面内にベイリス分布に類似の振幅分布の二つの対称な山型の分布が得られるようにして、モノパルス差パターンの低サイドローブ化を図っている。

特許文献４に記載のアンテナ装置では、アンテナ開口を形成するように配置された複数のアンテナ素子と、該複数のアンテナ素子に対して送受する信号の位相をそれぞれ制御する複数の送受信モジュールと、外部からの送信信号を前記複数の送受信モジュールに分配する分配器と、前記複数の送受信モジュールからの信号を合成することによりΣビームおよびΔビームを生成して外部に出力する合成器と、前記アンテナ開口におけるΔビームの振幅分布が該アンテナ開口の中心およびその近傍で小さくなるように、前記複数の送受信モジュールにおいて制御する位相の量を決定するビーム制御部と、を備えることにより、Δビームのサイドローブレベルを低減させている。

特開２００２−１５８５２８号公報 特開平３−１３９００４号公報 特開２００３−１４２９３９号公報 特開２００６−３３２８４０号公報

上記のように、アンテナ素子または送受信モジュール間引きにより近似テイラー開口電力特性のアレイアンテナで目標検出を行うとき、ハイブリット回路の差信号出力は中心部分の振幅が大きいため差信号指向性のサイドローブが高くなり、検出誤差が増大するという課題がある。

この課題を解消するために、図７に示すような、複数のコラムフィーダと１つのローフィーダ（ネットワーク回路）を用いてベイリス特性を得る方式を２次元化する場合には、各コラムフィーダに複数のネットワーク回路が必要となり装置規模が増大する。

特許文献２〜３に記載のアンテナ装置では、アンテナ開口部の形状およびアンテナ素子の配列を特殊な形状および配列とする必要がある。また、アンテナ素子または送受信モジュール間引きにより近似テイラー開口電力特性となるようにアンテナ素子または送受信モジュールが配列されているアレイアンテナに、特許文献２〜３に記載の技術を適用することは困難である。

特許文献４に記載のアンテナ装置では、複数の送受信モジュールにおいて制御する位相の量を決定するビーム制御部を備える必要があり、その制御及び構成が複雑となる。

本発明の目的は、上述した課題を解決して、アンテナ素子または送受信モジュール間引きにより近似テイラー開口電力特性を有するアレイアンテナを用いたアンテナ装置におけるモノパルス差パターンの低サイドローブ化を実現することを可能にする新規な技術を提供することにある。

本発明のモノパルスアレイアンテナにおけるアンテナビーム形成方法は、開口部の左右（又は上下）方向の電力密度分布が近似テイラー分布となるようにアンテナ素子または送受信モジュールが間引かれて配列された主アレイアンテナと、該主アレイアンテナの中心付近の前記アンテナ素子または送受信モジュールが間引かれたところに挿入されることにより前記主アレイアンテナと開口面を共用して配置され、且つ前記開口面の中心部分が高密度となるようにアンテナ素子または送受信モジュールが配列されたサブアレイアンテナからなるアレイアンテナで信号を受信するステップ、前記主アレイアンテナおよびサブアレイアンテナの中心を境にして左右（又は上下）に分けられた２つのブロックで受信した信号の和信号と差信号をそれぞれ合成するステップ、前記主アレイアンテナで受信され合成された前記和信号により和ビームを形成するステップ、前記主アレイアンテナで受信され合成された前記差信号と前記サブアレイアンテナで受信され合成された差信号を逆相で合成して差ビームを形成するステップ、とからなることを特徴とする。

また本発明のモノパルスアレイアンテナにおけるアンテナビーム形成方法は、開口部の左右及び上下方向の電力密度分布が近似テイラー分布となるようにアンテナ素子または送受信モジュールが間引かれて配列された主アレイアンテナと、該主アレイアンテナの中心付近の前記アンテナ素子または送受信モジュールが間引かれたところに挿入されることにより前記主アレイアンテナと開口面を共用して配置され、且つ前記開口面の中心部分が高密度となるようにアンテナ素子または送受信モジュールが配列されたサブアレイアンテナからなるアレイアンテナで信号を受信するステップ、前記主アレイアンテナおよびサブアレイアンテナの中心を境にして左右上下に分けられた４つのブロックで受信した信号からその和信号と左右方向差信号および上下方向差信号をそれぞれ合成するステップ、前記主アレイアンテナで受信され合成された前記和信号により和ビームを形成するステップ、前記主アレイアンテナで受信され合成された前記左右方向差信号と前記サブアレイアンテナで受信され合成された前記左右方向差信号を逆相で合成して左右方向差ビームを形成するステップ、前記主アレイアンテナで受信され合成された前記上下方向差信号と前記サブアレイアンテナで受信され合成された前記上下方向差信号を逆相で合成して上下方向差ビームを形成するステップ、とからなることを特徴とする。

本発明のアレイアンテナは、開口部の左右（又は上下）方向の電力密度分布が近似テイラー分布となるようにアンテナ素子または送受信モジュールが間引かれて配列された主アレイアンテナと、該主アレイアンテナの中心付近の前記アンテナ素子または送受信モジュールが間引かれたところに挿入されることにより前記主アレイアンテナと開口面を共用して配置され、且つ前記開口面の中心部分が高密度となるようにアンテナ素子または送受信モジュールが配列されたサブアレイアンテナとを備え、該主アレイアンテナとサブアレイアンテナは、それぞれその中心を境にして左右（又は上下）２つのブロックに分けられ、受信した信号を各ブロック単位で出力可能に構成されていることを特徴とする。

また本発明のアレイアンテナは、開口部の左右及び上下方向の電力密度分布が近似テイラー分布となるようにアンテナ素子または送受信モジュールが間引かれて配列された主アレイアンテナと、該主アレイアンテナの中心付近の前記アンテナ素子または送受信モジュールが間引かれたところに挿入されることにより前記主アレイアンテナと開口面を共用して配置され、且つ前記開口面の中心部分が高密度となるようにアンテナ素子または送受信モジュールが配列されたサブアレイアンテナとを備え、該主アレイアンテナとサブアレイアンテナは、それぞれその中心を境にして左右上下４つのブロックに分けられ、受信した信号を各ブロック単位で出力可能に構成されていることを特徴とする。

本発明では、開口部の電力密度分布が近似テイラー特性となるようにアンテナ素子または送受信モジュールが間引きされた主アレイアンテナの中心付近の間引きが行われた箇所に、新たにアンテナ素子または送受信モジュールを挿入してサブアレイアンテナを設け、この主アレイアンテナとサブアレイアンテナからそれぞれ和信号、および差信号を合成するとともに、主アレイアンテナの差信号とサブアレイアンテナの差信号を逆相で合成することにより、近似ベイリス特性のモノパルス差信号を出力することが可能となるので、和および差の両指向性において低サイドローブ化を実現することができる。その結果、目標検出誤差の低減を図ることができる。

また本発明では、差信号指向性の低サイドローブ化のために、図７に示すような、コラムフィーダおよびローフィーダ（ネットワーク回路）を用いる必要がないので、装置規模の増大を回避して差信号指向性の低サイドローブ化を実現することができる。

さらに本発明では、主アレイアンテナ開口部の電力密度分布が近似テイラー特性となるように素子または送受信モジュールの間引きが行われた箇所にサブアレイアンテナ用のアンテナ素子または送受信モジュールを挿入しているので、アンテナ形状を増大させることなく、和および差の両指向性において低サイドローブ化を実現することができる。

また本発明によれば、サブアレイアンテナで合成される和信号を、サイドローブ抑圧用（ＳＬＣ）、広域監視用、妨害監視用等、他目的に使用することが可能となる。

本発明の第１の実施形態におけるアンテナ装置のモジュール配列の構成例を示す図であり、（イ）は、主アレイアンテナのアンテナ素子または送受信モジュールの配列状態、（ロ）はサブアレイアンテナのアンテナ素子または送受信モジュールの配列状態、（ハ）は、主アレイアンテナのアンテナ素子または送受信モジュールが間引かれたところにサブアレイアンテナのアンテナ素子または送受信モジュールを挿入した本実施形態のモジュール配列状態を示す。 本実施形態のモノパルス合成回路を示すブロック図である。 アレイアンテナ差信号開口電力密度分布（近似ベイリス）を得るための本実施形態の動作を示す図であり、（イ）は主アレイアンテナによる差信号開口電力密度分布（近似テイラー）、（ロ）はサブアレイアンテナによる差信号開口電力密度分布、（ハ）は合成されたアレイアンテナ差信号開口電力密度分布（近似ベイリス）を示す。 本発明の第２の実施形態におけるアレイアンテナブロック配列（２次元）を示す図である。 第２の実施形態のモノパルス合成回路（２次元）を示すブロック図である。 従来のアンテナ装置の例を示す図であり、（イ）は、アレイアンテナの素子または送受信モジュールの配列状態、（ロ）はモノパルス合成回路を示すブロック図、（ハ）はアレイアンテナ開口電力密度分布（近似テイラー）、（ニ）はモノパルス指向性を示す。 従来のアンテナ装置の他の例を示す図であり、（イ）はアレイアンテナ（コラムアレイ構造）、（ロ）はローフィーダ（ネットワーク回路）、（ハ）は和信号開口電力密度分布（テイラー）／差信号開口電力密度分布（ベイリス）（ニ）はモノパルス指向性を示す。

図１〜図３は、本発明の第１の実施形態におけるアンテナ装置のモジュール配列、モノパルス合成回路、および開口電力密度分布を示す図である。本実施形態は、方位又は仰角の１次元モノパルスアンテナ装置に適用した場合を示している。

図１（イ）は、アンテナ素子または送受信モジュール間引きにより開口部の電力密度分布が近似テイラー特性となるようにアンテナ素子または送受信モジュール(1-1)を配置した主アレイアンテナ(1A)の配列を示しており、図６（イ）に示す従来のアレイアンテナ(1A)と同様の構成を有している。

図１（ロ）は、主アレイアンテナ(1A)の中央部分のアンテナ素子または送受信モジュールが間引かれたところに、中心付近が高密度となるようにアンテナ素子または送受信モジュール(1-2)を挿入したサブアレイアンテナ(1a)の配列を示す。図１（ハ）は、この主アレイアンテナ(1A)とサブアレイアンテナ(1a)を同一開口面に配列した本実施形態のアレイアンテナ(1)を示す。

主アレイアンテナ(1A)とサブアレイアンテナ(1a)はともに中心線を境に開口電力密度分布が左右対称となるようにアンテナ素子または送受信モジュール(1-1)，(1-2)が配列されており、各ブロック(1A-1)，(1A-2)，(1a-1)，(1a-2)単位で信号を合成あるいは分配するための給電回路が設けられている。

図２は、主アレイアンテナ(1A)及びサブアレイアンテナ(1a)で受信された信号を各ブロック単位で合成するための、ハイブリット回路(3-1)，(3-2)とカプラー(5)で構成されたモノパルス合成回路を示している。和信号（Σ）は主アレイアンテナ(1A)の左右ブロックの信号が同相で合成されて得られる。差信号（Δ）は主アレイ(1A)の左右ブロックの差信号とサブアレイ(1a)の左右ブロックの差信号が逆相でカプラー(5)により合成されて得られる。

図３（イ）と（ロ）はそれぞれ図１（イ）の主アレイアンテナ(1A)と図１（ロ）のサブアレイアンテナ(1a)における各差信号の開口電力密度分布特性を表している。この２つの開口電力密度分布特性が図２のモノパルス合成回路で合成されることにより図３（ハ）に示す近似ベイリス特性が得られる。

次に、本実施形態の動作について、図１〜図３を参照して説明する。

本実施形態による１次元モノパルス合成回路（図２）は、図６（ロ）に示す従来のハイブリット回路(3)を、主アレイアンテナ用ハイブリット回路(3-1)とサブアレイアンテナ用ハイブリット回路(3-2)用に２式用いている。

主アレイアンテナ(1A)の左右ブロック(1A-1)，(1A-2)で各々合成された信号は、各ブロック(1A-1)，(1A-2)からハイブリット回路(3-1)に入力される。そしてハイブリット回路(3-1)により同相で合成された信号は本アレイアンテナ(1)の和信号（Σ）(3-1-1)となる。この開口部の電力密度分布は、アンテナ素子または送受信モジュール間引きによる近似テイラー特性となっており図６（ハ）と同様の特性となっている。また、ハイブリット回路(3-1)により逆相で合成された信号は主アレイアンテナ(1A)の差信号(3-1-2)となる。

一方、サブアレイアンテナ(1a)の左右ブロック(1a-1)，(1a-2)で各々合成された信号は、各ブロック(1a-1)，(1a-2)からハイブリット回路(3-2)に入力される。そしてハイブリット回路(3-2)により逆相で合成された信号はサブアレイアンテナ(1a)の差信号(3-2-2)となり、この差信号が前記主アレイアンテナ(1A)の差信号(3-1-2)とカプラー(5)により逆相で合成されてアレイアンテナ(1)の差信号（Δ）となる。

なお、本実施形態では、サブアレイアンテナ用ハイブリット回路(3-2)において同相で合成された和信号(3-2-1)は終端されているが、この和信号(3-2-1)を、サイドローブ抑圧用（ＳＬＣ）、広域監視用、あるいは妨害監視用等、他の目的のために使用することも可能である。

図３（イ）は、主アレイアンテナ(1A)の差信号開口電力密度分布を表し、近似テイラー特性の中心で極性が反転した特性となる。図３（ロ）は、サブアレイアンテナ(1a)の差信号開口電力密度分布を表し、中央部分を高密度にしたときの特性であり、その中心で極性が反転した特性となる。

ここで、図２に示すハイブリット回路(3-1)、(3-2)とカプラー(5)からなるモノパルス合成回路により、図３（イ）と（ロ）に示すように、極性が右と左で逆の関係（逆相）となるように合成されて図３（ハ）に示す近似ベイリス特性が得られる。

その結果、本実施形態のアレイアンテナ(1)では、和信号（Σ）として近似テイラー特性が得られ、差信号（Δ）として近似ベイリス特性が得られるので、和、差ともにサイドローブが低減された指向性となり、目標検出誤差の低減を図ることができる。

図４〜図５は、本発明の第２の実施形態を示すアンテナ装置のモジュール配列、およびモノパルス合成回路である。本実施形態は、方位および仰角の２次元モノパルスに適用した場合を示している。

図４のアレイアンテナ(2)は、アンテナ素子または送受信モジュール間引きにより方位、仰角両方向ともに近似テイラー特性の開口電力密度分布をした主アレイアンテナ(2A)が(2A-1)〜(2A-4)の４ブロックに分割され、この主アレイアンテナ(2A)の中心部分のアンテナ素子が間引かれたところに中心付近が高密度となるようにアンテナ素子または送受信モジュールを挿入したサブアレイアンテナ(2a)が形成され、(2a-1)〜(2a-4)の４ブロックに分割されて同一平面に配列されている。

主アレイアンテナ(2A)とサブアレイアンテナ(2a)はともに中心点を境に上下左右の開口電力密度分布が対称になるようにアンテナ素子または送受信モジュールが配列されており、各ブロック(2A-1)，(2A-2)，(2A-3)，(2A-4)，(2a-1)，(2a-2)，(2a-3)，(2a-4)単位で信号を合成あるいは分配するための給電回路が設けられている。

また本実施形態のモノパルス合成回路は、図５に示すように、主アレイアンテナ(2A)の各ブロック(2A-1)，(2A-2)，(2A-3)，(2A-4)と接続されたハイブリット回路(4-1)、及びサブアレイアンテナ(2a)の各ブロック(2a-1)，(2a-2)，(2a-3)，(2a-4)と接続されたハイブリット回路(4-2)と、カプラー(5-1)、(5-2)からなる２次元モノパルス合成回路を構成している。

和信号（Σ）(4-1-1)は、主アレイアンテナ(2A)の４ブロック(2A-1)，(2A-2)，(2A-3)，(2A-4)の信号がハイブリット回路(4-1)により同相で合成されて出力される。方位差信号（Δ−ＡＺ）は、ハイブリット回路(4-1)から出力される主アレイアンテナ(2A)の方位差信号(4-1-2)とハイブリット回路(4-2)から出力されるサブアレイアンテナ(2a)の方位差信号(4-2-2)が逆相でカプラー(5-1)により合成されて出力される。仰角差信号（Δ−ＥＬ）は、ハイブリット回路(4-1)から出力される主アレイアンテナ(2A)の仰角差信号(4-1-3)とハイブリット回路(4-2)から出力されるサブアレイアンテナ(2a)の仰角差信号(4-2-3)が逆相でカプラー(5-2)により合成されて出力される。

第２の実施形態では、前記図３の差信号合成が方位及び仰角の両方で行われて２次元の近似ベイリス特性が得られる。

次に、本実施形態の動作について、図４〜図５を参照して説明する。

図５に示す本実施形態の二次元のモノパルス合成回路では、主アレイアンテナ(2A)の４ブロック(2A-1)〜(2A-4)で各々合成された信号は、各ブロック(2A-1)〜(2A-4)からハイブリット回路(4-1)に入力される。ハイブリット回路(4-1)により全て同相で合成された信号は、本アレイアンテナ(2)の和信号（Σ）(4-1-1)となる。この開口電力密度分布は方位、仰角ともに素子または送受信モジュール間引きによる近似テイラー特性となり、方位、仰角ともに図６（ハ）と同様の特性となる。

また、ハイブリット回路(4-1)により右ブロック(2A-1)，(2A-4)と、左ブロック(2A-2)、(2A-3)の信号が逆相で合成された出力は、主アレイアンテナ(2A)の方位差信号(4-1-2)となり、上ブロック(2A-1)，(2A-2)と、下ブロック(2A-3)，(2A-4)の信号が逆相で合成された出力は主アレイアンテナ(2A)の仰角差信号(4-1-3)となる。

一方、サブアレイアンテナ(2a)の４ブロック(2a-1)〜(2a-4)で各々合成された信号は、各ブロック(2a-1)〜(2a-4)からハイブリット回路(4-2)に入力される。ハイブリット回路(4-2)により左ブロック(2a-2)、(2a-3)と、右ブロック(2a-1)，(2a-4)の信号が逆相で合成された出力は、サブアレイアンテナ(2a)の方位差信号(4-2-2)となり、下ブロック(2a-3)，(2a-4)と、上ブロック(2a-1)，(2a-2)の信号が逆相で合成された出力は、サブアレイアンテナ(2a)の仰角差信号(4-2-3)となる。

なお、本実施形態では、４ブロック全て同相となるサブアレイアンテナ(2a)の和信号(4-2-1)は終端されているが、本実施形態においても、この和信号(4-2-1)を、サイドローブ抑圧用（ＳＬＣ）、広域監視用、あるいは妨害監視用等、他の目的に使用することが可能である。

主アレイアンテナ(2A)の方位差信号(4-1-2)とサブアレイアンテナ(2a)の方位差信号(4-2-2)は、互いに逆相となるようにカプラー(5-1)により合成されて本アレイアンテナ(2)の方位差信号（Δ−ＡＺ）となる。また、主アレイアンテナ(2A)の仰角差信号(4-1-3)とサブアレイアンテナ(2a)の仰角差信号(4-2-3)は、互いに逆相となるようにカプラー(5-2)により合成されて本アレイアンテナ(2)の仰角差信号（Δ−ＥＬ）となる。

主アレイアンテナ(2A)の方位あるいは仰角差信号とサブアレイアンテナ(2a)の方位あるいは仰角差信号から図５に示す２次元モノパルス合成回路によりベイリス特性が得られる様子は前記図３の場合と同様であり、方位差信号（Δ−ＡＺ）及び仰角差信号（Δ−ＥＬ）ともに近似ベイリス特性が得られる。

その結果、本実施形態のアレイアンテナ(2)では、方位および仰角ともに、和信号（Σ）で近似テイラー特性が得られ、差信号（Δ−ＡＺ，Δ−ＥＬ）で近似ベイリス特性が得られて２次元で和、差ともにサイドローブが低減された指向性となるので、目標検出誤差の低減を図ることができる。

なお上記実施形態では、アンテナの形状を矩形とした場合について示したが、本発明は、矩形のアンテナ形状に限定されるものではなく、円形、楕円形あるいは線状アレイアンテナ等についても、本発明を適用することができる。

１ アレイアンテナ
１Ａ 主アレイアンテナ
１Ａ−１ Ｌ（左）ブロック
１Ａ−２ Ｒ（右）ブロック
１ａ サブアレイアンテナ
１ａ−１ ｌ（左）ブロック
１ａ−２ ｒ（右）ブロック
１−１ 主アレイアンテナ素子
１−２ サブアレイアンテナ素子
２ ２次元アレイアンテナ
２Ａ 主アレイアンテナ
２Ａ−１ ＵＲ（右上）ブロック
２Ａ−２ ＵＬ（左上）ブロック
２Ａ−３ ＤＬ（左下）ブロック
２Ａ−４ ＤＲ（右下）ブロック
２ａ サブアレイアンテナ
２ａ−１ ｕｒ（右上）ブロック
２ａ−２ ｕｌ（左上）ブロック
２ａ−３ ｄｌ（左下）ブロック
２ａ−４ ｄｒ（右下）ブロック
３ ハイブリット回路
３−１ （主アレイアンテナ用）
３−１−１ 和信号
３−１−２ 差信号
３−２ （サブアレイアンテナ用）
３−２−１ 和信号
３−２−２ 差信号
４ ２次元ハイブリット回路
４−１ （主アレイアンテナ用）
４−１−１ 和信号
４−１−２ 方位差信号
４−１−３ 仰角差信号
４−２ （サブアレイアンテナ用）
４−２−１ 和信号
４−２−２ 方位差信号
４−２−３ 仰角差信号
５、５−１、５−２ カプラー
６ コラムフィーダ
７ 受信フィーダ（ラダー回路）
１１ 和信号開口電力密度分布（テイラー）
１２ 和信号指向性（テイラー）
１３ 差信号開口電力密度分布（ベイリス）
１４ 差信号指向性（ベイリス）
１５ 差信号指向性（テイラー）

Claims (12)

1. 開口部の左右（又は上下）方向の電力密度分布が近似テイラー分布となるようにアンテナ素子または送受信モジュールが間引かれて配列された主アレイアンテナと、該主アレイアンテナの中心付近の前記アンテナ素子または送受信モジュールが間引かれたところに挿入されることにより前記主アレイアンテナと開口面を共用して配置され、且つ前記開口面の中心部分が高密度となるようにアンテナ素子または送受信モジュールが配列されたサブアレイアンテナからなるアレイアンテナで信号を受信するステップ、前記主アレイアンテナおよびサブアレイアンテナの中心を境にして左右（又は上下）に分けられた２つのブロックで受信した信号の和信号と差信号をそれぞれ合成するステップ、前記主アレイアンテナで受信され合成された前記和信号により和ビームを形成するステップ、前記主アレイアンテナで受信され合成された前記差信号と前記サブアレイアンテナで受信され合成された差信号を逆相で合成して差ビームを形成するステップ、とからなることを特徴とするモノパルスアレイアンテナにおけるアンテナビーム形成方法。
2. 開口部の左右（又は上下）方向の電力密度分布が近似テイラー分布となるようにアンテナ素子または送受信モジュールが間引かれて配列された主アレイアンテナと、該主アレイアンテナの中心付近の前記アンテナ素子または送受信モジュールが間引かれたところに挿入されることにより前記主アレイアンテナと開口面を共用して配置され、且つ前記開口面の中心部分が高密度となるようにアンテナ素子または送受信モジュールが配列されたサブアレイアンテナとを備え、該主アレイアンテナとサブアレイアンテナは、それぞれその中心を境にして左右（又は上下）２つのブロックに分けられ、受信した信号を各ブロック単位で出力可能に構成されていることを特徴とするアレイアンテナ。
3. 前記主アレイアンテナの左右（又は上下）２つのブロックで受信された信号を入力してその和信号および差信号を出力する第１の信号合成手段と、前記サブアレイアンテナの左右（又は上下）２つのブロックで受信された信号を入力してその差信号を出力する第２の信号合成手段と、前記第１の信号合成手段から出力される差信号と前記第２の信号合成手段から出力される差信号を逆相で合成する第３の信号合成手段を備えていることを特徴とする請求項２に記載のアレイアンテナ。
4. 前記第１の信号合成手段は、前記主アレイアンテナの左右（又は上下）２つのブロックで受信された信号を入力してその和信号および差信号を出力する第１のハイブリッド回路であり、前記第２の信号合成手段は、前記サブアレイアンテナの左右（又は上下）２つのブロックで受信された信号を入力してその差信号を出力する第２のハイブリッド回路であり、前記第３の信号合成手段は、前記第１のハイブリッド回路から出力される差信号と前記第２のハイブリッド回路から出力される差信号を逆相で合成するカプラーであることを特徴とする請求項３に記載のアレイアンテナ。
5. 前記第２のハイブリッド回路は、前記サブアレイアンテナの左右（又は上下）２つのブロックで受信された信号の和信号を合成する機能を有し、該合成された和信号が、サイドローブ抑圧用（ＳＬＣ）信号、広域監視用信号、または妨害監視用信号の何れかの信号として用いられることを特徴とする請求項４に記載のアレイアンテナ。
6. 前記第１の信号合成機能で合成された前記和信号がモノパルス和信号として、前記第３の信号合成機能合成した信号がモノパルス差信号として用いられることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載のアレイアンテナ。
7. 開口部の左右及び上下方向の電力密度分布が近似テイラー分布となるようにアンテナ素子または送受信モジュールが間引かれて配列された主アレイアンテナと、該主アレイアンテナの中心付近の前記アンテナ素子または送受信モジュールが間引かれたところに挿入されることにより前記主アレイアンテナと開口面を共用して配置され、且つ前記開口面の中心部分が高密度となるようにアンテナ素子または送受信モジュールが配列されたサブアレイアンテナからなるアレイアンテナで信号を受信するステップ、前記主アレイアンテナおよびサブアレイアンテナの中心を境にして左右上下に分けられた４つのブロックで受信した信号からその和信号と左右方向差信号および上下方向差信号をそれぞれ合成するステップ、前記主アレイアンテナで受信され合成された前記和信号により和ビームを形成するステップ、前記主アレイアンテナで受信され合成された前記左右方向差信号と前記サブアレイアンテナで受信され合成された前記左右方向差信号を逆相で合成して左右方向差ビームを形成するステップ、前記主アレイアンテナで受信され合成された前記上下方向差信号と前記サブアレイアンテナで受信され合成された前記上下方向差信号を逆相で合成して上下方向差ビームを形成するステップ、とからなることを特徴とするモノパルスアレイアンテナにおけるアンテナビーム形成方法。
8. 開口部の左右及び上下方向の電力密度分布が近似テイラー分布となるようにアンテナ素子または送受信モジュールが間引かれて配列された主アレイアンテナと、該主アレイアンテナの中心付近の前記アンテナ素子または送受信モジュールが間引かれたところに挿入されることにより前記主アレイアンテナと開口面を共用して配置され、且つ前記開口面の中心部分が高密度となるようにアンテナ素子または送受信モジュールが配列されたサブアレイアンテナとを備え、該主アレイアンテナとサブアレイアンテナは、それぞれその中心を境にして左右上下４つのブロックに分けられ、受信した信号を各ブロック単位で出力可能に構成されていることを特徴とするアレイアンテナ。
9. 前記主アレイアンテナの左右上下４つのブロックから出力される受信信号を入力して、その和信号、左右方向の差信号、および上下方向の差信号を合成する第１の信号合成手段と、前記サブアレイアンテナの左右上下４つのブロックから出力される受信信号を入力して、その左右方向の差信号、および上下方向の差信号を合成する第２の信号合成手段と、前記第１の信号合成手段で合成された前記左右方向の差信号と前記第２の信号合成手段で合成された前記左右方向の差信号を逆相で合成する第３の信号合成手段、および前記第１の信号合成手段で合成された前記上下方向の差信号と前記第２の信号合成手段で合成された前記上下方向の差信号を逆相で合成する第４の信号合成手段を有していることを特徴とする請求項８に記載のアレイアンテナ。
10. 前記第１の信号合成手段は、前記主アレイアンテナの右上および左上ブロックから入力された信号の和信号および差信号を出力する第１のハイブリッド回路と、前記主アレイアンテナの右下および左下ブロックから入力された信号の和信号および差信号を出力する第２のハイブリッド回路と、前記第１及び第２のハイブリッド回路から出力される和信号を入力してその和信号を該第１の信号合成手段から出力される前記和信号として出力するとともにその差信号を該第１の信号合成手段から出力される前記上下方向の差信号として出力する第３のハイブリッド回路と、前記第１及び第２のハイブリッド回路から出力される差信号を入力してその和信号を該第１の信号合成手段から出力される前記左右方向の差信号として出力する第４のハイブリッド回路により構成され、前記第２の信号合成手段は、前記サブアレイアンテナの右上、左上ブロックから入力された信号の和信号および差信号を出力する第５のハイブリッド回路と、前記サブアレイアンテナの右下および左下ブロックから入力された信号の和信号および差信号を出力する第６のハイブリッド回路と、前記第５及び第６のハイブリッド回路から出力される和信号を入力してその差信号を該第２の信号合成手段から出力される前記上下方向の差信号として出力する第７のハイブリッド回路と、前記第５及び第６のハイブリッド回路から出力される差信号を入力してその和信号を該第２の信号合成手段から出力される前記左右方向の差信号として出力する第８のハイブリッド回路により構成され、前記第３の信号合成手段は、前記第４のハイブリッド回路から出力される前記左右方向の差信号と前記第８のハイブリッド回路から出力される前記左右方向の差信号を逆相で合成するカプラーにより構成され、前記第４の信号合成手段は、前記第３のハイブリッド回路から出力される前記上下方向の差信号と前記第７のハイブリッド回路から出力される前記上下方向の差信号を逆相で合成するカプラーにより構成されていることを特徴とする請求項９に記載のアレイアンテナ。
11. 前記第７のハイブリッド回路は、前記第５及び第６のハイブリッド回路から出力される和信号を入力してその和信号を出力する機能を有し、該出力された和信号が、サイドローブ抑圧用（ＳＬＣ）信号、広域監視用信号、または妨害監視用信号の何れかの信号として用いられることを特徴とする請求項１０に記載のアレイアンテナ。
12. 前記第１の信号合成機能で合成された前記和信号がモノパルス和信号として、前記第３の信号合成機能で合成された信号が左右方向のモノパルス差信号として、前記第４の信号合成機能で合成された信号が上下方向のモノパルス差信号として用いられることを特徴とする請求項９〜１１の何れか１項に記載のアレイアンテナ。
    

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