JP2011153878A - レーダシステム及びそれに用いるアクティブフェーズドアレイアンテナ装置並びに送信モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 レーダシステムにおけるアクティブフェーズドアレイアンテナ装置において、レーダモード動作機能と、探知した目標物に対して瞬時に強力なマイクロ波を送信することによる攻撃型の妨害モード動作機能とを有するデュアルモード動作を可能とした送信モジュールを提供する。
【解決手段】 レーダシステムにおけるアクティブフェーズドアレイアンテナ装置の送信モジュール１であって、入力される励振信号を増幅してアンテナへ出力するデュアルモード進行波管３と、このデュアルモード進行波管３に対して印加する駆動電圧を、レーダモード動作と妨害モード動作に対応した電圧に切替制御する制御回路２とを含むことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明はレーダシステム及びそれに用いるアクティブフェーズドアレイアンテナ装置並びに送信モジュールに関するものである。

レーダシステムにおいては、例えば、特許文献１に示されているように、レーダ装置と、ＥＣＭ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ＣｏｕｎｔｅｒＭｅａｓｕｒｅ）装置及びＥＳＭ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｍｅａｓｕｒｅｓ）装置とを一体化したシステムが提案されている。この特許文献１の例では、レーダ装置用のアクティブフェーズドアレイアンテナの素子が間引かれた位置に、ＥＣＭ装置及びＥＳＭ装置用のアクティブフェーズドアレイアンテナ素子を配置することにより、アンテナの開口を大きくすることなく両者の装置を一体化するものであり、通常のレーダ動作機能とＥＣＭ装置による妨害の機能を有するアクティブフェーズドアレイアンテナ装置となっている。

一方、近年、高出力のマイクロ波を電子機器に照射することにより、電子機器の誤動作または故障を発生させるＨＰＭ（高出力マイクロ波）技術の動向があり、例えば、非特許文献１に示されるように、発射されたミサイルへ高出力のマイクロ波を照射して、ミサイルを無能力化するという装置の報告がある。

このような技術動向から、通常のレーダ機能に加えて、ＥＣＭ装置による妨害機能よりも強力な攻撃型の妨害機能を有するアクティブフェーズドアレイアンテナ装置の要求があるが、アクティブフェーズドアレイアンテナでは、レーダ動作機能に加えて、同じ開口のアンテナで強力なマイクロ波を送信する妨害機能を付加することが困難となっている。

特開２００３−０６６１３３号公報

「マイクロウェーブ ウェポンズ エマージ（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｗｅａｐｏｎｓ Ｅｍｅｒｇｅ）」、アビエーション アンド スペース テクノロジー（Ａｖｉａｔｉｏｎ ＆ Ｓｐａｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）、ＪＵＮＥ １３， ２００５

第１の問題点は、同一のアクティブフェーズドアレイアンテナ装置において、通常のレーダモードの機能と、強力なマイクロ波を送信する妨害機能との両者の動作である、いわゆるデュアルモード動作を行うことが困難となっているということである。

その理由は、アクティブフェーズドアレイアンテナ装置の送受信モジュールに用いられる電力増幅器は、一つの動作電圧により飽和出力が決定される電力増幅回路により構成されているためである。

第２の問題点は、同一のアクティブフェーズドアレイアンテナ装置の送受信モジュールにおいて、出力電力を増加させる場合には、効率が同じであれば、必要となる電源容量も増加するために、強力なマイクロ波を送信する妨害動作を行う場合に合わせて電源容量をも増加する必要があるということである。

本発明の目的は、レーダシステムにおけるアクティブフェーズドアレイアンテナ装置において、通常のレーダモード動作機能と、探知した目標物に対して瞬時に強力なマイクロ波を送信することによる攻撃型の妨害モード動作機能とを有する、いわゆるデュアルモード動作を可能とした送信モジュール及びそれを用いたアクティブフェーズドアレイアンテナ装置並びにレーダシステムを提供することである。

本発明による送信モジュールは、
レーダシステムにおけるアクティブフェーズドアレイアンテナ装置の送信モジュールであって、
入力される励振信号を増幅してアンテナへ出力するデュアルモード進行波管と、
前記デュアルモード進行波管に対して印加する駆動電圧を、レーダモード動作と妨害モード動作に対応した電圧に切替制御する制御回路とを含むことを特徴とする。

本発明によるアクティブフェーズドアレイアンテナ装置は、上記の送信モジュールを用いたことを特徴とする。また、本発明によるレーダシステムは、上記のアクティブフェーズドアレイアンテナ装置を用いたことを特徴とする。

本発明によれば、アクティブフェーズドアレイアンテナ装置の送信モジュールにおいて、デュアルモード進行波管を駆動する高電圧を、制御信号に応じて、通常のレーダモード用高電圧及び妨害モード用高電圧を瞬時に切替え可能な構成としているので、デュアルモード動作が可能なアクティブフェーズドアレイアンテナ装置を実現できるという効果がある。

本発明の一実施の形態を示す図である。 図１に示した本発明の一実施の形態を用いたアクティブフェーズドアレイアンテナ装置の全体構成図である。 本発明の一実施の形態の動作を説明するためのタイムチャートである。 本発明の他の実施の形態を示す図である。 本発明に関連するアクティブフェーズドアレイアンテナ装置における送受信モジュールの構成図である。

以下に本発明について図面を参照しつつ説明するが、それに先立って、本発明に関連するアクティブフェーズドアレイアンテナ装置における送受信モジュールについて、図５を用いて説明する。

図５を参照すると、アクティブフェーズドアレイアンテナ装置の送受信モジュール１は、送受切替器４と、低雑音増幅器５と、移相器６と、制御回路７と、電源回路８と、電力増幅器９とを有している。

当該送受信モジュール１へ入力される励振信号は、移相器６により位相制御され、電力増幅器９により所望の出力電力へ増幅された後に、送受切替器４から図示せぬアンテナへ出力される。当該アンテナによる受信信号は、送受切替器４を介して低雑音増幅器５により、所望の出力まで増幅され、移相器６により位相制御されて受信信号となって導出される。

なお、制御回路７は制御信号に基づいて、各部の制御をなすものであり、電源回路８は各部への電源供給をなすものである。

このような図５に示した送受信モジュールに対して、本発明を適用したものが、図１に示す送受信モジュール１である。図１において、図５と同等部分は同一符号により示している。

図１に示すように、本発明では、図５の電力増幅器９に代えて、デュアルモード進行波管３を用いており、この進行波管３の高電圧発生のために、高圧制御回路２を設けている。そして、この高圧制御回路２の高電圧切替えを、制御回路７からの制御信号に応じて制御する構成である。なお、他の構成は図５のそれと同等となっている。

アクティブフェーズドアレイアンテナ装置の送受信モジュール１において、入力される励振信号は移相器６により位相制御され、デュアルモード進行波管３により所望の出力電力へ増幅された後に、送受切替器４からアンテナへ出力される。更に、デュアルモード進行波管３に印加される駆動用の高電圧は、制御回路７からの制御信号に応じて、高圧制御回路２において、レーダモード用高電圧と妨害モード用高電圧とが瞬時に発生されるようになっている。

また、送受信モジュール１へ入力される外部からの制御信号は、通常のレーダモード動作時のパルス幅及びパルス繰返しの条件に対して、妨害モード動作時のパルス幅及びパルス繰返し条件を、両モード動作時の消費電力が同程度となるように設定するようになっているものとする。

このような図１に示す構成とすることにより、送受信モジュール１の出力電力は、高圧制御回路２において発生されるレーダモード用高電圧と妨害モード用高電圧に応じて、通常のレーダモード動作を行う場合と、強力なマイクロ波を送信する妨害モード用の場合とを、瞬時に切替えることが可能であり、よって、デュアルモード動作を有するアクティブフェーズドアレイアンテナ装置を実現することができることになるのである。

更に、送受信モジュール１に入力される制御信号が、通常のレーダモード動作時のパルス幅及びパルス繰返し条件に対して、妨害モード動作時のパルス幅及びパルス繰返し条件を、両者の場合の消費電力が同程度になるように設定することにより、送受信モジュールの出力を増大させて強力な妨害波を送信する場合でも、電源容量を増やすことなく、同一のアクティブフェーズドアレイアンテナ装置において、デュアルモード動作機能を有するアクティブフェーズドアレイアンテナ装置を実現できる。

次に、図２を参照して、図１に示した本発明の実施の形態による送受信モジュール１を用いたアクティブフェーズドアレイアンテナ装置の全体構成を説明する。

図２において、送信時は励振部１３にて送信用励振信号を発生し、分配器１６により励振信号が分配され、送受信モジュール１の＃１から＃Ｎ（Ｎは２以上の整数）へ入力される。各送受信モジュール１に入力された励振信号は、位相制御を受けて所望の出力電力に増幅されて、送受信モジュール１の＃１から＃Ｎに対応するアンテナエレメント１１から空間へ放射されることにより、送信ビームが形成されることになる。

受信時には、アンテナエレメント１１の各々から入力される受信信号が、対応する各送受信モジュール１において低雑音増幅され、位相制御を受けた後に合成器１７において合成され、受信部１４において受信ビームが形成される。各送受信モジュール１の制御は、ビーム制御器１５から送出される位相制御データや動作タイミング等の制御信号により行われる。

また、各送受信モジュール１に供給される電源は、電源部１２から分配される。監視・処理部１８は、電源部１２、励振部１３、受信部１４、ビーム制御部１５に接続されており、制御信号、監視信号、データ等の伝送により、装置全体の監視や信号処理を行う。

送受信モジュール１は、図１に示したように、送信時に入力される励振信号が、移相器６により位相制御を受けてデュアルモード進行波管３にて所望の出力電力に増幅された後、送受切替器４により切替えられてアンテナへ送出される。この時、デュアルモード進行波管３に印加される駆動用の高電圧は、入力される制御信号に応じて、高圧制御回路２において、レーダモード用高電圧と妨害モード用高電圧を瞬時に発生する。

また、受信時には、アンテナから入力される受信信号が送受切替器４から低雑音増幅器５にて低雑音増幅され、移相器６により位相制御を受けて、受信信号として出力される。制御回路７は、入力される制御信号により、送信時または受信時の移相器６の制御とデュアルモード進行波管３を駆動する高電圧を発生する制御及び送受信の切替制御を行うものである。なお、電源回路８は、供給される電源を変換し、送受信モジュール内の各部位へ必要な電源を供給する。

以上、詳細に実施例の構成を述べたが、図２の電源部１２、励振部１３、受信部１４、ビーム制御部１５、監視・処理部１８については、本発明とは直接関係しないので、その詳細な構成の説明は省略するものとする。

次に、図１及び図２に示したアクティブフェーズドアレイアンテナ装置の動作を、図３に示すタイムチャートを使用して説明する。図３において、動作モードがレーダモードの場合、レーダシステムのアンテナ装置は通常のレーダ動作を行うために、ビーム制御部１５からの制御信号を受け送信及び受信を繰返すと共に、各送受信モジュール１の移相器６を制御することにより、送受信ビームを走査する。

レーダモード時、送受信モジュールの高圧制御回路２は、デュアルモード進行波管３を駆動する高電圧ＶＮを発生し、送受信モジュール１の送信出力電力ＰＮを得る。レーダモード時の送信パルス幅をＴＮ１、レーダモード時の送信パルス繰返し周期をＴＮ２とし、送受信モジュールの効率をＥＮとすると、励振されるＮ個の送受信モジュールから構成されるアクティブフェーズドアレイアンテナ装置のレーダモード時消費電力ＰＤＮは、次式（１）となる。
ＰＤＮ＝ＰＮ×（ＴＮ１／ＴＮ２）×Ｎ／ＥＮ （Ｗ） ……（１）

また、この時の合成送信出力ＰＴＮは、次式（２）となる。
ＰＴＮ＝ＰＮ×Ｎ （Ｗ） ……（２）

１例として、Ｎ＝１００個、ＰＮ＝１ｋＷ、ＴＮ１＝１ｍｓ、ＴＮ２＝１０ｍｓ、ＥＮ＝５０％とすると、アクティブフェーズドアレイアンテナ装置の合成送信出力電力ＰＴＮは１００ｋＷ、レーダモード時の消費電力ＰＤＮは２０ｋＷとなる。

次に、動作モードが妨害モードの場合、図３のように，送受信モジュール１の高圧制御回路２は、デュアルモード進行波管３を駆動する高電圧ＶＨへと切替わり、送受信モジュール１の送信出力電力ＰＨへと瞬時に増加する。妨害モード時の送信パルス幅をＴＨ１、妨害モード時の送信パルス繰返し周期をＴＨ２とすると、レーダモード時消費電力と同様に、妨害モード時の消費電力ＰＤＨは、次式（３）となる。
ＰＤＨ＝ＰＨ×（ＴＨ１／ＴＨ２）×Ｎ／ＥＮ （Ｗ） ……（３）

また、この時の合成送信出力ＰＴＨは、次式（４）となる。
ＰＴＨ＝ＰＨ×Ｎ （Ｗ） ……（４）

１例として、Ｎ＝１００個、ＰＮ＝１０ｋＷ、ＴＨ１＝０．１ｍｓ、ＴＨ２＝１０ｍｓ、ＥＮ＝５０％とすると、アクティブフェーズドアレイアンテナ装置の合成送信出力電力ＰＴＨは１０００ｋＷ、妨害モード時の消費電力ＰＤＨは２０ｋＷとなる。

この例のように、レーダモード時は、消費電力２０ｋＷにおいて合成送信出力電力１００ｋＷであるのに対して、妨害モード時は、同じ消費電力２０ｋＷにおいて、合成送信出力電力が１０倍の１０００ｋＷとなる強力な妨害波を得ることができる。

以上のように、レーダモード時の消費電力ＰＤＮと妨害モード時の消費電力ＰＤＨが同程度となるように、送受信モジュールの送信出力電力及び送信パルス条件を設定して制御することにより、必要最小限の電源供給能力にて通常のレーダモード動作または強力な妨害モード動作を行うことができる。

本発明の他の実施の形態として、アクティブフェーズドアレイアンテナ装置の送受信モジュールにおける基本的構成は前述の通りであるが、デュアルモード進行波管の駆動用高電圧の供給について更に工夫している。その構成を図４に示す。

図４において、デュアルモード進行波管３を駆動する高電圧を発生する高圧制御回路２は、送受信モジュール２１とは別構成の電源モジュール２２の構成となっている。この電源モジュール２２は、図示せぬビーム制御部からの制御信号を制御回路７１にて受け、電源回路８１で変換される電源とからデュアルモード進行波管３を駆動するための高電圧を発生し、例えば２台の送受信モジュール２１へ供給する構成となっている。

夫々の送受信モジュール２１は、高圧制御回路２を除く構成となり、１台の電源モジュール２２において、これら２台の送受信モジュール２１の高圧制御回路２を共用する構成となっいる。

このように、本例では、２台の送受信モジュール２１のデュアルモード進行波管３を駆動する高電圧を、１台の電源モジュール２２で共用する構成としているので、送受信モジュール２１を小型軽量化する効果と共に、コスト低減の効果も得られる。

本構成においては、１台の電源モジュール２２で２台の送受信モジュール２１の高圧制御回路を共用する構成としているが、更に共用する送受信モジュールの台数を増やした構成としても良いことは勿論である。

以上説明したように、本発明によれば、第１の効果として、アクティブフェーズドアレイアンテナ装置の送受信モジュールにおいて、デュアルモード進行波管を駆動する高電圧を、制御回路からの制御信号により高圧制御回路で発生し、レーダモード用高電圧または妨害モード用高電圧を瞬時に切替え可能な構成とすることにより、デュアルモード動作が可能なアクティブフェーズドアレイアンテナ装置を実現できる。

また、第２の効果としては、アクティブフェーズドアレイアンテナの送受信モジュール装置において、レーダモード時の消費電力と妨害モード時の消費電力とが同程度となるように、送受信モジュールの送信出力電力及び送信パルス条件を設定して制御することにより、必要最小限の電源供給能力にて通常のレーダモード動作または強力な妨害モード動作ができる。

更に、第３の効果としては、アクティブフェーズドアレイアンテナ装置において、ビーム制御部の制御信号のみでレーダモード動作と妨害モード動作を瞬時に切替えると共に、位相制御によるビーム走査も行うことができるので、通常のレーダ動作である目標物の探知を行い、目標物の追尾を行いながら瞬時に妨害モードへ切替えを行い、その後瞬時にレーダモード動作に戻り、妨害の効果を見ることも可能となるなど多機能な運用を実現することができる。

１，２１ 送受信モジュール
２ 高圧制御回路
３ デュアルモード進行波管
４ 送受切替器
５ 低雑音増幅器
６ 移相器
７，７１ 制御回路
８，８１ 電源回路
１１ アンテナエレメント
１２ 電源部
１３ 励振部
１４ 受信部
１５ ビーム制御部
１６ 分配器
１７ 合成器
１８ 監視・処理部
２２ 電源モジュール

Claims (6)

1. レーダシステムにおけるアクティブフェーズドアレイアンテナ装置の送信モジュールであって、
   入力される励振信号を増幅してアンテナへ出力するデュアルモード進行波管と、
   前記デュアルモード進行波管に対して印加する駆動電圧を、レーダモード動作と妨害モード動作に対応した電圧に切替制御する制御回路とを含むことを特徴とする送信モジュール。
2. 前記入力される励振信号を位相制御する移相器を更に含み、前記移相器の出力を前記デュアルモード進行波管に入力することを特徴とする請求項１記載の送信モジュール。
3. 前記レーダモード動作時の送信パルス幅及びパルス繰返し周期に対して、前記妨害モード動作時の送信パルス幅及びパルス繰返し周期を、両モード動作時の消費電力が同程度になるよう設定したことを特徴とする請求項１または２記載の送信モジュール。
4. 前記制御回路は他の送信モジュールにも共用されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の送信モジュール。
5. 請求項１〜４いずれか記載の送信モジュールを用いたことを特徴とするアクティブフェーズドアレイアンテナ装置。
6. 請求項５記載のアクティブフェーズドアレイアンテナ装置を用いたことを特徴とするレーダシステム。

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