JP2012047492A - フェーズドアレイアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】 同程度の周波数変化を持つ目標信号と不要信号が混在するレーダ受信信号から、目標信号のみを的確に検出する。
【解決手段】 アンテナ素子１ｉとマイクロ波モジュール３ｉ間を接続する回路部分に、所望の通過位相を持つ位相遅延回路２ｉを介在させ、例えばフェーズドアレイアンテナの開口面において、この位相遅延回路２ｉの位相特性をランダムにすることで、任意の方向に対し反射電力が積算されないようにし、これによって電波到来方向に対する反射電力を低減する。
【選択図】図１

Description

本実施形態は、飛翔体搭載レーダ装置等に用いられ、送信と受信の機能を有するフェーズドアレイアンテナに係り、特にレーダ反射断面積を低減する技術に関する。

近年、飛翔体搭載のレーダ装置にあっては、アンテナ素子を多数配置し、各アンテナ素子に電力増幅や位相制御を行うマイクロ波送受信モジュールを配置するフェーズドアレイアンテナの採用が進んでいる。

しかしながら、一般的にフェーズドアレイアンテナは、数百から数千ものアンテナ素子とマイクロ波モジュールから構成されており、アンテナ素子に接続されるマイクロ波モジュール部の反射特性は、単体で十分な特性を実現しても数百、数千と並べてしまうと積算され、結果フェーズドアレイアンテナとしては正面方向に大きな電波反射特性を持ってしまい、レーダ反射断面積を低減する要求に応じられないといった問題が有った。

特開２００８−１７８０３４号公報

上述の如く、数百、数千といったアンテナ素子を配置してなるフェーズドアレイアンテナにおいては、正面方向の電波反射特性を改善することはもはや限界の状況にある。

本実施形態の目的は、多数のアンテナ素子を配置する大開口であっても、良好な電波反射特性を実現することのできるフェーズドアレイアンテナを提供することにある。

本実施形態のフェーズドアレイアンテナは、アレイ状に配列される複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子それぞれに接続され、前記アンテナ素子に送信信号を送り、当該アンテナ素子で受けた受信信号を取り出す送受信切替回路と、前記複数のアンテナ素子と前記複数の送受信切替回路との間のそれぞれに介在され、任意の通過位相を与える複数の位相遅延回路とを具備する。

本実施形態では、フェーズドアレイアンテナにおいて、アンテナ素子と送受信切替回路間の位相伝送特性に開口面特性を付与することにより、任意の方向に対し反射電力が積算されない、もしくは任意の方向にのみ反射電力が積算されるようにすることによって問題の解決を図る。

本実施形態によれば、アンテナ素子数の増大に対して反射電力の増大を伴うことなく、低い電波反射特性を有したフェーズドアレイアンテナが実現可能となる。また、既存の機体においても、大開口なアンテナを低反射特性で容易に実現可能となる。

実施形態のフェーズドアレイアンテナの構成を示すブロック図。 図１に示す実施形態のフェーズドアレイアンテナにおいて、位相遅延回路を備えない場合のフェーズドアレイアンテナのアンテナ放射パターンを示す図。 図２に示すアンテナ放射パターン形成時の角度−振幅強度特性を示す図。 図１に示す実施形態のフェーズドアレイアンテナにおいて、位相遅延回路を備え、各位相遅延回路の位相遅延量をランダムにした場合のフェーズドアレイアンテナのアンテナ放射パターンを示す図。 図４に示すアンテナ放射パターン形成時の角度−振幅強度特性を示す図。 図１に示す実施形態のフェーズドアレイアンテナにおいて、位相遅延回路を備え、各位相遅延回路の位相遅延量に規則的な値を与えた場合のフェーズドアレイアンテナのアンテナ放射パターンを示す図。 図６に示すアンテナ放射パターン形成時の角度−振幅強度特性を示す図。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

（実施形態１）
図１は実施形態１として、レーダ装置に適用されるフェーズドアレイアンテナの構成を示すブロック図である。

図１において、１ｉ（ｉは１〜Ｎ）はそれぞれアンテナ素子であり、アレイ状に配列される。アンテナ素子１ｉは位相遅延回路（遅延量τｉ）２ｉを介してマイクロ波送受信モジュール３ｉに接続される。

モジュール３ｉは送信信号分配回路４から分配されるマイクロ波送信信号を取り込み、位相器３Ａにて所定の位相制御を施し、電力増幅器３Ｂにて電力増幅を施した後、送受信切替回路３Ｃによりアンテナ素子１ｉに向けて送出する。また、アンテナ素子１ｉで受けたマイクロ波受信信号を送受信切替回路３Ｃにて受信系に取り込み、低雑音増幅器３Ｄにて増幅し、位相器３Ｅにて所定の位相制御を施して受信信号合成回路５に出力する。

すなわち、レーダ用途の場合において、上記位相遅延回路２ｉを持たない従来のフェーズドアレイアンテナでは、アンテナ素子１ｉとマイクロ波送受信モジュール３ｉとの接続点（送受信切替回路３Ｃとの接続点）において反射特性が存在し、この反射特性から外部からの電波照射に対し反射電力が発生する。この結果、電波の到来方向に対しアンテナ素子系統それぞれの反射電力が積算されて大きな反射特性が形成されてしまう。

このときのアンテナ放射パターンを図２に示し、角度−振幅強度特性を図３に示す。図中Ａ１はアンテナ素子１ｉから見たモジュール３ｉ（送受信切替回路３Ｃ）からの反射特性（アンテナ素子１ｉに入力される到来電波と一素子当たりの反射電力との差）を示しており、アンテナ素子１ｉに入力される到来電波をＰin、一素子当たりの反射電力をＰoutとするとき、Ａ１：Ｐin−Ｐoutで表される。Ｐ１はＮ素子のアレイアンテナから反射され放射される電力の角度特性を示している。これらの図から、従来のアンテナでは、反射電力の積算により、電波到来方向に対して大きな反射特性が形成されることがわかる。

一方、本実施形態のフェーズドアレイアンテナでは、アンテナ素子１ｉとマイクロ波モジュール３ｉ間を接続する回路部分に、所望の通過位相を持つ位相遅延回路２ｉを介在させており、例えばフェーズドアレイアンテナの開口面において、この位相遅延回路２ｉの位相特性（遅延量τ１〜τＮ）をランダムにすることで、任意の方向に対し反射電力が積算されないようにすることが可能となる。

このときのアンテナ放射パターンを図４に示し、角度−振幅強度特性を図５に示す。図中Ａ２はアンテナ素子１ｉから見たモジュール３ｉ（送受信切替回路３Ｃ）からの反射特性（アンテナ素子１ｉに入力される到来電波と一素子当たりの反射電力との差）を示しており、Ｐ２はＮ素子のアレイアンテナから反射され放射される電力の角度特性を示している。これらの図から、本実施形態のアンテナによれば、電波到来方向等、任意の方向に対して反射電力が積算されず、これによって反射特性を飛躍的に改善されることがわかる。

したがって、上記実施形態の構成によれば、アンテナ素子数の増大に対して反射電力の増大を伴うことなく、低い電波反射特性を有したフェーズドアレイアンテナを実現することができる。また、飛翔体搭載に際して、低反射特性の大開口アンテナの実現は、既存の機体においてもステルス化にとって極めて有効である。

（実施形態２）
尚、上記実施形態では、位相遅延回路２ｉの位相特性をランダムにする場合について説明したが、位相遅延回路２ｉの位相特性を規則的な値とすることより、電波の到来方向に対して任意の方向に反射させることも可能である。

このときのアンテナ放射パターンを図６に示し、角度−振幅強度特性を図７に示す。これらの図から明らかなように、電波到来方向には反射電力が積算されず、指定方向に反射電力を積算するようになり、初期の目的を達成することができる。

尚、上記実施形態は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、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせでもよい。例えば、実施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、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１i（１１〜１Ｎ）…アンテナ素子、２ｉ（２１〜２Ｎ）…位相遅延回路、３ｉ（３１〜３Ｎ）…マイクロ波送受信モジュール、３Ａ…位相器、３Ｂ…電力増幅器、３Ｃ…送受信切替回路、３Ｄ…低雑音増幅器、３Ｅ…位相器、４…送信信号分配回路、５…受信信号合成回路。

Claims (4)

1. アレイ状に配列される複数のアンテナ素子と、
   前記複数のアンテナ素子それぞれに接続され、前記アンテナ素子に送信信号を送り、当該アンテナ素子で受けた受信信号を取り出す送受信切替回路と、
   前記複数のアンテナ素子と前記複数の送受信切替回路との間のそれぞれに介在され、任意の通過位相を与える複数の位相遅延回路と
   を具備することを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。
2. 前記位相遅延回路と前記送受信切替回路とを一体形成するようにしたことを特徴とする請求項１記載のフェーズドアレイアンテナ。
3. 前記複数の位相遅延回路それぞれの通過位相をランダムに設定することを特徴とする請求項１記載のフェーズドアレイアンテナ。
4. 前記複数の位相遅延回路それぞれの通過位相を規定の規則性を持たせて互いに異なるように設定することを特徴とする請求項１記載のフェーズドアレイアンテナ。

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