JP2012207992A - Radar device and array antenna - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、複数のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナと、このアレーアンテナを備えるレーダ装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to an array antenna including a plurality of antenna elements and a radar apparatus including the array antenna.
一般的に、レーダ装置では、例えば、縦方向(エレベーション方向、以下ではEL方向と記す)の差信号であるΔEL信号を受信しようとする場合、アレーアンテナのアンテナ開口の上半分のアンテナ素子の位相を0度に設定し、下半分のアンテナ素子の位相を180度に設定する。ただし、アンテナ素子の位相をこのように設定することで、アンテナ開口全体の振幅分布は一様となり、サイドローブレベルが高くなる。 In general, in a radar device, for example, when a ΔEL signal that is a difference signal in the vertical direction (elevation direction, hereinafter referred to as an EL direction) is to be received, the antenna elements in the upper half of the antenna opening of the array antenna are used. The phase is set to 0 degree, and the phase of the lower half antenna element is set to 180 degrees. However, setting the phase of the antenna element in this way makes the amplitude distribution of the entire antenna aperture uniform and increases the side lobe level.
そこで、ΔEL信号のサイドローブレベルを低減するため、原点及び原点近傍のEL方向の同一座標上に配置されるアンテナ素子の位相が混同して逆位相となるように、アンテナ素子の位相を制御する技術が提案されている。これにより、原点及び原点近傍のEL方向の同一座標上のアンテナ素子の振幅が相殺され、ΔEL信号のサイドローブレベルが低減されることとなる。 Therefore, in order to reduce the side lobe level of the ΔEL signal, the phase of the antenna element is controlled so that the phase of the antenna element arranged on the same coordinate in the EL direction in the vicinity of the origin and the origin is confused and has an opposite phase. Technology has been proposed. As a result, the amplitude of the antenna element on the same coordinate in the EL direction near the origin and the origin is canceled, and the side lobe level of the ΔEL signal is reduced.
しかしながら、原点及び原点近傍のEL方向の同一座標上に配置されるアンテナ素子へ与える位相が複雑になるほど位相制御が困難になるという問題がある。なお、この問題は、横方向(アジマス方向、以下ではAZ方向と記す)の差信号であるΔAZ信号を受信する場合でも同様に生じる。 However, there is a problem that the phase control becomes more difficult as the phase applied to the antenna element arranged on the same coordinate in the EL direction near the origin and the origin is more complicated. This problem also occurs when a ΔAZ signal that is a difference signal in the horizontal direction (azimuth direction, hereinafter referred to as AZ direction) is received.
以上のように、従来のレーダ装置では、原点及び原点近傍の同一座標上に配置されるアンテナ素子の位相が混同して逆位相となるように、アンテナ素子の位相を制御するが、アンテナ素子へ与える位相が複雑になるほど位相制御が困難になるという問題がある。 As described above, in the conventional radar apparatus, the phase of the antenna element is controlled so that the phase of the antenna element arranged on the same coordinate near the origin and the origin is confused and becomes the opposite phase. There is a problem that phase control becomes more difficult as the applied phase becomes more complex.
そこで、目的は、原点及び原点近傍の同一座標上に配置されるアンテナ素子へ与える位相が複雑であっても、その位相制御が容易なレーダ装置及びこのレーダ装置で用いられるアレーアンテナを提供することにある。 Therefore, an object is to provide a radar device that can easily control the phase even if the phase given to the antenna element arranged on the same coordinate near the origin and the origin is complex, and an array antenna used in this radar device. It is in.
実施形態によれば、レーダ装置は、アレーアンテナ、送信部、受信部、位相制御部及び信号処理部を具備する。アレーアンテナは、アンテナ素子と、前記アンテナ素子から送信される送信信号及び前記アンテナ素子で受信される受信信号の位相を制御する送受信モジュールとが予め設定された数だけ整列されて成る第1及び第2のサブアレーアンテナを複数備え、前記複数の第1及び第2のサブアレーアンテナが形成するアンテナ開口の中心線及び中心線近傍では、前記第1及び第2のサブアレーアンテナが混同して配置される。送信部は、送信信号を生成し、前記送信信号を無線周波数帯に変換して前記アレーアンテナへ出力する。受信部は、前記アレーアンテナで受信された前記受信信号に対して受信処理を行う。位相制御部は、前記第1のサブアレーアンテナの送受信モジュールの位相と、前記第2のサブアレーアンテナの送受信モジュールの位相とが逆位相となり、前記アンテナ開口におけるΔ信号の振幅分布が前記アンテナ開口の中心線及び中心線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。信号処理部は、前記送信部で生成される前記送信信号の生成タイミングを指示し、前記受信部での受信処理後の受信信号から所望信号を取得するための処理を行う。 According to the embodiment, the radar apparatus includes an array antenna, a transmission unit, a reception unit, a phase control unit, and a signal processing unit. The array antenna includes first and second antenna elements, and a transmission signal transmitted from the antenna element and a transmission / reception module for controlling a phase of a reception signal received by the antenna element in a predetermined number. A plurality of two subarray antennas are provided, and the first and second subarray antennas are confusedly arranged in the centerline of the antenna opening formed by the plurality of first and second subarray antennas and in the vicinity of the centerline. The transmission unit generates a transmission signal, converts the transmission signal into a radio frequency band, and outputs the radio signal to the array antenna. The reception unit performs reception processing on the reception signal received by the array antenna. The phase control unit is configured such that the phase of the transmission / reception module of the first sub-array antenna is opposite to the phase of the transmission / reception module of the second sub-array antenna, and the amplitude distribution of the Δ signal at the antenna opening is the center of the antenna opening. The amount of phase to be controlled in the plurality of transmission / reception modules is determined so as to be smaller in the vicinity of the line and the center line. The signal processing unit instructs generation timing of the transmission signal generated by the transmission unit, and performs processing for acquiring a desired signal from the reception signal after reception processing by the reception unit.
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施形態に係るレーダ装置の機能構成を示すブロック図である。図1に示すレーダ装置は、アレーアンテナ10、受信部20、送信部30、位相制御部40、信号処理部50及び指示部60を具備する。
FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration of the radar apparatus according to the present embodiment. The radar apparatus shown in FIG. 1 includes an array antenna 10, a
アレーアンテナ10は、複数のサブアレーアンテナ11及び分配/合成部12を備える。
The array antenna 10 includes a plurality of
サブアレーアンテナ11は、アンテナ素子111−1〜111−3及び送受信モジュール112−1〜112−3を備える。アレーアンテナ10におけるアンテナ素子は、サブアレーアンテナ11単位で配置され、サブアレーアンテナ単位でアンテナ素子が間引きされる。なお、本実施形態では、サブアレーアンテナ11が3個のアンテナ素子と、3個の送受信モジュールを備える場合を例に説明するが、これに限定される訳ではない。例えば、サブアレーアンテナ11が5個のアンテナ素子と、5個の送受信モジュールを備えていても構わない。
The
アンテナ素子111−1〜111−3は、送受信モジュール112−1〜112−3とそれぞれ接続する。アンテナ素子111−1〜111−3は、アンテナ開口を形成する。 The antenna elements 111-1 to 111-3 are connected to the transmission / reception modules 112-1 to 112-3, respectively. The antenna elements 111-1 to 111-3 form an antenna opening.
送受信モジュール112−1は、サーキュレータ1121、送信増幅器1122、受信増幅器1123、スイッチ1124、第1移相器1125及び第2移相器1126を有する。なお、送受信モジュール112−2,112−3は、送受信モジュール112−1と同様の構成をしているため、ここでは、送受信モジュール112−1について説明する。
The transmission / reception module 112-1 includes a circulator 1121, a
サーキュレータ1121は、送信増幅器1122から送られてくる送信信号をアンテナ端に接続されたアンテナ素子111−1へ出力するか、アンテナ素子111−1からアンテナ端を経由して送られてくる受信信号を受信増幅器1123へ出力するかを切り替える。
The circulator 1121 outputs a transmission signal transmitted from the
送信増幅器1122は、スイッチ1124から送られてくる送信信号を増幅し、サーキュレータ1121へ出力する。
The
受信増幅器1123は、サーキュレータ1121から供給される受信信号を低雑音増幅し、スイッチ1124及び第2移相器1126へ出力する。
The
スイッチ1124は、第1移相器1125から供給される送信信号を送信増幅器1122へ出力するか、受信増幅器1123から供給される受信信号を第1移相器1125へ出力するかを切り替える。
The
第1移相器1125は、分配/合成部12から供給される送信信号の位相を、位相制御部40からの制御信号に従って制御することにより所定量だけ変化させる。第1移相器1125は、位相制御した送信信号をスイッチ1124を介して送信増幅器1122へ出力する。
The
また、第1移相器1125は、受信増幅器1123からスイッチ1124を介して供給される受信信号の位相を、位相制御部40からの制御信号に従って制御することにより所定量だけ変化させる。第1移相器1125は、位相制御した信号を受信信号RS1として分配/合成部12へ出力する。
Further, the
第2移相器1126は、受信増幅器1123から供給される受信信号の位相を、位相制御部40からの制御信号に従って制御することにより所定量だけ変化させる。第2移相器1126は、位相制御した信号を受信信号RS2として分配/合成部12へ出力する。
The
分配/合成部12は、送信部30から供給される送信信号を電力分配し、接続される複数のサブアレーアンテナ11の送受信モジュール112−1〜112−3へ出力する。
Distribution /
また、分配/合成部12は、第1移相器1125からの受信信号RS1を合成することで、縦方向(エレベーション方向、以下ではEL方向と記す)の差信号であるΔEL信号を生成する。また、分配/合成部12は、第2移相器1126からの受信信号RS2を合成することで、和信号であるΣ信号及び横方向(アジマス方向、以下ではAZ方向と記す)の差信号であるΔAZ信号を生成する。分配/合成部12は、生成したΔEL信号、Σ信号及びΔAZ信号を受信部20へ出力する。
Further, the distribution /
受信部20は、分配/合成部12からΣ信号、ΔEL信号及びΔAZ信号を受け取り、これらの信号の周波数をベースバンド帯に変換する。そして、受信部20は、周波数変換後の信号を増幅し、アナログ−デジタル変換した後、信号処理部50へ出力する。
The
送信部30は、信号処理部50により指示されたタイミング及び変調方式に従って送信信号を生成する。送信部30は、生成した送信信号の周波数を無線周波数帯へ変換した後、増幅する。送信部30は、送信処理を施した送信信号を分配/合成部12へ出力する。
The
位相制御部40は、第1移相器1125及び第2移相器1126で変化させる位相の量を指定する制御信号を生成し、第1移相器1125及び第2移相器1126へ出力する。このとき、位相制御部40は、サブアレー毎に第1移相器1125及び第2移相器1126への制御信号を出力する。
The
信号処理部50は、受信部20で受信処理されたΣ信号、ΔEL信号及びΔAZ信号を受け取り、これらから所望の信号を取得するための信号処理を行う。また、信号処理部50は、送信部30に対して、送信信号の生成タイミング及び変調方式等を指示する。
The
指示部60は、受信部20及び送信部30に対し、アレーアンテナ10の受信動作及び送信動作の切り替えを指示する。
The instruction unit 60 instructs the
次に、以上のように構成されたレーダ装置におけるアレーアンテナ10の動作を説明する。図2は、本実施形態に係るレーダ装置のアレーアンテナ10におけるサブアレーアンテナ11の配置例、及び、ΔEL信号に対するサブアレーアンテナ11の位相設定の例を示す図である。
Next, the operation of the array antenna 10 in the radar apparatus configured as described above will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating an arrangement example of the
図2に示すアレーアンテナ10では、アンテナ素子がサブアレーアンテナ11単位で配置される。また、アレーアンテナ10では、ΔEL信号を受信可能、かつ、ΔEL信号のサイドローブレベルが低減されるように、サブアレーアンテナ単位でアンテナ素子が間引きされる。
In the array antenna 10 shown in FIG. 2, antenna elements are arranged in units of
また、図2では、EL方向における原点及び原点近傍において、EL方向の同一座標上に、異なる位相が設定されたサブアレーアンテナ11が混合して配置される。各サブアレーアンテナ11の位相は、位相制御部40からの制御信号に応じて第1移相器1125及び第2移相器1126によって制御される。
In FIG. 2,
EL方向における原点及び原点近傍において、異なる位相が設定されたアンテナ素子の混合割合を適宜変化させることにより、アンテナ開口全体の振幅分布は、原点及び原点近傍において低くなる。その結果、アンテナ開口の振幅分布は、図3に示すようになる。図3において、実線は本実施形態によるレーダ装置により取得される振幅分布であり、破線はアンテナ開口面を上下半分に分けて位相差を与える従来のレーダ装置により取得される振幅分布である。図3によれば、本実施形態のレーダ装置により、ΔEL信号の受信が可能であり、かつ、ΔEL信号のサイドローブレベルが低減されることがわかる。 By appropriately changing the mixing ratio of the antenna elements in which different phases are set in the EL direction in the origin and in the vicinity of the origin, the amplitude distribution of the entire antenna aperture is lowered in the vicinity of the origin and the origin. As a result, the amplitude distribution of the antenna aperture is as shown in FIG. In FIG. 3, the solid line is the amplitude distribution acquired by the radar apparatus according to the present embodiment, and the broken line is the amplitude distribution acquired by the conventional radar apparatus that divides the antenna aperture surface into upper and lower halves to give a phase difference. According to FIG. 3, it can be seen that the radar apparatus according to the present embodiment can receive the ΔEL signal and reduce the side lobe level of the ΔEL signal.
なお、図2では、ΔEL信号を受信する場合を例に説明したが、同様の方法によりΔAZ信号を受信することが可能である。 In FIG. 2, the case where the ΔEL signal is received has been described as an example. However, the ΔAZ signal can be received by a similar method.
以上のように、本実施形態では、3個のアンテナ素子と、3個の送受信モジュールとによりサブアレーアンテナ11を形成し、アレーアンテナ10に配置する。そして、位相制御部40により、サブアレーアンテナ11単位で、アンテナ素子の位相を制御するようにしている。これにより、アンテナ素子を1個ずつ接続する必要がなくなるため、アレーアンテナを製造する際の労力が低減される。また、アンテナ素子の位相を1個ずつ制御する必要がなくなるため、原点及び原点近傍のEL方向の同一座標上に配置されるアンテナ素子へ与える位相が複雑であっても、位相制御の労力が低減される。
As described above, in this embodiment, the
また、本実施形態では、サブアレーアンテナ11単位でアンテナ素子を間引きするようにしている。図3に示される通り、サブアレーアンテナ11単位でアンテナ素子を間引いたとしても、ΔEL信号の受信が可能であり、かつ、ΔEL信号のサイドローブレベルを低減させることが可能である。これにより、どのアンテナ素子を間引くかを1個ずつ検討する必要がなくなり、シンニングの労力が低減される。
In the present embodiment, the antenna elements are thinned out in units of the
したがって、本実施形態に係るレーダ装置によれば、原点及び原点近傍の同一座標上に配置されるアンテナ素子へ与える位相が複雑であっても、その位相制御が容易となる。 Therefore, according to the radar apparatus according to the present embodiment, even if the phase given to the antenna element arranged on the same coordinate near the origin and the origin is complicated, the phase control becomes easy.
なお、上記実施形態では、サブアレーアンテナ11は、アンテナ素子及び送受信モジュールが一方向に整列されてる場合を例に説明したが、これに限定される訳ではない。例えば、L字型に整列される場合であっても同様に実施可能である。
In the above embodiment, the
実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although the embodiment has been described, this embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention. This embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. This embodiment and its modifications are included in the scope of the present invention and the gist thereof, and are also included in the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
10…アレーアンテナ
11…サブアレーアンテナ
12…分配/合成部
111−1〜111−3…アンテナ素子
112−1〜112−3…送受信モジュール
1121…サーキュレータ
1122…送信増幅器
1123…受信増幅器
1124…スイッチ
1125…第1移相器
1126…第2移相器
20…受信部
30…送信部
40…位相制御部
50…信号処理部
60…指示部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ...
Claims (3)
送信信号を生成し、前記送信信号を無線周波数帯に変換して前記アレーアンテナへ出力する送信部と、
前記アレーアンテナで受信された前記受信信号に対して受信処理を行う受信部と、
前記第1のサブアレーアンテナの送受信モジュールの位相と、前記第2のサブアレーアンテナの送受信モジュールの位相とが逆位相となり、前記アンテナ開口におけるΔ信号の振幅分布が前記アンテナ開口の中心線及び中心線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位相制御部と、
前記送信部で生成される前記送信信号の生成タイミングを指示し、前記受信部での受信処理後の受信信号から所望信号を取得するための処理を行う信号処理部と
を具備することを特徴とするレーダ装置。 First and second subarray antennas in which an antenna element and a transmission / reception module for controlling the phase of a transmission signal transmitted from the antenna element and a reception signal received by the antenna element are aligned in a preset number. An array antenna in which the first and second subarray antennas are confusedly arranged in the centerline of the antenna opening formed by the plurality of first and second subarray antennas and in the vicinity of the centerline; and
A transmission unit that generates a transmission signal, converts the transmission signal into a radio frequency band, and outputs the radio signal to the array antenna;
A receiving unit that performs a receiving process on the received signal received by the array antenna;
The phase of the transmission / reception module of the first subarray antenna is opposite to the phase of the transmission / reception module of the second subarray antenna, and the amplitude distribution of the Δ signal at the antenna opening is the centerline of the antenna opening and the vicinity of the centerline A phase control unit that determines an amount of phase to be controlled in the plurality of transmission and reception modules,
A signal processing unit that instructs generation timing of the transmission signal generated by the transmission unit and performs processing for obtaining a desired signal from the reception signal after reception processing by the reception unit; Radar device.
供給される送信信号を分配して前記サブアレーアンテナへ出力し、前記サブアレーアンテナからの受信信号を合成してΔ信号を生成する分配/合成部と
を具備することを特徴とするアレーアンテナ。 A plurality of first and second antenna elements, and a plurality of first and second antennas that are arranged in a preset number of transmission / reception modules that control the phases of transmission signals transmitted from the antenna elements and reception signals received by the antenna elements. A sub-array antenna,
An array antenna comprising: a distribution / combining unit that distributes a supplied transmission signal, outputs the transmission signal to the sub-array antenna, and combines a reception signal from the sub-array antenna to generate a Δ signal.
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