JP2014187584A

JP2014187584A - アンテナ装置

Info

Publication number: JP2014187584A
Application number: JP2013061695A
Authority: JP
Inventors: Mikio Hatamoto; 幹夫畑本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-03-25
Filing date: 2013-03-25
Publication date: 2014-10-02

Abstract

【課題】アンテナ装置の受信時におけるレーダ反射面積を小さくすることを目的とする。
【解決手段】複数の空中線と、それぞれの上記空中線に接続された複数の接続部と、それぞれの上記接続部に接続され、上記空中線から入力される受信信号を増幅する受信機と、それぞれの上記受信機に接続された移相器と、を備え、上記それぞれの接続部は、互いの電気長が不規則な依存性を持つ異なる長さを有し、上記移相器は、上記それぞれの接続部の電気長の相違によって生じる、上記受信機の増幅した受信信号の位相のばらつきを調整する。
【選択図】図１

Description

この発明は、複数の素子アンテナを配列したアンテナ装置に関する。

相手方の他のレーダ装置から自身の位置が検知されないよう、レーダ反射面積を小さくしたアンテナ装置が知られている。例えば特許文献１に示す従来のアンテナ装置は、レーダ反射面積を小さくするために、複数の素子アンテナと、上記複数の素子アンテナから送信するための送信信号を生成する送信機と、上記複数の素子アンテナで受信した受信信号を処理する受信素子と、上記複数の素子アンテナでの給電点でのインピーダンスに整合する共役整合素子および上記受信素子と上記共役整合素子との動作を切り替える第２スイッチから構成される受信系と上記受信系の動作を切り替える第１スイッチとを備えている。これによって、目標を追尾していないときに到来する電磁波がアンテナ装置で反射しないように、第１スイッチと第２スイッチにより素子アンテナを共役整合素子に接続し、空中線（アンテナ装置）の給電点におけるインピーダンスに整合するように動作することで、空中線にて再反射される電磁波のエネルギーを共役整合素子に消費させ、アンテナ装置全体としてレーダ反射面積を低減させている。この共役整合素子は周波数特性を有する素子が含まれていないため、広帯域に渡ってレーダ反射面積の低減が可能となる。

特開２００９−１０９３３３号公報

しかしながら、目標を捜索または追尾しているときに、その受信時において接続される受信素子は、周波数特性を有する素子が含まれている。このため受信素子には帯域の制約があって、受信時においてはアンテナ装置の受信素子におけるインピーダンスが不整合となり、受信素子で反射した受信信号が同位相の反射波としてアンテナ素子から放射されることとなる。このことから、受信素子で反射した受信信号が複数の素子アンテナから同位相の反射波となってビーム形成されることで、レーダ反射面積を大きくし、相手方の他のレーダ装置から自身の位置が検知されるという問題がある。

この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、アンテナ装置の受信時におけるレーダ反射面積を小さくすることを目的とする。

この発明によるアンテナ装置は、複数の空中線と、それぞれの上記空中線に接続された複数の接続部と、それぞれの上記接続部に接続され、上記空中線から入力される受信信号を増幅する受信機と、それぞれの上記受信機に接続された移相器と、を備え、上記それぞれの接続部は、互いの電気長が不規則な依存性を持つ異なる長さを有し、上記移相器は、上記それぞれの接続部の電気長の相違によって生じる、上記受信機の増幅した受信信号の位相のばらつきを調整することを特徴としたものである。

この発明によれば、アンテナ装置の受信時におけるレーダ反射面積を小さくすることができる。

実施の形態１によるアンテナ装置の構成を示す図である。実施の形態１によるアンテナ装置の追尾モード時の動作を示す図である。

実施の形態１．
この発明に係る実施の形態１によるアンテナ装置の構成について、図１を用いて説明する。図１は、実施の形態１によるアンテナ装置の構成を示す図である。実施の形態１によるアンテナ装置１１３は、複数の素子アンテナ装置１１２と、それぞれの素子アンテナ装置１１２に接続された電力分配および合成回路１２０から構成される。アンテナ装置１１３は、外部の図示しないレーダ信号処理器および制御装置に接続されて、レーダ装置を構成する。図１は、３個の素子アンテナ装置１１２を設けた例を示しているが、４個以上の素子アンテナ装置１１２を設けても良く、以下の説明では３個の素子アンテナ装置１１２に限って説明するが、４個以上の素子アンテナ装置１１２を設けた場合も同様の構成および動作となるので説明を省く。

各素子アンテナ装置１１２は、素子アンテナである空中線１００と、接続部１１１と、送受信モジュール１１０から構成される。空中線１００は、所定の間隔で複数個配列されることでフェーズドアレイアンテナを形成する。接続部１１１は、空中線１００と送受信モジュール１１０の間を接続する。空中線１００の給電点は接続部１１１の一方端に接続される。接続部１１１の他方端は送受信モジュール１１０の一方端に接続される。送受信モジュール１１０の他方端は電力分配および合成回路１２０の一方側に接続される。電力分配および合成回路１２０の他方側は送信装置および受信装置に接続される。ここで、各素子アンテナ装置１１２の接続部１１１の電気長は、互いに不規則（ランダム）に異なるように設定されている。即ち、各接続部１１１の互いの電気長は、不規則な依存性を持った異なる長さを有している。

送受信モジュール１１０は、第１のスイッチ１０１と、送信機１０４と、受信機１０８と、第２のスイッチ１０２と、移相器１０９から構成される。送信機１０４は、増幅器、可変減衰器等を有して送信信号の振幅制御をする。移相器１０９は、送信信号と受信信号の位相を制御する。移相器１０９の一方端は第１のスイッチ１０２に接続される。移相器１０９の他方端は、送受信モジュール１１０の他方端で、電力分配および合成回路１２０の一方側に接続される。

接続部１１１と移相器１０９の間には、第１のスイッチ１０１と、送信機１０４と、受信機１０８と、第２のスイッチ１０２が配置される。送信機１０４と受信機１０８は、第１のスイッチ１０１と第２のスイッチ１０２の間に並列に配置される。第１のスイッチ１０１の第１端子ａは送信機１０４の出力端に接続され、第１のスイッチ１０１の第２端子ｂは受信機１０８の入力側に接続される。第１のスイッチ１０１の第３端子ｃは接続部１１１の他方端に接続される。第２のスイッチ１０２の第１端子ａは送信機１０４の入力端に接続され、第２のスイッチ１０２の第２端子ｂは受信機１０８の出力端に接続される。第２のスイッチ１０２の第３端子ｃは移相器１０９の一方端に接続される。第１のスイッチ１０１は、外部の制御装置（図示せず）からの第１もしくは第２の指令を受けて、第１端子ａと第３端子ｃとの接続、もしくは第２端子ｂと第３端子ｃとの接続の、何れか一方に接続を切換える。第２のスイッチ１０２は、外部の制御装置（図示せず）からの第１もしくは第２の指令を受けて、第１端子ａと第３端子ｃとの接続、もしくは第２端子ｂと第３端子ｃとの接続の、何れか一方に接続を切換える。第１のスイッチ１０１および第２のスイッチ１０２は、接続部１１１と移相器１０９の間で、送信機１０４もしくは受信機１０８との接続を何れか一方側に切り替えるように動作する。

受信機１０８は、受信部１０５、第３スイッチ１０３、および共役整合素子１１４から構成される。共役整合素子１１４は、移相器１０６および可変抵抗１０７の直列回路から構成される。受信部１０５は増幅器、可変減衰器等を有し、その入力端から入力される受信信号の振幅を制御して出力端に出力する。受信部１０５の出力端は受信機１０８の出力端となり、第２のスイッチ１０２の第２端子ｂに接続される。移相器１０６は、一方端から入力される受信信号の位相を制御し、位相を調整した受信信号を他方端から可変抵抗１０７に出力する。第３のスイッチ１０３の第１端子ａは受信機１０５の入力端に接続される。第３のスイッチ１０３の第２端子ｂは、共役整合素子１１４を構成する移相器１０９の一方端に接続される。第３のスイッチ１０３の第３端子ｃは受信機１０８の入力端となり、第１のスイッチ１０１の第２端子ｂに接続される。第３のスイッチ１０３は、外部の制御装置（図示せず）からの第３もしくは第４の指令を受けて、第１端子ａと第３端子ｃとの接続、もしくは第２端子ｂと第３端子ｃとの接続の、何れか一方に接続を切換える。共役整合素子１１４を構成する可変抵抗１０７の他方端は接地されている。共役整合素子１１４は、空中線１００の給電点におけるインピーダンスに整合するように動作する。

次に、実施の形態１によるアンテナ装置１１３の動作について説明する。実施の形態１によるアンテナ装置１１３は、目標を捕捉して追尾する追尾モードと、目標を追尾しない非追尾モードで動作する。

追尾モードで動作するとき、その送信時には外部の制御装置が第１の指令を出力し、第１のスイッチ１０１が第１の端子ａと第３の端子ｃを接続し、第２のスイッチ１０２が第１の端子ａと第３の端子ｃを接続するように切り替える。これにより、空中線１００は送信機１０４および移相器１０９に接続されることとなる。電力分配および合成回路１２０は、外部の送信装置（図示せず）から入力された送信信号を各素子アンテナ装置１１２に分配する。この各素子アンテナ装置１１２に分配された送信信号は、送信機１０４および移相器１０９にて増幅および位相調整の処理がなされ、その送信波が空中線１００から放射される。

また、追尾モードで動作するとき、その受信時には外部の制御装置が第２、第３の指令を出力し、第１のスイッチ１０１が第２の端子ｂと第３の端子ｃを接続し、第２のスイッチ１０２が第２の端子ｂと第３の端子ｃを接続し、第３のスイッチ１０３が第１の端子ａと第３の端子ｃを接続するように切り替える。これにより、空中線１００は受信機１０５および移相器１０９に接続されることとなる。即ち、追尾モード時に空中線１００で受信された受信信号は、接続部１１１を経由して受信機１０８の受信部１０５に入力される。各素子アンテナ装置１１２の空中線１００から受信部１０５に入力された受信信号は、各受信部１０５にて増幅処理され、それぞれ電力分配および合成回路１２０に入力されて合成される。

また、非追尾モードで動作するときは、外部の制御装置が第２、第４の指令を出力し、第１のスイッチ１０１が第２の端子ｂと第３の端子ｃを接続し、第２のスイッチ１０２が第２の端子ｂと第３の端子ｃを接続し、第３のスイッチ１０３が第２の端子ｂと第３の端子ｃを接続するように切り替える。これにより、空中線１００は共役整合素子１１４に接続されることとなる。

このとき、上述した通り、共役整合素子１１４は空中線１００の給電点におけるインピーダンスに整合するように動作する。即ち、追尾モード時に空中線１００で受信された受信信号は、接続部１１１を経由して共役整合素子１１４にて消費され、空中線１００にて再反射される電磁波のエネルギーは低減する。かくして、アンテナ装置１１３全体としてレーダ反射面積が小さくなる。

一方、追尾モードで動作するときは、空中線１００が共役整合素子１１４に接続されないため、空中線１００で受信された受信信号は共役整合素子１１４で消費されない。この場合のアンテナ装置１１３の動作について、図を用いて説明する。図２は、実施の形態１のアンテナ装置における、追尾モード時の受信信号による反射波の低減動作を説明する図である。

図２においてアンテナ装置１１３は、追尾モード時に空中線１００で受信された受信信号が接続部１１１を経由して受信機１０８の受信部１０５に入力される。この場合、インピーダンス不整合により、受信部１０５に入力された受信信号の一部は受信部１０５で反射され、接続部１１１を経由して空中線１００から反射波として放射される。

このとき各素子アンテナ装置１１２の空中線１００から放射される反射波の位相は、各接続部１１１の電気長がランダムに設定されているため、その位相θ_１、θ_２、θ_３がばらついて波面として揃うことがなく、ビームが形成されない。そのためアンテナ装置１１３のレーダ反射面積を低減させることができる。

また、接続部１１１を経由して位相がばらついた各素子アンテナ装置１１２の送信波および受信波は、移相器１０９を用いて、各素子アンテナ装置１１２の空中線１００が互いに同相条件となるように設定することができる。即ち、移相器１０９は、それぞれの接続部１１１の電気長の相違によって生じる、受信機１０８の増幅した受信信号の位相θ_１、θ_２、θ_３のばらつきは同相条件に調整される。このため、接続部１１１による各素子アンテナ装置１１２の位相のばらつきがアンテナ装置１１３の送信ビームおよび受信ビームに影響することはない。

以上説明した通り、実施の形態１によるアンテナ装置１１３は、複数の空中線１００と、それぞれの上記空中線１００に接続された複数の接続部１１１と、それぞれの上記接続部１１１に接続され、上記空中線１００から入力される受信信号を増幅する受信機１０８と、それぞれの上記受信機１０８に接続された移相器１０６と、を備え、上記それぞれの接続部１１１は、互いの電気長が不規則な依存性を持つ異なる長さを有し、上記移相器１０９は、上記それぞれの接続部１１１の電気長の相違によって生じる、上記受信機１０８の増幅した受信信号の位相のばらつきを調整することを特徴としたものである。また、上記各接続部１１１にそれぞれ接続された第１のスイッチ１０１と、上記各移相器１０９にそれぞれ接続された第２のスイッチ１０２と、上記第１のスイッチ１０１と第２のスイッチ１０２の間にそれぞれ接続された送信機１０４とを更に備え、上記受信機１０８は、上記第１のスイッチ１０１と第２のスイッチ１０２の間にそれぞれ上記送信機１０４と並列に接続され、上記送信機１０４および上記受信機１０８は、当該第１、第２のスイッチ１０１，１０２の接続の切換えにより、上記空中線１００との接続が切換えられる。また、上記各受信機１０８は、受信部１０５と、当該受信部１０５に並列に接続された共役整合素子１１４と、当該受信部１０５および共役整合素子１１４との接続を切換える第３のスイッチ１０３を有したものである。

これにより、各空中線１００から各受信機１０８に入力し、各受信機１０８にて反射し各空中線１００から再放射される反射波の位相は、各接続部１１１の電気長がランダムに設定されているため、その位相がばらついて波面として揃うことがなく、ビームが形成されない。そのためアンテナ装置１１３のレーダ反射面積を低減させることができる。

１００空中線、１０１第１のスイッチ、１０２第２のスイッチ、１０３第３のスイッチ、１０４送信機、１０５受信部、１０６移相器、１０７可変抵抗、１０８受信機、１０９移相器、１１０送受信モジュール、１１１接続部、１１２素子アンテナ装置、１１３アンテナ装置、１１４共役整合素子、１２０電力分配および合成回路。

Claims

複数の空中線と、
それぞれの上記空中線に接続された複数の接続部と、
それぞれの上記接続部に接続され、上記空中線から入力される受信信号を増幅する受信機と、
それぞれの上記受信機に接続された移相器と、
を備え、
上記それぞれの接続部は、互いの電気長が不規則な依存性を持つ異なる長さを有し、
上記移相器は、上記それぞれの接続部の電気長の相違によって生じる、上記受信機の増幅した受信信号の位相のばらつきを調整することを特徴としたアンテナ装置。
上記各接続部にそれぞれ接続された第１のスイッチと、上記各移相器にそれぞれ接続された第２のスイッチと、上記第１のスイッチと第２のスイッチの間にそれぞれ接続された送信機とを更に備え、
上記受信機は、上記第１のスイッチと第２のスイッチの間にそれぞれ上記送信機と並列に接続され、
上記送信機および上記受信機は、当該第１、第２のスイッチの接続の切換えにより、上記空中線との接続が切換えられることを特徴とした請求項１記載のアンテナ装置。
上記各受信機は、受信部と、当該受信部に並列に接続された共役整合素子と、当該受信部および共役整合素子との接続を切換える第３のスイッチを有したことを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。