JP2015159481A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低損失で位相を制御でき、アンテナ規模の増大やコスト上昇を防ぐことができるアンテナ装置を提供する。【解決手段】複数のアンテナ素子それぞれに接続され、分配合成器で分配された送信信号が入力され、入力された送信信号に所望の位相制御を施し、複数のアンテナ素子で受信された受信信号が入力され、入力された受信信号に所望の位相制御を施す複数の移相器を備える。複数の移相器は、超伝導材で構築され、超伝導状態となる極低温に冷却される環境下に配置される。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、例えばレーダや通信システムに用いられるアンテナ装置に関する。

例えば、レーダや通信システム等の送受信に用いられ、空間の電子ビーム走査を行うフェーズドアレイアンテナ等のアンテナ装置では、アンテナ素子ごとや複数のアンテナ素子にて構成されるサブアレイごとに、入力された信号の位相を制御する移相器が必要である。従来のアンテナ装置では、上記移相器によって各アンテナ素子の送信／受信位相を制御している。また、不要信号抑圧のためにアンテナ素子ごとやサブアレイ単位ごとに帯域制限フィルタを配置することが一般的である。

しかしながら、常温に配置される移相器の損失は大きく、従来のアンテナ装置では、所望の送信電力を確保するため、移相器の損失分を考慮して送信アンプの多段化設計を行っていた。また、従来のアンテナ装置では、所望のシステム雑音温度が得られるように、移相器の損失分を考慮して受信系利得の設計やＬＮＡ（Low Noise Amplifier）雑音温度の設計等によって、移相器の大きな損失を補うための回路構成をとっていた。

特開２０１２−２２２２７５号公報

以上のように、従来のアンテナ装置では、常温に配置される移相器の損失が大きく、移相器の損失を補うために、高出力な送信用アンプの使用や送信アンプの多段化を行うとともに、高利得・低ＮＦ（Noise Figure）のＬＮＡ等を使用していた。このため、アンテナ規模の増大やコスト上昇を招いていた。

そこで、目的は、低損失で位相を制御でき、アンテナ規模の増大やコスト上昇を防ぐことができるアンテナ装置を提供することにある。

本実施形態によれば、アンテナ装置は、複数のサブアレイと、前記複数のサブアレイに送信信号を分配する分配器と、前記複数のサブアレイそれぞれで受信される受信信号を合成する合成器とを具備する。前記複数のサブアレイはそれぞれ、複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子から前記送信信号を空間へ放射するための信号処理を行う送信部と、前記複数のアンテナ素子により受信される受信信号の信号処理を行う受信部と、前記送信部から出力される送信信号を前記複数のアンテナ素子にそれぞれ分配し、前記複数のアンテナ素子により受信される受信信号を合成して前記受信部へ伝送する分配合成器と、前記分配合成器、送信部および受信部に接続され、送信及び受信の切換指示に応じて前記送信部または受信部と、前記分配合成器とを切換接続する送受信切換器と、前記複数のアンテナ素子それぞれに接続され、前記分配合成器で分配された送信信号が入力され、入力された送信信号に所望の位相制御を施し、前記複数のアンテナ素子で受信された受信信号が入力され、入力された受信信号に所望の位相制御を施す複数の移相器とを備える。前記複数の移相器は、超伝導材で構築され、超伝導状態となる極低温に冷却される環境下に配置される。

第１の実施形態に係るアンテナ装置を示すブロック図。 図１に示すアンテナ装置の変形例１を示すブロック図。 図１に示すアンテナ装置の変形例２を示すブロック図。 第２の実施形態に係るアンテナ装置を示すブロック図。 図４に示すアンテナ装置の変形例１を示すブロック図。 図４に示すアンテナ装置の変形例２を示すブロック図。 第３の実施形態に係るアンテナ装置を示すブロック図。 第４の実施形態に係るアンテナ装置を示すブロック図。 第５の実施形態に係るアンテナ装置を示すブロック図。 第６の実施形態に係るアンテナ装置を示すブロック図。 第７の実施形態に係るアンテナ装置を示すブロック図。 第８の実施形態に係るアンテナ装置を示すブロック図。

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るアンテナ装置を示すブロック図である。図１に示すアンテナ装置は、移相器に超伝導材を使用したチューナブルフィルタを採用したアンテナ装置である。

第１の実施形態に係るアンテナ装置は、外部装置で生成される送信信号を複数のサブアレイ２−１〜２−ｎに分配する分配器１、複数のサブアレイ２−１〜２−ｎおよび複数のサブアレイ２−１〜２−ｎから出力される受信信号を合成する合成器３を備える。

複数のサブアレイ２−１〜２−ｎは、複数のアンテナ素子２−６１１〜２−６ｎｍから上記送信信号を空間へ放射するために送信アンプ２−１１〜２−１ｎ（送信部）と、送受信切換器２−２１〜２−２ｎと、分配合成器２−３１〜２−３ｎと、移相器２−４１１〜２−４ｎｍと、複数のアンテナ素子２−６１１〜２−６ｎｍとを有する。また、複数のアンテナ素子２−６１１〜２−６ｎｍで受信される受信信号の処理を行うために、送受信切換器２−２１〜２−２ｎにて選択されるリミッタ２−７１〜２−７ｎおよびＬＮＡ（Low Noise Amplifier）２−８１〜２−８ｎ（受信部）とを備えた受信系統を有する。

送信アンプ２−１１〜２−１ｎは、分配器１で分配された送信信号が入力され、分配器１から入力される送信信号を所望の利得で電力増幅する。

送受信切換器２−２１〜２−２ｎは、後述する分配合成器２−３１〜２−３ｎ、送信部および受信部に接続され、送信及び受信の切換指示に応じて送信部または受信部と、分配合成器２−３１〜２−３ｎとを切換接続する。

分配合成器２−３１〜２−３ｎは、送信部から送受信切換器２−２１〜２−２ｎを介して伝送される送信信号を移相器２−４１１〜２−４ｎｍにそれぞれ分配する。また、分配合成器２−３１〜２−３ｎは、移相器２−４１１〜２−４ｎｍから出力される信号を合成する。合成された信号は、送受信切換器２−２１〜２−２ｎを介して受信部へ伝送される。

移相器２−４１１〜２−４ｎｍは、分配合成器２−３１〜２−３ｎで分配された送信信号が入力され、入力された送信信号に所望の位相制御を施す。また、移相器２−４１１〜２−４ｎｍは、複数のアンテナ素子２−６１１〜２−６ｎｍで受信された受信信号が入力され、入力された受信信号に所望の位相制御を施す。この移相器２−４１１〜２−４ｎｍは、超伝導材で構築される。

複数のアンテナ素子２−６１１〜２−６ｎｍは、移相器２−４１１〜２−４ｎｍで位相制御された送信信号を空間へ放射する。また、複数のアンテナ素子２−６１１〜２−６ｎｍは、当該空間において受信された受信信号を移相器２−４１１〜２−４ｎｍへ伝送する。

リミッタ２−７１〜２−７ｎは、分配合成器２−３１〜２−３ｎで合成された信号が入力され、入力された信号の信号レベルを制限して、後段の回路への過入力保護を行う。

ＬＮＡ（Low Noise Amplifier）２−８１〜２−８ｎは、リミッタ２−７１〜２−７ｎから出力された信号が入力され、入力された信号を低雑音で増幅する。

ここで、上記移相器２−４１１〜２−４ｎｍは超伝導材で構成され、例えばチューナブルフィルタを用いた回路構成等がある。また、図１に示すように、移相器２−４１１〜２−４ｎｍは、真空容器２−９１〜２−９ｎ内に収容され、冷凍機２−１０により極低温に冷却される。真空容器２−９１〜２−９ｎは、内部を真空状態にすることで、収容物の断熱と保温を行う。冷凍機２−１０は、真空容器２−９１〜２−９ｎに収容されるものを極低温に冷却する。すなわち、移相器２−４１１〜２−４ｎｍは、超伝導状態となる極低温に冷却される環境下に配置される。なお、冷凍機２−１０は複数の真空容器２−９１〜２−９ｎに接続しているが、真空容器ごとに複数の冷凍機を配置してもよい。

超伝導材で構成されるチューナブルフィルタを採用した移相器は、例えば、所望の周波数帯域内で等しい振幅（損失）特性を実現できるチェビシェフ型フィルタを用いる。このチェビシェフ型フィルタは、等しい振幅となる周波数帯域内で周波数に応じてほぼ線形の通過位相特性を有する。２段のチェビシェフ型フィルタの場合では、等振幅帯域幅内での位相変化量として概ね９０度を得ることが可能である。これを利用して、装置の運用で使用する信号周波数に対して予め広い周波数帯域を有するフィルタを構成し、そのフィルタは等振幅帯域特性を周波数軸上で変化させることのできるチューナブルフィルタとして、使用する信号周波数に対してフィルタの中心周波数を可変する。使用する信号周波数に対してフィルタの中心周波数を可変することにより、所望の通過位相を得られる。この移相器を用いて、所望の位相制御を可能とする。

なお、上記チューナブルフィルタは、例えば、フィルタを構成する共振器上に誘電体を配置して共振器と誘電体との距離を制御することによってフィルタの中心周波数を可変する手法等を用いてもよい。この手法をとる場合、誘電体の距離を可変する駆動機構とこれを制御する制御信号が必要となる。このチューナブルフィルタを移相器として使用することから、誘電体の距離を変えて中心周波数を制御する際には、設定する位相量に応じた制御が必要であり、予め誘電体の距離による中心周波数の変化量や設定する中心周波数ごとの位相変化量を把握した上で制御を行う。

上記構成のアンテナ装置の処理動作を以下に説明する。

まず、送信時、入力される送信信号は、分配器１にてアレイ状に配置する各サブアレイ２−１〜２−ｎに分配供給される。各サブアレイ２−１〜２−ｎへ分配供給された送信信号は、各サブアレイ２−１〜２−ｎ内の送信アンプ２−１１〜２−１ｎによって信号増幅される。信号増幅された送信信号は、送受信切換器２−２１〜２−２ｎを介して分配合成器２−３１〜２−３ｎへ伝送され、分配合成器２−３１〜２−３ｎによって各移相器２−４１１〜２−４ｎｍへ分配供給される。各移相器２−４１１〜２−４ｎｍへ分配供給された送信信号は、各移相器２−４１１〜２−４ｎｍにて送信ビームの励振分布に応じた位相制御を施される。位相制御を施された送信信号は、複数のアンテナ素子２−６１１〜２−６ｎｍへ供給され、複数のアンテナ素子２−６１１〜２−６ｎｍから空間へ放射される。なお、送受信切換器２−２１〜２−２ｎは、サーキュレータやＲＦスイッチ等、送信部と受信部の切換を可能とするものである。

また、受信時、各アンテナ素子２−６１１〜２−６ｎｍにて受信された受信信号は、移相器２−４１１〜２−４ｎｍにて受信ビームの指向特性に応じた位相制御を施される。位相制御を施された受信信号は、分配合成器２−３１〜２−３ｎにて信号合成される。信号合成された受信信号は、送受信切換器２−２１〜２−２ｎを介して受信部へ伝送され、リミッタ２−７１〜２−７ｎを経てＬＮＡ２−８１〜２−８ｎにて信号の低雑音増幅が行われる。低雑音増幅が行われた受信信号は、合成器３にて信号合成され、受信信号として出力される。

上記構成によれば、第１の実施形態のアンテナ装置は、移相器２−４１１〜２−４ｎｍに超伝導材を使用して、超伝導材の臨界温度となる極低温に冷却することによって、移相器損失を大幅に低減することができる。これにより、送信部では所望の送信電力を確保するために多段化した送信アンプの段数削減や送信アンプの出力電力の低減等が可能となり、アンテナ規模の削減や低消費電力化、低コスト化といった効果を得ることができる。さらに、受信部では、これまで移相器損失で生じるシステム雑音温度の劣化を補償するだけの高い受信系利得を設定していたが、これを低く抑えることができるため、送信と同様にアンテナ規模の削減や低消費電力化、低コスト化といった効果を得ることができる。また、従来のアンテナ装置では、システム雑音温度の劣化が顕著であることから、移相器２−４１１〜２−４ｎｍをＬＮＡ２−８１〜２−８ｎの出力側に配置していたが、低損失化の実現によってＬＮＡ２−８１〜２−８ｎの入力側に移相器を配置してもシステム雑音温度の劣化を少なくすることができる。これにより、送信部と受信部共用の移相器とした小規模の回路構成をとることができる。

また、アンテナ装置は、超伝導材を用いたチューナブルフィルタによって移相器を構成することにより、大幅な移相器損失の低減とともに、従来、別体で構成していた帯域通過フィルタ（ＢＰＦ（Band Pass Filter））の機能を移相器の位相制御機能と一体的に構成することができる。このため、アンテナ規模を縮小することができる。

なお、図１には真空容器２−９１〜９ｎに複数の移相器２−４１１〜２−４ｎｍを収容した構成のブロック図を示しているがこれに限らない。

（変形例１−１）
図２は、図１に示すアンテナ装置の変形例１−１を示すブロック図である。図２に示すように、第１の実施形態のアンテナ装置において、一つの移相器２−４１１〜２−４ｎｍごとに真空容器２−９１〜２−９ｎに収容してもよい。また、冷凍機も真空容器２−９１〜２−９ｎごとに配置しても良い。

（変形例１−２）
図３は、図１に示すアンテナ装置の変形例１−２を示すブロック図である。図３に示すように、発熱量が比較的少なく、かつ高感度化に大きく寄与する送受信切換器２−２１〜２−２ｎ、分配合成器２−３１〜２−３ｎ、リミッタ２−７１〜２−７ｎおよびＬＮＡ２−８１〜２−８ｎを、複数の移相器２−４１１〜２−４ｎｍと共に一つの真空容器２−９１〜２−９ｎ内に収容してもよい。この時、真空容器２−９１〜２−９ｎごとに冷凍機を配置しても良い。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係るアンテナ装置を示すブロック図である。

第２の実施形態に係るアンテナ装置は、外部装置で生成される送信信号を複数のサブアレイ２−１〜２−ｎに分配する分配器１、複数のサブアレイ２−１〜２−ｎおよび複数のサブアレイ２−１〜２−ｎそれぞれで受信される受信信号を合成する合成器３を備える。

複数のサブアレイ２−１〜２−ｎは、複数のアンテナ素子２−６１１〜２−６ｎｍから上記送信信号を空間へ放射するために送信アンプ２−１１〜２−１ｎ（送信部）と、送受信切換器２−２１〜２−２ｎと、分配合成器２−３１〜２−３ｎと、移相器２−４１１〜２−４ｎｍと、フィルタ２−５１１〜２−５ｎｍと、複数のアンテナ素子２−６１１〜２−６ｎｍとを有する。また、複数のアンテナ素子２−６１１〜２−６ｎｍにより受信される受信信号の処理を行うために、送受信切換器２−２１〜２−２ｎにて選択されるリミッタ２−７１〜２−７ｎおよびＬＮＡ２−８１〜２−８ｎ（受信部）とを備えた受信系統を有する。

送信アンプ２−１１〜２−１ｎは、分配器１で分配された送信信号が入力され、分配器１から入力される送信信号を所望の利得で電力増幅する。

送受信切換器２−２１〜２−２ｎは、後述する分配合成器２−３１〜２−３ｎ、送信部および受信部に接続され、送信及び受信の切換指示に応じて送信部または受信部と、分配合成器と２−３１〜２−３ｎを切換接続する。

分配合成器２−３１〜２−３ｎは、送信部から送受信切換器２−２１〜２−２ｎを介して伝送される送信信号を移相器２−４１１〜２−４ｎｍにそれぞれ分配する。また、分配合成器２−３１〜２−３ｎは、移相器２−４１１〜２−４ｎｍから出力される受信信号を合成する。合成された受信信号は、送受信切換器２−２１〜２−２ｎを介して受信部へ伝送される。

移相器２−４１１〜２−４ｎｍは、分配合成器２−３１〜２−３ｎで分配された送信信号が入力され、入力された送信信号に所望の位相制御を施す。また、移相器２−４１１〜２−４ｎｍは、フィルタ２−５１１〜２−５ｎｍから出力された受信信号が入力され、入力された受信信号に所望の位相制御を施す。

フィルタ２−５１１〜２−５ｎｍは、移相器２−４１１〜２−４ｎｍで位相制御が施された送信信号が入力され、入力された送信信号から所望の送信周波数帯域成分を抽出する。また、フィルタ２−５１１〜２−５ｎｍは、複数のアンテナ素子２−６１１〜２−６ｎｍで受信された受信信号が入力され、入力された受信信号から所望の受信周波数帯域成分を抽出する。ここで、本実施形態に用いられるフィルタ２−５１１〜２−５ｎｍは、例えば、所望の送信周波数帯域成分を通過させる帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）であっても、所望の送信周波数帯域成分以外の成分の通過を阻止する帯域阻止フィルタ（ＢＲＦ）等であってもよい。

複数のアンテナ素子２−６１１〜２−６ｎｍは、フィルタ２−５１１〜２−５ｎｍから出力される送信信号を空間へ放射する。また、複数のアンテナ素子２−６１１〜２−６ｎｍは、当該空間において受信された受信信号をフィルタ２−５１１〜２−５ｎｍへ伝送する。

リミッタ２−７１〜２−７ｎは、分配合成器２−３１〜２−３ｎで合成された信号が入力され、入力された信号の信号レベルを制限して、後段の回路への過入力保護を行う。

ＬＮＡ２−８１〜２−８ｎは、リミッタ２−７１〜２−７ｎから出力された受信信号が入力され、入力された受信信号を低雑音で増幅する。

ここで、移相器２−４１１〜２−４ｎｍおよびフィルタ２−５１１〜２−５ｎｍの両方もしくは少なくとも一方は、超伝導材で構築される。また、図４に示すように、移相器２−４１１〜２−４ｎｍおよびフィルタ２−５１１〜２−５ｎｍは、真空容器２−９１〜２−９ｎ内に収容され、冷凍機２−１０により極低温に冷却される。すなわち、移相器２−４１１〜２−４ｎｍおよびフィルタ２−５１１〜２−５ｎｍは、超伝導材が超伝導状態となる極低温に冷却される環境下に配置される。なお、冷凍機２−１０は複数の真空容器２−９１〜２−９ｎに接続しているが、真空容器ごとに複数の冷凍機を配置してもよい。

上記構成のアンテナ装置の処理動作を以下に説明する。

まず、送信時、入力される送信信号は、分配器１にてアレイ状に配置する各サブアレイ２−１〜２−ｎに分配供給される。各サブアレイ２−１〜２−ｎに分配供給された送信信号は、各サブアレイ２−１〜２−ｎ内の送信アンプ２−１１〜２−１ｎによって信号増幅される。信号増幅された送信信号は、送受信切換器２−２１〜２−２ｎを介して分配合成器２−３１〜２−３ｎへ伝送され、分配合成器２−３１〜２−３ｎによって各移相器２−４１１〜２−４ｎｍへ分配供給される。各移相器２−４１１〜２−４ｎｍへ分配供給された送信信号は、各移相器２−４１１〜２−４ｎｍにて送信ビームの励振分布に応じた位相制御を施され、フィルタ２−５１１〜２−５ｎｍにて所望の送信周波数帯域成分が抽出される。抽出された送信信号は、複数のアンテナ素子２−６１１〜２−６ｎｍへ供給され、複数のアンテナ素子２−６１１〜２−６ｎｍから空間へ放射される。なお、送受信切換器２−２１〜２−２ｎは、サーキュレータやＲＦスイッチ等、送信部と受信部の切換を可能とするものである。

また、受信時、各アンテナ素子２−６１１〜２−６ｎｍにて受信された受信信号は、フィルタ２−５１１〜２−５ｎｍにて所望の受信周波数帯域成分が抽出される。抽出された受信信号は、移相器２−４１１〜２−４ｎｍにて受信ビームの指向特性に応じた位相制御を施される。位相制御を施された受信信号は、分配合成器２−３１〜２−３ｎにて信号合成される。信号合成された受信信号は、送受信切換器２−２１〜２−２ｎを介して受信部へ伝送され、リミッタ２−７１〜２−７ｎを経てＬＮＡ２−８１〜２−８ｎにて信号の低雑音増幅が行われる。低雑音増幅が行われた受信信号は、合成器３にて信号合成され、受信信号として出力される。

上記構成によれば、第２の実施形態のアンテナ装置は、移相器２−４１１〜２−４ｎｍ及びフィルタ２−５１１〜２−５ｎｍの両方もしくは少なくとも一方は超伝導材を使用して、超伝導材の臨界温度となる極低温に冷却することによって、損失を大幅に低減することができる。これにより、送信部では所望の送信電力を確保するために多段化した送信アンプの段数削減や送信アンプの出力電力の低減等が可能となり、アンテナ規模の削減や低消費電力化、低コスト化といった効果を得ることができる。さらに、受信部では、これまで移相器損失で生じるシステム雑音温度の劣化を補償するだけの高い受信系利得を設定していたが、これを低く抑えることができるため送信と同様にアンテナ規模の削減や低消費電力化、低コスト化といった効果を得ることができる。また、従来のアンテナ装置では、システム雑音温度の劣化が顕著であることから、移相器２−４１１〜２−４ｎｍをＬＮＡ２−８１〜２−８ｎの出力側に配置していたが、低損失化の実現によってＬＮＡ２−８１〜２−８ｎの入力側に移相器を配置してもシステム雑音温度の劣化を少なくすることができる。これにより、送信部と受信部共用の移相器とした小規模の回路構成をとることができる。なお、アンテナ装置は、アンテナ素子ごとにフィルタ２−５１１〜２−５ｎｍが配置されているため、受信時、干渉波等の不要信号を抑圧することができる。

なお、図４には真空容器２−９１〜９ｎに複数の移相器２−４１１〜２−４ｎｍおよび複数のフィルタ２−５１１〜２−５ｎｍを収容した構成のブロック図を示しているがこれに限らない。

（変形例２−１）
図５は、図４に示すアンテナ装置の変形例２−１を示すブロック図である。

図５に示すように、第２の実施形態のアンテナ装置において、移相器２−４１１〜２−４ｎｍとフィルタ２−５１１〜２−５ｎｍとの組み合わせをそれぞれ個別に真空容器２−９１〜２−９ｎに収容してもよい。また、冷凍機も真空容器２−９１〜２−９ｎごとに配置してもよい。

（変形例２−２）
図６は、図４に示すアンテナ装置の変形例２−２を示すブロック図である。

図６に示すように、発熱量が比較的少なく、かつ高感度化に大きく寄与する送受信切換器２−２１〜２−２ｎ、分配合成器２−３１〜２−３ｎ、リミッタ２−７１〜２−７ｎおよびＬＮＡ２−８１〜２−８ｎを、複数の移相器２−４１１〜２−４ｎｍおよび複数のフィルタ２−５１１〜２−５ｎｍと共に一つの真空容器２−９１〜２−９ｎ内に収容してもよい。この時、真空容器２−９１〜２−９ｎごとに冷凍機を配置してもよい。

（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態に係るアンテナ装置を示すブロック図である。

第３の実施形態に係るアンテナ装置は、外部装置で生成される送信信号を複数のサブアレイ２−１〜２−ｎに分配する分配器１、複数のサブアレイ２−１〜２−ｎおよび複数のサブアレイ２−１〜２−ｎから出力される受信信号を合成する合成器３を備える。

複数のサブアレイ２−１〜２−ｎは、複数のアンテナ素子２−６１１〜２−６ｎｍから上記送信信号を空間へ放射するために送信アンプ２−１１〜２−１ｎおよび送信フィルタ２−１１１〜２−１１ｎ（送信部）と、送受信切換器２−２１〜２−２ｎと、分配合成器２−３１〜２−３ｎと、移相器２−４１１〜２−４ｎｍと、複数のアンテナ素子２−６１１〜２−６ｎｍとを有する。また、複数のアンテナ素子２−６１１〜２−６ｎｍで受信される受信信号の処理を行うために、送受信切換器２−２１〜２−２ｎにて選択される受信フィルタ２−１２１〜２−１２ｎ、リミッタ２−７１〜２−７ｎおよびＬＮＡ２−８１〜２−８ｎ（受信部）とを備えた受信系統を有する。

送信アンプ２−１１〜２−１ｎは、分配器１で分配された送信信号が入力され、分配器１から入力された送信信号を所望の利得で電力増幅する。

送信フィルタ２−１１１〜２−１１ｎは、送信アンプ２−１１〜２−１ｎで信号増幅された送信信号が入力され、入力された送信信号から所望の送信周波数帯域成分を抽出する。

送受信切換器２−２１〜２−２ｎは、後述する分配合成器２−３１〜２−３ｎ、送信部および受信部に接続され、送信及び受信の切換指示に応じて送信部または受信部と、分配合成器２−３１〜２−３ｎとを切換接続する。

分配合成器２−３１〜２−３ｎは、送信部から送受信切換器２−２１〜２−２ｎを介して伝送される送信信号を移相器２−４１１〜２−４ｎｍにそれぞれ分配する。また、分配合成器２−３１〜２−３ｎは、移相器２−４１１〜２−４ｎｍから出力される受信信号を合成する。合成された受信信号は、送受信切換器２−２１〜２−２ｎを介して受信部へ伝送される。

移相器２−４１１〜２−４ｎｍは、分配合成器２−３１〜２−３ｎで分配された送信信号が入力され、入力された送信信号に所望の位相制御を施す。また、移相器２−４１１〜２−４ｎｍは、複数のアンテナ素子２−６１１〜２−６ｎｍにより受信された受信信号が入力され、入力された受信信号に所望の位相制御を施す。

複数のアンテナ素子２−６１１〜２−６ｎｍは、移相器２−４１１〜２−４ｎｍで位相制御された送信信号を空間へ放射する。また、複数のアンテナ素子２−６１１〜２−６ｎｍは、当該空間において受信された受信信号を移相器２−４１１〜２−４ｎｍへ伝送する。

受信フィルタ２−１２１〜２−１２ｎは、分配合成器２−３１〜２−３ｎで合成された受信信号が入力され、入力された受信信号から所望の受信周波数帯域成分を抽出する。ここで、本実施形態に用いられる受信フィルタ２−１２１〜２−１２ｎは、例えば、所望の送信周波数帯域成分を通過させる帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）であっても、所望の送信周波数帯域成分以外の成分の通過を阻止する帯域阻止フィルタ（ＢＲＦ）等であってもよい。

リミッタ２−７１〜２−７ｎは、受信フィルタ２−１２１〜２−１２ｎで抽出された信号が入力され、入力された信号の信号レベルを制限して、後段の回路への過入力保護を行う。

ＬＮＡ２−８１〜２−８ｎは、リミッタ２−７１〜２−７ｎから出力された信号が入力され、入力された信号を低雑音で増幅する。

図７では、真空容器２−９１〜９ｎに発熱量が比較的少なく、かつ高感度化に大きく寄与する送受信切換器２−２１〜２−２ｎ、分配合成器２−３１〜２−３ｎ、リミッタ２−７１〜２−７ｎ、ＬＮＡ２−８１〜２−８ｎおよび受信フィルタ２−１２１〜２−１２ｎを、複数の移相器２−４１１〜２−４ｎｍと共に一つの真空容器２−９１〜２−９ｎ内に収容されている。すなわち、送受信切換器２−２１〜２−２ｎ、分配合成器２−３１〜２−３ｎ、リミッタ２−７１〜２−７ｎ、ＬＮＡ２−８１〜２−８ｎ、受信フィルタ２−１２１〜２−１２ｎおよび移相器２−４１１〜２−４ｎｍは、超伝導材が超伝導状態となる極低温に冷却される環境下に配置され、全てまたは何れかの回路、伝送線路は超伝導材で構成される。

上記構成によれば、第３の実施形態に係るアンテナ装置は、受信系統の回路や伝送線路に超伝導材を使用して、超伝導材の臨界温度となる極低温に冷却することによって、損失を大幅に低減することができる。これにより、送信部では所望の送信電力を確保するために多段化した送信アンプの段数削減や送信アンプの出力電力の低減等が可能となり、アンテナ規模の削減や低消費電力化、低コスト化といった効果を得ることができる。さらに、受信部では、これまで移相器損失で生じるシステム雑音温度の劣化を補償するだけの高い受信系利得を設定していたが、これを低く抑えることができるため送信と同様にアンテナ規模の削減や低消費電力化、低コスト化といった効果を得ることができる。また、従来のアンテナ装置では、システム雑音温度の劣化が顕著であることから、移相器２−４１１〜２−４ｎｍをＬＮＡ２−８１〜２−８ｎの出力側に配置していたが、低損失化の実現によってＬＮＡ２−８１〜２−８ｎの入力側に移相器を配置してもシステム雑音温度の劣化を少なくすることができる。これにより、送信部と受信部共用の移相器とした小規模の回路構成をとることができる。また、上記移相器２−４１１〜２−４ｎｍは、送信時および受信時で信号周波数が異なるアンテナ装置であっても適用することができる。

なお、リミッタ２−７１〜２−７ｎは、上記受信フィルタ２−１２１〜２−１２ｎの入力側に配置しても良い。

また、アンテナ装置は、移相器２−４１１〜２−４ｎｍをそれぞれ個別に真空容器２−９１〜２−９ｎに収容してもよい。

また、冷凍機２−１０は複数の真空容器２−９１〜２−９ｎに接続しているが、真空容器ごとに複数の冷凍機を配置してもよい。

（第４の実施形態）
図８は、第４の実施形態に係るアンテナ装置を示すブロック図である。図８には、本実施形態に係る移相器を適用し、サブアレイ化したアクティブフェーズドアレイアンテナを示す。

第４の実施形態に係るアンテナ装置は、外部装置で生成される送信信号を複数のサブアレイ２−１〜２−ｎに分配する分配器１、複数のサブアレイ２−１〜２−ｎおよび複数のサブアレイ２−１〜２−ｎそれぞれで受信される受信信号を合成する合成器３を備える。

複数のサブアレイ２−１〜２−ｎは、複数のアンテナ素子２−６１１〜２−６ｎｍから上記送信信号を空間へ放射するために送信アンプ２−１１〜２−１ｎ（送信部）と、送受信切換器２−２１〜２−２ｎと、移相器２−４１〜２−４ｎと、分配合成器２−５１〜２−５ｎと、複数のアンテナ素子２−６１１〜２−６ｎｍとを有する。また、複数のアンテナ素子２−６１１〜２−６ｎｍにより受信される受信信号の処理を行うために、送受信切換器２−２１〜２−２ｎにて選択されるリミッタ２−７１〜２−７ｎおよびＬＮＡ２−８１〜２−８ｎ（受信部）とを備えた受信系統を有する。

送信アンプ２−１１〜２−１ｎは、分配器１で分配された送信信号が入力され、分配器１から入力された送信信号を所望の利得で電力増幅する。

送受信切換器２−２１〜２−２ｎは、後述する分配合成器２−５１〜２−５ｎ、送信部および受信部に接続され、送信及び受信の切換指示に応じて送信部または受信部と、分配合成器２−５１〜２−５ｎとを切換接続する。

移相器２−４１〜２−４ｎは、送受信切換器２−２１〜２−２ｎおよび分配合成器２−５１〜２−５ｎに接続される。移相器２−４１〜２−４ｎは、送信部から送受信切換器２−２１〜２−２ｎを介して伝送された送信信号が入力され、入力された送信信号に所望の位相制御を施す。また、移相器２−４１〜２−４ｎは、分配合成器２−５１〜２−５ｎで合成された受信信号が入力され、入力された受信信号に所望の位相制御を施す。この移相器２−４１〜２−４ｎは、超伝導材で構築される。

分配合成器２−５１〜２−５ｎは、移相器２−４１〜２−４ｎで位相制御される送信信号を複数のアンテナ素子２−６１１〜２−６ｎｍにそれぞれ分配する。また、分配合成器２−５１〜２−５ｎは、複数のアンテナ素子２−６１１〜２−６ｎｍで受信される受信信号を合成する。合成された受信信号は、移相器２−４１〜２−４ｎへ伝送される。

リミッタ２−７１〜２−７ｎは、移相器２−４１〜２−４ｎから送受信切換器２−２１〜２−２ｎを介して伝送された受信信号が入力され、入力された信号の信号レベルを制限して、後段の回路への過入力保護を行う。

ＬＮＡ２−８１〜２−８ｎは、リミッタ２−７１〜２−７ｎから出力された信号が入力され、入力された信号を低雑音で増幅する。

ここで、図８に示すように、移相器２−４１〜２−４ｎは、真空容器２−９１〜２−９ｎ内に収容され、冷凍機２−１０により極低温に冷却される。すなわち、移相器２−４１〜２−４ｎは、超伝導状態となる極低温に冷却される環境下に配置される。

上記構成によれば、第４の実施形態に係るアンテナ装置は、移相器２−４１〜２−４ｎに超伝導材を使用して、超伝導材の臨界温度となる極低温に冷却することによって、移相器損失を大幅に低減することができる。これにより、送信部では所望の送信電力を確保するために多段化した送信アンプの段数削減や送信アンプの出力電力の低減等が可能となり、アンテナ規模の削減や低消費電力化、低コスト化といった効果を得ることができる。さらに、受信部では、これまで移相器損失で生じるシステム雑音温度の劣化を補償するだけの高い受信系利得を設定していたが、これを低く抑えることができるため送信と同様にアンテナ規模の削減や低消費電力化、低コスト化といった効果を得ることができる。また、従来のアンテナ装置では、システム雑音温度の劣化が顕著であることから、移相器２−４１〜２−４ｎをＬＮＡ２−８１〜２−８ｎの出力側に配置していたが、低損失化の実現によってＬＮＡ２−８１〜２−８ｎの入力側に移相器を配置してもシステム雑音温度の劣化を少なくすることができる。これにより、送信部と受信部共用の移相器とした小規模の回路構成をとることができる。

なお、図８には真空容器２−９１〜９ｎそれぞれに移相器２−４１〜２−４ｎを収容した構成のブロック図を示しているがこれに限らない。アンテナ装置は、複数の移相器２−４１〜２−４ｎを一つの真空容器２−９１〜２−９ｎ内に収容し、冷凍機２−１０により極低温に冷却してもよい。また、発熱量が比較的少なく、かつ高感度に大きく寄与する送受信切換器２−２１〜２−２ｎ、分配合成器２−５１〜２−５ｎ、リミッタ２−７１〜２−７ｎおよびＬＮＡ２−８１〜２−８ｎを一つの真空容器２−９１〜２−９ｎ内に収容して極低温に冷却してもよい。

（第５の実施形態）
図９は、第５の実施形態に係るアンテナ装置を示すブロック図である。図９には、送受信信号の給電回路、複数の移相器および複数のアンテナ素子で構成されるパッシブフェーズドアレイアンテナを示す。

第５の実施形態に係るアンテナ装置は、複数のアンテナ素子４−６１〜４−６ｎから送信信号を空間へ放射するために送信アンプ４−１（送信部）と、送受信切換器４−２と、分配合成器４−３と、移相器４−４１〜４−４ｎと、複数のアンテナ素子４−６１〜４−６ｎとを有する。また、複数のアンテナ素子４−６１〜４−６ｎにより受信される受信信号の処理を行うために、送受信切換器４−２にて選択されるリミッタ４−７およびＬＮＡ４−８（受信部）とを備えた受信系統を有する。

送信アンプ４−１は、外部装置で生成された送信信号が入力され、分配器１から入力された送信信号を所望の利得で電力増幅する。

送受信切換器４−２は、後述する分配合成器４−３、送信部および受信部に接続され、送信及び受信の切換指示に応じて送信部または受信部と、分配合成器４−３とを切換接続する。

分配合成器４−３は、送信部から送受信切換器４−２を介して伝送される送信信号を移相器４−４１〜４−４ｎにそれぞれ分配する。また、分配合成器４−３は、移相器４−４１〜４−４ｎから出力される受信信号を合成する。合成された受信信号は、送受信切換器４−２を介して受信部へ伝送される。

移相器４−４１〜４−４ｎは、複数のアンテナ素子４−６１〜４−６ｎに接続される。移相器４−４１〜４−４ｎは、分配合成器４−３で分配された送信信号が入力され、入力された送信信号に所望の位相制御を施す。また、移相器４−４１〜４−４ｎは、複数のアンテナ素子４−６１〜４−６ｎで受信された受信信号が入力され、入力された受信信号に所望の位相制御を施す。この移相器４−４１〜４−４ｎは、超伝導材で構築される。

複数のアンテナ素子４−６１〜４−６ｎは、移相器４−４１〜４−４ｎで位相制御された送信信号を空間へ放射する。また、複数のアンテナ素子４−６１〜４−６ｎは、当該空間において受信された受信信号を移相器４−４１〜４−４ｎへ伝送する。

リミッタ４−７は、分配合成器４−３で合成された信号が入力され、入力された信号の信号レベルを制限して、後段の回路への過入力保護を行う。

ＬＮＡ４−８は、リミッタ４−７から出力された信号が入力され、入力された信号を低雑音で増幅する。

ここで、図９に示すように、複数の移相器４−４１〜４−４ｎをそれぞれ一つの真空容器４−９１〜４−９ｎ内に収容し、冷凍機４−１０により極低温に冷却される。すなわち、移相器４−４１〜４−４ｎは、超伝導状態となる極低温に冷却される環境下に配置される。

上記構成によれば、第５の実施形態に係るアンテナ装置は、移相器４−４１〜４−４ｎに超伝導材を使用して、超伝導材の臨界温度となる極低温に冷却することによって、移相器損失を大幅に低減することができる。これにより、送信部では所望の送信電力を確保するために多段化した送信アンプの段数削減や送信アンプの出力電力の低減等が可能となり、アンテナ規模の削減や低消費電力化、低コスト化といった効果を得ることができる。さらに、受信部では、これまで移相器損失で生じるシステム雑音温度の劣化を補償するだけの高い受信系利得を設定していたが、これを低く抑えることができるため送信と同様にアンテナ規模の削減や低消費電力化、低コスト化といった効果を得ることができる。また、従来のアンテナ装置では、システム雑音温度の劣化が顕著であることから、移相器４−４１〜４−４ｎをＬＮＡ４−８の出力側に配置していたが、低損失化の実現によってＬＮＡ４−８の入力側に移相器を配置してもシステム雑音温度の劣化を少なくすることができる。これにより、送信部と受信部共用の移相器とした小規模の回路構成をとることができる。

なお、図９には複数の移相器４−４１〜４−４ｎをそれぞれ真空容器４−９１〜４−９ｎ内に収容した構成のブロック図を示しているがこれに限らない。アンテナ装置は、一つの真空容器４−９１〜４−９ｎに複数の移相器４−４１〜４−４ｎを収容してもよい。また、発熱量が比較的少なく、かつ高感度化に大きく寄与する送受信切換器４−２、分配合成器４−３、リミッタ４−７およびＬＮＡ４−８を、複数の移相器４−４１〜４−４ｎと共に一つの真空容器内に収容してもよい。

（第６の実施形態）
図１０は、第６の実施形態に係るアンテナ装置を示すブロック図である。図１０には、本実施形態に係る移相器を空間給電型のパッシブフェーズドアレイアンテナに適用した場合の構成を示す。

第６の実施形態に係るアンテナ装置は、複数の空間放射アンテナ素子４−１３１〜４−１３ｎから送信信号を空間へ放射するために送信アンプ４−１（送信部）と、送受信切換器４−２と、送受信切換器４−２と接続される一次放射器４−１１と、複数の一次放射アンテナ素子４−１２１〜４−１２ｎと、移相器４−４１〜４−４ｎと、複数の空間放射アンテナ素子４−１３１〜４−１３ｎとを有する。また、複数の空間放射アンテナ素子４−１３１〜４−１３ｎにより受信される受信信号の処理を行うために、送受信切換器４−２にて選択されるリミッタ４−７およびＬＮＡ４−８（受信部）とを備えた受信系統を有する。なお、空間放射アンテナ素子４−１３１〜４−１３ｎと一次放射アンテナ素子４−１２１〜４−１２ｎとは、図中で異なる向きで記載しているが、同一の向きで配置してもよい。

送信アンプ４−１は、外部装置で生成された送信信号が入力され、分配器１から入力された送信信号を所望の利得で電力増幅する。

送受信切換器４−２は、後述する一次放射器４−１１、送信部および受信部に接続され、送信及び受信の切換指示に応じて送信部または受信部と、一次放射器４−１１とを切換接続する。

一次放射器４−１１は、送信部から送受信切換器４−２を介して伝送された送信信号を空間へ放射し、複数の一次放射アンテナ素子４−１２１〜４−１２ｎへ送信信号を伝送する。また、一次放射器４−１１は、複数の一次放射アンテナ素子４−１２１〜４−１２ｎから放射された受信信号を受信する。受信された受信信号は、送受信切換器４−２を介して受信部へ伝送される。

複数の一次放射アンテナ素子４−１２１〜４−１２ｎは、一次放射器４−１１から放射された送信信号を受信する。受信された送信信号は、移相器４−４１〜４−４ｎへ伝送される。また、複数の一次放射アンテナ素子４−１２１〜４−１２ｎは、移相器４−４１〜４−４ｎから出力された受信信号を空間へ放射し、一次放射器４−１１へ受信信号を伝送する。

移相器４−４１〜４−４ｎは、複数の一次放射アンテナ素子４−１２１〜４−１２ｎで受信された送信信号が入力され、入力された送信信号に所望の位相制御を施す。また、移相器４−４１〜４−４ｎは、複数の空間放射アンテナ素子４−１３１〜４−１３ｎで受信された受信信号が入力され、入力された受信信号に所望の位相制御を施す。

複数の空間放射アンテナ素子４−１３１〜４−１３ｎは、移相器４−４１〜４−４ｎで位相制御された送信信号を空間へ放射する。また、複数の空間放射アンテナ素子４−１３１〜４−１３ｎは、当該空間において受信された信号を移相器４−４１〜４−４ｎへ伝送する。

リミッタ４−７は、一次放射器４−１１で受信された受信信号が入力され、入力された信号の信号レベルを制限して、後段の回路への過入力保護を行う。

ＬＮＡ４−８は、リミッタ４−７から出力された信号が入力され、入力された受信信号を低雑音で増幅する。

ここで、移相器４−４１〜４−４ｎは、それぞれ個別に真空容器４−９１〜４−９ｎ内に収容し、冷凍機４−１０により極低温に冷却する。すなわち、移相器４−４１〜４−４ｎは、超伝導状態となる極低温に冷却される環境下に配置される。

上記構成によれば、第６の実施形態に係るアンテナ装置は、移相器４−４１〜４−４ｎに超伝導材を使用して、超伝導材の臨界温度となる極低温に冷却することによって、移相器損失を大幅に低減することができる。これにより、送信部では所望の送信電力を確保するために多段化した送信アンプの段数削減や送信アンプの出力電力の低減等が可能となり、アンテナ規模の削減や低消費電力化、低コスト化といった効果を得ることができる。さらに、受信部では、これまで移相器損失で生じるシステム雑音温度の劣化を補償するだけの高い受信系利得を設定していたが、これを低く抑えることができるため送信と同様にアンテナ規模の削減や低消費電力化、低コスト化といった効果を得ることができる。また、従来のアンテナ装置では、システム雑音温度の劣化が顕著であることから、移相器４−４１〜４−４ｎをＬＮＡ４−８の出力側に配置していたが、低損失化の実現によってＬＮＡ４−８の入力側に移相器を配置してもシステム雑音温度の劣化を少なくすることができる。これにより、送信部と受信部共用の移相器とした小規模の回路構成をとることができる。

なお、真空容器４−９１〜４−９ｎ内には、移相器４−４１〜４−４ｎに加えて、超伝導材にて構成した超伝導フィルタを配置しても良い。また、図１０には移相器４−４１〜４−４ｎをそれぞれ真空容器４−９１〜４−９ｎ内に収容した構成のブロック図を示しているがこれに限らない。アンテナ装置は、一つの真空容器４−９１〜４−９ｎに複数の移相器４−４１〜４−４ｎを収容してもよい。さらに、アンテナ装置は、発熱量が比較的少なく、かつ高感度化に大きく寄与する送受信切換器４−２、リミッタ４−７およびＬＮＡ４−８を、複数の移相器４−４１〜４−４ｎと共に一つの真空容器内に収容してもよい。

（第７の実施形態）
図１１は、第７の実施形態に係るアンテナ装置を示すブロック図である。図１１には、本実施形態の移相器を反射型のパッシブフェーズドアレイアンテナに適用した場合の構成を示す。

第７の実施形態に係るアンテナ装置は、複数のアンテナ素子４−６１〜４−６ｎから送信信号を空間へ放射するために送信アンプ４−１（送信部）と、送受信切換器４−２と、送受信切換器４−２と接続される一次放射器４−１１と、複数のアンテナ素子４−６１〜４−６ｎとを有する。また、複数のアンテナ素子４−６１〜４−６ｎにより受信される受信信号の処理を行うために、送受信切換器４−２にて選択されるリミッタ４−７およびＬＮＡ４−８（受信部）を備えた受信系統を有する。

送信アンプ４−１は、外部装置で生成された送信信号が入力され、分配器１から入力された送信信号を所望の利得で電力増幅する。

送受信切換器４−２は、後述する一次放射器４−１１、送信部および受信部に接続され、送信及び受信の切換指示に応じて送信部または受信部と、一次放射器４−１１とを切換接続する。

一次放射器４−１１は、送信部から送受信切換器４−２を介して伝送された送信信号を空間へ放射し、複数のアンテナ素子４−６１〜４−６ｎへ送信信号を伝送する。また、一次放射器４−１１は、複数のアンテナ素子４−６１〜４−６ｎから放射された上記送信信号の反射信号を受信する。受信された反射信号は、送受信切換器４−２を介して受信部へ伝送される。

複数のアンテナ素子４−６１〜４−６ｎは、一次放射器４−１１から放射された送信信号を受信する。また、複数のアンテナ素子４−６１〜４−６ｎは、後述する移相器４−４１〜４−４ｎで位相制御を施された上記送信信号の反射信号を空間へ放射し、一次放射器４−１１へ反射信号を伝送する。

移相器４−４１〜４−４ｎは、複数のアンテナ素子４−６１〜４−６ｎごとに接続される。移相器４−４１〜４−４ｎは、複数のアンテナ素子４−６１〜４−６ｎで受信された送信信号が入力され、入力された送信信号に所望の位相制御を施す。

リミッタ４−７は、一次放射器４−１１で受信された信号が入力され、入力された信号の信号レベルを制限して、後段の回路への過入力保護を行う。

ＬＮＡ４−８は、リミッタ４−７から出力された信号が入力され、入力された信号を低雑音で増幅する。

ここで、図１１に示すように、移相器４−４１〜４−４ｎは、それぞれ真空容器４−９１〜４−９ｎ内に収容され、冷凍機４−１０により極低温に冷却される。すなわち、移相器４−４１〜４−４ｎは、超伝導状態となる極低温に冷却される環境下に配置される。

上記構成によれば、第７の実施形態に係るアンテナ装置は、移相器４−４１〜４−４ｎに超伝導材を使用して、超伝導材の臨界温度となる極低温に冷却することによって、移相器損失を大幅に低減することができる。これにより、送信部では所望の送信電力を確保するために多段化した送信アンプの段数削減や送信アンプの出力電力の低減等が可能となり、アンテナ規模の削減や低消費電力化、低コスト化といった効果を得ることができる。さらに、受信部では、これまで移相器損失で生じるシステム雑音温度の劣化を補償するだけの高い受信系利得を設定していたが、これを低く抑えることができるため送信と同様にアンテナ規模の削減や低消費電力化、低コスト化といった効果を得ることができる。また、従来のアンテナ装置では、システム雑音温度の劣化が顕著であることから、移相器４−４１〜４−４ｎをＬＮＡ４−８の出力側に配置していたが、低損失化の実現によってＬＮＡ４−８の入力側に移相器を配置してもシステム雑音温度の劣化を少なくすることができる。これにより、送信部と受信部共用の移相器とした小規模の回路構成をとることができる。

なお、真空容器４−９１〜４−９ｎ内には、移相器４−４１〜４−４ｎに加えて、超伝導材にて構成した超伝導フィルタを配置しても良い。また、図１１には移相器４−４１〜４−４ｎをそれぞれ真空容器４−９１〜４−９ｎ内に収容した構成のブロック図を示しているがこれに限らない。アンテナ装置は、一つの真空容器４−９１〜４−９ｎに複数の移相器４−４１〜４−４ｎを収容してもよい。さらに、発熱量が比較的少なく、かつ高感度化に大きく寄与する送受信切換器４−２、リミッタ４−７およびＬＮＡ４−８を、複数の移相器４−４１〜４−４ｎと共に一つの真空容器内に収容してもよい。

（第８の実施形態）
図１２は、第８の実施形態に係るアンテナ装置を示すブロック図である。

第８の実施形態に係るアンテナ装置は、複数のサブアレイ４−１４１〜４−１４ｎから送信信号を空間へ放射するために送信アンプ４−１（送信部）と、送受信切換器４−２と、第１分配合成器４−３と、複数のサブアレイ４−１４１〜４−１４ｎとを有する。また、複数のサブアレイ４−１４１〜４−１４ｎから出力される受信信号の処理を行うために、送受信切換器４−２にて選択される受信部とを備える。

送信アンプ４−１は、外部装置で生成された送信信号が入力され、分配器１から入力された送信信号を所望の利得で電力増幅する。

送受信切換器４−２は、第１分配合成器４−３、送信部および受信部に接続され、送信及び受信の切換指示に応じて送信部または受信部と、第１分配合成器４−３とを切換接続する。

第１分配合成器４−３は、送信部から送受信切換器４−２を介して伝送される送信信号を複数のサブアレイ４−１４１〜４−１４ｎにそれぞれ分配する。また、第１分配合成器４−３は、複数のサブアレイ４−１４１〜４−１４ｎから出力される受信信号を合成する。合成された受信信号は、送受信切換器４−２を介して受信部へ伝送される。

複数のサブアレイ４−１４１〜４−１４ｎは、移相器４−４１１〜４−４ｎｍ、第２分配合成器４−５１〜４−５ｎおよび複数のアンテナ素子４−６１１〜４−６ｎｍを備える。

移相器４−４１１〜４−４１ｎは、第１分配合成器４−３と第２分配合成器４−５１〜４−５ｎとに接続される。移相器４−４１１〜４−４１ｎは、第１分配合成器４−３により分配された送信信号が入力され、入力された送信信号に所望の位相制御を施す。また、移相器４−４１１〜４−４１ｎは、第２分配合成器４−５１〜４−５ｎで合成された受信信号が入力され、入力された受信信号に所望の位相制御を施す。

第２分配合成器４−５１〜４−５ｎは、移相器で４−４１１〜４−４ｎｍで位相制御された送信信号を複数のアンテナ素子４−６１１〜４−６ｎｍにそれぞれ分配する。また、第２分配合成器４−５１〜４−５ｎは、複数のアンテナ素子４−６１１〜４−６ｎｍで受信された受信信号を合成する。合成された受信信号は、移相器４−４１１〜４−４１ｎへ伝送される。

リミッタ４−７は、第１分配合成器４−３で合成された受信信号が入力され、入力された受信信号の信号レベルを制限して、後段の回路への過入力保護を行う。

ＬＮＡ４−８は、第１分配合成器４−３で合成された受信信号が入力され、入力された受信信号を低雑音で増幅する。

ここで、図１２に示すように、移相器４−４１１〜４−４１ｎは、真空容器４−９１〜４−９ｎ内に収容され、冷凍機４−１０により極低温に冷却される。すなわち、移相器４−４１１〜４−４１ｎは、移相器４−４１１〜４−４１ｎは、超伝導状態となる極低温に冷却される環境下に配置される。

上記構成によれば、第８の実施形態に係るアンテナ装置は、移相器４−４１１〜４−４１ｎに超伝導材を使用して、超伝導材の臨界温度となる極低温に冷却することによって、移相器損失を大幅に低減することができる。これにより、送信部では所望の送信電力を確保するために多段化した送信アンプの段数削減や送信アンプの出力電力の低減等が可能となり、アンテナ規模の削減や低消費電力化、低コスト化といった効果を得ることができる。さらに、受信部では、これまで移相器損失で生じるシステム雑音温度の劣化を補償するだけの高い受信系利得を設定していたが、これを低く抑えることができるため送信と同様にアンテナ規模の削減や低消費電力化、低コスト化といった効果を得ることができる。また、従来のアンテナ装置では、システム雑音温度の劣化が顕著であることから、移相器４−４１１〜４−４１ｎをＬＮＡ４−８の出力側に配置していたが、低損失化の実現によってＬＮＡ４−８の入力側に移相器を配置してもシステム雑音温度の劣化を少なくすることができる。これにより、送信部と受信部共用の移相器とした小規模の回路構成をとることができる。

なお、図１２には真空容器４−９１〜４−９ｎにそれぞれ移相器４−４１１〜４−４１ｎを収容した構成のブロック図を示しているがこれに限らない。アンテナ装置は、複数の移相器４−４１１〜４−４１ｎを真空容器４−９１〜４−９ｎに収容してもよい。また、発熱量が比較的少なく、かつ高感度化に大きく寄与する送受信切換器４−２１〜２−２ｎ、第１分配合成器４−３、第２分配合成器４−５１〜４−５ｎ、リミッタ４−７およびＬＮＡ４−８を、複数の移相器４−４１１〜４−４１ｎと共に一つの真空容器４−９１〜４−９ｎ内に収容しても良い。

以上、送信部と受信部を有する装置について示したが、受信部のみから構成する受信専用のアンテナ装置においても同様の構成にて同じ効果を得ることができる。

以上、実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これらの実施形態は、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。これら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。

１…分配器、２−１〜２−ｎ…サブアレイ、２−１１〜２−１ｎ…送信アンプ、２−２１〜２−２ｎ…送受信切換器、２−３１〜２−３ｎ，２−５１〜２−５ｎ…分配合成器、２−４１〜２−４ｎ，２−４１１〜２−４ｎｍ…移相器、２−５１１〜２−５ｎｍ…フィルタ、２−６１１〜２−６ｎｍ…アンテナ素子、２−７１〜２−７ｎ…リミッタ、２−８１〜２−８ｎ…ＬＮＡ（Low Noise Amplifier）、２−９１〜２−９ｎ…真空容器、２−１０…冷凍機、２−１１１〜２−１１ｎ…送信フィルタ、２−１２１〜２−１２ｎ…受信フィルタ、３…合成器、４−１…送信アンプ、４−２…送受信切換器、４−２１〜４−２ｎ…送受信切換器、４−３…分配合成器、４−４１〜４−４ｎ…サブアレイ、４−４１〜４−４ｎ，４−４１１〜４−４１ｎ…移相器、４−５１〜４−５ｎ…分配合成器、４−６１〜４−６ｎ，４−６１１〜４−６ｎｍ…アンテナ素子、４−７…リミッタ、４−９１〜４−９ｎ…真空容器、４−１０…冷凍機、４−１１…一次放射器、４−１２１〜４−１２ｎ…一次放射アンテナ素子、４−１３１〜４−１３ｎ…空間放射アンテナ素子、４−１４１〜４−１４ｎ…サブアレイ。

Claims (22)

1. 複数のサブアレイと、
   前記複数のサブアレイに送信信号を分配する分配器と、
   前記複数のサブアレイそれぞれで受信される受信信号を合成する合成器と
   を具備し、
   前記複数のサブアレイはそれぞれ、
   複数のアンテナ素子と、
   前記複数のアンテナ素子から前記送信信号を空間へ放射するための信号処理を行う送信部と、
   前記複数のアンテナ素子により受信される受信信号の信号処理を行う受信部と、
   前記送信部から出力される送信信号を前記複数のアンテナ素子にそれぞれ分配し、前記複数のアンテナ素子により受信される受信信号を合成して前記受信部へ伝送する分配合成器と、
   前記分配合成器、送信部および受信部に接続され、送信及び受信の切換指示に応じて前記送信部または受信部と、前記分配合成器とを切換接続する送受信切換器と、
   前記複数のアンテナ素子それぞれに接続され、前記分配合成器で分配された送信信号が入力され、入力された送信信号に所望の位相制御を施し、前記複数のアンテナ素子で受信された受信信号が入力され、入力された受信信号に所望の位相制御を施す複数の移相器と
   を備え、
   前記複数の移相器は、超伝導材で構築され、超伝導状態となる極低温に冷却される環境下に配置されるアンテナ装置。
2. 前記複数の移相器は、フィルタの通過周波数帯域を調整することで、フィルタへの入力信号とフィルタからの出力信号との間の位相差を可変するチューナブルフィルタで構成される請求項１記載のアンテナ装置。
3. 内部を真空状態にすることで、収容物の断熱と保温を行う真空容器と、
   前記真空容器に収容されるものを極低温に冷却する冷凍機と
   をさらに具備し、
   前記複数の移相器は、前記真空容器に収容され、前記冷凍機で一括して冷却される請求項２記載のアンテナ装置。
4. 内部を真空状態にすることで、収容物の断熱と保温を行う複数の真空容器と、
   前記真空容器に収容されるものを極低温に冷却する冷凍機と
   をさらに具備し、
   前記複数の移相器は、前記複数の真空容器それぞれに収容され、前記冷凍機でそれぞれ個別に冷却される請求項２記載のアンテナ装置。
5. 内部を真空状態にすることで、収容物の断熱と保温を行う真空容器と、
   前記真空容器に収容されるものを極低温に冷却する冷凍機と
   をさらに具備し、
   前記複数の移相器、分配合成器、送受信切換器および受信部は、前記真空容器に収容され、前記冷凍機で一括して冷却される請求項２記載のアンテナ装置。
6. 前記複数のアンテナ素子と前記複数の移相器との間にそれぞれ接続され、入力された信号のうち、所望の周波数帯域成分を通過させる複数の帯域通過フィルタをさらに具備する請求項１記載のアンテナ装置。
7. 前記複数の帯域通過フィルタは、超伝導材で構成され、超伝導状態となる極低温に冷却される環境下に配置される請求項６記載のアンテナ装置。
8. 内部を真空状態にすることで、収容物の断熱と保温を行う真空容器と、
   前記真空容器に収容されるものを極低温に冷却する冷凍機と
   をさらに具備し、
   前記複数の移相器および複数の帯域通過フィルタは、前記真空容器に収容され、前記冷凍機で一括して冷却される請求項７記載のアンテナ装置。
9. 内部を真空状態にすることで、収容物の断熱と保温を行う複数の真空容器と、
   前記真空容器に収容されるものを極低温に冷却する冷凍機と
   をさらに具備し、
   複数ある前記移相器および帯域通過フィルタの組み合わせは、前記複数の真空容器それぞれに収容され、前記冷凍機でそれぞれ個別に冷却される請求項７記載のアンテナ装置。
10. 内部を真空状態にすることで、収容物の断熱と保温を行う真空容器と、
    前記真空容器に収容されるものを極低温に冷却する冷凍機と
    をさらに具備し、
    前記複数の移相器、複数の帯域通過フィルタ、分配合成器、送受信切換器および受信部は、前記真空容器に収容され、前記冷凍機で一括して冷却される請求項７記載のアンテナ装置。
11. 前記送信部は、入力された前記送信信号のうち、所望の周波数帯域成分を通過させる送信フィルタを備え、
    前記受信部は、入力された前記受信信号のうち、所望の周波数帯域成分を通過させる受信フィルタを備える請求項１記載のアンテナ装置。
12. 内部を真空状態にすることで、収容物の断熱と保温を行う真空容器と、
    前記真空容器に収容されるものを極低温に冷却する冷凍機と
    をさらに具備し、
    前記複数の移相器は、前記真空容器に収容され、前記冷凍機で一括して冷却される請求項１１記載のアンテナ装置。
13. 内部を真空状態にすることで、収容物の断熱と保温を行う複数の真空容器と、
    前記真空容器に収容されるものを極低温に冷却する冷凍機と
    をさらに具備し、
    前記複数の移相器は、前記複数の真空容器それぞれに収容され、前記冷凍機でそれぞれ個別に冷却される請求項１１記載のアンテナ装置。
14. 内部を真空状態にすることで、収容物の断熱と保温を行う真空容器と、
    前記真空容器に収容されるものを極低温に冷却する冷凍機と
    をさらに具備し、
    前記複数の移相器、分配合成器、送受信切換器および受信部は、前記真空容器に収容され、前記冷凍機で一括して冷却される請求項１０記載のアンテナ装置。
15. 複数のサブアレイと
    前記複数のサブアレイそれぞれに送信信号を分配する分配器と、
    前記複数のサブアレイそれぞれで受信される複数の受信信号を合成する合成器とを具備し、
    前記複数のサブアレイはそれぞれ、
    複数のアンテナ素子と、
    前記複数のアンテナ素子から前記送信信号を空間へ放射するための信号処理を行う送信部と、
    前記複数のアンテナ素子により受信される受信信号の信号処理を行う受信部と、
    前記送信部から出力される送信信号を前記複数のアンテナ素子にそれぞれ分配し、前記複数のアンテナ素子により受信される受信信号を合成して前記受信部へ伝送する分配合成器と、
    前記分配合成器、送信部および受信部に接続され、送信及び受信の切換指示に応じて前記送信部または受信部と、前記分配合成器とを切換接続する送受信切換器と、
    前記送受信切換器と分配合成器との間に接続され、前記送信部から前記送受信切換器を介して伝送された送信信号が入力され、入力された送信信号に所望の位相制御を施し、前記分配合成器で合成された受信信号が入力され、入力された受信信号に所望の位相制御を施す移相器と
    を備え、
    前記移相器は、超伝導材で構築され、超伝導状態となる極低温に冷却される環境下に配置されるアンテナ装置。
16. 複数のアンテナ素子と、
    前記複数のアンテナ素子から空間へ放射する送信信号を出力する送信部と、
    前記複数のアンテナ素子により受信される受信信号を信号処理する受信部と、
    前記送信部から出力される送信信号を前記複数のアンテナ素子にそれぞれ分配し、前記複数のアンテナ素子により受信される受信信号を合成して前記受信部へ伝送する分配合成器と、
    前記分配合成器に接続され、送信及び受信の切換指示に応じて前記送信部または受信部と、前記分配合成器とを切換接続する送受信切換器と、
    前記複数のアンテナ素子それぞれに接続され、前記分配合成器で分配された送信信号が入力され、入力された送信信号に所望の位相制御を施し、前記複数のアンテナ素子で受信された受信信号が入力され、入力された受信信号に所望の位相制御を施す複数の移相器と
    を具備し、
    前記複数の移相器は、超伝導材で構築され、超伝導状態となる極低温に冷却される環境下に配置されるアンテナ装置。
17. 複数の空間放射アンテナ素子と、
    複数の一次放射アンテナ素子と、
    前記複数の空間放射アンテナ素子から空間へ放射する送信信号を出力する送信部と、
    前記複数の空間放射アンテナ素子により受信される受信信号を信号処理する受信部と、
    前記送信部の出力側および受信部の入力側に接続される一次放射器と、
    前記複数の空間放射アンテナ素子それぞれに接続され、前記複数の一次放射アンテナ素子から伝送される送信信号が入力され、入力された送信信号に所望の位相制御を施し、前記複数の空間放射アンテナ素子で受信された受信信号が入力され、入力された受信信号に所望の位相制御を施す複数の移相器と
    送信及び受信の切換指示に応じて、前記一次放射器および複数の一次放射アンテナ素子を介して、前記送信部または受信部と、前記複数の移相器とを切換接続する送受信切換器と、
    を具備し、
    前記複数の移相器は、超伝導材で構築され、超伝導状態となる極低温に冷却される環境下に配置され、
    前記一次放射器から前記送信部から出力される送信信号を空間に放射して、前記複数の一次放射アンテナ素子でそれぞれ前記送信部から出力される送信信号を受信し、前記複数の一次放射アンテナ素子から前記移相器で位相制御された受信信号を空間に放射して、前記一次放射器で前記受信信号を受信するアンテナ装置。
18. 複数のアンテナ素子と、
    前記複数のアンテナ素子から空間へ放射する送信信号を出力する送信部と、
    前記複数のアンテナ素子から空間へ放射される前記送信信号の反射信号を信号処理する受信部と、
    前記複数のアンテナ素子それぞれに接続され、前記複数のアンテナ素子で受信された送信信号が入力され、入力された送信信号に所望の位相制御を施す複数の移相器と、
    前記送信部の出力側および受信部の入力側に接続される一次放射器と、
    送信及び受信の切換指示に応じて、前記一次放射器を介して、前記送信部または受信部と、前記複数のアンテナ素子とを切換接続する送受信切換器と、
    を具備し、
    前記移相器は、超伝導材で構築され、超伝導状態となる極低温に冷却される環境下に配置され、
    前記一次放射器から前記送信部から出力される送信信号を空間に放射して、前記複数のアンテナ素子でそれぞれ前記送信信号を受信し、前記複数のアンテナ素子からそれぞれ前記送信信号の反射信号を空間に放射して、前記一次放射器で前記反射信号を受信するアンテナ装置。
19. 複数のサブアレイと
    前記複数のサブアレイから空間へ放射する送信信号を出力する送信部と、
    前記複数のサブアレイにより受信される受信信号を信号処理する受信部と、
    前記送信部から出力される送信信号を前記複数のサブアレイにそれぞれ分配し、前記複数のサブアレイにより受信される受信信号を合成して前記受信部へ伝送する第１分配合成器と、
    前記第１分配合成器、送信部および受信部に接続され、送信及び受信の切換指示に応じて前記送信部または受信部と、前記第１分配合成器とを切換接続する送受信切換器と
    を具備し、
    前記複数のサブアレイはそれぞれ、
    複数のアンテナ素子と、
    前記送信部から出力された送信信号を前記複数のアンテナ素子にそれぞれ分配し、前記複数のアンテナ素子により受信された受信信号を合成する第２分配合成器と、
    前記第１分配合成器と前記第２分配合成器との間に接続され、前記第１分配合成器で分配された送信信号が入力され、入力された送信信号に所望の位相制御を施し、前記第２分配合成器で合成された受信信号が入力され、入力された受信信号に所望の位相制御を施す移相器と
    を備え、
    前記複数の移相器は、超伝導材で構築され、超伝導状態となる極低温に冷却される環境下に配置されるアンテナ装置。
20. 内部を真空状態にすることで、収容物の断熱と保温を行う真空容器と、
    前記真空容器に収容されるものを極低温に冷却する冷凍機と
    をさらに具備し、
    前記移相器は、前記真空容器に収容され、前記冷凍機で一括して冷却される請求項１５乃至１９のいずれかに記載のアンテナ装置。
21. 内部を真空状態にすることで、収容物の断熱と保温を行う複数の真空容器と、
    前記真空容器に収容されるものを極低温に冷却する冷凍機と
    をさらに具備し、
    前記移相器は、前記複数の真空容器それぞれに収容され、前記冷凍機でそれぞれ個別に冷却される請求項１５乃至１９のいずれかに記載のアンテナ装置。
22. 内部を真空状態にすることで、収容物の断熱と保温を行う真空容器と、
    前記真空容器に収容されるものを極低温に冷却する冷凍機と
    をさらに具備し、
    前記移相器、分配合成器、送受信切換器および受信部は、前記真空容器に収容され、前記冷凍機で一括して冷却される請求項１５乃至１９のいずれかに記載のアンテナ装置。

Images