JP2015159481A - アンテナ装置 - Google Patents
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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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
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