JP2017169059A - Antenna device - Google Patents

Antenna device Download PDF

Info

Publication number
JP2017169059A
JP2017169059A JP2016052907A JP2016052907A JP2017169059A JP 2017169059 A JP2017169059 A JP 2017169059A JP 2016052907 A JP2016052907 A JP 2016052907A JP 2016052907 A JP2016052907 A JP 2016052907A JP 2017169059 A JP2017169059 A JP 2017169059A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transmission
antenna
reception
radio frequency
frequency signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2016052907A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6463292B2 (en
Inventor
育彦 浦田
Ikuhiko Urata
育彦 浦田
圭介 西
Keisuke Nishi
圭介 西
幸宣 垂井
Yukinori Tarui
幸宣 垂井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2016052907A priority Critical patent/JP6463292B2/en
Publication of JP2017169059A publication Critical patent/JP2017169059A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6463292B2 publication Critical patent/JP6463292B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an antenna device that can send pulse wave or continuous wave at the same opening while maintaining antenna gain.SOLUTION: An antenna device 100 comprises an element antenna 1, a transmission reception module 2, a synthesis distribution circuit 3, and an antenna controller 4. The transmission reception module 2 comprises a transmission amplifier that amplifies amplitude of a transmission radio frequency signal output from the synthesis distribution circuit 3, a reception amplifier that amplifies amplitude of a reception radio frequency signal output from the element antenna 1, a variable attenuator, and a PLD that increases attenuation amount of the variable attenuator more, the more the duty cycle of the transmission radio frequency signal is increased.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、複数のアンテナと、それぞれがアンテナの各々に接続された複数の送受信モジュールとを備えたアンテナ装置に関するものである。   The present invention relates to an antenna device including a plurality of antennas and a plurality of transmission / reception modules each connected to each of the antennas.

複数のアンテナ素子を配列して開口アレイを形成してなるフェーズドアレイアンテナを用いた特許文献1のアンテナ装置は、送受切換の基準トリガに所望の遅延を加えて送受信モジュールの送受信タイミングを制御すると同時に、送受信モジュールに供給する直流電源の入切タイミングを制御することによって、送受信モジュールの消費電力の平均値を低減している。   The antenna device of Patent Document 1 using a phased array antenna formed by arranging a plurality of antenna elements to form an aperture array controls a transmission / reception timing of a transmission / reception module by adding a desired delay to a reference trigger for transmission / reception switching. By controlling the on / off timing of the DC power supplied to the transmission / reception module, the average power consumption of the transmission / reception module is reduced.

特開2004−236011号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-236011

特許文献1のアンテナ装置では、消費電力の平均値を1/m(mは1以上の整数)に低減させるためにアンテナ素子数を1/m倍にする場合、アンテナ利得はアンテナ素子数Nに比例するのでアンテナ利得が1/m倍になり、送受信モジュールの送信RF(Radio Frequency)信号の電力は下げない構成としている。しかし送信出力は送受信モジュールの送信出力電力とアンテナ素子数との積に比例するため、総送信出力も1/m倍になり、アンテナの等価等方放射電力が(1/m)倍に低下するといった問題がある。また特許文献1のアンテナ装置は、アンテナ開口を時分割に切り替えるため、ミサイルイルミネータのように送信波に情報を重畳させてミサイルに対して伝送する場合、時分割に切り替える際に通信が途切れたり、位相が変わって送信波を正しく伝送できないことが懸念される。 In the antenna device of Patent Document 1, when the number of antenna elements is increased by 1 / m in order to reduce the average power consumption to 1 / m (m is an integer of 1 or more), the antenna gain is equal to the number N of antenna elements. Since it is proportional, the antenna gain becomes 1 / m times, and the power of the transmission RF (Radio Frequency) signal of the transmission / reception module is not lowered. However, since the transmission output is proportional to the product of the transmission output power of the transceiver module and the number of antenna elements, the total transmission output is also 1 / m times, and the equivalent isotropic radiated power of the antenna is reduced to (1 / m) 2 times. There is a problem such as. Moreover, since the antenna apparatus of patent document 1 switches an antenna opening to time division, when information is superimposed on a transmission wave and transmitted to a missile like a missile illuminator, communication is interrupted when switching to time division, There is a concern that the transmitted wave may not be transmitted correctly due to a phase change.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、アンテナ利得を維持したまま同一開口でパルス波または連続波を送信できるアンテナ装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain an antenna device capable of transmitting a pulse wave or a continuous wave through the same aperture while maintaining the antenna gain.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のアンテナ装置は、複数のアンテナと、それぞれがアンテナの各々に接続された複数の送受信モジュールと、複数の送受信モジュールに接続され、受信無線周波数信号を合成すると共に送信無線周波数信号を分配する合成分配回路と、複数の送受信モジュールに接続されたアンテナ制御装置と、を備える。複数の送受信モジュールの各々は、合成分配回路から出力された送信無線周波数信号の振幅を増幅する送信増幅器と、アンテナから出力された受信無線周波数信号の振幅を増幅する受信増幅器と、送信増幅器に入力される送信無線周波数信号の振幅を減衰させると共に、受信増幅器から出力される受信無線周波数信号の振幅を減衰させる可変減衰器と、送信無線周波数信号のデューティーサイクルが高まるほど可変減衰器の減衰量を高める制御部とを備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, an antenna device of the present invention includes a plurality of antennas, a plurality of transmission / reception modules each connected to each of the antennas, and a plurality of transmission / reception modules connected to each other. A synthesis / distribution circuit that synthesizes radio frequency signals and distributes transmission radio frequency signals, and an antenna control device connected to a plurality of transmission / reception modules. Each of the plurality of transmission / reception modules includes a transmission amplifier that amplifies the amplitude of the transmission radio frequency signal output from the combining / distributing circuit, a reception amplifier that amplifies the amplitude of the reception radio frequency signal output from the antenna, and an input to the transmission amplifier. A variable attenuator that attenuates the amplitude of the transmitted radio frequency signal and the amplitude of the received radio frequency signal output from the receiving amplifier, and the amount of attenuation of the variable attenuator increases as the duty cycle of the transmitted radio frequency signal increases. And a control unit for raising.

本発明によれば、アンテナ利得を維持したまま同一開口でパルス波または連続波を送信できる、という効果を奏する。   According to the present invention, there is an effect that a pulse wave or a continuous wave can be transmitted through the same aperture while maintaining the antenna gain.

本発明の実施の形態に係るアンテナ装置の構成図Configuration diagram of an antenna device according to an embodiment of the present invention 図1に示す送受信モジュールの構成図Configuration diagram of the transceiver module shown in FIG. 図2に示す送信増幅器を構成する窒化ガリウム系半導体の電界効果トランジスタの入力電力とドレイン電流との関係を示す図The figure which shows the relationship between the input electric power and drain current of the field effect transistor of the gallium nitride semiconductor which comprises the transmission amplifier shown in FIG. 図2に示す送信増幅器を構成する窒化ガリウム系半導体の電界効果トランジスタの入力電力と出力尖頭電力との関係を示す図The figure which shows the relationship between the input power and output peak power of the field effect transistor of the gallium nitride semiconductor which comprises the transmission amplifier shown in FIG. 本発明の実施の形態に係るアンテナ装置の第一の動作を説明するための図The figure for demonstrating the 1st operation | movement of the antenna apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るアンテナ装置の第二の動作を説明するための図The figure for demonstrating the 2nd operation | movement of the antenna apparatus which concerns on embodiment of this invention.

以下に、本発明の実施の形態に係るアンテナ装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。   Hereinafter, an antenna device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

実施の形態.
図1は本発明の実施の形態に係るアンテナ装置の構成図である。実施の形態に係るアンテナ装置100は、複数のアンテナである素子アンテナ1と、それぞれが素子アンテナ1の各々に接続された複数の送受信モジュール2と、複数の送受信モジュール2に接続され、受信RF信号を合成すると共に送信RF信号を分配する合成分配回路3と、送受信モジュール2に接続されたアンテナ制御装置4と、送受信モジュール2に電力を供給する電源装置5とを備える。図1では複数の素子アンテナの数をN(Nは1以上の整数)で表している。
Embodiment.
FIG. 1 is a configuration diagram of an antenna device according to an embodiment of the present invention. The antenna device 100 according to the embodiment includes a plurality of element antennas 1 that are a plurality of antennas, a plurality of transmission / reception modules 2 connected to each of the element antennas 1, and a plurality of transmission / reception modules 2 to receive RF signals. And a distribution circuit 3 for distributing the transmission RF signal, an antenna control device 4 connected to the transmission / reception module 2, and a power supply device 5 for supplying power to the transmission / reception module 2. In FIG. 1, the number of the plurality of element antennas is represented by N (N is an integer of 1 or more).

アンテナ装置100の送信動作を説明する。アンテナ装置100の外部に設けられた送受信装置6から出力された送信RF信号は合成分配回路3で分配され、分配された送信RF信号のそれぞれが複数の送受信モジュール2に入力される。送受信モジュール2に入力された送信RF信号は減衰、移相および増幅された後、素子アンテナ1に入力され、素子アンテナ1からパルス波または連続波として空間に放射される。   A transmission operation of the antenna device 100 will be described. The transmission RF signal output from the transmission / reception device 6 provided outside the antenna device 100 is distributed by the combining / distributing circuit 3, and each of the distributed transmission RF signals is input to the plurality of transmission / reception modules 2. The transmission RF signal input to the transmission / reception module 2 is attenuated, phase-shifted and amplified, then input to the element antenna 1 and radiated from the element antenna 1 to the space as a pulse wave or continuous wave.

アンテナ装置100の受信動作を説明する。空間を伝搬するパルス波または連続波が複数の素子アンテナ1のそれぞれで受信され、受信RF信号として送受信モジュール2に入力される。送受信モジュール2に入力された受信RF信号は増幅、減衰および位相された後、合成分配回路3で合成されて送受信装置6に入力される。   The reception operation of the antenna device 100 will be described. A pulse wave or continuous wave propagating in space is received by each of the plurality of element antennas 1 and input to the transmission / reception module 2 as a reception RF signal. The received RF signal input to the transmission / reception module 2 is amplified, attenuated and phased, then synthesized by the synthesis / distribution circuit 3 and input to the transmission / reception device 6.

次に図2を用いて送受信モジュール2の構成を説明する。図2は図1に示す送受信モジュールの構成図である。図2には図1に示す複数の送受信モジュール2の内、1つ送受信モジュール2の内部構成を示す。図2において太線は受信RF信号または送信RF信号が伝送される経路を表す。   Next, the configuration of the transmission / reception module 2 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a block diagram of the transmission / reception module shown in FIG. FIG. 2 shows an internal configuration of one transmission / reception module 2 among the plurality of transmission / reception modules 2 shown in FIG. In FIG. 2, a thick line represents a path through which a reception RF signal or a transmission RF signal is transmitted.

送受信モジュール2は、スイッチ12、スイッチ13、可変減衰器7、移相器8、スイッチ14、受信増幅器10、バイアス電圧制御部である電源IC(Integrated Circuit)16、送信増幅器9、サーキュレータ11および制御部であるPLD(Programmable Logic Device)15を備える。   The transmission / reception module 2 includes a switch 12, a switch 13, a variable attenuator 7, a phase shifter 8, a switch 14, a reception amplifier 10, a power supply IC (Integrated Circuit) 16 as a bias voltage control unit, a transmission amplifier 9, a circulator 11, and a control. A PLD (Programmable Logic Device) 15 is provided.

送信増幅器9、受信増幅器10、スイッチ12,13,14、移相器8、PLD15および電源IC16には、電源装置5から出力される電力が供給される。送信増幅器9および受信増幅器10は、図示しないトランジスタを有して構成され、当該トランジスタは窒化ガリウム系半導体で構成されるソース接地の電界効果トランジスタである。   The power output from the power supply device 5 is supplied to the transmission amplifier 9, the reception amplifier 10, the switches 12, 13 and 14, the phase shifter 8, the PLD 15 and the power supply IC 16. The transmission amplifier 9 and the reception amplifier 10 are configured to include a transistor (not shown), and the transistor is a source-grounded field effect transistor formed of a gallium nitride semiconductor.

スイッチ12は、スイッチ13に接続される第1端子、合成分配回路3に接続される第2端子、およびスイッチ14に接続される第3端子を備える。スイッチ12は、PLD15から出力される制御信号により駆動し、第2端子を第1端子または第3端子に接続させ、あるいは第2端子を第1端子および第3端子に接続させないように動作する。   The switch 12 includes a first terminal connected to the switch 13, a second terminal connected to the combining / distributing circuit 3, and a third terminal connected to the switch 14. The switch 12 is driven by a control signal output from the PLD 15 and operates so that the second terminal is connected to the first terminal or the third terminal, or the second terminal is not connected to the first terminal and the third terminal.

スイッチ13は、受信増幅器10に接続される第1端子、可変減衰器7に接続される第2端子、およびスイッチ12に接続される第3端子を備える。スイッチ13は、PLD15から出力される制御信号により駆動し、第2端子を第1端子または第3端子に接続させ、第2端子を第1端子および第3端子に接続させないように動作する。   The switch 13 includes a first terminal connected to the reception amplifier 10, a second terminal connected to the variable attenuator 7, and a third terminal connected to the switch 12. The switch 13 is driven by a control signal output from the PLD 15, and operates so that the second terminal is connected to the first terminal or the third terminal, and the second terminal is not connected to the first terminal and the third terminal.

スイッチ14は、送信増幅器9に接続される第1端子、移相器8に接続される第2端子、およびスイッチ12に接続される第3端子を備える。スイッチ14は、PLD15から出力される制御信号により駆動し、第2端子を第1端子または第3端子に接続させ、第2端子を第1端子および第3端子に接続させないように動作する。   The switch 14 includes a first terminal connected to the transmission amplifier 9, a second terminal connected to the phase shifter 8, and a third terminal connected to the switch 12. The switch 14 is driven by a control signal output from the PLD 15, and operates so that the second terminal is connected to the first terminal or the third terminal, and the second terminal is not connected to the first terminal and the third terminal.

可変減衰器7は抵抗素子または半導体素子からなる可変抵抗で構成され、PLD15から出力される制御信号によりその抵抗値が調整される。可変減衰器7は、送信増幅器9に入力される信号の振幅を減衰させると共に、受信増幅器10から出力される信号の振幅を減衰させる。可変減衰器7の減衰量はPLD15により制御される。可変減衰器7の制御例としては、可変減衰器7が0〜31dBの間で1dBごと変えられた(5ビット)とし、18dBに設定したいとき、アンテナ制御装置4より「16dB」というコマンドがPLD15に送られ、PLD15が当該コマンドを解読して、5ビットの信号(10010)として可変減衰器7に送信する。この構成によれば、送受信モジュール2にはPLD15分の実装領域を確保する必要があるものの、送受信モジュール2の外部との信号線数を減らすことができ、例えば通常5ビットの場合には5対の信号線だが、コマンド転送であれば1対の信号線で済む。   The variable attenuator 7 is composed of a variable resistor made of a resistance element or a semiconductor element, and its resistance value is adjusted by a control signal output from the PLD 15. The variable attenuator 7 attenuates the amplitude of the signal input to the transmission amplifier 9 and attenuates the amplitude of the signal output from the reception amplifier 10. The attenuation amount of the variable attenuator 7 is controlled by the PLD 15. As an example of control of the variable attenuator 7, when the variable attenuator 7 is changed by 1 dB between 0 and 31 dB (5 bits), and when it is desired to set it to 18 dB, a command “16 dB” is issued from the antenna controller 4 to the PLD 15 The PLD 15 decodes the command and transmits it to the variable attenuator 7 as a 5-bit signal (10010). According to this configuration, although it is necessary to secure a mounting area for PLD 15 in the transmission / reception module 2, the number of signal lines to the outside of the transmission / reception module 2 can be reduced. However, a pair of signal lines is sufficient for command transfer.

移相器8は、半導体素子、スイッチまたは磁性素子で構成され、移相器8の移相量はPLD15から出力される制御信号により制御される。移相器8は、可変減衰器7で減衰された信号の位相、すなわち送信増幅器9に入力される信号の位相と受信増幅器10から出力される信号の位相とを移相する。   The phase shifter 8 includes a semiconductor element, a switch, or a magnetic element, and the phase shift amount of the phase shifter 8 is controlled by a control signal output from the PLD 15. The phase shifter 8 shifts the phase of the signal attenuated by the variable attenuator 7, that is, the phase of the signal input to the transmission amplifier 9 and the phase of the signal output from the reception amplifier 10.

送信増幅器9は、電源IC16により制御され、移相器8から出力された信号の振幅を増幅する。受信増幅器10は、電源IC16により制御され、サーキュレータ11から出力された信号の振幅を増幅する。サーキュレータ11は、送信増幅器9で増幅された信号を素子アンテナ1に出力すると共に、素子アンテナ1から出力された信号を受信増幅器10に出力する。   The transmission amplifier 9 is controlled by the power supply IC 16 and amplifies the amplitude of the signal output from the phase shifter 8. The reception amplifier 10 is controlled by the power supply IC 16 and amplifies the amplitude of the signal output from the circulator 11. The circulator 11 outputs the signal amplified by the transmission amplifier 9 to the element antenna 1 and outputs the signal output from the element antenna 1 to the reception amplifier 10.

電源IC16は、PLD15から出力される制御信号により送信増幅器9を構成する電界効果トランジスタのゲートバイアス電圧を制御する。すなわち電源IC16は、送信増幅器9に印加されるゲートバイアス電圧を送信RF信号のデューティーサイクルに応じて制御することにより、送信増幅器9および受信増幅器10において信号を増幅させ、または増幅させない、すなわち信号の増幅をOFFさせる。   The power supply IC 16 controls the gate bias voltage of the field effect transistor constituting the transmission amplifier 9 by the control signal output from the PLD 15. That is, the power supply IC 16 controls the gate bias voltage applied to the transmission amplifier 9 according to the duty cycle of the transmission RF signal, thereby amplifying the signal in the transmission amplifier 9 and the reception amplifier 10 or not amplifying the signal. Turn off amplification.

PLD15は、アンテナ制御装置4から出力される制御信号に基づき、可変減衰器7、移相器8、スイッチ12、スイッチ13、スイッチ14および電源IC16の制御を行う。   The PLD 15 controls the variable attenuator 7, the phase shifter 8, the switch 12, the switch 13, the switch 14, and the power supply IC 16 based on the control signal output from the antenna control device 4.

本実施の形態に係る送受信モジュール2ではPLD15が送信RF信号のデューティーサイクルが高まるほど可変減衰器7の減衰量を高める制御を行う点に特徴がある。以下、送信RF信号のデューティーサイクルと可変減衰器7の減衰量との関係を具体的に説明する。   The transmission / reception module 2 according to the present embodiment is characterized in that the PLD 15 performs control to increase the attenuation amount of the variable attenuator 7 as the duty cycle of the transmission RF signal increases. Hereinafter, the relationship between the duty cycle of the transmission RF signal and the attenuation amount of the variable attenuator 7 will be specifically described.

送受信モジュール2が必要とする電力は送信増幅器9の消費電力が支配的である。送信増幅器9を構成する電界効果トランジスタの消費電力PDCは下記(1)式で表される。VDSはドレイン−ソース間電圧であり、Iはドレイン電流である。 The power required by the transmission / reception module 2 is dominated by the power consumption of the transmission amplifier 9. Power P DC of the field effect transistors constituting the transmission amplifier 9 is expressed by the following equation (1). V DS is a drain-source voltage, and ID is a drain current.

Figure 2017169059
Figure 2017169059

図3は図2に示す送信増幅器を構成する窒化ガリウム系半導体の電界効果トランジスタの入力電力とドレイン電流との関係を示す図である。横軸は電界効果トランジスタの入力電力Pinを表し、縦軸は電界効果トランジスタに流れるドレイン電流Iを表す。 FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the input power and drain current of the gallium nitride semiconductor field effect transistor constituting the transmission amplifier shown in FIG. The horizontal axis represents the input power P in of the field effect transistor, and the vertical axis represents the drain current I D flowing through the field effect transistor.

図4は図2に示す送信増幅器を構成する窒化ガリウム系半導体の電界効果トランジスタの入力電力と出力尖頭電力との関係を示す図である。横軸は電界効果トランジスタの入力電力Pinを表し、縦軸は電界効果トランジスタの出力尖頭電力Poutを表す。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the input power and the output peak power of the gallium nitride semiconductor field effect transistor constituting the transmission amplifier shown in FIG. The horizontal axis represents the input power P in of the field effect transistor, and the vertical axis represents the peak output power P out of the field effect transistor.

電界効果トランジスタのゲートバイアス電圧の設定にもよるが、図3に示すように入力電力Pinとドレイン電流Iとの間には正の相関がある。従って電界効果トランジスタの入力電力Pinと消費電力PDCとの間には正の相関がある。 Although depending on the setting of the gate bias voltage of the field effect transistor, there is a positive correlation between the input power Pin and the drain current ID as shown in FIG. Thus between the input power P in of the field effect transistor between the power consumption P DC positive correlation.

また入力電力Pinがパルスである場合、消費電力PDCの時間平均は、パルス幅/パルス繰り返し時間、すなわちデューティーサイクルと正の相関となる。従って連続波またはデューティーサイクルの高いパルスを送信する場合、時間平均の消費電力PDCが大きくなるため、電源装置5の供給電力を上げる必要があり、アンテナ装置100の規模が大きくなる。そこで本実施の形態に係る送受信モジュール2は、連続波またはデューティーサイクルの高いパルスを送信するとき、消費電力PDCの時間平均値が大きくならないよう入力電力Pinを小さくさせる。 Also when the input power P in is a pulse, the time average of the power consumption P DC is pulse width / pulse repetition period, i.e. the duty cycle and the positive correlation. Therefore, when transmitting a high continuous wave or duty cycle pulse, since the power consumption P DC of the time average is increased, it is necessary to increase the supply power of the power supply device 5, a scale of the antenna device 100 is increased. Therefore transceiver module 2 according to this embodiment, when sending a high continuous wave or duty cycle pulses, the time average value to reduce the input power P in that does not increase the power consumption P DC.

デューティーサイクルの低い通常のレーダ運用においては、付加効率の高い入力電力Pinが高い領域で使用されるが、連続波またはデューティーサイクルの高いパルスを送信するときには、送受信モジュール2は、可変減衰器7の減衰量を大きくして入力電力Pinを小さくする。入力電力Pinを小さくすることにより、図4に示すように出力尖頭電力Poutは小さくなる。なお、デューティーサイクルの低いレーダ運用は、アンテナ制御装置4から低デューティーサイクルの運用であることを示すコマンドが送信される場合の運用であり、デューティーサイクルの高いレーダ運用は、アンテナ制御装置4から高デューティーサイクルの運用であることを示すコマンドが送信される場合の運用である。例えばデューティーサイクルに応じてモード1またはモード2という運用モードが決められており、アンテナ制御装置4から送信されるこれらのモードに応じて送受信モジュール2のPLD15が動作する。 At low normal radar operation of duty cycle, but high input power P in the added efficiency is used in a high region, when sending a high continuous wave or duty cycle pulses, the transceiver module 2, a variable attenuator 7 to increase the attenuation to reduce the input power P in and. By reducing the input power P in, peak output power P out, as shown in FIG. 4 becomes small. The radar operation with a low duty cycle is an operation when a command indicating that the operation is a low duty cycle is transmitted from the antenna control device 4, and the radar operation with a high duty cycle is a high operation from the antenna control device 4. This is an operation when a command indicating that the operation is a duty cycle is transmitted. For example, the operation mode of mode 1 or mode 2 is determined according to the duty cycle, and the PLD 15 of the transmission / reception module 2 operates according to these modes transmitted from the antenna control device 4.

ここで図1に示す電源装置5に必要とされる総供給電力Ptotalは下記(2)式で表される。またアンテナ装置100の等価等方放射電力は下記(3)式で表される。下記(2)式および(3)式において、Nは素子アンテナ1の数を表し、Gはアンテナ利得を表し、PWはパルス幅を表し、PRIはパルス繰り返し間隔を表し、Dutyはデューティーサイクルを表す。 Here, the total supply power P total required for the power supply device 5 shown in FIG. 1 is expressed by the following equation (2). The equivalent isotropic radiated power of the antenna device 100 is expressed by the following equation (3). In the following formulas (2) and (3), N represents the number of element antennas 1, G represents the antenna gain, PW represents the pulse width, PRI represents the pulse repetition interval, and Duty represents the duty cycle. .

Figure 2017169059
Figure 2017169059

Figure 2017169059
Figure 2017169059

例えばデューティーサイクルがmに対応した電源装置5で連続波を送信するためには、特許文献1の従来技術では素子アンテナ数を1/mにするためアンテナ利得が1/mになり、等価等方放射電力が(1/m)に低下する。これに対し本実施の形態に係るアンテナ装置100では、消費電力PDCを1/mにするため、アンテナ利得は維持されるので等価等方放射電力は1/mの低下に抑えることができる。 For example, in order to transmit a continuous wave with the power supply device 5 corresponding to a duty cycle of m, the antenna gain becomes 1 / m because the number of element antennas is 1 / m in the prior art of Patent Document 1, and the equivalent isotropic The radiated power is reduced to (1 / m) 2 . On the other hand, in antenna apparatus 100 according to the present embodiment, power consumption PDC is set to 1 / m, and thus the antenna gain is maintained, so that the equivalent isotropic radiated power can be suppressed to a decrease of 1 / m.

また本実施の形態に係るアンテナ装置100は、開口を時分割に切り替えないため、ミサイルイルミネータのように送信波に情報を重畳させミサイルに対して情報を伝送する場合、開口の時分割切り替えによる通信断絶または位相変位といった懸念がない。   Since antenna apparatus 100 according to the present embodiment does not switch the aperture to time division, when transmitting information to a missile by superimposing information on a transmission wave like a missile illuminator, communication by time division switching of the aperture is performed. There is no concern about disconnection or phase displacement.

なお図4において、入力電力Pinを小さくすることにより出力尖頭電力Poutは入力電力Pinに対して線形増幅となり、各送受信モジュール2の間における出力電力のばらつきが懸念されるが、予め試験で各送受信モジュール2内の可変減衰器7を個々に調整し、それぞれの可変減衰器7の減衰量の設定値を、PLD15に内蔵されるROM(Read Only Memory)に記憶させ、運用時に当該ROMに記憶された設定値を各送受信モジュール2内の可変減衰器7に設定することにより、出力電力のばらつきを抑えることができる。 In FIG. 4, the peak output power P out by reducing the input power P in becomes linear amplification to the input power P in, although variations in output power between the transceiver module 2 is concerned, previously In the test, the variable attenuator 7 in each transmission / reception module 2 is individually adjusted, and the set value of the attenuation amount of each variable attenuator 7 is stored in a ROM (Read Only Memory) built in the PLD 15, and the operation is performed during the operation. By setting the setting value stored in the ROM to the variable attenuator 7 in each transmission / reception module 2, variations in output power can be suppressed.

デューティーサイクルの低い通常のレーダ運用においては、高い効率を得るためにゲートバイアス電圧をピンチオフ電圧に近づけてB級動作に近づけている。このゲートバイアス状態で入力電力Pinを小さくすると、利得が小さくなり出力電力Poutが小さくなりすぎる場合があり、ゲートバイアス電圧を0V側に近づけて利得を上げる必要がある場合がある。そこで、本実施の形態に係るアンテナ装置100は、PLD15より電源IC16を制御してゲートバイアス電圧を変えることができ、ゲートバイアス電圧の設定値をPLD15に内蔵されるROMに記憶させ、アンテナ装置100の運用時に当該ROMに設定された設定値に対応してPLD15から出力される制御信号により、電源IC16のゲートバイアス電圧を制御する。 In normal radar operation with a low duty cycle, in order to obtain high efficiency, the gate bias voltage is brought close to the pinch-off voltage to approach the class B operation. If the input power Pin is reduced in this gate bias state, the gain may be reduced and the output power Pout may be too small, and it may be necessary to increase the gain by bringing the gate bias voltage closer to 0V. Therefore, the antenna device 100 according to the present embodiment can change the gate bias voltage by controlling the power supply IC 16 from the PLD 15, and the setting value of the gate bias voltage is stored in the ROM built in the PLD 15, and the antenna device 100. The gate bias voltage of the power supply IC 16 is controlled by a control signal output from the PLD 15 corresponding to the set value set in the ROM during operation.

以下にアンテナ装置100の動作をスイッチ12,13,14の端子と関連付けて説明する。   The operation of the antenna device 100 will be described below in association with the terminals of the switches 12, 13, and 14.

図5は本発明の実施の形態に係るアンテナ装置の第一の動作を説明するための図である。アンテナ装置100では、第一の動作として、スイッチ12の第2端子が第1端子に接続され、スイッチ13の第2端子が第3端子に接続され、スイッチ14の第2端子が第1端子に接続される。これにより合成分配回路3が可変減衰器7に接続され、移相器8が送信増幅器9に接続される。   FIG. 5 is a diagram for explaining a first operation of the antenna device according to the embodiment of the present invention. In the antenna device 100, as a first operation, the second terminal of the switch 12 is connected to the first terminal, the second terminal of the switch 13 is connected to the third terminal, and the second terminal of the switch 14 is connected to the first terminal. Connected. As a result, the combining / distributing circuit 3 is connected to the variable attenuator 7 and the phase shifter 8 is connected to the transmission amplifier 9.

合成分配回路3から出力された送信RF信号は可変減衰器7で所望の振幅に減衰、減衰された送信RF信号は移相器8により所望の位相に移相され、移相された送信RF信号は送信増幅器9により振幅が増幅される。送信増幅器9で増幅された送信RF信号はサーキュレータ11により素子アンテナ1に送られ素子アンテナ1から空間に放射される。なお、可変減衰器7と移相器8との順番を入れ替えてもよい。   The transmission RF signal output from the combining / distributing circuit 3 is attenuated to a desired amplitude by the variable attenuator 7, and the attenuated transmission RF signal is phase-shifted to a desired phase by the phase shifter 8. Is amplified in amplitude by the transmission amplifier 9. The transmission RF signal amplified by the transmission amplifier 9 is transmitted to the element antenna 1 by the circulator 11 and radiated from the element antenna 1 to the space. Note that the order of the variable attenuator 7 and the phase shifter 8 may be switched.

図6は本発明の実施の形態に係るアンテナ装置の第二の動作を説明するための図である。アンテナ装置100では、第二の動作として、スイッチ12の第2端子が第3端子に接続され、スイッチ13の第2端子が第1端子に接続され、スイッチ14の第2端子が第3端子に接続される。これにより受信増幅器10が可変減衰器7に接続され、移相器8が合成分配回路3に接続される。   FIG. 6 is a diagram for explaining a second operation of the antenna device according to the embodiment of the present invention. In the antenna device 100, as a second operation, the second terminal of the switch 12 is connected to the third terminal, the second terminal of the switch 13 is connected to the first terminal, and the second terminal of the switch 14 is connected to the third terminal. Connected. As a result, the receiving amplifier 10 is connected to the variable attenuator 7, and the phase shifter 8 is connected to the combining / distributing circuit 3.

素子アンテナ1から出力された受信RF信号はサーキュレータ11により受信増幅器10に送られ、受信増幅器10で振幅が増幅された受信RF信号は可変減衰器7により所望の振幅に減衰され、減衰された受信RF信号は移相器8により所望の位相に移相される。移相された受信RF信号は合成分配回路3に送られる。なお、可変減衰器7と移相器8との順番を入れ替えてもよい。   The reception RF signal output from the element antenna 1 is sent to the reception amplifier 10 by the circulator 11, and the reception RF signal whose amplitude is amplified by the reception amplifier 10 is attenuated to a desired amplitude by the variable attenuator 7, and is attenuated. The RF signal is phase-shifted to a desired phase by the phase shifter 8. The phase-shifted received RF signal is sent to the combining / distributing circuit 3. Note that the order of the variable attenuator 7 and the phase shifter 8 may be switched.

以上に説明したように本実施の形態に係るアンテナ装置は、複数のアンテナと、それぞれが素子アンテナの各々に接続された複数の送受信モジュールと、複数の送受信モジュールに接続され、受信無線周波数信号を合成すると共に送信無線周波数信号を分配する合成分配回路と、複数の送受信モジュールに接続されたアンテナ制御装置とを備える。複数の送受信モジュールの各々は、合成分配回路から出力された送信無線周波数信号の振幅を増幅する送信増幅器と、アンテナから出力された受信無線周波数信号の振幅を増幅する受信増幅器と、送信増幅器に入力される送信無線周波数信号の振幅を減衰させると共に、受信増幅器から出力される受信無線周波数信号の振幅を減衰させる可変減衰器と、送信無線周波数信号のデューティーサイクルが高まるほど可変減衰器の減衰量を高める制御部とを備える。この構成により、可変減衰器の減衰量が高まるほど送信増幅器の入力電力Pinが小さくなり、出力尖頭電力Poutは小さくなる。従ってアンテナ利得を維持しながら等価等方放射電力を1/mの低下に抑えることができる。 As described above, the antenna device according to the present embodiment includes a plurality of antennas, a plurality of transmission / reception modules each connected to each of the element antennas, and a plurality of transmission / reception modules to receive a reception radio frequency signal. A combining / distributing circuit that combines and distributes a transmission radio frequency signal and an antenna control device connected to a plurality of transmitting / receiving modules are provided. Each of the plurality of transmission / reception modules includes a transmission amplifier that amplifies the amplitude of the transmission radio frequency signal output from the combining / distributing circuit, a reception amplifier that amplifies the amplitude of the reception radio frequency signal output from the antenna, and an input to the transmission amplifier. A variable attenuator that attenuates the amplitude of the transmitted radio frequency signal and the amplitude of the received radio frequency signal output from the receiving amplifier, and the amount of attenuation of the variable attenuator increases as the duty cycle of the transmitted radio frequency signal increases. And a controller for increasing. With this configuration, the input power P in the higher transmission amplifier attenuation of the variable attenuator is increased is reduced, the output peak power P out becomes smaller. Therefore, the equivalent isotropic radiated power can be suppressed to a decrease of 1 / m while maintaining the antenna gain.

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。   The configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.

1 素子アンテナ、2 送受信モジュール、3 合成分配回路、4 アンテナ制御装置、5 電源装置、6 送受信装置、7 可変減衰器、8 移相器、9 送信増幅器、10 受信増幅器、11 サーキュレータ、12,13,14 スイッチ、16 電源IC、100 アンテナ装置。   1 element antenna, 2 transmission / reception module, 3 combining / distributing circuit, 4 antenna control device, 5 power supply device, 6 transmission / reception device, 7 variable attenuator, 8 phase shifter, 9 transmission amplifier, 10 reception amplifier, 11 circulator, 12, 13 , 14 switch, 16 power IC, 100 antenna device.

Claims (4)

複数のアンテナと、
それぞれが前記アンテナの各々に接続された複数の送受信モジュールと、
前記複数の送受信モジュールに接続され、受信無線周波数信号を合成すると共に送信無線周波数信号を分配する合成分配回路と、
前記複数の送受信モジュールに接続されたアンテナ制御装置と、
を備え、
前記複数の送受信モジュールの各々は、
前記合成分配回路から出力された前記送信無線周波数信号の振幅を増幅する送信増幅器と、
前記アンテナから出力された前記受信無線周波数信号の振幅を増幅する受信増幅器と、
前記送信増幅器に入力される前記送信無線周波数信号の振幅を減衰させると共に、前記受信増幅器から出力される前記受信無線周波数信号の振幅を減衰させる可変減衰器と、
前記送信無線周波数信号のデューティーサイクルが高まるほど前記可変減衰器の減衰量を高める制御部と、
を備えることを特徴とするアンテナ装置。
Multiple antennas,
A plurality of transceiver modules each connected to each of the antennas;
A synthesizing / distributing circuit connected to the plurality of transmitting / receiving modules for synthesizing a reception radio frequency signal and distributing a transmission radio frequency signal;
An antenna control device connected to the plurality of transceiver modules;
With
Each of the plurality of transmission / reception modules is
A transmission amplifier that amplifies the amplitude of the transmission radio frequency signal output from the combining and distributing circuit;
A receiving amplifier that amplifies the amplitude of the received radio frequency signal output from the antenna;
A variable attenuator that attenuates the amplitude of the transmission radio frequency signal input to the transmission amplifier and attenuates the amplitude of the reception radio frequency signal output from the reception amplifier;
A controller that increases the attenuation of the variable attenuator as the duty cycle of the transmission radio frequency signal increases;
An antenna device comprising:
前記制御部には前記可変減衰器の減衰量の設定値が記憶され、
前記可変減衰器は、前記制御部に記憶された設定値により減衰量が制御されることを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。
The control unit stores a set value of the attenuation amount of the variable attenuator,
The antenna apparatus according to claim 1, wherein an attenuation amount of the variable attenuator is controlled by a setting value stored in the control unit.
前記送信増幅器に印加されるゲートバイアス電圧を前記送信無線周波数信号のデューティーサイクルに応じて制御するバイアス電圧制御部を備えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のアンテナ装置。   The antenna apparatus according to claim 1, further comprising a bias voltage control unit configured to control a gate bias voltage applied to the transmission amplifier according to a duty cycle of the transmission radio frequency signal. 前記制御部には前記ゲートバイアス電圧の設定値が記憶され、
前記バイアス電圧制御部の前記ゲートバイアス電圧は、前記設定値に対応して前記制御部から出力される制御信号により制御されることを特徴とする請求項3に記載のアンテナ装置。
The control unit stores a set value of the gate bias voltage,
The antenna device according to claim 3, wherein the gate bias voltage of the bias voltage control unit is controlled by a control signal output from the control unit corresponding to the set value.
JP2016052907A 2016-03-16 2016-03-16 Antenna device Expired - Fee Related JP6463292B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016052907A JP6463292B2 (en) 2016-03-16 2016-03-16 Antenna device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016052907A JP6463292B2 (en) 2016-03-16 2016-03-16 Antenna device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017169059A true JP2017169059A (en) 2017-09-21
JP6463292B2 JP6463292B2 (en) 2019-01-30

Family

ID=59910284

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016052907A Expired - Fee Related JP6463292B2 (en) 2016-03-16 2016-03-16 Antenna device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6463292B2 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01154604A (en) * 1987-12-10 1989-06-16 Nec Corp Array antenna
JPH1164488A (en) * 1997-08-20 1999-03-05 Mitsubishi Electric Corp Radar

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01154604A (en) * 1987-12-10 1989-06-16 Nec Corp Array antenna
JPH1164488A (en) * 1997-08-20 1999-03-05 Mitsubishi Electric Corp Radar

Also Published As

Publication number Publication date
JP6463292B2 (en) 2019-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8155037B2 (en) Transmitter-receiver
US7843282B2 (en) Phase shifter with flexible control voltage
JP2005518745A (en) Current modulator to dynamically compensate for amplifier impedance.
US8994579B2 (en) RF pulse signal generation switching circuit, RF pulse signal generating circuit, and target object detecting apparatus
KR20110011552A (en) Base station antenna device with built-in transmitting and receiving module
JP6352963B2 (en) Antenna device and array antenna device
JPH0523164U (en) Transmission and reception module
US20150130657A1 (en) High speed, high efficiency, high power rf pulse modulating integrated switch
JP2016001865A (en) Detection calibration circuit and transmitter
JP6463292B2 (en) Antenna device
JP6465819B2 (en) ANTENNA DEVICE AND POWER CONTROL METHOD
JP4648861B2 (en) Pulse radar transmitter
EP3334037B1 (en) Amplifier devices with envelope signal shaping for gate bias modulation
TWI639849B (en) Switchable transmit/receive (t/r) module
JP2005277572A (en) Semiconductor power amplifier and radar transmitter
US9455700B1 (en) Transmit/receive module including gate/drain switching control
US8890583B2 (en) Data transmission circuits and system having the same
JP2015178996A (en) Transmitter, radar device and transmission power control method
JPH11234050A (en) Power amplifier
JP2009244028A (en) Radar device
JP4160416B2 (en) Signal generation circuit
JP2020039576A (en) Semiconductor device
JP2009152657A (en) Array antenna system and transmit/receive module thereof
KR101018267B1 (en) High power amplifier for time division dupliexing system
CN112868193A (en) Time Division Duplex (TDD) antenna system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20171227

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20181116

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20181204

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20181228

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6463292

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees