JP2018121118A - Radar antenna - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a radar antenna with low height and a simple layout.SOLUTION: A radar antenna is set an electromagnetic wave of which a wavelength in a free space is λas reception and transmission targets. The radar antenna comprises: an array antenna part; two waveguide plates; and a waveguide device. The array antenna part includes a plurality of antenna elements arranged in a liner state. The two waveguide plates sandwich the arrangement of the antenna elements, and waveguide the electromagnetic wave. The waveguide device is structured by a plurality of parasitic antennas arranged in a progressing direction of an electromagnetic wave in each antenna element. An interval hin an arrangement part of the antenna elements of each waveguide plate satisfies an inequality below, where λ/2<h<λ. When a wavelength of the electromagnetic wave in a space sandwiched by the parallel each waveguide plate of which the interval is his λ, an interval d of both antenna elements satisfies an inequality below, where 0.8λ<d<0.8λ. The length of the arrangement of the waveguide device is longer than that of the progressing direction of the electromagnetic wave of the waveguide plate.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、レーダの受信または送信に用いるレーダアンテナに関し、特に船舶レーダ用のレーダアンテナに関する。   The present invention relates to a radar antenna used for radar reception or transmission, and more particularly to a radar antenna for ship radar.

船舶レーダに関する技術は非特許文献1などに示されている。船舶レーダでは海面反射の影響を軽減するために水平偏波が用いられており、船舶に搭載されるレーダアンテナには、複数のアンテナ素子が水平に配列されたアレイアンテナが用いられ、駆動手段によって常時水平方向に回転している。アレイアンテナに関する技術は非特許文献2などに示されている。また、非特許文献3には、自由空間での波長よりも狭い導波板で挟んだ空間では自由空間よりも電波の波長が長くなることが示されている。   Non-patent document 1 discloses a technique related to ship radar. In ship radar, horizontally polarized waves are used to reduce the influence of sea surface reflection. As a radar antenna mounted on a ship, an array antenna in which a plurality of antenna elements are arranged horizontally is used. It always rotates horizontally. A technique related to the array antenna is disclosed in Non-Patent Document 2 and the like. Non-Patent Document 3 shows that the wavelength of the radio wave is longer than that in free space in a space sandwiched by waveguide plates that are narrower than the wavelength in free space.

電子情報通信学会,“知識ベース 知識の森,11群(社会情報システム)−2編(電子航法・ナビゲーションシステム)2章 海洋システム 2-2 船舶の監視システム 2-2-1 船舶レーダ”,[平成28年12月19日検索]、インターネット<http://www.ieice-hbkb.org/files/11/11gun_02hen_02.pdf>.The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, “Knowledge Base, Knowledge Forest, Group 11 (Social Information Systems)-Part 2 (Electronic Navigation and Navigation System) Chapter 2 Marine Systems 2-2 Ship Monitoring Systems 2-2-1 Ship Radar”, [ Search on December 19, 2016], Internet <http://www.ieice-hbkb.org/files/11/11gun_02hen_02.pdf>. 電子情報通信学会,“知識ベース 知識の森,4群(通信工学)−2編(アンテナ・伝搬) 7章 アレーアンテナ”,[平成28年12月19日検索]、インターネット<http://www.ieice-hbkb.org/files/04/04gun_02hen_07.pdf>.The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, “Knowledge-based Knowledge Forest, Group 4 (Communication Engineering)-Part 2 (Antenna / Propagation) Chapter 7 Array Antenna”, [Searched on December 19, 2016], Internet <http: // www .ieice-hbkb.org / files / 04 / 04gun_02hen_07.pdf>. Lars Josefsson, “A Waveguide Transverse Slot for Array Applications”, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol.41, No.7, July 1993.Lars Josefsson, “A Waveguide Transverse Slot for Array Applications”, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol.41, No.7, July 1993.

船舶用のレーダアンテナを水平方向に回転(垂直方向の軸を中心に回転)させるための駆動手段は、レーダアンテナが風圧によって受ける抗力を考慮して設計する必要がある。したがって、駆動手段を小型化するためにはレーダアンテナの大きさを小さくする必要があり、特に高さを低くする(垂直方向の長さを短くする)必要がある。しかし、アンテナの利得はその開口部の面積に依存するので、風圧による抗力に関する設計と利得の設計との間に一般的にはトレードオフの関係がある。開口部の面積を大きくする方法以外の利得を高くする方法としては、八木宇田アンテナのように複数の無給電アンテナを配列した導波器を利用する方法がある。しかし、アレイアンテナのアンテナ素子の間隔はグレーティングローブを抑えるために電波の波長の0.8未満にする必要がある。したがって、すべてのアンテナ素子にそれぞれ導波器を備えさせた場合、隣り合う導波器の間隔が狭くなるため、導波器同士の干渉を考慮して設計する必要があり、複雑である。   The driving means for rotating the marine radar antenna in the horizontal direction (rotating around the vertical axis) needs to be designed in consideration of the drag that the radar antenna receives due to the wind pressure. Therefore, in order to reduce the size of the driving means, it is necessary to reduce the size of the radar antenna, and in particular, it is necessary to reduce the height (shorten the length in the vertical direction). However, since the antenna gain depends on the area of the opening, there is generally a trade-off relationship between the design related to the drag due to wind pressure and the gain design. As a method of increasing the gain other than the method of increasing the area of the opening, there is a method of using a waveguide in which a plurality of parasitic antennas are arranged like the Yagi-Uda antenna. However, the distance between the antenna elements of the array antenna needs to be less than 0.8 of the wavelength of the radio wave in order to suppress the grating lobe. Accordingly, when all the antenna elements are each provided with a director, the interval between adjacent waveguides becomes narrow, so that it is necessary to design in consideration of the interference between the waveguides, which is complicated.

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、高さが低く、設計が容易なレーダアンテナを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a situation, and an object thereof is to provide a radar antenna having a low height and easy design.

本発明のレーダアンテナは、自由空間での波長がλの電波を受信または送信の対象とする。本発明のレーダアンテナは、アレイアンテナ部、2枚の導波板、導波器を備える。アレイアンテナ部は、直線状に配列された複数のアンテナ素子を有する。2枚の導波板は、アンテナ素子の配列を挟み、電波を導波する。導波器は、アンテナ素子ごとに電波の進行方向に配列された複数の無給電アンテナで構成されている。そして、導波板のアンテナ素子の配列部分での間隔hr1が、λ/2<hr1<λである。間隔がhr1の平行な導波板に挟まれた空間での電波の波長をλとすると、アンテナ素子同士の間隔dが、0.8λ<d<0.8λである。導波器の配列の長さは、導波板の電波の進行方向の長さよりも長い。 The radar antenna of the present invention receives or transmits radio waves having a wavelength of λ 0 in free space. The radar antenna of the present invention includes an array antenna unit, two waveguide plates, and a director. The array antenna unit has a plurality of antenna elements arranged in a straight line. The two waveguide plates guide the radio wave across the array of antenna elements. The director is composed of a plurality of parasitic antennas arranged in the traveling direction of radio waves for each antenna element. The distance h r1 of an array portion of the antenna element of the wave guide is a λ 0/2 <h r1 < λ 0. When the wavelength of the radio wave in the space sandwiched between the parallel waveguide plates with the interval h r1 is λ r , the interval d between the antenna elements is 0.8λ 0 <d <0.8λ r . The length of the arrangement of the directors is longer than the length of the wave propagation direction of the waveguide plate.

本発明のアレーアンテナによれば、自由空間での波長よりも狭い2枚の導波板に挟まれた空間では自由空間よりも波長が長くなるので、アンテナ素子同士の間隔を広くしてもグレーティングローブを抑圧できる。導波器の配列の長さが導波板よりも長いので、自由空間とアンテナ素子との間で電波を導くことができる。また、アンテナ素子同士の間隔が広いので導波器同士を離すことができ、設計時に導波器同士の干渉を考慮する必要性が低い。したがって、高さが低く、設計が容易なレーダアンテナを提供できる。   According to the array antenna of the present invention, since the wavelength is longer than the free space in the space between the two waveguide plates that are narrower than the wavelength in the free space, the grating is provided even if the distance between the antenna elements is widened. The lobe can be suppressed. Since the length of the arrangement of the directors is longer than that of the waveguide plate, radio waves can be guided between the free space and the antenna element. Further, since the distance between the antenna elements is wide, the waveguides can be separated from each other, and the necessity of considering the interference between the waveguides at the time of designing is low. Therefore, it is possible to provide a radar antenna that is low in height and easy to design.

本発明のレーダアンテナを含んだレーダ装置の構成図を示す図。The figure which shows the block diagram of the radar apparatus containing the radar antenna of this invention. 本発明のレーダアンテナの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the radar antenna of this invention. アンテナ素子の1つの例を示す図。The figure which shows one example of an antenna element. 1つのアンテナ素子と2枚の導波板を有するアンテナの構成を示す図。The figure which shows the structure of the antenna which has one antenna element and two waveguide plates. 平行な導波板に挟まれたときの導波板の間隔と波長との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the space | interval of a waveguide plate when it is pinched | interposed into a parallel waveguide plate, and a wavelength. 自由空間(図4の導波板が無い状態)の電界をシミュレーションした結果を示す図。The figure which shows the result of having simulated the electric field of free space (state without the waveguide board of FIG. 4). 間隔hがλの平行な導波板に挟まれた空間(図4の状態)の電界をシミュレーションした結果を示す図。It shows the results of distance h r is the simulation of the electric field of the space between the parallel waveguide plate of lambda 0 (state in Fig. 4). 間隔hが0.9λの平行な導波板に挟まれた空間(図4の状態)の電界をシミュレーションした結果を示す図。It shows the results of distance h r is the simulation of the electric field of the sandwiched parallel waveguide plate space (the state of FIG. 4) of 0.9λ 0. 間隔hが0.6λの平行な導波板に挟まれた空間(図4の状態)の電界をシミュレーションした結果を示す図。It shows the results of distance h r is the simulation of the electric field of the sandwiched parallel waveguide plate space (the state of FIG. 4) of 0.6λ 0. 導波管132に16個のアンテナ素子120,…,12016が間隔dで形成された様子を示す図。16 antenna elements 120 1 to the waveguide 132, ..., shows how the 120 16 are formed at intervals d. 図10のアンテナ素子120,…,12016が同位相の場合の電界の分布を示す図。FIG. 11 is a diagram showing an electric field distribution when the antenna elements 120 1 ,..., 120 16 in FIG. 間隔dで配列されたアンテナ素子の1つを切り出した様子を示す図。The figure which shows a mode that one of the antenna elements arranged by the space | interval d was cut out. 図12(A)に示したアンテナ素子の電界をシミュレーションした結果を示す図。The figure which shows the result of having simulated the electric field of the antenna element shown to FIG. 図12(B)に示したアンテナ素子の電界をシミュレーションした結果を示す図。The figure which shows the result of having simulated the electric field of the antenna element shown to FIG. 図12(C)に示したアンテナ素子の電界をシミュレーションした結果を示す図。The figure which shows the result of having simulated the electric field of the antenna element shown to FIG. 図12(D)に示したアンテナ素子の電界をシミュレーションした結果を示す図。The figure which shows the result of having simulated the electric field of the antenna element shown to FIG. 図12(A)〜(D)に示したアンテナ素子を10個並べたレーダアンテナの電界のシミュレーション結果を示す図。The figure which shows the simulation result of the electric field of the radar antenna which arranged 10 antenna elements shown to FIG. 12 (A)-(D). 図12(A)〜(D)に示したアンテナ素子を10個並べたレーダアンテナの磁界のシミュレーション結果を示す図。The figure which shows the simulation result of the magnetic field of the radar antenna which arranged ten antenna elements shown to FIG. 12 (A)-(D). 図12(D)に示したアンテナ素子を10個並べたレーダアンテナの交差偏波をシミュレーションした結果を示す図。The figure which shows the result of having simulated the cross polarization of the radar antenna which arranged ten antenna elements shown in FIG.12 (D).

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. In addition, the same number is attached | subjected to the structure part which has the same function, and duplication description is abbreviate | omitted.

図1に本発明のレーダアンテナを含んだレーダ装置の構成図を示す。図2は本発明のレーダアンテナの構成例を示す図であり、図3はアンテナ素子の1つの例を示す図である。以下では、N,Mは2以上の整数、nは1以上N以下の整数、mは1以上M以下の整数とする。レーダ装置10はレーダアンテナ100と駆動手段210を備える。レーダアンテナ100は、アレイアンテナ部110、2枚の導波板141,142、導波器150,…,150を備え、自由空間での波長がλの電波を受信または送信の対象とする。図1の調整部140は、2枚の導波板141,142を有している。なお、導波板141,142は実際には不透明な金属板であるが、図2では、レーダアンテナ100の構造を示すために内部を見えるようにし、点線で示している。図4,10,12も同じである。 FIG. 1 shows a configuration diagram of a radar apparatus including a radar antenna of the present invention. FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a radar antenna according to the present invention, and FIG. 3 is a diagram illustrating one example of an antenna element. In the following, N and M are integers of 2 or more, n is an integer of 1 to N, and m is an integer of 1 to M. The radar apparatus 10 includes a radar antenna 100 and driving means 210. The radar antenna 100 includes an array antenna unit 110, two waveguide plates 141 and 142, and waveguides 150 1 ,..., 150 N , and receives or transmits a radio wave having a wavelength of λ 0 in free space. To do. The adjustment unit 140 shown in FIG. 1 has two waveguide plates 141 and 142. Note that the waveguide plates 141 and 142 are actually opaque metal plates, but in FIG. 2, the inside is visible to show the structure of the radar antenna 100 and is shown by dotted lines. The same applies to FIGS.

アレイアンテナ部110は、直線状に配列された複数のアンテナ素子120,…,120と入出力部130を有する。入出力部130は、例えば導波管132とインターフェース部131で構成すればよい。この場合は、アンテナ素子120は、導波管132に設けられたスリットとすればよい。また、電波は、インターフェース部131を介して外部に出力または外部から入力される。また、自由空間では波長λの電波の導波管内での波長をλとすると、波長λ(または波長λの整数倍)が、スリット(アンテナ素子120)の間隔dに一致するように導波管132を設計すれば、同位相の電波を受信または送信するレーダアンテナにできる。また、後述するが、導波板に挟まれた空間では自由空間より波長が長くなる。間隔がhr1の平行な導波板に挟まれた空間での電波の波長をλとすると、アンテナ素子同士の間隔dを、0.8λ<d<0.8λとすればよい。従来であれば、グレーティングローブを抑圧するためにd<0.8λにしなければならなかったが、0.8λ<d<0.8λであれば、従来のアレイアンテナよりもアンテナ素子同士の間隔を広げながら、グレーティングローブを抑圧できる。 The array antenna unit 110 includes a plurality of antenna elements 120 1 ,..., 120 N and an input / output unit 130 arranged in a straight line. The input / output unit 130 may be configured by, for example, a waveguide 132 and an interface unit 131. In this case, the antenna element 120 n may be a slit provided in the waveguide 132. The radio wave is output to the outside or input from the outside via the interface unit 131. Further, in the free space, when the wavelength of the radio wave having the wavelength λ 0 in the waveguide is λ g , the wavelength λ g (or an integer multiple of the wavelength λ g ) matches the interval d of the slit (antenna element 120 n ). If the waveguide 132 is designed in this way, it can be a radar antenna that receives or transmits radio waves of the same phase. As will be described later, the wavelength in the space between the waveguide plates is longer than in free space. When the wavelength of the radio wave in the space sandwiched between the parallel waveguide plates with the interval h r1 is λ r , the interval d between the antenna elements may be 0.8λ 0 <d <0.8λ r . Conventionally, in order to suppress the grating lobe, it was necessary to set d <0.8λ 0. However, if 0.8λ 0 <d <0.8λ r , the antenna elements are more connected than the conventional array antenna. The grating lobe can be suppressed while increasing the interval.

船舶レーダの場合、アンテナ素子120,…,120の配列を水平方向とし、導波管132に設けられたスリット(アンテナ素子120)は垂直方向に長い形状とすることで、水平偏波の電波を受信または送信できる。そして、駆動手段210が、垂直方向の軸を中心としてレーダアンテナ100を回転させる(水平方向に回転させる)。なお、アンテナ素子120は1つのスリットで形成してもよいし、図3に示すように2つのスリット121,122で構成してもよい。2つのスリット121,122を用いれば、導波管132内での電波の反射を抑制するように設計しやすい。 In the case of marine radar, the arrangement of the antenna elements 120 1 ,..., 120 N is set in the horizontal direction, and the slit (antenna element 120 n ) provided in the waveguide 132 has a shape elongated in the vertical direction. Can receive or transmit radio waves. Then, the driving unit 210 rotates the radar antenna 100 about the vertical axis (rotates in the horizontal direction). The antenna element 120 n may be formed by one slit, or may be configured by two slits 121 n and 122 n as shown in FIG. If two slits 121 n and 122 n are used, it is easy to design so as to suppress reflection of radio waves in the waveguide 132.

2枚の導波板141,142は、アンテナ素子120,…,120の配列を挟み、電波を導波する。導波板141,142のアンテナ素子120,…,120の配列部分での間隔hr1は、λ/2<hr1<λである。この範囲であれば、導波板に挟まれた空間での波長λを自由空間での波長λよりも長くできる。特に、hr1≦0.7λとすれば波長λを波長λよりも十分に長くできる。導波板141,142同士は平行にしてもよいし、導波板141,142のアンテナ素子120,…,120の配列から遠い部分での間隔hr2を間隔hr1よりも広くしてもよい。間隔hr2を間隔hr1よりも広くした方が、導波板141,142で挟まれた空間と自由空間との境界での変化を小さくできる。特に、導波板141,142のアンテナ素子120,…,120の配列から遠い部分での間隔hr2を波長がλ(自由空間での波長)とすれば、変化を滑らかにできる。また、導波板141,142の電波の進行方向の長さLは、0.75λより長くすればよい。さらに、導波板141,142の角度の調整によって垂直面のパターンのコントロールも可能になる。 Two waveguide plates 141 and 142, antenna elements 120 1, ..., sandwiched array of 120 N, guided through the radio. Antenna elements 120 1 Shirubehaban 141, ..., interval h r1 in sequence portion 120 N is λ 0/2 <h r1 < λ 0. Within this range, the wavelength λ r in the space between the waveguide plates can be made longer than the wavelength λ 0 in free space. In particular, if h r1 ≦ 0.7λ 0 , the wavelength λ r can be made sufficiently longer than the wavelength λ 0 . The waveguide plates 141 and 142 may be parallel to each other, and the interval h r2 at a portion far from the arrangement of the antenna elements 120 1 ,..., 120 N of the waveguide plates 141 and 142 is made wider than the interval h r1. Also good. The change at the boundary between the space sandwiched between the waveguide plates 141 and 142 and the free space can be reduced by making the interval h r2 wider than the interval h r1 . In particular, if the distance h r2 in the portion far from the arrangement of the antenna elements 120 1 ,..., 120 N of the waveguide plates 141 and 142 is the wavelength λ 0 (wavelength in free space), the change can be made smooth. The length L r of the traveling direction of a radio wave Shirubehaban 141 and 142 may be longer than 0.75? R. Furthermore, the vertical plane pattern can be controlled by adjusting the angles of the waveguide plates 141 and 142.

導波器150は、アンテナ素子120ごとに電波の進行方向に配列されたM個の無給電アンテナ151n−1,…,151n−Mで構成されている。そして、導波器150の配列の長さは、導波板141,142の電波の進行方向の長さLよりも長い。 The director 150 n includes M parasitic antennas 151 n−1 ,..., 151 n-M arranged in the traveling direction of the radio wave for each antenna element 120 n . The length of the arrangement of the waveguides 150 n is longer than the length L r of the wave propagation direction of the wave guide plates 141 and 142.

本発明のアレーアンテナによれば、自由空間での波長よりも狭い2枚の導波板に挟まれた空間では自由空間よりも波長が長くなるので、アンテナ素子同士の間隔を広くしてもグレーティングローブを抑圧できる。導波器の配列の長さが導波板よりも長いので、自由空間とアンテナ素子との間で電波を導くことができるので、開口面積に比べ利得を高くできる。また、アンテナ素子同士の間隔が広いので導波器同士を離すことができ、設計時に導波器同士の干渉を考慮する必要性が低い。したがって、高さが低く、設計が容易なレーダアンテナを提供できる。   According to the array antenna of the present invention, since the wavelength is longer than the free space in the space between the two waveguide plates that are narrower than the wavelength in the free space, the grating is provided even if the distance between the antenna elements is widened. The lobe can be suppressed. Since the length of the arrangement of the directors is longer than that of the waveguide plate, the radio wave can be guided between the free space and the antenna element, so that the gain can be increased compared to the opening area. Further, since the distance between the antenna elements is wide, the waveguides can be separated from each other, and the necessity of considering the interference between the waveguides at the time of designing is low. Therefore, it is possible to provide a radar antenna that is low in height and easy to design.

<シミュレーションによる検証>
図4に、1つのアンテナ素子と2枚の導波板を有するアンテナの構成を示す。図4のアンテナは、1つのアンテナ素子120と、アンテナ素子120を挟む平行な2枚の導波板141,142がある。図5に平行な導波板に挟まれたときの導波板の間隔と波長との関係を示す。横軸は、導波板141,142を平行にしたときの間隔hと自由空間での波長λとの比である。縦軸は、導波板141,142に挟まれた空間での波長λと自由空間での波長λとの比である。間隔hが狭くなるにしたがって波長λは長くなり、間隔h=λ/2のときにカットオフ(λが無限大)となる。間隔がλよりも狭くなると波長λが顕著に長くなることが分かる。したがって、導波板141,142のアンテナ素子120,…,120の配列部分での間隔hr1をλ/2<hr1<λにすれば、導波板に挟まれた空間での波長λを自由空間での波長λよりも長くできる。また、hr1=0.7λのときに、λ≒1.5λである。したがって、特にhr1≦0.7λとすれば、波長λを波長λよりも十分に長くできるので、アンテナ素子同士の間隔dを十分に離すことができる。
<Verification by simulation>
FIG. 4 shows a configuration of an antenna having one antenna element and two waveguide plates. Antenna 4 includes one of the antenna elements 120 1, there are two parallel waveguide plate 141 and 142 sandwiching the antenna element 120 1. FIG. 5 shows the relationship between the distance between the waveguide plates and the wavelength when sandwiched between the parallel waveguide plates. The horizontal axis is the ratio of the wavelength lambda 0 in the interval h r and the free space when the parallel Shirubehaban 141,142. The vertical axis represents the ratio between the wavelength λ r in the space between the waveguide plates 141 and 142 and the wavelength λ 0 in free space. Wavelength λ r becomes longer as the interval h r becomes narrow, cut-off (λ r is infinite) becomes at the time of the interval h r = λ 0/2. Spacing is the wavelength lambda r it is can be seen that significantly longer narrower than lambda 0. Therefore, the antenna elements 120 1 Shirubehaban 141, 142 ..., if the distance h r1 in sequence portion 120 N to λ 0/2 <h r1 < λ 0, at space between the wave guide the wavelength λ r can be made longer than the wavelength λ 0 in free space. In addition, at the time of the h r1 = 0.7λ 0, is λ r ≒ 1.5λ 0. Accordingly, particularly when h r1 ≦ 0.7λ 0 , the wavelength λ r can be made sufficiently longer than the wavelength λ 0 , so that the distance d between the antenna elements can be sufficiently separated.

図6は自由空間(図4の導波板が無い状態)の電界をシミュレーションした結果、図7〜9は平行な導波板に挟まれた空間(図4の状態)の電界をシミュレーションした結果を示す図である。図7は間隔hが自由空間の波長λの場合、図8は間隔hが0.9λの場合、図9は間隔hが0.6λの場合である。x、y、zの方向は、図4と同じである。つまり、図6〜9の(A)は図4のアンテナの下から上を見た図、(B)は右側の側面から見た図である。これらのシミュレーションでは、導波板141,142の電波の進行方向の長さは、図7〜9の(A)でLが示された長さである。図6の波長λと比較すると、図7の波長λは1.155λ、図8の波長λは1.2λ、図9の波長λは1.81λとなっている。 FIG. 6 shows the result of simulating the electric field in free space (without the waveguide plate of FIG. 4), and FIGS. 7 to 9 show the result of simulating the electric field in the space (state of FIG. 4) sandwiched between the parallel waveguide plates. FIG. FIG. 7 shows the case where the interval h r is the free space wavelength λ 0 , FIG. 8 shows the case where the interval h r is 0.9λ 0 , and FIG. 9 shows the case where the interval h r is 0.6λ 0 . The directions of x, y, and z are the same as those in FIG. That is, (A) in FIGS. 6 to 9 is a diagram as viewed from above the antenna in FIG. 4, and (B) is a diagram as viewed from the right side surface. In these simulations, the length in the traveling direction of a radio wave Shirubehaban 141 and 142 is the length L r is represented by (A) in FIGS. 7-9. Compared to the wavelength lambda 0 in FIG. 6, the wavelength lambda r in FIG. 7 1.155Ramuda 0, the wavelength lambda r of FIG. 8 1.2λ 0, the wavelength lambda r of FIG. 9 has a 1.81λ 0.

図10は、導波管132に16個のアンテナ素子120,…,12016が間隔dで形成された様子を示す図であり、(A)は導波板が無い場合、(B)は導波板がある場合を示している。なお、導波板は平行であって、間隔hは0.65λ、導波板の電波の進行方向の長さLは1.5λ、間隔dは1.2λである。図11は、図10のアンテナ素子120,…,12016が同位相の場合の電界の分布を示しており、(A)は導波板が無い場合、(B)は導波板がある場合を示している。図11(A)では電界がアンテナ素子の配列に平行な分布にはなっていないこと、図11(B)では電界がアンテナ素子の配列に平行な分布になっていることが分かる。 FIG. 10 is a diagram showing a state where 16 antenna elements 120 1 ,..., 120 16 are formed in the waveguide 132 with a distance d, and FIG. The case where there is a waveguide plate is shown. The waveguide plates are parallel, the interval h r is 0.65λ 0 , the length L r in the traveling direction of the radio wave of the waveguide plate is 1.5λ 0 , and the interval d is 1.2λ 0 . 11, the antenna elements 120 1 of FIG. 10, ..., 120 16 shows the distribution of the electric field in the case of the same phase, if the wave guide is not, (B) may waveguide plate (A) Shows the case. In FIG. 11A, it can be seen that the electric field is not distributed parallel to the array of antenna elements, and in FIG. 11B, the electric field is distributed parallel to the array of antenna elements.

図12は、間隔dで配列されたアンテナ素子の1つを切り出した様子を示す図である。(A)はアンテナ素子のみの場合、(B)はアンテナ素子と2枚の導波板を有する場合、(C)はアンテナ素子と導波器を有する場合、(D)はアンテナ素子と2枚の導波板と導波器を有する場合である。導波板141,142のアンテナ素子120の部分での間隔hr1は0.7λ、導波板141,142のアンテナ素子120から遠い部分での間隔hr2はλである。導波板141,142の電波の進行方向の長さLは1.5λ、間隔dは1.2λである。導波器150は、電波の進行方向に間隔dが0.35λとなるように配列された無給電アンテナ151n−1,…,151n−Mで構成されている。ただし、アンテナ素子120と無給電アンテナ151n−1との間隔は0.25λである。 FIG. 12 is a diagram showing a state in which one of the antenna elements arranged at the interval d is cut out. (A) shows only antenna elements, (B) shows antenna elements and two waveguide plates, (C) shows antenna elements and a director, and (D) shows antenna elements and two sheets. This is a case having a waveguide plate and a director. The interval h r1 of the waveguide elements 141 and 142 at the portion of the antenna element 120 n is 0.7λ 0 , and the interval h r2 of the portions of the waveguide plates 141 and 142 far from the antenna element 120 n is λ 0 . The length L r of the wave propagation direction of the waveguide plates 141 and 142 is 1.5λ 0 , and the distance d is 1.2λ 0 . The director 150 n is composed of parasitic antennas 151 n−1 ,..., 151 n-M arranged so that the distance d s is 0.35λ 0 in the traveling direction of the radio wave. However, the distance between the antenna element 120 n and the parasitic antenna 151 n-1 is 0.25 [lambda 0.

図13〜16は、図12(A)〜(D)に示したアンテナ素子の電界をシミュレーションした結果を示す図である。図13が図12(A)、図14が図12(B)、図15が図12(C)、図16が図12(D)の結果をそれぞれ示している。図12(C),(D)のシミュレーションでは、無給電アンテナ151n−mは、電波の進行方向に垂直な面に間隔wが0.26λとなるように配置された2つのアンテナで構成されている。無給電アンテナ151n−mの長さLは0.39λ〜0.26λであり、アンテナ素子120に近いほど長くなるように配置している。また、シミュレーションではM=21である。x、y、zの方向は、図12と同じである。つまり、図13〜16の(A)は図12のアンテナの下から上を見た図、(B)は右側の側面から見た図である。図13,15と図14,16の違いから、導波板141,142を備えることでアンテナ素子120の配列に平行な分布の電界を作りやすいこととが分かる。また、図16より、導波器150によってアンテナ素子120の配列に平行な分布の電界を、よりアンテナ素子120から離れた自由空間の位置まで形成できることが分かる。つまり、電波を導くことができているので、利得を高くできる。 13-16 is a figure which shows the result of having simulated the electric field of the antenna element shown to FIG. 12 (A)-(D). 13 shows the results of FIG. 12 (A), FIG. 14 shows the results of FIG. 12 (B), FIG. 15 shows the results of FIG. 12 (C), and FIG. In the simulations of FIGS. 12C and 12D, the parasitic antennas 151 nm are two antennas arranged on the plane perpendicular to the traveling direction of the radio wave so that the interval w s is 0.26λ 0. It is configured. The length L s of the parasitic antenna 151 nm is 0.39λ 0 to 0.26λ 0 , and is arranged so as to become longer as it is closer to the antenna element 120 n . In the simulation, M = 21. The directions of x, y, and z are the same as those in FIG. That is, (A) in FIGS. 13 to 16 is a diagram viewed from the bottom of the antenna in FIG. 12, and (B) is a diagram viewed from the right side surface. The difference in Fig. 13, 15 and Figure 14 and 16, we are easy to make and can be seen an electric field parallel distribution arrangement of the antenna elements 120 n in comprising Shirubehaban 141,142. Further, from FIG. 16, an electric field parallel distribution arrangement of the antenna element 120 n by director 0.99 n, it can be seen that can form to a more positions of the free space apart from the antenna element 120 n. That is, since the radio wave can be guided, the gain can be increased.

図17,18は、図12(A)〜(D)に示したアンテナ素子を10個並べたレーダアンテナのシミュレーション結果を示す図である。図17はxy平面の電界(主偏波)を示す図、図18はxz平面の磁界を示す図である。図19は、図12(D)に示したアンテナ素子を10個並べたレーダアンテナの交差偏波をシミュレーションした結果を示す図である。図17,18では図12(A)の結果は一点鎖線、(B)の結果は間隔の長い点線、(C)の結果は間隔の狭い点線、(D)の結果は実線で示している。(B),(D)の結果では、角度(Angle)が60〜90度の部分に生じるグレーティングローブが抑圧されていることが分かる。また、(D)の結果では、他の結果に比べてサイドローブが低くなっていることも分かる。図19では、磁界を点線、電界を実線で示している。図19の結果から、交差偏波の電波はほとんど生じていないことが分かる。つまり、船舶レーダとして利用するためにアンテナ素子120,…,120の配列を水平方向にし、導波管132に設けられたスリット(アンテナ素子120)を垂直方向に長い形状とすることで、水平偏波の電波を受信または送信できる状態にしたときに、不要な垂直偏波が生じにくいことが分かる。 FIGS. 17 and 18 are diagrams showing simulation results of a radar antenna in which ten antenna elements shown in FIGS. 12A to 12D are arranged. FIG. 17 is a diagram showing an electric field (main polarization) in the xy plane, and FIG. 18 is a diagram showing a magnetic field in the xz plane. FIG. 19 is a diagram illustrating a result of simulating cross polarization of a radar antenna in which ten antenna elements illustrated in FIG. 12D are arranged. In FIGS. 17 and 18, the result of FIG. 12A is shown by a one-dot chain line, the result of (B) is a dotted line with a long interval, the result of (C) is a dotted line with a narrow interval, and the result of (D) is a solid line. From the results of (B) and (D), it can be seen that the grating lobe generated in the portion where the angle is 60 to 90 degrees is suppressed. It can also be seen from the result (D) that the side lobe is lower than the other results. In FIG. 19, the magnetic field is indicated by a dotted line and the electric field is indicated by a solid line. From the results of FIG. 19, it can be seen that almost no cross-polarized radio waves are generated. That is, by arranging the antenna elements 120 1 ,..., 120 N in the horizontal direction for use as a ship radar, the slit (antenna element 120 n ) provided in the waveguide 132 is elongated in the vertical direction. It can be seen that unnecessary vertical polarization is unlikely to occur when a radio wave with horizontal polarization is received or transmitted.

これらのシミュレーション結果より、上述のとおり、「本発明のアレーアンテナによれば、自由空間での波長よりも狭い2枚の導波板に挟まれた空間では自由空間よりも波長が長くなるので、アンテナ素子同士の間隔を広くしてもグレーティングローブを抑圧できる。導波器の配列の長さが導波板よりも長いので、自由空間とアンテナ素子との間で電波を導くことができるので、開口面積に比べ利得を高くできる。また、アンテナ素子同士の間隔が広いので導波器同士を離すことができ、設計時に導波器同士の干渉を考慮する必要性が低い。」ことが分かる。   From these simulation results, as described above, “According to the array antenna of the present invention, the wavelength between the two waveguide plates narrower than the wavelength in free space is longer than that in free space. Grating lobes can be suppressed even when the spacing between antenna elements is wide.Because the length of the array of directors is longer than the waveguide plate, radio waves can be guided between the free space and the antenna elements, It can be seen that the gain can be increased compared to the opening area, and the distance between the antenna elements is wide, so that the waveguides can be separated from each other, and the need to consider interference between the waveguides during design is low.

10 レーダ装置 100 レーダアンテナ
110 アレイアンテナ部 120 アンテナ素子
121,122 スリット 130 入出力部
131 インターフェース部 132 導波管
140 調整部 141,142 導波板
150 導波器 151 無給電アンテナ
210 駆動手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Radar apparatus 100 Radar antenna 110 Array antenna part 120 Antenna element 121,122 Slit 130 Input / output part 131 Interface part 132 Waveguide 140 Adjustment part 141,142 Waveguide plate 150 Waveguide 151 Parasitic antenna 210 Driving means

Claims (6)

自由空間での波長がλの電波を受信または送信の対象とするレーダアンテナであって、
直線状に配列された複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナ部と、
前記アンテナ素子の配列を挟み、前記電波を導波する2枚の導波板と、
前記アンテナ素子ごとに前記電波の進行方向に配列された複数の無給電アンテナで構成された導波器と、
を備え、
前記導波板の前記アンテナ素子の配列部分での間隔hr1が、λ/2<hr1<λであり、
間隔がhr1の平行な導波板に挟まれた空間での前記電波の波長をλとすると、前記アンテナ素子同士の間隔dが、0.8λ<d<0.8λであり、
前記導波器の配列の長さは、前記導波板の前記電波の進行方向の長さよりも長い
ことを特徴とするレーダアンテナ。
A radar antenna for receiving or transmitting a radio wave having a wavelength of λ 0 in free space,
An array antenna unit having a plurality of antenna elements arranged in a straight line;
Two waveguide plates for guiding the radio waves, sandwiching the array of antenna elements;
A director composed of a plurality of parasitic antennas arranged in the traveling direction of the radio wave for each antenna element;
With
Distance h r1 of an array portion of the antenna element of the waveguide plate is a λ 0/2 <h r1 < λ 0,
When the wavelength of the radio wave in a space sandwiched between parallel waveguide plates with an interval of h r1 is λ r , the interval d between the antenna elements is 0.8λ 0 <d <0.8λ r ,
The radar antenna according to claim 1, wherein the length of the array of the directors is longer than the length of the wave guide plate in the traveling direction of the radio wave.
請求項1記載のレーダアンテナであって、
前記導波板の前記電波の進行方向の長さは0.75λより長い
ことを特徴とするレーダアンテナ。
The radar antenna according to claim 1, wherein
Radar antenna length in the traveling direction of the radio wave of the wave guide plate, characterized in that greater than 0.75? R.
請求項1または2記載のレーダアンテナであって、
r1≦0.7λである
ことを特徴とするレーダアンテナ。
The radar antenna according to claim 1 or 2,
radar antenna, which is a h r1 ≦ 0.7λ 0.
請求項1から3のいずれかに記載のレーダアンテナであって、
前記導波板の前記アンテナ素子の配列から遠い部分での間隔hr2が、間隔hr1よりも広い
ことを特徴とするレーダアンテナ。
The radar antenna according to any one of claims 1 to 3,
A radar antenna, wherein an interval h r2 at a portion of the waveguide plate far from the arrangement of the antenna elements is wider than the interval h r1 .
請求項1から3のいずれかに記載のレーダアンテナであって、
前記導波板の前記アンテナ素子の配列から遠い部分での間隔hr2が、波長λと同じである
ことを特徴とするレーダアンテナ。
The radar antenna according to any one of claims 1 to 3,
A radar antenna, wherein an interval h r2 at a portion far from the array of the antenna elements of the waveguide plate is the same as a wavelength λ 0 .
請求項1から5のいずれかに記載のレーダアンテナであって、
前記アンテナ素子は、導波管に設けられた前記アンテナ素子の配列の方向と垂直方向に長いスリットであり、前記アンテナ素子同士の間隔dは、前記導波管内での前記電波の波長の整数倍である
ことを特徴とするレーダアンテナ。
The radar antenna according to any one of claims 1 to 5,
The antenna element is a slit that is long in a direction perpendicular to the arrangement direction of the antenna elements provided in the waveguide, and the interval d between the antenna elements is an integral multiple of the wavelength of the radio wave in the waveguide. A radar antenna characterized by
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