JP2024022902A

JP2024022902A - Antenna array for high frequency device

Info

Publication number: JP2024022902A
Application number: JP2022126347A
Authority: JP
Inventors: 真人幸谷; Masato Koya
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp; Mirise Technologies Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp; Mirise Technologies Corp
Priority date: 2022-08-08
Filing date: 2022-08-08
Publication date: 2024-02-21

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an antenna array for a high frequency device that can track and suppress grating lobes at any beam angle to reduce power consumption while maintaining sidelobe suppression performance, while also compensating for gain that tends to deteriorate due to lower power consumption.

SOLUTION: A receiving antenna array 107 is constructed on the basis of a base design with on-elements 11a grouped adjacently, and an on-element 11c provided separately from the on-element 11a and arranged at a specific interval in a specific direction. The antenna array 107 has fewer on-elements 11a and 11c than the base design by increasing the number of elements set as off-elements 11ab and 11cb compared to the base design. Furthermore, the grouping is extended to the off-elements 11b adjacent to the on-elements 11a.

SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、高周波装置用アンテナアレイに関する。 The present invention relates to an antenna array for high frequency devices.

高周波装置用にフェーズドアレイアンテナの技術開発が進められている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１記載のフェーズドアレイアンテナによれば、二次元的に個別アレイ要素（以下、オンエレメント）を配列すると共に、当該個別アレイ要素を８個単位、例えば４×２、８×１の方形サブアレイとしてグルーピングしている。そして、複数の方形サブアレイは、位相中心の周期性を低減するようにタイリングされており、これにより、グレーティングローブを低減している。 Technological development of phased array antennas for high frequency devices is progressing (for example, see Patent Document 1). According to the phased array antenna described in Patent Document 1, individual array elements (hereinafter referred to as on-elements) are arranged two-dimensionally, and the individual array elements are arranged in units of 8 pieces, for example, 4×2 or 8×1 rectangular subarrays. It is grouped as. The plurality of rectangular subarrays are then tiled to reduce the periodicity of the phase center, thereby reducing grating lobes.

特表２０１９－５０３６２１号公報Special table 2019-503621 publication

特許文献１記載の技術では、グレーティングローブを抑圧するため、位相中心の周期性を低減している。しかし、グレーティングローブ自体は未だ残存（－１０ｄＢｃ程度）しており、サイドローブ・グレーティングローブを抑圧したビーム走査範囲は±１０°程度にとどまる。また、位相中心の周期性を低減することが原因で、位相中心が全てエレメント座標から不規則にシフトすることになり、位相値の計算やテーパリングの計算を複雑化してしまう。つまり、位相中心位置が縦横方向共にオフグリッドが増えると、隣接するオンエレメントの間隔が０．５λとなる理想距離から変化し、前提がなくなることから位相値の計算が複雑化してしまう。 In the technique described in Patent Document 1, the periodicity of the phase center is reduced in order to suppress grating lobes. However, the grating lobe itself still remains (about -10 dBc), and the beam scanning range in which the side lobes and grating lobes are suppressed remains at about ±10°. Furthermore, due to the reduction in the periodicity of the phase centers, all the phase centers shift irregularly from the element coordinates, which complicates calculations of phase values and tapering. In other words, if the off-grid position of the phase center position increases in both the vertical and horizontal directions, the distance between adjacent on-elements changes from the ideal distance of 0.5λ, and the calculation of the phase value becomes complicated because the premise disappears.

また発明者は、移相器数の削減とシステム簡素化のため隣接した個別アレイ要素を縦または横方向にグルーピングすることで、グルーピングと同じ縦または横方向スキャン時にグレーティングローブを発生させてしまうことを突き止めている。また、発明者らは、本願に先立つ先願にて、特定間隔に配置したシングルエレメントのペアを用いることでヌルフィルタを形成し、グレーティングローブをキャンセル可能な技術を提案している。 The inventor also discovered that by grouping adjacent individual array elements vertically or horizontally in order to reduce the number of phase shifters and simplify the system, grating lobes are generated during vertical or horizontal scanning, which is the same as grouping. is ascertained. Furthermore, in a prior application prior to the present application, the inventors have proposed a technique that can cancel grating lobes by forming a null filter by using a pair of single elements arranged at specific intervals.

他方、例えばスキャン型のレーダセンサでは、コスト削減とシステムの簡素化のため、フェイズドアレイのエレメントに電気的に接続する移相器の個数のさらなる削減が特に求められている。さらに、周囲の不要波抑圧のためサイドローブ抑圧可能な技術が求められている。また、本願に関連する技術分野においても低消費電力化が求められているため、動作しないオフエレメントを増すことが望まれているが、オフエレメントを増してしまうとフェイズドアレイの送受信能力が低下しやすいため、その能力を補償することが望ましい。 On the other hand, for example, in a scan type radar sensor, there is a particular demand for further reduction in the number of phase shifters electrically connected to the elements of the phased array in order to reduce costs and simplify the system. Furthermore, there is a need for technology that can suppress sidelobes in order to suppress surrounding unnecessary waves. In addition, lower power consumption is also required in the technical field related to this application, so it is desirable to increase the number of off-elements that do not operate, but increasing the number of off-elements reduces the transmission and reception capabilities of the phased array. Therefore, it is desirable to compensate for this ability.

本発明の目的は、任意のビーム角において、グレーティングローブの追従・抑圧してサイドローブ抑圧性能を維持しながら低消費電力化しつつ、当該低消費電力化に伴い劣化しやすい利得を補償できるようにした高周波装置用アンテナアレイを提供することにある。 An object of the present invention is to reduce power consumption while maintaining sidelobe suppression performance by tracking and suppressing grating lobes at any beam angle, and to compensate for gain that tends to deteriorate due to the reduction in power consumption. An object of the present invention is to provide an antenna array for a high frequency device.

請求項１記載の発明は、移相器に電気的にオン又はオフに設定されるエレメントを備えたアンテナアレイを対象としている。アンテナアレイは、二次元的な配列の中で縦方向又は横方向の特定方向に沿って隣接してグルーピングして構成され同一の移相器により制御される有効エレメントに設定されると共に、有効エレメントとは別に孤立して設けられると共に特定方向に特定間隔を有して配置されるシングル・オンエレメントに設定されるベースデザインに基づいて構成される。 The invention according to claim 1 is directed to an antenna array having a phase shifter including an element that is electrically turned on or off. An antenna array is configured with effective elements grouped adjacently along a specific vertical or horizontal direction in a two-dimensional array and controlled by the same phase shifter. It is constructed based on a base design that is set to a single-on element that is separately provided and arranged with a specific spacing in a specific direction.

アンテナアレイは、移相器に電気的に接続されないオフエレメントに設定するエレメントをベースデザインよりも増すことで有効エレメント又はシングル・オンエレメントの個数をベースデザインよりも少なくして動作する。エレメント制御部は、有効エレメントに隣接したオフエレメントに拡張して有効エレメントをグルーピングする。請求項１記載の発明によれば、任意のビーム角において、グレーティングローブの追従・抑圧してサイドローブ抑圧性能を維持しながら低消費電力化しつつ、当該低消費電力化に伴い劣化しやすい利得を補償できるようになる。 The antenna array operates by reducing the number of effective elements or single-on elements compared to the base design by increasing the number of off-elements that are not electrically connected to the phase shifter. The element control unit groups the effective elements by expanding them into off-elements adjacent to the effective elements. According to the invention described in claim 1, it is possible to reduce power consumption while maintaining sidelobe suppression performance by tracking and suppressing grating lobes at any beam angle, and to reduce gain that tends to deteriorate with the reduction in power consumption. Compensation will be possible.

一実施形態について概略的に示すレーダ装置のシステム構成図System configuration diagram of a radar device schematically showing one embodiment 一実施形態について送信部を概略的に示す電気的構成図Electrical configuration diagram schematically showing a transmitter for one embodiment 一実施形態について受信部を概略的に示す電気的構成図Electrical configuration diagram schematically showing a receiving section for one embodiment 一実施形態について受信アンテナアレイを構成するエレメントの配置態様を模式的に示す図（ベースデザイン）A diagram schematically showing the arrangement of elements constituting a receiving antenna array for one embodiment (base design) 一実施形態について受信アンテナアレイを構成するエレメントの配置寸法の説明図An explanatory diagram of the arrangement dimensions of elements constituting a receiving antenna array for one embodiment 一実施形態における最適化配置を構成する際の第１段階の説明図An explanatory diagram of the first stage when configuring the optimized placement in one embodiment 一実施形態における最適化配置を構成する際の第２段階の説明図An explanatory diagram of the second stage when configuring the optimized placement in one embodiment 一実施形態におけるエレメントの最適化配置を概略的に示す図A diagram schematically illustrating an optimized arrangement of elements in one embodiment. 一実施形態のH-plane正面方向のビームパターン・シミュレーション比較結果（第１段階 vs. 第２段階)Beam pattern simulation comparison results in the front direction of H-plane in one embodiment (1st stage vs. 2nd stage) 一実施形態におけるE-plane１７．５°方向にビームを向けたときのグレーティングローブ抑圧シミュレーション比較結果（64CH all ON vs. 40CH ON(低消費電力動作）)Comparison results of grating lobe suppression simulation when the beam is directed in the E-plane 17.5° direction in one embodiment (64CH all ON vs. 40CH ON (low power consumption operation)) 一実施形態のエレメント配置態様の特性をベースデザインの特性と比較した結果を示す図(Base design(64CH) vs. 本発明(40CH))A diagram showing the results of comparing the characteristics of the element arrangement mode of one embodiment with the characteristics of the base design (Base design (64CH) vs. the present invention (40CH))

以下、高周波装置用アンテナアレイをレーダ装置１に適用した一実施形態について図面を参照しながら説明する。レーダ装置１は、車両の所定箇所に取付けられるもので、１０ｍ～数百ｍ程度の所定範囲をスキャンする長距離レーダ（Long Range Radar：ＬＲＲ）用途、又は短距離レーダとして用いられる。 Hereinafter, an embodiment in which a high-frequency device antenna array is applied to a radar device 1 will be described with reference to the drawings. The radar device 1 is attached to a predetermined location of a vehicle, and is used as a long range radar (LRR) that scans a predetermined range of about 10 m to several hundred meters, or as a short range radar.

図１に例示したように、車両用のレーダ装置１は、制御回路２、信号生成部３、送信部４、受信部５、信号処理部６、受信アンテナアレイ１０７、及び送信アンテナアレイ２０７、を備える。レーダ装置１の受信アンテナアレイ１０７は、例えば受信ＲＸのチャンネル数を複数とし、各受信ＲＸのチャンネルの信号を合成処理することで物標Ｔまでの距離、存在角度などを算出する。 As illustrated in FIG. 1, the vehicle radar device 1 includes a control circuit 2, a signal generation section 3, a transmission section 4, a reception section 5, a signal processing section 6, a reception antenna array 107, and a transmission antenna array 207. Be prepared. The reception antenna array 107 of the radar device 1 has a plurality of reception RX channels, for example, and calculates the distance to the target T, the angle of existence, etc. by combining the signals of each reception RX channel.

制御回路２は、所定の制御ロジックを実行することで本願に係るエレメント制御部として機能する構成であり、信号生成部３、送信部４、受信部５の各種制御を実行する。このときレーダ装置１に関する周波数、増幅度、位相値φなどを制御する。 The control circuit 2 is configured to function as an element control section according to the present application by executing predetermined control logic, and executes various controls of the signal generation section 3, transmission section 4, and reception section 5. At this time, the frequency, amplification degree, phase value φ, etc. regarding the radar device 1 are controlled.

信号生成部３は、図示しないが例えばＰＬＬ、逓倍器を備えており、送信部４に出力するローカル信号を生成すると共に、受信部５に出力するローカル信号を生成する。このとき、同一のＰＬＬから受信ＲＸのチャンネルの混合器８にローカル信号を供給する。ローカル信号は、例えば、７７ＧＨｚ帯の信号を示す。 Although not shown, the signal generating section 3 includes, for example, a PLL and a multiplier, and generates a local signal to be output to the transmitting section 4 as well as a local signal to be output to the receiving section 5. At this time, a local signal is supplied from the same PLL to the mixer 8 of the receiving RX channel. The local signal indicates, for example, a 77 GHz band signal.

送信部４は、図２に示すように、可変利得増幅器１１、移相器１２、及び増幅器１３を備え、パッド１０を通じて送信アンテナアレイ２０７に接続される。可変利得増幅器１１は、制御回路２の制御に基づいて増幅度を調整可能に構成され、信号生成部３のＴＸ信号を入力する。移相器１２は、可変利得増幅器１１の出力位相を移相するもので、制御回路２の制御に基づいてその位相値φを変更可能になっている。増幅器１３は、所謂パワーアンプによるもので移相器１２の出力信号を増幅する。 As shown in FIG. 2, the transmitting section 4 includes a variable gain amplifier 11, a phase shifter 12, and an amplifier 13, and is connected to a transmitting antenna array 207 through a pad 10. The variable gain amplifier 11 is configured to be able to adjust the degree of amplification based on the control of the control circuit 2, and receives the TX signal from the signal generator 3 as input. The phase shifter 12 shifts the output phase of the variable gain amplifier 11, and its phase value φ can be changed under the control of the control circuit 2. The amplifier 13 is a so-called power amplifier and amplifies the output signal of the phase shifter 12.

移相器１２には増幅器１３を介して送信アンテナアレイ２０７のエレメントが電気的に接続される。送信アンテナアレイ２０７は、ペアで隣接して接続されるオンエレメント、及び、一つ孤立して接続されるシングル・オンエレメントを備えたフェーズドアレイアンテナにより構成され、レーダを物標Ｔに向けて出力できる。物標Ｔに反射したレーダ波は受信アンテナアレイ１０７に入力される。 Elements of a transmitting antenna array 207 are electrically connected to the phase shifter 12 via an amplifier 13. The transmitting antenna array 207 is composed of a phased array antenna with on elements connected adjacently in pairs and a single on element connected in isolation, and outputs the radar toward the target T. can. The radar waves reflected by the target T are input to the receiving antenna array 107.

図１に示す受信部５は、図３に示すパッド２０を通じて受信アンテナアレイ１０７に接続されている。受信部５は、複数の受信ＲＸのチャンネル毎に同一の形態を備えている。それぞれの受信部５は、図３に示すように、可変利得増幅器１４、移相器１５、及び増幅器１６を備える。移相器１５は、可変利得増幅器１４を通じて受信アンテナアレイ１０７に電気的に接続されている。 The receiving section 5 shown in FIG. 1 is connected to the receiving antenna array 107 through the pad 20 shown in FIG. The receiving unit 5 has the same configuration for each of the plurality of receiving RX channels. Each receiving section 5 includes a variable gain amplifier 14, a phase shifter 15, and an amplifier 16, as shown in FIG. Phase shifter 15 is electrically connected to receiving antenna array 107 through variable gain amplifier 14 .

受信部５は、受信アンテナアレイ１０７から信号を受信すると、可変利得増幅器１４が受信アンテナアレイ１０７から受信した信号を増幅し、移相器１５は、可変利得増幅器１４の増幅信号を位相値φだけ移相する。そして増幅器１６が移相器１５の移相信号を増幅して受信ＲＸのチャンネル毎の混合器８に出力する。 When the receiving unit 5 receives a signal from the receiving antenna array 107, the variable gain amplifier 14 amplifies the signal received from the receiving antenna array 107, and the phase shifter 15 amplifies the amplified signal of the variable gain amplifier 14 by a phase value φ. Shift the phase. Then, the amplifier 16 amplifies the phase-shifted signal of the phase shifter 15 and outputs it to the mixer 8 for each channel of the reception RX.

他方、信号生成部３がローカル信号を受信部５に出力すると、ＬＯアンプ９がローカル信号を増幅し混合器８に出力する。混合器８は、増幅器１６の出力とＬＯアンプ９の出力とを混合しＩＦ信号として信号処理部６に出力する。図１に示す信号処理部６は、制御回路２と同様にプロセッサ又は所定の電子制御ロジックにより構成されている。 On the other hand, when the signal generation section 3 outputs the local signal to the reception section 5, the LO amplifier 9 amplifies the local signal and outputs it to the mixer 8. The mixer 8 mixes the output of the amplifier 16 and the output of the LO amplifier 9 and outputs the mixed signal to the signal processing section 6 as an IF signal. Similar to the control circuit 2, the signal processing section 6 shown in FIG. 1 is configured by a processor or a predetermined electronic control logic.

信号処理部６は、混合器８により処理されたＩＦ信号について、図示しないＩＦフィルタによりフィルタ処理した後にＡ／Ｄ変換し、その後ＦＦＴ結果を用いてデジタルビーム形成（ＤＢＦ）等の信号処理を行うことで、物標Ｔまでの距離や、物標Ｔとの相対速度、物標Ｔの存在角度を測定できる。 The signal processing unit 6 subjects the IF signal processed by the mixer 8 to filter processing using an IF filter (not shown), A/D conversion, and then performs signal processing such as digital beam forming (DBF) using the FFT result. By doing so, the distance to the target T, the relative speed to the target T, and the angle of existence of the target T can be measured.

制御回路２は、送信部４の移相器１２の位相値φｔｘ、及び、各受信チャンネルの受信部５の移相器１５の位相値φｒｘを制御することで、送信アンテナアレイ２０７及び受信アンテナアレイ１０７のビーム走査角を制御できる。制御回路２は、移相器１２、１５に電気的にオン接続又はオフ接続に設定可能に構成される。 The control circuit 2 controls the transmit antenna array 207 and the receive antenna array by controlling the phase value φtx of the phase shifter 12 of the transmitter 4 and the phase value φrx of the phase shifter 15 of the receiver 5 of each receiving channel. 107 beam scanning angles can be controlled. The control circuit 2 is configured to be able to be electrically set to be on-connected or off-connected to the phase shifters 12 and 15.

このときセクタ領域の中に狭い仮想ビームを形成し、より高い分解能でスキャンの物標Ｔを識別できる。セクタ領域に視野を絞りこむことができるため、従来のＭＩＭＯレーダに比較して計算量を削減できる。ハイブリッド方式は、スキャン時間短縮と高分解能能力のトレードオフを緩和した効率の良いスキャン手法と言える。また、複数の物標Ｔに対して前述のＤＢＦより高い分離能が得られる多信号分類処理（MUltiple SIgnal Classification：ＭＵＳＩＣ）などを適用することもできる。 At this time, a narrow virtual beam is formed within the sector area, and the scanning target T can be identified with higher resolution. Since the field of view can be narrowed down to a sector area, the amount of calculation can be reduced compared to conventional MIMO radar. The hybrid method can be said to be an efficient scanning method that eases the trade-off between shortened scan time and high resolution capability. Furthermore, it is also possible to apply multi-signal classification processing (MUltiple SIgnal Classification: MUSIC), etc., which can obtain a higher resolution than the above-mentioned DBF for a plurality of targets T.

以下、このようなレーダ装置１に用いられる受信アンテナアレイ１０７のベースデザイン７ａのエレメント配置について説明する。図４に示すように、受信アンテナアレイ１０７はフェーズドアレイアンテナとして用いられ、それぞれ受信部５に電気的に接続されるオンエレメント１１ａ、１１ｃ、受信部５に電気的に接続されないオフエレメント１１ｂを組み合わせて構成されている。オフエレメント１１ｂは受信部５と電気的に遮断して通電オフとされるエレメントを意味している。図４及び図５において、矩形枠を塗りつぶした領域がグルーピングして設けられるエレメント１１ａを示しており、孤立したオンエレメント１１ｃにはハッチングを付して示している。オフエレメント１１ｂは実線枠にて示しており内部にハッチングを施していない。 The element arrangement of the base design 7a of the receiving antenna array 107 used in such a radar device 1 will be explained below. As shown in FIG. 4, the receiving antenna array 107 is used as a phased array antenna, and is a combination of on-elements 11a and 11c that are electrically connected to the receiving section 5, and off-elements 11b that are not electrically connected to the receiving section 5. It is composed of The off element 11b means an element that is electrically disconnected from the receiving section 5 and turned off. In FIGS. 4 and 5, elements 11a are grouped and provided in a filled-in rectangular frame, and isolated on-elements 11c are shown with hatching. The off-element 11b is indicated by a solid line frame and is not hatched inside.

オンエレメント１１ａはグルーピング・オンエレメント、有効エレメント相当であり、オンエレメント１１ｃはシングル・オンエレメント、有効エレメント相当である。オンエレメント１１ｃは、特定方向となるＹ方向に離間して一対に設けられるが、この一対のオンエレメント１１ｃが一対のシングル・オンエレメントに相当する。オフエレメント１１ｂは、ダミーエレメント相当である。各オンエレメント１１ａ、１１ｃから受信部５の混合器１７に至るまでの電気的な線路長は等位相になるよう互いに等長経路に構成すると良い。 The on-element 11a corresponds to a grouping on-element and an effective element, and the on-element 11c corresponds to a single on-element and an effective element. The on-elements 11c are provided in a pair separated in the Y direction, which is a specific direction, and this pair of on-elements 11c corresponds to a pair of single-on elements. The off element 11b corresponds to a dummy element. It is preferable that the electrical line lengths from each on-element 11a, 11c to the mixer 17 of the receiving section 5 are configured to have equal length paths so that the phases are equal.

図４に示したように、受信アンテナアレイ１０７のエレメント１１ａ～１１ｃはそれぞれ金属矩形面を備える。受信アンテナアレイ１０７の外枠は方形に構成されており、受信アンテナアレイ１０７の外枠の中の格子状の頂点の領域に矩形状のエレメント１１ａ～１１ｃを配置している。本実施形態では、図４に示すように、オンエレメント１１ａ、１１ｃが１６行１２列に区画された二次元的な所定領域内に配置されている形態を説明するが、これに限られない。また受信アンテナアレイ１０７と送信アンテナアレイ２０７とは、外枠が同一形状とされている。なお、図５には図４に示す受信アンテナアレイ１０７の一部を抜き出して示している。 As shown in FIG. 4, each of the elements 11a to 11c of the receiving antenna array 107 has a metal rectangular surface. The outer frame of the receiving antenna array 107 is configured in a rectangular shape, and rectangular elements 11a to 11c are arranged in the apex areas of a grid in the outer frame of the receiving antenna array 107. In this embodiment, as shown in FIG. 4, a mode will be described in which the on-elements 11a and 11c are arranged in a two-dimensional predetermined area partitioned into 16 rows and 12 columns, but the present invention is not limited to this. Further, the outer frames of the receiving antenna array 107 and the transmitting antenna array 207 have the same shape. Note that FIG. 5 shows a part of the reception antenna array 107 shown in FIG. 4.

図１に示す送信アンテナアレイ２０７もまた、フェーズドアレイアンテナとして用いられるもので、送信部４に電気的に接続されるオンエレメント、送信部４に電気的に接続されないオフエレメントを組み合わせて構成されている。送信部４の移相器１２の出力から各オンエレメントに至るまでの電気的な線路長は等位相になるよう互いに等長経路に構成すると良い。 The transmitting antenna array 207 shown in FIG. 1 is also used as a phased array antenna, and is configured by combining on elements that are electrically connected to the transmitting section 4 and off elements that are not electrically connected to the transmitting section 4. There is. The electrical line lengths from the output of the phase shifter 12 of the transmitter 4 to each on-element are preferably configured to have equal length paths so that the phases are equal.

送信アンテナアレイ２０７のエレメントもまたそれぞれ金属矩形面を備える。送信アンテナアレイ２０７の外枠は方形に構成されており、送信アンテナアレイ２０７の外枠の中の格子状の頂点の領域に矩形状のオンエレメント又はオフエレメントを配置している。送信アンテナアレイ２０７は、受信アンテナアレイ１０７のオンエレメント１１ａ、１１ｃの配置に対して互いに補うようにオンエレメントを配置することが望ましいが、本願の特徴とは関係しないためその説明を省略する。 The elements of transmit antenna array 207 also each include a metal rectangular surface. The outer frame of the transmitting antenna array 207 is configured in a rectangular shape, and rectangular ON elements or OFF elements are arranged in the regions of the vertices of a grid in the outer frame of the transmitting antenna array 207. It is desirable that the on-elements of the transmitting antenna array 207 are arranged so as to complement each other with respect to the arrangement of the on-elements 11a and 11c of the receiving antenna array 107, but the explanation thereof will be omitted because it is not related to the features of the present application.

受信アンテナアレイ１０７のエレメント１１ａ～１１ｃは、それぞれ、隣り合うエレメント１１ａ～１１ｃの間の中心間隔をレーダ波長λの２分の１に設定しており、各エレメント１１ａ～１１ｃの形状をそれぞれ四角形状に構成している。送信アンテナアレイ２０７のエレメントも同様であるものの、ここでは図示を省略している。各エレメント１１ａ～１１ｃを四角形状に構成した形態を示すが、六角形状に構成しても良いし八角形状に構成しても良い。送信アンテナアレイ２０７及び受信アンテナアレイ１０７は、ＸＹ平面に沿って配置されており、ＸＹ平面に直交した＋Ｚ軸方向にビームを送信又は＋Ｚ軸方向からビームを受信する。 In the elements 11a to 11c of the receiving antenna array 107, the center spacing between adjacent elements 11a to 11c is set to half the radar wavelength λ, and the shape of each element 11a to 11c is square. It is composed of Although the elements of the transmitting antenna array 207 are similar, illustration is omitted here. Although each of the elements 11a to 11c is shown as having a rectangular shape, they may be hexagonal or octagonal. The transmitting antenna array 207 and the receiving antenna array 107 are arranged along the XY plane, and transmit a beam in the +Z-axis direction orthogonal to the XY plane, or receive a beam from the +Z-axis direction.

本形態では図３～図４に受信アンテナアレイ１０７を簡略的に示したが、受信アンテナアレイ１０７の二次元的な配列の最外周にダミーエレメント（図示せず）を別途配置しても良い。ここでいうダミーエレメントは、オフエレメント１１ｂと同様に受信部５には接続されていないエレメントを示す。二次元的な配列の最外周にダミーエレメントを配置することで、受信アンテナアレイ１０７を用いた受信信号の品質を向上できる。送信アンテナアレイ２０７も同様にダミーエレメントを別途配置しても良い。 In this embodiment, the reception antenna array 107 is simply shown in FIGS. 3 and 4, but a dummy element (not shown) may be separately arranged at the outermost periphery of the two-dimensional arrangement of the reception antenna array 107. The dummy element here refers to an element that is not connected to the receiving section 5, similar to the off element 11b. By arranging the dummy element at the outermost periphery of the two-dimensional array, the quality of the received signal using the receiving antenna array 107 can be improved. Similarly, dummy elements may be separately arranged in the transmitting antenna array 207.

本形態では、オンエレメント１１ａ、１１ｃ及びオフエレメント１１ｂの二次元的な配列を工夫することで、移相制御すべきオンエレメント１１ａ、１１ｃの個数を減らし、移相制御をより簡単化している。以下の説明では、図４に示したように、受信アンテナアレイ１０７の列を列Ｘ１～Ｘ１２と称し、受信アンテナアレイ１０７の行を行Ｙ１～Ｙ１６と称する。エレメント１１ａ～１１ｃの配置領域を示す場合、座標（Ｘ，Ｙ）の二次元的な配列の表記をもって表す。 In this embodiment, by devising a two-dimensional arrangement of the on elements 11a, 11c and the off element 11b, the number of on elements 11a, 11c to be phase-shifted is reduced, and phase shift control is further simplified. In the following description, as shown in FIG. 4, the columns of receiving antenna array 107 are referred to as columns X1 to X12, and the rows of receiving antenna array 107 are referred to as rows Y1 to Y16. When indicating the arrangement area of the elements 11a to 11c, it is expressed as a two-dimensional array of coordinates (X, Y).

図４に示したように、例えば、列Ｘ２において、行Ｙ２のオンエレメント１１ａと行Ｙ３のオンエレメント１１ａが電気的に接続されており、グルーピングされている場合、「Ｙ２－Ｙ３」のように、マイナス符号により結合することで、オンエレメント１１ａが特定方向にグルーピングされていることを表し、これらのオンエレメント１１ａは同一の移相器１５により位相値を制御することを示す。 As shown in FIG. 4, for example, in column X2, when the on-element 11a in row Y2 and the on-element 11a in row Y3 are electrically connected and grouped, the , a minus sign indicates that the on-elements 11a are grouped in a specific direction, and indicates that the phase values of these on-elements 11a are controlled by the same phase shifter 15.

図４に示す受信アンテナアレイ１０７のベースデザイン７ａのオンエレメント１１ａ、１１ｃは、プリント配線基板を用いた伝送線路により受信部５に接続されており、これにより受信アンテナアレイ１０７のオンエレメント１１ａ、１１ｃを経て所望の角度からのエネルギーを合成し受信することで指向性を持たせてビームを受信できる。 The on-elements 11a and 11c of the base design 7a of the receiving antenna array 107 shown in FIG. By combining and receiving energy from desired angles, the beam can be received with directivity.

＜受信アンテナアレイ１０７のベースデザイン７ａにおけるオンエレメント１１ａ、１１ｃの配列構造の詳細説明＞
次に図４を参照し、ベースデザイン７ａにおけるオンエレメント１１ａ、１１ｃの配置位置を詳細に説明する。図４に示すように、受信アンテナアレイ１０７は、行Ｙ８と行Ｙ９との間に全行の中心部が位置しており、列Ｘ６と列Ｘ７との間に全列の中心部が位置している。ベースデザイン７ａのオンエレメント１１ａ、１１ｃは、これらの行の中心部に対して上下対称で、且つ、列の中心部に対して左右対称に配置されている。また、オンエレメント１１ａ、１１ｃは、受信アンテナアレイ１０７の中心部に対し点対称となるように配置されている。 <Detailed explanation of the arrangement structure of the on-elements 11a and 11c in the base design 7a of the receiving antenna array 107>
Next, with reference to FIG. 4, the arrangement positions of the on-elements 11a and 11c in the base design 7a will be described in detail. As shown in FIG. 4, in the receiving antenna array 107, the centers of all rows are located between rows Y8 and Y9, and the centers of all columns are located between columns X6 and X7. ing. The on-elements 11a and 11c of the base design 7a are arranged vertically symmetrically with respect to the centers of these rows, and laterally symmetrically with respect to the centers of the columns. Furthermore, the on-elements 11a and 11c are arranged point-symmetrically with respect to the center of the receiving antenna array 107.

具体的に、ベースデザイン７ａの中で図示左半領域のオンエレメント１１ａは、
座標（Ｘ１，Ｙ３－Ｙ４）及び座標（Ｘ１，Ｙ１３－Ｙ１４）、
座標（Ｘ２，Ｙ２－Ｙ３）及び座標（Ｘ２，Ｙ１４－Ｙ１５）、
座標（Ｘ２，Ｙ５－Ｙ６）及び座標（Ｘ２，Ｙ１１－Ｙ１２）、
座標（Ｘ２，Ｙ８－Ｙ９）、
座標（Ｘ３，Ｙ４－Ｙ５）及び座標（Ｘ３，Ｙ１２－Ｙ１３）、
座標（Ｘ３，Ｙ７－Ｙ８）及び座標（Ｘ３，Ｙ９－Ｙ１０）、
に位置して上下対称に配置されている。 Specifically, the on-element 11a in the left half area of the base design 7a is as follows:
Coordinates (X1, Y3-Y4) and coordinates (X1, Y13-Y14),
Coordinates (X2, Y2-Y3) and coordinates (X2, Y14-Y15),
Coordinates (X2, Y5-Y6) and coordinates (X2, Y11-Y12),
Coordinates (X2, Y8-Y9),
Coordinates (X3, Y4-Y5) and coordinates (X3, Y12-Y13),
Coordinates (X3, Y7-Y8) and coordinates (X3, Y9-Y10),
It is located vertically symmetrically.

また、オンエレメント１１ａは、
座標（Ｘ４，Ｙ１－Ｙ２）及び座標（Ｘ４，Ｙ１５－Ｙ１６）、
座標（Ｘ４，Ｙ３－Ｙ４）及び座標（Ｘ４，Ｙ１３－Ｙ１４）、
座標（Ｘ４，Ｙ６－Ｙ７）及び座標（Ｘ４，Ｙ１０－Ｙ１１）、
座標（Ｘ５，Ｙ４－Ｙ５）及び座標（Ｘ５，Ｙ１２－Ｙ１３）、
座標（Ｘ５，Ｙ６－Ｙ７）及び座標（Ｘ５，Ｙ１０－Ｙ１１）、
座標（Ｘ５，Ｙ８－Ｙ９）、
座標（Ｘ６，Ｙ２－Ｙ３）及び座標（Ｘ６，Ｙ１４－Ｙ１５）、
座標（Ｘ６，Ｙ７－Ｙ８）及び座標（Ｘ６，Ｙ９－Ｙ１０）、
に位置して上下対称に配置されている。 Moreover, the on-element 11a is
Coordinates (X4, Y1-Y2) and coordinates (X4, Y15-Y16),
Coordinates (X4, Y3-Y4) and coordinates (X4, Y13-Y14),
Coordinates (X4, Y6-Y7) and coordinates (X4, Y10-Y11),
Coordinates (X5, Y4-Y5) and coordinates (X5, Y12-Y13),
Coordinates (X5, Y6-Y7) and coordinates (X5, Y10-Y11),
Coordinates (X5, Y8-Y9),
Coordinates (X6, Y2-Y3) and coordinates (X6, Y14-Y15),
Coordinates (X6, Y7-Y8) and coordinates (X6, Y9-Y10),
It is located vertically symmetrically.

さらに、ベースデザイン７ａの中で図示右半領域のオンエレメント１１ａは、
座標（Ｘ１２，Ｙ３－Ｙ４）及び座標（Ｘ１２，Ｙ１３－Ｙ１４）、
座標（Ｘ１１，Ｙ２－Ｙ３）及び座標（Ｘ１１，Ｙ１４－Ｙ１５）、
座標（Ｘ１１，Ｙ５－Ｙ６）及び座標（Ｘ１１，Ｙ１１－Ｙ１２）、
座標（Ｘ１１，Ｙ８－Ｙ９）、
座標（Ｘ１０，Ｙ４－Ｙ５）及び座標（Ｘ１０，Ｙ１２－Ｙ１３）、
座標（Ｘ１０，Ｙ７－Ｙ８）及び座標（Ｘ１０，Ｙ９－Ｙ１０）、
に位置して上下対称に配置されている。 Furthermore, the on-element 11a in the illustrated right half region of the base design 7a is
Coordinates (X12, Y3-Y4) and coordinates (X12, Y13-Y14),
Coordinates (X11, Y2-Y3) and coordinates (X11, Y14-Y15),
Coordinates (X11, Y5-Y6) and coordinates (X11, Y11-Y12),
Coordinates (X11, Y8-Y9),
Coordinates (X10, Y4-Y5) and coordinates (X10, Y12-Y13),
Coordinates (X10, Y7-Y8) and coordinates (X10, Y9-Y10),
It is located vertically symmetrically.

また、オンエレメント１１ａは、
座標（Ｘ９，Ｙ１－Ｙ２）及び座標（Ｘ９，Ｙ１５－Ｙ１６）、
座標（Ｘ９，Ｙ３－Ｙ４）及び座標（Ｘ９，Ｙ１３－Ｙ１４）、
座標（Ｘ９，Ｙ６－Ｙ７）及び座標（Ｘ９，Ｙ１０－Ｙ１１）、
座標（Ｘ８，Ｙ４－Ｙ５）及び座標（Ｘ８，Ｙ１２－Ｙ１３）、
座標（Ｘ８，Ｙ６－Ｙ７）及び座標（Ｘ８，Ｙ１０－Ｙ１１）、
座標（Ｘ８，Ｙ８－Ｙ９）、
座標（Ｘ７，Ｙ２－Ｙ３）及び座標（Ｘ７，Ｙ１４－Ｙ１５）、
座標（Ｘ７，Ｙ７－Ｙ８）及び座標（Ｘ７，Ｙ９－Ｙ１０）、
に位置して上下対称に配置されている。 Moreover, the on-element 11a is
Coordinates (X9, Y1-Y2) and coordinates (X9, Y15-Y16),
Coordinates (X9, Y3-Y4) and coordinates (X9, Y13-Y14),
Coordinates (X9, Y6-Y7) and coordinates (X9, Y10-Y11),
Coordinates (X8, Y4-Y5) and coordinates (X8, Y12-Y13),
Coordinates (X8, Y6-Y7) and coordinates (X8, Y10-Y11),
Coordinates (X8, Y8-Y9),
Coordinates (X7, Y2-Y3) and coordinates (X7, Y14-Y15),
Coordinates (X7, Y7-Y8) and coordinates (X7, Y9-Y10),
It is located vertically symmetrically.

オンエレメント１１ａのグルーピング方向はＹ方向を特定方向として構成しており、Ｘ方向にはグルーピングされていない。したがって、Ｘ方向にはλ／２ピッチで有効エレメントが配置されておりグレーティングローブＧＬは原理的に発生しない。なお本実施形態において、Ｘ方向は、第２方向、横方向に相当し、Ｙ方向は、第１方向、縦方向に相当する。 The grouping direction of the on-element 11a is configured with the Y direction as a specific direction, and is not grouped in the X direction. Therefore, effective elements are arranged at a pitch of λ/2 in the X direction, and grating lobes GL are not generated in principle. In this embodiment, the X direction corresponds to the second direction, the horizontal direction, and the Y direction corresponds to the first direction, the vertical direction.

伝送線路は、一対のオンエレメント１１ａを接続するＰＣＢ多層基板の内層に配線した伝送線路の枝分かれ部を受信給電点としており、グルーピングされた一対のオンエレメント１１ａの位相中心はグルーピングされた二つのエレメント座標の中央に位置しており、その設定すべき位相値は、グルーピング前の２つのエレメントの位相値の平均に相当する。伝送線路は、プリント基板に構成される配線を用いて構成されるが、このとき、ＩＣパッドと一対のオンエレメント１１ａとを接続する伝送線路の電気的な線路長は、等位相になるよう互いに等長又は互いにｐ×λ（但し、ｐは整数）の関係性とすることが望ましい。 The transmission line uses a branch part of the transmission line wired on the inner layer of the PCB multilayer board that connects the pair of on-elements 11a as a reception feeding point, and the phase center of the grouped pair of on-elements 11a is the center of the phase between the two grouped elements. It is located at the center of the coordinates, and the phase value to be set corresponds to the average of the phase values of the two elements before grouping. The transmission line is constructed using wiring constructed on a printed circuit board, and at this time, the electrical line lengths of the transmission lines connecting the IC pad and the pair of on-element 11a are mutually arranged so that they are in equal phase. It is desirable that they have equal length or a relationship of p×λ (where p is an integer).

また図４に例示したように、オンエレメント１１ｃは受信アンテナアレイ１０７の中に特定間隔を有するペアで配置されている。単一のオンエレメント１１ｃは、オンエレメント１１ａがグルーピングされたＹ方向と同一方向に離間して孤立して２つ配置されるシングル・オンエレメント相当であり、行の中央部を基準として線対称に配置されている。 Further, as illustrated in FIG. 4, the on-elements 11c are arranged in pairs in the reception antenna array 107 with a specific interval. The single on-element 11c corresponds to a single on-element in which two on-element elements 11c are arranged isolated and spaced apart in the same direction as the Y direction in which the on-element 11a is grouped, and are line-symmetrical with respect to the center of the row. It is located.

オンエレメント１１ｃは、座標（Ｘ６，Ｙ５）、座標（Ｘ６，Ｙ１２）にて一対に設けられている。オンエレメント１１ｃは、座標（Ｘ７，Ｙ５）、座標（Ｘ７，Ｙ１２）にて一対に設けられている。行Ｙ５と行Ｙ１２のオンエレメント１１ｃの間の中心間の距離ｄ１は３．５λとなる。これらの特定間隔の３．５λ離間したオンエレメント１１ｃは、第１のグレーティングローブＧＬの発生角度θ１にヌルを発生可能なヌルフィルタ（steerable null filter）として作用する。グレーティングローブＧＬの発生角度θ１は図１０参照。 The on-element 11c is provided in a pair at coordinates (X6, Y5) and coordinates (X6, Y12). The on-element 11c is provided in a pair at coordinates (X7, Y5) and coordinates (X7, Y12). The center-to-center distance d1 between the on-element 11c in row Y5 and row Y12 is 3.5λ. These ON elements 11c spaced apart by a specific interval of 3.5λ act as a steerable null filter that can generate a null at the generation angle θ1 of the first grating lobe GL. See FIG. 10 for the generation angle θ1 of the grating lobe GL.

またオンエレメント１１ｃは、座標（Ｘ５，Ｙ１）、座標（Ｘ５，Ｙ１６）にて一対に設けられている。同様に、オンエレメント１１ｃは、座標（Ｘ８，Ｙ１）、座標（Ｘ８，Ｙ１６）にて一対に設けられている。行Ｙ１と行Ｙ１６のオンエレメント１１ｃの間の中心間の距離ｄ２は７．５λとなる。これらの７．５λ離間したオンエレメント１１ｃは、ヌルを発生させる第２のヌルフィルタとして作用する。 Further, the ON elements 11c are provided in pairs at coordinates (X5, Y1) and coordinates (X5, Y16). Similarly, the on-element 11c is provided in pairs at coordinates (X8, Y1) and coordinates (X8, Y16). The center-to-center distance d2 between the on-element 11c in row Y1 and row Y16 is 7.5λ. These ON elements 11c spaced apart by 7.5λ act as a second null filter that generates a null.

オンエレメント１１ｃは、座標（Ｘ３，Ｙ２）、座標（Ｘ３，Ｙ１５）にて一対に設けられている。同様にオンエレメント１１ｃは、座標（Ｘ１０，Ｙ２）、座標（Ｘ１０，Ｙ１５）にて一対に設けられている。隣接するエレメント１１ａ～１１ｃの間の行間距離又は列間距離が０．５λであるため、行Ｙ３と行Ｙ１５のオンエレメント１１ｃの間の中心間の距離ｄ３は６．５λとなる。これらの６．５λ離間したオンエレメント１１ｃは、ヌルを発生させる第３のヌルフィルタとして作用する。 The on-element 11c is provided in a pair at coordinates (X3, Y2) and coordinates (X3, Y15). Similarly, the ON elements 11c are provided in pairs at coordinates (X10, Y2) and coordinates (X10, Y15). Since the distance between rows or columns between adjacent elements 11a to 11c is 0.5λ, the distance d3 between the centers of on-element 11c in row Y3 and row Y15 is 6.5λ. These ON elements 11c spaced apart by 6.5λ act as a third null filter that generates a null.

このように、オンエレメント１１ｃは、単一のエレメントを離間して配置しているが、これらのオンエレメント１１ｃの中心間のＹ方向距離ｄ１～ｄ３は、特定間隔の（０．５＋ｍ）λ（但しｍは整数）に設定されている。すなわち、オンエレメント１１ｃは、受信アンテナアレイ１０７の列中央から線対称で（０.５＋ｍ）λの間隔（但し、ｍ＝１、２、…）にて配置されている。 In this way, the on-element 11c is a single element arranged at a distance, and the Y-direction distances d1 to d3 between the centers of these on-element 11c are determined by (0.5+m)λ( However, m is set to an integer). That is, the ON elements 11c are arranged line-symmetrically from the center of the column of the receiving antenna array 107 at intervals of (0.5+m)λ (where m=1, 2, . . . ).

また、中央部のオンエレメント１１ａ、１１ｃの密度を高めるためには、意図的に、ｍを３以上とすることが望ましいことが確認されている。ｍが３以上となることで、受信アンテナアレイ１０７の中央部の有効エレメントを密にすることができ、サイドローブを抑制する対策が可能となる。なお図４では、ｍ＝３、６、７の例を示している。さらに、ヌルフィルタの特性を変えるため、受信アンテナアレイ１０７の中でｍの値が互いに異なる条件を満たすオンエレメント１１ｃを複数組設けることが望ましい。グレーティングローブＧＬは角度幅を持っているため、グレーティングローブＧＬの発生角度近傍に異なる減衰特性を有するヌルフィルタを重ねることで角度幅を有するグレーティングローブＧＬの抑圧が可能となる。 Furthermore, it has been confirmed that in order to increase the density of the on-elements 11a and 11c in the center, it is desirable to intentionally set m to 3 or more. When m is 3 or more, the effective elements in the center of the reception antenna array 107 can be densely arranged, and it is possible to take measures to suppress side lobes. Note that FIG. 4 shows examples where m=3, 6, and 7. Furthermore, in order to change the characteristics of the null filter, it is desirable to provide a plurality of sets of on-elements 11c in the reception antenna array 107, which satisfy the condition that the values of m are different from each other. Since the grating lobe GL has an angular width, it is possible to suppress the grating lobe GL having an angular width by superimposing a null filter having different attenuation characteristics near the generation angle of the grating lobe GL.

図５には、列Ｘ６、Ｘ７のエレメント配置を抜き出して示している。Ｙ方向に隣接する行Ｙ７－Ｙ８のオンエレメント１１ａには、それぞれ送信ＴＸの移相器１２と受信ＲＸの移相器１５による位相値φが同一値となるように制御される。行Ｙ７－Ｙ８のオンエレメント１１ａの位相中心は行Ｙ７－Ｙ８の間の中間位置となる。行Ｙ９－Ｙ１０のオンエレメント１１ａにも同様の信号が与えられるため、行Ｙ９－Ｙ１０のオンエレメント１１ａの位相中心は行Ｙ９－Ｙ１０の間の中間位置となる。 FIG. 5 shows an extracted arrangement of elements in columns X6 and X7. The ON elements 11a in adjacent rows Y7 to Y8 in the Y direction are controlled so that the phase values φ of the transmitting TX phase shifter 12 and the receiving RX phase shifter 15 are the same value. The phase center of the ON element 11a in rows Y7-Y8 is at an intermediate position between rows Y7-Y8. Since similar signals are applied to the ON elements 11a in rows Y9-Y10, the phase center of the ON elements 11a in rows Y9-Y10 is at an intermediate position between rows Y9-Y10.

行Ｙ７－Ｙ８、行Ｙ９－Ｙ１０のそれぞれのエレメント間距離はλ／２であるため、行Ｙ７－Ｙ８と行Ｙ９－Ｙ１０におけるオンエレメント１１ａの位相中心間隔ｄはλ／２の２倍のλとなる。メインビーム角を変化させたときの理論的なグレーティングローブＧＬの角度を算出すると、位相中心間隔ｄとレーダ波長λとの関係をｄ＝１λで設計した場合と等価なグレーティングローブＧＬの発生角度となり、原理的にグレーティングローブＧＬを強く発生させてしまう虞がある。 Since the distance between the elements in rows Y7-Y8 and Y9-Y10 is λ/2, the phase center distance d of the on-element 11a in rows Y7-Y8 and Y9-Y10 is λ, which is twice λ/2. becomes. Calculating the theoretical angle of the grating lobe GL when changing the main beam angle, the generation angle of the grating lobe GL is equivalent to the case where the relationship between the phase center spacing d and the radar wavelength λ is designed with d = 1λ. , there is a possibility that a strong grating lobe GL may be generated in principle.

これは、移相器１５の数の削減のために、Ｙ方向の隣接エレメントをグルーピングするように設計した弊害により生じている現象であるが、前述したように単一のオンエレメント１１ｃを挟むことで、位相中心間隔ｄのλ周期性を崩すことができる。これにより、グレーティングローブＧＬを数ｄＢ程度低減できることが確認されている。さらに、オンエレメント１１ｃがヌルフィルタ（steerable null filter）として減衰特性を有し、グレーティングローブＧＬを追従・抑圧できることが確認されている。 This is a phenomenon caused by the design in which adjacent elements in the Y direction are grouped together in order to reduce the number of phase shifters 15. However, as mentioned above, when a single ON element 11c is sandwiched Therefore, the λ periodicity of the phase center distance d can be broken. It has been confirmed that this allows the grating lobe GL to be reduced by several dB. Furthermore, it has been confirmed that the on-element 11c has attenuation characteristics as a steerable null filter and can track and suppress the grating lobe GL.

本形態の受信アンテナアレイ１０７のベースデザイン７ａの構成によれば、Ｙ方向に沿って隣接した一対のオンエレメント１１ａとは離間して、単一のオンエレメント１１ｃが配置されているため、オンエレメント１１ａをグルーピングした時の位相中心間隔の一様性を低減でき、グレーティングローブＧＬを追従・抑圧できる。オンエレメント１１ａの密度を中央部で高くしつつ四隅で低く配置設計することにより、少ない移相器１５の数で構成できると共にサイドローブ性能を低く抑えることができる。テーパリングの観点でも四隅にオンエレメント１１ａ、１１ｃを無くした設計は有効に作用する。何故なら受信アンテナアレイ１０７の中央部からの距離が離れているため、テーパリング実現のために、内部の可変利得増幅器１４に大きな減衰量が必要になってしまうためである。 According to the configuration of the base design 7a of the receiving antenna array 107 of this embodiment, since the single on-element 11c is arranged apart from the pair of on-elements 11a adjacent to each other along the Y direction, the on-element The uniformity of the phase center interval when grouping 11a can be reduced, and the grating lobe GL can be tracked and suppressed. By designing the arrangement so that the density of the on-element 11a is high in the center and low in the four corners, it is possible to configure with a small number of phase shifters 15 and to suppress sidelobe performance to a low level. Also from the point of view of tapering, the design that eliminates the on-elements 11a and 11c at the four corners works effectively. This is because the distance from the center of the receiving antenna array 107 is large, and the internal variable gain amplifier 14 needs to have a large amount of attenuation in order to realize tapering.

このように、受信アンテナアレイ１０７はベースデザイン７ａに基づいて構成されているが、発明者らはさらにオンエレメント１１ａ、１１ｃに接続する移相器１５を削減する試みを行っている。前述した配置のオンエレメント１１ａ、１１ｃに接続される移相器１５を削減すれば、移相器１５の動作個数を減らすことができ、低消費電力化を図ることができるためである。 In this way, the receiving antenna array 107 is configured based on the base design 7a, but the inventors have further attempted to reduce the number of phase shifters 15 connected to the on-elements 11a and 11c. This is because by reducing the number of phase shifters 15 connected to the on-elements 11a and 11c arranged as described above, the number of operating phase shifters 15 can be reduced and power consumption can be reduced.

発明者は、このような大規模の受信アンテナアレイ１０７のベースデザイン７ａに対し、第１段階としてモンテカルロエレメント不良解析を適用し、主要なビーム角度において性能に強く関係するオンエレメント１１ａ、１１ｃの配置を学習すると共に、エレメントへの電気的接続をオフしても性能劣化が少ないオンエレメント１１ａ、１１ｃを抽出することで、有効なエレメント配置を最適化するコンピュータシミュレーションを実施している。 The inventor applied Monte Carlo element failure analysis as a first step to the base design 7a of such a large-scale receiving antenna array 107, and determined the placement of on-elements 11a and 11c that are strongly related to performance at major beam angles. A computer simulation is performed to optimize the effective element arrangement by learning the elements 11a and 11c and extracting the on-elements 11a and 11c whose performance deteriorates less even when the electrical connection to the elements is turned off.

また、このようなオンエレメント１１ａ、１１ｃを導出し、オンエレメント１１ａ、１１ｃの個数をベースデザイン７ａよりも少なくして受信アンテナアレイ１０７を動作させると、利得などの諸特性の悪化が懸念される。そこで発明者は、第２段階として、第１段階で有効と判断されたオンエレメント１１ａ、１１ｃに隣接したオフエレメント１１ｂにオンエレメント１１ａ、１１ｃを拡張してグルーピングすることを考慮してシミュレーションを実施している。 Furthermore, if such on-elements 11a, 11c are derived and the receiving antenna array 107 is operated with the number of on-elements 11a, 11c being smaller than the base design 7a, there is a concern that various characteristics such as gain may deteriorate. . Therefore, as a second step, the inventor conducted a simulation considering that the on elements 11a and 11c are grouped by expanding the on elements 11a and 11c to the off elements 11b adjacent to the on elements 11a and 11c that were determined to be effective in the first step. are doing.

以下では、第１段階、第２段階の各シミュレーション条件とその結果を説明する。
＜第１段階のシミュレーション条件、及び、シミュレーション結果の説明＞
第１段階ではモンテカルロ法によるエレメント不良解析を実行することで仮にオフしても諸特性が悪化しにくいオンエレメント１１ａ、１１ｃを抽出する。このシミュレーションでは、前述したベースデザイン７ａによるグレーティングローブＧＬ、サイドローブの抑圧効果の特徴を踏襲するための制約条件（ヌルフィルタの上下ペアを維持し、かつ複数のヌルフィルタを有すること）を設けると共に、当該制約条件下で受信アンテナアレイ１０７のベースデザイン７ａの中のオンエレメント１１ａ、１１ｃをランダムに削減しながら諸特性が最適となる条件を探索している。 Below, each simulation condition of the first stage and the second stage and its results will be explained.
<Explanation of first stage simulation conditions and simulation results>
In the first stage, element failure analysis is performed using the Monte Carlo method to extract on-elements 11a and 11c whose characteristics are unlikely to deteriorate even if they are turned off. In this simulation, we set constraints (maintaining upper and lower pairs of null filters and having multiple null filters) in order to follow the characteristics of the grating lobe GL and side lobe suppression effect by base design 7a described above. , while randomly reducing the on-elements 11a and 11c in the base design 7a of the receiving antenna array 107 under the constraint conditions, a search is made for conditions under which various characteristics are optimized.

なお発明者は、このシミュレーション手法において、受信アンテナアレイ１０７の中でオンするエレメントの数に依存した利得劣化の確からしさを検証するためCoherency testを行っている。このテスト手法は、例えば図４において受信アンテナアレイ１０７の全てのオンエレメントに電気的に通電オフした状態を初期状態とし、一対のオンエレメントを一組としてシングルオンエレメントを含めて合計６４ｃｈを順に通電オンさせる。すると、順に通電オンした場合の相対利得を得ることができる。このとき、順に通電オンさせたときの相対位相が揃っていれば、理想的には理論値２０ｌｏｇ_１０Ｎ（Ｎ＝６４）のアレイ利得が得られる。この手法を用いることで理論値と実測値とで傾向が一致していることを確認できている。 In this simulation method, the inventor conducted a coherency test to verify the certainty of gain deterioration depending on the number of elements turned on in the receiving antenna array 107. In this test method, for example, in FIG. 4, all on-elements of the receiving antenna array 107 are electrically turned off, and a pair of on-elements are set as a set, and a total of 64 channels including single-on elements are sequentially energized. Turn it on. Then, it is possible to obtain the relative gain when energization is turned on in order. At this time, if the relative phases are the same when energization is turned on in sequence, an array gain of the theoretical value of 20 log ₁₀ N (N=64) can ideally be obtained. By using this method, it has been confirmed that the trends between the theoretical values and the measured values are consistent.

第１段階におけるシミュレーション手法の制約条件の一つ目は、グルーピングと同じ方向の最大ビーム角としてE-plane １７．５°Ｖを適用し、本形態によりオンするエレメントのチャネル数を減らした状態でグレーティングローブＧＬを抑圧した性能を維持することである。これは一般的な車両レーダに適用した場合に実用的な範囲で実行することを想定しているためである。また、広いＦｏＶを確保可能であるか否かを検証するため、H-plane ６０°Ｈの角度まで最大ビーム角を適用したシミュレーションも実行している。 The first constraint of the simulation method in the first stage is that E-plane 17.5°V is applied as the maximum beam angle in the same direction as the grouping, and the number of channels of elements turned on is reduced by this configuration. The objective is to maintain performance in which grating lobe GL is suppressed. This is because it is assumed that the method will be executed within a practical range when applied to a general vehicle radar. In addition, in order to verify whether a wide FoV can be secured, a simulation is also performed in which the maximum beam angle is applied up to an H-plane angle of 60°H.

制約条件の二つ目は、ベースデザイン７ａに対して孤立したシングル・オンエレメント１１ｃをオフ設定する際には、Ｙ方向に一対に設けられたシングル・オンエレメント１１ｃをペアとして削減することを条件としている。オンエレメント１１ｃは、特定間隔で一対に設けることでヌルフィルタとして機能するためである。実際に、発明者がモンテカルロ計算の試行を重ねた結果、スコアが低くペアで存在できないオンエレメント１１ｃは、グレーティングローブＧＬの抑圧効果を失ってしまうことが確認されている。 The second constraint is that when turning off the single-on elements 11c that are isolated with respect to the base design 7a, the single-on elements 11c provided in pairs in the Y direction must be reduced as a pair. It is said that This is because the ON elements 11c function as a null filter by providing a pair at specific intervals. In fact, as a result of the inventor's repeated Monte Carlo calculation trials, it has been confirmed that the on-element 11c, which has a low score and cannot exist in pairs, loses its effect of suppressing the grating lobe GL.

発明者は、前述した制約条件下において、モンテカルロ法によるエレメント不良解析を実行することで、ベースデザイン７ａのオンエレメント１１ａ、１１ｃの配置についてランダムに削減してビーム解析を実行し、性能劣化を最小限に抑えつつオフ設定可能なオンエレメント１１ａ、１１ｃの配置を蓄積、学習してスコア化したシミュレーションを実行している。これにより、オフに変更可能なオンエレメント１１ａ、１１ｃを抽出し、移相器１５のチャンネル数を減らしたとしても諸特性を適切に維持できるようにしたオンエレメント１１ａ、１１ｃの配置を導出できる。 Under the above-mentioned constraint conditions, the inventor performed a beam analysis by randomly reducing the arrangement of on-elements 11a and 11c of the base design 7a by performing an element failure analysis using the Monte Carlo method, thereby minimizing performance deterioration. A simulation is executed in which the arrangement of the on elements 11a and 11c, which can be set to off while minimizing the amount of time, is accumulated, learned, and scored. As a result, it is possible to extract the on-elements 11a, 11c that can be turned off, and to derive an arrangement of the on-elements 11a, 11c that can appropriately maintain various characteristics even if the number of channels of the phase shifter 15 is reduced.

図６に、第１段階のシミュレーション実行後の結果を示している。ここでは、使用する移相器１５のチャンネル数を６４チャンネルから４０チャンネルに減少させるように最適化したシミュレーション結果を示している。この図６には、左側に受信アンテナアレイ１０７のベースデザイン７ａを示しており、右側に受信アンテナアレイ１０７の第１段階のシミュレーション実行後の最適化結果を示している。 FIG. 6 shows the results after performing the first stage simulation. Here, simulation results are shown that are optimized to reduce the number of channels of the phase shifter 15 used from 64 channels to 40 channels. In FIG. 6, the base design 7a of the receiving antenna array 107 is shown on the left, and the optimization result of the receiving antenna array 107 after the first stage simulation is shown on the right.

図６の右側に示したシミュレーション結果中、白抜き矩形太枠で示したオフエレメント１１ａｂ、１１ｃｂが、それぞれ、ベースデザイン７ａ中のオンエレメント１１ａ、１１ｃをオフ化したエレメントであることを示している。ここで、ペアで設けられるオンエレメント１１ａをオフ化したエレメントをオフエレメント１１ａｂとしており、シングル・オンエレメント１１ｃをオフ化したエレメントをオフエレメント１１ｃｂとして示している。 In the simulation results shown on the right side of FIG. 6, off-elements 11ab and 11cb indicated by thick white outline rectangles indicate that the on-elements 11a and 11c in the base design 7a are turned off, respectively. . Here, an element obtained by turning off the on-element 11a provided in a pair is shown as an off-element 11ab, and an element obtained by turning off the single-on element 11c is shown as an off-element 11cb.

図６の右図の配置７ｂに示すように、ベースデザイン７ａに比較してオフ化可能なオンエレメント１１ａ、１１ｃを導出でき、該当のオンエレメント１１ａ、１１ｃをオフ化して動作させることで、動作させるオンエレメント１１ａ、１１ｃを多く減らすことができる。 As shown in the arrangement 7b in the right diagram of FIG. 6, compared to the base design 7a, on-elements 11a and 11c that can be turned off can be derived, and by turning off the corresponding on-elements 11a and 11c and operating them, the operation The number of on-elements 11a and 11c to be used can be reduced by a large number.

この配置７ｂによれば、Ｙ方向に連なっているオンエレメント１１ａの間引き数が多くなるという結果が得られている。また、シングル・オンエレメント１１ｃは、座標（Ｘ３、Ｙ２）、座標（Ｘ３、Ｙ１５）のエレメントがペアでオフ化可能と得られている。また、座標（Ｘ８、Ｙ１）、座標（Ｘ８、Ｙ１６）のエレメントがペアでオフ化可能と得られると共に、座標（Ｘ１０、Ｙ２）、座標（Ｘ１０、Ｙ１５）のエレメントがペアでオフ化可能と得られている。これらのオンエレメント１１ａ、１１ｃをオフ化しても諸特性を極力維持しながら移相器１５の個数を減らすことができる。また、第１段階のシミュレーションでは、オフエレメント１１ｂの配置ランダム性を与えているため、さらにサイドローブを低減できることが確認できている。 According to this arrangement 7b, the result is that the number of thinned-out elements 11a that are continuous in the Y direction is increased. Furthermore, in the single-on element 11c, elements at coordinates (X3, Y2) and coordinates (X3, Y15) can be turned off in pairs. Also, the elements at coordinates (X8, Y1) and coordinates (X8, Y16) can be turned off as a pair, and the elements at coordinates (X10, Y2) and coordinates (X10, Y15) can be turned off as a pair. It has been obtained. Even if these on elements 11a and 11c are turned off, the number of phase shifters 15 can be reduced while maintaining various characteristics as much as possible. Furthermore, in the first stage simulation, it has been confirmed that the sidelobes can be further reduced because the off-element 11b is randomly arranged.

＜第２段階のシミュレーション条件、及び、シミュレーション結果の説明＞
第１段階のシミュレーションを実行することで諸特性を適切に維持しつつオフに変更可能なオンエレメント１１ａ、１１ｃを導出し、動作させる移相器１５のチャンネル数を減らすことで低消費電力化できる。しかしながらこの場合、機能させるオンエレメント１１ａ、１１ｃの個数がベースデザイン７ａに比較して減ることになるため、利得の劣化が懸念される。 <Explanation of second stage simulation conditions and simulation results>
By executing the first-stage simulation, on-elements 11a and 11c that can be turned off while maintaining appropriate characteristics can be derived, and power consumption can be reduced by reducing the number of channels of the phase shifter 15 to be operated. . However, in this case, since the number of functioning on-elements 11a and 11c is reduced compared to the base design 7a, there is a concern that the gain will deteriorate.

そこで発明者は第２段階として、別の所定の制約条件を満たした上で、オンエレメント１１ａ、１１ｃを隣接するオフエレメント１１ｂ、１１ａｂ、１１ｃａに拡張して利得を補償するためのシミュレーションを行っている。
このときの制約条件の一つ目は、Ｙ方向にペアとなるオンエレメント１１ａは、その同一方向、つまりＹ方向にさらに隣接したオフエレメント１１ｂ、１１ａｂ、１１ｃａに一つだけ拡張する点である。言い換えると、オンエレメント１１ａをＹ方向に拡張した場合に、Ｙ方向のグルーピング数を３とすることを制約条件としている。 Therefore, as a second step, the inventor performed a simulation to compensate for the gain by expanding the on elements 11a and 11c to the adjacent off elements 11b, 11ab, and 11ca after satisfying another predetermined constraint condition. There is.
The first constraint at this time is that only one on-element 11a that forms a pair in the Y direction extends to the off-element 11b, 11ab, 11ca that is further adjacent in the same direction, that is, in the Y direction. In other words, when the on-element 11a is expanded in the Y direction, the constraint is that the number of groupings in the Y direction be three.

二つ目の制約条件は、孤立したシングル・オンエレメント１１ｃを拡張する場合、Ｙ方向と直交する方向、すなわちＸ方向に一つだけ拡張する点としている。これは、ベースデザイン７ａにシングル・オンエレメント１１ｃをペア化して設けたことに起因している。そもそもシングル・オンエレメント１１ｃをペア化して設けた理由は、ヌルフィルタを構成しサイドローブレベルを低下させるためである。このとき、Ｘ方向に拡張したとしてもペアとなるシングル・オンエレメント１１ｃ間の距離を保つことができ、ヌルフィルタとしての機能を維持できるためである。しかも、オンエレメント１１ｃを横方向に拡張することで有効に機能するエレメントを増やすことができ利得を高めることができる。 The second constraint is that when expanding the isolated single-on element 11c, only one expansion is performed in the direction orthogonal to the Y direction, that is, in the X direction. This is due to the fact that the single-on elements 11c are provided in pairs on the base design 7a. The reason why the single-on elements 11c are provided in pairs is to form a null filter and reduce the sidelobe level. At this time, even if expanded in the X direction, the distance between the paired single-on elements 11c can be maintained, and the function as a null filter can be maintained. Moreover, by expanding the on-element 11c in the lateral direction, the number of elements that function effectively can be increased, and the gain can be increased.

発明者はこのような制約条件の下で、モンテカルロ法によるエレメント不良解析を実行することでシミュレーションを実行している。図７の右図及び図８には、最適化したエレメントの配置結果を最適化配置７ｃとして示している。図７の左側には第１段階のシミュレーションで最適化した配置７ｂを示しており、図７の右側には第２段階のシミュレーションで最適化した最適化配置７ｃを示している。 The inventor performed a simulation by performing element failure analysis using the Monte Carlo method under such constraint conditions. In the right diagram of FIG. 7 and FIG. 8, the optimized element placement result is shown as an optimized placement 7c. The left side of FIG. 7 shows the layout 7b optimized in the first stage simulation, and the right side of FIG. 7 shows the optimized layout 7c optimized in the second stage simulation.

発明者は、モンテカルロ法により多数の試行を重ねてオンエレメント１１ａ、１１ｃの配置を最適化した結果、図７の右図のようにオンエレメント１１ａ、１１ｃ、１１ａｃ、１１ｃｃの最適化配置７ｃを得ている。 As a result of optimizing the arrangement of on-elements 11a and 11c through numerous trials using the Monte Carlo method, the inventor obtained an optimized arrangement 7c of on-elements 11a, 11c, 11ac, and 11cc as shown in the right diagram of FIG. ing.

図７の右図には、図７の左図に示す第１段階のシミュレーション結果の配置７ｂのうち、特に、第２段階のシミュレーションを経てＸ方向又はＹ方向に拡張されたエレメントをオンエレメント１１ａｃ、１１ｃｃとして黒枠にハッチングを付すと共に拡張方向を矢印にて示している。図７、図８中、オンエレメント１１ａｃは、オンエレメント１１ａをＹ方向に拡張したエレメントを示しており、オンエレメント１１ｃｃは、オンエレメント１１ｃをＸ方向に拡張したエレメントを示している。 In the right diagram of FIG. 7, among the arrangement 7b of the simulation results of the first stage shown in the left diagram of FIG. , 11cc are hatched in a black frame, and the direction of expansion is indicated by an arrow. In FIGS. 7 and 8, the on-element 11ac represents an element obtained by expanding the on-element 11a in the Y direction, and the on-element 11cc represents an element obtained by expanding the on-element 11c in the X direction.

図８には、これらのオンエレメント１１ａ、１１ｃ、１１ａｃ、１１ｃｃの結果を表現変更して示している。図８に示した最適化配置７ｃも図７の右側に示した最適化配置７ｃと同様の構成となっているが、理解しやすくするため、オンエレメント１１ａ、１１ａｃを黒塗枠により示しており、オンエレメント１１ｃ、１１ｃｃを黒枠にハッチングを付して示している。拡張されたオンエレメント１１ｃｃは、座標（Ｘ６、Ｙ１）、座標（Ｘ６、Ｙ１６）に位置している。この最適化配置７ｃにおいても、オンエレメント１１ｃ、１１ｃｃは、Ｙ方向に特定間隔で離間してペアにて残存している。 FIG. 8 shows the results of these on-elements 11a, 11c, 11ac, and 11cc in a modified representation. The optimization arrangement 7c shown in FIG. 8 also has the same configuration as the optimization arrangement 7c shown on the right side of FIG. 7, but for easier understanding, the on-elements 11a and 11ac are shown with black frames. , on-elements 11c and 11cc are shown in black frames with hatching. The expanded on-element 11cc is located at coordinates (X6, Y1) and coordinates (X6, Y16). Also in this optimized arrangement 7c, the on-elements 11c and 11cc remain as a pair spaced apart at a specific interval in the Y direction.

図４に示したベースデザイン７ａと図８に示した最適化配置７ｃを比較する。最適化配置７ｃにおいて、オンエレメント１１ｃ、１１ｃｃは座標（Ｘ６，Ｙ５）と座標（Ｘ６，Ｙ１２）にてペアで残存しており、さらに座標（Ｘ７，Ｙ５）と座標（Ｘ７，Ｙ１２）にてペアで残留している。 The base design 7a shown in FIG. 4 and the optimized layout 7c shown in FIG. 8 will be compared. In the optimized arrangement 7c, the on-elements 11c and 11cc remain as a pair at the coordinates (X6, Y5) and (X6, Y12), and also remain as a pair at the coordinates (X7, Y5) and (X7, Y12). They remain in pairs.

その他、最適化配置７ｃでは、オンエレメント１１ｃ、１１ｃｃは座標（Ｘ５，Ｙ１）と座標（Ｘ５，Ｙ１６）、座標（Ｘ６，Ｙ１１）にてペアで残存している。しかし、オンエレメント１１ｃは、座標（Ｘ８，Ｙ１）と座標（Ｘ８，Ｙ１６）にはペアで残存しておらず、さらに座標（Ｘ１０，Ｙ２）と座標（Ｘ１０，Ｙ１５）にもペアで残存していない。さらに最適化配置７ｃでは、オンエレメント１１ｃは、座標（Ｘ３，Ｘ２）と座標（Ｘ３，Ｘ１５）にもペアで残存していない。オンエレメント１１ｃは特に２以上の複数ペアを残存させることが望ましい。このようにすることで、ヌルフィルタによるグレーティングローブＧＬの抑圧効果を維持できる。 In addition, in the optimized arrangement 7c, on-elements 11c and 11cc remain as pairs at coordinates (X5, Y1), coordinates (X5, Y16), and coordinates (X6, Y11). However, the on-element 11c does not remain as a pair at the coordinates (X8, Y1) and (X8, Y16), and also remains as a pair at the coordinates (X10, Y2) and (X10, Y15). Not yet. Furthermore, in the optimized arrangement 7c, the on-element 11c does not remain as a pair at the coordinates (X3, X2) and (X3, X15). It is particularly desirable that two or more pairs of on-element 11c remain. By doing so, the effect of suppressing the grating lobe GL by the null filter can be maintained.

図９に第１段階及び第２段階のシミュレーション後のBoresightを中心としたH-planeにおける特性比較結果を示している。図９に示すようにBoresightのピーク特性Ｐが約１．８ｄＢ改善できることを確認できている。図１０に示すように、E-plane 17.5°VとしたときのグレーティングローブＧＬは所定の角度θ１の付近に現れることが確認されている。ベースデザイン７ａを採用した場合、図示した角度θ１において、グレーティングローブＧＬは特定間隔３．５λだけ離間したシングル・オンエレメント１１ｃ、１１ｃｃのヌルフィルタの作用によって抑圧される。図１０に示すように、最適化配置７ｃを採用した場合であっても、このグレーティングローブＧＬのレベルはベースデザイン７ａによる特性とほぼ同一特性になっている。 Figure 9 shows the comparison results of characteristics in H-plane centered on Boresight after the first and second stage simulations. As shown in FIG. 9, it has been confirmed that the peak characteristic P of Boresight can be improved by about 1.8 dB. As shown in FIG. 10, it has been confirmed that the grating lobe GL appears near a predetermined angle θ1 when the E-plane is 17.5°V. When the base design 7a is adopted, at the illustrated angle θ1, the grating lobe GL is suppressed by the action of the null filter of single-on elements 11c and 11cc spaced apart by a specific interval of 3.5λ. As shown in FIG. 10, even when the optimized arrangement 7c is adopted, the level of the grating lobe GL has almost the same characteristics as the characteristic based on the base design 7a.

図１１にはベースデザイン７ａを採用した場合と、最適化配置７ｃを採用した場合との特性比較結果を示している。図１１に示すように、Boresightを中心としたH-plane、E-planeの各ビーム幅、指向性利得ともに同等の特性が得られていることを確認できる。また、６０°ＨにおけるH-plane、E-planeの各ビーム幅、指向性利得もほぼ同等の特性を得られていることが確認されており、１７．５°ＶにおけるH-plane、E-planeの各ビーム幅、指向性利得も、ほぼ同等の特性を得られていることが確認されている。 FIG. 11 shows a comparison result of characteristics between the case where the base design 7a is adopted and the case where the optimized layout 7c is adopted. As shown in FIG. 11, it can be confirmed that equivalent characteristics are obtained for both the H-plane and E-plane beam widths and directivity gains centered on Boresight. In addition, it has been confirmed that the beam width and directivity gain of H-plane and E-plane at 60°H are almost the same, and the H-plane and E-plane at 17.5°V are almost the same. It has been confirmed that the beam width and directivity gain of each plane are almost the same.

受信アンテナアレイ１０７にベースデザイン７ａを採用した場合には、動作させる移相器１５を６４チャンネル分、すなわち６４個用意することで動作可能となっており、このベースデザイン７ａでも従来技術に比較して移相器１５の動作個数を６７％削減して、３３％に削減可能になっている。さらに、前述した第１段階及び第２段階のモンテカルロシミュレーション法を適用し、動作させる移相器１５の個数を４０チャンネルに減らすように最適化すれば従来比で約２０％程度に削減可能になる。 When base design 7a is adopted for receiving antenna array 107, it is possible to operate by preparing 64 phase shifters 15 for 64 channels, that is, 64 pieces, and even with this base design 7a, compared to the conventional technology, operation is possible. The number of operating phase shifters 15 can be reduced by 67% to 33%. Furthermore, by applying the Monte Carlo simulation method in the first and second stages described above and optimizing the number of operating phase shifters 15 to be reduced to 40 channels, the reduction can be reduced to about 20% compared to the conventional method. .

仮に、制御回路２が制御することで、受信アンテナアレイ１０７を６４チャンネルで動作させることなく、最適化配置７ｃにて４０チャンネルにて動作させる場合には、移相器１５を設置する個数を削減でき、無駄を省くことができる。 If the control circuit 2 were to control the receiving antenna array 107 to operate at 40 channels in the optimized arrangement 7c instead of operating at 64 channels, the number of phase shifters 15 to be installed would be reduced. You can avoid waste.

第１段階のシミュレーション結果によれば、４０チャンネル動作とすることで６４チャンネル動作と比較して数ｄＢの損失が増加する。しかし第２段階のシミュレーション結果を実行しエレメントを拡張することで利得を補うことができ、前述したようにベースデザイン７ａを採用した場合と比較しても見劣りしない特性を得られている。なお、前述したCoherency testにおいても実測値と理論計算値とで良い一致傾向が得られている。これにより、メインローブの劣化を最小限に抑えることができ、広いＦｏＶを維持できる。 According to the first-stage simulation results, 40-channel operation increases loss by several dB compared to 64-channel operation. However, the gain can be compensated for by executing the second stage simulation results and expanding the elements, and as described above, the characteristics are comparable to those obtained by adopting the base design 7a. Furthermore, in the above-mentioned Coherency test as well, a good tendency was obtained between the measured values and the theoretically calculated values. Thereby, deterioration of the main lobe can be minimized and a wide FoV can be maintained.

＜本実施形態のまとめ＞
本実施形態によれば、受信アンテナアレイ１０７の最適化配置７ｃは、そもそもグレーティングローブＧＬを抑圧可能にオンエレメント１１ａ、１１ｃが設定されたベースデザイン７ａに基づいて構成されているため、第１段階にてオフエレメント１１ｂを増加させつつ第２段階にてオンエレメント１１ａを拡張したとしても、ベースデザイン７ａにて既に抑圧可能なグレーティングローブＧＬの抑圧機能を維持でき、さらに指向性利得を補償できる。受信アンテナアレイ１０７は、エレメントのオフ化にランダム性を加えているためサイドローブレベルを更に抑圧できる。 <Summary of this embodiment>
According to the present embodiment, the optimized arrangement 7c of the receiving antenna array 107 is configured based on the base design 7a in which the on-elements 11a and 11c are set to be able to suppress the grating lobe GL, so the first stage Even if the on-element 11a is expanded in the second stage while increasing the off-element 11b in the second stage, the suppression function of the grating lobe GL which can already be suppressed in the base design 7a can be maintained, and the directivity gain can be further compensated. Since the reception antenna array 107 adds randomness to the turning off of elements, the sidelobe level can be further suppressed.

ベースデザイン７ａを採用した場合には６４チャンネル分の移相器１５を必要とするところ、本実施形態のアンテナアレイ７の構成では４０チャンネル分の移相器１５を使用することで動作させることができ、アクティブ動作させるべき移相器１５の個数を削減できる。仮に、受信用のアンテナアレイ７を６４チャンネルで動作させることなく、最適化配置７ｃにて４０チャンネルにて動作させる場合には、移相器１５を設置する個数を削減でき無駄を省くことができる。これにより低消費電力化できると共に、システム制御を簡素化できる。 If the base design 7a is adopted, phase shifters 15 for 64 channels are required, but the configuration of the antenna array 7 of this embodiment can be operated by using phase shifters 15 for 40 channels. Therefore, the number of phase shifters 15 that must be actively operated can be reduced. If the receiving antenna array 7 does not operate at 64 channels but operates at 40 channels in the optimized arrangement 7c, the number of phase shifters 15 installed can be reduced and waste can be avoided. . This makes it possible to reduce power consumption and simplify system control.

本実施形態によれば、オンエレメント１１ｃは、特定方向に特定間隔を維持したまま特定方向に直交する方向に隣接するエレメントにグルーピングを拡張するようにしているため、原理的に位相中心がＹ方向に変化しないことになり、一対のオンエレメント１１ｃ間の特定間隔を維持でき、ベースデザイン７ａによるグレーティングローブＧＬの抑圧機能を維持できる。 According to this embodiment, the on-element 11c expands grouping to elements adjacent to each other in a direction perpendicular to a specific direction while maintaining a specific interval in a specific direction, so that in principle, the phase center is in the Y direction. As a result, the specific spacing between the pair of on-elements 11c can be maintained, and the grating lobe GL suppression function provided by the base design 7a can be maintained.

本実施形態によれば、オンエレメント１１ｃ、１１ｃｃは、特定方向に特定間隔で配置されており、且つ、特定方向に複数ペア構成することでヌルフィルタを構成しており、複数のヌルフィルタを組み合わせることができ、幅広い角度に応じたグレーティングローブＧＬの抑圧特性を実現できる。ベースデザイン７ａによるグレーティングローブＧＬの抑圧機能の特徴を踏襲できる。 According to this embodiment, the on-elements 11c and 11cc are arranged at specific intervals in a specific direction, and constitute a null filter by configuring a plurality of pairs in a specific direction, and a plurality of null filters are combined. Therefore, it is possible to realize suppression characteristics of the grating lobe GL that correspond to a wide range of angles. The characteristics of the suppression function of the grating lobe GL based on the base design 7a can be followed.

これにより、制御回路２が、最適化配置７ｃに示すように受信アンテナアレイ１０７の各エレメント１１ａ～１１ｃへのオン接続、オフ接続を制御して受信アンテナアレイ１０７を動作させることで前述のシミュレーションに示すようなレーダ特性を得られる。制御回路２は、前述したシミュレーション結果のように各エレメント１１ａ～１１ｃへのオン接続、オフ接続を制御することで、置かれている環境の変化に応じて、ベースデザイン７ａのように切替制御したり、最適化配置７ｃのように切替制御しても良い。 As a result, the control circuit 2 operates the receiving antenna array 107 by controlling the on-connection and off-connection to each element 11a to 11c of the receiving antenna array 107 as shown in the optimization arrangement 7c, thereby achieving the simulation described above. The radar characteristics shown below can be obtained. The control circuit 2 controls the on-connection and off-connection of each element 11a to 11c as shown in the above-mentioned simulation results, and performs switching control as in the base design 7a according to changes in the environment. Alternatively, switching control may be performed as in the optimization arrangement 7c.

（他の実施形態）
前述実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に示す変形又は拡張が可能である。
前述実施形態では、オンエレメント１１ａを特定方向に沿って３個に拡張してグルーピングする形態を示したが、３個に限られず４個以上に拡張してグルーピングしても良い。オンエレメント１１ａを拡張する方向を縦方向（Ｙ方向）とした形態を説明したが、これに限定されるものではない。オンエレメント１１ａを特定方向の直交方向に拡張してグルーピングしても良い。オンエレメント１１ａを一直線に拡張してグルーピングする必要はなく、Ｌ字型にグルーピングしても良いし、２×２又はそれ以上のボックス型に拡張してグルーピングしても良い。オンエレメント１１ａを２×２の４個に拡張することでＹ方向の利得性能改善できる。 (Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and for example, the following modifications or expansions are possible.
In the above-described embodiment, the on-element 11a is expanded into three along a specific direction and grouped, but the number is not limited to three, and it may be expanded to four or more and grouped. Although the embodiment has been described in which the direction in which the on-element 11a is expanded is the vertical direction (Y direction), the present invention is not limited to this. The on-element 11a may be expanded and grouped in a direction orthogonal to the specific direction. It is not necessary to extend the on-elements 11a in a straight line and group them, but they may be grouped in an L shape, or in a 2×2 or more box shape. Gain performance in the Y direction can be improved by expanding the number of on-elements 11a to four (2×2).

なお、Ｙ方向にエレメント拡張する方が有利であることが判明しているため、前述実施形態に示した最適化配置７ｃがより有利な特性を備えている。これは、前述実施形態の最適化配置７ｃは、ベースデザイン７ａについてオンエレメント１１ａをＹ方向に隣接したオフエレメント１１ｂに拡張してグルーピングしているためであり、Ｙ方向に拡張することで水平スキャン性能に悪影響を及ぼすことがなくなり性能バランスを良好にできるためである。 Note that since it has been found that it is more advantageous to expand the elements in the Y direction, the optimized arrangement 7c shown in the embodiment described above has more advantageous characteristics. This is because the optimized arrangement 7c of the above-mentioned embodiment expands and groups the on-element 11a into the off-element 11b adjacent in the Y direction for the base design 7a, and by expanding it in the Y direction, the horizontal scanning This is because there is no adverse effect on performance and a good performance balance can be achieved.

本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。 Although the present disclosure has been described based on examples, it is understood that the present disclosure is not limited to the examples or structures. The present disclosure also includes various modifications and equivalent modifications. In addition, various combinations and configurations, as well as other combinations and configurations that include only one, more, or fewer elements, are within the scope and scope of the present disclosure.

図面中、２は制御回路、１０７は受信アンテナアレイ（アンテナアレイ）、７ａはベースデザイン、１１ａ、１１ｃ、１１ａｃ、１１ｃｃはオンエレメント（１１ａは有効エレメント、１１ｃはシングル・オンエレメント）、１１ｂ、１１ａｂ、１１ｃｂはオフエレメントを示す。
In the drawing, 2 is a control circuit, 107 is a reception antenna array (antenna array), 7a is a base design, 11a, 11c, 11ac, 11cc are on elements (11a is an effective element, 11c is a single on element), 11b, 11ab , 11cb indicate off elements.

Claims

An antenna array (7) comprising elements (11a to 11c, 11ab, 11cb) that are electrically set on or off in a phase shifter (15),
The effective elements (11a) are configured to be grouped adjacently along a specific vertical or horizontal direction in a two-dimensional array and are controlled by the same phase shifter; It is configured based on a base design (7a) set to a single-on element (11c) that is provided separately from the element and arranged at a specific interval in the specific direction,
By increasing the number of off-elements (11ab, 11cb) that are not electrically connected to the phase shifter compared to the base design (7a), the effective element (11a) or the single-on element (11c) can be An antenna array for a high frequency device, which is configured with a smaller number than the base design, and operates in a state where the effective elements are grouped by expanding to the off elements adjacent to the effective elements.

2. The antenna array for a high frequency device according to claim 1, wherein the single-on elements are expanded and grouped into adjacent elements in a direction orthogonal to the specific direction while maintaining the specific spacing in the specific direction.

3. The antenna array for a high frequency device according to claim 1, wherein the single-on elements are arranged in the specific direction at the specific intervals, and a plurality of pairs in the specific direction constitute a null filter.