JP2504886Y2 - 受波ビ―ム旋回装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、超短波・極超短波など
の波長の短い電波の到来方向を監視するなどの目的で受
波ビームを旋回させるのに適する装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】この種の装置としては、円周上に間隔配
置した受波器中の隣接する受波器の一群を選択して得ら
れた各受波信号を、各受波器が直線上に配置されたとみ
なし得るように所要の受波信号を遅延して合成、つま
り、遅延合成することによりビーム幅の狭い合成受波ビ
ームを得るとともに、上記の一群の選択を円周上に沿っ
て旋回走査することにり合成受波ビームを旋回させる構
成のもの（以下、第１従来技術という）が特公昭４６−
４０２２６などにより開示されている。

【０００３】また、上記の第１従来技術と同様の構成を
電波の方向探知用に構成したものとして、上記の各受波
器をアンテナ素子にし、各アンテナ素子の背面側に位置
付けた円周状の反射器を設けることにより、各アンテナ
素子の背面側の指向感度を無くするとともに、各受波信
号をインピーダンス変換した後に遅延合成する構成のも
の（以下、第２従来技術という）が、ウレンウエバー式
の方向探知機として知られており、文献「 IRE Convent
ion Record, Part 5,1955,Vol.3 "WullenweberType Ult
ra High Frequncy Direction Finder" 」などにより開
示されている。

【０００４】さらに、方向探知機用のアンテナとして、
アンテナ素子の背面側にパラボラ反射器を設けた構成の
もの（以下、第３従来技術という）が特公昭２６−１７
４などにより開示されている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】上記の第２従来技術の
ものでは、第１には、受波信号が超短波・極超短波など
の波長の短い場合には、遅延合成する各遅延量や各配線
長などに、ごく僅かの差異によるばらつき、つまり、不
平衡があっても、大きい誤差になって現れてしまうとい
う不都合がある。

【０００６】第２には、各アンテナに対する反射器の反
射面が凸曲面状の円弧面によって形成されているため、
側面方向から斜め後ろ方向に至る間の指向感度があるの
で、遅延合成するアンテナの数を十分大きく取らないと
ビーム幅の狭い合成受波ビームが得られないという不都
合がある。

【０００７】第３には、各アンテナ素子の受波信号をケ
ーブルで中央に配置されたコミュテーターに導いた箇所
でインピーダンス変換を行っているため、このインピー
ダンス整合前の各ケーブルに長さの差異によるばらつき
があると、この差異が見掛上の遅延の差異になって現
れ、この遅延の差異が遅延合成のための遅延量に付加さ
れてしまい、遅延合成が悪影響を受けて合成ビームの指
向性を変形させるなどの弊害を生ずる。

【０００８】このため、製造時における調整が極めて微
妙であり、作業工数がかさむほか、この部分の経年変化
により同様の差異が生じて装置機能を低下させるなどの
不都合がある。

【０００９】そこで、上記の第２従来技術と第３従来技
術とを組み合わせ、円周上に配置するアンテナ素子をパ
ラボラ反射器付きのアンテナ素子にして、比較的少ない
アンテナ数でビーム幅の狭い合成ビーム得ることが考え
られるが、このままでは、アンテナ素子がパラボラ反射
曲面の奥部分に設けられているため、パラボラ曲面によ
って斜め前方から側面方向に至る間の指向感度がさえぎ
られているので、アンテナ素子の配置数を少なくして配
置円周の直径を小さくすると、遅延合成する一群のアン
テナ素子のうち両脇に配置されたものが合成ビー的の正
面に相当する方向から到来した電波を実質的に受波し得
ない状態に置かれてしまうので、この部分の受波信号が
ゼロになってしまい、遅延合成が意味を成さないものに
なるという不都合が生ずるわけである。

【００１０】このため、これらの不都合がなく、簡便安
価な構成によるものの提供が望まれているという課題が
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この考案は、上記のよう
な水平面内における円周上に間隔配置した反射器付きア
ンテナ素子の隣接する一群を選択して得られた各受波信
号をインピーダンス変換した信号にもとづいて得られる
各信号、つまり、各受信信号が、上記の選択した各アン
テナ素子を直線上に配置したとみなし得るように各受信
信号のうちの所要の信号を遅延して合成、つまり、遅延
合成することによりビーム幅の狭い合成受波ビームを形
成するとともに、上記の一群の選択を円周上に沿って旋
回走査することにり上記の合成受波ビームを旋回するよ
うにした受波ビームの旋回装置において、上記の反射器
の水平断面をパラボラ曲線またはパラボラ曲線に近い曲
面にするとともに、この曲面の解放端の位置を、各アン
テナが配置された円周上の位置の付近にして配置した反
射器配置手段を設けることにより、上記の課題を解決し
得るようにしたものである。

【００１２】

【実施例】以下、実施例を図により説明する。図１にお
いて、１番目からＮ番目までのアンテナ素子Ａ１〜Ａ
５，ＡＮは、その基部にＺにて示したインピーダンス変
換器を組合して、アンテナ取付板Ｂの外周近くに、Ｏを
中心として等間隔に配置してある。

【００１３】アンテナ素子Ａ１〜ＡＮは、Ｒにて示した
パラボラ曲線に近い曲線の反射器の焦点近くに配置して
あり、電波の到来方向ＳＩＧにて示した方向にアンテナ
素子が指向したときに、受波の感度が高くなるような構
造になっている。アンテナ素子Ａ１〜ＡＮの円周方向の
間隔は、監視する電波の波長のほぼ２分の１に定めるの
がよいが、若干のずれがあっても使用することができ
る。

【００１４】反射器Ｒの水平断面は、パラボラ曲線が最
もよいが、円形，三角形でも若干の感度の低下は認めら
れるが使用することができる。Ｄに示した電波の遅れ時
間は、図のように電波の到来方向ＳＩＧに、アンテナ素
子Ａ１とＡ２がむいたときに、アンテナ素子ＡＮとＡ３
の誘起電圧が遅れる時間である。

【００１５】アンテナ素子ＡＮ，Ａ１，Ａ２およびＡ３
だけを用いて到来電波を監視する場合に、アンテナ素子
Ａ１とＡ２に遅延時間Ｄに相当する遅延をあたえてアン
テナ素子ＡＮとＡ３に合成すれば、つまり、遅延合成す
れば、見掛け上、ＡＮ，Ａ１，Ａ３が電波の到来方向Ｓ
ＩＧに対して一線にならんだことになり、上記４本のア
ンテナ素子の指向性、すなわち、合成受波ビームの幅が
せまくなり、電波の到来方向ＳＩＧの判別性能がよくな
るのである。

【００１６】なお、反射器Ｒは、その曲面の解放端の位
置を、図のように、アンテナ素子Ａ１〜ＡＮが配置され
ている円周上の位置の付近、つまり、点線で画いた２つ
の円のうちの外側の円の位置の付近に位置付けてある。

【００１７】これによって、各アンテナ素子Ａ１〜ＡＮ
の後ろ側方向から両側面方向に至るまでの間の後半方向
から来る電波のみが反射器Ｒによりさえぎられるが、各
アンテナ素子Ａ１〜ＡＮの前側方向から両側面方向に至
るまでの間の前半方向から来る電波に対してはさえきら
れることなく反射器付きのアンテナ素子として動作する
のである。

【００１８】このため、図のように、アンテナ素子の数
を比較的少なくした場合でも、電波の到来方向ＳＩＧか
ら見た場合に、両脇側にあるアンテナ素子で受波すべき
電波の全部が反射器によってさえぎられることがないの
で、上記の遅延による合成、つまり、遅延合成が良好に
なし得るのである。

【００１９】図２において、アンテナＡＮ〜Ａ５、イン
ピーダンス変換器Ｚおよびアンテナ取付板Ｂは垂直断面
が示してあって、図１に示した反射器Ｒは省略してあ
る。図は垂直の棒状のアンテナ素子Ａ１〜ＡＮを示した
が垂直面内の受波ビームの幅をせばめるために、棒状の
アンテナ導体をいくつかに分断しておき、たとえば全長
が約２分の１波長に相当する導体を折り曲げて作った移
相器にて上記の分断したアンテナ導体をつなぎ合わせた
ものをアンテナ素子に用いることができる。

【００２０】この形式のアンテナ素子を用いることによ
り、垂直面内の受波ビーム幅を狭めた分だけ装置の感度
を向上させることができることになる。Ｍはミキサ回路
で、インピーダンス変換器Ｚの出力とＬにて示したロー
カル発振回路の出力をこの回路で混合して、中間周波を
作り、Ｆにて示したフィルタを通してＴＮ〜Ｔ５にて示
したＮ番目までの走査回路の端子に送る。

【００２１】図のように、各ミキサ回路Ｍには、ローカ
ル発振回路Ｌからの１つの出力、つまり、同一のローカ
ル発振信号が共通に与えられている。したがって、これ
らの端子に現れる中間周波は、アンテナ素子ＡＮ〜Ａ
５、インピーダンス変換器Ｚ、ミキサ回路Ｍ、フィルタ
Ｆの特性が等しく、かつ、それ等を接続する回路にて生
ずる上記中間周波の位相ずれが等しいならば、走査回路
の端子ＴＮ〜Ｔ５に現れる中間周波には図１にて説明し
たように到来電波が各アンテナ素子に誘起電圧を生じた
ときの位相差を保持している。

【００２２】しかし、通常は上記の位相差に不平衡が起
こり易いので、ミキサＭの位相を調整して、正しい位相
差を得る。到来電波の波長を３０ｃｍと仮定すると、わ
ずかに１ｍｍの配線の不平衡によって約１．２°の位相
の誤差が生ずるので合成受波ビームの形成が困難にな
る。このため、図１に示した遅れ時間Ｄに関する調整
を、上記のように、中間周波にした段階で行うようにし
たものである。

【００２３】図３は中間周波における走査回路と位相合
成の原理を示し、ＴＮ〜Ｔ５は図２で説明した走査回路
の端子を円形に配列し、進んだ位相の中間周波をとりだ
すためのスイッチ回路ＳＦと、遅れた位相の中間周波を
とりだすスイッチ回路ＳＲを時計方向に回転する。

【００２４】すなわち、スイッチ回路ＳＦの回転は次の
セクタにてＴ２とＴ３に接触し、スイッチ回路ＳＲは上
記と同様の時刻に次のセクタにてＴ１とＴ４に接触す
る。上記の回転は中間周波数よりはるかに低い周波数、
例えば１０Ｈｚないし数１０Ｈｚで行うが、スイッチ回
路ＳＦとＳＲが数回転する間に到来電波を連続的に受波
している状況がのぞましい。

【００２５】図のスイッチング回路ＳＦとＳＲは機械的
の接点を用いているが、本考案を実施するにあたって
は、トランジスタやダイオードを組合わせた電子的なス
イッチング回路を用いる。

【００２６】すなわち、走査回路の端子ＴＮ〜Ｔ５とス
イッチング回路ＳＦとＳＲの間をトランジスタまたはダ
イオードで接続し、別に設けた走査用のバイアス回路の
出力にて、上記トランジスタまたはダイオードの導電特
性を制御して、実質的に図３に説明したと同様のスイッ
チング回路の動作をさせるのである。このような電子的
スイッチングによる走査は、ソナーの受波ビームを旋回
する技術として広く用いられている。

【００２７】スイッチング回路ＳＦを通った中間周波は
図のように中間周波の遅延回路ＤＬにて、図１に示した
ようにアンテナ素子ＡＮとＡ３の誘起電圧の遅れ時間Ｄ
に相当する遅延時間を与え、スイッチング回路ＳＲを通
った中間周波は、図のように直接にＡＤにて示した加算
回路に加える。一方、遅延回路ＤＬを通った中間周波も
加算回路ＡＤに加えられて、ＩＦにて示した合成した中
間周波の出力となる。

【００２８】以上に説明したような構成によって得られ
る合成受波ビームの旋回の状況を図４に示す。図のＤ１
・Ｄ２にて示した方向とビームの指向特性は図１のアン
テナ素子の配置、図２の構成、図３のスイッチング回路
の走査によって得られる合成受波ビームで、アンテナ素
子Ｔ１〜ＴＮの数を１２本、合成受波ビームを合成する
アンテナ素子の数を４本に設定した場合を示す。

【００２９】スイッチング回路ＳＦとＳＲが時計の回転
方向に走査するに従って、図のＤ２・３とＤ３・４にて
示したように合成受波ビームが段階的に旋回し、その旋
回速度はスイッチング回路に同期している。

【００３０】図３のスイッチング回路ＳＦとＳＲにトラ
ンジスタを用いた場合には、その導電特性の変化がゆる
やかになるように走査用のバイアス回路を制御すれば、
図４のＤ１・２．Ｄ２・３，Ｄ３・４に示した合成受波
ビームの旋回が平滑に行われる。

【００３１】電波の波長３０ｃｍ、周波数１０００ＭＨ
ｚにおける本発明の実施例を次に示す。 アンテナ素子数 …………………… ３２ 合成するアンテナ素子数 ………… ８ 中間周波数 ………………………… ３０ＭＨｚ 上記の基本的な諸元によって次の実施例を得る。 アンテナ素子の間隔 ……………… １５ｃｍ インピーダンス変換器 …………… ＦＥＴ アンテナ取付板の直径 …………… 約１６０ｃｍ ローカル発信器の周波数 ………… ９７０ＭＨｚ ミキサ回路 ………………………… ＦＥＴ 遅延回路の組数 …………………… ３

【００３２】上記ＦＥＴは電界効果トランジスタであ
り、アンテナ素子を６０ｃｍにした場合の垂直面内の合
成受波ビームの幅が約５０度、水平面内の合成受波ビー
ムの幅が約３０度になる。

【００３３】〔変形実施〕 本考案は次のように変形して実施することができる。 （１）ローカル発信器の周波数と遅延回路の遅延時間お
よび中間周波数の両方または一方を変更して異なった周
波数帯の合成受波ビームを旋回させることができる。

【００３４】（２）図２に示した構成は、いわゆるシン
グル・スーパーヘテロダイン方式であるが、フィルタＦ
と走査回路の端子ＴＮ〜Ｔ５の間に第２のミキサ回路を
挿入し、第２のミキサ回路に別に設けた第２のローカル
発振波を加えて第２の中間周波を得る構成のダブル・ス
ーパーヘテロダイン方式を採用することができる。この
場合には、遅延回路ＤＬは上記第２の中間周波にて所定
の遅延時間が得られるように調整することはいうまでも
ない。

【００３５】

【考案の効果】本考案によれば、各アンテナ素子の背面
側に設けた各反射器の曲面の解放端の位置を、各アンテ
ナ素子が配置されている円周上の位置の付近にして配置
してあるため、各アンテナ素子に対する反射曲面の過不
足がなくなるので、小型の反射器と少ないアンテナ素子
数で、ビーム幅の狭い合成ビームを得ることができるな
どの特長がある。

【００３６】また、各アンテナ素子の基部にインピーダ
ンス変換のための変換器が配置してあるため、各アンテ
ナ素子が、直接、変換器に接続され、この間にケーブル
のばらつきによる遅延合成への悪影響がなくなる。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の実施例を示し、各図の内容はつぎのとお
りである。

【図１】アンテナの部分の水平面図

【図２】反射器を省略したアンテナ部分の垂直面図およ
び周波数変換を行う部分の構成図

【図３】中間周波における切換走査と位相合成の原理を
示す図

【図４】合成受波ビームの旋回の状況を示す図

【符号の説明】

ＳＩＧ 電波の到来方向 Ｄ 電波の遅れ時間 Ｂ アンテナ取付板 Ａ１〜Ａ５，ＡＮ １番目からＮ番目までのアンテナ素
子 総数Ｎ本 Ｚ インピーダンス変換器 総数Ｎ個 Ｒ 反射器 総数Ｎ面 Ｏ アンテナ取付板の中心 Ｍ ミキサ回路 Ｌ ローカル発振回路 Ｆ フィルタ 総数Ｎ個 Ｔ１〜Ｔ５，ＴＮ １番目からＮ番目までの走査回路の
端子 総数Ｎ個 Ａ（６〜Ｎ−１） 図示を省略したアンテナ素子 Ｒ，Ｚ（６〜Ｎ−１） 図示を省略した反射器およびイ
ンピーダンス変換器 Ｔ（６〜Ｎ−１） 図示を省略した走査回路の端子 ＳＦ 最も進んだ位相の中間周波を選出する走査回路の
スイッチ回路 ＳＲ 最も遅れた位相の中間周波を選出する走査回路の
スイッチ回路 ＤＬ 中間周波の遅延回路 ＡＤ 加算回路 Ｄ１・２ スイッチ回路ＳＦがＴ１，Ｔ２に接続され、
スイッチ回路ＳＲがＴＮ，Ｔ３に接続されたときの合成
受波ビームの方向と指向特性 Ｄ２・３ ＳＦがＴ２とＴ３、ＳＲがＴ１とＴ４に接続
されたときの合成受波ビームの方向と指向特性 Ｄ３・４ ＳＦがＴ３とＴ４、ＳＲがＴ２とＴ５に接続
されたときの合成受波ビームの方向と指向特性 Ｄ４・５〜Ｄ｛（Ｎ−１）・Ｎ｝〜ＤＮ・１ ＳＦをＴ４とＴ５のように、ＳＦとＳＲをＴ１〜ＴＮに
て示した全部の走査回路の端子に順次に接続する動作を
示す符号 ＩＦ 合成した中間周波の出力

Claims (5)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平面内における円周上に間隔配置した
   反射器付きアンテナ素子の隣接する一群を選択して得ら
   れた各受波信号をインピーダンス変換した信号にもとづ
   いて得られる各信号（以下、各受信信号という）が、前
   記選択した各アンテナ素子を直線上に配置したとみなし
   得るように前記各受信信号のうちの所要の信号を遅延し
   て合成（以下、遅延合成という）することによりビーム
   幅の狭い合成受波ビームを形成するとともに、前記一群
   の選択を前記円周上に沿って旋回走査することにより前
   記合成受波ビームを旋回するようにした受波ビームの旋
   回装置（以下、装置という）であって、 前記反射器の水平断面をパラボラ曲線またはパラボラ曲
   線に近い曲面にするとともに、前記曲面の解放端の位置
   を、上記の各アンテナ素子が配置された円周上の位置の
   付近にして配置した反射器配置手段を具備することを特
   徴とする装置。
2. 【請求項２】 前記アンテナ素子が分断した箇所に移相
   器をつなぎ合わせた移相器付きアンテナ素子で構成され
   た実用新案登請請求の範囲第１項の装置。
3. 【請求項３】 前記インピーダンス変換が前記アンテナ
   素子の基部に配置した変換器で行うように構成された実
   用新案登請請求の範囲第１項の装置。
4. 【請求項４】 前記ローカル発振波の周波数と前記遅延
   のための遅延時間および前記中間周波の周波数の両方ま
   たは一方を変更することにより異なる周波数帯の受波信
   号に対して前記受波ビームの旋回を行うように構成され
   た実用新案登請請求の範囲第１項の装置。
5. 【請求項５】 前記各中間周波信号が第２のローカル発
   振波による第２のミキサ回路に与えて得られる第２中間
   周波信号によって構成された実用新案登請請求の範囲第
   １項の装置。