JP2580822B2 - 電子走査アンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、円筒状にアレイアンテナが配設された電子
走査アンテナの構成に関する。

本発明は、特に二次監視レーダに利用するに適する。

〔概要〕

本発明は、円筒状に配置された複数のコラムアレイに
主ビーム電力を分配する第一の電力分配器をスイッチマ
トリクスにより選択的に接続し指向性パターンで走査を
行う電子走査アンテナにおいて、 第二の電力分配器を備え、この第二の電力分配器とス
イッチマトリクスとをコラムアンテナに切替え接続する
ことにより、 サイドローブ抑圧ビームをコラムアンテナの一部より
発生させ、その抑圧性能を向上するとともにアンテナの
高さを小さくすることができるものである。

〔従来の技術〕

従来、この種のアンテナは、円筒状に配置された複数
のコラムアレイの一部を励振し、スイッチ制御によって
１本の指向性のある主ビームを円筒形状の円周方向に走
査している。また、この指向性のある主ビームのサイド
ロープ抑圧を目的として、第５図に示すように、無指向
性のアンテナ14を円筒状のコラムアレイ構造13の頂部に
設けている。この従来例のものでは、第６図に示す放射
パターン特性を有している。すなわち従来のアンテナで
は、前記円筒状のコラムアレイ構造13により主ビームの
指向性パターン15を形成し、円筒方向に電子的に走査す
る。一方、サイドローブ抑圧用の無指向性のアンテナ14
により指向性パターン15のサイドローブレベルより高い
利得で、ほぼ無指向性のサイドローブの抑圧用パターン
16を形成する。これにより、指向性パターン15がどの方
位方向に向いていてもサイドローブ抑圧ができるように
なっている。

次に、この円筒状のコラムアレイの従来例について第
７図および第８図を参照して説明する。すなわち、第７
図の例では、円筒状に配列された24本のコラムアレイ20
−１ないし20−24と、８個のSP3T（Single Pole 3 Thro
w）スイッチ21−１ないし21−８およびバットラーマト
リクス23から成るスイッチマトリクス24と、８個の移相
器25−１ないし25−８と、電力分配器26と、送受信部27
とにより構成されている。

第７図を用いて、アンテナの動作について説明する。
SP3Tスイッチ21−１ないし21−８が、第７図に示す接続
状態であるとき、コラムアレイ20−１ないし20−８が励
振され、コラムアレイ20−１ないし20−８により構成さ
れる扇状部分の中心を通る半径方向（矢印Ｂの方向）
に、単一の主ビームが形成される。このとき、バットラ
ーマトリクス23は、電力分配器26の出力電力が所定のコ
ラムアレイに分配されるように制御される。

移相器25−１ないし25−８は、主にコラムアレイ20−
１ないし20−24が円筒状に配列されていることによりア
ンテナ開口面に生ずる励振位相歪みを補正するために用
いられる。また、電力分配器26は、均一または所望の電
力分布を各コラムアレに与えるためのものである。な
お、第７図においては、スイッチマトリクス24および位
相器25−１ないし25−８を制御する制御部は省略してあ
る。また、スイッチマトリクス24とコラムアレ20−１な
いし20−24間の接続は、繁雑さを避けるため記載の一部
を省略してある。

ビーム走査を行うときは、SP3Tスイッチ21−１ないし
21−８のスイッチの状態を順次切り替えて行くと共に、
バットラーマトリクス23の中のトランスファースイッチ
22−１ないし22−12の状態を制御することにより、移相
器25−１〜25−８の出力の順序が入れ替ることなく、ビ
ームを円周方向に走査することができる。なお、トラン
スファースイッチ22−１ないし22−12は、図外の制御部
からの制御信号により、接続状態を第８図（ａ）と、第
８図（ｂ）の何れにも設定できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、この従来例では、円筒状のコラムアレイ構造
の上部にサイドローブ抑圧用の無指向性アンテナを配置
する必要があるため、コラムアレイと無指向性アンテナ
との上下位置が異なる。このため大地に対する反射によ
るロービングに差が生じ、仰角により、無指向性アンテ
ナの利得が低くなる範囲が生ずる。したがって、サイド
ローブ抑圧効果が低下する欠点があった。

また、このアンテナを移動用として使用する場合に
は、無指向性アンテナが上方に突起するので、その扱い
が難しくなる欠点があった。

本発明は、これらの欠点を解決し、主ビームの指向性
パターンを形成するためのコラムアレイの一部を用い
て、サイドローブ抑圧用のパターンを併せて形成し、効
果的にサイドローブを抑圧することができる電子走査ア
ンテナを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、円筒状に配置された複数のコラムアレイ
と、送受信部の出力する主ビーム電力を分配する第一の
電力分配器と、この第一の電力分配器をコラムアレイに
選択的に接続するスイッチマトリクスと、このスイッチ
マトリクスを制御して指向性パターンが走査できるコラ
ムアレイを選択させる制御部とを備えた電子走査アンテ
ナにおいて、 送受信部に接続された第二の電力分配器と、この第二
の電力分配器とスイッチマトリクスとを各コラムアレイ
に対して切替接続するスイッチ回路と備え、制御部は、
第二の電力分配器およびスイッチ回路とサイドローブ抑
圧ビームを発生するように切替制御する手段を含むこと
を特徴とする。

前記切替制御する手段は、コラムアレイのうちの等間
隔の位置にある３以上と第二の電力分配器とを接続する
手段を含むことができる。

前記切替制御する手段は、コラムアレイのうちのほぼ
等間隔の位置にある３個と第二の電力分配器とを接続す
る手段を含み、スイッチマトリクスにより第一の電力分
配器と接続されるコラムアレイは、３個のコラムアレイ
のうちの２個の間の全部であるのが好ましい。

〔作用〕

本発明では、主ビームの指向性パターンを形成するた
め円筒状に配置された複数のコラムアンテナにサイドロ
ーブ抑圧用のパターンをも同時に形成し、指向性パター
ンとほぼ同期して円筒状のコラムアレイの円周方向にビ
ーム走査を行う。このそれぞれほぼ同期する指向性パタ
ーンとサイドローブ抑圧用パターンとの垂直面の形状お
よび放射中心の高さが同一であるので、大地による反射
で生ずるロービングがほぼ同じになる。この場合、ロー
ビング現象が生じても、サイドローブ抑圧用パターンの
利得が指向性パターンのサイドローブより高くなるの
で、サイドローブが抑圧される。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。第
１図は、本発明一実施例の構成図であり、第２図は、同
実施例の詳細図である。第３図は実施例の放射パターン
特性図であり、第４図は円筒状に配置されたコラムアレ
イの作動説明図である。

第１図に示す実施例のアンテナは、円筒状に配置され
た複数のコラムアレイ１−１ないし１−48（ここでコラ
ムアレイの数をＮとするとき、N/3が２のべき乗となる
正の整数すなわち48である）と16個のSP3Tスイッチ21−
１ないし21−16とバットラーマトリクス23とを含むスイ
ッチマトリクス３と、移相器25−１ないし25−16および
分配器26Aとを含む第一の電力分配器４と、送受信部６
およびこの送受信部６の入出力の分岐結合を行う分岐結
合器6Aと制御部７とを配置し、第一の送受信系を構成し
ている。

制御部７は、スイッチマトリクス３をコラムアレイ１
−１ないし１−16に第一の電力分配器４を接続するよう
に選択制御し、送信時にはこのコラムアレイ１−１ない
し１−16により指向性パターンの主ビームを送出させ
る。分岐結合器6Aは送信時に送受信部６の送出する主ビ
ーム電力を第一の電力分配器４に分岐し、受信時にはコ
ラムアレイが受信した電力を第一の電力分配器４を介し
て入力しこれを送受信部６に結合して送出するものであ
る。

ここに本発明の特徴とするところは、送受信部６に分
岐結合器6Aを介して接続され、16極に切替えられる多極
切替スイッチ９−１ないし９−３と分配器10とを含む第
二の電力分配器５と、この第二の電力分配器５とスイッ
チマトリクス３とを各コラムアレイ１−１ないし１−48
のいずれかに切替接続を行う二極切替スイッチ８−１な
いし８−48を含むスイッチ回路２とを備え、制御部７は
第４図に示す互いに等間隔にある３個のコラムアレイ１
−17、１−33および１−48（いずれも黒色で表示されて
いる）に第二の電力分配器５をそれぞれ接続し、スイッ
チマトリクス３が制御部７によりあらかじめ矢印Ａで示
す指向性方向に対するよう第一の電力分配器４と接続さ
れたコラムアレイ１−１ないし１−16（斜線が付してあ
る）は、前記３個のうちの２個のコラムアレイ１−17と
１−48との間に全部あることである。このように、スイ
ッチ回路２の給電側の他の一方には、第二の電力分配器
５を接続しており、分岐結合器6Aに接続されて第二の送
受信系を構成している。

送受信部６は、受信時において分岐結合器6Aを介して
第一および第二の送受信系の受信信号の振幅比較処理を
行い、第二の送受信系からの信号すなわち、サイドロー
ブ抑圧用のパターンからの入力信号レベルが高い時には
信号を抑圧するように動作することにより、サイドロー
ブ抑圧を行っている。また、本実施例が二次監視レーダ
ーアンテナの場合は、送信時にも送受信部６から第一お
よび第二の送受信系統に所定の信号を送出することによ
り、航空機のトランスポンダでサイドローブ抑圧処理が
なされる。

なお、制御部７はスイッチ回路２、スイッチマトリク
ス３および第二の電力分配器５に用いているスイッチの
制御と第一の電力分配器４に用いている移相器の制御と
を行い、所定のビーム形成とビーム走査を行う。また、
制御部７は送受信部６の送受信タイミング制御を行って
おり、ビーム走査と送受信との同期をとっている。

次に、本実施例の動作について第２図を用いて説明す
る。本実施例は送信と受信とは可逆的であるので、送信
の場合について説明する。第２図において、送受信部６
から分岐結合器6Aを介して第一の電力分配器４に入力さ
れた信号は、従来例と同様の動作で分配器26Aによる電
力分配および移相器25−１ないし25−16による位相調整
が行われてスイッチマトリクス３に伝送される。スイッ
チマトリクス３では、バットラーマトリクス23による信
号の並べかえおよびSP3Tスイッチ21−１ないし21−16に
よる励振開口面の選択が行われてスイッチ回路２に、信
号が伝送される。また、スイッチ回路２では、SP3Tスイ
ッチ21−１ないし21−16からの信号をコラムアレイ１−
１ないし１−48のうち、SP3Tスイッチ21−１ないし21−
16により選択された励振開口面に対応するコラムアレイ
に信号を伝送するように切替が行われる。以上により、
円周方向の1/3のコラムアレイが励振され指向性パター
ン11が形成される。残りの円周方向の2/3のコラムアレ
イについては第二の電力分配器５の信号を伝送できるよ
う、スイッチ回路２の切替が行われる。

一方、送受信部６から分岐結合器6Aを介して第二の電
力分配器５に入力された信号は、分配器10により、三つ
に電力分配され、多極切替スイッチ９−１ないし９−３
に入力されて、この３個の多極切替スイッチ９−１ない
し９−３から所定の３本のコラムアレイにサイドローブ
の抑圧用の信号が伝送される。

第二の電力分配器５から出力される信号は、スイッチ
回路２を経由して指向性の主ビームを形成するためのコ
ラムアレイを避け、円周方向の2/3をほぼ３等分する位
置の３本のコラムアレイに伝送される。

前述のようにコラムアレイの数を48とし、円筒の直径
を約７λ（λは波長を示す）とした場合の、放射パター
ン特性を第３図に示す。

第３図における指向性パターン11は第４図のコラムア
レイ１−１ないし１−16を所定の開口分布で励振した時
に形成される水平面内放射パターンであり、サイドロー
ブ抑圧用パターン12は第４図のコラムアレイ１−17、１
−33、１−48を同相かつ同振幅で励振した時に形成され
る水平面内放射パターンである。サイドローブ抑圧用パ
ターン12は励振したコラムアレイ１−17、１−33、１−
48の間隔が離れているため、リップルが生ずるが、円筒
上の表面波伝搬やコラムアレイの製造上の誤差等によ
り、リップルの谷は指向性パターンのサイドローブレベ
ルより高利得に設定できる。

なお、ビーム走査は、第３図に示す放射パターンの円
周方向の関係を維持したまま、第１図のスイッチ回路
２、スイッチマトリクス３、第一の電力分配器４および
第二の電力分配器５を制御部７で制御することにより行
われる。

以上説明した実施例では、コラムアレイ48本のうち円
周方向の1/3の16本のものを用いて指向性ビームを形成
した例である。スイッチマトリクス３にバットラーマト
リクス23を用いたものでは、円周方向のコラムアレイの
1/4を用いて指向性ビームを形成することができる。こ
の場合は、励振しない残りの3/4のコラムアレイのうち
の４本にサイドローブ抑圧用パターンを形成させること
ができる。

また、スイッチマトリクス３のバットラーマトリクス
23の替わりに例えば100度（円周の5/18に相当）の角度
の指向性ビームを形成する構成のものがあるが、この場
合にも同様に残りの開口を用いて本発明の方式を適用で
きることはもちろんである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、指向性パターン
とサイドローブ抑圧用のパターンとを同時に円筒状のコ
ラムアレイ上に形成することにより、アンテナの高さを
低くでき、大地による反射で生ずるロービングがほぼ同
じになり、ロービング現象があってもサイドローブ抑圧
用パターンの利得が指向性パターンのサイドローブより
高くなるので、サイドローブ抑圧性能を著しく向上でき
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の構成図。 第２図は同実施例の詳細図。 第３図は本実施例の放射パターン特性図。 第４図はコラムアレイの作動説明図。 第５図は従来例アンテナの外観概要図、（ａ）は平面
図、（ｂ）は正面図。 第６図は従来例の放射パターン特性図。 第７図は従来例の詳細図。 第８図はトランスファースイッチの接続状態図。 １−１〜１−48、20−１〜20−24……コラムアレイ、２
……スイッチ回路、３、24……スイッチマトリクス、４
……第一の電力分配器、５……第二の電力分配器、６、
27……送受信部、6A……分岐結合器、７……制御部、８
−１〜８−48……二極切替スイッチ、９−１〜９−３…
…多極切替スイッチ、10、26A……分配器、11、15……
指向性パターン、12、16……サイドローブ抑圧用パター
ン、13……円筒状のコラムアレイ構造、14……無指向性
のアンテナ、21−１〜21−16……SP3Tスイッチ、22−１
〜22−12……トランスファースイッチ、23……バットラ
ーマトリクス、25−１〜25−16……移相器、26……電力
分配器、28……トランスファースイッチ、Ａ、Ｂ……矢
印。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒状に配置された複数のコラムアレイ
   と、 送受信部の出力する主ビーム電力を分配する第一の電力
   分配器と、 この第一の電力分配器を前記コラムアレイに選択的に接
   続するスイッチマトリクスと、 このスイッチマトリクスを制御して指向性パターンが走
   査できるコラムアレイを選択させる制御部と を備えた電子走査アンテナにおいて、 前記送受信部に接続された第二の電力分配器と、 この第二の電力分配器と前記スイッチマトリクスとを前
   記各コラムアレイに対して切替接続するスイッチ回路と を備え、 前記制御部は、前記第二の電力分配器および前記スイッ
   チ回路とサイドローブ抑圧ビームを発生するように切替
   制御する手段を含む ことを特徴とする電子走査アンテナ。
2. 【請求項２】前記切替制御する手段は、 前記コラムアレイのうちの等間隔の位置にある３以上と
   前記第二の電力分配器とを接続する手段を含む 請求項１記載の電子走査アンテナ。
3. 【請求項３】前記切替制御する手段は、 前記コラムアレイのうちのほぼ等間隔の位置にある３個
   と前記第二の電力分配器とを接続する手段を含み、 前記スイッチマトリクスにより前記第一の電力分配器と
   接続される前記コラムアレイは、前記３個のコラムアレ
   イのうちの２個の間の全部である 請求項１記載の電子走査アンテナ。