JP2581210B2

JP2581210B2 - フェーズドアレイレーダ装置

Info

Publication number: JP2581210B2
Application number: JP1075554A
Authority: JP
Inventors: 弘横山
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1989-03-28
Filing date: 1989-03-28
Publication date: 1997-02-12
Anticipated expiration: 2012-02-12
Also published as: JPH02253181A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はレーダ装置、特にフェーズドアレイレーダ装
置に関し、より詳しくは円筒状の電子走査アンテナを用
いたフェーズドアレイレーダ装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種のレーダ、すなわち円筒状の電子走査ア
ンテナを用いるフェーズドアレイレーダは、円形または
円筒状アレイの一部を励振し、スイッチ制御によって１
本の放射ビームを円周方向に走査している。

この方式の従来技術の例を第６図に示す。第６図に示
す従来のフェーズドアレイレーダの例は、円筒状に配列
された24個のアンテナ素子20−１〜20−24と、８個のSP
3T（Single Pole3 Throw）スイッチ21−１〜21−８及び
バットラーマトリックス23から成るスイッチマトリック
ス24と、８個の移相器25−１〜25−８と、電力分配器26
と、送受信部27により構成されている。

以下、第６図のレーダの動作について説明する。

SP3Tスイッチ21−１〜21−８が、第６図に示す接続状
態にあるとき（すなわち、各SP3Tスイッチの３つの切り
替え位置のうちの図中左側の切り替え位置にあると
き）、計24個のアンテナ素子のうちの８個のアンテナ素
子、すなわちアンテナ素子20−１〜20−８が励振され、
アンテナ素子20−１〜20−８により構成される扇状部分
の中心を通る半径方向に、単一のビームが形成される。
このとき、バットラーマトリックス23は、電力分配器26
の出力電力が所定のアンテナ素子に分配されるように制
御される。

移相器20−１〜25−８は、主にアンテナ素子20−１〜
20−24が円形状に配列されていることによりアンテナ開
口面に生ずる励振移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
を各アンテナ素子に与えるためのものである。なお、第
６図においては、スイッチマトリックス24と移相器25−
１〜25−８を制御する制御部は省略してある。また、ス
イッチマトリックス24とアンテナ素子20−１〜20−24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。すなわち、24個のアンテナ素子20−１〜20−24は、
各SP3Tスイッチ21−１〜21−８の３つの切り替え位置に
関し、３分割されるものであって、アンテナ素子20−１
〜20−８は、それぞれ上述した図中左側の、またアンテ
ナ素子20−９〜20−16は図中中央の、更にアンテナ素子
20−17〜20−24は図中右側の、それぞれの切替端子に接
続されるが、第６図では、この点について、一部図示が
省略されている。

ビーム走査を行うときは、このような接続関係のSP3T
スイッチ21−１〜21−８のスイッチの状態を順次切り替
えて行くと共に、バットラーマトリックス23の中のトラ
ンスファスイッチ22−１〜22−12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わ
ることなく、ビームを円周方向に走査することができ
る。また、使用トランスファスイッチについては、トラ
ンスファスイッチの機能説明のための第７図は参照符号
28を付して示すように、外部からの制御信号により、接
続状態を第７図（ａ）と第７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〕

上述した従来の円形状のアレイは、任意の方向にビー
ムを指向できると共に高速でビーム走査できる特徴があ
るが、しかし、励振される素子がアンテナ全開口の一部
であるためにアンテナ開口の利用効率が低いという欠点
がある。

また、レーダシステムにおいては、任意の方向に臨時
にビームを指向させ、追尾しながら捜索するなどの機能
を持たせることが重要であるが、第６図に示したもので
は単一のビームが形成され（例えば、既述したように、
アンテナ素子20−１〜20−８の扇状部分の中心を通る半
径方向に、単一のビームが形成される）、このように、
単一ビームであるため、全角度範囲を捜索する場合デー
タレートの向上には限界があり、上記の特徴、すなわち
高速なビーム走査機能を十分には生かし切れないという
欠点がある。

本発明の目的は、上記欠点を除去し、アンテナ開口を
有効利用し、複数のビームを同時形成することによりデ
ータレートを向上させることのできる円筒状のフェーズ
ドアレイレーダ装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、複数のアンテナ素子と複数の移相器とをそ
れぞれ組み合わせてなる複数のモジュールと、複数のモ
ジュールに電力を供給するための電力分配器とを備えて
なる複数のコラムアレイを円筒状に配列し、前記複数のコラムアレイのそれぞれに電力を切り替え
及び分配するスイッチマトリックス及び電力分配器並び
に送受信部を備え、前記移相器と前記スイッチマトリックスを制御してビ
ーム走査を行うフェーズドアレイレーダ装置であって、前記スイッチマトリックスと前記電力分配器並びに送
受信部を複数備え、前記複数のスイッチマトリックスから１つを選択して
コラムアレイに接続するコラムアレイと同数のスイッチ
と、複数の送受信部の動作周波数を互いに異なる周波数に
設定する手段とを有することを特徴としている。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は、本発明の一実施例を示すブロック図であ
る。また、第２図は第１図の実施例のコラムアレイを詳
細に示すブロック図、第３図は第１図の実施例の動作説
明のための系統図である。なお、第１図，第２図及び第
３図においては、構成要素を全数表すと繁雑になるた
め、同一機能のものについては一部記載を省略してあ
る。

第１図に示す実施例では、円筒状に配列された複数の
コラムアレイ１−１〜１−Ｎ（ここで、Ｎは正の整数を
示す）と、その給電側に接続されたSP3Tスイッチ２−１
〜２−Ｎと、さらにその給電側に第６図に示したと同様
なスイッチマトリックス３−１〜３−３を配置してい
る。

すなわち、スイッチマトリックスは複数設けられてお
り、本実施例では３個である。また、電力分配器４−１
〜４−３及び送受信部５−１〜５−３は、それぞれ上記
スイッチマトリックス３−１〜３−３に接続され、３系
統の送受信系を構成している。従って、電力分配器、送
受信部についてもそれぞれ複数設けられており、その個
数は本実施例では３個である。

ビーム制御部６は、第２図に示すようなコラムアレイ
内の複数の移相器12−１〜12−Ｍ（ここで、Ｍは正の整
数を示す）、第１図に示したSP3Tスイッチ２−１〜２−
Ｎ、スイッチマトリックス３−１〜３−３を制御し、周
波数制御部７は各送受信部５−１〜５−３の動作周波数
を制御するものである。

SP3Tスイッチ２−１〜２−Ｎは、スイッチマトリック
ス３−１〜３−３のうちの１つを選択してコラムアレイ
に接続するスイッチとして用いられ、このような接続制
御の対称となる各コラムアレイは、複数のアンテナ素子
と複数の移相器とをそれぞれ組み合わせてなる複数のモ
ジュールとこれら複数のモジュールに電力を給電するた
めの電力分配器とを備える構成となっている。

すなわち、第１図に示したコラムアレイ１−１〜１−
Ｎは、具体的には、それぞれ、第２図に示すように、複
数のアンテナ素子11−１〜11−Ｍと、先に触れた移相器
12−１〜12−Ｍと、電力分配器13とから成り、第１図の
ビーム制御部６からの制御信号により、移相器12−１〜
12−Ｍの移相が制御される。

また、前記した周波数制御部７での制御にあたって
は、複数の送受信部５−１〜５−３の動作周波数を互い
に異なるものとなるように制御する。

このように、本実施例では、複数のアンテナ素子と複
数の移相器とをそれぞれ組み合わせてなる複数のモジュ
ールと前記複数のモジュールに電力を給電するための電
力分配器とを備えて成る複数のコラムアレイを円筒状に
配列し前記複数のコラムアレイのそれぞれに電力を切り
替え及び分配するスイッチマトリックスおよび電力分配
器ならびに送受信部を備え前記移相器と前記スイッチマ
トリックスを制御してビーム走査を行うフェーズドアレ
イレーダ装置において、複数のスイッチマトリックス３
−１〜３−３と、複数のスイッチマトリックス３−１〜
３−３のうちの１つを選択して各コラムアレイに接続す
るスイッチとしてのSP3Tスイッチ２−１〜２−Ｎとスイ
ッチマトリックス３−１〜３−３および移相器12−１〜
12−Ｍを制御する手段としてのビーム制御部６と、複数
の送受信部５−１〜５−３の動作周波数を互いに異なる
周波数に設定する手段としての周波数制御部７とを有し
ている。

なお、第１図において、参照符号８は信号処理部を、
また９は表示部を示す。

次に、第３図をも用いて本実施例の動作について説明
する。なお、第３図においては、一例としてコラムアレ
イの数Ｎ、SP3Tスイッチの数Ｎを24としている。

コラムアレイに接続されているSP3Tスイッチ２−１〜
２−24が、すべて第３図に示す状態、すなわち図中の左
側の切替位置に切り替えられている状態にあるときは、
第１図の３系統のうちのスイッチマトリックス３−１に
のみ接続されるので、単一ビームが形成される。しか
し、例えば第３図に示した如くコラムアレイ１−１〜１
−８の範囲をスイッチマトリックス３−１に接続し、24
個のうちの他のコラムアレイ１−９〜１−16を第１図の
スイッチマトリックス３−２に接続すると共に、コラム
アレイ１−17〜１−24を第１図のスイッチマトリックス
３−３に接続すれば、同時に３本のビームを形成するこ
とができる。すなわち、コラムアレイ側のSP3Tスイッチ
２−１〜２−24は、任意にスイッチマトリックス３−１
〜３−３を選択でき、スイッチマトリックス３−１〜３
−３は、任意にコラムアレイ１−１〜１−24を選択でき
るので、ビーム制御部６で接続SP3Tスイッチ及びスイッ
チマトリックスを制御することにより、最大３本のビー
ムを同時に形成できる。

なお、第３図中参照符号10−１〜10−８はSP3Tスイッ
チ、14はバットラーマトリックスを示す。このようにし
て、第６図の場合のように単一ビームではなく、複数の
ビームを同時形成することができると共に、更に、下記
するような観点から、本実施例のフェーズドアレイレー
ダ装置におて、前記複数のスイッチマトリックスのうち
１つを選択するスイッチをそれぞれのコラムアレイに設
け、前記スイッチマトリックス及び移相器を制御する手
段を有すると共に、これに加えて、複数の送受信部の動
作周波数を互いに異なる周波数に設定する周波数とを有
せしめている。

一般に、レーダは電波干渉の回避などのため、複数の
動作周波数を切り替えて設定する機能を持つことが多
い。本実施例では、送受信部５−１〜５−３はいずれも
f₁〜f_KまでのＫ種の動作周波数を切り替えて設定でき、
さらに、周波数制御部７により３台の送受信部５−１〜
５−３の動作周波数が互いに異なるように設定してい
る。

周波数制御部７の一例を第４図に示す。周波数制御部
７の機能を示す第４図の例では、３台の送受信部５−１
〜５−３の動作周波数f₁〜f_Kをそれぞれ１ステップずつ
ずらして設定した周波数番号メモリ71を設け、第４図に
示した設定番号（1,2,・・・,K）を指定することによ
り、自動的に３種の相異なる動作周波数（例えば、設定
番号が「１」のときは、f₁,f₂,f₃）が選定され、３台の
送受信部５−１〜５−３に送出される。

さて、本実施例では、既に述べたように、最大３本の
ビームを同時に形成できるが、この場合、もし３本のビ
ームを同一動作周波数で使うと、隣接ビームによるレー
ダ反射信号が当該ビームのサイドローブから混入するの
で、擬目標の検出あるいはクラックなどの不要信号の増
加などを生じ、レーダの性能を著しく低下させることに
なってしまう。そこで、本実施例では、３本のビームの
同時形成でも、相互に不要な干渉を生じないように、３
本のビームを相異なる周波数で動作させることとしてお
り、そのため、送受信部５−１〜５−３の動作周波数を
上記のように互いに異ならしめている。

このように、周波数を異なるものとすれば、例えば、
送受信部の受信入力に帯域通過フィルタを設けて当該送
受信部に設定された動作周波数の信号のみを通過させ、
他の動作周波数の信号を阻止することは容易にできるか
ら、３本のビームの受信信号を互いに分離でき、従っ
て、前述した擬目標や不要信号を抑圧することができ
る。

第５図は、複数ビーム同時形成の概念を平面的に示す
説明図で、第５図（ａ）は３本を同時に形成し、かつ、
動作周波数をf₁,f₂,f₃とした場合の様子を示し、第５図
（ｂ）は２本同時形成の様子を示す。データレートは、
ビーム幅が一定の場合、ビームの数に比例するので、第
５図（ａ），（ｂ）は単一ビームに比較してそれぞれ３
倍,2倍のデータレートにできる。なお、第５図におい
て、参照符号32は励振されているアンテナ開口を示し、
33は形成されたビーム、すなわち放射ビームを示す。

また、本実施例は、アンテナ開口の３分の１を１つの
開口としているので最大のビーム数が３本であるが、SP
3TスイッチをSP4Tとし、それに対応してスイッチマトリ
ックス、分配器及び送受信部を４系統設けることによ
り、４本のビームを形成することもできる。さらに、SP
KTスイッチ（ここで、Ｋは正の整数）とＫ系統の分配器
及び送受信部とを設けることにより、Ｋ本のビームを同
時形成できる。

更にまた、本実施例によれば、円周方向のスイッチ制
御によるビーム走査だけでなく、移相器制御による垂直
方向のビーム走査ができ、複数本のビームを方位及び高
低方向に高速に走査できる。

本発明は、このように、上記実施例に限定されず、種
々の変形が可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、複数のスイッ
チマトリックスと、そのスイッチマトリックスを選択し
てコラムアレイに接続するスイッチと、複数の送受信部
と、その送受信部の動作周波数を互いに異なる動作周波
数に設定する手段とを設けることにより、円筒状の電子
走査アンテナを用いたフェーズドアレイレーダにおい
て、アンテナ開口の有効利用を可能ならしめ、複数のビ
ームを同時に形成することができる上、同時形成の場合
においても相互に不要な干渉を生じない方位マルチビー
ム方式の高データレートのレーダを実現できる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は第１図の実施例のコラムアレイの構成を詳細に
示すブロック図、第３図は第１図の実施例の動作を説明するための系統
図、第４図は周波数制御部の一例を示す機能図、第５図は第１図の実施例における複数ビーム同時形成の
概念図、第６図は従来のフェーズドアレイレーダのブロック図、第７図はトランスファスイッチの機能説明のための回路
図である。１−１〜１−Ｎ……コラムアレイ２−１〜２−N,10−１〜10−8,21−１〜21−８……SP3T
スイッチ３−１〜３−3,24……スイッチマトリックス４−１〜４−3,13,26……電力分配器５−１〜５−3,27……送受信部６……ビーム制御部７……周波数制御部８……信号処理部９……表示部 11−１〜11−M,20−１〜20−24……アンテナ素子 12−１〜12−M,25−１〜25−８……移相器 14,23……バットラーマトリックス 22−１〜22−12,28……トランスファスイッチ 32……励振されているアンテナ開口 33……放射ビーム 71……周波数番号メモリ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のアンテナ素子と複数の移相器とをそ
れぞれ組み合わせてなる複数のモジュールと、複数のモ
ジュールに電力を供給するための電力分配器とを備えて
なる複数のコラムアレイを円筒状に配列し、前記複数のコラムアレイのそれぞれに電力を切り替え及
び分配するスイッチマトリックス及び電力分配器並びに
送受信部を備え、前記移相器と前記スイッチマトリックスを制御してビー
ム走査を行うフェーズドアレイレーダ装置であって、前記スイッチマトリックスと前記電力分配器並びに送受
信部を複数備え、前記複数のスイッチマトリックスから１つを選択してコ
ラムアレイに接続するコラムアレイと同数のスイッチ
と、複数の送受信部の動作周波数を互いに異なる周波数に設
定する手段とを有することを特徴とするフェーズドアレ
イレーダ装置。