JP2685117B2 - 電子走査アンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モノパルス・レーダ用
の電子走査アンテナに関し、特に高仰角域の捜索及び追
尾用のアンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】モノパルス・レーダ用のアンテナは、送
信用に和ビームを形成し、受信用に和ビームと差ビーム
を同時に形成する方式が一般的である。差ビームの形成
は、方位方向又は高低方向の何れか一方、あるいは両方
同時に行なう方式が多く、用途により使い分けられてい
る。

【０００３】従来のモノパルス・レーダ用の回路を図を
用いて説明する。図７に示すアンテナは、放射器１０２
を４分割し、ハイブリッド回路１０３および合成器１０
４により和ビーム出力１０５、差ビーム出力１０６およ
び差ビーム出力１０６に直交する差ビーム出力１０７を
同時に得ることができる。

【０００４】これらのビームの概念を図８に示す。図８
はビームを放射方向から見た図であり、和ビーム出力１
０５から得られる和ビーム１０５Ａ、差ビーム出力１０
６から得られる差ビーム１０６Ａ、及び差ビーム出力１
０７から得られ、差ビーム１０６Ａに直交する差ビーム
１０７Ａにより受信ビームが構成されている。

【０００５】なお、送信は、和ビーム出力１０５から送
信信号を入力することにより行なわれる。また図７にお
いて、Σは同相で合成する（和をとる）ことを意味し、
△は逆相（位相差１８０度）で合成する（差をとる）こ
とを意味している。

【０００６】放射器１０２をホーンアンテナで構成し、
反射鏡と組合わせた例や放射器１０２をアレイアンテナ
とした例などがある。

【０００７】次に、アレイアンテナの例として、和ビー
ムと差ビームの各々を最適化できる回路を有する従来技
術の例を図９および図１０示す。

【０００８】図９の例は、素子アンテナ１０８を直線状
に配列し、移相器１０９により素子アンテナ１０８の励
振および受信位相を制御してビーム走査を行なう。また
分配合成器１１１により送信和ビームと受信和ビームを
形成するのに最適な重み付けを行ない、分配合成器１１
１と合成器１１２により受信差ビームを形成するのに最
適な重み付けを行なう構成としている。和ビームと差ビ
ームの形成に最適な重み付けの例を図１１に示す。和ビ
ーム用の重み付けにはテイラー分布に近い形状の重み付
け１２５を用い、差ビーム用の重み付けはベイリス分布
に近い形状の重み付け１２６を用いることが多い。

【０００９】図１０の例は、円形状のアレイアンテナの
例であり、アクティブ・フェーズド・アレイアンテナに
おいて和ビームおよび差ビームを形成する例を示してい
る。（特開昭６３−２６８３０１号「アレイアンテ
ナ」）。図１０の例は円形状アレイ１１５にスイッチ１
１６を設け、円周方向をビーム走査するものであり、分
配器１１７により受信信号を２分配し、和ビーム用の重
み付けを可変減衰器１１８で行ない、合成器１１９で合
成し和ビーム出力１２０に出力する。また、差ビームは
０／π移相器１２１で円形アレイの励振範囲を２分し
て、相対的に０度と１８０度の位相差をつけ、差ビーム
用の重み付けを可変減衰器１２２で行ない、合成器１２
３で合成し差ビーム出力１２４に出力する。

【００１０】高仰角域の捜索・追尾用のアンテナとして
は図７に示した構成のアンテナをジンバル等のマウント
に乗せて機械的にビーム走査を行なう例（特開平４−３
１５３０１号）「揺動補償型アンテナ装置」）や円形状
のアレイアンテナのアンテナ素子を上方に傾けた例（特
開昭６３−８５４７４号「高仰角目標の方位探知装
置」）などがある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したようにモ
ノパルス・レーダ用のアンテナは種々の方式があるが、
衛星追尾やミサイル防空の用途では、高い信頼性を有
し、測角精度の高いアンテナ方式が求められており、従
来の技術では以下に示す問題点があった。

【００１２】即ち、機械的ビーム走査では、機械的部分
の損耗により維持コストが高く、信頼性が不充分であ
り、追尾速度の点で瞬時に他の方向に切替えることがで
きないなどの問題点があった。これにより電子走査化が
望まれているが、図１２のビーム走査概念図に示すよう
に従来の電子走査アンテナ１２７を天頂に向けただけで
はビーム走査（図１２のビーム１２８〜１３０）により
ビームの傾きが大きくなる角度領域（図１２のビーム１
２９）が生ずる問題があった。

【００１３】また、方位と仰角の差ビームが逆転する角
度領域（図１２のビーム１３０）が生ずるので、大地を
基準として平面投影で管制又は監視することが一般的と
なっているレーダシステムでは方位角、仰角の逆転やビ
ームの傾きなどの状態の変化を判定して測角を行なう機
能を付加する必要があり、モノパルス測角処理が複雑に
なる問題があった。

【００１４】なお、図１２においては、説明のため各ビ
ームとも差ビーム１本のみを示しており、図に示した差
ビームと直交する他の差ビームを省略し、和ビームも省
略して図を簡潔にしてある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、放射状に配列
された複数のサブアレイから構成される電子走査アンテ
ナにおいて、送信系に少なくとも移相器を有し、受信系
に少なくとも可変減衰器と移相器とを有する複数の送受
信モジュールと、該各送受信モジュールに励振信号を分
配する第１の分配器と、前記各々の送受信モジュールか
らの受信信号を合成する第１の合成器とを前記サブアレ
イ内に設け、かつ、該各々のサブアレイに励振信号を分
配する第２の分配器を接続させて送信系を構成し、又該
各サブアレイに第３の分配器を接続させて前記受信系か
らの受信信号を３分配し、この３分配したうちの１出力
端に第２の合成器を接続して和ビームの受信系を構成
し、更に他の２出力端のそれぞれを、相対的に０度と１
８０度の位相切替を行なう０／π移相器を介して第３と
第４の合成器に接続させ、該０／π移相器を所定の値に
制御することにより互いに直交してなる２系統の差ビー
ムの受信系を構成し、更に前記サブアレイおよび前記０
／π移相器を制御する制御器を有している。

【００１６】また、他の手段として、放射状に配列され
た複数のサブアレイから構成される電子走査アンテナに
おいて、前記サブアレイ内に設けられた複数の送受信モ
ジュールには、少なくとも移相器と、該移相器を通した
受信信号を３分配する第１の分配器と、該第１の分配器
で３分配されたうちの１出力端に設けた可変減衰器と、
更に、他の２出力端のそれぞれに可変減衰器及び相対的
に０度と１８０度の位相切替を行なう０／π移相器とを
設け、かつ、該送受信モジュールの各々に励振信号を分
配する第２の分配器と、前記各々の送受信モジュールか
らの３系統の受信信号をそれぞれ合成する第１、第２、
第３の合成器とを該サブアレイに設け、更に、それぞれ
のサブアレイへの励振信号の分配を行なう第３の分配器
と、前記サブアレイからの受信信号の合成を行なう第
４、第５、第６の合成器とを有し、送信系、受信和ビー
ム系、及び互いに直交する２系統の受信差ビーム系をそ
れぞれ構成させ、かつ前記サブアレイに該サブアレイを
制御する制御器を有している。

【００１７】

【作用】以上述べた手段により、複数のサブアレイの各
々を差ビーム形成時に相対的にＯ度、１８０度の何れか
一方に自由に設定することができるので、アンテナの垂
直軸を天頂方向に設定した場合、ビーム走査時に差ビー
ムの水平、垂直関係を維持することができる。

【００１８】

【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明の第１の実施例の電子走査アンテナの
系統図であり、図２は電子走査アンテナ１６の開口面か
ら見たときのサブアレイ１−１〜１−８の配置を示す図
である。

【００１９】図１において、放射状に配列されたサブア
レイ１−１〜１−８にはＮ台の送受信モジュール２−１
〜２−Ｎ（ここでＮは正の整数）と、励振信号をＮ分配
する分配器３と、送受信モジュール２−１〜２−Ｎから
の受信信号を合成する合成器４を設けてある。なお、送
受信モジュールの制御を行なう制御系、並びに送受信モ
ジュールに電源を供給する電源系については図１では省
略している。

【００２０】送信時は、励振入力１１から入力された励
振信号が分配器５により８分配され、各サブアレイに供
給されて、各サブアレイ内の送受信モジュール２−１〜
２−Ｎで位相設定及び電力増幅されて所定の方向に送信
和ビームを形成する。

【００２１】一方受信時は、各サブアレイ内の送受信モ
ジュール２−１〜２−Ｎで低雑音増幅、振幅設定及び位
相設定されて分配器６−１〜６−８に受信信号が入力さ
れる。分配器６−１〜６−８は受信信号を３分配し、受
信信号はそれぞれ合成器８〜１０に出力される。受信和
ビーム信号は、合成器８で形成され受信（Σ）出力１２
に出力される。受信差ビーム信号については、互いに直
交するビームを作るため０／π移相器７−１〜７−１６
により、各サブアレイ１−１〜１−８毎に相対的に０度
または１８０度の位相遅延を与えられて合成器９により
一方の受信差ビーム信号が受信（Δ−ＡＺ）出力１３に
出力され、合成器１０により他方の受信差ビーム信号が
受信（Δ−ＥＬ）出力１４に出力される。

【００２２】なお、ここでは差ビームが互いに直交して
いることを明示するため、仮に方位差ビームを意味する
Δ−ＡＺ、並びに仰角差ビームを意味するΔ−ＥＬを用
いている。

【００２３】これらの動作は、制御器１５によりサブア
レイ１−１−〜１−８及び０／π移相器７−１〜７−１
６を制御して行なわれる。

【００２４】次に、受信差ビームを形成する一例を具体
的に示す。図２に示すサブアレイ１−１〜１−４の出力
を０／π移相器７−１、７−３、７−５、７−７で０度
に設定し、サブアレイ１−５〜１−８の出力を０／π移
相器７−９、７−１１、７−１３、７−１５で１８０度
に設定することにより受信（Δ−ＡＺ）出力１３から差
ビーム信号が得られる。また、ほぼ同時にサブアレイ１
−１、１−２、１−７、１−８の出力を０／π移相器７
−２、７−４、７−１４、７−１６で０度に設定し、サ
ブアレイ１−３、１−４、１−５、１−６の出力を０／
π移相器７−６、７−８、７−１０、７−１２で１８０
度に設定することにより受信（Δ−ＥＬ）出力１４から
受信（Δ−ＡＺ）出力とは直交する差ビーム出力が得ら
れる。

【００２５】以上の例は、図２において、サブアレイ１
−１と１−８及びサブアレイ１−４と１−５の境界線を
含む面内にナルを有する差ビームと、サブアレイ１−２
と１−３及びサブアレイ１−６と１−７の境界線を含む
面内にナルを有する差ビームを形成する。

【００２６】同様に、図２を紙面上から見て４５°右回
りの方向に回すときは、以下の設定を行なう。

【００２７】図２のサブアレイ１−２〜１−５の出力を
０／π移相器７−３、７−５、７−７、７−９で０度に
設定し、サブアレイ１−６〜１−８及び１−１の出力を
０／π移相器７−１１、７−１３、７−１５、及び７−
１で１８０度に設定することにより受信（Δ−ＡＺ）出
力１３から差ビーム信号が得られる。また、ほぼ同時に
サブアレイ１−１〜１−３、及び１−８の出力を０／π
移相器７−２、７−４、７−６、及び７−１６で０度に
設定し、サブアレイ１−４〜１−７の出力を０／π移相
器７−８〜７−１４で１８０度に設定することにより受
信（Δ−ＥＬ）出力１４から受信（Δ−ＡＺ）出力とは
直交する差ビーム出力が得られる。

【００２８】以上説明したように順次設定を変更するこ
とにより、サブアレイの境界のある４５度毎に傾きのな
いビームが得られる。また４５度の中間にビームを指向
させる場合は、次に示す送受信モジュール内の移相器を
用いて±２２．５°のビーム走査を行なう。

【００２９】次に、本発明の電子走査アンテナに用いて
いる送受信モジュールの一例について図３を用いて説明
する。図３のスイッチ２２−１〜２２−３は受信時の設
定で示してある。

【００３０】送信時には、励振入力２４から入力された
励振信号はスイッチ２２−２を通り、移相器２１で所定
の位相に設定され、スイッチ２２−１を通って電力増幅
器１８により電力増幅されて、スイッチ２２−３を通っ
て素子アンテナ１７から空間に放射される。一方、受信
時には素子アンテナ１７からの受信信号はスイッチ２２
−３を通り低雑音増幅器１９により低雑音増幅され、可
変減衰器２０により所定の振幅に設定され、スイッチ２
２−２を通って移相器２１により所定の位相に設定され
てスイッチ２２−１を通って受信出力２３に出力され
る。

【００３１】以上説明した第１の実施例は、８台のサブ
アレイを放射状に配置し、０／π移相器を各々のサブア
レイに設け、送受信モジュール内に移相器及び減衰器を
設け、これらに対してビーム方向に応じた制御を行なう
ので、開口面を天頂方向に向けた場合、方位方向に４５
度毎に傾きの無いビームが得られる。この様子を図４の
ビーム走査概念図に示す。図４において、本発明の電子
走査アンテナ１６は、天頂方向に向いておりビーム２５
〜２７は円錐状に走査している様子を示す。また図４に
おいては、説明のため各ビーム２５〜２７とも受信差ビ
ーム１本のみ示している。

【００３２】なお、４５度の中間はビームの傾きが生ず
るが、わずかである。また、第１の実施例では８分割し
ているが分割数を増すことによりさらにビームの傾きを
小さくできる。

【００３３】次に本発明の第２の実施例について説明す
る。

【００３４】図５は第２の実施例の電子走査アンテナを
示す系統図であり、図６は送受信モジュールの系統図で
ある。

【００３５】図５において、サブアレイ２８−１〜２８
−８は、各々Ｎ台の送受信モジュール２９−１〜２９−
Ｎと励振信号分配用の分配器３０と受信信号合成用の合
成器３１〜３３とを含んでいる。また、第１の実施例と
同様に制御・電源系については図５では省略している。

【００３６】送信時は、励振入力１１から励振信号を入
力し、分配器５で８分配して各サブアレイ２８−１〜２
８−８に分配され、サブアレイ内の分配器３０でＮ分配
されて各送受信モジュール２９−１〜２９−Ｎで所定の
位相に設定され、電力増幅されて所定方向に送信和ビー
ムを形成する。

【００３７】一方、受信時は各サブアレイ内の送受信モ
ジュール２９−１〜２９−Ｎで低雑音増幅及び位相設定
された受信信号は受信和ビーム及び２系統の受信差ビー
ムに分割され、各々最適な重み付けで並びに受信差ビー
ムについては差ビーム形成のための０度又は１８０度の
位相遅延が行なわれて、合成器３１〜３３でサブアレイ
毎に合成される。各サブアレイ２８−１〜２８〜８の受
信信号出力は、合成器８〜１０により合成され、それぞ
れ受信（Σ）出力１２、受信（Δ−ＡＺ）出力１３、受
信（Δ−ＥＬ）出力１４に出力される。また、制御器１
５は送受信モジュール２９−１〜２９−Ｎを制御し、所
定のビーム方向設定及びビーム形状設定を行なう。

【００３８】次に図６を用いて送受信モジュール２９−
１〜２９−Ｎの一例について説明する。送信系について
は、図３と同様であるので説明は省略する。

【００３９】受信時には、素子アンテナ１７から入力さ
れた受信信号は低雑音増幅器１９により低雑音増幅さ
れ、移相器２１により所定の位相に設定された後、分配
器３４で３分配される。受信和ビーム用信号については
可変減衰器３５により所定の振幅に設定されて、受信
（Σ）出力３７に出力される。受信差ビーム用信号につ
いては２系統あり、それぞれ互いに直交する差ビームが
合成後に形成されるように可変減衰器３５及び０／π移
相器３６により所定の振幅設定及び位相遅延が与えられ
て、受信（Δ−ＡＺ）出力３８及び受信（Δ−ＥＬ）出
力３９に出力される。

【００４０】第２の実施例の場合は、第１の実施例のビ
ームの傾きを小さくするだけでなく、送受信モジュール
毎に受信差ビーム用の信号を２系統別々に振幅設定する
ので和ビームだけでなく、差ビームについても低サイド
ローブ化を図ることができる特長がある。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、天頂に向
けて高仰角域を捜索・追尾するときに差ビームの方位角
と仰角方向の関係を維持できるとともに、ビームの傾き
も小さくできるので、従来機械的ビーム走査で行なって
いた高仰角域の捜索・追尾を電子走査のみで行なうこと
ができ信頼性の向上と追尾速度の向上を図ることができ
る効果がある。また、方位角と仰角の逆転がなく、ビー
ムの傾きも小さくなるのでモノパルス測角処理が簡潔に
なるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す電子走査アンテナ
の系統図である。

【図２】本発明の実施例のサブアレイ配置を示す図であ
る。

【図３】送受信モジュールの系統図である。

【図４】本発明にかかわるビーム走査概念図である。

【図５】本発明の第２の実施例の電子走査アンテナの系
統図である。

【図６】本発明の第２の実施例の送受信モジュールの系
統図である。

【図７】従来のモノパルス・レーダ用のアンテナの系統
図である。

【図８】従来のモノパルス・レーダ用のアンテナのビー
ム形成の概念を示す図である。

【図９】従来のモノパルス・レーダ用のアンテナの系統
図である。

【図１０】従来のモノパルス・レーダ用のアンテナの系
統図である。

【図１１】和ビーム、差ビーム形成の重み付けを示す図
である。

【図１２】従来技術によるアンテナのビーム走査概念図
である。

【符号の説明】 １−１〜１−８、２８−１〜２８−８ サブアレイ ２−１〜２−Ｎ、２９−１〜２９−Ｎ 送受信モジュー
ル ３、５、６−１〜６−８、３０、３４、１１７ 分配器 ４、８、９、１０、３１、３２、３３、１０４、１１
２、１１９、１２３ 合成器 ７−１〜７−１６、３６、１２１ ０／π移相器 １１ 励振入力 １２、３７ 受信（Σ）出力 １３、３８ 受信（Δ−ＡＺ）出力 １４、３９ 受信（Δ−ＥＬ）出力 １５ 制御器 １６、１２７ 電子走査アンテナ １７、１０８ 素子アンテナ １８ 電力増幅器 １９ 低雑音増幅器 ２０、３５、１１８、１２２ 可変減衰器 ２１、１０９ 移相器 ２２−１〜２２−３、１１６ スイッチ ２３ 受信出力 ２４ 励振入力 ２５、２６、２７、１２８、１２９、１３０ ビーム １０２ 放射器 １０３、１１４ バイブリッド回路 １０５、１２０ 和ビーム出力 １０６、１０７、１２４ 差ビーム出力 １１１ 分配合成器 １１３ 無反射終端器 １１５ 円形状アレイ １２５、１２６ 重み付け

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放射状に配列された複数のサブアレイか
   ら構成される電子走査アンテナであって、送信系に少な
   くとも移相器を有し、受信系に少なくとも可変減衰器と
   移相器とを有する複数の送受信モジュールと、該各送受
   信モジュールに励振信号を分配する第１の分配器と、前
   記各々の送受信モジュールからの受信信号を合成する第
   １の合成器とを前記サブアレイ内に設け、かつ、該各々
   のサブアレイに励振信号を分配する第２の分配器を接続
   させて送信系を構成し、又該各サブアレイに第３の分配
   器を接続させて前記受信系からの受信信号を３分配し、
   この３分配したうちの１出力端に第２の合成器を接続し
   て和ビームの受信系を構成し、更に他の２出力端のそれ
   ぞれを、相対的に０度と１８０度の位相切替を行なう０
   ／π移相器を介して第３と第４の合成器に接続させ、該
   ０／π移相器を所定の値に制御することにより互いに直
   交してなる２系統の差ビームの受信系を構成し、更に前
   記サブアレイおよび前記０／π移相器を制御する制御器
   を有することを特徴とする電子走査アンテナ。
2. 【請求項２】 放射状に配列された複数のサブアレイか
   ら構成される電子走査アンテナであって、前記サブアレ
   イ内に設けられた複数の送受信モジュールには、少なく
   とも移相器と、該移相器を通した受信信号を３分配する
   第１の分配器と、該第１の分配器で３分配されたうちの
   １出力端に設けた可変減衰器と、更に、他の２出力端の
   それぞれに可変減衰器及び相対的に０度と１８０度の位
   相切替を行なう０／π移相器とを設け、かつ、該送受信
   モジュールの各々に励振信号を分配する第２の分配器
   と、前記各々の送受信モジュールからの３系統の受信信
   号をそれぞれ合成する第１、第２、第３の合成器とを該
   サブアレイに設け、更に、それぞれのサブアレイへの励
   振信号の分配を行なう第３の分配器と、前記サブアレイ
   からの受信信号の合成を行なう第４、第５、第６の合成
   器とを有し、送信系、受信和ビーム系、及び互いに直交
   する２系統の受信差ビーム系をそれぞれ構成させ、かつ
   前記サブアレイに該サブアレイを制御する制御器を有す
   ることを特徴とする電子走査アンテナ。