JP2699943B2 - フェーズドアレイアンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フェーズドアレイ
アンテナに関し、特に、円筒形状のアンテナ体を有する
フェーズドアレイアンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のフェーズドアレイアンテ
ナとしては、図６に示すような技術がある。図６におい
て、符号１はアンテナ体１であり、複数のコラムアレイ
１−１〜１−２４を半波長以下の間隔で円筒状に配置し
た構造になっている。具体的には、図示しない位相器を
有した送受信モジュールと素子アンテナでなるコラムア
レイ１−１〜１−２４を円筒面状に配置した構造になっ
ている。このアンテナ体１は、方位切換部８及び分配合
成器３を介して送受信部４に接続されている。

【０００３】送受信部４は、励振信号Ｓ１を分配合成器
３に送信し、または分配合成器３からの受信信号Ｓ２を
受信する部分である。分配合成器３は、方位切換部８か
らの受信信号を合成して、その合成された受信信号Ｓ２
を送受信部４に送り、また、送受信部４からの励振信号
Ｓ１を方位切換部８内のコラムアレイ切換スイッチ８０
−１〜８０−８に分配する機器である。

【０００４】方位切換部８は、アンテナ体１の励振開口
角θを切り換えるための部分であり、制御部２４からの
制御信号Ｃによって、コラムアレイ切換スイッチ８０−
１〜８０−８を切り換える。

【０００５】このような構成により、送信時には、送受
信部４からの励振信号Ｓ１を分配合成器３で分配した
後、制御部２４によって、コラムアレイ切換スイッチ８
０−１〜８０−８を切り換え、コラムアレイ１−１〜１
−２４のうちビーム方向から算出された励振開口角θ内
に位置するものを選択する。なお、図６は、コラムアレ
イ１−１〜１−８を選択した状態を示している。

【０００６】すると、励振信号Ｓ１が、選択されたコラ
ムアレイ１−１〜１−８の上記送受信モジュールに送ら
れ、その移相器で位相制御される。これにより、コラム
アレイ１−１〜１−８の素子アンテナからビームが空間
に放射される。また、受信時には、コラムアレイ１−１
〜１−２４の素子アンテナで受信した信号を送受信モジ
ュールの移相器で位相制御し、方位切換部８のコラムア
レイ切換スイッチ８０−１〜８０−８を介して分配合成
器３に送る。そして、分配合成器３でこれらの受信信号
を合成して、その合成した受信信号Ｓ２を送受信部４に
送る。

【０００７】図７は、上記動作時におけるビーム走査の
概念を示している。水平方向のビーム走査は、励振開口
角θを切り換えて行う。すなわち、図７の（ａ）に示す
ように、ビームＡを放射するときは、励振開口角θ１に
切り換え、ビームＢを放射するときは、励振開口角θ２
に切り換える。また、垂直方向のビーム走査は、送受信
モジュールの移相器を位相制御して、図７の（ｂ）に示
すように、アンテナ体の仰角方向にビームＣを放射す
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したフェ
ーズドアレイアンテナでは、大きなグレーティングロー
ブが発生するという問題がある。水平方向のビーム走査
時におけるグレーティングローブの発生は、例えば、特
開昭６３−２１７７０２号公報記載のアンテナ装置のよ
うに、ビーム方向への放射レベルの低いコラムアレイを
非励振にすることによって、励振開口角θを決定した
り、各素子アンテナの間隔を半波長以下にすることで、
抑えることができる。

【０００９】しかしながら、高仰角方向のビーム走査時
には、素子アンテナが円筒面状に配置されていることに
よる位相差が原因で、主ビーム方向以外の方向で位相が
同相となる。このため、図７の（ｂ）に示すように、グ
レーティングローブＤが発生し、これを抑えることがで
きない。このグレーティングローブＤは、ビーム走査が
高仰角になるに応じて増大してしまう。

【００１０】本発明は上記問題点にかんがみてなされた
もので、高仰角ビーム走査時におけるグレーティングロ
ーブの発生を防止することができるフェーズドアレイア
ンテナを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の本発明のフェーズドアレイアンテナは、
素子アンテナと送受信モジュールとを各々有する複数の
コラムアレイを半波長以下の間隔で円筒状に配置してな
るアンテナ体と、上記コラムアレイに接続された複数の
コラムアレイ切換スイッチを有し、これらのコラムアレ
イ切換スイッチを切り換えて所定の励振開口角に対応し
たコラムアレイを選択する方位切換部と、励振信号を上
記複数のコラムアレイ切換スイッチに各々分配可能な分
配合成器と、上記アンテナ体のビーム走査を制御するビ
ーム走査制御部と、上記ビーム走査の仰角に対応して上
記励振開口角を狭める制御信号を出力する開口制御部
と、上記開口制御部からの制御信号に基づいて、上記選
択されたコラムアレイのうち両側部に位置する複数のコ
ラムアレイへの上記励振信号の入力を遮断する信号遮断
部とを備える構成としてある。

【００１２】上記請求項１の発明によれば、励振信号
が、分配合成器によって、方位切換部の複数のコラムア
レイ切換スイッチに各々分配され、これらのコラムアレ
イ切換スイッチが切り換えられて、所定の励振開口角に
対応したコラムアレイが選択される。そして、高仰角の
ビーム走査を行う場合には、その仰角に対応して励振開
口角を大きく狭める制御信号が開口制御部から信号遮断
部に出力される。これにより、信号遮断部によって、選
択されたコラムアレイのうち両側部に位置する複数のコ
ラムアレイへの励振信号の入力が遮断され、ビーム走査
制御部によって、狭い励振開口角で高仰角のビーム走査
が行われる。

【００１３】請求項２の発明は、請求項１記載のフェー
ズドアレイアンテナにおける上記信号遮断部を、上記コ
ラムアレイ切換スイッチの切換制御により、上記選択さ
れたコラムアレイのうち両側部に位置する複数のコラム
アレイへの上記励振信号の入力を遮断する構成としてあ
る。

【００１４】上記請求項２の発明によれば、信号遮断部
によって、選択されたコラムアレイのうち両側部に位置
する複数のコラムアレイへの励振信号の入力が遮断さ
れ、励振開口角が狭められる。

【００１５】請求項３の発明は、請求項２記載のフェー
ズドアレイアンテナにおける、上記複数のコラムアレイ
切換スイッチが無反射終端器を有し、上記開口制御部
が、上記選択されたコラムアレイのうち両側部に位置す
る複数のコラムアレイに接続されたコラムアレイ切換ス
イッチが上記無反射終端器に上記励振信号を入力するよ
うに、上記コラムアレイ切換スイッチを切換制御する構
成としてある。

【００１６】上記請求項３の発明によれば、開口制御部
のコラムアレイ切換スイッチに対する切換制御によっ
て、励振信号が、選択されたコラムアレイのうち両側部
に位置する複数のコラムアレイに接続されたコラムアレ
イ切換スイッチの無反射終端器に入力され、励振開口角
が狭められる。

【００１７】請求項４の発明は、請求項１記載のフェー
ズドアレイアンテナにおける上記遮断部が、選択された
コラムアレイのうち両側部に位置する複数のコラムアレ
イの上記送受信モジュールを制御することにより、上記
励振信号の入力を遮断する構成としてある。

【００１８】上記請求項４によれば、遮断部が、選択さ
れたコラムアレイのうち両側部に位置する複数のコラム
アレイの送受信モジュールを制御して、励振信号の入力
を遮断することにより、励振開口角が狭められる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。 （第１の実施形態）図１は、本発明の第１の実施形態に
係るフェーズドアレイアンテナを示すブロック図であ
る。なお、図６と同一要素については同一符号を付して
説明する。このフェーズドアレイアンテナは、図１に示
すように、アンテナ体１と、方位切換部２と、分配合成
器３と、送受信部４と、開口制御部５と、送受信モジュ
ール方位切換制御部６（ビーム走査制御部）とを備えて
いる。

【００２０】アンテナ体１は、複数のコラムアレイ１−
１〜１−２４を半波長以下の間隔で円筒状に配置した構
造になっている。各コラムアレイ１−１（１−２〜１−
２４）は、図２に示すように、移相器１１−１〜１１−
ｎを有した送受信モジュール１０−１〜１０−ｎと素子
アンテナ１３−１〜１３−ｎで構成されている。移相器
１１−１〜１１−ｎは、送受信モジュール方位切換制御
部６からの制御信号Ｃ２によって、信号の位相を制御す
る機器である。

【００２１】このようなアンテナ体１は、コラムアレイ
切換スイッチ２０−１〜２０−８を有した方位切換部２
に接続されている。具体的には、コラムアレイ切換スイ
ッチ２０−１〜２０−８はそれぞれ、左端子ａ，中端子
ｂ，右端子ｃ，オフ端子ｄを有しており、コラムアレイ
切換スイッチ２０−１〜２０−８の左端子ａがコラムア
レイ１−１〜１−８に時計周りに接続され、中端子ｂが
コラムアレイ１−９〜１−１６に時計周りに接続され、
右端子ｃがコラムアレイ１−１７〜１−２４に接続され
ている。また、コラムアレイ切換スイッチ２０−１〜２
０−８の各オフ端子ｄは、無反射終端器２１（遮断部）
に接続されている。

【００２２】分配合成器３は、方位切換部２からの受信
信号を合成して、その合成された受信信号Ｓ２を送受信
部４に送り、また、送受信部４からの励振信号Ｓ１を方
位切換部２のコラムアレイ切換スイッチ２０−１〜２０
−８に分配する機器である。送受信部４は、励振信号Ｓ
１を分配合成器３に送信し、または分配合成器３からの
受信信号Ｓ２を受信する部分である。

【００２３】開口制御部５は、送受信モジュール方位切
換制御部６からのビームの仰角情報Ｃ１に基づいて、ア
ンテナ体１の励振開口角を制御する制御信号Ｃ２を送受
信モジュール方位切換制御部６に返す機能を有してい
る。すなわち、図３に示すように、ビームの仰角が大き
くなるに従って、必要とされる探知距離は小さくなるの
で、アンテナ体１に要求される利得は小さくなる。この
ため、ビームの仰角が大きい場合には、励振開口角を小
さくすることができる。そして、このように励振開口角
を小さくすれば、仰角方向のビーム走査時に発生するグ
レーティングローブを抑圧することができる。かかる観
点から、開口制御部５には、仰角と励振開口角との関係
を示すテーブル５０が格納されており、開口制御部５
は、このテーブル５０に基づいて、仰角情報Ｃ１の仰角
方向に対応した励振開口角を示す制御信号Ｃ２を送受信
モジュール方位切換制御部６に出力するようになってい
る。

【００２４】送受信モジュール方位切換制御部６は、開
口制御部５からの制御信号Ｃ２に基づいて、方位切換部
２のコラムアレイ切換スイッチ２０−１〜２０−８やア
ンテナ体１の移相器１１−１〜１１−ｎを制御する機能
を有している。

【００２５】次に、本実施形態のフェーズドアレイアン
テナにおける動作について説明する。励振信号Ｓ１が送
受信部４から出力されると、分配合成器３によって、励
振信号Ｓ１が方位切換部２のコラムアレイ切換スイッチ
２０−１〜２０−８に分配される。このとき、低仰角の
ビーム走査である場合には、その仰角を示す仰角情報Ｃ
１が送受信モジュール方位切換制御部６から開口制御部
５に送られる。すると、アンテナ体１の励振開口角θを
狭めないで通常の励振開口角θに制御する制御信号Ｃ２
が開口制御部５から送受信モジュール方位切換制御部６
に返され、この制御信号Ｃ２が、方位切換部２のコラム
アレイ切換スイッチ２０−１〜２０−８とアンテナ体１
の移相器１１−１〜１１−ｎに入力される。

【００２６】すなわち、図１に示すような励振開口角θ
にする制御信号Ｃ２の場合には、左端子ａと分配合成器
３とが接続されるように、制御信号Ｃ２がコラムアレイ
切換スイッチ２０−１〜２０−８を制御する。これによ
り、分配合成器３からの励振信号Ｓ１がコラムアレイ１
−１〜１−８に分配され、コラムアレイ１−１〜１−８
によって、ビームが低い仰角で放射される。

【００２７】また、高仰角のビーム走査である場合に
は、アンテナ体１の励振開口角θを狭めるように制御す
る制御信号Ｃ２が開口制御部５から送受信モジュール方
位切換制御部６に返され、この制御信号Ｃ２が、方位切
換部２のコラムアレイ切換スイッチ２０−１〜２０−８
とアンテナ体１の移相器１１−１〜１１−ｎに入力され
る。すなわち、図１の二点鎖線で示す励振開口角θ３に
狭める制御信号Ｃ２の場合には、制御信号Ｃ２が、コラ
ムアレイ切換スイッチ２０−１，２０−２，２０−７，
２０−８のオフ端子ｄと分配合成器３とを接続し、コラ
ムアレイ切換スイッチ２０−３〜２０−６の左端子ａと
分配合成器３とを接続する。

【００２８】これにより、分配合成器３からの励振信号
Ｓ１がコラムアレイ１−３〜１−６にのみ分配され、励
振開口角がθからθ３に狭められ、この範囲のコラムア
レイ１−３〜１−６によって、ビームが高い仰角で放射
される。したがって、この高仰角のビーム走査において
は、励振開口角が狭められるので、図７の（ｂ）で示す
ようなグレーティングローブＤは発生しない。

【００２９】図４は、仰角方向のビーム走査を行う場合
のシュミレーションによるアンテナパターンを示す線図
である。図４に示すように、従来のフェーズドアレイア
ンテナによるアンテナパターンは、点線で示すように、
仰角がマイナス４０度付近でグレーティングローブが発
生している。これに対して、本実施形態のフェーズドア
レイアンテナでは、通常の励振開口角１２０度を９０度
に狭めて、高仰角のビーム走査をすると、実線で示すよ
うに、アンテナパターンにはグレーティングローブが発
生しない。

【００３０】このように、本実施形態のフェーズドアレ
イアンテナによれば、高仰角のビーム走査において発生
するグレーティングローブを抑圧することができるの
で、信頼性の高いフェーズドアレイアンテナを提供する
ことができる。

【００３１】（第２の実施形態）図５は、本発明の第２
の実施形態に係るフェーズドアレイアンテナに適用され
るコラムアレイを示すブロック図である。図５に示すよ
うに、本実施形態のフェーズドアレイアンテナは、素子
アンテナ１３−１〜１３−ｎと共に各コラムアレイを構
成する送受信モジュール１０−１〜１０−ｎにおいて、
移相器１１−１〜１１−ｎの入力側に、スイッチ１２−
１〜１２−ｎ（遮断部）を設けた構造になっている。ま
た、図示しないが、図１に示すコラムアレイ切換スイッ
チ２０−１〜２０−８において、無反射終端器２１及び
オフ端子ｄは取り除かれている。

【００３２】かかる構成により、図１の二点鎖線で示
す、励振開口角θ３に狭める制御信号Ｃ２が送受信モジ
ュール方位切換制御部６からアンテナ体１に出力される
と、制御信号Ｃ２が、コラムアレイ１−１，１−２，１
−７，１−８のスイッチ１２−１〜１２−ｎを切り、コ
ラムアレイ１−１，１−２，１−７，１−８への励振信
号Ｓ１の入力が遮断される。これにより、分配合成器３
からの励振信号Ｓ１がコラムアレイ１−３〜１−６にの
み分配され、励振開口角がθからθ３に狭められ、この
範囲のコラムアレイ１−３〜１−６によって、ビームが
高い仰角で放射される。その他の構成，作用効果は上記
第１の実施形態と同様であるので、その記載は省略す
る。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明のフェーズドアレイ
アンテナによれば、高仰角のビーム走査を行う場合に、
開口制御部が、その仰角に対応して励振開口角を大きく
狭める制御信号を信号遮断部に出力し、信号遮断部が、
選択されたコラムアレイのうち両側部に位置する複数の
コラムアレイへの励振信号の入力を遮断して、狭い励振
開口角で高仰角のビーム走査を行うようになっているの
で、高仰角のビーム走査において発生するグレーティン
グローブを抑圧することができ、この結果、信頼性の高
いフェーズドアレイアンテナを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るフェーズドアレ
イアンテナを示すブロック図である。

【図２】各コラムアレイの構成図である。

【図３】探知距離と仰角との関係を示す線図である。

【図４】従来のアンテナ装置によるアンテナパターンと
第１の実施形態のフェーズドアレイアンテナによるアン
テナパターンとを示す線図である。

【図５】本発明の第２の実施形態に係るフェーズドアレ
イアンテナに適用されるコラムアレイを示すブロック図
である。

【図６】従来例のアンテナ装置を示すブロック図であ
る。

【図７】図６のアンテナ装置の動作時におけるビーム走
査の概念図であり、図７の（ａ）は水平方向のビーム走
査時の放射状態を示し、図７の（ｂ）は仰角方向のビー
ム走査時の放射状態を示している。

【符号の説明】

１ アンテナ体 １−１〜１−２４ コラムアレイ ２ 方位切換部 ３ 分配合成器 ４ 送受信部 ５ 開口制御部 ６ 送受信モジュール方位切換制御部 １０−１〜１０−ｎ 送受信モジュール １１−１〜１１−ｎ 移相器 １２−１〜１２−ｎ スイッチ １３−１〜１３−ｎ 素子アンテナ ２０−１〜２０−８ コラムアレイ切換スイッチ ２１ 無反射終端器 θ，θ３ 励振開口角

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 素子アンテナと送受信モジュールとを各
   々有する複数のコラムアレイを半波長以下の間隔で円筒
   状に配置してなるアンテナ体と、 上記コラムアレイに接続された複数のコラムアレイ切換
   スイッチを有し、これらのコラムアレイ切換スイッチを
   切り換えて所定の励振開口角に対応したコラムアレイを
   選択する方向切換部と、 励振信号を上記複数のコラムアレイ切換スイッチに各々
   分配可能な分配合成器と、 上記アンテナ体のビーム走査を制御するビーム走査制御
   部と、 上記ビーム走査の仰角に対応して上記励振開口角を狭め
   る制御信号を出力する開口制御部と、 上記開口制御部からの制御信号に基づいて、上記選択さ
   れたコラムアレイのうち両側部に位置する複数のコラム
   アレイへの上記励振信号の入力を遮断する信号遮断部
   と、 を備えることを特徴としたフェーズドアレイアンテナ。
2. 【請求項２】 上記信号遮断部は、上記コラムアレイ切
   換スイッチの切換制御により、上記選択されたコラムア
   レイのうち両側部に位置する複数のコラムアレイへの上
   記励振信号の入力を遮断するものである、請求項１記載
   のフェーズドアレイアンテナ。
3. 【請求項３】 上記複数のコラムアレイ切換スイッチ
   は、無反射終端器を有し、 上記開口制御部は、上記選択されたコラムアレイのうち
   両側部に位置する複数のコラムアレイに接続されたコラ
   ムアレイ切換スイッチが上記無反射終端器に上記励振信
   号を入力するように、上記コラムアレイ切換スイッチを
   切換制御するものである、 請求項２記載のフェーズドアレイアンテナ。
4. 【請求項４】 上記遮断部は、選択されたコラムアレイ
   のうち両側部に位置する複数のコラムアレイの上記送受
   信モジュールを制御することにより、上記励振信号の入
   力を遮断するものである、請求項１記載のフェーズドア
   レイアンテナ。