JP2702343B2 - 電子ビーム走査アンテナ装置 - Google Patents
電子ビーム走査アンテナ装置Info
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- JP2702343B2 JP2702343B2 JP3340433A JP34043391A JP2702343B2 JP 2702343 B2 JP2702343 B2 JP 2702343B2 JP 3340433 A JP3340433 A JP 3340433A JP 34043391 A JP34043391 A JP 34043391A JP 2702343 B2 JP2702343 B2 JP 2702343B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、レーダや衛星通信ア
ンテナに使用される電子ビーム走査アンテナ装置に関
し、特にそのビーム制御技術の改良を図ったものに関す
るものである。
ンテナに使用される電子ビーム走査アンテナ装置に関
し、特にそのビーム制御技術の改良を図ったものに関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】図５は、例えば方位角方向全周を覆域と
する電子ビーム走査アンテナ装置を、アンテナ面４面で
構成し、指向方位角方向に応じて面を切り換える、従来
タイプのアンテナ構造例であり、そのブロック構成を図
６に示す。
する電子ビーム走査アンテナ装置を、アンテナ面４面で
構成し、指向方位角方向に応じて面を切り換える、従来
タイプのアンテナ構造例であり、そのブロック構成を図
６に示す。
【０００３】図５において、１はアンテナ面１、２はア
ンテナ面２、３はアンテナ面３、４はアンテナ面４、５
はそれぞれのアンテナ面を構成する素子アンテナであ
る。
ンテナ面２、３はアンテナ面３、４はアンテナ面４、５
はそれぞれのアンテナ面を構成する素子アンテナであ
る。
【０００４】また、図６において、６は素子アンテナに
対し位相量を設定する可変移相器、７は切換器を介して
入力された送（受）信信号を各可変移相器に分配（合
成）する合成分配器、８はビーム制御部からの切換信号
に応じて送（受）信信号を各アンテナ面に供給する切換
器、９は切換器に対し切換信号を発生するビーム制御部
である。
対し位相量を設定する可変移相器、７は切換器を介して
入力された送（受）信信号を各可変移相器に分配（合
成）する合成分配器、８はビーム制御部からの切換信号
に応じて送（受）信信号を各アンテナ面に供給する切換
器、９は切換器に対し切換信号を発生するビーム制御部
である。
【０００５】次に動作について説明する。ビーム制御部
９によってアンテナが指向すべきビームの方向が決定さ
れるが、方位角方向については０〜３６０°をアンテナ
面１〜面４で分担し、０〜９０°の場合は面１、９０〜
１８０°の場合は面２、１８０〜２７０°の場合は面
３、２７０〜３６０°の場合は面４でそれぞれカバーす
る。仰角方向は簡単のため、各面それぞれ１面でビーム
走査することにより覆域をカバーできるものとする。
９によってアンテナが指向すべきビームの方向が決定さ
れるが、方位角方向については０〜３６０°をアンテナ
面１〜面４で分担し、０〜９０°の場合は面１、９０〜
１８０°の場合は面２、１８０〜２７０°の場合は面
３、２７０〜３６０°の場合は面４でそれぞれカバーす
る。仰角方向は簡単のため、各面それぞれ１面でビーム
走査することにより覆域をカバーできるものとする。
【０００６】面１〜面４の切換えはビーム制御部９で指
向方向決定時に定められているので、切換器８を制御す
ることにより所望の面を選択する。選択した面におい
て、ビーム走査は各素子アンテナ５の位相量を可変移相
器によって設定し、図７に示すようにターゲット方向か
らの電波に対して波面が直交するように各素子アンテナ
に到達距離差分の位相差を与えることによって行う。
向方向決定時に定められているので、切換器８を制御す
ることにより所望の面を選択する。選択した面におい
て、ビーム走査は各素子アンテナ５の位相量を可変移相
器によって設定し、図７に示すようにターゲット方向か
らの電波に対して波面が直交するように各素子アンテナ
に到達距離差分の位相差を与えることによって行う。
【０００７】このように、各アンテナ面の移相器制御と
４面のアンテナ面選択により、全方位角覆域をカバーす
ることができる。
４面のアンテナ面選択により、全方位角覆域をカバーす
ることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来の電子ビーム走査
アンテナ装置は以上のように構成されているので、図７
に示すように、例えば面１と面２において、ターゲット
方向が面１，面２に対して等距離となる方向からずれる
（Δθ）と、２面の合成位相中心間距離（ｄ）に対して
位相誤差（Δφ）を生じる。この場合、Δφ＝ｄsin Δ
θである。通常、ビーム制御部よりの指令値とターゲッ
ト方向とは種々の要因による指向誤差が発生するため、
面切換時に、上記位相誤差による位相とびが発生する
が、これは特に、位相同期を必要とするコヒーレント通
信方式において問題となり、同方式においては位相とび
が大きくなると、ビット誤り率の劣化や同期はずれなど
を引き起こしてしまうという問題点があった。
アンテナ装置は以上のように構成されているので、図７
に示すように、例えば面１と面２において、ターゲット
方向が面１，面２に対して等距離となる方向からずれる
（Δθ）と、２面の合成位相中心間距離（ｄ）に対して
位相誤差（Δφ）を生じる。この場合、Δφ＝ｄsin Δ
θである。通常、ビーム制御部よりの指令値とターゲッ
ト方向とは種々の要因による指向誤差が発生するため、
面切換時に、上記位相誤差による位相とびが発生する
が、これは特に、位相同期を必要とするコヒーレント通
信方式において問題となり、同方式においては位相とび
が大きくなると、ビット誤り率の劣化や同期はずれなど
を引き起こしてしまうという問題点があった。
【０００９】また、合成位相中心間距離ｄを小さくする
ためにアンテナを小さくしたり、面分割を増やしたりす
ると、１面でのアンテナ利得が低下し、所定の性能が得
られないという問題点があった。
ためにアンテナを小さくしたり、面分割を増やしたりす
ると、１面でのアンテナ利得が低下し、所定の性能が得
られないという問題点があった。
【００１０】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、指向誤差が発生しても、アン
テナ利得を低下させることなく、位相とびを小さく抑え
ることができる電子ビーム走査アンテナ装置を得ること
を目的としている。
るためになされたもので、指向誤差が発生しても、アン
テナ利得を低下させることなく、位相とびを小さく抑え
ることができる電子ビーム走査アンテナ装置を得ること
を目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明に係る電子ビー
ム走査アンテナ装置は、フェイズドアレイを用いて、各
素子アンテナの位相量を変化させることにより、ビーム
を電子的に可動させるアンテナ装置において、円錐台形
を構成する円錐面上における，円錐の頂点を中心にした
同心円と該円錐の頂点から円錐の底面に向けて伸長する
直線との交点に配置されて所定の覆域をカバーしうる複
数の素子アンテナ、各素子アンテナに所要の位相量を付
与する可変移相器、該可変移相器に送信信号を分配する
分配合成器、該分配合成器と上記可変移相器との間を切
／断するスイッチにより構成されたアンテナ部と、上記
スイッチを制御して全覆域に対して、方位角及び仰角の
合成ベクトル方向がビーム指向方向に対して最適となる
ｎ個の素子アンテナからなる素子アンテナ群の組合せ
を，上記直線に沿った１つの素子アンテナ列を単位とし
て相異なる２つの上記直線で挟まれた領域のなかから選
択するとともに上記可変移相器を制御してビームを所望
の方向に指向させるビーム制御部とを備えるようにした
ものである。
ム走査アンテナ装置は、フェイズドアレイを用いて、各
素子アンテナの位相量を変化させることにより、ビーム
を電子的に可動させるアンテナ装置において、円錐台形
を構成する円錐面上における，円錐の頂点を中心にした
同心円と該円錐の頂点から円錐の底面に向けて伸長する
直線との交点に配置されて所定の覆域をカバーしうる複
数の素子アンテナ、各素子アンテナに所要の位相量を付
与する可変移相器、該可変移相器に送信信号を分配する
分配合成器、該分配合成器と上記可変移相器との間を切
／断するスイッチにより構成されたアンテナ部と、上記
スイッチを制御して全覆域に対して、方位角及び仰角の
合成ベクトル方向がビーム指向方向に対して最適となる
ｎ個の素子アンテナからなる素子アンテナ群の組合せ
を，上記直線に沿った１つの素子アンテナ列を単位とし
て相異なる２つの上記直線で挟まれた領域のなかから選
択するとともに上記可変移相器を制御してビームを所望
の方向に指向させるビーム制御部とを備えるようにした
ものである。
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【作用】この発明におけるアンテナ装置は、上述のよう
に構成したことにより、各素子アンテナの組合せ毎の合
成位相中心間距離を短くすることを可能とし、これによ
って位相とびを小さくするように作用する。
に構成したことにより、各素子アンテナの組合せ毎の合
成位相中心間距離を短くすることを可能とし、これによ
って位相とびを小さくするように作用する。
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１はこの発明の一実施例による電子ビーム走査
アンテナ装置を示す。図において、１２は円錐台形のア
ンテナ部であり、５はアンテナ部に取付けられた素子ア
ンテナである。
する。図１はこの発明の一実施例による電子ビーム走査
アンテナ装置を示す。図において、１２は円錐台形のア
ンテナ部であり、５はアンテナ部に取付けられた素子ア
ンテナである。
【００１８】図２はそのブロック構成を示す。図２にお
いて、１０は素子アンテナの信号をＯＮ／ＯＦＦするス
イッチ、１１は全素子アンテナに対してスイッチ出力を
合成分配する合成分配器、９はビーム指向方向に対して
素子アンテナの組合せを決定し、スイッチをＯＮ／ＯＦ
Ｆするとともに、可変移相器の位相量設定を行うビーム
制御部である。
いて、１０は素子アンテナの信号をＯＮ／ＯＦＦするス
イッチ、１１は全素子アンテナに対してスイッチ出力を
合成分配する合成分配器、９はビーム指向方向に対して
素子アンテナの組合せを決定し、スイッチをＯＮ／ＯＦ
Ｆするとともに、可変移相器の位相量設定を行うビーム
制御部である。
【００１９】次に動作について説明する。ビーム制御部
９によってアンテナが指向すべきビームの方向が決定さ
れるが、アンテナ利得等を満足する素子数ｎ個の素子ア
ンテナ５を、ビーム方向に対して最適な組合せ（ビーム
方向に最も近い組合せ）として選択し、その素子アンテ
ナの信号を端子に接続するように合成分配器１１のスイ
ッチ１０をビーム制御部９よりＯＮ／ＯＦＦする。さら
に、選択された素子アンテナにより、ビームを所望の方
向に指向させるため、図３に示すように、各素子アンテ
ナに到達距離差分の位相差をビーム制御部９より可変移
相器６に位相量として設定する。
９によってアンテナが指向すべきビームの方向が決定さ
れるが、アンテナ利得等を満足する素子数ｎ個の素子ア
ンテナ５を、ビーム方向に対して最適な組合せ（ビーム
方向に最も近い組合せ）として選択し、その素子アンテ
ナの信号を端子に接続するように合成分配器１１のスイ
ッチ１０をビーム制御部９よりＯＮ／ＯＦＦする。さら
に、選択された素子アンテナにより、ビームを所望の方
向に指向させるため、図３に示すように、各素子アンテ
ナに到達距離差分の位相差をビーム制御部９より可変移
相器６に位相量として設定する。
【００２０】この場合、ｎ個の素子アンテナの組合せを
１素子毎に変えて選択するが、例えば、ビーム１は素子
アンテナ１〜ｎ、ビーム２は素子アンテナ２〜ｎ＋１、
ビーム３は素子アンテナ３〜ｎ＋２、…というように組
合せを変えてゆけば、ビーム切換時の合成位相中心間距
離ｄ′は図３に示す通り、素子アンテナ間隔まで短くす
ることができる。従って、指向誤差（Δθ）があって
も、ビーム切換時の位相とびを小さく抑えることができ
る。さらに、この場合、選択した素子アンテナに対して
ビームの走査範囲が少なくてすむので、ビーム走査によ
るアンテナ利得低下量も小さくすることができる。
１素子毎に変えて選択するが、例えば、ビーム１は素子
アンテナ１〜ｎ、ビーム２は素子アンテナ２〜ｎ＋１、
ビーム３は素子アンテナ３〜ｎ＋２、…というように組
合せを変えてゆけば、ビーム切換時の合成位相中心間距
離ｄ′は図３に示す通り、素子アンテナ間隔まで短くす
ることができる。従って、指向誤差（Δθ）があって
も、ビーム切換時の位相とびを小さく抑えることができ
る。さらに、この場合、選択した素子アンテナに対して
ビームの走査範囲が少なくてすむので、ビーム走査によ
るアンテナ利得低下量も小さくすることができる。
【００２１】図４にビーム１とビーム２の素子アンテナ
組合せにおけるスイッチ動作例を示す。このスイッチマ
トリクスは全ビームに対して予めビーム制御部９で記憶
しておけば良い。
組合せにおけるスイッチ動作例を示す。このスイッチマ
トリクスは全ビームに対して予めビーム制御部９で記憶
しておけば良い。
【００２２】なお、上記実施例では、方位角方向のみに
ビーム切換を行うものを示したが、図８に示すように、
全覆域に対して、方位角及び仰角の合成ベクトル方向が
ビーム方向に対して最適となる素子アンテナの組合せを
選択し、ビーム切換を行ってもよく、上記実施例と同様
の効果を奏し、全覆域にわたって位相とび及び利得低下
の小さいアンテナ装置を構成することができる。
ビーム切換を行うものを示したが、図８に示すように、
全覆域に対して、方位角及び仰角の合成ベクトル方向が
ビーム方向に対して最適となる素子アンテナの組合せを
選択し、ビーム切換を行ってもよく、上記実施例と同様
の効果を奏し、全覆域にわたって位相とび及び利得低下
の小さいアンテナ装置を構成することができる。
【００２３】また、上記実施例では、素子アンテナ１つ
ずつの分解能でｎ個の素子アンテナ組合せを行うものを
示したが、必要な位相とび量に応じて組合せは必ずしも
１素子ずつである必要はなく、複数の素子から構成した
素子ブロック１３を１単位としてビーム切換を行っても
よい。
ずつの分解能でｎ個の素子アンテナ組合せを行うものを
示したが、必要な位相とび量に応じて組合せは必ずしも
１素子ずつである必要はなく、複数の素子から構成した
素子ブロック１３を１単位としてビーム切換を行っても
よい。
【００２４】図９の実施例では、ビーム１は素子ブロッ
ク１〜４、ビーム２は素子ブロック２〜５、ビーム３は
素子ブロック３〜６、…というような組合せでビーム切
換を行っている。
ク１〜４、ビーム２は素子ブロック２〜５、ビーム３は
素子ブロック３〜６、…というような組合せでビーム切
換を行っている。
【００２５】さらに、この場合は、上記実施例に示した
ように、アンテナ形状は円錐台や半球状である必要はな
く、図９に示すように、所要位相とび量に応じて複数の
平面から構成した多面体アンテナにすることができ、合
成分配器のスイッチ数も少なくてすむため、製造が極め
て容易になる。
ように、アンテナ形状は円錐台や半球状である必要はな
く、図９に示すように、所要位相とび量に応じて複数の
平面から構成した多面体アンテナにすることができ、合
成分配器のスイッチ数も少なくてすむため、製造が極め
て容易になる。
【００２６】なお、上記実施例では、アンテナ部は増幅
器を有していないが、利得、電力、雑音温度などの観点
からアンテナ部に増幅器を設けてもよく、上記実施例と
同様の効果を奏する。
器を有していないが、利得、電力、雑音温度などの観点
からアンテナ部に増幅器を設けてもよく、上記実施例と
同様の効果を奏する。
【００２７】
【発明の効果】以上のように、この発明に係る電子ビー
ム走査アンテナ装置によれば、フェイズドアレイを用い
て、各素子アンテナの位相量を変化させることにより、
ビームを電子的に可動させるアンテナ装置において、円
錐台形を構成する円錐面上における，円錐の頂点を中心
にした同心円と該円錐の頂点から円錐の底面に向けて伸
長する直線との交点に配置されて所定の覆域をカバーし
うる複数の素子アンテナ、各素子アンテナに所要の位相
量を付与する可変移相器、該可変移相器に送信信号を分
配する分配合成器、該分配合成器と上記可変移相器との
間を切／断するスイッチにより構成されたアンテナ部
と、上記スイッチを制御して全覆域に対して、方位角及
び仰角の合成ベクトル方向がビーム指向方向に対して最
適となるｎ個の素子アンテナからなる素子アンテナ群の
組合せを，上記直線に沿った１つの素子アンテナ列を単
位として相異なる２つの上記直線で挟まれた領域のなか
から選択するとともに上記可変移相器を制御してビーム
を所望の方向に指向させるビーム制御部とを備えるよう
にしたもので、これにより、簡単な構成でビーム切換時
の位相とびが小さいアンテナを得られ、また、所要精度
に応じた構成を選択できる効果がある。
ム走査アンテナ装置によれば、フェイズドアレイを用い
て、各素子アンテナの位相量を変化させることにより、
ビームを電子的に可動させるアンテナ装置において、円
錐台形を構成する円錐面上における，円錐の頂点を中心
にした同心円と該円錐の頂点から円錐の底面に向けて伸
長する直線との交点に配置されて所定の覆域をカバーし
うる複数の素子アンテナ、各素子アンテナに所要の位相
量を付与する可変移相器、該可変移相器に送信信号を分
配する分配合成器、該分配合成器と上記可変移相器との
間を切／断するスイッチにより構成されたアンテナ部
と、上記スイッチを制御して全覆域に対して、方位角及
び仰角の合成ベクトル方向がビーム指向方向に対して最
適となるｎ個の素子アンテナからなる素子アンテナ群の
組合せを，上記直線に沿った１つの素子アンテナ列を単
位として相異なる２つの上記直線で挟まれた領域のなか
から選択するとともに上記可変移相器を制御してビーム
を所望の方向に指向させるビーム制御部とを備えるよう
にしたもので、これにより、簡単な構成でビーム切換時
の位相とびが小さいアンテナを得られ、また、所要精度
に応じた構成を選択できる効果がある。
【００２８】
【００２９】
【図１】この発明の一実施例による電子ビーム走査アン
テナ装置を示す構成図である。
テナ装置を示す構成図である。
【図２】この発明の一実施例による電子ビーム走査アン
テナ装置を示すブロック図である。
テナ装置を示すブロック図である。
【図３】この発明の一実施例による電子ビーム走査アン
テナ装置の位相誤差を示す図である。
テナ装置の位相誤差を示す図である。
【図４】この発明の一実施例による素子アンテナ組み合
わせにおけるスイッチ動作例を示す図である。
わせにおけるスイッチ動作例を示す図である。
【図５】従来の電子ビーム走査アンテナ装置を示す構成
図である。
図である。
【図６】従来の電子ビーム走査アンテナ装置を示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図７】従来の電子ビーム走査アンテナの位相誤差を示
す図である。
す図である。
【図８】この発明の他の実施例による電子ビーム走査ア
ンテナ装置を示す構成図である。
ンテナ装置を示す構成図である。
【図９】この発明のさらに他の実施例による電子ビーム
走査アンテナ装置を示す構成図である。
走査アンテナ装置を示す構成図である。
１ アンテナ面１ ２ アンテナ面２ ３ アンテナ面３ ４ アンテナ面４ ５ 素子アンテナ ６ 可変移相器 ７ 合成分配器 ８ 切換器 ９ ビーム制御部 １０ スイッチ １１ 合成分配器 １２ アンテナ部 １３ 素子ブロック
Claims (1)
- 【請求項１】 フェイズドアレイを用いて、各素子アン
テナの位相量を変化させることにより、ビームを電子的
に可動させるアンテナ装置において、円錐台形を構成する円錐面上における，円錐の頂点を中
心にした同心円と該円錐の頂点から円錐の底面に向けて
伸長する直線との交点に配置されて 所定の覆域をカバー
しうる複数の素子アンテナ、各素子アンテナに所要の位
相量を付与する可変移相器、該可変移相器に送信信号を
分配する分配合成器、該分配合成器と上記可変移相器と
の間を切／断するスイッチにより構成されたアンテナ部
と、上記 スイッチを制御して全覆域に対して、方位角及び仰
角の合成ベクトル方向がビーム指向方向に対して最適と
なるｎ個の素子アンテナからなる素子アンテナ群の組合
せを，上記直線に沿った１つの素子アンテナ列を単位と
して相異なる２つの上記直線で挟まれた領域のなかから
選択するとともに上記可変移相器を制御してビームを所
望の方向に指向させるビーム制御部とを備えたことを特
徴とする電子ビーム走査アンテナ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3340433A JP2702343B2 (ja) | 1991-11-27 | 1991-11-27 | 電子ビーム走査アンテナ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3340433A JP2702343B2 (ja) | 1991-11-27 | 1991-11-27 | 電子ビーム走査アンテナ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05152826A JPH05152826A (ja) | 1993-06-18 |
| JP2702343B2 true JP2702343B2 (ja) | 1998-01-21 |
Family
ID=18336915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3340433A Expired - Fee Related JP2702343B2 (ja) | 1991-11-27 | 1991-11-27 | 電子ビーム走査アンテナ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2702343B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3602258B2 (ja) * | 1996-05-02 | 2004-12-15 | 本田技研工業株式会社 | マルチビーム・レーダアンテナ |
| US8456351B2 (en) * | 2010-04-20 | 2013-06-04 | International Business Machines Corporation | Phased array millimeter wave imaging techniques |
| JP2011257350A (ja) * | 2010-06-11 | 2011-12-22 | Toshiba Corp | レーダ装置 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61164302A (ja) * | 1985-01-16 | 1986-07-25 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | アレ−アンテナ |
| JPS61253903A (ja) * | 1985-05-07 | 1986-11-11 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | アレ−アンテナビ−ム切り換え方式 |
| JPS62203402A (ja) * | 1986-03-04 | 1987-09-08 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | 移動衛星通信用アンテナ装置 |
| JPH06105959B2 (ja) * | 1989-04-24 | 1994-12-21 | 三菱電機株式会社 | 電子走査形アレイアンテナ装置 |
| JPH03254207A (ja) * | 1990-03-02 | 1991-11-13 | A T R Koudenpa Tsushin Kenkyusho:Kk | アンテナ装置 |
-
1991
- 1991-11-27 JP JP3340433A patent/JP2702343B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05152826A (ja) | 1993-06-18 |
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