JP2851338B2 - リニア・フェイズドアレイ・アンテナのための角度位置決め用レーダシステム - Google Patents
リニア・フェイズドアレイ・アンテナのための角度位置決め用レーダシステムInfo
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- H01Q1/287—Adaptation for use in or on aircraft, missiles, satellites, or balloons substantially flush mounted with the skin of the craft integrated in a wing or a stabiliser
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- H01Q3/24—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the orientation by switching energy from one active radiating element to another, e.g. for beam switching
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、電子的な走査を行って目標体の角度位置を
決定するリニア・フェイズドアレイ・レーダシステムに
係わり、特に、直列に配列された指向性エレメントから
形成される等角レーダアンテナを航空機に搭載し、搭載
した当該アンテナを用いて目標体の仰角を決定すること
ができるレーダシステムに関する。
決定するリニア・フェイズドアレイ・レーダシステムに
係わり、特に、直列に配列された指向性エレメントから
形成される等角レーダアンテナを航空機に搭載し、搭載
した当該アンテナを用いて目標体の仰角を決定すること
ができるレーダシステムに関する。
本発明においては、特に、機上に搭載されたレーダシ
ステムについて具体的に言及している。このレーダシス
テムは、目標体となる飛行機の仰角を決定するものであ
る。しかしながら、この発明が示唆するところは、この
具体例に限定されるものではなく、海上や地上に設置さ
れるレーダシステムについても適用できる点である。こ
のようなシステムによれば、海上や陸上から飛行する目
標体の仰角を決定でき、しかも、その方位角をも決定す
ることが可能になる。
ステムについて具体的に言及している。このレーダシス
テムは、目標体となる飛行機の仰角を決定するものであ
る。しかしながら、この発明が示唆するところは、この
具体例に限定されるものではなく、海上や地上に設置さ
れるレーダシステムについても適用できる点である。こ
のようなシステムによれば、海上や陸上から飛行する目
標体の仰角を決定でき、しかも、その方位角をも決定す
ることが可能になる。
従来の技術 従来、直列に配列された指向性エレメントを有する一
般的な電子走査アンテナが、ガンツ（Ganz）他著による
米国特許第4336543号に開示されている。この従来技術
と本発明との異なる点は、この電子走査アンテナを用い
て目標体の仰角を決定するシステムを明らかにした点で
ある。
般的な電子走査アンテナが、ガンツ（Ganz）他著による
米国特許第4336543号に開示されている。この従来技術
と本発明との異なる点は、この電子走査アンテナを用い
て目標体の仰角を決定するシステムを明らかにした点で
ある。
さて、この種のアンテナにおける指向性エレメント
は、およそ0.32λから0.92λ（ここで、λは波長を表
す）の間隔、望ましくは0.552λの間隔を取って横方向
に配列される。こうした間隔で配列することにより、こ
れら指向性エレメント間の相互結合が強められ、この結
果、配列面内における放射パターンが広くなる。この指
向性エレメントには、複数の導波エレメントと、主エレ
メント（給電エレメント）と、反射エレメントとから構
成される「八木アンテナ」が用いられる。この八木アン
テナを指向性エレメントに採用すると、占有する縦断面
積が非常に小さくなり、例えば、航空機の主翼前縁や水
平尾翼後縁などの内部に等角に配列させて取り付けるこ
とが可能になる。こうしたフェイズドアレイ・アンテナ
は、レーダシステムの重量、体積および消費電力を増加
させることなく、ミサイルの誘導や監視を行うことが可
能になる。
は、およそ0.32λから0.92λ（ここで、λは波長を表
す）の間隔、望ましくは0.552λの間隔を取って横方向
に配列される。こうした間隔で配列することにより、こ
れら指向性エレメント間の相互結合が強められ、この結
果、配列面内における放射パターンが広くなる。この指
向性エレメントには、複数の導波エレメントと、主エレ
メント（給電エレメント）と、反射エレメントとから構
成される「八木アンテナ」が用いられる。この八木アン
テナを指向性エレメントに採用すると、占有する縦断面
積が非常に小さくなり、例えば、航空機の主翼前縁や水
平尾翼後縁などの内部に等角に配列させて取り付けるこ
とが可能になる。こうしたフェイズドアレイ・アンテナ
は、レーダシステムの重量、体積および消費電力を増加
させることなく、ミサイルの誘導や監視を行うことが可
能になる。
この種の技術には、送受信用のエレメント列を具備し
た電子走査アンテナが知られている。このアンテナにお
いては、エレメント列の位相励起係数を調整することで
電子走査がなされ、この走査方向と一致した方向へ送信
ビームが形成される。このようなアンテナの指向性は、
位相前面の垂直方向になることが知られている。また、
フェイズドアレイ・アンテナにおいては、それぞれの放
射エレメントの位相励起を個々に制御することによっ
て、そのビーム方向が調整されるようになっており、こ
うした調整は位相器によりなされる。この位相器は、素
早い走査を電子的に行い、かつ、アンテナに給電する位
相値を０から２πの間で調整する。
た電子走査アンテナが知られている。このアンテナにお
いては、エレメント列の位相励起係数を調整することで
電子走査がなされ、この走査方向と一致した方向へ送信
ビームが形成される。このようなアンテナの指向性は、
位相前面の垂直方向になることが知られている。また、
フェイズドアレイ・アンテナにおいては、それぞれの放
射エレメントの位相励起を個々に制御することによっ
て、そのビーム方向が調整されるようになっており、こ
うした調整は位相器によりなされる。この位相器は、素
早い走査を電子的に行い、かつ、アンテナに給電する位
相値を０から２πの間で調整する。
レーダシステムの重要な機能の一つに、目標体の正確
な位置決定がある。目標体の位置情報は、航空管制、対
空砲火、ミサイル誘導および衛星追跡など各種に応用さ
れている。目標体の方位角および仰角は、従来のアンテ
ナを用い、所定の走査によって決定することも可能であ
る。しかしながら、この場合、目標体の正確な位置およ
び動きを得るには、トラッキングレーダと呼ばれる特殊
なレーダを必要する。通常のトラッキングレーダは、目
標体の位置を検出するために、位相および振幅モノパル
ス技術によるコニカルスキャン、ロビング等を使用す
る。こうした技術は、トラッキングアンテナの照準軸方
向と目標体との間の角度誤差信号から求められる情報の
処理方法まで含まれる。
な位置決定がある。目標体の位置情報は、航空管制、対
空砲火、ミサイル誘導および衛星追跡など各種に応用さ
れている。目標体の方位角および仰角は、従来のアンテ
ナを用い、所定の走査によって決定することも可能であ
る。しかしながら、この場合、目標体の正確な位置およ
び動きを得るには、トラッキングレーダと呼ばれる特殊
なレーダを必要する。通常のトラッキングレーダは、目
標体の位置を検出するために、位相および振幅モノパル
ス技術によるコニカルスキャン、ロビング等を使用す
る。こうした技術は、トラッキングアンテナの照準軸方
向と目標体との間の角度誤差信号から求められる情報の
処理方法まで含まれる。
モノパルス信号処理技術は、本発明における重要な特
徴である。このレーダシステムにあっては、同時に発生
すると共に、オーバラップする２つのビームパターン
（第１および第２のパターン）から目標体の方向を表す
情報が求められる。これら２つのビームパターンから
は、それらの和と差のパターンが生成される。この差パ
ターンは、第２のパターンによる受信信号電圧から第１
のパターンによる受信信号電圧を減じることによって形
成される。一方、和パターンは、第１および第２のパタ
ーンによる受信信号電圧を加算することによって形成さ
れる。トラッキングを行うための方位角座標だけを有す
る通常のモノパルスレーダシステムにおいては、ハイブ
リッド結合器を介して２つの開口部から信号が送信され
る。また、２つの受信信号は、“マジックT"等の方向性
結合器を介して和信号Ｓ、および差信号Ｄに形成され
る。そして、これらは同じ経路をたどって増幅される。
この差信号は、誤差の大きさを表すが、誤差の方向は不
明確となる。この不明確性は、和信号の位相と、差信号
の位相とを比較することによって解消される。
徴である。このレーダシステムにあっては、同時に発生
すると共に、オーバラップする２つのビームパターン
（第１および第２のパターン）から目標体の方向を表す
情報が求められる。これら２つのビームパターンから
は、それらの和と差のパターンが生成される。この差パ
ターンは、第２のパターンによる受信信号電圧から第１
のパターンによる受信信号電圧を減じることによって形
成される。一方、和パターンは、第１および第２のパタ
ーンによる受信信号電圧を加算することによって形成さ
れる。トラッキングを行うための方位角座標だけを有す
る通常のモノパルスレーダシステムにおいては、ハイブ
リッド結合器を介して２つの開口部から信号が送信され
る。また、２つの受信信号は、“マジックT"等の方向性
結合器を介して和信号Ｓ、および差信号Ｄに形成され
る。そして、これらは同じ経路をたどって増幅される。
この差信号は、誤差の大きさを表すが、誤差の方向は不
明確となる。この不明確性は、和信号の位相と、差信号
の位相とを比較することによって解消される。
本発明においては、機上に搭載されたレーダシステム
について具体的に言及している。このレーダシステム
は、目標体となる他の航空機の仰角を決定するものであ
る。しかしながら、この発明が示唆するところは、この
具体例に限定されるものではなく、海上や地上に設置さ
れるレーダシステムについても適用できる点にある。こ
うしたシステムによれば、海上や陸上から飛行する目標
体の仰角を決定でき、しかも、その方位角をも決定する
ことができる。以下に、本発明の詳細を記述する。
について具体的に言及している。このレーダシステム
は、目標体となる他の航空機の仰角を決定するものであ
る。しかしながら、この発明が示唆するところは、この
具体例に限定されるものではなく、海上や地上に設置さ
れるレーダシステムについても適用できる点にある。こ
うしたシステムによれば、海上や陸上から飛行する目標
体の仰角を決定でき、しかも、その方位角をも決定する
ことができる。以下に、本発明の詳細を記述する。
発明の開示 本発明は、電子的な走査を行って目標体の角度位置を
決定するリニア・フェイズドアレイ・アンテナ・レーダ
システムを提供するものである。このシステムは、配列
軸に沿って配置された送受信用エレメント列によって形
成され、前記送受信用エレメント列の内、各送信用エレ
メントの位相励起を個々に制御することによってアンテ
ナビーム方向が制御される電子走査リニア・フェイズド
アレイ・アンテナと、第１の角度方向を指し示す複数の
第１エレメントと、この第１の角度方向に対して角度を
なして配置され、第２の角度方向を指し示す複数の第２
エレメントとを有し、前記アンテナの左側部分を構成す
る前記送受信用エレメント列と、前記第１の角度方向を
指し示す複数の第１エレメントと前記第２の角度方向を
指し示す複数の第２エレメントとを有し、前記アンテナ
の右側部分を構成する前記送受信エレメント列と、第２
方向左和信号を形成するために、前記左側部分の第２の
角度方向を指し示す複数のエレメントから出力される信
号を加算する手段と、第１方向左和信号を形成するため
に、前記左側部分の第１の角度方向を指し示す複数のエ
レメントから出力される信号を加算する手段と、第２方
向右和信号を形成するために、前記右側部分の第２の角
度方向を指し示す複数のエレメントから出力される信号
を加算する手段と、第１方向右和信号を形成するため
に、前記右側部分の第１の角度方向を指し示す複数のエ
レメントから出力される信号を加算する手段と、第２方
向合成和信号を形成するために、前記第２方向左和信号
と前記第２方向右和信号とを加算する手段と、第１方向
合成和信号を形成するために、前記第１方向左和信号と
前記第１方向右和信号とを加算する手段と、測定された
角度位置出力に相当するデルタ角度位置信号を形成する
ために、前記第１方向合成和信号と前記第２方向合成和
信号との差分を取る手段を具備することを特徴としてい
る。
決定するリニア・フェイズドアレイ・アンテナ・レーダ
システムを提供するものである。このシステムは、配列
軸に沿って配置された送受信用エレメント列によって形
成され、前記送受信用エレメント列の内、各送信用エレ
メントの位相励起を個々に制御することによってアンテ
ナビーム方向が制御される電子走査リニア・フェイズド
アレイ・アンテナと、第１の角度方向を指し示す複数の
第１エレメントと、この第１の角度方向に対して角度を
なして配置され、第２の角度方向を指し示す複数の第２
エレメントとを有し、前記アンテナの左側部分を構成す
る前記送受信用エレメント列と、前記第１の角度方向を
指し示す複数の第１エレメントと前記第２の角度方向を
指し示す複数の第２エレメントとを有し、前記アンテナ
の右側部分を構成する前記送受信エレメント列と、第２
方向左和信号を形成するために、前記左側部分の第２の
角度方向を指し示す複数のエレメントから出力される信
号を加算する手段と、第１方向左和信号を形成するため
に、前記左側部分の第１の角度方向を指し示す複数のエ
レメントから出力される信号を加算する手段と、第２方
向右和信号を形成するために、前記右側部分の第２の角
度方向を指し示す複数のエレメントから出力される信号
を加算する手段と、第１方向右和信号を形成するため
に、前記右側部分の第１の角度方向を指し示す複数のエ
レメントから出力される信号を加算する手段と、第２方
向合成和信号を形成するために、前記第２方向左和信号
と前記第２方向右和信号とを加算する手段と、第１方向
合成和信号を形成するために、前記第１方向左和信号と
前記第１方向右和信号とを加算する手段と、測定された
角度位置出力に相当するデルタ角度位置信号を形成する
ために、前記第１方向合成和信号と前記第２方向合成和
信号との差分を取る手段を具備することを特徴としてい
る。
上記構成によれば、送受信用エレメント列から構成さ
れ、各放射エレメントの位相励起を個々に制御すること
によってアンテナビーム方向が制御される電子走査リニ
ア・フェイズドアレイ・アンテナを用いて角度位置を決
定する。この送受信用エレメント列は、右側部分のエレ
メント列と左側部分のエレメント列とから構成される。
これら左右部分の送受信用エレメント列は、第１方向を
指し示す複数の第１エレメントおよび第２方向を指し示
す複数の第２エレメントにより形成される。さらに、こ
の第１エレメントと第２エレメントとは、互いに所定の
角度をなしてそれぞれ第１方向および第２方向に設定さ
れる。機上に搭載され、仰角を決定するレーダシステム
においては、この第１エレメントが下向きの仰角となる
よう（第１方向）配設され、一方、第２エレメントは上
向きの仰角となるよう（第２方向）配設されている。
れ、各放射エレメントの位相励起を個々に制御すること
によってアンテナビーム方向が制御される電子走査リニ
ア・フェイズドアレイ・アンテナを用いて角度位置を決
定する。この送受信用エレメント列は、右側部分のエレ
メント列と左側部分のエレメント列とから構成される。
これら左右部分の送受信用エレメント列は、第１方向を
指し示す複数の第１エレメントおよび第２方向を指し示
す複数の第２エレメントにより形成される。さらに、こ
の第１エレメントと第２エレメントとは、互いに所定の
角度をなしてそれぞれ第１方向および第２方向に設定さ
れる。機上に搭載され、仰角を決定するレーダシステム
においては、この第１エレメントが下向きの仰角となる
よう（第１方向）配設され、一方、第２エレメントは上
向きの仰角となるよう（第２方向）配設されている。
このような機上搭載レーダシステムにあっては、左側
部分において上向きに配設されたエレメント（第２エレ
メント）列から出力される信号が、左上和信号（第２方
向左和信号）を形成するために加算される。一方、左側
部分において下向きに配設されたエレメント（第１エレ
メント）列から出力される信号が、左下和信号（第１方
向左和信号）を形成するために加算される。同様にし
て、右側部分で上向きに配設されたエレメント列から出
力される信号が、右上和信号（第２方向右和信号）を形
成するために加算される。一方、右側部分で下向きに配
設されたエレメント列から出力される信号が、右下和信
号（第１方向右和信号）を形成するために加算される。
部分において上向きに配設されたエレメント（第２エレ
メント）列から出力される信号が、左上和信号（第２方
向左和信号）を形成するために加算される。一方、左側
部分において下向きに配設されたエレメント（第１エレ
メント）列から出力される信号が、左下和信号（第１方
向左和信号）を形成するために加算される。同様にし
て、右側部分で上向きに配設されたエレメント列から出
力される信号が、右上和信号（第２方向右和信号）を形
成するために加算される。一方、右側部分で下向きに配
設されたエレメント列から出力される信号が、右下和信
号（第１方向右和信号）を形成するために加算される。
さらに、上述した左上和信号および右上和信号は、上
側合成和信号（第２方向合成和信号）を形成するために
加算される。また、左下和信号および右下和信号は、下
側合成和信号（第１方向合成和信号）を形成するために
加算される。そして、最終的に、このシステムにより測
定された角度位置出力に相当するデルタ角度位置信号を
形成するため、上述した下側合成和信号と上側合成和信
号との差分が取られる。
側合成和信号（第２方向合成和信号）を形成するために
加算される。また、左下和信号および右下和信号は、下
側合成和信号（第１方向合成和信号）を形成するために
加算される。そして、最終的に、このシステムにより測
定された角度位置出力に相当するデルタ角度位置信号を
形成するため、上述した下側合成和信号と上側合成和信
号との差分が取られる。
送受信用エレメントは、最大利得を持つように配列さ
れ指向性エレメントから構成されている。この送受信用
エレメントには、前述した八木アンテナの他、誘電体ロ
ッド、らせんアンテナ等の各種タイプのものを適用する
ことができる。これら各エレメントを選択する際には、
その扱い易さ、供給可能な電力、占有するスペース、使
用周波数などを勘案して決める。さらに、後述する実施
例において示す電子走査リニア・フェイズドアレイ・ア
ンテナシステムは、飛行機の右主翼と左主翼との前縁の
内部にそれぞれ等角配列されたエレメント列が設けられ
ている。この等角配置されたエレメント列は、交互に上
向き、下向きに傾斜して配設されたエレメントからなっ
ている。
れ指向性エレメントから構成されている。この送受信用
エレメントには、前述した八木アンテナの他、誘電体ロ
ッド、らせんアンテナ等の各種タイプのものを適用する
ことができる。これら各エレメントを選択する際には、
その扱い易さ、供給可能な電力、占有するスペース、使
用周波数などを勘案して決める。さらに、後述する実施
例において示す電子走査リニア・フェイズドアレイ・ア
ンテナシステムは、飛行機の右主翼と左主翼との前縁の
内部にそれぞれ等角配列されたエレメント列が設けられ
ている。この等角配置されたエレメント列は、交互に上
向き、下向きに傾斜して配設されたエレメントからなっ
ている。
また、信号処理においては、レーダ測定有効範囲内で
使用される加算信号を形成するため、上述した上側合成
和信号と下側合成和信号とが加算される。さらに、上側
合成差信号を形成するために左上和信号と右上和信号と
の差分を取り、かつ、下側合成差信号を形成するために
左下和信号と右下和信号との差分を取る。そして、最終
的に、この上側合成差信号と下側合成差信号とが加算さ
れ、デルタ方位角信号が生成される。機上に搭載された
アンテナアレイにより仰角を決定するレーダシステムに
あっては、上述した信号処理が主翼の左右にそれぞれ等
角配置されたアンテナアレイ毎に独立して実行される。
仮に、これが独立して実行されない場合には、右翼と左
翼とが電気的に分離していることにより干渉パターン
（多重ローブ）が生じてしまう。また、翼の左右にアン
テナアレイを具備させたのは、右翼のビームが左側へ走
査した場合や、または左翼のビームが右側へ走査した場
合に、そのビームが機体でブロックされないようにする
ためである。
使用される加算信号を形成するため、上述した上側合成
和信号と下側合成和信号とが加算される。さらに、上側
合成差信号を形成するために左上和信号と右上和信号と
の差分を取り、かつ、下側合成差信号を形成するために
左下和信号と右下和信号との差分を取る。そして、最終
的に、この上側合成差信号と下側合成差信号とが加算さ
れ、デルタ方位角信号が生成される。機上に搭載された
アンテナアレイにより仰角を決定するレーダシステムに
あっては、上述した信号処理が主翼の左右にそれぞれ等
角配置されたアンテナアレイ毎に独立して実行される。
仮に、これが独立して実行されない場合には、右翼と左
翼とが電気的に分離していることにより干渉パターン
（多重ローブ）が生じてしまう。また、翼の左右にアン
テナアレイを具備させたのは、右翼のビームが左側へ走
査した場合や、または左翼のビームが右側へ走査した場
合に、そのビームが機体でブロックされないようにする
ためである。
図面の簡単な説明 第１図は、Ｎ個の送受信用エレメントモジュールから
構成される等角アンテナアレイを搭載した主翼を示す正
面透視図である。
構成される等角アンテナアレイを搭載した主翼を示す正
面透視図である。
第２図は、主翼および水平尾翼に等角アンテナアレイ
を搭載した航空機の一例を示す平面図である。
を搭載した航空機の一例を示す平面図である。
第３図は、この発明によるリニア・フェイズドアレイ
・アンテナ・レーダシステムの構成を示す図である。
・アンテナ・レーダシステムの構成を示す図である。
詳細な説明 次に、図面を参照して詳細に説明する。まず、第１図
は、航空機の翼に設けられたＮ個の構成部分からなる送
受信するエレメント12の等角レーダアレイ10の正面透視
図である（その送受信するエレメント12の２つが示され
ている）。また、第１図には、第２図に示すような、航
空機の翼に対して直線状に配置された典型的な等角フェ
イズドアレイが示されている。このフェイズドアレイ
は、Ｎ個の指向性を有するエレメントから形成されてい
る。この指向性エレメントは、八木アンテナまたはその
他のいかなる型のエレメントでもよい。図示の八木アン
テナの指向性を有するエレメント12は、主エレメントに
加えて少なくとも２種の寄生のエレメントを備えてい
る。また、第１図に示す上述した八木アンテナの指向性
を有するエレメント12は、５個の導体からなるエレメン
ト16,18,20,22および24をも備えている。それぞれのエ
レメントは、約0.01λの直径で、かつ約0.5λの長さを
有している。５個のエレメント16,18,20,22および24
は、図中の同一ライン（横軸）に沿って、一定の間隔を
おいて、平行になるよう設けられている。また、隣接し
た各エレメントの間隔は、約0.25λである。また、エレ
メント16,18,20,22および24は、お互いのエレメントを
電気的に絶縁する１組の非導体のプレキシガラス支持体
上に支持されている。このプレキシガラス支持体は、結
果として生じる電磁波にとって実質的に不可視である。
は、航空機の翼に設けられたＮ個の構成部分からなる送
受信するエレメント12の等角レーダアレイ10の正面透視
図である（その送受信するエレメント12の２つが示され
ている）。また、第１図には、第２図に示すような、航
空機の翼に対して直線状に配置された典型的な等角フェ
イズドアレイが示されている。このフェイズドアレイ
は、Ｎ個の指向性を有するエレメントから形成されてい
る。この指向性エレメントは、八木アンテナまたはその
他のいかなる型のエレメントでもよい。図示の八木アン
テナの指向性を有するエレメント12は、主エレメントに
加えて少なくとも２種の寄生のエレメントを備えてい
る。また、第１図に示す上述した八木アンテナの指向性
を有するエレメント12は、５個の導体からなるエレメン
ト16,18,20,22および24をも備えている。それぞれのエ
レメントは、約0.01λの直径で、かつ約0.5λの長さを
有している。５個のエレメント16,18,20,22および24
は、図中の同一ライン（横軸）に沿って、一定の間隔を
おいて、平行になるよう設けられている。また、隣接し
た各エレメントの間隔は、約0.25λである。また、エレ
メント16,18,20,22および24は、お互いのエレメントを
電気的に絶縁する１組の非導体のプレキシガラス支持体
上に支持されている。このプレキシガラス支持体は、結
果として生じる電磁波にとって実質的に不可視である。
エレメント16は反射エレメントであり、エレメント18
は主エレメントである。また、エレメント20,22および2
4は導波エレメントである。主エレメント18には、電気
信号を供給するために同軸ケーブルが電気的に接続され
ている。また、反射エレメント16および導波エレメント
20〜24は、周知のものであり、ゲインを上げるために互
いに作用し合うとともに、放射された信号パターンに対
して一方向だけに作用する。
は主エレメントである。また、エレメント20,22および2
4は導波エレメントである。主エレメント18には、電気
信号を供給するために同軸ケーブルが電気的に接続され
ている。また、反射エレメント16および導波エレメント
20〜24は、周知のものであり、ゲインを上げるために互
いに作用し合うとともに、放射された信号パターンに対
して一方向だけに作用する。
アレイエレメント12は、第１図に示すように大体は水
平に設けられるか、あるいは、矢印26によって示される
ように、仰角に対して上昇する方向または下降する方向
に傾斜して設けられる。一方、アンテナが航空機の翼に
対して等角で設けられる場合には、各アレイエレメント
12の傾斜角度は、翼の厚さによって制限および抑制され
る。この翼の厚さはレーダシステムが設けられた航空機
に応じて異なる。
平に設けられるか、あるいは、矢印26によって示される
ように、仰角に対して上昇する方向または下降する方向
に傾斜して設けられる。一方、アンテナが航空機の翼に
対して等角で設けられる場合には、各アレイエレメント
12の傾斜角度は、翼の厚さによって制限および抑制され
る。この翼の厚さはレーダシステムが設けられた航空機
に応じて異なる。
第２図は、等角アンテナアレイ10を有する航空機30の
平面図である。この等角アンテナアレイ10は、航空機の
左右の翼のリーディング端の各々に配置されるととも
に、航空機の水平尾翼32にも配置される。このように配
列することで、機体の両側に設けられた周知のサイド監
視アンテナおよび等角アンテナアレイ10を電気的にスキ
ャンすることによって方位角360°の指向性が得られ
る。このような配置によれば、方位角360°をカバーす
るために、通常、機体上に設けられていた機械的に回転
する大きなドームが必要なくなる。
平面図である。この等角アンテナアレイ10は、航空機の
左右の翼のリーディング端の各々に配置されるととも
に、航空機の水平尾翼32にも配置される。このように配
列することで、機体の両側に設けられた周知のサイド監
視アンテナおよび等角アンテナアレイ10を電気的にスキ
ャンすることによって方位角360°の指向性が得られ
る。このような配置によれば、方位角360°をカバーす
るために、通常、機体上に設けられていた機械的に回転
する大きなドームが必要なくなる。
上述した実施例は、電気的にスキャンされるリニア・
フェズドアレイ・アンテナのレーダシステムを使用した
仰角または高度を決定するシステムに関する。基本的
に、この比較的高いゲインを有する放射エレメントの指
向性は、仰角におけるモノパルスのパターンを得るため
に利用される。この実施例において、各々の八木アンテ
ナのアレイエレメント12は、第３図の上部に示すよう
に、各々、上方（以下、UPとする）および下方（以下、
DOWNとする）へ傾けられている。これら左または右の翼
のアンテナアレイは、どちらでも任意に用いられ、ま
た、図示するように、各々の翼のアンテナアレイは、16
個の八木アンテナのアレイエレメント12からなる。アレ
イの左側の部分における４つのUPエレメントからの出力
は、左翼の上方向用のネットワーク40で合成される。ま
た、４つのDOWNエレメントからの出力は、左翼の下方向
用のネットワーク42で合成される。同様に、アレイの右
側の部分における４つのUPエレメントからの出力は、右
翼の上方向用のネットワーク44で合成され、４つのDOWN
エレメントからの出力は、右翼の下方向用のネットワー
ク46で合成される。
フェズドアレイ・アンテナのレーダシステムを使用した
仰角または高度を決定するシステムに関する。基本的
に、この比較的高いゲインを有する放射エレメントの指
向性は、仰角におけるモノパルスのパターンを得るため
に利用される。この実施例において、各々の八木アンテ
ナのアレイエレメント12は、第３図の上部に示すよう
に、各々、上方（以下、UPとする）および下方（以下、
DOWNとする）へ傾けられている。これら左または右の翼
のアンテナアレイは、どちらでも任意に用いられ、ま
た、図示するように、各々の翼のアンテナアレイは、16
個の八木アンテナのアレイエレメント12からなる。アレ
イの左側の部分における４つのUPエレメントからの出力
は、左翼の上方向用のネットワーク40で合成される。ま
た、４つのDOWNエレメントからの出力は、左翼の下方向
用のネットワーク42で合成される。同様に、アレイの右
側の部分における４つのUPエレメントからの出力は、右
翼の上方向用のネットワーク44で合成され、４つのDOWN
エレメントからの出力は、右翼の下方向用のネットワー
ク46で合成される。
上記給電用のネットワーク40,42,44および46の出力
は、位相モノパルス・レーダシステムに供給される。す
なわち、ネットワーク42の出力およびネットワーク46の
出力は、和信号Ｓおよび差信号Ｄを得るために、ハイブ
リッド・ネットワーク48で混成される。また、同様に、
ネットワーク40の出力およびネットワーク44の出力は、
和信号Ｓおよび差信号Ｄを得るためにハイブリッド・ネ
ットワーク50で混成される。
は、位相モノパルス・レーダシステムに供給される。す
なわち、ネットワーク42の出力およびネットワーク46の
出力は、和信号Ｓおよび差信号Ｄを得るために、ハイブ
リッド・ネットワーク48で混成される。また、同様に、
ネットワーク40の出力およびネットワーク44の出力は、
和信号Ｓおよび差信号Ｄを得るためにハイブリッド・ネ
ットワーク50で混成される。
次に、ハイブリッド・ネットワーク48および50からの
２つの和信号は、和信号ΣSUMおよび差信号ΔELを得る
ために、さらに180°ハイブリッド・ネットワーク52で
混成される。和信号ΣSUMは、レーダ有効領域（方位
角）の測定に用いられる。また、差信号ΔELは、このシ
ステムにより測定された仰角を得るために用いられる。
同様に、ハイブリッド・ネットワーク48からの２つの差
信号は、それらの差信号を合成した差信号ΔAZおよびそ
れら差信号の差を得るために、さらに180°ハイブリッ
ド・ネットワーク54で混成される。上記差信号ΔAZから
は、モノパルス・デルタ方位角信号が得られる。また、
上記差信号の差は終端される（ハイブリッドおよび回路
の有限の分離を非平衡とするために）。
２つの和信号は、和信号ΣSUMおよび差信号ΔELを得る
ために、さらに180°ハイブリッド・ネットワーク52で
混成される。和信号ΣSUMは、レーダ有効領域（方位
角）の測定に用いられる。また、差信号ΔELは、このシ
ステムにより測定された仰角を得るために用いられる。
同様に、ハイブリッド・ネットワーク48からの２つの差
信号は、それらの差信号を合成した差信号ΔAZおよびそ
れら差信号の差を得るために、さらに180°ハイブリッ
ド・ネットワーク54で混成される。上記差信号ΔAZから
は、モノパルス・デルタ方位角信号が得られる。また、
上記差信号の差は終端される（ハイブリッドおよび回路
の有限の分離を非平衡とするために）。
要約すると、UPエレメントおよびDOWNエレメントの出
力は、給電用のネットワークにおいて合成され、さら
に、和信号および２つのデルタ信号を得るために、位相
モノパルス・レーダシステムにおいて加工される。ま
た、第３図に示すように、八木エレメントのアレイは、
４つの群に分割される。そして、UPエレメントおよびDO
WNエレメントは、左右のネットワークにおいて混成され
る。混成されたUPエレメントおよびDOWNエレメントの和
および差は、180°ハイブリッド48および50において発
生する。これらの２つのハイブリッド48および50が出力
する和信号は、ハイブリッド52への入力信号となる。こ
のハイブリッド52が出力する和信号および差信号は、各
々、モノパルス和信号ΣSUMおよび仰角差信号ΔELとな
る。また、ハイブリッド48および50が出力する差信号
は、ハイブリッド54において混成される。このハイブリ
ッド54が出力する和信号はモノパルス方位角信号ΔAZに
なり、同ハイブリッド54の差信号は終端させられる。
力は、給電用のネットワークにおいて合成され、さら
に、和信号および２つのデルタ信号を得るために、位相
モノパルス・レーダシステムにおいて加工される。ま
た、第３図に示すように、八木エレメントのアレイは、
４つの群に分割される。そして、UPエレメントおよびDO
WNエレメントは、左右のネットワークにおいて混成され
る。混成されたUPエレメントおよびDOWNエレメントの和
および差は、180°ハイブリッド48および50において発
生する。これらの２つのハイブリッド48および50が出力
する和信号は、ハイブリッド52への入力信号となる。こ
のハイブリッド52が出力する和信号および差信号は、各
々、モノパルス和信号ΣSUMおよび仰角差信号ΔELとな
る。また、ハイブリッド48および50が出力する差信号
は、ハイブリッド54において混成される。このハイブリ
ッド54が出力する和信号はモノパルス方位角信号ΔAZに
なり、同ハイブリッド54の差信号は終端させられる。
上述したように、アレイエレメント12の仰角傾斜角度
は、翼の厚さによって限定を受ける。ゆえに、傾斜した
UPエレメントおよびDOWNエレメントの先端の間隔は限定
される。しかし、有効な仰角開口径（ビームの広がり）
は、傾斜角度のみに関係するだけでなく、傾斜したエレ
メントの位相の中心位置にも関係する。すなわち、位相
の中心が八木アンテナの先端へ接近するほど、全体は有
効的な仰角開口径になる。位相の中心位置は、ある任意
のアレイ環境内の八木アンテナに対してより、絶縁され
た八木アンテナに対して異なるため、測定する必要があ
る。
は、翼の厚さによって限定を受ける。ゆえに、傾斜した
UPエレメントおよびDOWNエレメントの先端の間隔は限定
される。しかし、有効な仰角開口径（ビームの広がり）
は、傾斜角度のみに関係するだけでなく、傾斜したエレ
メントの位相の中心位置にも関係する。すなわち、位相
の中心が八木アンテナの先端へ接近するほど、全体は有
効的な仰角開口径になる。位相の中心位置は、ある任意
のアレイ環境内の八木アンテナに対してより、絶縁され
た八木アンテナに対して異なるため、測定する必要があ
る。
上述した構成部品およびエレメントの全ては、給電用
のネットワーク40,42,44および46、ハイブリッド・ネッ
トワーク48,50,52および54、さらに導波管、ストリップ
ライン、同軸ケーブルなどである。これらの構成部品お
よびエレメントは、通常の商業的な製品である。
のネットワーク40,42,44および46、ハイブリッド・ネッ
トワーク48,50,52および54、さらに導波管、ストリップ
ライン、同軸ケーブルなどである。これらの構成部品お
よびエレメントは、通常の商業的な製品である。
比較分析においては、この発明による傾斜したエレメ
ントアレイの性能は、該傾斜したエレメントの先端の間
隔に等しい間隔を有する２つの列からなるアレイの性能
と比較される。さらに、本発明のエレメントの数が上記
２つの列からなるアレイの数と比較される。なお、この
２列からなるアレイの各列は、本実施例の傾斜したエレ
メントアレイの全数に等しいエレメントを有する。ここ
では、比較するための標準化として、両方のアレイは均
等な電力を伝搬するが、受信におけ２列からなるアレイ
のSN比は3dB高いと仮定している。傾斜したエレメント
アレイの２列からなるアレイを越える際立った有利な点
は、実際のところ、有用な仰角モノパルスが、第２図に
示すような電気的にスキャンされるレーダアンテナシス
テムを翼に設けられた航空機に既にある部品以外に、特
別な部品（ハイブリッド52および54を除く）を取り付け
ることなしに得られるというところにある。これと対照
的に、２列からなるアレイでは、最低限でも２倍の数の
放射エレメントが必要であり、さらに、２列目のエレメ
ントの後段のローノイズ増幅器および付加したエレメン
トのための給電用のネットワークが必要とされる。この
２列からなるアレイの有利な点は、SNRが約3dB高いこと
であ。それゆえに、このアレイは、利用度の高いレンジ
と角度性能を有している。
ントアレイの性能は、該傾斜したエレメントの先端の間
隔に等しい間隔を有する２つの列からなるアレイの性能
と比較される。さらに、本発明のエレメントの数が上記
２つの列からなるアレイの数と比較される。なお、この
２列からなるアレイの各列は、本実施例の傾斜したエレ
メントアレイの全数に等しいエレメントを有する。ここ
では、比較するための標準化として、両方のアレイは均
等な電力を伝搬するが、受信におけ２列からなるアレイ
のSN比は3dB高いと仮定している。傾斜したエレメント
アレイの２列からなるアレイを越える際立った有利な点
は、実際のところ、有用な仰角モノパルスが、第２図に
示すような電気的にスキャンされるレーダアンテナシス
テムを翼に設けられた航空機に既にある部品以外に、特
別な部品（ハイブリッド52および54を除く）を取り付け
ることなしに得られるというところにある。これと対照
的に、２列からなるアレイでは、最低限でも２倍の数の
放射エレメントが必要であり、さらに、２列目のエレメ
ントの後段のローノイズ増幅器および付加したエレメン
トのための給電用のネットワークが必要とされる。この
２列からなるアレイの有利な点は、SNRが約3dB高いこと
であ。それゆえに、このアレイは、利用度の高いレンジ
と角度性能を有している。
さらに、比較分析においては、傾斜したエレメントの
位相の中心がエレメントの先端にあるという仮定に基づ
いて、２列からなるアレイのアンテナ・パターンおよび
角度精度が比較された。上記パターンにより、無視され
ていた各エレメント間の互いの結合効果を評価し、広域
（90°）Ｅ−面エレメント（方位角）ビームのビーム幅
のために、方位角アレイ要素が評価された。なお、Ｈ−
面におけるエレメントパターンは、半分の電力のビーム
幅で70°に傾けられていると仮定した。まず、ブロード
サイドおよびスキャンされたビームに対する方位角およ
び仰角の基準面がプロットされた。次に、この基準面の
外側に位置するブロードサイドおよびスキャンビームに
対する仰角パターンもまたプロットされた。ここで、２
つのアレイの方位角の和および差パターンは、事実上ほ
ぼ同じである。また、傾斜したアレイの和パターンのピ
ークは、エレメントの傾斜のために約0.15dB低い。とこ
ろで、スキャンされたビームは、いかなるフェイズドア
レイにおいても、走査面において非対称になる。ゆえ
に、ビームによる照準はスキャン角度とともに移動す
る。また、仰角における主要な相違点は、エレメントの
数が多い（２倍）ために、２列からなるアレイの変調ス
ロープが高いことである。そして、基準面において、両
者のアレイ仰角差パターンは、本質的に同じ形である。
また、２列からなるアレイの仰角ゼロ位置は、基準面ま
たは該基準面に平行な複数の面において変化しない。一
方、傾斜したエレメント・アレイの仰角ゼロ位置は、基
準面に平行な複数の面において変化する。この効果は、
傾斜したUPおよびDOWNサブアレイの位相中心が（方位角
の面において）照準の軸の回りを移動するためである。
この照準の移動は、目標物が基準面内に存在すると、戻
ってきた信号が最大となるため、限定された方位角スキ
ャンによって決定される。傾斜したアレイの仰角変調ス
ロープは、軸から約55°ずれてスキャンされたビームお
よびブロードサイド・ビームに対して、各々、0.143V/
°および0.187V/°の間で（ビームスキャン角度ととも
に）変化する。また、最大レンジの50％（150nm）にお
いて、角度の不確定さ（ｓ＝0.143V/°）は、±0.62°
であり、目標物の高度の不確定さは、±4.7Kftである。
また、最大レンジにおける目標物の高度の不確定さは、
±18.8Kftおよび±9.8Kftに増加する。
位相の中心がエレメントの先端にあるという仮定に基づ
いて、２列からなるアレイのアンテナ・パターンおよび
角度精度が比較された。上記パターンにより、無視され
ていた各エレメント間の互いの結合効果を評価し、広域
（90°）Ｅ−面エレメント（方位角）ビームのビーム幅
のために、方位角アレイ要素が評価された。なお、Ｈ−
面におけるエレメントパターンは、半分の電力のビーム
幅で70°に傾けられていると仮定した。まず、ブロード
サイドおよびスキャンされたビームに対する方位角およ
び仰角の基準面がプロットされた。次に、この基準面の
外側に位置するブロードサイドおよびスキャンビームに
対する仰角パターンもまたプロットされた。ここで、２
つのアレイの方位角の和および差パターンは、事実上ほ
ぼ同じである。また、傾斜したアレイの和パターンのピ
ークは、エレメントの傾斜のために約0.15dB低い。とこ
ろで、スキャンされたビームは、いかなるフェイズドア
レイにおいても、走査面において非対称になる。ゆえ
に、ビームによる照準はスキャン角度とともに移動す
る。また、仰角における主要な相違点は、エレメントの
数が多い（２倍）ために、２列からなるアレイの変調ス
ロープが高いことである。そして、基準面において、両
者のアレイ仰角差パターンは、本質的に同じ形である。
また、２列からなるアレイの仰角ゼロ位置は、基準面ま
たは該基準面に平行な複数の面において変化しない。一
方、傾斜したエレメント・アレイの仰角ゼロ位置は、基
準面に平行な複数の面において変化する。この効果は、
傾斜したUPおよびDOWNサブアレイの位相中心が（方位角
の面において）照準の軸の回りを移動するためである。
この照準の移動は、目標物が基準面内に存在すると、戻
ってきた信号が最大となるため、限定された方位角スキ
ャンによって決定される。傾斜したアレイの仰角変調ス
ロープは、軸から約55°ずれてスキャンされたビームお
よびブロードサイド・ビームに対して、各々、0.143V/
°および0.187V/°の間で（ビームスキャン角度ととも
に）変化する。また、最大レンジの50％（150nm）にお
いて、角度の不確定さ（ｓ＝0.143V/°）は、±0.62°
であり、目標物の高度の不確定さは、±4.7Kftである。
また、最大レンジにおける目標物の高度の不確定さは、
±18.8Kftおよび±9.8Kftに増加する。
上述した実施例は、特に、航空機に係り、レーダの目
標物の仰角を決定するために該航空機に設けられた飛行
中のレーダのシステムに関する。一方、この実施例は、
飛行中の目標物の仰角を決定のための地上基地または海
上基地のレーダシステムとしても有用である。このよう
な地上基地または海上基地の仰角を決定する実施例で
は、地上基地または船舶に水平に設けられたリニア・フ
ェズドアレイ・アンテナを利用する。また、信号処理は
前述した実施例と同様に行われる。
標物の仰角を決定するために該航空機に設けられた飛行
中のレーダのシステムに関する。一方、この実施例は、
飛行中の目標物の仰角を決定のための地上基地または海
上基地のレーダシステムとしても有用である。このよう
な地上基地または海上基地の仰角を決定する実施例で
は、地上基地または船舶に水平に設けられたリニア・フ
ェズドアレイ・アンテナを利用する。また、信号処理は
前述した実施例と同様に行われる。
また、この発明は、リニア・フェズドアレイ・アンテ
ナを垂直に位置するように設置した方位角決定システム
としても有用である。これらの実施例では、アンテナ・
アレイの左右の部分は、上方に向けられた部分と下方に
向けられた部分に変換させられる。そして、信号処理
は、前述した実施例と同様に行われる。また、信号処理
からの出力は、仰角よりも方位角を示すようになる。
ナを垂直に位置するように設置した方位角決定システム
としても有用である。これらの実施例では、アンテナ・
アレイの左右の部分は、上方に向けられた部分と下方に
向けられた部分に変換させられる。そして、信号処理
は、前述した実施例と同様に行われる。また、信号処理
からの出力は、仰角よりも方位角を示すようになる。
以上、この発明では、リニア・フェズドアレイ・アン
テナを使用した角度位置を決定するシステムに対するい
くつかの実施例および変形例を述べる一方、この発明で
開示した技術が多くの他の技術を提唱していることは明
らかである。また、他の実施例においては、UPエレメン
トおよびDOWNエレメント（または、右およ左のエレメン
ト）の群は、異なる構成および状態に変形してもよい。
さらに、送受信エレメントの数および構成は、一般に、
他の実施例においては、システムの設計対象および他の
実用的な目的に応じて変更してもよい。
テナを使用した角度位置を決定するシステムに対するい
くつかの実施例および変形例を述べる一方、この発明で
開示した技術が多くの他の技術を提唱していることは明
らかである。また、他の実施例においては、UPエレメン
トおよびDOWNエレメント（または、右およ左のエレメン
ト）の群は、異なる構成および状態に変形してもよい。
さらに、送受信エレメントの数および構成は、一般に、
他の実施例においては、システムの設計対象および他の
実用的な目的に応じて変更してもよい。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−157507（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−157506（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−27281（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−112589（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01S 7/00 - 7/02 G01S 13/00 - 13/95 H01Q 3/22 - 3/26
Claims (7)
- 【請求項１】電子的な走査を行って目標体の角度位置を
決定するリニア・フェイズドアレイ・レーダシステムに
おいて、 （ａ）配列軸に沿って配置された送受信用エレメント列
によって形成され、前記送受信用エレメント列の内、各
送信用エレメントの位相励起を個々に制御することによ
ってアンテナビーム方向が制御される電子走査リニア・
フェイズドアレイ・アンテナと、 第１の角度方向を指し示す複数の第１エレメントと、こ
の第１の角度方向に対して角度をなして配置され、第２
の角度方向を指し示す複数の第２エレメントとを有し、
前記アンテナの左側部分を構成する前記送受信用エレメ
ント列と、 前記第１の角度方向を指し示す複数の第１エレメントと
前記第２の角度方向を指し示す複数の第２エレメントと
を有し、前記アンテナの右側部分を構成する前記送受信
エレメント列と、 （ｂ）第２方向左和信号を形成するために、前記左側部
分の第２の角度方向を指し示す複数のエレメントから出
力される信号を加算する手段と、第１方向左和信号を形
成するために、前記左側部分の第１の角度方向を指し示
す複数のエレメントから出力される信号を加算する手段
と、 （ｃ）前記右側部分の第２の角度方向を指し示す複数の
エレメントから出力される信号を加算して第２方向右和
信号を形成する手段と、前記右側部分の第１の角度方向
を指し示す複数のエレメントから出力される信号を加算
して第１方向右和信号を形成する手段と、 （ｄ）前記第２方向左和信号と前記第２方向右和信号と
を加算して第２方向合成和信号を形成する手段と、前記
第１方向左和信号と前記第１方向右和信号とを加算して
第１方向合成和信号を形成する手段と、 （ｅ）前記第１方向合成和信号と前記第２方向合成和信
号との差分を取り、測定された角度位置出力に相当する
デルタ角度位置信号を形成する手段とを具備することを
特徴とするリニア・フェイズドアレイ・アンテナ・レー
ダシステム。 - 【請求項２】前記送受信用エレメントは、自身の縦軸上
の所定の位置に最大利得を得るように配置された指向性
エレメントから構成されることを特徴とする請求項１記
載のリニア・フェイズドアレイ・アンテナ・レーダシス
テム。 - 【請求項３】前記送受信用エレメントの縦軸が略水平方
向に設定されるか、または、前記第１の角度方向を下向
きの方向とし、前記第２の角度方向を上向きの方向とす
る前記リニア・フェイズドアレイ・アンテナが、機上に
搭載されて目標となる他の飛行体の仰角を決定すること
を特徴とする請求項１記載のリニア・フェイズドアレイ
・アンテナ・レーダシステム。 - 【請求項４】航空機の右翼と左翼との前縁に各々配設さ
れた前記送受信用エレメント列の左側部分と右側部分と
は、それぞれ単一の等角アレイから形成されることを特
徴とする請求項３記載のリニア・フェイズドアレイ・ア
ンテナ・レーダシステム。 - 【請求項５】前記アレイの左側部分の前記複数のエレメ
ントは、交互に設けられた下方向を指し示すエレメント
と上方向を指し示すエレメントとからなり、前記アレイ
の右側部分の前記複数のエレメントは、交互に設けられ
た下方向を指し示すエレメントと上方向を指し示すエレ
メントとからなることを特徴とする請求項４記載のリニ
ア・フェイズドアレイ・アンテナ・レーダシステム。 - 【請求項６】前記差分を取る手段は、第２方向合成信号
および第１方向合成信号の和を取り、レーダ領域測定の
ために用いられる和信号の和を形成することを特徴とす
る請求項１記載のリニア・フェイズドアレイ・アンテナ
・レーダシステム。 - 【請求項７】（ａ）前記第２方向合成和信号を形成する
ための手段は、第２方向左和信号および第２方向右和信
号の間の差を取ることによって第２方向合成差信号を形
成し、 （ｂ）前記第１方向合成和信号を形成するための手段
は、第１方向左和信号および第１方向右和信号との間の
差を取ることによって第１方向合成差信号を形成し、 （ｃ）前記第２方向合成差信号および前記第１方向合成
信号を加算することによってデルタ方位角度信号を形成
する手段を具備することを特徴とする請求項３記載のリ
ニア・フェイズドアレイ・アンテナ・レーダシステム。
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