JP3081987B2 - Active phased array antenna - Google Patents
Active phased array antennaInfo
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- JP3081987B2 JP3081987B2 JP08019888A JP1988896A JP3081987B2 JP 3081987 B2 JP3081987 B2 JP 3081987B2 JP 08019888 A JP08019888 A JP 08019888A JP 1988896 A JP1988896 A JP 1988896A JP 3081987 B2 JP3081987 B2 JP 3081987B2
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- array antenna
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Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、アクティブフェーズド
アレイ空中線に関し、特に、ミリ波帯で適用すると好適
なアクティブフェーズドアレイ空中線に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an active phased array antenna, and more particularly to an active phased array antenna suitable for use in the millimeter wave band.
【0002】[0002]
【従来の技術】複数の放射素子が直線または平面配列さ
れるアクティブフェーズドアレイ空中線では、ビーム走
査範囲を広くするために、可視領域にグレーティングロ
ーブが出現しないように、放射素子の設置間隔を狭くす
る必要がある。すなわち、ビーム走査範囲を±θ°、使
用周波数の波長をλとすれば、所要の素子間隔dは、次
式で表される。2. Description of the Related Art In an active phased array antenna in which a plurality of radiating elements are arranged in a straight line or in a plane, the spacing between the radiating elements is reduced so that grating lobes do not appear in the visible region in order to widen the beam scanning range. There is a need. That is, if the beam scanning range is ± θ ° and the wavelength of the used frequency is λ, the required element interval d is expressed by the following equation.
【0003】 [0003]
【0004】ここで、kは、フェーズドアレイ規模によ
って定まる定数である。Here, k is a constant determined by the phased array scale.
【0005】従来、広いビーム走査範囲を有するアクテ
ィブフェーズドアレイ空中線の放射素子として、「Ph
ased Array Antenna with a
Multi Layer Substrate」(I
EEE、Proc.H、Vol.141、No.4、A
ug.1994)に開示されているように、素子間の相
互結合が小さく、かつビーム走査時の利得低下の小さい
MicrostripPatch Antenna(以
下、MSPAとする)が広く用いられていた。MSPA
を放射素子として用いたとき、アクティブフェーズドア
レイ空中線の構造として、図8に示すように、MSPA
201アレイと送受信モジュール202を分離して構成
する方法や、MSPAの裏面に移相器、増幅器等のマル
チチップモジュールIC(MMIC)を実装する方法が
考えられていた。Conventionally, as a radiating element of an active phased array antenna having a wide beam scanning range, "Ph
used Array Antenna with a
Multi Layer Substrate "(I
EEE, Proc. H, Vol. 141, no. 4, A
ug. As disclosed in (1994), MicrostripPatch Antenna (hereinafter, referred to as MSPA), in which mutual coupling between elements is small and in which the gain is low during beam scanning, has been widely used. MSPA
When using as a radiating element, the structure of the active phased array antenna is, as shown in FIG.
A method of separately configuring the 201 array and the transmitting / receiving module 202 and a method of mounting a multi-chip module IC (MMIC) such as a phase shifter and an amplifier on the back surface of the MSPA have been considered.
【0006】上記方法は、マイクロ波帯で使用されるア
クティブフェーズドアレイ空中線では実用化されている
ものの、図8に示すMSPA201と送受信モジュール
202を分離した構成をミリ波帯等の高い周波数帯で使
用されるアクティブフェーズドアレイ空中線に適用する
ことは、機械加工精度の限界、保守整備性を考慮すると
実現が非常に困難である。Although the above method has been put to practical use in an active phased array antenna used in a microwave band, the configuration in which the MSPA 201 and the transmitting / receiving module 202 shown in FIG. 8 are separated is used in a high frequency band such as a millimeter wave band. It is very difficult to apply the method to an active phased array antenna which is used in view of the limitation of machining accuracy and maintainability.
【0007】すなわち、送受信モジュール202は、そ
れが故障した場合に交換・修理するために、MSPA2
01アレイから取り外す必要がある。ここで、送受信モ
ジュール202とMSPA201アレイとを接続するた
めの同軸コネクタ203のコネクタ間隔は、±45〜±
60°のビーム走査範囲のアクティブフェーズドアレイ
空中線の場合、λ/2(λ:波長)となる。例えば、そ
のコネクタ間隔は、35GHzのミリ波帯のアクティブ
フェーズドアレイ空中線の場合では、約4.3mm、9
GHzのマイクロ波帯では、16mmとなる。したがっ
て、ミリ波帯のアクティブフェーズドアレイ空中線で
は、超小型の同軸コネクタ203を用いる必要がある。
しかしながら、この超小型同軸コネクタ203は、中心
導体が非常に細く、人手で勘合させることは非常に困難
である。[0007] That is, the transmission / reception module 202 is used to replace / repair the MSPA2 when it fails.
01 must be removed from the array. Here, the connector interval of the coaxial connector 203 for connecting the transmitting / receiving module 202 and the MSPA 201 array is ± 45 to ± 45.
In the case of an active phased array antenna having a beam scanning range of 60 °, it is λ / 2 (λ: wavelength). For example, the connector spacing is about 4.3 mm, 9 mm for an active phased array antenna in the millimeter wave band of 35 GHz.
In the microwave band of GHz, it is 16 mm. Therefore, it is necessary to use a microminiature coaxial connector 203 in an active phased array antenna in the millimeter wave band.
However, the center conductor of this microminiature coaxial connector 203 is very thin, and it is very difficult to fit it by hand.
【0008】また、MSPAの裏面にMMICを実装す
る構造について、例えば、35GHz帯で使用可能なア
クティブフェーズドアレイ空中線を考えると、図9
(a)に示すように、MMICの実装可能な領域204
の面積は約20mm2で、MMICの実装面積が4〜8
mm2/chip必要であることから、実装個数に限界
がある。しかしながら、送受信モジュールで使用される
チップは、一般的に、図9(b)に示すように、アンプ
6台、スイッチ3台、移相器および減衰器各1台を必要
とし、アンプおよびスイッチの実装面積は4mm2程度
であり、移相器および減衰器の実装面積は6mm2程度
であることから、MMICの占有面積は、48mm2と
なる。さらに、MMIC間の接続、外部リードとの接続
を考えると、実際の面積はそれ以上となってしまい、結
果として、MSPAの裏面にMMICを実装すること
は、極めて実現困難であった。さらに、このMSPAの
裏面にMMICを実装する構造では、放熱の問題も解決
する必要がある。このように、上記構造の、ミリ波帯の
アクティブフェーズドアレイ空中線への適用は極めて困
難であった。Further, regarding a structure in which the MMIC is mounted on the back surface of the MSPA, for example, considering an active phased array antenna usable in a 35 GHz band, FIG.
As shown in FIG.
Has an area of about 20 mm 2 and a mounting area of MMIC of 4 to 8 mm.
Since mm 2 / chip is required, there is a limit to the number of packages to be mounted. However, a chip used in the transmission / reception module generally requires six amplifiers, three switches, one phase shifter and one attenuator as shown in FIG. Since the mounting area is about 4 mm 2 and the mounting area of the phase shifter and the attenuator is about 6 mm 2 , the occupied area of the MMIC is 48 mm 2 . Further, considering the connection between the MMICs and the connection with the external leads, the actual area becomes larger, and as a result, it is extremely difficult to mount the MMIC on the back surface of the MSPA. Further, in the structure in which the MMIC is mounted on the back surface of the MSPA, it is necessary to solve the problem of heat radiation. Thus, it has been extremely difficult to apply the above structure to an active phased array antenna in the millimeter wave band.
【0009】したがって、ミリ波帯のアクティブフェー
ズドアレイ空中線では、図10に示すように、放射素子
205として、スロットラインアンテナやダイポールア
ンテナを選定し、これらの放射素子205の給電線20
7の延長上に送受信モジュール206を実装する構成が
適用されていた。Therefore, in the active phased array antenna in the millimeter wave band, a slot line antenna or a dipole antenna is selected as the radiating element 205 as shown in FIG.
7, a configuration in which the transmission / reception module 206 is mounted has been applied.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アクテ
ィブフェーズドアレイ空中線の放射素子としてスロット
ラインアンテナを用い、図10に示すような構成を採用
した場合、ビーム幅を広くすると、アレイエレメントパ
ターン(放射素子をアレイ配列とした時の素子単体パタ
ーン)のリップルや歪みが増大することになる。したが
って、スロットラインアンテナは、広角走査アクティブ
フェーズドアレイ空中線の放射素子として適当ではなか
った。However, when a slot line antenna is used as the radiating element of the active phased array antenna and the configuration shown in FIG. 10 is adopted, if the beam width is widened, the array element pattern (radiating element Ripple and distortion of the element single pattern when the array is arranged are increased. Therefore, slot line antennas were not suitable as radiating elements for wide angle scanning active phased array antennas.
【0011】また、アクティブフェーズドアレイ空中線
の放射素子としてダイポールアンテナを用い、図10に
示すような構成を採用した場合、素子間の相互結合が大
きくなる。さらに、素子間隔を密に配列した場合、アレ
イエレメントパターンの歪みが大きく、ビーム走査時の
利得変化が大きくなってしまっていた。図11は、ビー
ム走査範囲±45°および±60°を達成するために必
要な素子間隔でダイポールアンテナを配列したときのア
レイエレメントパターンを示す図であり、実線は、±4
5°、点線は、±60°のビーム走査範囲に対応してい
る。図11を参照すると、ビームを±60°に走査した
場合、垂直面(−60°)で4.6dB、水平面(+6
0°)で11.7dBの利得低下が生じている。このよ
うなアクティブフェーズドアレイ空中線をレーダ装置に
適用した場合、システム利得の変化で、各々の利得低下
は、9.2dBおよび23.4dBとなり、システム設
計に重大な悪影響を与えていた。When a dipole antenna is used as the radiating element of the active phased array antenna and the configuration shown in FIG. 10 is employed, mutual coupling between the elements increases. Further, when the element intervals are densely arranged, the distortion of the array element pattern is large, and the gain change during beam scanning is large. FIG. 11 is a diagram showing an array element pattern when dipole antennas are arranged at element intervals necessary to achieve a beam scanning range of ± 45 ° and ± 60 °, and a solid line indicates ± 4 °.
5 ° and the dotted line correspond to a beam scanning range of ± 60 °. Referring to FIG. 11, when the beam is scanned at ± 60 °, 4.6 dB in the vertical plane (−60 °) and the horizontal plane (+ 6 °).
0 °), a gain decrease of 11.7 dB occurs. When such an active phased array antenna is applied to a radar device, the respective gain reductions are 9.2 dB and 23.4 dB due to a change in system gain, which has a serious adverse effect on system design.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明のアクティブフェーズドアレイ空中線は、
複数の放射素子とその各放射素子に対応して設けられる
複数の送受信モジュールとを同一平面上に実装するとと
もに、その複数の放射素子を実装平面内で円周上に配列
するものである。In order to solve the above problems, an active phased array antenna according to the present invention comprises:
A plurality of radiating elements and a plurality of transmitting / receiving modules provided corresponding to the respective radiating elements are mounted on the same plane, and the plurality of radiating elements are arranged on a circumference in a mounting plane.
【0013】特に、サイドローブを抑圧するためには、
最大S/N法によって得られる位相ウェイトおよび振幅
ウェイトにより送受信モジュールを動作させるものであ
る。In particular, in order to suppress the side lobe,
The transmitting and receiving module is operated by the phase weight and the amplitude weight obtained by the maximum S / N method.
【0014】また、二次元ビーム走査を行うために、本
発明のアクティブフェーズドアレイ空中線は、複数の放
射素子とその各放射素子に対応して設けられる複数の送
受信モジュールとが同一平面上に実装されるとともに、
前記複数の放射素子が前記平面内で円周上に配列される
一次元ビーム走査アクティブフェーズドアレイ空中線を
複数備えるアクティブフェーズドアレイ空中線であっ
て、前記一次元ビーム走査アクティブフェーズドアレイ
空中線を等間隔に並列に配置するとともに、前記各一次
元ビーム走査アクティブフェーズドアレイ空中線の開口
中心を、その一次元ビーム走査アクティブフェーズドア
レイ空中線の各放射素子の実装面に対して垂直な平面内
で円周上に配列するものである。In order to perform two-dimensional beam scanning, the active phased array antenna according to the present invention includes a plurality of radiating elements and a plurality of transmitting / receiving modules provided for the respective radiating elements mounted on the same plane. Along with
An active phased array antenna having a plurality of one-dimensional beam scanning active phased array antennas in which the plurality of radiating elements are arranged on the circumference in the plane, wherein the one-dimensional beam scanning active phased array antennas are arranged in parallel at equal intervals. And the center of the aperture of each one-dimensional beam scanning active phased array antenna is arranged on the circumference in a plane perpendicular to the mounting surface of each radiating element of the one-dimensional beam scanning active phased array antenna. Things.
【0015】[0015]
【実施例】次に、本発明のアクティブフェーズドアレイ
空中線の一実施例について図面を参照して詳細に説明す
る。Next, an embodiment of the active phased array antenna of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【0016】本発明の第1の実施例は、送受信モジュー
ルと放射素子を同一平面上に実装し、かつ放射素子群を
その実装平面内で円周上に配列するように配置するもの
である。このように構成することにより、放射素子の結
合度が小さくなり、結果として、ビーム走査時の利得低
下を抑えることができる。In the first embodiment of the present invention, the transmitting / receiving module and the radiating element are mounted on the same plane, and the radiating element groups are arranged so as to be arranged on the circumference in the mounting plane. With this configuration, the degree of coupling of the radiating elements is reduced, and as a result, a decrease in gain during beam scanning can be suppressed.
【0017】図1は、本実施例の構成を示す斜視図であ
り、円周上に配列した複数の放射素子101と、各放射
素子101のそれぞれと給電線102を介して接続され
る送受信モジュール103とが同一平面上に実装されて
いる。また、電力分配器104は、各送受信モジュール
103に高周波電力を分配・供給するものである。な
お、各送受信モジュール103を制御するための制御信
号は信号入力端子105から入力される。FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the present embodiment. A plurality of radiating elements 101 arranged on a circumference and a transmitting / receiving module connected to each of the radiating elements 101 via a feeder line 102 are shown. 103 are mounted on the same plane. The power distributor 104 distributes and supplies high-frequency power to each transmitting / receiving module 103. A control signal for controlling each transmitting / receiving module 103 is input from the signal input terminal 105.
【0018】図2は、本実施例の構成を示すブロック図
であり、この図2を参照して、本実施例の動作を説明す
る。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of this embodiment. The operation of this embodiment will be described with reference to FIG.
【0019】まず、レーダ信号の送信時について説明す
ると、励振器106によって発生するレーダ信号は、電
力分配器104によって、一様に分配される。分配され
たレーダ信号は、各送受信モジュール103に入力さ
れ、所定の振幅・位相ウェイトが与えられる。各送受信
モジュール103で、レーダ信号に与えられる振幅・位
相ウェイトは、ビーム指向方向ごとに予めビーム走査制
御器107に格納されている。そして、ビーム走査制御
器107からのビーム走査制御信号に基づいて、各送受
信モジュール103は、レーダ信号に所望の振幅・位相
ウェイトを与える。所定の振幅・位相ウェイトが与えら
れたレーダ信号は、増幅された後、円周上に配された放
射素子101から空間に放射される。First, a description will be given of the transmission of a radar signal. The radar signal generated by the exciter 106 is uniformly distributed by the power distributor 104. The distributed radar signal is input to each transmitting / receiving module 103, and given a predetermined amplitude / phase weight. The amplitude / phase weight given to the radar signal in each transmission / reception module 103 is stored in the beam scanning controller 107 in advance for each beam directing direction. Then, based on the beam scanning control signal from the beam scanning controller 107, each transmission / reception module 103 gives a desired amplitude and phase weight to the radar signal. A radar signal to which a predetermined amplitude / phase weight is given is amplified and then radiated into space from a radiating element 101 arranged on the circumference.
【0020】次に、受信時について説明すると、各放射
素子101で受信された信号は、対応する送受信モジュ
ール103に導かれ、増幅された後、ビーム形成のた
め、所定の位相・振幅ウェイトが与えられる。この受信
信号に与えられる位相・振幅のウェイトも、送信時と同
様にビーム走査制御器107からのビーム走査制御信号
に基づくものである。各送受信モジュール103の出力
信号は、送信用の電力分配器とは別に用意された電力分
配器104Bによって合成され、受信機109に送出さ
れる。Next, at the time of reception, a signal received by each radiating element 101 is guided to a corresponding transmitting / receiving module 103, and after being amplified, given a predetermined phase / amplitude weight for beam forming. Can be The phase / amplitude weight given to the received signal is also based on the beam scanning control signal from the beam scanning controller 107 as in the transmission. The output signal of each transmission / reception module 103 is synthesized by a power divider 104B prepared separately from the power divider for transmission, and transmitted to the receiver 109.
【0021】次に、本実施例における送受信モジュール
について図2および図3を参照して説明する。Next, the transmission / reception module according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
【0022】図3は、送受信モジュール103の構成を
示すブロック図であり、図中、スイッチの位置は、送信
時の状態を示す。電力分配器104Aからのレーダ信号
は、入力端子115から入力され、移相器110によっ
て位相ウェイトが与えられる。位相ウェイトが与えられ
たレーダ信号は、電力増幅器111によって増幅された
後、可変減衰器112に供給され、振幅ウェイトが与え
られる。振幅・位相ウェイトが与えられたレーダ信号
は、入出力端子113を介して放射素子101に送出さ
れる。FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the transmission / reception module 103. In FIG. 3, the position of the switch indicates the state at the time of transmission. The radar signal from the power divider 104A is input from the input terminal 115, and is given a phase weight by the phase shifter 110. The radar signal to which the phase weight is given is amplified by the power amplifier 111, and then supplied to the variable attenuator 112, where the radar signal is given an amplitude weight. The radar signal to which the amplitude / phase weight is given is transmitted to the radiating element 101 via the input / output terminal 113.
【0023】一方、受信時には、図中の各スイッチが反
対側に接触することになり、放射素子101からの受信
信号は、入出力端子113に与えられる。受信信号は、
低雑音増幅器114によって増幅され、可変減衰器11
5によって、振幅ウェイトが与えられる。受信信号は、
さらに、移相器110によって、位相ウェイトが与えら
れる。振幅・位相ウェイトが与えられた受信信号は、出
力端子116から電力分配器104Bに送出される。On the other hand, at the time of reception, each switch in the figure comes into contact with the opposite side, and the reception signal from the radiating element 101 is given to the input / output terminal 113. The received signal is
Amplified by the low noise amplifier 114, the variable attenuator 11
5 gives the amplitude weight. The received signal is
Further, a phase weight is given by the phase shifter 110. The received signal to which the amplitude / phase weight is given is transmitted from output terminal 116 to power divider 104B.
【0024】ここで、制御回路117は、ビーム走査制
御器107からのビーム走査制御信号を、可変減衰器1
12および115、移相器110のインタフェースに合
わせてデコードし、その制御信号に基づいて、その可変
減衰器112および115、移相器110を駆動制御す
るものである。Here, the control circuit 117 sends the beam scanning control signal from the beam scanning controller 107 to the variable attenuator 1
Decodes 12 and 115 are performed in accordance with the interface of the phase shifter 110, and the variable attenuators 112 and 115 and the phase shifter 110 are drive-controlled based on the control signal.
【0025】本実施例のごとく、複数の放射素子を円周
配列で等間隔に配置した場合のアレイエレメントパター
ンは、実験によれば、cosθで近似することができ、
そのビーム走査時における利得低下を抑えることができ
る。これは、素子単体の放射パターンをcosθで近似
することができるために、複数の放射素子を円周配列し
た時には、素子間の相互結合が小さくなっているためで
ある。According to the experiment, the array element pattern when a plurality of radiating elements are arranged at equal intervals in a circumferential arrangement as in this embodiment can be approximated by cos θ.
A decrease in gain during the beam scanning can be suppressed. This is because the radiation pattern of a single element can be approximated by cos θ, and when a plurality of radiating elements are arranged in a circle, mutual coupling between the elements is small.
【0026】ここで、図4は、本実施例のアクティブフ
ェーズドアレイ空中線の放射パターンを以下の条件のも
とで計算した結果である。FIG. 4 shows the result of calculating the radiation pattern of the active phased array antenna of this embodiment under the following conditions.
【0027】 素子数 : 16 素子間隔 : 0.5λ 周波数 : 35GHz(ミリ波帯) 配列円周半径 : 50mm ビーム走査方向 : 60° 設定ウェイト : テーラ分布(サイドローブレベル
−30dB、n=4) 素子パターン : cosθ 次に、本発明の第2の実施例のアクティブフェーズドア
レイ空中線について図2、図4および図5を参照して説
明する。Number of elements: 16 Element spacing: 0.5λ Frequency: 35 GHz (millimeter wave band) Array circumference radius: 50 mm Beam scanning direction: 60 ° Setting weight: Taylor distribution (side lobe level -30 dB, n = 4) Pattern: cos θ Next, an active phased array antenna according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2, 4, and 5. FIG.
【0028】図4を参照すると、本発明の第1の実施例
では、放射素子を円周上に配列したコンフォーマルアレ
イであるため、サイドローブレベル−30dBのテーラ
ウェイトをかけているにもかかわらず、−18dBのサ
イドローブが発生している。そこで、本発明の第2の実
施例では、円周配列アレイで発生する不要ローブ(図4
における70°〜80°に発生している比較的レベルの
大きいサイドローブ)を抑圧するために、前述の第1の
実施例に最大S/N法を適用するものである。Referring to FIG. 4, the first embodiment of the present invention is a conformal array in which radiating elements are arranged on a circumference, so that a tailor weight of side lobe level of -30 dB is applied. However, a side lobe of -18 dB is generated. Therefore, in the second embodiment of the present invention, unnecessary lobes generated in the circumferential array (see FIG. 4).
In this embodiment, the maximum S / N method is applied to the above-described first embodiment in order to suppress a relatively large level of side lobe occurring at 70 ° to 80 °.
【0029】最大S/N法は、「曲線アレイにおけるア
ダプティブナル形成」(1994年電子情報通信学会春
季大会 pp2〜157)に示されているが、その具体
的な手法について図5に示すフローチャートを参照して
説明する。The maximum S / N method is described in "Adaptive null formation in a curved array" (pp. 2-157, 1994 IEICE Spring Conference). It will be described with reference to FIG.
【0030】まず、アンテナの形状および放射素子の配
列を定める(S101)。さらに、ビーム捜索方向での
メインビームの照射方向を定める(S102)。定めら
れたメインビームの照射方向において、指向性利得を最
大とする基準ウェイトを算定する(S103)。算定さ
れた基準ウェイトによって形成されるサイドロープ特性
に対し、さらに低いサイドロープ化を図りたい方向に不
要信号を想定し、電力分布を設定する(S104)。想
定した不要信号に対する各放射素子相互間での自己相関
値及び相互相関値を算定する(S105)。算定された
各相関値を要素とする共分散マトリクスを算定する(S
106)。算定された共分散マトリクスの逆マトリクス
を算定し、算定された逆マトリクスを用いて前述のS1
03で算定された基準ウェイトに対し補正を行い、アダ
プティブウェイトを算定する(S107)。ここで、S
106で算定された共分散マトリクスは、各放射素子で
受信した不要信号の捜索空間における電力分布を表すも
のであり、したがって、S107で、その共分散マトリ
クスの逆マトリクスを算定し、基準ウェイトに乗算して
これを補正することは、この不要信号を打ち消すように
基準ウェイトで定めたビーム指向性を適合させることを
意味する。First, the shape of the antenna and the arrangement of the radiation elements are determined (S101). Further, the irradiation direction of the main beam in the beam search direction is determined (S102). A reference weight that maximizes the directivity gain in the determined main beam irradiation direction is calculated (S103). With respect to the side-rope characteristics formed by the calculated reference weights, an unnecessary signal is assumed in a direction in which a lower side-rope is desired to be achieved, and a power distribution is set (S104). An autocorrelation value and a crosscorrelation value between the respective radiating elements for the assumed unnecessary signal are calculated (S105). Calculate a covariance matrix having each calculated correlation value as an element (S
106). The inverse matrix of the calculated covariance matrix is calculated, and the above-described S1 is calculated using the calculated inverse matrix.
The adaptive weight is calculated by correcting the reference weight calculated in step S03 (S107). Where S
The covariance matrix calculated in 106 represents the power distribution in the search space of the unnecessary signal received by each radiating element. Therefore, in S107, the inverse matrix of the covariance matrix is calculated and multiplied by the reference weight. Correcting this means that the beam directivity determined by the reference weight is adapted to cancel the unnecessary signal.
【0031】図2に示すビーム走査制御装置107にお
いて、この最大S/N法を適用して得られる位相・振幅
ウェイトを、各送信モジュール103に入力されるレー
ダ信号に与えることにより、ビーム指向性利得を最大に
しつつ、サイドローブレベルを抑圧することができる。
ここで、図6は、図4に示すような放射パターンを示す
前述の第1の実施例に対して最大S/N法を適用した本
実施例において、前述と同様の条件のもとに計算された
放射パターンを示すものである。図6を参照すれば、図
4に示す放射パターンと比べて、サイドローブレベルは
7dB改善され、−23dBとなっていることがわか
る。また、本実施例では、ビーム走査時の利得変動は、
2.6dBであり、照射素子を直線配列した場合と比べ
て、1.7dB改善されている。In the beam scanning control device 107 shown in FIG. 2, a phase / amplitude weight obtained by applying the maximum S / N method is given to a radar signal input to each transmitting module 103, so that a beam directivity is obtained. The sidelobe level can be suppressed while maximizing the gain.
Here, FIG. 6 shows a calculation under the same conditions as described above in the present embodiment in which the maximum S / N method is applied to the above-mentioned first embodiment showing the radiation pattern as shown in FIG. FIG. Referring to FIG. 6, it can be seen that the side lobe level is improved by 7 dB to -23 dB as compared with the radiation pattern shown in FIG. Further, in this embodiment, the gain variation during beam scanning is
This is 2.6 dB, which is an improvement of 1.7 dB as compared with the case where the irradiation elements are linearly arranged.
【0032】次に、本発明の第3の実施例について図7
を参照して説明する。Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG.
【0033】本発明の第3の実施例は、前述の第1の実
施例のアクティブフェーズドアレイ空中線が一次元ビー
ム走査を行うものであるのに対して、二次元ビーム走査
を行うものである。In the third embodiment of the present invention, two-dimensional beam scanning is performed, while the active phased array antenna of the first embodiment performs one-dimensional beam scanning.
【0034】図7は、本実施例の構成を示す斜視図であ
り、本実施例の二次元アクティブフェーズドアレイ空中
線は、二次元ビーム走査を行うために、図1に示す一次
元ビーム走査アクティブフェーズドアレイ空中線118
を複数用意し、それらを平行かつ等間隔に配列してい
る。ここで、図7におけるXY平面内においても放射素
子101の配列をコンフォーマルアレイとするために、
一次元アクティブフェーズドアレイ空中線118の開口
中心120が、その一次元アクティブフェーズドアレイ
空中線118の各放射素子101の実装面(図7におけ
るXZ平面)に対して垂直な平面(XY平面)内に描か
れる円周119上に配置されるように、その一次元アク
ティブフェーズドアレイ空中線を前後にずらして配列す
る。ここで、円周119を含む平面内の放射パターン
も、前述の図4に示す特性と同様のものとなる。なお、
本実施例においても、前述の最大S/N法を適用してサ
イドローブを抑圧することができる。FIG. 7 is a perspective view showing the configuration of the present embodiment. The two-dimensional active phased array antenna of the present embodiment uses a one-dimensional beam scanning active phased array shown in FIG. 1 to perform two-dimensional beam scanning. Array antenna 118
Are prepared, and they are arranged in parallel and at equal intervals. Here, in order to arrange the radiating elements 101 in a conformal array even in the XY plane in FIG.
The aperture center 120 of the one-dimensional active phased array antenna 118 is drawn in a plane (XY plane) perpendicular to the mounting surface (XZ plane in FIG. 7) of each radiating element 101 of the one-dimensional active phased array antenna 118. The one-dimensional active phased array antennas are arranged shifted back and forth so as to be arranged on the circumference 119. Here, the radiation pattern in the plane including the circumference 119 is also the same as the characteristic shown in FIG. In addition,
Also in this embodiment, it is possible to suppress the side lobe by applying the maximum S / N method described above.
【0035】[0035]
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明のアクティ
ブフェーズドアレイ空中線は、放射素子群とそれに対応
して設けられる送受信モジュールとを同一平面上に実装
するとともに、各放射素子を円周上に配列しているため
に、ビーム走査時の利得変動を抑えることができ、広い
ビーム走査範囲を実現することができる。As described above, according to the active phased array antenna of the present invention, the radiating element group and the transmitting / receiving module provided corresponding thereto are mounted on the same plane, and the radiating elements are arranged on the circumference. As a result, gain fluctuation during beam scanning can be suppressed, and a wide beam scanning range can be realized.
【0036】さらに、精密な接続構造を必要としないた
め、ミリ波帯に適用した場合に、保守整備等を容易に行
うことができる。Furthermore, since a precise connection structure is not required, maintenance and the like can be easily performed when applied to the millimeter wave band.
【0037】さらに、最大S/N法を適用することによ
り、放射素子を円周配列した場合に発生する不要ローブ
(比較的レベルの大きいサイドローブ)を抑圧すること
ができる。Further, by applying the maximum S / N method, unnecessary lobes (side lobes having a relatively large level) generated when radiating elements are arranged in a circle can be suppressed.
【0038】さらに、本発明では、一次元アクティブフ
ェーズドアレイ空中線を複数並行に配置し、各一次元ア
クティブフェーズドアレイ空中線の開口中心が、その一
次元アクティブフェーズドアレイ空中線の各放射素子の
実装面に対して垂直な平面内に描かれる円周上に配置さ
れ るように、その一次元アクティブフェーズドアレ
イ空中線を前後にずらして配列することにより、二次元
ビーム走査への拡張を容易に実現することができる。Further, in the present invention, a plurality of one-dimensional active phased array antennas are arranged in parallel, and the center of the opening of each one-dimensional active phased array antenna is positioned with respect to the mounting surface of each radiating element of the one-dimensional active phased array antenna. By arranging the one-dimensional active phased array antennas back and forth so that they are arranged on a circle drawn in a vertical plane, it is possible to easily realize expansion to two-dimensional beam scanning. .
【図1】本発明の第1の実施例の構成を示す斜視図であ
る。FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a first exemplary embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第1の実施例の構成を示すブロック図
である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a first exemplary embodiment of the present invention.
【図3】図2における送受信モジュールの構成を示すブ
ロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a transmission / reception module in FIG. 2;
【図4】本発明の第1の実施例に対して所定の条件で計
算された放射パターンの一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a radiation pattern calculated under predetermined conditions for the first embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第2の実施例に適用される最大S/N
法の処理手順を示すフローチャートである。FIG. 5 shows the maximum S / N applied to the second embodiment of the present invention.
It is a flowchart which shows the processing procedure of a method.
【図6】本発明の第2の実施例に対して所定の条件で計
算された放射パターンの一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a radiation pattern calculated under predetermined conditions for the second embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第3の実施例の構成を示す斜視図であ
る。FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of a third exemplary embodiment of the present invention.
【図8】従来のアクティブフェーズドアレイ空中線の主
要部の構成を示す斜視図である。FIG. 8 is a perspective view showing a configuration of a main part of a conventional active phased array antenna.
【図9】従来のアクティブフェーズドアレイ空中線の構
成を説明する図であり、(a)は、MMICを実装可能
なMSPAの裏面の面積を示す図であり、(b)は、一
般的なMMICの構成を示す図である。9A and 9B are diagrams illustrating a configuration of a conventional active phased array antenna, in which FIG. 9A is a diagram illustrating the area of the back surface of an MSPA on which an MMIC can be mounted, and FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration.
【図10】従来のミリ波帯のアクティブフェーズドアレ
イ空中線の主要部の構成を示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view showing a configuration of a main part of a conventional millimeter wave band active phased array antenna.
【図11】図10に示す従来のアクティブフェーズドア
レイ空中線におけるアレイエレメントパターンの一例を
示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an example of an array element pattern in the conventional active phased array antenna shown in FIG.
101 放射素子 102 給電線 103 送受信モジュール 104 電力分配器 105 信号入力端子 106 励振器 107 ビーム走査制御器 108 受信機 109 入力端子 110 移相器 111 電力増幅器 112、115 可変減衰器 113 入出力端子 114 低雑音増幅器 116 出力端子 117 制御回路 118 一次元アクティブフェーズドアレイ空中線 119 円周 120 開口中心 Reference Signs List 101 radiating element 102 feeder 103 transmitting / receiving module 104 power distributor 105 signal input terminal 106 exciter 107 beam scan controller 108 receiver 109 input terminal 110 phase shifter 111 power amplifier 112, 115 variable attenuator 113 input / output terminal 114 low Noise amplifier 116 Output terminal 117 Control circuit 118 One-dimensional active phased array antenna 119 Circumference 120 Center of aperture
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−107335(JP,A) 特開 平1−254007(JP,A) 特開 平1−311704(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01Q 3/26 - 3/42 H01Q 21/22 G01S 7/02 G01S 7/28 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-5-107335 (JP, A) JP-A-1-254007 (JP, A) JP-A-1-311704 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 7 , DB name) H01Q 3/26-3/42 H01Q 21/22 G01S 7/02 G01S 7/28
Claims (1)
して設けられる複数の送受信モジュールとが同一平面上
に実装されるとともに、前記複数の放射素子が前記平面
内で円周上に配列される一次元ビーム走査アクティブフ
ェーズドアレイ空中線を複数備えるアクティブフェーズ
ドアレイ空中線であって、 前記一次元ビーム走査アクティブフェーズドアレイ空中
線を等間隔に並列に配置するとともに、前記各一次元ビ
ーム走査アクティブフェーズドアレイ空中線の開口中心
を、その一次元ビーム走査アクティブフェーズドアレイ
空中線の各放射素子の実装面に対して垂直な平面内で円
周上に配列することを特徴とするアクティブフェーズド
アレイ空中線。1. A plurality of radiating elements and a plurality of transmitting / receiving modules provided corresponding to each of the radiating elements are mounted on the same plane, and the plurality of radiating elements are arranged on the circumference in the plane. An active phased array antenna having a plurality of one-dimensional beam scanning active phased array antennas, wherein the one-dimensional beam scanning active phased array antennas are arranged in parallel at equal intervals, and each of the one-dimensional beam scanning active phased array antennas is provided. An active phased array antenna wherein the centers of the apertures are arranged on the circumference in a plane perpendicular to the mounting surface of each radiating element of the one-dimensional beam scanning active phased array antenna.
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JPH09214238A JPH09214238A (en) | 1997-08-15 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2010514373A (en) * | 2006-12-22 | 2010-04-30 | ザ・ボーイング・カンパニー | Phased array antenna device and manufacturing method thereof |
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JP5299357B2 (en) * | 2010-06-08 | 2013-09-25 | 三菱電機株式会社 | Array antenna apparatus and module mounting shelf removal method |
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1996
- 1996-02-06 JP JP08019888A patent/JP3081987B2/en not_active Expired - Lifetime
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