JP3118247B2 - デュアル移相器を有する空間給電アレイ・アンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の分野］ 本発明はフェーズド・アレイ・アンテナに関し、更に
詳細にはレーダ・システムに使用される空間給電フェー
ズド・アレイ・アンテナに関する。

［背景技術］ 空間給電フェーズド・アレイ・アンテナは、地対空防
衛システム、例えば「パトリオット（PATRIOT）」（ア
メリカ合衆国政府の登録商標）と呼ばれるシステムにお
いて有効に使用することができることは、当該技術分野
において知られている。このパトリオット・システムで
は、制御レーダの第１の空間給電フェーズド・アレイ・
アンテナが目標（即ち、攻撃する航空機）を照射してそ
の目標から直接反射される反射信号を受けるように配置
され、第２のアンテナが目標を攻撃するため飛行中の誘
導ミサイル（以後「ミサイル」という）から再送信され
る信号を受信するように配置され、その再送信される信
号はミサイルの反射信号に類似している。反射信号と再
送信信号の両方が次に誘導指令信号を引き出すために処
理され、この指令信号は第２フェーズド・アレイ・アン
テナを通してミサイルに至り、最終的に目標の撃墜を確
実にするようにミサイルのコースを調節する。パトリオ
ット・システムにおける第１及び第２空間給電アレイ・
アンテナを通る無線周波数エネルギのレベルが高いの
で、各アンテナを構成する放射素子に亘る位相分布を決
定するのに制御可能フェライト移相器が使用される。制
御可能フェライト移相器（不可逆デバイス）の使用は、
レーダが無線周波数エネルギを送信又は受信するとき、
各フェライト移相器に対する制御信号を変化させること
が必要になる。更に、レーダの雑音指数は各フェライト
移相器の挿入損によって低下する。その挿入損は反射信
号が受信されるとき特に重要となる。

［発明の概要］ 前述の背景技術に鑑み、本発明の主要目的は、レーダ
におけるフェーズド・アレイ・アンテナに使用するため
の送信及び受信の両方の動作モードに最適の移相器構成
を提供することである。

本発明の他の目的は、レーダにおけるフェーズド・ア
レイ・アンテナ用の挿入損が最小にされた移相器構成を
提供することである。

本発明の更に他の目的は、大きく異なる周波数の信号
を受信するときにも前述の性能が得られる移相器構成を
提供することである。

本発明の前述及び他の目的は、レーダに組込まれるフ
ェーズド・アレイ・アンテナにおける各放射素子ととも
に使用し、フェライト移相器（レーダが送信モードのと
き）とダイオード移相器（レーダが受信モードのとき）
を利用して、可逆移相器構成を形成する移相器を提供す
ることによって、ミサイル内のレーダにおいて達成され
る。レーダの雑音指数は、受信信号がダイオード移相器
に加えられる前にその信号の増幅器を設けることによっ
て改善される。

［実 施 例］ 第１図を参照すると、本発明による空間給電アンテナ
（10）は、（ａ）第１周波数の無線周波数エネルギから
なる質問パルス（以下、単に「質問パルス」という）
と、（ｂ）第２周波数の無線周波数エネルギからなる指
令信号（以下、単に「指令信号」という）と、を送信す
る。空間給電アンテナ10は、また、（ａ）航空機（以下
「目標12」という）からの反射信号（その反射信号の周
波数はドップラ効果によってシフトされた第１周波数）
と、（ｂ）目標12を攻撃するため飛行中のミサイル16上
に既知の適切な装置（図示せず）によって受信される反
射信号を表わす再送信された信号（再送信される搬送波
の周波数は第１周波数又は反射信号の周波と異なってい
る）と、を受信するように作動可能である。

空間給電アンテナ10は、ここでは第２図に例示され後
述するようなアンテナ素子（エレメント）18からなるア
レイで形成される。アンテナ・エレメント・アレイのア
ンテナ・エレメント18の各々は、送信モードにおいて、
給電部（フィード）20からの無線周波数エネルギをコリ
メートしそして方向づけるように作動され、目標12に向
けられた無線周波数エネルギのビーム（図示せず）を形
成する。送信機／受信機22は、コントローラ24からの信
号に応答して、動作し、送信のための無線周波数エネル
ギのパルスを形成し、そして受信した無線周波数エネル
ギを処理する。ビームは、指令信号が送信されるべきと
き、ミサイル16に向けられる。受信モードのとき、ビー
ムは、反射信号が受信されるべきとき目標12に向けら
れ、再送信信号が受信されるべきときミサイル16に向け
られる。空間給電アレイ・アンテナからのビーム走査の
動作及び構成のより詳細な説明は、本願と同一の譲受人
に譲渡された米国特許第3,305,867号公報に記載されて
いる。

ここで、第２図を参照すると、アンテナ・エレメント
18（第１図）の一例の詳細が示され、このアンテナ・エ
レメントは、米国特許第3,305,867号に示されるような
空間給電アレイ・アンテナのアンテナ・エレメントの各
々と置換することを意図している。従って、第２図のア
ンテナ・エレメント18（第１図）の代表例は、前方アン
テナ31及び後方アンテナ33に加えて、送信又は受信時に
無線周波数エネルギの信号路に異なる移相器を設けてい
る。図示の如く、フェライト移相器35は送信モードに使
用され、ダイオード移相器37は受信モードに使用され
る。それらの移相器間の切換えは、スイッチ39及びサー
キュレータ41によって行なわれ、そのスイッチ及びサー
キュレータは図示の如く、双極双投スイッチとして動作
するように接続されている。送信モードにおいては、フ
ェライト移相器35が後方アンテナ33と前方アンテナ31の
間に接続され、受信モードにおいては、ダイオード移相
器37（リミッタ43及び増幅器45とともに）が前方アンテ
ナ31と後方アンテナ33との間に接続される。スイッチ39
に対する作動信号は、フェライト移相器35及びダイオー
ド移相器37を構成する各移相エレメント（図示せず）に
対する制御信号とともに、コントローラ24（第１図）に
よって与えられる。リミッタ43は、本願と同一の譲受人
に譲渡された米国特許出願第333,070号（1989年４月３
日出願）に示すようなリミッタ、あるいは他の既知のリ
ミッタを使用することができる。それによって、無線周
波数エネルギのあらゆるパルスの送信中、スイッチ39を
通る漏れ信号は、増幅器45に影響を与えることが阻止さ
れる。

増幅器45は、いくつかの個別の段から構成することが
でき、受信信号（反射信号あるいは再送信信号にかかわ
らず）に充分なゲインを与え、ダイオード移相器37の挿
入損または前方アンテナ31から送信機／受信機22（第１
図）の受信部内の第１検波器（図示せず）に通る受信信
号が受けるあらゆる損失を相殺する。増幅器45の通過帯
域は、質問パルスと再送信信号の搬送周波数間のあらゆ
る差及びあらゆる反射信号又は再送信信号に含まれるド
ップラ・シフトを含むのに充分な程広くされる。ここ
で、再送信信号及び指令信号の搬送波は質問パルスや反
射信号の周波数と同じにする必要はなく、また通常は同
じではないことを注記しておく。以上の如く、増幅器45
のような増幅器を有するレーダの雑音指数は、増幅器45
のような増幅器を含まないレーダの雑音指数よりも低く
なる。また、フェライト移相器35の通過帯域は、指令信
号の搬送周波数が質問パルスの周波数と同じ（あるいは
ほぼ等しい）である場合、増幅器45の通過帯域ほど広い
必要がないことが注目される。更に、フェライト移相器
35は不可逆デバイスであるが、ダイオード移相器37は可
逆デバイスであり、同じ制御信号がフェライト移相器35
とダイオード移相器37の両方に加えれることができるこ
とが注目される。即ち、単一のフィード（例えば第１図
のフィード20）が送信モードと受信モードの両方に使用
される場合、同じ制御信号がフェライト移相器35とダイ
オード移相器37に加えられることになる。一方、２つ
（又はそれ以上）のフィードが使用される場合、（ａ）
フェライト移相器35に加えらる制御信号は、選択された
１つのフィード（もちろん、送信機／受信機22の送信部
に接続される）からの無線周波数エネルギをコリメート
し方向づけるように作用することになり、（ｂ）ダイオ
ード移相器37に加えられる制御信号は残りのフィードに
受信無線周波数エネルギを集束させるように作用するこ
とになるであろう。また、スイッチ39（第２図）はサー
キュレータ41と類似のサーキュレータと置換することも
可能である。その置換サーキュレータは、勿論、（ａ）
フェライト移相器35（第２図）からの無線周波数エネル
ギを前方アンテナ31に通過させ、（ｂ）前方アンテナ31
からの無線周波数エネルギをリミッタ43（第２図）に通
過させる、ように構成される。

以上、本発明の好適実施例について説明したが、送信
時にはフェライト移相器を使用し、受信時には、ダイオ
ード移相器を使用し、受信信号の無線周波数増幅がレー
ダの雑音指数を改善する本発明の思想から離れることな
く、多くの変更が空間給電アレイ・アンテナにおいて可
能であることは、当業者には明らかである。例えば、マ
ルチビーム・アテイ・アンテナが使用される場合、図示
実施例を変更（タイム・マルチプレクシングを使用して
単一ビームが目標からミサイルに走査される）すること
ができる。従って、本発明は前記実施例に限定されるも
のではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、地対空防衛システムのレーダにおける本発明
による移相器構成を示す図である。 第２図は、第１図に示す移相器構成の典型的実施例のブ
ロック図である。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−283303（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−267003（ＪＰ，Ａ) 米国特許4724441（ＵＳ，Ａ) 米国特許4791421（ＵＳ，Ａ) 米国特許3982213（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01Q 3/46 G01S 7/02 G01S 7/28

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】無線周波数エネルギ源（22）及び無線周波
   数エネルギ受信機（22）、並びに空間給電アレイ・アン
   テナ（10）を有するレーダ・システムであって、前記空
   間給電アレイ・アンテナはアンテナ・エレメント（18）
   のアレイを備え、各エレメントは、前記エネルギ源（2
   2）から無線周波数エネルギを受信し、前記受信機（2
   2）に無線周波数エネルギを送信する第１放射素子（3
   3）と、第２放射素子（31）とを有し、前記アンテナ・
   エレメント（18）の第１及び第２放射素子（33、31）は
   制御可能な移相手段（35、37）を通して一緒に結合さ
   れ、前記アンテナ・エレメント（18）の移相手段（35、
   37）は、第２放射素子（31）によって送信されるべき無
   線周波数エネルギの位相を、そのエネルギをアレイ・ア
   ンテナ（10）から所望の方向にコリメートし方向づける
   のに必要な量だけシフトするとともに、第２放射素子
   （31）によって受信される無線周波数エネルギの位相を
   シフトして、第１放射素子（33）が受信エネルギを受信
   機（22）に指向させるのを可能にするように適応される
   レーダ・システムにおいて、各アンテナ素子（18）にお
   ける、 （ｉ）前記移相手段が、 前記第１放射素子（33）からの無線周波数エネルギを前
   記第２放射素子（31）に結合するフェライト移相器（3
   5）と、 前記第２放射素子（31）からの無線周波数エネルギを前
   記第１放射素子（33）に結合するダイオード移相器（3
   7）と、を備え、 （ii）前記第２放射素子（31）によって受信された無線
   周波数エネルギを増幅して、少なくともダイオード移相
   器（37）の挿入損失を相殺する増幅手段（45）を設け、 （iii）無線周波数エネルギが前記第２放射素子（31）
   によって送信されるとき前記第１及び第２放射素子（3
   1、33）間に前記フェライト移相器（35）を接続すると
   ともに前記増幅手段（45）とダイオード移相器（37）を
   送信のため前記第２放射素子（31）に結合される無線周
   波数エネルギから分離し、無線周波数エネルギが受信さ
   れるとき前記増幅手段（45）とダイオード移相器（37）
   を前記第１及び第２放射素子（31、33）間に接続すると
   ともに前記フェライト移相器（35）を前記第２放射素子
   （31）によって受信される無線周波数エネルギから分離
   する手段（39、41）を設けたことを特徴とするレーダ・
   システム。
2. 【請求項２】請求項１記載のレーダ・システムにおい
   て、前記エネルギ源（22）と受信機（22）が、無線周波
   数エネルギをアレイ・アンテナ（10）の前記第１放射素
   子（33）に送信し、そこから無線周波数エネルギを受信
   するように配置された単一のフィードを共用し、前記フ
   ェライト移相器（35）と前記ダイオード移相器（37）に
   同一の制御信号を供給する手段（24）を設けたことを特
   徴とするシステム。
3. 【請求項３】請求項１又は２記載のレーダ・システムに
   おいて、前記フェライト移相器（35）は不可逆移相器で
   あることを特徴とするシステム。