JP3818898B2

JP3818898B2 - アンテナ装置

Info

Publication number: JP3818898B2
Application number: JP2001364912A
Authority: JP
Inventors: 勉遠藤; 勇千葉; 賢一郎児玉; 仁弥矢部; 孝至片木; 信一別段; 丕雄水澤; 啓介野口
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp; Kanazawa Institute of Technology (KIT)
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp; Kanazawa Institute of Technology (KIT)
Priority date: 2001-11-29
Filing date: 2001-11-29
Publication date: 2006-09-06
Anticipated expiration: 2021-11-29
Also published as: JP2003168912A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は複数個の素子アンテナで構成されたアレーアンテナを、さらに複数配置するアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、特開平７−３２１５３６号公報に記載された従来のアンテナ装置の構成を示すブロック図である。このアンテナ装置は、複数の素子アンテナ２８、各素子アンテナに対応した複数の移相器２９、第１の分配合成器３０によって構成されたフェーズドアレーアンテナ３１を複数有し、さらに、各フェーズドアレーアンテナ３１の第１の分配合成器３０の後段に接続された遅延型移相器３２、各フェーズドアレーアンテナ３１からの出力を合成する第２の分配合成器３３、信号切換器３４、受信機３５、送信機３６、走査制御器３７を備える。
【０００３】
次に動作について説明する。走査制御器３７は、目的とするビーム走査角θpを設定されると、フェーズドアレーアンテナ３１毎に、その主ビームが走査角θpに向くように、各素子アンテナ２８の移相器２９を制御する。このとき、走査制御器３７は、各フェーズドアレーアンテナ３１を構成する複数の素子アンテナ２８相互の空間位置関係を考慮して、各移相器２９における位相変化量を定める。このアンテナ装置において、フェーズドアレーアンテナ３１はそれぞれサブアレーであり、例えば受信動作においては、走査制御器３７は各サブアレーの出力が同相になるように遅延型移相器３２を設定する。そして同相に揃えられた各遅延型移相器３２の出力は第２の分配合成器３３にて合成され、信号切換器３４を経由して、受信機３５に入力される。
【０００４】
ここで、複数のフェーズドアレーアンテナ３１が互いに分散して配置されている理由は、一箇所に大きなフェーズドアレーアンテナを配置するスペースがとれないため、あるいは、１個のフェーズドアレーアンテナでは、死角になる角度が存在するためである。
【０００５】
以上のように、各フェーズドアレーアンテナ３１をサブアレーとし、所定のビーム走査方向に合わせて、移相器２９及び遅延型移相器３２を設定し、かつ、この受信電界を同相で合成することにより、全アレーアンテナとして、受信電界レベルを上げることができ、信号対雑音比（Signal to Noise Ratio、以下ＳＮ比）を向上させることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
さて、サブアレーを複数備えたアレーアンテナ全体の放射パターンは、サブアレーの放射パターンとアレーファクタパターンとの積で与えられる（アンテナ指向性乗算の原理）。アレーファクタパターンは、サブアレーの特性には依存せず、サブアレーの相互の位置関係によって定まり、一般にサブアレーの間隔が大きいほどナロー、すなわち狭くなる。
【０００７】
上述のような従来のアンテナ装置では、複数のフェーズドアレーアンテナをサブアレーとして、互いに分散配置する場合、運用周波数における一波長よりも長い間隔で配置させる場合が多い。このとき、アレーファクタパターンは所定のビーム方向の他に、周期的な大きなローブを生じる。これはグレーティングローブと呼ばれ、これにより所定のビーム方向以外から到来する不要電波を受けやすくなってＳＮ比が劣化し、また、所定方向におけるアンテナ利得の減少の原因にもなる。
【０００８】
図６は、従来のアンテナ装置の放射パターンを示す図である。サブアレーの放射パターン３８は、一般にアレーファクタパターンよりもブロード、すなわち広いので、それらの積で与えられるアンテナ装置全体の放射パターン３９には、目的ビーム走査角θpの両側に高いグレーティングローブ４０が発生する。従来のアンテナ装置には、以上のような課題があった。
【０００９】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、複数のフェーズドアレーアンテナをそれぞれサブアレーとして配列したアンテナ装置において、グレーティングローブのレベルが低減されたものを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数個の素子アンテナと、前記各素子アンテナの受信信号をデジタル信号に変換する際に前記各受信信号それぞれのベースバンド信号を抽出するＡＤ変換器と、励振振幅位相制御を行うための励振振幅位相値を前記各ベースバンド信号それぞれに乗算する乗算器と、前記励振振幅位相値が乗算された複数のベースバンド信号を合成する合成器とを備えたサブアレーを複数個組み合わせて構成するアンテナ装置において、前記各サブアレーそれぞれの放射パターンを定める励振振幅位相制御装置を有し、前記励振振幅位相制御装置は、グレーティングローブが生じる角度であるグレーティングローブ角度を前記サブアレーの配列に基づいて算出し、前記グレーティングローブ角度が示す方向に前記各放射パターンの零点が形成されるよう、前記励振振幅位相値を前記グレーティングローブ角度に基づいて算出し、当該算出した励振振幅位相値を前記乗算器に入力することによって前記各サブアレーそれぞれの放射パターンを定めること、を特徴とする。
また、本発明に係るアンテナ装置においては、励振振幅位相制御を行うためのサブアレー励振振幅位相値を、前記アンテナ装置を構成する複数のサブアレーから出力された複数のサブアレー出力信号のそれぞれに乗算するサブアレー乗算器と、前記サブアレー励振振幅位相値が乗算された前記複数のサブアレー出力信号を合成するサブアレー合成器と、を備え、前記励振振幅位相制御装置は、前記複数のサブアレー出力信号の相互間の位相差を調整するよう、前記サブアレー励振振幅位相値を算出し、当該算出したサブアレー励振振幅位相値を前記サブアレー乗算器に入力する構成とすることが好適である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この実施の形態１におけるアンテナ装置を示すブロック構成図である。本アンテナ装置は、複数の素子アンテナ１と、各素子アンテナ１の端子に接続されたＡＤ(Analog-to-Digital)変換器２と、各ＡＤ変換器２の後段に接続された素子励振振幅位相乗算器３と、素子励振振幅位相乗算器３の出力を束ねる合成器４とを備えたサブアレーを複数含んで構成される。ここでは、アンテナ装置は２つのサブアレー５，６を有している。さらにアンテナ装置は、サブアレー励振振幅位相乗算器７、合成器８、励振振幅位相制御装置９、ビーム走査角指示装置１０を備える。なお、ここでは説明を簡単にするために、サブアレーの個数は２つとしたが、その個数は任意の数でかまわない。
【００１３】
図２は、励振振幅位相制御装置９による励振振幅位相制御を行っていない状態でのアンテナ装置の放射パターンを説明する模式図であり、図３は、励振振幅位相制御を行った状態でのアンテナ装置の放射パターンを説明する模式図である。図２には、サブアレー放射パターン１１と、これとアレーファクタパターンとを乗算して得られる全アレー放射パターン１２とが示される。全アレイ放射パターン１２には、目的ビーム走査角１３の両側の発生角１４にグレーティングローブ１５が発生する。
【００１４】
図３には、サブアレー放射パターン１７、サブアレー放射パターン１７の零点１８、励振振幅位相制御を行った場合の全アレー放射パターン１９が示されている。なお、図３には、比較のために、励振振幅位相制御を行っていない場合に生じるグレーティングローブ１５が点線で示されている。
【００１５】
次に動作について説明する。目的ビーム走査角１３が、ビーム走査角指示装置１０から指示されると、励振振幅位相制御装置９は、サブアレー５，６の位置関係に基づいてグレーティングローブの発生角１４を演算する。
【００１６】
次に励振振幅位相制御装置９は、目的ビーム走査角１３に主ビームを持ち、グレーティングローブ発生角１４に各サブアレー５，６のサブアレー放射パターン１７の零点１８が形成されるように、各素子アンテナ１からの信号に与える励振振幅位相値Ｗ１１，Ｗ１２，…，Ｗ１Ｎ，Ｗ２１，Ｗ２２，…，Ｗ２Ｎを計算し、定める。ここで、Ｗ１１，Ｗ１２，…，Ｗ１Ｎはサブアレー５を構成する素子アンテナ１の受信信号に与える励振振幅位相値を表し、Ｗ２１，Ｗ２２，…，Ｗ２Ｎはサブアレー６を構成する素子アンテナ１の受信信号に与える励振振幅位相値を表す。また、励振振幅位相制御装置９はサブアレー５，６の合成器４からそれぞれ出力される合成信号を同相で合成するための励振振幅位相値Ｗ０１，Ｗ０２を計算する。ここでＷ０１はサブアレー５の合成信号に与える励振振幅位相値、Ｗ０２はサブアレー６の合成信号に与える励振振幅位相値である。
【００１７】
複数の素子アンテナ１から得られる複数チャネルの受信信号は、各チャネル毎に設けられたＡＤ変換器２によってベースバンド信号に変換される。各チャネル毎に設けられた素子励振振幅位相乗算器３は、対応チャネルのＡＤ変換器２の出力に、励振振幅位相制御装置９で計算された励振振幅位相値Ｗ１１，Ｗ２２，…，Ｗ１Ｎ，Ｗ２１，Ｗ２２，…，Ｗ２Ｎのうち対応チャネルの値を乗算する。素子励振振幅位相乗算器３の出力は、合成器４にて各サブアレー５、６毎に合成される。以上の処理において、各チャネルの受信信号はベースバンド信号に変換されるので振幅の制御が容易に行うことができる。合成器４にて合成されたサブアレー毎の信号には、サブアレー励振振幅位相乗算器７にて各々Ｗ０１，Ｗ０２の励振振幅位相値が乗算され、最終的に合成器８で合成される。
【００１８】
本アンテナ装置では、素子励振振幅位相乗算器３、励振振幅位相制御装置９を用いた励振振幅位相制御により、各サブアレー５，６のサブアレー放射パターン１７はグレーティングローブの発生角１４で零点１８を形成する。全アレー放射パターン１９は、アンテナ指向性乗算の原理により、サブアレー放射パターンとアレーファクタパターンとの積として与えられるので、本アンテナ装置ではグレーティングローブの発生が抑制される。
【００１９】
実施の形態２．
図４は、この実施の形態２におけるアンテナ装置を示すブロック構成図である。本アンテナ装置は、複数の素子アンテナ２０と、各素子アンテナ２０の端子に接続された移相器２１と、移相器２１の出力を束ねる合成器２２とを備えたフェーズドアレーアンテナ２３を複数含んで構成される。ここでは、２つのフェーズドアレーアンテナ２３を有したアンテナ装置を例として示している。さらにアンテナ装置は、フェーズドアレーアンテナ２３の合成器２２の後段に接続された移相器２４、移相器２４からの各フェーズドアレーアンテナ２３の出力を合成する合成器２５、ビーム走査角指示装置２６、励振移相制御装置２７を備える。
【００２０】
なお、この実施の形態２における励振位相制御装置２７による位相制御を行っていない状態でのアンテナ装置の放射パターンを説明する図は図２と同じであり、また位相制御を行った状態でのアンテナ装置の放射パターンを説明する図は図３と同じであり、以下の説明ではこれら図２，図３を援用する。
【００２１】
次に動作について説明する。目的ビーム走査角１３がビーム走査角指示装置２６によって与えられると、励振移相制御装置２７は、複数のフェーズドアレーアンテナ２３相互の位置関係に基づいてグレーティングローブの発生角１４を演算する。
【００２２】
次に励振移相制御装置２７は、目的ビーム走査角１３に主ビームを持ち、グレーティングローブ発生角１４に各フェーズドアレーアンテナ２３の放射パターンの零点１８が形成されるように、各素子アンテナ２０の受信信号に与える励振位相値を計算する。また、励振位相制御装置２７は、各フェーズドアレーアンテナ２３の合成器２２からそれぞれ出力される合成信号を同相で合成するための励振位相値を計算する。
【００２３】
励振位相制御装置２７によって計算された各素子アンテナ２０毎の励振位相値は、移相器２１によって、対応チャネルの受信信号に与えられる。移相器２１の出力は、合成器２２にて各フェーズドアレーアンテナ２３毎に合成される。合成器２２にて合成されたフェーズドアレーアンテナ毎の信号には、それらを同相で合成するための励振位相値が移相器２４により与えられた後、合成器２５で合成される。
【００２４】
本アンテナ装置では、移相器２１、励振位相制御装置２７を用いた励振位相制御により、各フェーズドアレーアンテナ２３の放射パターン１７はグレーティングローブの発生角１４で零点１８を形成する。全アレー放射パターン１９は、アンテナ指向性乗算の原理により、各フェーズドアレーアンテナ２３のの放射パターンとアレーファクタパターンとの積として与えられるので、本アンテナ装置ではグレーティングローブの発生が抑制される。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、励振振幅位相値を乗ずるための乗算器が接続された複数の素子アンテナを含んで構成されるアンテナ装置において、励振振幅位相制御装置による励振振幅位相値の算出によってグレーティングローブを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１であるアンテナ装置のブロック構成図である。
【図２】励振振幅位相制御を行っていない状態での放射パターンを説明する模式図である。
【図３】励振振幅位相制御を行った状態での放射パターンを説明する模式図である。
【図４】本発明の実施の形態２であるアンテナ装置のブロック構成図である。
【図５】従来のアンテナ装置を示すブロック図である。
【図６】従来のアンテナ装置における放射パターンを説明する模式図である。
【符号の説明】
１，２０素子アンテナ、２ＡＤ変換器、３素子励振振幅位相乗算器、４，８，２２，２５合成器、５，６サブアレー、７サブアレー励振振幅位相乗算器、９励振振幅位相制御装置、１０，２６ビーム走査角指示装置、１１，１７サブアレー放射パターン、１２，１９全アレー放射パターン、１３目的ビーム走査角、１４グレーティングローブの発生角、１５グレーティングローブ、１８零点、２１，２４移相器、２３フェーズドアレーアンテナ、２７励振移相制御装置。

Claims

複数個の素子アンテナと、前記各素子アンテナの受信信号をデジタル信号に変換する際に前記各受信信号それぞれのベースバンド信号を抽出するＡＤ変換器と、励振振幅位相制御を行うための励振振幅位相値を前記各ベースバンド信号それぞれに乗算する乗算器と、前記励振振幅位相値が乗算された複数のベースバンド信号を合成する合成器とを備えたサブアレーを複数個組み合わせて構成するアンテナ装置において、
前記各サブアレーそれぞれの放射パターンを定める励振振幅位相制御装置を有し、
前記励振振幅位相制御装置は、
グレーティングローブが生じる角度であるグレーティングローブ角度を前記サブアレーの配列に基づいて算出し、
前記グレーティングローブ角度が示す方向に前記各放射パターンの零点が形成されるよう、前記励振振幅位相値を前記グレーティングローブ角度に基づいて算出し、
当該算出した励振振幅位相値を前記乗算器に入力することによって前記各サブアレーそれぞれの放射パターンを定めること、
を特徴とするアンテナ装置。
請求項１に記載のアンテナ装置であって、
励振振幅位相制御を行うためのサブアレー励振振幅位相値を、前記アンテナ装置を構成する複数のサブアレーから出力された複数のサブアレー出力信号のそれぞれに乗算するサブアレー乗算器と、
前記サブアレー励振振幅位相値が乗算された前記複数のサブアレー出力信号を合成するサブアレー合成器と、
を備え、
前記励振振幅位相制御装置は、
前記複数のサブアレー出力信号の相互間の位相差を調整するよう、前記サブアレー励振振幅位相値を算出し、当該算出したサブアレー励振振幅位相値を前記サブアレー乗算器に入力することを特徴とするアンテナ装置。