JP3903868B2 - アレーアンテナおよびアレーアンテナ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーダ等に用いられるアレーアンテナおよびアレーアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のアレーアンテナは例えば、特開２００１−２７４６２０号公報に開示されており、当該公報にはアンテナ素子をアレー化したときのグレーティングローブの発生を抑圧する技術が開示されている。前記抑圧手法は、１対の第１のアレーアンテナ素子の間の所定の位置に縮小相似型の第2から第ｎのアレーアンテナ素子を設けることにより、基準周波数の整数倍の周波数のグレーティングを抑圧するものである。これにより、広帯域においてグレーティングローブの抑圧を図るものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記公報記載の技術では、基準周波数の整数倍以外の周波数に対してグレーティングローブが発生することになり、連続的な周波数に対してはグレーティングローブの抑圧効果は期待できないといった問題点があった。
【０００４】
本発明は、上記のような問題点を解消するためのものであり、連続的な周波数に対してもグレーティングローブの発生を抑圧することができるアレーアンテナおよびアレーアンテナ装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、第１から第４の単位アンテナ素子が複数配列されて構成され、前記第１と第２の単位アンテナ素子の中心を通る第１の直線と、前記第３と第４の単位アンテナ素子の中心を通る第２の直線とが平行でありかつ、前記第１と第３の単位アンテナ素子の中心を通る第３の直線と、前記第２と第４の単位アンテナ素子の中心を通る第４の直線とが平行である第１のアンテナ素子群と、前記第１のアンテナ素子群の周囲に、同一円周上に等間隔で配置される複数の単位アンテナ素子を少なくとも含む第２のアンテナ素子群と、前記第１のアンテナ素子群の単位アンテナ素子に各々接続される複数の位相器を有する第１の位相器群と、前記第１の位相器群に接続される第１の給電回路と、前記第２のアンテナ素子群の単位アンテナ素子に各々接続される複数の位相器を有する第２の位相器群と、前記第２の位相器群に接続される第２の給電回路とを備え、前記第１のアンテナ素子群の単位アンテナ素子の間隔と、前記第１のアンテナ素子群から放射されるビームの最大ビーム指向角とアンテナの使用周波数により、前記第１のアンテナ素子群のグレーティングローブが発生する条件が決定され、前記第１のアンテナ素子群の使用周波数が前記グレーティングローブが発生する条件を満足する周波数未満の場合は前記第１のアンテナ素子群と前記第２のアンテナ素子群は異なる電磁波を放射受信し、前記第１のアンテナ素子群の使用周波数がグレーティングローブが発生する条件を満足する周波数以上の場合は前記第２のアンテナ素子群によりグレーティングローブが抑圧されることを特徴とするアレーアンテナ装置である。
【０００６】
前記第２のアンテナ素子群の周囲に配置する第３から第ｎ（ｎは３以上の整数）のアンテナ素子群と、前記第１から第ｎのアンテナ素子群のそれぞれに含まれる単位アンテナ素子に各々接続される複数の位相器をそれぞれ有する第１から第ｎの位相器群と、前記第１から第ｎの位相器群にそれぞれ接続される第１から第ｎの給電回路と、を備え、前記第３から第ｎのアンテナ素子群のそれぞれに含まれる単位アンテナ素子の少なくとも一部が同一円周上に等間隔で配置され、前記第１のアンテナ素子群の使用周波数が前記グレーティングローブが発生する条件を満足する周波数未満の場合は前記第１のアンテナ素子群から第ｎのアンテナ素子群は異なる電磁波を放射受信し、前記第１のアンテナ素子群の使用周波数がグレーティングローブが発生する条件を満足する周波数以上の場合は前記第２のアンテナ素子群から第ｎのアンテナ素子群の少なくとも一群によりグレーティングローブが抑圧されることを特徴とするアレーアンテナ装置であってもよい。
【０００７】
前記第１、第２の直線と、前記第３、第４の直線とのなす角が６０°でありかつ、前記第１と第２の単位アンテナ素子間隔と、前記第１と第３の単位アンテナ素子間隔とが等しいアレーアンテナ装置であってもよい。
【００１０】
前記給電回路がモノパルスビーム形成機能を有する給電回路であるアレーアンテナ装置であってもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１から図１３は、本発明の実施の形態１を示す図である。
【００１２】
図１において、第１のアンテナ素子群１は、複数の単位アンテナ素子２を有し、これらの単位アンテナ素子２は、図１（ｂ）に示すように配置される第１から第４の単位アンテナ素子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを少なくとも含んでいる。
【００１３】
図１(b)において、第１と第２の単位アンテナ素子２ａ、２ｂの中心を通る第１の直線３ａと、第３と第４の単位アンテナ素子２ｃ、２ｄの中心を通る第２の直線３ｂとが平行である。さらに、第１と第３の単位アンテナ素子２ａ、２ｃの中心を通る第３の直線３ｃと、第２と第４の単位アンテナ素子２ｂ、２ｄの中心を通る第４の直線３ｄとが平行である。
【００１４】
本実施の形態では、第１のアンテナ素子群１に含まれる単位アンテナ素子２においては、全て隣接する４つの素子が図１(b)に示す配列と同様に配列されている。
【００１５】
なお、第１のアンテナ素子群１の単位アンテナ素子２の個数、間隔、配置などは図１に示されるものに限定されるものではなく、単位アンテナ素子２の冷却構造、アンテナ利得などの設計事項を考慮して適当に設定すれば良い。
【００１６】
前記第１のアンテナ素子群１の周囲に、同一円周上に等間隔で配置される複数の単位アンテナ素子を少なくとも含む第２のアンテナ素子群４が配置されている。この、第２のアンテナ素子群４を構成している単位アンテナ素子の個数、間隔、配列なども、第１のアンテナ素子群１と同様に設計事項を考慮して適当に設定すれば良い。
【００１７】
なお、第２のアンテナ素子群４は、単位アンテナ素子を同一円周上に１周のみ配置して構成しても良いし、複数周配置して構成しても良い。図１(a)は、同心で径が異なる２つの円周上のそれぞれに単位アンテナ素子を配置した、２周配列の場合の例を示す図である。第１周目と第２周目との間隔は、設計仕様に合わせ適当に決めれば良い。もちろん、図１(a)に示したものに更に円周上に配列された単位アンテナ素子を増やした３周以上の配列あってもよいのは言うまでもない。
【００１８】
また、第１および第２のアンテナ素子群１、４を構成している単位アンテナ素子は、同じ特性を持った単位アンテナ素子でも良いし、異なる特性を持った単位アンテナ素子でも良い。この単位アンテナ素子の特性は、設計仕様にあわせて適当に決めれば良い。
【００１９】
次に以下で第１のアンテナ素子群１により発生するグレーティングローブに関して述べる。図２は、第１のアンテナ素子群１を構成している単位アンテナ素子２の中心をX軸へ投影した図である。図に示すように各素子はX軸上で等間隔となる。このため、一方向にビームが向く様に各単位アンテナ素子に接続されている位相器により位相を調整しても、別方向にもビームの位相が揃う、いわゆるグレーティングローブが発生する。
【００２０】
ここで、グレーティングローブが発生する条件は、素子間隔ｄが式（１）を満たす場合である。なお、式（１）においてｃは光速、ｆは周波数、θmaxは最大ビーム指向角である。
【００２１】
【数１】
【００２２】
グレーティングローブについて図３を用いて詳細を説明する。なお、図３は説明を簡単にするため、単位アンテナ素子２を３つとしているが、３を超えても原理は同じである。なお、単位アンテナ素子２の間隔はｄとしている。また、図３においてビームは、θ方向へ向けると仮定する。
【００２３】
各単位アンテナ素子に接続されている位相器では、θ方向にビームを向けるため、２π ｄ ｓｉｎθ／λずつ位相をずらして電磁波を放射する。この時のθ方向波面を５ａとする。また、θ方向波面５ａから１周期２π進んでいるθ方向波面を５ｂ、さらにθ方向波面５ｂから１周期２π進んでいるθ方向波面を５ｃとする。
【００２４】
θ方向波面５a、５ｂ、５ｃが放射されているときに同時に、ψ方向にも位相がそろったψ方向波面６が形成される。これは、θ方向のビームの他、ψ方向にもビームが向いていることを意味する。これが、グレーティングローブである。この現象は電磁波を放射しているときでも、受信しているときでも発生する。
【００２５】
グレーティングローブが発生するにもかかわらず、単位アンテナ素子２を図１に示す様に配列する理由は、設計を容易にしたり、単位アンテナ素子の冷却を容易にしたりするためである。更に、場合によっては、正規に配列されているため、電力の合成が行いやすく、所要方向の電力密度を稼ぐことができるためでもある。
【００２６】
つまり、第１のアンテナ素子群１の単位アンテナ素子２の冷却が容易で、電力合成し易い様に正規配列されていれば良い。
【００２７】
次に、前記第１のアンテナ素子群１により発生するグレーティングローブを抑圧するために設けられた第２のアンテナ素子群４について説明する。図４は、第２のアンテナ素子群４の単位アンテナ素子の中心をX軸へ投影した状態を示す図である。図４において、投影した単位アンテナ素子の間隔には、規則性が無い。このため、図３に示す原理によるグレーティングローブの発生はない。
【００２８】
グレーティングローブが発生しない第２のアンテナ素子群４で全体を構成しない理由は、第２のアンテナ素子群４の配列では、設計および単位アンテナ素子の冷却が容易に行えないためである。
【００２９】
次に、一例として第１のアンテナ素子群１と第２のアンテナ素子群４とを設けることによるグレーティングローブ抑圧に関して図５を用いて説明する。図５は＋６０°方向にビームを向けたときの、−９０°から＋９０°の範囲のアンテナ利得を算出したシミュレーション結果である。なお、図５の縦軸は利得、横軸は角度である。
【００３０】
ここで、前記のシミュレーション条件を以下に述べる。ある周波数をｆ０とする。第１のアンテナ素子群１の単位アンテナ素子２は、直径がλ０/2πのマイクロストリップスパイラルアンテナであり、使用可能周波数を2ｆ０から4ｆ０とする。また、第２のアンテナ素子群４の単位アンテナ素子は、直径がλ０/πのマイクロストリップスパイラルアンテナであり、使用可能周波数をｆ０から4ｆ０とする。
【００３１】
前記第１、第２の直線３ａ、３ｂと、前記第３、第４の直線３ｃ、３ｄとのなす角が６０°でありかつ、前記第１と第２の単位アンテナ素子２ａ、２ｂの間隔と、前記第１と第３の単位アンテナ素子２ａ、２ｃの間隔とが等しい配列とする。これにより、単位アンテナ素子２を効率的に配置することができる。また、第１のアンテナ素子群の単位アンテナ素子２の間隔はλ０/2πとし、61個配列する。
【００３２】
さらに、第２のアンテナ素子群４の単位アンテナ素子は、第１のアンテナ素子群１の単位アンテナ素子２の周囲に同一円周上に等間隔で４周配列する。第２のアンテナ素子数は、第１周目には１６個、２周目には23個、３周目には29個、４周目には35個の合計104個とする。
【００３３】
ビーム指向角θを６０°とし、アンテナ素子間隔をλ０/2πとすると、式（１）により3.88ｆ０未満であれば、第１のアンテナ素子群１によるグレーティングローブは発生しないため、シミュレーションでの周波数は、グレーティングローブが発生する4ｆ０とする。
【００３４】
図５において７は第１のアンテナ素子群１の放射特性、８は第２のアンテナ素子群４の放射特性、９は第１および第２のアンテナ素子群１、４の放射特性を加算した全体のアンテナ放射特性を示す。図５に示されるように、第１のアンテナ素子群１による放射特性７は、＋６０°および−６０°を超えた位置にピークがある。この、−６０°を超えた位置に現れるピークが図３に示す原理により発生するグレーティングローブである。これに対して、第２のアンテナ素子群４による放射特性８は、＋６０°のみにピークがある。
【００３５】
ここで、図５の全体のアンテナ特性９に示すように、前記第１および第２のアンテナ素子群１、４の放射特性を加算することにより、−６０°に発生していたグレーティングローブのピークが完全に抑圧される。これは、第２のアンテナ素子群４の−６０°の利得がピーク利得より小さいためである。なお、加算はベクトル加算を行うため、スカラー加算との値に差異がある。
【００３６】
上記のように、グレーティングローブの発生しない素子配列である第２の素子群４を用いることで、グレーティングローブの抑圧を行うため、連続的な周波数においても、グレーティングローブが抑圧される。つまり、図５でシミュレーションした周波数は4ｆ０であるが、他の周波数についても同様の結果となる。
【００３７】
図５に示す特性は、第２のアンテナ素子群４の外周にさらに第３から第ｎのアンテナ素子群が存在していても同じである。ただし、ｎは３以上の整数とする。詳細の配列について後段で述べる。
【００３８】
比較のため第２のアンテナ素子群を設けない構成を図１２にて説明する。図１２において、第１のアンテナ素子１０１は、直径λ０/πであり間隔は0.5λ０とする。また、第２のアンテナ素子１０２は、直径λ０/2πであり、第１のアンテナ素子１０１の単位アンテナ素子の間に配置してあるとする。
【００３９】
図１３は、図１２のように配列された場合、＋６０°方向にビームを向けたときの−９０°から＋９０°の範囲のアンテナ利得を算出したシミュレーション結果である。図１３において、１０３はある周波数ｆ０の放射特性、１０４は1.9ｆ０の放射特性、１０５は2ｆ０の放射特性、１０６は3ｆ０の放射特性を示す。
【００４０】
図１２に示すアンテナ配列においては、図１３に示すように、1.9ｆ０および３ｆ０でグレーティングローブが発生する。これに対して、図５に示すようにグレーティングローブの発生を抑圧することができる図１に示す本実施の形態の効果は明白である。
【００４１】
次に、第１および第２のアンテナ素子群１、４を独立に使用するためのアレーアンテナ装置の構成を図６に示す。
【００４２】
図６において、第１のアンテナ素子群１の単位アンテナ素子２には、各々複数の位相器１０を有する第１の位相器群１１が接続される。この第１の位相器群１１には、第１の給電回路１２が接続されている。
【００４３】
また、第２のアンテナ素子群４の単位アンテナ素子には、各々複数の位相器１０を有する第２の位相器群１３が接続される。この第２の位相器群１３には、第２の給電回路１４が接続されている。なお、第１の給電回路１２と第２の給電回路１４とは、性能的機能的に同一であっても良いし、異なっても良い。
【００４４】
位相器１０は第１および第２のアンテナ素子群１、４の位相を調整し、所望の方向にビームを向ける。また、第１および第２給電回路１２、１４は送信時には位相器１０に電力を供給し、受信時には位相器１０からの信号を合成し出力する。
【００４５】
図６に示す様に、第１および第２給電回路１２、１４を有することにより、２種類の電磁波を放射することができる。第１および第２のアンテナ素子群１、４は、一例として前記図５に示したシミュレーション条件のアンテナ素子群と同じとする。また、第１の給電回路１２と第２の給電回路１４とは、それぞれ独立に動作するものとする。
【００４６】
前記したように、第１のアンテナ素子群１は、その素子配列から周波数が3.88ｆ０未満であれば、第１のアンテナ素子群１によるグレーティングローブは、発生しない。よって、第１のアンテナ素子群を単独で使用することができる。この場合は、第２のアンテナ素子群４は、第１のアンテナ素子群１とは、異なる電磁波を放射することができる。もちろん、電力密度を稼ぐため、第１のアンテナ素子と同一の電磁波を放射させても良い。
【００４７】
また、3.88ｆ０以上の周波数で使用するときには、第１のアンテナ素子群１と第２のアンテナ素子群４とを組み合わせ、第１のアンテナ素子群１から発生するグレーティングローブは連続的な周波数で抑圧される。
【００４８】
ここまでで、電磁波を放射することを示したが、電磁波を受信する場合も同じである。
【００４９】
次に、給電回路を分けず、簡易な構成にした場合について図７にて説明する。図７においてアレーアンテナ装置は、第１および第２のアンテナ素子群１、４に各々接続される複数の位相器１０と、複数の位相器１０に接続される給電回路１５とにより構成されている。この構成は、第１および第２のアンテナ素子群１、４を独立に使用しない場合に用いる。この様な構成により、グレーティングローブは発生しない。
【００５０】
上記実施の形態によれば、アレーアンテナは第１のアンテナ素子群１と、第１のアンテナ素子群１の周囲に、同一円周上に等間隔で配置される複数の単位アンテナ素子からなる第２のアンテナ素子群４とを備える。前記配列により、グレーティングローブを連続的な周波数で抑圧することができる。
【００５１】
また、上記のように構成されるアレーアンテナは、第１、第２の直線３ａ、３ｂと、第３、第４の直線３ｃ、３ｄとのなす角が６０°でありかつ、第１と第２の単位アンテナ素子２ａ、２ｂの間隔と、第１と第３の単位アンテナ素子２ａ、２ｃの間隔とが等しい。前記配列により、単位アンテナ素子２を効率的に配置することができる。
【００５２】
更に、上記のように構成されるアレーアンテナ装置は、第１のアンテナ素子群１の単位アンテナ素子２に各々接続される複数の位相器１０を有する第１の位相器群１１と、前記第１の位相器群１１に接続される第１の給電回路１２と、前記第２のアンテナ素子群４の単位アンテナ素子に各々接続される複数の位相器１０を有する第２の位相器群１３と、第２の位相器群１３に接続される第２の給電回路１４とを備える。これにより、第１のアンテナ素子群１と第２のアンテナ素子群４とを独立に使用することができる。
【００５３】
第２のアンテナ素子群４の外周にさらに第３から第ｎ（ｎは３以上の整数）のアンテナ素子群を配置した場合について図８を用いて説明する。
【００５４】
図８において、第２のアンテナ素子群４の周囲に、第３から第ｎ（ｎは３以上の整数）のアンテナ素子群１６、１７を備えている。第３から第ｎのアンテナ素子群１６、１７のそれぞれに含まれる単位アンテナ素子は、同一円周上に等間隔で配置される。
【００５５】
ここで、第１から第ｎのアンテナ素子群を構成している単位アンテナ素子は、同じ特性を持った単位アンテナ素子でも良いし、異なる特性を持った単位アンテナ素子でも良い。この単位アンテナ素子の特性は、設計仕様にあわせて適当に決めれば良い。
【００５６】
第３から第ｎのアンテナ素子群１６、１７の単位アンテナ素子の個数、間隔、配置などは、単位アンテナ素子の冷却構造、アンテナ利得などの設計事項を考慮して適当に設定すれば良い。また、第２のアンテナ素子群４と同様に、第３から第ｎのアンテナ素子群１６、１７は、それぞれ１周のみ配置されても良いし、複数周に配置されても良い。また、第ｎ−１と第ｎのアンテナ素子群の間隔は、設計に合わせ適当に決めれば良い。
【００５７】
第1および第2のアンテナ素子群１、４の配列等は、一例として図５に示したシミュレーション条件と同じとする。この場合、図８の配列においても、第１および第２のアンテナ素子群１、４によるアンテナ放射特性は図５と同じとなる。次に、図９にて独立した複数の給電回路を設けたアレーアンテナ装置に関する実施の形態について説明する。
【００５８】
図９において、第３のアンテナ素子群１６のそれぞれに含まれる単位アンテナ素子には、各々複数の位相器１０を有する第３の位相器群１８が接続されている。この第３の位相器群１８には、第３の給電回路１９が接続されている。
【００５９】
また、第ｎのアンテナ素子群１７のそれぞれに含まれる単位アンテナ素子には、各々複数の位相器１０を有する第ｎの位相器群２０が接続されている。この第ｎの位相器群２０には、第ｎの給電回路２１が接続されている。
【００６０】
図９のように、複数の給電回路を有することにより、複数種類の電磁波を放射することができる。第1および第2のアンテナ素子群１、４の配列等は、一例として図５に示したシミュレーション条件と同じとする。
【００６１】
前記したように、第１のアンテナ素子群１は、その素子配列から周波数が3.88ｆ０未満であれば、第１のアンテナ素子群１によるグレーティングローブは発生しない。よって、第１のアンテナ素子群１を単独で使用することができる。この場合は、第２から第ｎアンテナ素子群は、第１のアンテナ素子群１とは異なる電磁波を放射することができる。もちろん、電力密度を稼ぐため、第１のアンテナ素子群１と同一の電磁波を放射させても良い。
【００６２】
つまり、各アンテナ素子群が独立に動作するため、3.88ｆ０未満の周波数で使用するときには、最大ｎ種類の相異なる電磁波を放射することができる。また、アンテナ素子群を単独で利用する場合電力密度が低いため、電力密度を稼ぐため各アンテナ素子群を適当に組み合わせても良い。
【００６３】
また、3.88ｆ０以上の周波数で使用するときには、第１のアンテナ素子群１と任意のアンテナ素子群とを組み合わせ第１のアンテナ素子群１から発生するグレーティングローブを抑圧すればよい。場合により任意の複数のアンテナ素子群を組み合わせても良い。これにより、最大ｎ−１種類の相異なる電磁波を放射することができる。
【００６４】
ここまで、電磁波を放射することを示したが、電磁波を受信する場合でも同様である。また、アンテナ素子群ごとに電磁波の放射と受信とを同時に行っても良い。
【００６５】
上記のように構成されるアレーアンテナは、第２のアンテナ素子群４の周囲に、第３から第ｎ（ｎは３以上の整数）のアンテナ素子群を備え、第３から第ｎのアンテナ素子群のそれぞれに含まれる単位アンテナ素子が同一円周上に等間隔で配置される。これにより、グレーティングローブを連続的な周波数で抑圧することができる。
【００６６】
また、上記のように構成されるアレーアンテナ装置は、第３から第ｎ（ｎは３以上の整数）のアンテナ素子群のそれぞれに含まれる単位アンテナ素子に各々接続される位相器１０を有する第３から第ｎの位相器群と、第３から第ｎの位相器群に接続される第３から第ｎの給電回路とを備える。これにより、各アンテナ素子群を独立に使用することができ、最大ｎ種類の電磁波を放射または受信することができる。
【００６７】
次に複数の給電回路をモノパルスビーム形成機能を有する給電回路とした場合について説明する。図１０において、第１から第ｎの位相器群にはモノパルスビーム形成機能を有する給電回路２２が接続されている。
【００６８】
モノパルスビーム形成機能を有することにより、電磁波の放射特性は、図１１に示すようなΣパターン２３およびΔパターン２４を得ることができる。なお、図１１において縦軸は利得、横軸は角度を示す。この２つのパターンを形成する理由は、目標追尾時の測角精度の向上を目指すためである。
【００６９】
Σパターン２３は、ピーク利得の範囲が広い。このため、Σパターン２３の信号を利用して目標を追尾しても、最大利得部分で目標を追尾していない場合がある。
【００７０】
Δパターン２４は、指向中心方向で利得の落ち込みが急峻であり、目標信号レベルが最小になる方向と目標方向とは、一致する。このため、Δパターン２４で目標を追尾する場合は、目標信号が最小になるように追尾すれば、目標はビーム中心で捕らえていることになる。
【００７１】
なお、Σパターン２３とΔパターン２４とを形成する、モノパルスビーム形成機能は一般的な手法により形成するものとする。
【００７２】
上記のように構成されるアレーアンテナ装置は、給電回路がモノパルスビーム形成機能を有する給電回路である。この給電回路により、Σパターン２３とΔパターン２４とを形成することにより目標追尾精度を向上することができる。
【００７３】
【発明の効果】
上記により、アレーアンテナ装置のグレーティングローブの発生を連続的な周波数に対して抑圧することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 (a)は本発明に係わるアレーアンテナの実施の形態１を示す平面図、(b)は(a)の第１から第４の単位アンテナ素子部分Pの拡大平面図である。
【図２】 第１のアンテナ素子群の単位アンテナ素子の中心をX軸へ投影した素子間隔を示す図である。
【図３】 グレーティングローブ発生原理を示す図である。
【図４】 第２のアンテナ素子群の単位アンテナ素子の中心をX軸へ投影した素子間隔を示す図である。
【図５】 図に示すアレーアンテナの放射特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図６】 図に示すアレーアンテナを含むアレーアンテナ装置の構成を示す図である。
【図７】 発明に係わるアレーアンテナ装置の他の例を示す図である。
【図８】 本発明に係わるアレーアンテナの実施の形態１を示す平面図である。
【図９】 図に示すアレーアンテナを含むアレーアンテナ装置の構成を示す図である。
【図１０】 発明に係わるモノパルスビーム形成機能を有する給電回路を複数有したアレーアンテナ装置の実施の形態１を示す図である。
【図１１】 ΣパターンおよびΔパターンを示す図である。
【図１２】 図１に示すアンテナの効果を説明するための比較例を示すアレーアンテナの平面図である。
【図１３】 図に示すアレーアンテナの放射特性のシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
１ 第１のアンテナ素子群、２ 単位アンテナ素子、２ａ 第１の単位アンテナ素子、２ｂ 第２の単位アンテナ素子、２ｃ 第３の単位アンテナ素子、２ｄ 第４の単位アンテナ素子、３ａ 第１の直線、３ｂ 第２の直線、３ｃ 第３の直線、３ｄ 第４の直線、４ 第２のアンテナ素子群、５ａ、５ｂ、５ｃ θ方向波面、６ ψ方向波面、７ 第１のアンテナ素子群の放射特性、８ 第２のアンテナ素子群の放射特性、９ 全体のアンテナ特性、１０ 位相器、１１ 第１の位相器群、１２ 第１の給電回路、１３ 第２の位相器群、１４ 第２の給電回路、１５ 給電回路、１６ 第３のアンテナ素子群、１７ 第ｎのアンテナ素子群、１８ 第３の位相器群、１９ 第３の給電回路、２０ 第ｎの位相器群、２１ 第ｎの給電回路、２２ モノパルス機能を有する給電回路、２３ Σパターン、２４ Δパターン、１０１ 第１のアンテナ素子、１０２ 第２のアンテナ素子、１０３ 周波数ｆ０の放射特性、１０４ 1.9ｆ０の放射特性、１０５ 2ｆ０の放射特性、１０６ 3ｆ０の放射特性
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーダ等に用いられるアレーアンテナおよびアレーアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のアレーアンテナは例えば、特開２００１−２７４６２０号公報に開示されており、当該公報にはアンテナ素子をアレー化したときのグレーティングローブの発生を抑圧する技術が開示されている。前記抑圧手法は、１対の第１のアレーアンテナ素子の間の所定の位置に縮小相似型の第2から第ｎのアレーアンテナ素子を設けることにより、基準周波数の整数倍の周波数のグレーティングを抑圧するものである。これにより、広帯域においてグレーティングローブの抑圧を図るものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記公報記載の技術では、基準周波数の整数倍以外の周波数に対してグレーティングローブが発生することになり、連続的な周波数に対してはグレーティングローブの抑圧効果は期待できないといった問題点があった。
【０００４】
本発明は、上記のような問題点を解消するためのものであり、連続的な周波数に対してもグレーティングローブの発生を抑圧することができるアレーアンテナおよびアレーアンテナ装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、第１から第４の単位アンテナ素子が複数配列されて構成され、前記第１と第２の単位アンテナ素子の中心を通る第１の直線と、前記第３と第４の単位アンテナ素子の中心を通る第２の直線とが平行でありかつ、前記第１と第３の単位アンテナ素子の中心を通る第３の直線と、前記第２と第４の単位アンテナ素子の中心を通る第４の直線とが平行である第１のアンテナ素子群と、前記第１のアンテナ素子群の周囲に、同一円周上に等間隔で配置される複数の単位アンテナ素子を少なくとも含む第２のアンテナ素子群と、前記第１のアンテナ素子群の単位アンテナ素子に各々接続される複数の位相器を有する第１の位相器群と、前記第１の位相器群に接続される第１の給電回路と、前記第２のアンテナ素子群の単位アンテナ素子に各々接続される複数の位相器を有する第２の位相器群と、前記第２の位相器群に接続される第２の給電回路とを備え、前記第１のアンテナ素子群の単位アンテナ素子の間隔と、前記第１のアンテナ素子群から放射されるビームの最大ビーム指向角とアンテナの使用周波数により、前記第１のアンテナ素子群のグレーティングローブが発生する条件が決定され、前記第１のアンテナ素子群の使用周波数が前記グレーティングローブが発生する条件を満足する周波数未満の場合は前記第１のアンテナ素子群と前記第２のアンテナ素子群は異なる電磁波を放射受信し、前記第１のアンテナ素子群の使用周波数がグレーティングローブが発生する条件を満足する周波数以上の場合は前記第２のアンテナ素子群によりグレーティングローブが抑圧されることを特徴とするアレーアンテナ装置である。
【０００６】
前記第２のアンテナ素子群の周囲に配置する第３から第ｎ（ｎは３以上の整数）のアンテナ素子群と、前記第１から第ｎのアンテナ素子群のそれぞれに含まれる単位アンテナ素子に各々接続される複数の位相器をそれぞれ有する第１から第ｎの位相器群と、前記第１から第ｎの位相器群にそれぞれ接続される第１から第ｎの給電回路と、を備え、前記第３から第ｎのアンテナ素子群のそれぞれに含まれる単位アンテナ素子の少なくとも一部が同一円周上に等間隔で配置され、前記第１のアンテナ素子群の使用周波数が前記グレーティングローブが発生する条件を満足する周波数未満の場合は前記第１のアンテナ素子群から第ｎのアンテナ素子群は異なる電磁波を放射受信し、前記第１のアンテナ素子群の使用周波数がグレーティングローブが発生する条件を満足する周波数以上の場合は前記第２のアンテナ素子群から第ｎのアンテナ素子群の少なくとも一群によりグレーティングローブが抑圧されることを特徴とするアレーアンテナ装置であってもよい。
【０００７】
前記第１、第２の直線と、前記第３、第４の直線とのなす角が６０°でありかつ、前記第１と第２の単位アンテナ素子間隔と、前記第１と第３の単位アンテナ素子間隔とが等しいアレーアンテナ装置であってもよい。
【００１０】
前記給電回路がモノパルスビーム形成機能を有する給電回路であるアレーアンテナ装置であってもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１から図１３は、本発明の実施の形態１を示す図である。
【００１２】
図１において、第１のアンテナ素子群１は、複数の単位アンテナ素子２を有し、これらの単位アンテナ素子２は、図１（ｂ）に示すように配置される第１から第４の単位アンテナ素子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを少なくとも含んでいる。
【００１３】
図１(b)において、第１と第２の単位アンテナ素子２ａ、２ｂの中心を通る第１の直線３ａと、第３と第４の単位アンテナ素子２ｃ、２ｄの中心を通る第２の直線３ｂとが平行である。さらに、第１と第３の単位アンテナ素子２ａ、２ｃの中心を通る第３の直線３ｃと、第２と第４の単位アンテナ素子２ｂ、２ｄの中心を通る第４の直線３ｄとが平行である。
【００１４】
本実施の形態では、第１のアンテナ素子群１に含まれる単位アンテナ素子２においては、全て隣接する４つの素子が図１(b)に示す配列と同様に配列されている。
【００１５】
なお、第１のアンテナ素子群１の単位アンテナ素子２の個数、間隔、配置などは図１に示されるものに限定されるものではなく、単位アンテナ素子２の冷却構造、アンテナ利得などの設計事項を考慮して適当に設定すれば良い。
【００１６】
前記第１のアンテナ素子群１の周囲に、同一円周上に等間隔で配置される複数の単位アンテナ素子を少なくとも含む第２のアンテナ素子群４が配置されている。この、第２のアンテナ素子群４を構成している単位アンテナ素子の個数、間隔、配列なども、第１のアンテナ素子群１と同様に設計事項を考慮して適当に設定すれば良い。
【００１７】
なお、第２のアンテナ素子群４は、単位アンテナ素子を同一円周上に１周のみ配置して構成しても良いし、複数周配置して構成しても良い。図１(a)は、同心で径が異なる２つの円周上のそれぞれに単位アンテナ素子を配置した、２周配列の場合の例を示す図である。第１周目と第２周目との間隔は、設計仕様に合わせ適当に決めれば良い。もちろん、図１(a)に示したものに更に円周上に配列された単位アンテナ素子を増やした３周以上の配列あってもよいのは言うまでもない。
【００１８】
また、第１および第２のアンテナ素子群１、４を構成している単位アンテナ素子は、同じ特性を持った単位アンテナ素子でも良いし、異なる特性を持った単位アンテナ素子でも良い。この単位アンテナ素子の特性は、設計仕様にあわせて適当に決めれば良い。
【００１９】
次に以下で第１のアンテナ素子群１により発生するグレーティングローブに関して述べる。図２は、第１のアンテナ素子群１を構成している単位アンテナ素子２の中心をX軸へ投影した図である。図に示すように各素子はX軸上で等間隔となる。このため、一方向にビームが向く様に各単位アンテナ素子に接続されている位相器により位相を調整しても、別方向にもビームの位相が揃う、いわゆるグレーティングローブが発生する。
【００２０】
ここで、グレーティングローブが発生する条件は、素子間隔ｄが式（１）を満たす場合である。なお、式（１）においてｃは光速、ｆは周波数、θmaxは最大ビーム指向角である。
【００２１】
【数１】
グレーティングローブについて図３を用いて詳細を説明する。なお、図３は説明を簡単にするため、単位アンテナ素子２を３つとしているが、３を超えても原理は同じである。なお、単位アンテナ素子２の間隔はｄとしている。また、図３においてビームは、θ方向へ向けると仮定する。
【００２３】
各単位アンテナ素子に接続されている位相器では、θ方向にビームを向けるため、２π ｄ ｓｉｎθ／λずつ位相をずらして電磁波を放射する。この時のθ方向波面を５ａとする。また、θ方向波面５ａから１周期２π進んでいるθ方向波面を５ｂ、さらにθ方向波面５ｂから１周期２π進んでいるθ方向波面を５ｃとする。
【００２４】
θ方向波面５a、５ｂ、５ｃが放射されているときに同時に、ψ方向にも位相がそろったψ方向波面６が形成される。これは、θ方向のビームの他、ψ方向にもビームが向いていることを意味する。これが、グレーティングローブである。この現象は電磁波を放射しているときでも、受信しているときでも発生する。
【００２５】
グレーティングローブが発生するにもかかわらず、単位アンテナ素子２を図１に示す様に配列する理由は、設計を容易にしたり、単位アンテナ素子の冷却を容易にしたりするためである。更に、場合によっては、正規に配列されているため、電力の合成が行いやすく、所要方向の電力密度を稼ぐことができるためでもある。
【００２６】
つまり、第１のアンテナ素子群１の単位アンテナ素子２の冷却が容易で、電力合成し易い様に正規配列されていれば良い。
【００２７】
次に、前記第１のアンテナ素子群１により発生するグレーティングローブを抑圧するために設けられた第２のアンテナ素子群４について説明する。図４は、第２のアンテナ素子群４の単位アンテナ素子の中心をX軸へ投影した状態を示す図である。図４において、投影した単位アンテナ素子の間隔には、規則性が無い。このため、図３に示す原理によるグレーティングローブの発生はない。
【００２８】
グレーティングローブが発生しない第２のアンテナ素子群４で全体を構成しない理由は、第２のアンテナ素子群４の配列では、設計および単位アンテナ素子の冷却が容易に行えないためである。
【００２９】
次に、一例として第１のアンテナ素子群１と第２のアンテナ素子群４とを設けることによるグレーティングローブ抑圧に関して図５を用いて説明する。図５は＋６０°方向にビームを向けたときの、−９０°から＋９０°の範囲のアンテナ利得を算出したシミュレーション結果である。なお、図５の縦軸は利得、横軸は角度である。
【００３０】
ここで、前記のシミュレーション条件を以下に述べる。ある周波数をｆ０とする。第１のアンテナ素子群１の単位アンテナ素子２は、直径がλ０/2πのマイクロストリップスパイラルアンテナであり、使用可能周波数を2ｆ０から4ｆ０とする。また、第２のアンテナ素子群４の単位アンテナ素子は、直径がλ０/πのマイクロストリップスパイラルアンテナであり、使用可能周波数をｆ０から4ｆ０とする。
【００３１】
前記第１、第２の直線３ａ、３ｂと、前記第３、第４の直線３ｃ、３ｄとのなす角が６０°でありかつ、前記第１と第２の単位アンテナ素子２ａ、２ｂの間隔と、前記第１と第３の単位アンテナ素子２ａ、２ｃの間隔とが等しい配列とする。これにより、単位アンテナ素子２を効率的に配置することができる。また、第１のアンテナ素子群の単位アンテナ素子２の間隔はλ０/2πとし、61個配列する。
【００３２】
さらに、第２のアンテナ素子群４の単位アンテナ素子は、第１のアンテナ素子群１の単位アンテナ素子２の周囲に同一円周上に等間隔で４周配列する。第２のアンテナ素子数は、第１周目には１６個、２周目には23個、３周目には29個、４周目には35個の合計104個とする。
【００３３】
ビーム指向角θを６０°とし、アンテナ素子間隔をλ０/2πとすると、式（１）により3.88ｆ０未満であれば、第１のアンテナ素子群１によるグレーティングローブは発生しないため、シミュレーションでの周波数は、グレーティングローブが発生する4ｆ０とする。
【００３４】
図５において７は第１のアンテナ素子群１の放射特性、８は第２のアンテナ素子群４の放射特性、９は第１および第２のアンテナ素子群１、４の放射特性を加算した全体のアンテナ放射特性を示す。図５に示されるように、第１のアンテナ素子群１による放射特性７は、＋６０°および−６０°を超えた位置にピークがある。この、−６０°を超えた位置に現れるピークが図３に示す原理により発生するグレーティングローブである。これに対して、第２のアンテナ素子群４による放射特性８は、＋６０°のみにピークがある。
【００３５】
ここで、図５の全体のアンテナ特性９に示すように、前記第１および第２のアンテナ素子群１、４の放射特性を加算することにより、−６０°に発生していたグレーティングローブのピークが完全に抑圧される。これは、第２のアンテナ素子群４の−６０°の利得がピーク利得より小さいためである。なお、加算はベクトル加算を行うため、スカラー加算との値に差異がある。
【００３６】
上記のように、グレーティングローブの発生しない素子配列である第２の素子群４を用いることで、グレーティングローブの抑圧を行うため、連続的な周波数においても、グレーティングローブが抑圧される。つまり、図５でシミュレーションした周波数は4ｆ０であるが、他の周波数についても同様の結果となる。
【００３７】
図５に示す特性は、第２のアンテナ素子群４の外周にさらに第３から第ｎのアンテナ素子群が存在していても同じである。ただし、ｎは３以上の整数とする。詳細の配列について後段で述べる。
【００３８】
比較のため第２のアンテナ素子群を設けない構成を図１２にて説明する。図１２において、第１のアンテナ素子１０１は、直径λ０/πであり間隔は0.5λ０とする。また、第２のアンテナ素子１０２は、直径λ０/2πであり、第１のアンテナ素子１０１の単位アンテナ素子の間に配置してあるとする。
【００３９】
図１３は、図１２のように配列された場合、＋６０°方向にビームを向けたときの−９０°から＋９０°の範囲のアンテナ利得を算出したシミュレーション結果である。図１３において、１０３はある周波数ｆ０の放射特性、１０４は1.9ｆ０の放射特性、１０５は2ｆ０の放射特性、１０６は3ｆ０の放射特性を示す。
【００４０】
図１２に示すアンテナ配列においては、図１３に示すように、1.9ｆ０および３ｆ０でグレーティングローブが発生する。これに対して、図５に示すようにグレーティングローブの発生を抑圧することができる図１に示す本実施の形態の効果は明白である。
【００４１】
次に、第１および第２のアンテナ素子群１、４を独立に使用するためのアレーアンテナ装置の構成を図６に示す。
【００４２】
図６において、第１のアンテナ素子群１の単位アンテナ素子２には、各々複数の位相器１０を有する第１の位相器群１１が接続される。この第１の位相器群１１には、第１の給電回路１２が接続されている。
【００４３】
また、第２のアンテナ素子群４の単位アンテナ素子には、各々複数の位相器１０を有する第２の位相器群１３が接続される。この第２の位相器群１３には、第２の給電回路１４が接続されている。なお、第１の給電回路１２と第２の給電回路１４とは、性能的機能的に同一であっても良いし、異なっても良い。
【００４４】
位相器１０は第１および第２のアンテナ素子群１、４の位相を調整し、所望の方向にビームを向ける。また、第１および第２給電回路１２、１４は送信時には位相器１０に電力を供給し、受信時には位相器１０からの信号を合成し出力する。
【００４５】
図６に示す様に、第１および第２給電回路１２、１４を有することにより、２種類の電磁波を放射することができる。第１および第２のアンテナ素子群１、４は、一例として前記図５に示したシミュレーション条件のアンテナ素子群と同じとする。また、第１の給電回路１２と第２の給電回路１４とは、それぞれ独立に動作するものとする。
【００４６】
前記したように、第１のアンテナ素子群１は、その素子配列から周波数が3.88ｆ０未満であれば、第１のアンテナ素子群１によるグレーティングローブは、発生しない。よって、第１のアンテナ素子群を単独で使用することができる。この場合は、第２のアンテナ素子群４は、第１のアンテナ素子群１とは、異なる電磁波を放射することができる。もちろん、電力密度を稼ぐため、第１のアンテナ素子と同一の電磁波を放射させても良い。
【００４７】
また、3.88ｆ０以上の周波数で使用するときには、第１のアンテナ素子群１と第２のアンテナ素子群４とを組み合わせ、第１のアンテナ素子群１から発生するグレーティングローブは連続的な周波数で抑圧される。
【００４８】
ここまでで、電磁波を放射することを示したが、電磁波を受信する場合も同じである。
【００４９】
次に、給電回路を分けず、簡易な構成にした場合について図７にて説明する。図７においてアレーアンテナ装置は、第１および第２のアンテナ素子群１、４に各々接続される複数の位相器１０と、複数の位相器１０に接続される給電回路１５とにより構成されている。この構成は、第１および第２のアンテナ素子群１、４を独立に使用しない場合に用いる。この様な構成により、グレーティングローブは発生しない。
【００５０】
上記実施の形態によれば、アレーアンテナは第１のアンテナ素子群１と、第１のアンテナ素子群１の周囲に、同一円周上に等間隔で配置される複数の単位アンテナ素子からなる第２のアンテナ素子群４とを備える。前記配列により、グレーティングローブを連続的な周波数で抑圧することができる。
【００５１】
また、上記のように構成されるアレーアンテナは、第１、第２の直線３ａ、３ｂと、第３、第４の直線３ｃ、３ｄとのなす角が６０°でありかつ、第１と第２の単位アンテナ素子２ａ、２ｂの間隔と、第１と第３の単位アンテナ素子２ａ、２ｃの間隔とが等しい。前記配列により、単位アンテナ素子２を効率的に配置することができる。
【００５２】
更に、上記のように構成されるアレーアンテナ装置は、第１のアンテナ素子群１の単位アンテナ素子２に各々接続される複数の位相器１０を有する第１の位相器群１１と、前記第１の位相器群１１に接続される第１の給電回路１２と、前記第２のアンテナ素子群４の単位アンテナ素子に各々接続される複数の位相器１０を有する第２の位相器群１３と、第２の位相器群１３に接続される第２の給電回路１４とを備える。これにより、第１のアンテナ素子群１と第２のアンテナ素子群４とを独立に使用することができる。
【００５３】
第２のアンテナ素子群４の外周にさらに第３から第ｎ（ｎは３以上の整数）のアンテナ素子群を配置した場合について図８を用いて説明する。
【００５４】
図８において、第２のアンテナ素子群４の周囲に、第３から第ｎ（ｎは３以上の整数）のアンテナ素子群１６、１７を備えている。第３から第ｎのアンテナ素子群１６、１７のそれぞれに含まれる単位アンテナ素子は、同一円周上に等間隔で配置される。
【００５５】
ここで、第１から第ｎのアンテナ素子群を構成している単位アンテナ素子は、同じ特性を持った単位アンテナ素子でも良いし、異なる特性を持った単位アンテナ素子でも良い。この単位アンテナ素子の特性は、設計仕様にあわせて適当に決めれば良い。
【００５６】
第３から第ｎのアンテナ素子群１６、１７の単位アンテナ素子の個数、間隔、配置などは、単位アンテナ素子の冷却構造、アンテナ利得などの設計事項を考慮して適当に設定すれば良い。また、第２のアンテナ素子群４と同様に、第３から第ｎのアンテナ素子群１６、１７は、それぞれ１周のみ配置されても良いし、複数周に配置されても良い。また、第ｎ−１と第ｎのアンテナ素子群の間隔は、設計に合わせ適当に決めれば良い。
【００５７】
第1および第2のアンテナ素子群１、４の配列等は、一例として図５に示したシミュレーション条件と同じとする。この場合、図８の配列においても、第１および第２のアンテナ素子群１、４によるアンテナ放射特性は図５と同じとなる。次に、図９にて独立した複数の給電回路を設けたアレーアンテナ装置に関する実施の形態について説明する。
【００５８】
図９において、第３のアンテナ素子群１６のそれぞれに含まれる単位アンテナ素子には、各々複数の位相器１０を有する第３の位相器群１８が接続されている。この第３の位相器群１８には、第３の給電回路１９が接続されている。
【００５９】
また、第ｎのアンテナ素子群１７のそれぞれに含まれる単位アンテナ素子には、各々複数の位相器１０を有する第ｎの位相器群２０が接続されている。この第ｎの位相器群２０には、第ｎの給電回路２１が接続されている。
【００６０】
図９のように、複数の給電回路を有することにより、複数種類の電磁波を放射することができる。第1および第2のアンテナ素子群１、４の配列等は、一例として図５に示したシミュレーション条件と同じとする。
【００６１】
前記したように、第１のアンテナ素子群１は、その素子配列から周波数が3.88ｆ０未満であれば、第１のアンテナ素子群１によるグレーティングローブは発生しない。よって、第１のアンテナ素子群１を単独で使用することができる。この場合は、第２から第ｎアンテナ素子群は、第１のアンテナ素子群１とは異なる電磁波を放射することができる。もちろん、電力密度を稼ぐため、第１のアンテナ素子群１と同一の電磁波を放射させても良い。
【００６２】
つまり、各アンテナ素子群が独立に動作するため、3.88ｆ０未満の周波数で使用するときには、最大ｎ種類の相異なる電磁波を放射することができる。また、アンテナ素子群を単独で利用する場合電力密度が低いため、電力密度を稼ぐため各アンテナ素子群を適当に組み合わせても良い。
【００６３】
また、3.88ｆ０以上の周波数で使用するときには、第１のアンテナ素子群１と任意のアンテナ素子群とを組み合わせ第１のアンテナ素子群１から発生するグレーティングローブを抑圧すればよい。場合により任意の複数のアンテナ素子群を組み合わせても良い。これにより、最大ｎ−１種類の相異なる電磁波を放射することができる。
【００６４】
ここまで、電磁波を放射することを示したが、電磁波を受信する場合でも同様である。また、アンテナ素子群ごとに電磁波の放射と受信とを同時に行っても良い。
【００６５】
上記のように構成されるアレーアンテナは、第２のアンテナ素子群４の周囲に、第３から第ｎ（ｎは３以上の整数）のアンテナ素子群を備え、第３から第ｎのアンテナ素子群のそれぞれに含まれる単位アンテナ素子が同一円周上に等間隔で配置される。これにより、グレーティングローブを連続的な周波数で抑圧することができる。
【００６６】
また、上記のように構成されるアレーアンテナ装置は、第３から第ｎ（ｎは３以上の整数）のアンテナ素子群のそれぞれに含まれる単位アンテナ素子に各々接続される位相器１０を有する第３から第ｎの位相器群と、第３から第ｎの位相器群に接続される第３から第ｎの給電回路とを備える。これにより、各アンテナ素子群を独立に使用することができ、最大ｎ種類の電磁波を放射または受信することができる。
【００６７】
次に複数の給電回路をモノパルスビーム形成機能を有する給電回路とした場合について説明する。図１０において、第１から第ｎの位相器群にはモノパルスビーム形成機能を有する給電回路２２が接続されている。
【００６８】
モノパルスビーム形成機能を有することにより、電磁波の放射特性は、図１１に示すようなΣパターン２３およびΔパターン２４を得ることができる。なお、図１１において縦軸は利得、横軸は角度を示す。この２つのパターンを形成する理由は、目標追尾時の測角精度の向上を目指すためである。
【００６９】
Σパターン２３は、ピーク利得の範囲が広い。このため、Σパターン２３の信号を利用して目標を追尾しても、最大利得部分で目標を追尾していない場合がある。
【００７０】
Δパターン２４は、指向中心方向で利得の落ち込みが急峻であり、目標信号レベルが最小になる方向と目標方向とは、一致する。このため、Δパターン２４で目標を追尾する場合は、目標信号が最小になるように追尾すれば、目標はビーム中心で捕らえていることになる。
【００７１】
なお、Σパターン２３とΔパターン２４とを形成する、モノパルスビーム形成機能は一般的な手法により形成するものとする。
【００７２】
上記のように構成されるアレーアンテナ装置は、給電回路がモノパルスビーム形成機能を有する給電回路である。この給電回路により、Σパターン２３とΔパターン２４とを形成することにより目標追尾精度を向上することができる。
【００７３】
【発明の効果】
上記により、アレーアンテナ装置のグレーティングローブの発生を連続的な周波数に対して抑圧することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 (a)は本発明に係わるアレーアンテナの実施の形態１を示す平面図、(b)は(a)の第１から第４の単位アンテナ素子部分Pの拡大平面図である。
【図２】 第１のアンテナ素子群の単位アンテナ素子の中心をX軸へ投影した素子間隔を示す図である。
【図３】 グレーティングローブ発生原理を示す図である。
【図４】 第２のアンテナ素子群の単位アンテナ素子の中心をX軸へ投影した素子間隔を示す図である。
【図５】 図に示すアレーアンテナの放射特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図６】 図に示すアレーアンテナを含むアレーアンテナ装置の構成を示す図である。
【図７】 発明に係わるアレーアンテナ装置の他の例を示す図である。
【図８】 本発明に係わるアレーアンテナの実施の形態１を示す平面図である。
【図９】 図に示すアレーアンテナを含むアレーアンテナ装置の構成を示す図である。
【図１０】 発明に係わるモノパルスビーム形成機能を有する給電回路を複数有したアレーアンテナ装置の実施の形態１を示す図である。
【図１１】 ΣパターンおよびΔパターンを示す図である。
【図１２】 図１に示すアンテナの効果を説明するための比較例を示すアレーアンテナの平面図である。
【図１３】 図に示すアレーアンテナの放射特性のシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
１ 第１のアンテナ素子群、２ 単位アンテナ素子、２ａ 第１の単位アンテナ素子、２ｂ 第２の単位アンテナ素子、２ｃ 第３の単位アンテナ素子、２ｄ 第４の単位アンテナ素子、３ａ 第１の直線、３ｂ 第２の直線、３ｃ 第３の直線、３ｄ 第４の直線、４ 第２のアンテナ素子群、５ａ、５ｂ、５ｃ θ方向波面、６ ψ方向波面、７ 第１のアンテナ素子群の放射特性、８ 第２のアンテナ素子群の放射特性、９ 全体のアンテナ特性、１０ 位相器、１１ 第１の位相器群、１２ 第１の給電回路、１３ 第２の位相器群、１４ 第２の給電回路、１５ 給電回路、１６ 第３のアンテナ素子群、１７ 第ｎのアンテナ素子群、１８ 第３の位相器群、１９ 第３の給電回路、２０ 第ｎの位相器群、２１ 第ｎの給電回路、２２ モノパルス機能を有する給電回路、２３ Σパターン、２４ Δパターン、１０１ 第１のアンテナ素子、１０２ 第２のアンテナ素子、１０３ 周波数ｆ０の放射特性、１０４ 1.9ｆ０の放射特性、１０５ 2ｆ０の放射特性、１０６ 3ｆ０の放射特性
Claims (4)
- 第１から第４の単位アンテナ素子が複数配列されて構成され、前記第１と第２の単位アンテナ素子の中心を通る第１の直線と、前記第３と第４の単位アンテナ素子の中心を通る第２の直線とが平行でありかつ、前記第１と第３の単位アンテナ素子の中心を通る第３の直線と、前記第２と第４の単位アンテナ素子の中心を通る第４の直線とが平行である第１のアンテナ素子群と、
前記第１のアンテナ素子群の周囲に、同一円周上に等間隔で配置される複数の単位アンテナ素子を少なくとも含む第２のアンテナ素子群と、
前記第１のアンテナ素子群の単位アンテナ素子に各々接続される複数の位相器を有する第１の位相器群と、
前記第１の位相器群に接続される第１の給電回路と、
前記第２のアンテナ素子群の単位アンテナ素子に各々接続される複数の位相器を有する第２の位相器群と、
前記第２の位相器群に接続される第２の給電回路とを備え、
前記第１のアンテナ素子群の単位アンテナ素子の間隔と、前記第１のアンテナ素子群から放射されるビームの最大ビーム指向角とアンテナの使用周波数により、前記第１のアンテナ素子群のグレーティングローブが発生する条件が決定され、前記第１のアンテナ素子群の使用周波数が前記グレーティングローブが発生する条件を満足する周波数未満の場合は前記第１のアンテナ素子群と前記第２のアンテナ素子群は異なる電磁波を放射受信し、前記第１のアンテナ素子群の使用周波数がグレーティングローブが発生する条件を満足する周波数以上の場合は前記第２のアンテナ素子群によりグレーティングローブが抑圧されること
を特徴とするアレーアンテナ装置。 - 前記第２のアンテナ素子群の周囲に配置する第３から第ｎ（ｎは３以上の整数）のアンテナ素子群と、
前記第１から第ｎのアンテナ素子群のそれぞれに含まれる単位アンテナ素子に各々接続される複数の位相器をそれぞれ有する第１から第ｎの位相器群と、
前記第１から第ｎの位相器群にそれぞれ接続される第１から第ｎの給電回路と、
を備え、
前記第３から第ｎのアンテナ素子群のそれぞれに含まれる単位アンテナ素子の少なくとも一部が同一円周上に等間隔で配置され、
前記第１のアンテナ素子群の使用周波数が前記グレーティングローブが発生する条件を満足する周波数未満の場合は前記第１のアンテナ素子群から第ｎのアンテナ素子群は異なる電磁波を放射受信し、前記第１のアンテナ素子群の使用周波数がグレーティングローブが発生する条件を満足する周波数以上の場合は前記第２のアンテナ素子群から第ｎのアンテナ素子群の少なくとも一群によりグレーティングローブが抑圧されること
を特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ装置。 - 前記第１、第２の直線と、前記第３、第４の直線とのなす角が６０°でありかつ、前記第１と第２の単位アンテナ素子間隔と、前記第１と第３の単位アンテナ素子間隔とが等しい請求項１または請求項２に記載のアレーアンテナ装置。
- 前記給電回路がモノパルスビーム形成機能を有する給電回路である請求項１または請求項２に記載のアレーアンテナ装置。
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