JP4005577B2 - Phased array antenna apparatus and beam scanning control method - Google Patents

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Description

本発明は、フェーズドアレイアンテナ装置及びビーム走査制御方法に係り、さらに詳しくは、複数の素子アンテナからなるアレイアンテナにより送信ビームを形成して電子走査するフェーズドアレイアンテナ装置の改良に関する。   The present invention relates to a phased array antenna apparatus and a beam scanning control method, and more particularly to an improvement in a phased array antenna apparatus that forms a transmission beam by an array antenna including a plurality of element antennas and performs electronic scanning.

航空機などに搭載されるECM(Electronic Counter Measure:電子対抗手段)レーダーは、複数の素子アンテナからなるアレイアンテナを用いて送信ビームを形成し、広帯域な電波により電子走査を行っている(例えば、非特許文献1)。この様なフェーズドアレイアンテナ装置では、その有効放射電力Pを送信電力Pt及びアンテナ利得Gによって、次式(101)により表すことができる。
P=Pt×G・・(101)
An ECM (Electronic Counter Measure) radar mounted on an aircraft or the like forms a transmission beam using an array antenna composed of a plurality of element antennas, and performs electronic scanning with a wide-band radio wave (for example, non-countermeasurement). Patent Document 1). In such a phased array antenna apparatus, the effective radiated power P can be expressed by the following equation (101) by the transmission power Pt and the antenna gain G.
P = Pt × G (101)

この送信電力Ptは、素子アンテナごとに設けられる複数の送信モジュールにおける出力電力Pmdlの総和として、次式(102)により求めることができる。
Pt=ΣPmdl・・(102)
This transmission power Pt can be obtained by the following equation (102) as the sum of output powers Pmdl in a plurality of transmission modules provided for each element antenna.
Pt = ΣPmdl (102)

また、アンテナ利得Gは、アレイアンテナの開口面積Aに比例し、比例係数をC1として、次式(103)により求めることができる。
G=C1×A・・(103)
The antenna gain G is proportional to the aperture area A of the array antenna, and can be obtained by the following equation (103), where the proportionality coefficient is C1.
G = C1 × A (103)

また、アレイアンテナにより形成される送信ビームのビーム幅Bは、アレイアンテナの開口寸法Dに反比例し、比例係数をC2として、次式(104)により表すことができる。
B=C2/D・・(104)
The beam width B of the transmission beam formed by the array antenna is inversely proportional to the aperture size D of the array antenna, and can be expressed by the following equation (104), where the proportionality coefficient is C2.
B = C2 / D (104)

上述した従来のフェーズドアレイアンテナ装置では、アレイアンテナの使用状況に応じて消費電力や発熱量を抑制したい場合、アンテナ開口面を絞って有効放射電力Pを減少させなければならない。上式(101)によれば、有効放射電力Pを減少させるには、アンテナ利得Gを減少させるか、或いは、動作する送信モジュール数を少なくして送信電力Ptを減少させることが考えられる。アンテナ利得Gを減少させる場合、上式(103)により、アレイアンテナの開口面積Aを減少させる必要があった。しかし、開口面積Aを減少させると、アレイアンテナの開口寸法Dが減少し、上式(104)によりビーム幅Bが増大してしまう。送信ビームのビーム幅Bが走査方向に広くなると、走査方向についての分解能が低下するので、意図しない方向に電波が送信され、他の電波と干渉を起こしてしまうという問題があった。   In the conventional phased array antenna device described above, when it is desired to suppress power consumption and heat generation according to the use status of the array antenna, the effective radiated power P must be reduced by narrowing the antenna aperture. According to the above equation (101), in order to reduce the effective radiated power P, it is conceivable to reduce the antenna gain G or reduce the transmission power Pt by reducing the number of operating transmission modules. When the antenna gain G is decreased, it is necessary to reduce the aperture area A of the array antenna by the above equation (103). However, when the aperture area A is decreased, the aperture dimension D of the array antenna is decreased, and the beam width B is increased by the above equation (104). When the beam width B of the transmission beam is widened in the scanning direction, the resolution in the scanning direction is lowered, so that radio waves are transmitted in an unintended direction, causing interference with other radio waves.

そこで、送信ビームのビーム幅Bを拡げないようにするために、開口面積Aを一定に保持したまま、動作する送信モジュール数を減少させることが考えられる。すなわち、励振する各素子アンテナの間隔が走査方向に広くなるように間引いて電子走査することが考えられる。しかし、励振する素子アンテナの間隔が広くなると、可視領域(visible region)内に不要波となるグレーティングローブが生じるので、メインローブの利得が低下するとともに、主軸以外の方向にもビームが形成されてしまうという問題があった。
特開2002−158528号公報 特開2001−24421号公報 レロイ・ビー・ブラント(Leroy B.Brunt)著「アプライドECM(AppliedECM)」、1978年、Vol.1、p.210、Fig.41
Therefore, in order not to widen the beam width B of the transmission beam, it is conceivable to reduce the number of operating transmission modules while keeping the aperture area A constant. That is, it is conceivable to perform electronic scanning by thinning out the intervals between the excited element antennas so as to increase in the scanning direction. However, if the spacing between the excited element antennas is increased, a grating lobe that becomes an unnecessary wave is generated in the visible region, so that the gain of the main lobe is reduced and a beam is formed in a direction other than the main axis. There was a problem that.
JP 2002-158528 A JP 2001-24421 A “Applied ECM” by Leroy B. Brunt, 1978, Vol. 1, p. 210, FIG. 41

上述した通り、従来のフェーズドアレイアンテナ装置では、可視領域内にグレーティングローブが生じ、メインローブの利得が低下するとともに、主軸以外の方向にもビームが形成されるという問題があった。   As described above, the conventional phased array antenna apparatus has a problem that a grating lobe is generated in the visible region, the gain of the main lobe is reduced, and a beam is formed in a direction other than the main axis.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、他の電波と意図しない干渉を起こすことなく、アレイアンテナの使用状況に応じて消費電力及び発熱量を抑制することができるフェーズドアレイアンテナ装置及びビーム走査制御方法を提供することを目的としている。特に、可視領域内にグレーティングローブが生じることなく、有効放射電力を減少させることができるフェーズドアレイアンテナ装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and a phased array antenna device capable of suppressing power consumption and heat generation according to the use state of an array antenna without causing unintended interference with other radio waves. It is another object of the present invention to provide a beam scanning control method. In particular, an object of the present invention is to provide a phased array antenna device capable of reducing effective radiated power without generating a grating lobe in the visible region.

本発明によるフェーズドアレイアンテナ装置は、複数の素子アンテナからなるアレイアンテナにより送信ビームを形成し、所定の走査方向に電子走査するフェーズドアレイアンテナ装置であって、異なる2以上の送信周波数のうちいずれか1つを選択して送信信号を生成する信号生成手段と、上記送信信号を上記各素子アンテナに分配する信号分配手段と、信号位相を上記素子アンテナごとに移相する移相器に対し、移相量の制御を行う移相制御手段と、励振させる上記素子アンテナを上記送信信号の波長及び送信ビームのビーム指向方位に基づいて選択し、励振する各素子アンテナの間隔が上記走査方向に広くなるように間引いて電子走査を行う走査制御手段により構成される。 A phased array antenna apparatus according to the present invention is a phased array antenna apparatus that forms a transmission beam by an array antenna including a plurality of element antennas and performs electronic scanning in a predetermined scanning direction, and is one of two or more different transmission frequencies. A signal generation unit that selects one to generate a transmission signal, a signal distribution unit that distributes the transmission signal to each element antenna, and a phase shifter that shifts the signal phase for each element antenna. The phase shift control means for controlling the phase amount and the element antenna to be excited are selected based on the wavelength of the transmission signal and the beam pointing direction of the transmission beam, and the interval between the excited element antennas is widened in the scanning direction. Thus, it is constituted by scanning control means for performing electronic scanning by thinning out.

この様な構成によれば、励振させる素子アンテナが送信信号の波長及び送信ビームのビーム指向方位に基づいて選択され、走査方向に関し各素子アンテナを間引いて電子走査が行われるので、アレイアンテナの使用状況に応じて消費電力及び発熱量を抑制することができる。 According to such a configuration, the element antenna to be excited is selected based on the wavelength of the transmission signal and the beam directing direction of the transmission beam, and electronic scanning is performed by thinning out each element antenna in the scanning direction. Power consumption and heat generation can be suppressed according to the situation.

本発明によるビーム走査制御方法は、複数の素子アンテナからなるアレイアンテナにより送信ビームを形成し、所定の走査方向に電子走査するフェーズドアレイアンテナ装置におけるビーム走査制御方法であって、異なる2以上の送信周波数のうちいずれか1つを選択して送信信号を生成する信号生成ステップと、上記送信信号を上記各素子アンテナに分配する信号分配ステップと、信号位相を上記素子アンテナごとに移相する移相器に対し、移相量の制御を行う移相制御ステップと、励振させる上記素子アンテナを上記送信信号の波長及び送信ビームのビーム指向方位に基づいて選択し、励振する各素子アンテナの間隔が上記走査方向に広くなるように間引いて電子走査を行う走査制御ステップとからなる。 Beam scanning control method according to the invention, the array antenna comprising a plurality of antenna elements to form a transmission beam, a beam scanning control method in a phased array antenna apparatus for electronic scanning in a predetermined scanning direction, two or more different transmission A signal generation step of selecting any one of the frequencies to generate a transmission signal, a signal distribution step of distributing the transmission signal to each of the element antennas, and a phase shift for shifting the signal phase for each of the element antennas The phase shift control step for controlling the amount of phase shift for the detector, and the element antenna to be excited is selected based on the wavelength of the transmission signal and the beam pointing direction of the transmission beam, and the interval between the element antennas to be excited is And a scanning control step for performing electronic scanning by thinning out so as to widen in the scanning direction.

本発明によるフェーズドアレイアンテナ装置及びビーム走査制御方法によれば、励振させる素子アンテナが送信信号の波長に基づいて選択され、走査方向に関し各素子アンテナを間引いて電子走査が行われるので、他の電波と意図しない干渉を起こすことなく、アレイアンテナの使用状況に応じて消費電力及び発熱量を抑制することができる。特に、励振する各素子アンテナの間隔を送信信号の波長に応じて決定するので、可視領域内にグレーティングローブが生じるのを抑制することができ、有効放射電力を減少させることができる。   According to the phased array antenna apparatus and the beam scanning control method of the present invention, the element antenna to be excited is selected based on the wavelength of the transmission signal, and the electronic scanning is performed by thinning each element antenna in the scanning direction. Without causing unintended interference, it is possible to suppress the power consumption and the amount of heat generated according to the use situation of the array antenna. In particular, since the interval between the excited element antennas is determined according to the wavelength of the transmission signal, it is possible to suppress the occurrence of grating lobes in the visible region, and to reduce the effective radiated power.

また、生成する送信信号の周波数が励振する各素子アンテナの走査方向の間隔に基づいて選択され、走査方向に関する間引き電子走査が行われるので、他の電波と意図しない干渉を起こすことなく、アレイアンテナの使用状況に応じて消費電力及び発熱量を抑制することができる。特に、励振する各素子アンテナの走査方向の間隔に応じて送信信号の周波数を決定するので、可視領域内にグレーティングローブが生じるのを抑制することができる。   In addition, the frequency of the transmission signal to be generated is selected based on the interval in the scanning direction of each element antenna to be excited, and thinned-out electronic scanning in the scanning direction is performed, so that the array antenna can be used without causing unintended interference with other radio waves. The power consumption and the amount of heat generated can be suppressed according to the usage status. In particular, since the frequency of the transmission signal is determined according to the interval in the scanning direction of each element antenna to be excited, it is possible to suppress the occurrence of grating lobes in the visible region.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1によるフェーズドアレイアンテナ装置の概略構成の一例を示したブロック図である。本実施の形態によるフェーズドアレイアンテナ装置1は、複数の素子アンテナ2からなるアレイアンテナにより送信ビームを形成し、所定の走査方向に電子走査するビーム走査型のアンテナ装置であり、航空機などに搭載されるECMレーダーに適用することができる。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a phased array antenna apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. A phased array antenna apparatus 1 according to this embodiment is a beam scanning antenna apparatus that forms a transmission beam by an array antenna including a plurality of element antennas 2 and performs electronic scanning in a predetermined scanning direction, and is mounted on an aircraft or the like. It can be applied to ECM radar.

このフェーズドアレイアンテナ装置1では、送信ビームのビーム幅を拡げないようにするために、アレイアンテナの開口面積を一定に保持したまま、励振する各素子アンテナ2の数を少なくする間引き走査の制御が行われる。その際、送信信号の波長に基づいて、励振させる素子アンテナ2の選択が行われる。   In this phased array antenna apparatus 1, in order to prevent the beam width of the transmission beam from being expanded, thinning scanning control is performed to reduce the number of each element antenna 2 to be excited while keeping the aperture area of the array antenna constant. Done. At that time, the element antenna 2 to be excited is selected based on the wavelength of the transmission signal.

フェーズドアレイアンテナ装置1は、素子アンテナ2、送信モジュール3、モジュール電源4、分配給電回路5、送信信号生成部6、主制御部7及びモジュール制御部10により構成される。   The phased array antenna apparatus 1 includes an element antenna 2, a transmission module 3, a module power supply 4, a distribution power supply circuit 5, a transmission signal generation unit 6, a main control unit 7, and a module control unit 10.

各素子アンテナ2は、所定の走査方向に設けられた空中線素子であり、アレイアンテナを構成している。ここでは、電子走査における走査方向を方位方向(水平方向)とし、各素子アンテナ2は方位方向に沿って直線状に設けられるものとする。また、各素子アンテナ2は等間隔で1次元配置され、アレイアンテナの開口面における素子数の密度分布が一定となっている。   Each element antenna 2 is an antenna element provided in a predetermined scanning direction, and constitutes an array antenna. Here, the scanning direction in electronic scanning is defined as the azimuth direction (horizontal direction), and each element antenna 2 is provided in a straight line along the azimuth direction. The element antennas 2 are arranged one-dimensionally at equal intervals, and the density distribution of the number of elements on the aperture surface of the array antenna is constant.

送信モジュール3は、素子アンテナ2ごとに設けられ、送信信号について信号位相の移相や電力増幅を行っている。各送信モジュール3の動作に必要な電力は、モジュール電源4によりそれぞれ供給される。分配給電回路5は、送信信号を電力分配し、各送信モジュール3に対する給電を行っている。   The transmission module 3 is provided for each element antenna 2 and performs phase shift of the signal phase and power amplification on the transmission signal. Electric power necessary for the operation of each transmission module 3 is supplied by the module power supply 4. The distribution power supply circuit 5 distributes the power of the transmission signal and supplies power to each transmission module 3.

送信信号生成部6は、送信信号を生成する信号発生器であり、広帯域な送信信号の出力を行っている。この送信信号は、異なる2以上の周波数のうちいずれか1つを選択して生成される。送信信号における周波数の選択は、主制御部7による指示に基づいて行われる。   The transmission signal generator 6 is a signal generator that generates a transmission signal, and outputs a broadband transmission signal. This transmission signal is generated by selecting any one of two or more different frequencies. Selection of the frequency in the transmission signal is performed based on an instruction from the main control unit 7.

例えば、ユーザによる操作入力に基づいて適切な周波数が指示される。この様にして生成された送信信号は、分配給電回路5に順次に出力され、各送信モジュール3に分配される。分配後の送信信号は、それぞれ各送信モジュール3により素子アンテナ2を介して空間中へ放射される。   For example, an appropriate frequency is instructed based on an operation input by the user. The transmission signals generated in this way are sequentially output to the distribution power supply circuit 5 and distributed to the respective transmission modules 3. The distributed transmission signal is radiated into the space via the element antenna 2 by each transmission module 3.

モジュール制御部10は、各送信モジュール3に対し、移相量の制御や間引き走査の制御を行っており、移相制御部8及び走査制御部9からなる。移相制御部8は、送信信号における信号位相の移相量を送信モジュール3ごとに制御している。これにより、送信ビームが形成され、方位方向の所定のビーム走査範囲について電子走査を行うことができる。   The module control unit 10 controls the phase shift amount and the thinning scan for each transmission module 3, and includes a phase shift control unit 8 and a scan control unit 9. The phase shift control unit 8 controls the phase shift amount of the signal phase in the transmission signal for each transmission module 3. Thereby, a transmission beam is formed, and electronic scanning can be performed within a predetermined beam scanning range in the azimuth direction.

走査制御部9は、励振する各素子アンテナ2の間隔が走査方向に広くなるように間引いて電子走査する間引き走査の制御を行っている。この間引き走査の制御は、主制御部7による指示に基づいて行われ、励振させる素子アンテナ2、すなわち、送信モジュール3が選択される。つまり、動作させる送信モジュール3を選択指定することにより、全ての送信モジュール3を動作させる場合に比べ、励振する各素子アンテナ2の間隔を方位方向について拡げることができる。励振(動作)させる送信モジュール3の選択は、送信信号の波長に基づいて行われる。   The scanning control unit 9 performs thinning scanning control in which electronic scanning is performed by thinning the element antennas 2 to be excited so that the interval between the element antennas 2 is increased in the scanning direction. This thinning-out scanning control is performed based on an instruction from the main control unit 7, and the element antenna 2 to be excited, that is, the transmission module 3 is selected. That is, by selecting and designating the transmission module 3 to be operated, the interval between the respective element antennas 2 to be excited can be increased in the azimuth direction as compared with the case where all the transmission modules 3 are operated. The transmission module 3 to be excited (operated) is selected based on the wavelength of the transmission signal.

一般に、放射電波の結合(カップリング)による影響を考慮すれば、各素子アンテナ2の間隔は、可能な限り広い方が良い。一方、ビーム走査において可視領域の範囲、すなわち、送信ビームの形成方向Az±90°の範囲内にグレーティングローブが生じないようにするには、各素子アンテナ2の間隔(素子アンテナ2間の距離)dxが、次式(1)を満たさなければならない。
dx≦λ/(1+sinAz)・・(1)
In general, considering the effect of coupling (coupling) of radiated radio waves, the distance between the element antennas 2 should be as wide as possible. On the other hand, in order to prevent a grating lobe from occurring in the range of the visible region in the beam scanning, that is, the range of the transmission beam forming direction Az ± 90 °, the distance between the element antennas 2 (distance between the element antennas 2) dx 1 must satisfy the following formula (1).
dx 1 ≦ λ 1 / (1 + sinAz 0 ) (1)

上式(1)において、送信信号の周波数における上限(使用上限周波数)に対応する波長(最短波長)をλとし、アレイアンテナの正面方向(開口面に垂直な方向)に対する最大ビーム走査角をAzとしている。 In the above formula (1), the upper limit (the upper limit frequency) corresponding to the wavelength (shortest wavelength) and lambda 1 in the frequency of the transmitted signal, the maximum beam scan angle with respect to the front direction of the array antenna (the direction perpendicular to the opening surface) Az 0 .

これらのことから、通常、アレイアンテナの開口面における各素子アンテナ2の間隔dxは、dx=λ/(1+sinAz)となるように定められる。例えば、送信信号の周波数を使用上限周波数の1/2倍に下げると、波長は最短波長λの2倍となるので、最大ビーム走査角Azが一定であれば、各素子アンテナ2の間隔をdxの2倍に拡げることができる。この場合、素子アンテナ2の間隔を元の間隔dxの2倍に拡げても、式(1)が満たされるので、可視領域の範囲内にグレーティングローブが生じるのを防止することができる。 For these reasons, the distance dx 1 between the element antennas 2 in the aperture plane of the array antenna is usually determined to be dx 1 = λ 1 / (1 + sinAz 0 ). For example, when the frequency of the transmission signal is lowered to ½ times the upper limit frequency, the wavelength becomes twice the shortest wavelength λ 1. Therefore, if the maximum beam scanning angle Az 0 is constant, the spacing between the element antennas 2 it can be expanded to twice the dx 1. In this case, even if spread apart antenna elements 2 to 2 times the original spacing dx 1, since Equation (1) is satisfied, it is possible to prevent the can grating lobes occur within the visible region.

そこで、走査制御部9は、アレイアンテナの使用状況に応じて消費電力及び発熱量を抑制するために、送信信号の波長に基づいて素子アンテナ2の間隔を決定し、励振させる素子アンテナ2を選択する。つまり、間引き可能な送信モジュール3が、式(1)に基づいて判別される。励振させる素子アンテナ2を間引くことにより、励振する各素子アンテナ2の間隔が拡がっても、式(1)が満たされれば、可視領域内にグレーティングローブを生じることなく、消費電力及び発熱量を抑制することができる。   Therefore, the scanning control unit 9 determines the interval between the element antennas 2 based on the wavelength of the transmission signal and selects the element antennas 2 to be excited in order to suppress power consumption and heat generation according to the use status of the array antenna. To do. That is, the transmission module 3 that can be thinned out is determined based on the equation (1). By thinning out the element antennas 2 to be excited, even if the intervals between the element antennas 2 to be excited are widened, if the formula (1) is satisfied, a grating lobe is not generated in the visible region, and power consumption and heat generation are suppressed. can do.

具体的には、2以上の整数をmとして、間引き走査時における送信信号の波長λが、次式(2)を満たす場合、励振する各素子アンテナ2の間隔をdxのm倍とすることができる。
λ≧mλ・・(2)
Specifically, when an integer equal to or greater than 2 is m and the wavelength λ 2 of the transmission signal at the time of thinning scanning satisfies the following equation (2), the interval between the element antennas 2 to be excited is set to m times dx 1. be able to.
λ 2 ≧ mλ 1 (2)

すなわち、方位方向に等間隔で配置されている各素子アンテナ2のうち、m個に1個の割合で一様に間引く動作が行われる。この様な間引き走査は、方位方向のビーム走査ごとに繰り返し行われる。   That is, among the element antennas 2 arranged at equal intervals in the azimuth direction, an operation of thinning out uniformly at a rate of one per m is performed. Such thinning scanning is repeatedly performed for each beam scan in the azimuth direction.

図2は、図1のフェーズドアレイアンテナ装置における要部詳細の一例を示したブロック図であり、送信モジュール3及び素子アンテナ2が示されている。この送信モジュール3は、増幅器11、移相器12及び制御回路13からなる。   FIG. 2 is a block diagram showing an example of the details of the main part of the phased array antenna apparatus of FIG. 1, in which the transmission module 3 and the element antenna 2 are shown. The transmission module 3 includes an amplifier 11, a phase shifter 12, and a control circuit 13.

増幅器11は、送信信号を電力増幅するためのアンプ回路であり、増幅後の送信信号を素子アンテナ2へ出力している。移相器12は、信号位相を移相するための位相シフト回路であり、分配給電回路5から入力された送信信号を所定の移相量だけ移相して増幅器11へ出力している。   The amplifier 11 is an amplifier circuit for power amplification of the transmission signal, and outputs the amplified transmission signal to the element antenna 2. The phase shifter 12 is a phase shift circuit for shifting the signal phase, and shifts the transmission signal input from the distribution power supply circuit 5 by a predetermined phase shift amount and outputs it to the amplifier 11.

制御回路13は、モジュール制御部10による指示に基づいて、ビーム走査のための移相量の制御や、増幅器11を含む送信モジュール3の動作をオンオフする制御を行っている。これらの回路は、モジュール電源4から供給される電力により動作する。   The control circuit 13 performs control of the phase shift amount for beam scanning and control for turning on / off the operation of the transmission module 3 including the amplifier 11 based on an instruction from the module control unit 10. These circuits operate with electric power supplied from the module power supply 4.

図3は、図1のフェーズドアレイアンテナ装置における間引き動作の一例を示した図であり、動作させる送信モジュール3を間引いてビーム走査が行われる様子が示されている。アレイアンテナの開口面に垂直な方向(Az=0°)に対し、送信ビームの形成方向(ビーム指向方位)をAzとすると、ビーム走査範囲は、−Az≦Az≦Azとなっている。 FIG. 3 is a diagram showing an example of the thinning-out operation in the phased array antenna apparatus of FIG. 1, and shows a state in which beam scanning is performed by thinning out the transmission module 3 to be operated. The beam scanning range is −Az 0 ≦ Az ≦ Az 0 , where Az is the transmission beam forming direction (beam orientation) with respect to the direction perpendicular to the aperture plane of the array antenna (Az = 0 °). .

例えば、送信信号の波長λが最短波長λの3倍以上となる場合(m=3)、励振する各素子アンテナ2の間隔dxがdxの3倍(dx=3×dx)に拡がるように、各送信モジュール3をオンオフさせる制御が行われる。すなわち、全ての送信モジュール3のうち、オン状態となる送信モジュール(励振モジュール)は3個に1個の割合となり、オフ状態となる送信モジュール(非励振モジュール)は3個に2個の割合となる。 For example, when the wavelength λ 2 of the transmission signal is three times or more than the shortest wavelength λ 1 (m = 3), the interval dx 2 between the excited element antennas 2 is three times dx 1 (dx 2 = 3 × dx 1 The control for turning on / off each transmission module 3 is performed. That is, out of all the transmission modules 3, the ratio of one transmission module (excitation module) to be in the ON state is one in three, and the ratio of transmission modules (non-excitation module) to be in the OFF state is two to three. Become.

図4のステップS101〜S107は、図1のフェーズドアレイアンテナ装置における間引き動作の一例を示したフローチャートである。まず、主制御部7は、間引き走査を開始させるための操作入力が行われると、送信信号生成部6に対して送信信号の周波数を指示する(ステップS101)。   Steps S101 to S107 in FIG. 4 are flowcharts showing an example of the thinning-out operation in the phased array antenna apparatus in FIG. First, when an operation input for starting thinning scanning is performed, the main control unit 7 instructs the transmission signal generation unit 6 on the frequency of the transmission signal (step S101).

送信信号生成部6は、主制御部7による指示に基づいて周波数を選択し、送信信号を生成する(ステップS102,S103)。次に、走査制御部9は、主制御部7により指示された周波数に基づき励振させる素子アンテナ2の間隔dxを決定し、励振モジュールを選択する(ステップS104)。 The transmission signal generation unit 6 selects a frequency based on an instruction from the main control unit 7 and generates a transmission signal (steps S102 and S103). Next, the scanning control unit 9 determines the distance dx 2 between the element antennas 2 to be excited based on the frequency instructed by the main control unit 7, and selects an excitation module (step S104).

次に、間引き後の各励振モジュールにより送信ビームが形成され、方位方向に電子走査される(ステップS105,S106)。この間引き走査は、間引き走査を終了させるための操作入力が行われるまで繰り返し行われる(ステップS107)。   Next, a transmission beam is formed by each excitation module after thinning, and electronic scanning is performed in the azimuth direction (steps S105 and S106). This thinning scanning is repeated until an operation input for ending the thinning scanning is performed (step S107).

本実施の形態によれば、励振させる素子アンテナ2が送信信号の波長λに基づいて選択され、方位方向に関し各素子アンテナ2を間引いて電子走査が行われるので、アレイアンテナの使用状況に応じて消費電力及び発熱量を抑制することができる。特に、励振する各素子アンテナ2の間隔を送信信号の波長λに応じて決定するので、可視領域内にグレーティングローブが生じることなく、有効放射電力を低減することができる。また、間引き走査では、アレイアンテナの開口面積が変わらないので、開口寸法も変わらず、送信ビームのビーム幅が増加することはない。従って、意図しない方向に電波が送信され、他の電波と干渉を起こすのを防止することができる。 According to the present embodiment, the element antenna 2 to be excited is selected based on the wavelength λ 2 of the transmission signal, and electronic scanning is performed by thinning out each element antenna 2 in the azimuth direction. Power consumption and heat generation can be suppressed. In particular, since the interval between the element antennas 2 to be excited is determined according to the wavelength λ 2 of the transmission signal, the effective radiated power can be reduced without generating a grating lobe in the visible region. In the thinning scanning, since the aperture area of the array antenna does not change, the aperture size does not change, and the beam width of the transmission beam does not increase. Therefore, it is possible to prevent radio waves from being transmitted in an unintended direction and causing interference with other radio waves.

また、2以上のフェーズドアレイアンテナ装置1を用いて、互いに異なる方位方向に同時にビーム走査させるレーダーシステムの場合、各アレイアンテナ装置における消費電力や発熱量を抑制することができるので、同時に稼動させることができるアレイアンテナ装置の数を増加させることができる。従って、レーダーシステムの電源容量や冷却性能が低い場合であっても、広い範囲を効果的にカバーすることができる。   Also, in the case of a radar system that uses two or more phased array antenna devices 1 to simultaneously perform beam scanning in different azimuth directions, power consumption and heat generation in each array antenna device can be suppressed. It is possible to increase the number of array antenna devices that can be used. Therefore, even when the power supply capacity and cooling performance of the radar system are low, a wide range can be effectively covered.

なお、本実施の形態では、送信信号の波長に基づいて励振させる素子アンテナ2が選択される場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、励振する素子アンテナ2の間隔に基づいて送信信号の周波数(又は波長)を選択するようなものであっても良い。   In this embodiment, the example in which the element antenna 2 to be excited is selected based on the wavelength of the transmission signal has been described. However, the present invention is not limited to this, and the interval between the element antennas 2 to be excited is determined. The frequency (or wavelength) of the transmission signal may be selected based on the above.

例えば、励振させる素子アンテナ2がユーザによる操作入力に基づいて選択され、励振する各素子アンテナ2の走査方向における間隔、すなわち、間引く割合が指示される。この素子アンテナ2間隔の指示に基づいて、送信信号生成部6が送信信号における周波数の選択を行い、間引き走査が行われる。この様な構成によっても、アレイアンテナの使用状況に応じて消費電力及び発熱量を抑制することができる。特に、励振する各素子アンテナ2の走査方向の間隔に応じて送信信号の周波数を決定するので、可視領域内にグレーティングローブが生じるのを抑制することができる。   For example, the element antenna 2 to be excited is selected based on an operation input by the user, and an interval in the scanning direction of each element antenna 2 to be excited, that is, a thinning ratio is instructed. Based on the instruction of the element antenna 2 interval, the transmission signal generator 6 selects a frequency in the transmission signal, and thinning scanning is performed. Even with such a configuration, it is possible to suppress the power consumption and the heat generation amount according to the use state of the array antenna. In particular, since the frequency of the transmission signal is determined according to the interval in the scanning direction of each element antenna 2 to be excited, it is possible to suppress the occurrence of grating lobes in the visible region.

実施の形態2.
実施の形態1では、励振させる素子アンテナの選択(間引き)が送信信号の波長に基づいて行われる場合の例について説明した。間引き可能な素子アンテナ2の判別が送信信号の波長λに応じて行われるので、波長λが最短波長λに近い場合には、間引きができないケースが生じると考えられる。これに対し、本実施の形態では、送信信号の波長λが最短波長λに近い場合であっても、間引き走査が行えるようにするために、励振させる素子アンテナ2の選択を送信信号の波長λと送信ビームの形成方向とに基づいて行う場合について説明する。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the example in which the selection (decimation) of the element antenna to be excited is performed based on the wavelength of the transmission signal has been described. Since the element antenna 2 that can be thinned is determined according to the wavelength λ 2 of the transmission signal, it is considered that a case where thinning cannot be performed occurs when the wavelength λ 2 is close to the shortest wavelength λ 1 . On the other hand, in the present embodiment, the element antenna 2 to be excited is selected in order to perform the thinning scanning even when the wavelength λ 2 of the transmission signal is close to the shortest wavelength λ 1 . A case where the processing is performed based on the wavelength λ 2 and the transmission beam forming direction will be described.

本実施の形態によるフェーズドアレイアンテナ装置では、走査制御部9が、送信信号の波長λ及び送信ビームの形成方向(ビーム指向方位)に基づいて、励振させる素子アンテナ2の選択を行っている。すなわち、方位方向のビーム走査におけるビーム指向方位に応じて間引き可能な素子アンテナ2が判別され、間引き走査が行われる。 In the phased array antenna apparatus according to the present embodiment, the scanning control unit 9 selects the element antenna 2 to be excited based on the wavelength λ 2 of the transmission signal and the transmission beam forming direction (beam directing direction). That is, the element antenna 2 that can be thinned out is determined according to the beam directing direction in the beam scanning in the azimuth direction, and thinning scanning is performed.

具体的には、ビーム指向方位Azが、次式(3)を満たす範囲内において、各素子アンテナ2のうち、m個に1個の割合で励振させる間引き動作が行われる。
λ/(1+sinAz)≧mλ/(1+sinAz)・・(3)
Specifically, a thinning operation is performed to excite one out of m of each element antenna 2 within a range where the beam directing direction Az satisfies the following expression (3).
λ 2 / (1 + sinAz) ≧ mλ 1 / (1 + sinAz 0 ) (3)

例えば、アレイアンテナの正面方向(Az=0°)に送信ビームを形成する場合において励振する各素子アンテナ2の間隔が、正面以外の方向に送信ビームを形成する場合における間隔よりも拡がるように間引きが行われる。つまり、方位方向のビーム走査におけるビーム指向方位に応じて間引き可能な素子アンテナ2の選択が行われ、特に、ビーム指向方位がアレイアンテナの正面方向となるときに、間引く割合を正面以外の方向のときよりも高くする制御が行われる。   For example, when the transmission beam is formed in the front direction (Az = 0 °) of the array antenna, the thinning is performed so that the interval between the element antennas 2 to be excited is wider than the interval in the case of forming the transmission beam in a direction other than the front. Is done. That is, the element antenna 2 that can be thinned out is selected in accordance with the beam directing direction in the beam scanning in the azimuth direction. In particular, when the beam directing direction is the front direction of the array antenna, the thinning ratio is set in the direction other than the front direction. Control to make it higher than the time is performed.

本実施の形態によれば、送信信号の周波数が使用上限周波数に近い場合であっても、有効放射電力が大きいアンテナ正面方向近傍におけるビーム走査時に、間引き走査を行うことができるので、ビーム幅を変化させることなく消費電力及び発熱量を効果的に減少させることができる。   According to the present embodiment, even when the frequency of the transmission signal is close to the upper limit frequency, the thinning scanning can be performed at the time of beam scanning in the vicinity of the antenna front direction where the effective radiation power is large. The power consumption and the heat generation amount can be effectively reduced without being changed.

実施の形態3.
実施の形態1では、送信ビームを形成して方位方向に間引き走査が行われる場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、目標による反射エコーを受信し、受信ビームについて間引き走査を行う場合について説明する。
Embodiment 3 FIG.
In the first embodiment, an example in which a transmission beam is formed and thinning scanning is performed in the azimuth direction has been described. On the other hand, in this embodiment, a case will be described in which a reflected echo by a target is received and thinning scanning is performed on the received beam.

図5は、本発明の実施の形態3によるフェーズドアレイアンテナ装置の概略構成の一例を示したブロック図である。本実施の形態によるフェーズドアレイアンテナ装置20は、目標による反射エコーを受信して方位探知を行うレーダーであり、素子アンテナ2、送受信モジュール21、モジュール電源4、分配合成給電回路22、送受切替部23、送信信号生成部6、主制御部7、モジュール制御部10、受信部24及び方位探知処理部25により構成される。   FIG. 5 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a phased array antenna apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. The phased array antenna device 20 according to the present embodiment is a radar that receives a reflected echo by a target and performs direction detection, and includes an element antenna 2, a transmission / reception module 21, a module power supply 4, a distribution / synthesis power supply circuit 22, and a transmission / reception switching unit 23. , A transmission signal generation unit 6, a main control unit 7, a module control unit 10, a reception unit 24, and an azimuth detection processing unit 25.

送受信モジュール21は、素子アンテナ2を介して受信した信号について、信号位相の移相や電力増幅を行っている。分配合成給電回路22は、各送受信モジュール21からの受信信号を合成し、送受切替部23への出力を行っている。送受切替部23は、送信信号生成部6からの送信信号を分配合成給電回路22へ出力するとともに、分配合成給電回路22からの受信信号を受信部24へ出力する処理を行っている。   The transmission / reception module 21 performs signal phase shift and power amplification on the signal received via the element antenna 2. The distribution / combining power supply circuit 22 combines the reception signals from the respective transmission / reception modules 21 and outputs them to the transmission / reception switching unit 23. The transmission / reception switching unit 23 performs a process of outputting the transmission signal from the transmission signal generation unit 6 to the distribution / combination feeding circuit 22 and outputting the reception signal from the distribution / combination feeding circuit 22 to the reception unit 24.

モジュール制御部10は、素子アンテナ2ごとの受信信号に対して移相量の制御を行うとともに、励振させる素子アンテナ2を受信信号の波長に基づいて選択し、励振する各素子アンテナ2の間隔が広くなるように間引いて受信ビームの形成を行っている。   The module control unit 10 controls the amount of phase shift with respect to the received signal for each element antenna 2, selects the element antenna 2 to be excited based on the wavelength of the received signal, and determines the interval between the element antennas 2 to be excited. The reception beam is formed by thinning out so as to widen.

方位探知処理部25は、受信部24から主制御部7を介して入力される受信信号から目標方位を識別する処理を行っている。この目標方位の識別処理は、受信ビームの形成方位や、受信信号の振幅、位相などの受信情報に基づいて各種方法により行われる。例えば、振幅比較方式やモノパルス方式による到来方位の識別方法を適用することができる。   The azimuth detection processing unit 25 performs processing for identifying a target azimuth from a reception signal input from the reception unit 24 via the main control unit 7. The target azimuth identification processing is performed by various methods based on reception information such as the reception beam formation azimuth and the amplitude and phase of the reception signal. For example, it is possible to apply an arrival direction identification method using an amplitude comparison method or a monopulse method.

振幅比較方式による到来方位識別では、アレイアンテナの開口面を2分割し、異なる方位に送信ビームが同時に形成される。これらの送信ビームによる反射エコーから受信ビームを形成し、受信信号における分割面間の振幅差から到来方位が判別される。また、モノパルス方式による到来方位識別では、アレイアンテナの開口面を2分割し、開口面ごとの受信信号に基づく和信号(Σ信号)及び差信号(Δ信号)の振幅位相特性から到来方位が判別される。   In arrival direction identification by the amplitude comparison method, the aperture surface of the array antenna is divided into two, and transmission beams are simultaneously formed in different directions. A reception beam is formed from reflected echoes of these transmission beams, and the arrival direction is determined from the amplitude difference between the divided surfaces in the reception signal. In the arrival direction identification by the monopulse method, the aperture surface of the array antenna is divided into two, and the arrival direction is determined from the amplitude and phase characteristics of the sum signal (Σ signal) and difference signal (Δ signal) based on the received signal for each aperture surface. Is done.

図6は、図5のフェーズドアレイアンテナ装置における要部詳細の一例を示したブロック図であり、送受信モジュール21及び素子アンテナ2が示されている。この送受信モジュール21は、送信用増幅器27、受信用増幅器28、移相器12、制御回路13及び切替器26からなる。   FIG. 6 is a block diagram showing an example of the details of the main part of the phased array antenna apparatus of FIG. 5, in which the transmission / reception module 21 and the element antenna 2 are shown. The transmission / reception module 21 includes a transmission amplifier 27, a reception amplifier 28, a phase shifter 12, a control circuit 13, and a switch 26.

送信用増幅器27は、送信信号を電力増幅するためのアンプ回路であり、受信用増幅器28は、受信信号を電力増幅するためのアンプ回路である。切替器26は、素子アンテナ2側及び移相器12側にそれぞれ設けられ、送信信号及び受信信号を対応する増幅器27及び28へ割り振る処理を行っている。すなわち、移相器12により出力された送信信号は、移相器12側の切替器26を介して送信用増幅器27へ伝送され、増幅後、素子アンテナ2側の切替器26を介して素子アンテナ2へ出力される。一方、素子アンテナ2からの受信信号は、素子アンテナ2側の切替器26を介して受信用増幅器28へ伝送され、増幅後、移相器12側の切替器26を介して移相器12へ出力される。なお、その他の構成は、図1のフェーズドアレイアンテナ装置1(実施の形態1)と同様である。   The transmission amplifier 27 is an amplifier circuit for amplifying the power of the transmission signal, and the reception amplifier 28 is an amplifier circuit for amplifying the power of the reception signal. The switch 26 is provided on the element antenna 2 side and the phase shifter 12 side, respectively, and performs a process of allocating the transmission signal and the reception signal to the corresponding amplifiers 27 and 28. That is, the transmission signal output by the phase shifter 12 is transmitted to the transmission amplifier 27 via the switch 26 on the phase shifter 12 side, and after amplification, the element antenna is transmitted via the switch 26 on the element antenna 2 side. 2 is output. On the other hand, the received signal from the element antenna 2 is transmitted to the receiving amplifier 28 via the switch 26 on the element antenna 2 side, and after amplification, is sent to the phase shifter 12 via the switch 26 on the phase shifter 12 side. Is output. Other configurations are the same as those of the phased array antenna device 1 (Embodiment 1) of FIG.

本実施の形態によれば、目標による反射エコーを受信して目標方位を探知する際に、受信ビームについて実施の形態1と同様な間引き走査を行うことができるので、探知精度を低下させることなく、消費電力や発熱量を効果的に低減させることができる。特に、受信ビームのビーム幅が広がることによる方位識別の精度劣化を抑制することができる。   According to the present embodiment, when receiving the reflected echo from the target and detecting the target azimuth, it is possible to perform the same thinning scanning as in the first embodiment on the received beam, so that the detection accuracy is not lowered. In addition, power consumption and heat generation can be effectively reduced. In particular, it is possible to suppress deterioration in the accuracy of azimuth identification due to an increase in the beam width of the received beam.

実施の形態4.
実施の形態1では、各素子アンテナ2が方位方向に1次元配置され、方位方向にビーム走査が行われる場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、各素子アンテナ2が方位方向及び仰角方向に関して2次元配置され、それぞれの方向についてビーム走査を行う場合について説明する。
Embodiment 4 FIG.
In the first embodiment, an example in which each element antenna 2 is one-dimensionally arranged in the azimuth direction and beam scanning is performed in the azimuth direction has been described. In contrast, in the present embodiment, a case will be described in which each element antenna 2 is two-dimensionally arranged in the azimuth direction and the elevation direction, and beam scanning is performed in each direction.

本実施の形態によるフェーズドアレイアンテナ装置では、各素子アンテナ2が方位方向及び仰角方向に沿って平面状に設けられる。すなわち、アレイアンテナの開口面において素子数の密度分布が一定となるように配置されている。この様に2次元配置された各素子アンテナ2を用いて、方位方向及び仰角方向にそれぞれ間引き走査が行われる。   In the phased array antenna apparatus according to the present embodiment, each element antenna 2 is provided in a planar shape along the azimuth direction and the elevation direction. That is, they are arranged so that the density distribution of the number of elements is constant on the aperture surface of the array antenna. Using the element antennas 2 arranged two-dimensionally in this way, thinning scanning is performed in the azimuth direction and the elevation direction.

本実施の形態によれば、水平面(方位方向)内におけるビーム幅と、垂直面(仰角方向)内におけるビーム幅とを増大させることなく、消費電力及び発熱量を効果的に低減することができる。   According to the present embodiment, power consumption and heat generation can be effectively reduced without increasing the beam width in the horizontal plane (azimuth direction) and the beam width in the vertical plane (elevation direction). .

実施の形態5.
実施の形態1では、間引き走査がビーム走査ごとに繰り返される場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、間引き走査を走査方向のビーム走査ごとに間欠的に行う場合について説明する。
Embodiment 5 FIG.
In the first embodiment, the example in which the thinning scan is repeated for each beam scan has been described. In contrast, in the present embodiment, a case will be described in which thinning scanning is intermittently performed for each beam scanning in the scanning direction.

本実施の形態によるフェーズドアレイアンテナ装置では、間引き走査が方位方向のビーム走査ごとに所定の周期で間欠的に行われる。すなわち、間引き走査が行われる周期と、全ての素子アンテナ2を励振させる電子走査(通常走査)が行われる複数の周期とが繰り返される。例えば、ビーム走査において2回に1回の割合で間引き走査が行われる。本実施の形態によれば、通常走査と間引き走査が繰り返されるので、覆域の低下を抑制させながら消費電力や発熱量を効果的に低減することができる。   In the phased array antenna apparatus according to the present embodiment, thinning scanning is intermittently performed at a predetermined cycle for each beam scanning in the azimuth direction. That is, a cycle in which the thinning scan is performed and a plurality of cycles in which electronic scanning (normal scanning) for exciting all the element antennas 2 is repeated. For example, thinning scanning is performed at a rate of once every two times in beam scanning. According to the present embodiment, since normal scanning and thinning scanning are repeated, it is possible to effectively reduce power consumption and heat generation while suppressing a decrease in coverage.

なお、所定の周期で間引き走査を行わせる代わりに、ランダムに間引き走査を行わせても良い。すなわち、通常走査及び間引き走査を適宜行わせるようなものであっても良い。   Note that, instead of performing thinning scanning at a predetermined cycle, thinning scanning may be performed at random. In other words, normal scanning and thinning scanning may be performed as appropriate.

また、実施の形態1〜5では、励振させる素子アンテナ2が送信信号の波長に基づいて選択される場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、励振させる素子アンテナ2をランダムに選択するようなものであっても良い。すなわち、乱数に基づいて素子アンテナ2を選択し、間引き走査を行うようなものであっても良い。この様にすれば、走査制御を簡素化することができる。   Moreover, although Embodiment 1-5 demonstrated the example in case the element antenna 2 to excite was selected based on the wavelength of a transmission signal, this invention is not limited to this. For example, the element antenna 2 to be excited may be selected at random. That is, the element antenna 2 may be selected based on a random number, and thinning scanning may be performed. In this way, scanning control can be simplified.

実施の形態6.
実施の形態1では、励振させる素子アンテナ2が走査方向に一様に間引かれる場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、アレイアンテナの中央部において間引く割合を端部における割合よりも低くして電子走査を行う場合について説明する。
Embodiment 6 FIG.
In the first embodiment, the example in which the element antenna 2 to be excited is thinned out uniformly in the scanning direction has been described. On the other hand, in the present embodiment, a case will be described in which electronic scanning is performed with the thinning rate at the center of the array antenna being lower than the rate at the end.

本実施の形態によるフェーズドアレイアンテナ装置では、走査方向に関し、励振させる素子アンテナ2を間引く割合がアレイアンテナの中央部において端部における割合よりも低くする走査制御が行われる。すなわち、励振する各素子アンテナ2の間隔が、アレイアンテナの開口面における中央部において端部における間隔よりも密となるような間引きが行われる。具体的には、励振密度がアレイアンテナの中央部で高くなるように(テーパー分布)、励振させる素子アンテナ2の選択が行われる。   In the phased array antenna apparatus according to the present embodiment, scanning control is performed in which the ratio of thinning out the element antenna 2 to be excited is lower than the ratio at the end in the center of the array antenna in the scanning direction. That is, thinning is performed such that the intervals between the excited element antennas 2 are closer than the intervals at the end portions at the central portion of the aperture surface of the array antenna. Specifically, the element antenna 2 to be excited is selected so that the excitation density becomes high at the center of the array antenna (taper distribution).

図7(a)及び(b)は、本発明の実施の形態6によるフェーズドアレイアンテナ装置における間引き動作の一例を示した図であり、図7(a)には、アレイアンテナ31により形成された送信ビーム32が示され、図7(b)には、アレイアンテナ31の中央部33において間引き動作される送信モジュール3の様子が模式的に示されている。   FIGS. 7A and 7B are diagrams showing an example of the thinning-out operation in the phased array antenna device according to the sixth embodiment of the present invention. In FIG. A transmission beam 32 is shown, and FIG. 7B schematically shows the state of the transmission module 3 that is thinned out at the central portion 33 of the array antenna 31.

図8(a)及び(b)は、フェーズドアレイアンテナ装置における通常走査時の動作の一例を示した図であり、図8(a)には、アレイアンテナ31により形成された送信ビーム34が示され、図8(b)には、アレイアンテナ31の中央部35において動作される送信モジュール3の様子が模式的に示されている。   FIGS. 8A and 8B are diagrams showing an example of the operation during normal scanning in the phased array antenna apparatus. FIG. 8A shows a transmission beam 34 formed by the array antenna 31. FIG. FIG. 8B schematically shows the state of the transmission module 3 operated in the central portion 35 of the array antenna 31.

励振密度がテーパー分布となる間引き走査時は、通常走査時と比較すれば、送信ビームのビーム幅Bが変わらず、消費電力や発熱量が半分に減少している。これにより、ビーム幅を増大させることなく、消費電力及び発熱量を低減することができるとともに、励振密度のテーパー分布によって低サイドローブのアンテナパターンが実現されるので、意図しない方向への電波放射をさらに低減させることができる。   In thinning scanning where the excitation density has a taper distribution, the beam width B of the transmission beam does not change and power consumption and heat generation are reduced by half compared to normal scanning. As a result, power consumption and heat generation can be reduced without increasing the beam width, and an antenna pattern with a low sidelobe is realized by the taper distribution of excitation density. Further reduction can be achieved.

実施の形態7.
実施の形態3では、1つのモジュール電源4により各送受信モジュール21に対して電力供給が行われる場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、素子アンテナ2ごとに電力供給を行う複数の電源モジュールを設ける場合について説明する。
Embodiment 7 FIG.
In the third embodiment, an example in which power is supplied to each transmission / reception module 21 by one module power supply 4 has been described. On the other hand, in the present embodiment, a case where a plurality of power supply modules that supply power for each element antenna 2 is provided will be described.

図9は、本発明の実施の形態7によるフェーズドアレイアンテナ装置の構成例を示したブロック図である。本実施の形態によるフェーズドアレイアンテナ装置40は、図5のフェーズドアレイアンテナ装置20(実施の形態3)と比較すれば、送受信モジュール21ごとに電源モジュール41が設けられている点で異なる。   FIG. 9 is a block diagram showing a configuration example of a phased array antenna apparatus according to Embodiment 7 of the present invention. The phased array antenna apparatus 40 according to the present embodiment is different from the phased array antenna apparatus 20 (Embodiment 3) of FIG. 5 in that a power supply module 41 is provided for each transmission / reception module 21.

フェーズドアレイアンテナ装置40では、各電源モジュール41がモジュール制御部10によりオンオフ制御され、各送受信モジュール21がオンオフされる。送受信モジュール21ごとに電源をオンオフするので、各送受信モジュール21の間引き走査時における待機電力を削減することができる。また、電源故障に対するアレイアンテナの信頼性を向上させることができる。
なお、フェーズドアレイアンテナ装置は、次のように構成することもできる。複数の素子アンテナからなるアレイアンテナにより送信ビームを形成し、所定の走査方向に電子走査するフェーズドアレイアンテナ装置であって、異なる2以上の周波数のうちいずれか1つを選択して送信信号を生成する信号生成手段と、上記送信信号を上記各素子アンテナに分配する信号分配手段と、信号位相を上記素子アンテナごとに移相する移相器に対し、移相量の制御を行う移相制御手段と、励振する各素子アンテナの間隔が上記走査方向に広くなるように間引いて電子走査を行う走査制御手段とを備え、上記信号生成手段が、励振する各素子アンテナの間隔に基づいて周波数の選択を行うように構成することができる。
この様な構成によれば、生成する送信信号の周波数が励振する各素子アンテナの走査方向の間隔に基づいて選択され、走査方向に関する間引き電子走査が行われるので、アレイアンテナの使用状況に応じて消費電力及び発熱量を抑制することができる。
In the phased array antenna apparatus 40, each power supply module 41 is on / off controlled by the module control unit 10, and each transmission / reception module 21 is turned on / off. Since the power is turned on / off for each transmission / reception module 21, standby power during the thinning scanning of each transmission / reception module 21 can be reduced. In addition, the reliability of the array antenna against power failure can be improved.
The phased array antenna apparatus can also be configured as follows. A phased array antenna device that forms a transmission beam by an array antenna composed of a plurality of element antennas and performs electronic scanning in a predetermined scanning direction, and generates a transmission signal by selecting one of two or more different frequencies. Signal generating means, signal distribution means for distributing the transmission signal to each element antenna, and phase shift control means for controlling the amount of phase shift for a phase shifter that shifts the signal phase for each element antenna. And scanning control means for performing electronic scanning by thinning out the intervals between the excited element antennas so as to increase in the scanning direction, and the signal generating means selects the frequency based on the intervals between the excited element antennas. Can be configured.
According to such a configuration, the frequency of the transmission signal to be generated is selected based on the interval in the scanning direction of each element antenna to be excited, and thinned electronic scanning in the scanning direction is performed. Power consumption and heat generation can be suppressed.

本発明の実施の形態1によるフェーズドアレイアンテナ装置の概略構成の一例を示したブロック図である。It is the block diagram which showed an example of schematic structure of the phased array antenna apparatus by Embodiment 1 of this invention. 図1のフェーズドアレイアンテナ装置における要部詳細の一例を示したブロック図である。It is the block diagram which showed an example of the principal part detail in the phased array antenna apparatus of FIG. 図1のフェーズドアレイアンテナ装置における間引き動作の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the thinning-out operation | movement in the phased array antenna apparatus of FIG. 図1のフェーズドアレイアンテナ装置における間引き動作の一例を示したフローチャートである。3 is a flowchart showing an example of a thinning operation in the phased array antenna apparatus of FIG. 1. 本発明の実施の形態3によるフェーズドアレイアンテナ装置の概略構成の一例を示したブロック図である。It is the block diagram which showed an example of schematic structure of the phased array antenna apparatus by Embodiment 3 of this invention. 図5のフェーズドアレイアンテナ装置における要部詳細の一例を示したブロック図である。FIG. 6 is a block diagram illustrating an example of details of main parts in the phased array antenna apparatus of FIG. 5. 本発明の実施の形態6によるフェーズドアレイアンテナ装置における間引き動作の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the thinning-out operation | movement in the phased array antenna apparatus by Embodiment 6 of this invention. フェーズドアレイアンテナ装置における通常走査時の動作の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the operation | movement at the time of normal scanning in a phased array antenna apparatus. 本発明の実施の形態7によるフェーズドアレイアンテナ装置の構成例を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structural example of the phased array antenna apparatus by Embodiment 7 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1,20,40 フェーズドアレイアンテナ装置、2 素子アンテナ、
3 送信モジュール、4 モジュール電源、5 分配給電回路、6 送信信号生成部、
7 主制御部、8 移相制御部、9 走査制御部、10 モジュール制御部、
11 増幅器、12 移相器、13 制御回路、21 送受信モジュール、
22 分配合成給電回路、23 送受切替部、24 受信部、25 方位探知処理部、
26 切替器、27 送信用増幅器、28 受信用増幅器、41 電源モジュール
1, 20, 40 Phased array antenna device, 2-element antenna,
3 transmission module, 4 module power supply, 5 distribution power supply circuit, 6 transmission signal generator,
7 main control unit, 8 phase shift control unit, 9 scan control unit, 10 module control unit,
11 amplifier, 12 phase shifter, 13 control circuit, 21 transceiver module,
22 distribution / synthesis power supply circuit, 23 transmission / reception switching unit, 24 reception unit, 25 direction detection processing unit,
26 switching device, 27 transmitting amplifier, 28 receiving amplifier, 41 power supply module

Claims (8)

複数の素子アンテナからなるアレイアンテナにより送信ビームを形成し、所定の走査方向に電子走査するフェーズドアレイアンテナ装置において、
異なる2以上の送信周波数のうちいずれか1つを選択して送信信号を生成する信号生成手段と、
上記送信信号を上記各素子アンテナに分配する信号分配手段と、
信号位相を上記素子アンテナごとに移相する移相器に対し、移相量の制御を行う移相制御手段と、
励振させる上記素子アンテナを上記送信信号の波長及び送信ビームのビーム指向方位に基づいて選択し、励振する各素子アンテナの間隔が上記走査方向に広くなるように間引いて電子走査を行う走査制御手段とを備えたことを特徴とするフェーズドアレイアンテナ装置。
In a phased array antenna apparatus that forms a transmission beam by an array antenna including a plurality of element antennas and performs electronic scanning in a predetermined scanning direction,
Signal generation means for selecting any one of two or more different transmission frequencies to generate a transmission signal;
Signal distribution means for distributing the transmission signal to the element antennas;
Phase shift control means for controlling the amount of phase shift with respect to the phase shifter that shifts the signal phase for each element antenna,
Scanning control means for performing electronic scanning by selecting the element antenna to be excited based on the wavelength of the transmission signal and the beam directing direction of the transmission beam and thinning the excitation element antenna so that the interval between the element antennas is widened in the scanning direction; A phased array antenna device comprising:
上記走査制御手段は、励振する各素子アンテナの間隔が隣り合う素子アンテナの間隔の整数倍に拡がるように間引くことを特徴とする請求項1に記載のフェーズドアレイアンテナ装置。 2. The phased array antenna apparatus according to claim 1, wherein the scanning control means thins out such that an interval between the excited element antennas is an integer multiple of an interval between adjacent element antennas . 上記走査制御手段は、上記アレイアンテナの正面方向に送信ビームを形成する場合において励振する各素子アンテナの間隔が正面以外の方向に送信ビームを形成する場合における間隔よりも拡がるように間引くことを特徴とする請求項に記載のフェーズドアレイアンテナ装置。 The scanning control means thins out so that the interval between the respective element antennas to be excited when the transmission beam is formed in the front direction of the array antenna is wider than the interval when the transmission beam is formed in a direction other than the front. The phased array antenna apparatus according to claim 1 . 上記移相制御手段が、上記素子アンテナごとの受信信号に対して移相量の制御を行い、
上記走査制御手段が、励振させる素子アンテナを受信信号の波長に基づいて選択し、励振する各素子アンテナの間隔が広くなるように間引いて受信ビームの形成を行うことを特徴とする請求項1に記載のフェーズドアレイアンテナ装置。
The phase shift control means controls the amount of phase shift for the received signal for each element antenna,
2. The scanning control means selects an element antenna to be excited based on a wavelength of a reception signal, and thins the excitation element so that an interval between the excited element antennas is wide to form a reception beam. The phased array antenna device described.
上記アレイアンテナが、方位方向及び仰角方向に関して2次元配置された素子アンテナからなり、それぞれの方向に電子走査を行うものであって、
上記走査制御手段が、励振する各素子アンテナの間隔が方位方向及び仰角方向にそれぞれ広くなるように間引いて電子走査を行うことを特徴とする請求項1に記載のフェーズドアレイアンテナ装置。
The array antenna is composed of element antennas arranged two-dimensionally in the azimuth direction and the elevation direction, and performs electronic scanning in each direction,
2. The phased array antenna apparatus according to claim 1, wherein the scanning control means performs electronic scanning by thinning out the intervals between the respective element antennas to be excited in the azimuth direction and the elevation direction.
上記走査制御手段は、上記走査方向の電子走査ごとに間欠的に間引き走査を行うことを特徴とする請求項1に記載のフェーズドアレイアンテナ装置。   The phased array antenna apparatus according to claim 1, wherein the scanning control means intermittently performs thinning scanning for each electronic scanning in the scanning direction. 送信信号を上記素子アンテナごとに電力増幅する増幅器に対し、上記素子アンテナごとに電力供給を行う電力供給手段を備え、
上記走査制御手段は、間引く素子アンテナについての電力供給をオフする制御を行うことを特徴とする請求項1に記載のフェーズドアレイアンテナ装置。
For an amplifier that amplifies a transmission signal for each element antenna, power supply means for supplying power to each element antenna is provided,
The phased array antenna apparatus according to claim 1, wherein the scanning control unit performs control to turn off power supply for the thinned element antenna.
複数の素子アンテナからなるアレイアンテナにより送信ビームを形成し、所定の走査方向に電子走査するフェーズドアレイアンテナ装置におけるビーム走査制御方法において、
異なる2以上の送信周波数のうちいずれか1つを選択して送信信号を生成する信号生成ステップと、
上記送信信号を上記各素子アンテナに分配する信号分配ステップと、
信号位相を上記素子アンテナごとに移相する移相器に対し、移相量の制御を行う移相制御ステップと、
励振させる上記素子アンテナを上記送信信号の波長及び送信ビームのビーム指向方位に基づいて選択し、励振する各素子アンテナの間隔が上記走査方向に広くなるように間引いて電子走査を行う走査制御ステップとからなることを特徴とするビーム走査制御方法。
In a beam scanning control method in a phased array antenna apparatus in which a transmission beam is formed by an array antenna including a plurality of element antennas and electronic scanning is performed in a predetermined scanning direction.
A signal generation step of selecting any one of two or more different transmission frequencies to generate a transmission signal;
A signal distribution step of distributing the transmission signal to the element antennas;
For a phase shifter that shifts the signal phase for each element antenna, a phase shift control step for controlling the amount of phase shift;
A scanning control step in which the element antenna to be excited is selected based on the wavelength of the transmission signal and the beam directing direction of the transmission beam, and electronic scanning is performed by thinning out the interval between the excited element antennas so as to be wide in the scanning direction; A beam scanning control method comprising:
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