JP4371124B2 - アンテナ装置 - Google Patents
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Description
本発明の目的は、離隔配置した複数のサブアレイと簡易なビーム形成回路構成で、ハードウェアー規模増大を抑制するとともに、実効ビーム幅内で低レベル領域を補完した大開口アンテナと等価な性能のレーダ用等のアンテナ装置を提供する。
また、前記サブアレイは4個(n=2)以上であり、前記ラットレース回路は前記2n−1個のラットレースに接続され、該2n−1個のラットレースの前記和と差の信号のそれぞれの和と差(ΣΣ、ΣΔ、ΔΣ、ΔΔ)の信号のビームを形成する複数のラットレースを含むことを特徴とし、更に、前記複数のラットレースは、前記2n−1個のラットレースの2個を単位とする受信信号を合成して和と差の信号のビームを形成する2n−1個のラットレースを含むことを特徴とする。
2n(nは正の整数)個のサブアレイと、ΣとΔのビームを形成する単一又は複数のラットレースの組み合わせによりマルチビームを形成し、低レベルの領域を補完した合成ビームのアンテナ指向性を実現する。ラットレースはレーダの測角等に用いられている簡易な構造部品であり、従来のデジタルビームフォーミング(DBF)等の方式に比べてハードウェアー規模の増大を抑圧できる。
(実施の形態1)
(構成の説明)
図1は本発明の第1の実施の形態1の構成を示す図である。直線上(線状)に離隔配置した2個の送受信サブアレイ10と、ラットレース回路11と、2個のサーキュレータ12a、12bと、切換器13と、送信機14と、受信機15と、ビーム走査ユニット16とで構成される。
本発明の第1の実施の形態1の動作について図1〜4を参照して説明する。
最初にビーム走査ユニット16について説明する。ビーム走査ユニット16は送受信モジュール103内の移相器の移相量を制御し、アンテナ素子102の送信信号又は受信信号(「送受信信号」という。)の移相量を変化させることにより、各送受信サブアレイ10の送受信ビーム101の方位を同一方向に走査する。つまり、ビーム走査ユニット16の制御信号により、各移相器による送受信信号の位相φが同相に制御された場合、図1に示すようにアンテナ素子列と直角方向の鋭い指向性のビーム101が形成され、送受信信号の隣接する移相器による位相φが順次一定量異なるように制御された場合には該位相差に応じて、同図の矢印方向に変化するビームが形成される。
以上の送受信動作の繰り返しにより、以下に説明するようなマルチビームの所望のビームパターンの送受信特性を実現することができる。
図5は本発明の第2の実施の形態2の構成を示す図である。図1に示す実施の形態1では2個の送受信サブアレイの使用例を示したが、本実施の形態2では一方のサブアレイに送受信機能を持たせ、他方のサブアレイを受信専用として構成したものである。
本実施の形態2によれば、実施の形態1と同様に小型の送受信サブアレイとラットレース回路を使用して、複雑な信号処理を不要とするとともに、受信における等価的に大開口のアンテナが構成され、受信部で同時に受信することにより捜索効率の改善が図られる。
図6は本発明の第3の実施の形態3(4個のサブアレイ)の構成を示す図である。本実施の形態3では、実施の形態1と同様の送受信ビーム101を形成するサブアレイの指向方向を一致させ、等間隔で離隔配置された4個の送受信サブアレイ10と、4個のラットレースを組み合わせて構成したラットレース回路(以下、ネットワーク回路ともいう。)18と、4個のサーキュレータ12a〜12dと、切換器13と、送信機14と、受信機15と、ビーム走査ユニット16で構成される。
図11は本発明の第4の実施の形態4(4個のサブアレイ)の構成を示す図である。4個のサブアレイの1つに送受信機能を持たせ、3個のサブアレイを受信専用として構成したものである。指向方向を一致させ、等間隔で離隔配置された1個の送受信サブアレイ10と、3個の受信サブアレイ20と、ネットワーク回路17と、サーキュレータ12と、送信機14と、受信部15d〜15gと信号処理部15hを備える受信機15と、ビーム走査ユニット16とで構成される。送受信サブアレイ10及び受信サブアレイの構成は実施の形態2と同様であり、ネットワーク回路17の構成は図7に示す構成と同様である。4個のサブアレイの場合に用いる同軸型ネットワーク回路では、4個のラットレースでネットワーク回路とし、ΣΣ、ΣΔ、ΔΣ、ΔΔの4つのビームを形成する。実施の形態3と同様に指向性の調整用の位相ステップを持たせるためにラットレース間接続に90°位相遅延路を1個挿入している。
実施の形態4によれば、小型の送受信サブアレイと簡単なラットレースの組合せのネットワーク回路の使用により、複雑な信号処理を不要とするとともに、受信における等価的大開口のアンテナを実現でき、4個のサブアレイの同時受信により捜索効率の改善が図られる。
以上、本発明のサブアレイ数について2個及び4個の実施の形態について説明したが、本発明はサブアレイの数が8個以上である、2のべき乗個の場合についても構成可能であり、この場合にも複数のラットレースでネットワーク回路を構成し、マルチビームの低レベルの領域を補完したビームを形成するアンテナ装置を構成することが可能である。
11 ラットレース回路
12、12a〜12d サーキュレータ
13 切換器
14 送信機
15 受信機
15a、15b、15d〜15g 受信部
15c、15h 信号処理部
16 ビーム走査ユニット
17 ラットレース回路(ネットワーク回路)
18 遅延・位相補正回路
19 FFT(又はDFT)回路
20 受信サブアレイ
21 目標検出回路
22 合成回路
23 送信位相回路
24 分配回路
101 送受信ビーム
102 アンテナ素子
103 送受信モジュール
104 合成分配器
201 受信ビーム
202 アンテナ素子
203 受信モジュール
104 合成器
Claims (12)
- ビーム指向方向を一致させて任意の距離で直線上に離隔配置された2n(nは2以上の整数)個のサブアレイと、前記サブアレイに接続され、2個のサブアレイを単位とする受信信号を合成して和と差の信号のビームを形成する少なくとも2n−1個のラットレースを含むラットレース回路と、前記2n(nは2以上の整数)個のサブアレイの少なくとも1個に送信信号を供給する送信機と、前記ラットレース回路に接続され、前記ラットレース回路により形成されたビームの低レベル領域を補完した合成ビームとして受信する受信機と、を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
- 前記サブアレイは4個(n=2)以上であり、前記ラットレース回路は前記2n−1個のラットレースに接続され、該2n−1個のラットレースの前記和と差の信号のそれぞれの和と差の信号のビームを形成する複数のラットレースを含むことを特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。
- 前記複数のラットレースは、前記2n−1個のラットレースの2個を単位とする受信信号を合成して和と差の信号のビームを形成する2n−1個のラットレースを含むことを特徴とする請求項2記載のアンテナ装置。
- 前記サブアレイは8個(n=3)以上であり、前記複数のラットレースは、前記2n−1個のラットレースの2個を単位とする受信信号を合成して和と差の信号のビームを形成する第1の2n−1個のラットレースと、当該第1の2n−1個のラットレースの前記和と差の信号のそれぞれの和と差の信号のビームを形成する第2の2n−1個のラットレースと、を含むことを特徴とする請求項2記載のアンテナ装置。
- 前記サブアレイの信号の位相を制御してビームを走査する走査手段を備えることを特徴とする請求項1ないし4の何れかの請求項記載のアンテナ装置。
- 前記送信機はサーキュレータを介して少なくとも1個のサブアレイに接続されたことを特徴とする請求項1ないし5の何れかに記載のアンテナ装置。
- 前記送信機及び受信機は、切替器及びサーキュレータを介して前記ラットレース回路に接続されたことを特徴とする請求項1ないし5の何れかに記載のアンテナ装置。
- 前記ラットレースは同軸型又は導波管型のラットレースであり、レーダ用アンテナ装置として構成されたことを特徴とする請求項1ないし7の何れかに記載のアンテナ装置。
- ビーム指向方向を一致させて等間隔の距離で直線上に離隔配置された4個の送受信サブアレイと、前記送受信サブアレイに接続され、2個の送受信サブアレイを単位とする受信信号を合成した和と差の信号に対しそれぞれの和と差の信号のビームを形成するラットレース回路と、前記ラットレース回路の前記和と差の信号に対するそれぞれの和と差の各信号の端子に切替器及びサーキュレータを介して接続された、送信機及び前記ラットレース回路により形成されたビームの低レベル領域を補完した合成ビームとして受信する受信機と、前記送受信サブアレイ内の移相器を制御してビームを走査する走査手段と、を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
- ビーム指向方向を一致させて等間隔の距離で直線上に離隔配置された1個の送受信サブアレイと3個の受信サブアレイとで構成された4個のサブアレイと、前記送受信サブアレイにサーキュレータを介して接続された送信機と、前記送受信サブアレイ及び受信サブアレイの2個のサブアレイを単位とする受信信号を合成した和と差の信号に対しそれぞれの和と差の信号のビームを形成するラットレース回路と、前記ラットレース回路の前記和と差の信号に対するそれぞれの和と差の各信号の端子に接続され、前記ラットレース回路により形成されたビームの低レベル領域を補完した合成ビームとして受信する受信機と、前記サブアレイ内の移相器を制御してビームを走査する走査手段と、を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
- 送受信サブアレイは複数のアンテナ素子と、前記アンテナ素子に接続され移相器を内蔵する送受信モジュールと、前記送受信サブアレイのアンテナ素子の信号を合成分配する合成分配手段を有することを特徴とする請求項9ないし10の何れかに記載のアンテナ装置。
- 受信サブアレイは複数のアンテナ素子と、前記アンテナ素子に接続され移相器を内蔵する受信モジュールと、前記受信サブアレイのアンテナ素子の信号を合成する合成手段を有することを特徴とする請求項10に記載のアンテナ装置。
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