JP4594910B2 - 送受信モジュール及びフェーズドアレイレーダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、フェーズドアレイレーダ装置に係り、特にその送受信モジュールに関する。

フェーズドアレイレーダは、複数のアンテナ素子を備え、これらのアンテナ素子毎に信号の送受信を行う送受信モジュールと、送信信号を各送受信モジュールに分配する分配器とを設けている。これらの送受信モジュールにおいて分配された信号を移相器があらかじめ定められた移相量ずつ遅延させて送信することにより、各送受信モジュールから送信される送信信号が一定方向に進行する合成波を形成する。

一般的なフェーズドアレイレーダの送受信部では、複数の送受信モジュールにそれぞれアンテナ素子が接続され、各送受信モジュールに送信信号を分配し、受信した信号を合成する分配合成器を備える。

図５（Ａ）を用いて説明すると、各アンテナ素子３０３からあらかじめ定められた移相量ｄずつ遅延させて送信信号５０２を送信することにより、各アンテナ素子からの電波５０２の合成波５０３が矢印５０４の方向に向かって送信される。

フェーズドアレイレーダはこの送信信号の反射波を受信し、合成することにより、レーダの前方にある物体の位置、大きさを検知する。

フェーズドアレイレーダの従来の送受信モジュールを図４を用いて説明する。送受信モジュール４０１は、あらかじめ定められた移相量ｄずつ送信信号の位相を遅延させる移相器４０５と、移相器の動作を制御する制御回路４０６と、送信信号を増幅する送信増幅器４０８と、受信信号を増幅する受信増幅器４０９と、切替スイッチ４１３と、前記制御回路４０６および前記送信増幅器４０８および前記受信増幅器４０９に電源を供給する電源回路４０７を備える。

移相器４０５には入力端子４０２から送信信号が入力される。この送信信号は移相器によって所定の移相量が設定され、送信増幅器４０８によって増幅され、送信端子４１０を通ってアンテナ素子（図示せず）から送信される。制御回路４０６には制御信号４０３が入力される。

この従来例においては、電源４０４が投入されると電源回路４０７から制御回路４０６および送信増幅器４０８および受信増幅器４０９に電源が供給されるが、制御回路４０６より先に送信増幅器４０８に電源が投入されることがあり、この際、各送受信モジュールは均質な構成をとっているため、制御回路によって制御される前に位相が揃った予期せぬ送信信号が送信されるという場合があった。

従来の技術レベルを示す文献としては、特許文献１および特許文献２が存在するが、上記のような問題点を解決するための方法ないし送受信モジュールを提供とする公知技術は見つからない。
特開平１−１４３４０４号公報 特開平１１−３４０７２２号公報

本発明は、上記のような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、送受信モジュールが不安定な状態にあるとき、予期しない送信レーダ信号が所定の方向に送信されることを抑制できる送受信モジュール及びこれを用いたフェーズドアレイレーダ装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、一実施形態の送受信モジュールは、フェーズドアレイレーダ装置を構成し、レーダ信号を送信する複数のアンテナ素子に各々接続される送受信モジュールであって、送受信信号に遅延を生じさせる移相手段と、この送受信モジュールに外部から制御信号が入力されるとき前記制御回路の出力する所定の移相量データを前記移相手段に出力して合成波を形成させ、この送受信モジュールに外部から制御信号が入力されないとき、ランダムデータ又は所定の移相量データにランダムデータを加算したデータを前記移相手段に出力して一定方向に進行する合成波を形成させないように制御する移相制御手段と、を有することを特徴とする。

以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。

＜実施形態１＞
本願発明の実施形態１について、図１を用いて説明する。実施形態１の構成は次のごとくである。送受信モジュール１０１は、あらかじめ定められた移相量ｄずつ送信位相を遅延させる移相器１０５と、移相器の動作を制御する制御回路１０７と、送受信モジュール毎に異なるランダムデータを格納するランダムデータ記憶回路１０６と、このランダムデータ記憶回路１０６出力のランダムデータと移相器１０５出力の移相量を切り替える切替回路１０８と、送信信号を増幅する送信増幅器１１０と、受信信号を増幅する受信増幅器１１１と、送信増幅器１１０と受信増幅器１１１と移相器１０５との接続を切り替える切替スイッチ１１４と、制御回路１０７、切替回路１０８、送信増幅器１１０および受信増幅器１１１に電源を供給する電源回路１０９を備える。

このように構成された送受信モジュール１０１を図３に示すように分配合成器３０１に接続し、これらの複数の送受信モジュール１０１を駆動制御する。これらの送受信モジュールには各々アンテナ素子３０３が接続されている。

このフェーズドアレイレーダは、通常、次のように動作する。図３に示すように、分配合成器３０１から送信信号と駆動タイミングのための制御信号が各送受信モジュール１０１に送られる。送受信モジュール１０１では、送信信号が端子１０２から入力され移相器１０５に送られる。一方駆動タイミングのための制御信号１０３が制御回路１０７に送られ所定の遅延移相を与えるための移相信号が切替回路１０８を介して移相器１０５に送られ、送信信号は所定の移相量が設定される。移相器１０５で移相量が設定された送信信号は切替スイッチ１１４を介して送信増幅器１１０で増幅され高出力送信信号となり、送信端子１１２を通ってアンテナ素子３０３に送られ所定の位相で送信される。

例えば隣接するアンテナ素子３０３からも同じ移相量ｄで送信信号５０２が送信されるとすると、図５（Ａ）に示すように、５０３に示すように位相が揃い、全体として矢印５０４の方向に電波が放射される。

反射波は逆に各アンテナ素子３０３において受信され、受信端子１１３から入力され受信増幅器１１１において増幅される。受信増幅器１１１で増幅された信号は、切替スイッチ１１４を介して移相器１０５に入り所定の遅延を与えられて端子１０２を介して送受信モジュール１０１から出力され、図示していないが例えば信号処理回路で処理され表示される。

一方、上述のように、例えば電源投入時など送受信モジュールに外部から制御信号が入力されないような不定状態となった場合には上記実施形態のフェーズドアレイレーダ装置は、次のように動作する。

電源１０４が投入されると、電源回路１０９は制御回路１０７、切替回路１０８、送信増幅器１１０および受信増幅器１１１に電力を供給する。送受信モジュール１０１が不定状態では、切替回路１０８はランダムデータ記憶回路１０６の出力を移相器１０５に出力するように制御されている。

送受信モジュール１０１が不定のとき、ランダムデータ記憶回路１０６から読み出された、送受信モジュール毎に異なるランダムデータは移相器１０５に入力され、送信信号はランダムな移相量を与えられる。すなわち、切替回路１０８はランダムデータ記憶回路１０６出力のランダムデータを移相器１０５の新たな移相量として設定する。したがって、各送受信モジュールの移相器１０５には、各々まったく異なるランダムな移相量が設定されることになる。

このように動作させることにより、電源投入時にアンテナ素子３０３から移相量が一定値にならない、送受信モジュール毎、すなわちアンテナ素子３０３毎に異なるランダムな移相量により送信がなされる。このため、図５（Ｂ）に示すごとく、各アンテナ素子から送信された信号は一定方向に進行する合成波を形成することはなく、所定方向に予期せぬ異常送信信号が送信されることを回避することができる。

送受信モジュールが安定な状態になると、制御回路１０７に電源投入され、制御回路１０７が起動すると、制御回路１０７はランダムデータ記憶回路１０６からの出力を停止させ、制御回路１０７は送受信モジュール１０１の各構成要素に対応した移相量に応じたデータを切替回路１０８から移相器１０５に送り、図５（Ａ）に示すように位相の揃った送信信号を送出することになる。

本発明のこの実施形態によれば、送受信モジュールが不定のとき、その送受信モジュールに対応する移相データに代えてランダムデータを移相器に送ることにより、回路構成を簡単にして上述の意図しない所定方向へのレーダ信号の送出を抑制することができる効果がある。

＜実施形態２＞
上記実施形態では、送受信モジュール不定時に移相器に送るランダムデータを切替回路１０８において切り替えて送っていた。しかし、各送受信モジュールに与えられる所定の移相量データにランダムデータを加算して移相器に送るようにすることも可能である。このような本願発明の実施形態２につき、図２を用いて説明する。

実施形態２の構成の送受信モジュール２０１は、あらかじめ定められた移相量ｄずつ位相を可変させる移相器２０６と、移相器の動作を制御する制御回路２０７と、この制御回路２０７出力に所定の移相量を加算する加算回路２０８と、送信信号を増幅する送信増幅器２１０と、受信信号を増幅する受信増幅器２１１と、前記送信増幅器２１０と前記受信増幅器２１１とを切り替える切替スイッチ２１５と、前記制御回路２０７および前記加算回路２０８および前記送信増幅器２１０および前記受信増幅器２１１に電源を供給する電源回路２０９を備える。

加算回路２０８は、通常動作時には加算される移相量はゼロであるが、送受信モジュール２０１が不定なときには送受信モジュール２０１のアドレス情報２０３から得られる数値を制御回路２０７から入力された遅延量データに加算する。

この送受信モジュール２０１が通常動作をしているときには、端子２０２から入力された送信信号が移相器２０６を通るとき、所定の移相量データが加算回路２０８から供給され、所定の移相量が与えられる。その送信信号は切替スイッチ２１５を介して送信増幅器２１０で増幅されて高出力送信信号として送信端子２１３からアンテナ素子に供給される。アンテナ素子から送信されたレーダ信号の反射波はアンテナ素子で受信され受信端子１１３を介して受信増幅器１１１で増幅されて移相器１０５で所定の移相量を与えられて図示していないが、例えば表示のための信号処理がなされ、表示装置に表示される。

実施形態２における送受信モジュールが不定になったときの動作は次のごとくである。送受信モジュールが不定状態、たとえば電源が投入されたときに送受信モジュールが不定状態になったとする。電源回路２０９は、制御回路２０７および加算回路２０８および送信増幅器２１０および受信増幅器２１１に電源２０５から電力を供給する。

加算回路２０８は分配合成器３０１（図３）と各送受信モジュール２０１とを接続するコネクタピン（図示せず）が格納する各送受信モジュール２０１のアドレス情報を読み込み、このアドレス情報と移相器の移相量とを加算し、この加算結果を移相器２０６の新たな移相量データとして設定する。

したがって、各送受信モジュール２０１の移相器２０６における移相量は所定の遅延量でなくランダムとなり、送信パルス信号の遅延量はランダムとなる。

このように動作することにより、電源投入時に図５（Ｂ）に示すごとくアンテナ素子３０３から移相量が一定量ごとに増加しない、送受信モジュール毎、すなわちアンテナ素子３０３毎にランダムな移相量により送信がなされる。このため、各アンテナ素子から送信された信号は一定方向に進行する合成波を形成することはなく、予期せぬ異常送信信号が送信されることを回避できる。

次に、制御回路２０７に電源投入され、制御回路２０７を起動すると、制御回路２０７は加算回路２０８に加算動作を停止させる指示を出し、送受信モジュール２０１が安定になると、制御回路２０７が送受信モジュール２０１の各構成要素を制御する。

＜実施形態３＞
実施形態１の送受信モジュールは、フェーズドアレイレーダの送受信モジュールとして使用することができるだけでなく、各種電力増幅器にも用いることができる。

この場合の電力増幅器を構成する電力増幅モジュールは実施形態１の送受信モジュールと同様の構成をとる。出力のみを行う電力増幅器の場合は切り替えスイッチ１１４および受信増幅器１１１および受信端子１１３を設けなくてもよい。

実施形態３の電力増幅器は前記電力増幅モジュールを２以上用いる。実施形態３の電力増幅器の動作は実施形態１の送受信モジュールの動作と同様である。

このように構成することにより、送信された信号が一定方向に進行する合成波を形成することがなく、不意な大出力電力が送信されることを回避できる。

上記実施形態では、レーダ信号を送信しその反射波を受信する送受信モジュールについて説明した。しかし、本発明は送信時に不用意に所定方向に送信されるレーダ信号を抑制するものであり、受信は必ずしも同じ回路で行う必要はない。したがって、本発明は受信機能を有しない送受信モジュールに適用することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々変形して実施可能である。

本発明の実施形態１における送受信モジュールの構成を模式的に表した図である。 本発明の実施形態２における送受信モジュールの構成を模式的に表した図である。 一般的なフェーズドアレイレーダにおける送受信モジュールの使用形態を模式的に表した図である。 従来の送受信モジュールの構成を模式的に表した図である。 一般的なフェーズドアレイレーダにおける送信信号の送信例と本発明における異常送信を回避した送信例を模式的に表した図である。

符号の説明

１０１、２０１、４０１：送受信モジュール、
１０５、２０６、４０５：移相器、
１０６：ランダムデータ記憶回路、
１０７、２０７、４０６：制御回路、
１０８：切替回路、
１０９、２０９、４０７：電源回路、
２０８：加算回路、
３０１：分配・合成器、
３０３：アンテナ素子、

Claims (4)

1. フェーズドアレイレーダ装置を構成し、レーダ信号を送信する複数のアンテナ素子に各々接続される送受信モジュールであって、
   送信信号の移相量を可変する移相手段と、
   この送受信モジュールに外部から制御信号が入力されるときには前記制御回路の出力する所定の移相量データを前記移相手段に出力して合成波を形成させ、この送受信モジュールに制御信号が入力されないときに、ランダムデータ又は所定の移相量データにランダムデータを加算したデータを前記移相手段に出力して一定方向に進行する合成波を形成させないように制御する移相制御手段と、
   を有することを特徴とする送受信モジュール。
2. フェーズドアレイレーダ装置を構成し、レーダ信号を送信する複数のアンテナ素子に各々接続される送受信モジュールであって、
   送受信信号の移相量を可変する移相器と、
   この移相器に与える移相量データを出力する制御回路と、
   ランダムデータを出力するランダムデータ記憶回路と、
   この送受信モジュールに外部から制御信号が入力されるときには前記制御回路の出力する移相量データを前記移相器に出力して合成波を形成させ、この送受信モジュールに制御信号が入力されないときに、前記ランダムデータ記憶回路が出力するランダムデータを前記移相器に出力して一定方向に進行する合成波を形成させないように制御する切替回路と、
   を有することを特徴とする送受信モジュール。
3. フェーズドアレイレーダ装置を構成し、レーダ信号を送信する複数のアンテナ素子に各々接続される送受信モジュールであって、
   送信信号の移相量を可変する移相器と、
   この送受信モジュールに外部から制御信号が入力されるときには前記移相器に所定の移相量を与える移相量データを前記移相器に出力して合成波を形成させ、この送受信モジュールに制御信号が入力されないときに、ランダムデータを発生させ所定の移相量と加算したデータを前記移相器に出力して一定方向に進行する合成波を形成させないように制御する加算回路と、
   を有することを特徴とする送受信モジュール。
4. レーダ信号を送信する複数のアンテナ素子と、これらのアンテナ素子に接続されレーダ信号の基となる基準信号に所定の移相量を与えて前記アンテナ素子にレーダパルス信号を供給する送受信モジュールとを有するフェーズドアレイレーダ装置であって、
   前記送受信モジュールは、
   送受信信号に移相を生じさせる移相手段と、
   この送受信モジュールに外部から制御信号が入力されるときには前記制御回路の出力する所定の移相量データを前記移相手段に出力して合成波を形成させ、この送受信モジュールに制御信号が入力されないときに、ランダムデータ又は所定の移相量データにランダムデータを加算したデータを前記移相手段に出力して一定方向に進行する合成波を形成させないように制御する移相制御手段と、
   を有することを特徴とするフェーズドアレイレーダ装置。

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