JP4874917B2 - Array antenna, antenna element arrangement method and beam forming method - Google Patents
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本発明は、レーダや通信で使用されるアレーアンテナに係り、特にサイドローブレベルを低減するアンテナ素子配置方法及びビーム形成手法に関する。 The present invention relates to an array antenna used in radar and communication, and more particularly to an antenna element arrangement method and a beam forming method for reducing a side lobe level.
周知のように、アンテナのサイドローブレベルを低減させる手段として、アンテナ開口内の励振分布をコサイン分布やテイラー分布などに対応するように分布させる方法がある。しかしながら、開口面アンテナでそのような分布を実現することは物理的に非常に困難である。また、アレーアンテナの場合、サイドローブ低減を目的として開口上に非一様な振幅分布を持たせる方法があるが、その実現には機械的な制限がかかることが多い。 As is well known, as a means for reducing the side lobe level of the antenna, there is a method of distributing the excitation distribution in the antenna aperture so as to correspond to a cosine distribution, a Taylor distribution, or the like. However, it is physically very difficult to realize such a distribution with an aperture antenna. In the case of an array antenna, there is a method of providing a non-uniform amplitude distribution on the aperture for the purpose of reducing side lobes, but the realization thereof is often mechanically limited.
さらに、アンテナ素子間隔を一定以上離すと、グレーティングローブが可視領域内に発生してしまう。このため、アンテナ素子間隔は規定の値より短くするのが一般的である。しかしながら、この規定の素子間隔は波長によって決まるため、適切な素子間隔の選択には周波数の制限がかかることが多い。この際、アンテナの開口長を大きくすることにより、発生するグレーティングローブのレベルを小さくすることが可能であるが、サイドローブレベルがそのアンテナ単体のサイドローブレベルよりも大きくなってしまう傾向がある。 Furthermore, if the distance between the antenna elements is more than a certain value, a grating lobe is generated in the visible region. For this reason, the antenna element interval is generally shorter than a specified value. However, since the prescribed element spacing is determined by the wavelength, selection of an appropriate element spacing often limits the frequency. At this time, it is possible to reduce the level of the generated grating lobe by increasing the opening length of the antenna, but the side lobe level tends to be larger than the side lobe level of the antenna alone.
尚、サイドローブを低減する目的で、同一の開口形状を持つ2つのサブアンテナを物理的に相互に重なり合わないように配置した構成のアンテナが特許文献1に開示されている。
以上のように、従来のアレーアンテナでは、物理的、機械的な制約によってサイドローブレベルを軽減することが困難であった。 As described above, with the conventional array antenna, it is difficult to reduce the side lobe level due to physical and mechanical restrictions.
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、物理的、機械的な制約を受けることなく、サイドローブレベルを軽減することのできるアレーアンテナとそのアンテナ素子配置方法、およびそのビーム形成方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an array antenna that can reduce the side lobe level without being subjected to physical and mechanical restrictions, an antenna element arrangement method thereof, and a beam forming method thereof. The purpose is to provide.
上記問題を解決するために、本発明に係るアレーアンテナは、互いに同位相の一様振幅分布を持ち、開口形状、分布振幅が等しく、X−Y平面上でX軸方向にずらして配置される複数のアンテナ素子を備え、そのずれ量が個々のアンテナ素子の開口長より小さいことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the array antennas according to the present invention have uniform amplitude distributions having the same phase with each other, the aperture shape and the distribution amplitude are equal, and are arranged shifted in the X-axis direction on the XY plane. A plurality of antenna elements are provided, and the amount of shift is smaller than the opening length of each antenna element.
また、本発明に係るアレーアンテナのアンテナ素子配置方法は、互いに同位相の一様振幅分布を持ち、開口形状、分布振幅が等しく、X−Y平面上で複数のアンテナ素子をX軸方向にずらして配置し、そのずれ量を個々のアンテナ素子の開口長より小さい範囲で調整してサイドローブレベルを調節することを特徴とする。 Also, the antenna element arrangement method of the array antenna according to the present invention has a uniform amplitude distribution with the same phase, the same aperture shape and distributed amplitude, and a plurality of antenna elements are shifted in the X-axis direction on the XY plane. The side lobe level is adjusted by adjusting the amount of deviation within a range smaller than the aperture length of each antenna element.
また、本発明に係るアレーアンテナのビーム形成方法は、互いに同位相の一様振幅分布を持ち、開口形状、分布振幅が等しく、X−Y平面上で複数のアンテナ素子をX軸方向にずらして配置し、そのずれ量を個々のアンテナ素子の開口長より小さい範囲で調整してサイドローブレベルを調節した上でビームを形成することを特徴とする。 Also, the beam forming method of the array antenna according to the present invention has uniform amplitude distributions in the same phase, the same aperture shape and distribution amplitude, and a plurality of antenna elements are shifted in the X-axis direction on the XY plane. It is characterized in that the beam is formed after adjusting the side lobe level by adjusting the amount of deviation within a range smaller than the aperture length of each antenna element.
すなわち、本発明では、アンテナの開口長とアンテナ開口内の振幅分布のみから、サイドローブレベルを軽減できる適切なアンテナ素子間隔を求める。この際の開口長は、メインビームと軽減対象のサイドローブを含む平面(以降、評価対称平面とする)と、アンテナ素子が分布している平面が交わる直線(以降、調整対象軸とする)の方向の成分におけるアンテナ素子内の励振分布が存在している長さであり、励振分布は、調整対象軸の方向の成分における励振分布(調整対象軸に直交する励振分布を積分した調整対象軸方向の分布)とする。この素子配置方法は、周波数特性の影響を受けにくいという特徴から、広帯域での利用が可能となる。よって、レーダや通信の利用におけるアンテナ指向性パターンにおいて、サイドローブレベルの軽減、広帯域での応用が可能となる。 That is, in the present invention, an appropriate antenna element interval that can reduce the side lobe level is obtained from only the antenna aperture length and the amplitude distribution in the antenna aperture. The aperture length at this time is the straight line (hereinafter referred to as the adjustment target axis) where the plane including the main beam and the side lobe to be reduced (hereinafter referred to as the evaluation symmetry plane) and the plane where the antenna elements are distributed intersect. This is the length of the excitation distribution in the antenna element in the direction component, and the excitation distribution is the excitation distribution in the direction component of the adjustment target axis (the direction of the adjustment target axis obtained by integrating the excitation distribution orthogonal to the adjustment target axis. Distribution). This element arrangement method can be used in a wide band because it is hardly affected by frequency characteristics. Therefore, in the antenna directivity pattern in the use of radar and communication, it is possible to reduce the side lobe level and apply it in a wide band.
尚、上記特許文献1には、本発明と同じように、同一の開口形状をもつ2つのサブアンテナを物理的に相互に重なり合わないようにずらして配置する構成が示されている。しかしながら、この文献1に記載されるアンテナは、サブアンテナのずれ方向が開口面とは異なる方向であり、開口面と同一方向にずらした本発明の構成とは異なる。この構成の相違から、文献1のアンテナは、抑圧対象がファーストサイドローブのみとなっており、サイドローブ全体を抑圧する本発明とは相違している。 Note that, as in the present invention, Patent Document 1 discloses a configuration in which two sub-antennas having the same aperture shape are arranged so as not to physically overlap each other. However, the antenna described in this document 1 is different from the configuration of the present invention in which the sub-antenna is displaced in a direction different from the opening surface and shifted in the same direction as the opening surface. Due to this difference in configuration, the antenna of Literature 1 is limited to only the first side lobe, which is different from the present invention in which the entire side lobe is suppressed.
以上のように、本発明によれば、物理的、機械的な制約を受けることなく、サイドローブレベルを軽減することのできるアレーアンテナとそのアンテナ素子配置方法、およびビーム形成方法を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an array antenna, an antenna element arrangement method, and a beam forming method capable of reducing the side lobe level without being subjected to physical and mechanical restrictions. it can.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は本発明に係るアレーアンテナの第1の実施形態を示す構成図である。図1において、11,12はそれぞれ同位相の一様振幅分布を持ち、開口形状、分布振幅が等しく、X−Y平面上でX軸方向の開口長がaX 、幅がaY のアンテナ素子である。これら2つのアンテナ素子11,12の基準位相は同位相であり、両者はY軸方向にずれ量dY だけずれて配置されているものとする。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of an array antenna according to the present invention. In FIG. 1,
このとき、2つのアンテナ11,12のX軸方向の配置のずれ量dX を適宜設定することで、X−Zカット面の指向性におけるサイドローブレベルを調節することができる。特に、ずれ量dX を開口長aX よりも小さくすることで、サイドローブレベルを軽減させることが可能となる。さらに、図1のように配置した方が、アンテナ単独に比べてX−Zカット面上でサイドローブレベルを軽減できるほか、ビーム幅も狭くなり、しかもメインローブ以外の指向性レベルはどの方位もアンテナ単独の指向性レベル以下に抑えることが可能となり、利得を高くすることができる。
At this time, the side lobe level in the directivity of the XZ cut surface can be adjusted by appropriately setting the displacement amount d X of the arrangement of the two
図1に示したアンテナ配置の場合、2つのアンテナ11,12のX軸方向のずれ量dX を(1)式が成立するように設定すると、X−Zカット面の指向性におけるサイドローブレベルを、アンテナ単体のサイドローブレベル−13dBより8dB低い、−21dBに軽減することが可能となる。
dX =0.27aX …(1)
図2にずれ量dX の変化によるメインビーム以外の最大ローブレベル特性を示す。横軸はずれ量dX を示しており、単位はdX =16λ(λは波長)で、aX と同じである。縦軸は、通常の一様励振によるアンテナ素子でのサイドローブレベル(−13.3dB)を基準としたメインビーム以外の最大ローブレベルを示している。この図から、dX <aX の範囲でサイドローブレベルの軽減が可能であることが分かる。
In the case of the antenna arrangement shown in FIG. 1, when the amount of deviation d X in the X-axis direction of the two
d X = 0.27a X (1)
FIG. 2 shows the maximum lobe level characteristics other than the main beam due to the change of the deviation amount dX. The horizontal axis indicates the amount of deviation d X , and the unit is d X = 16λ (λ is the wavelength), which is the same as a X. The vertical axis represents the maximum lobe level other than the main beam with reference to the side lobe level (−13.3 dB) at the antenna element by normal uniform excitation. From this figure, it can be seen that the side lobe level can be reduced in the range of d X <a X.
図2に示す特性から明らかなように、例えば、aX =16λのとき、任意のずれ量dX からサイドローブレベルを調節することができる。尚、図2を見ると、横軸を開口長に対する素子間隔の比(dX /aX )として表した場合、ピークサイドローブが可視領域から外れる場合を除いて、開口長、及びビーム走査方向によらず同じ特性を示している。このことから、ずれ量dX の値を(1)式により4.32λと設定すると、図2の曲線上でもサイドローブレベルが最小になることが分かる。 As is apparent from the characteristics shown in FIG. 2, for example, when a X = 16λ, the side lobe level can be adjusted from an arbitrary shift amount d X. In FIG. 2, when the horizontal axis is expressed as the ratio of the element spacing to the aperture length (d X / a X ), the aperture length and the beam scanning direction are excluded except when the peak side lobe is out of the visible region. Regardless, it shows the same characteristics. From this, it can be seen that the side lobe level is minimized even on the curve of FIG. 2 when the value of the deviation d x is set to 4.32λ by the equation (1).
このときのアンテナ単体と2つのアンテナを配置した場合のX−Zカット面における指向性パターンを図3に示す。図3は、一定条件でのX−Zカット面の指向性パターンである。横軸はZ軸を0degとした方位を示しており、0〜90degまでを示している。ビーム走査方向は0degとしてあるので、−90〜0degは0〜90degを対称としたものとなる。縦軸は指向性強度を示しており、カット面上の最高値を0degとしている。図3からも分かるように、図1に示すように配置した方が、アンテナ単独に比べビーム幅が狭くなり、サイドローブレベルは減少し、しかもビームローブ以外の指向性レベルはどの方位もアンテナ単独指向性レベル以下に抑えられる。 FIG. 3 shows the directivity pattern on the X-Z cut plane when the single antenna and two antennas are arranged at this time. FIG. 3 is a directivity pattern of the XZ cut surface under a certain condition. The horizontal axis indicates the orientation with the Z-axis set to 0 deg, and indicates 0 to 90 deg. Since the beam scanning direction is 0 deg, −90 to 0 deg is symmetric to 0 to 90 deg. The vertical axis indicates the directivity intensity, and the maximum value on the cut surface is 0 deg. As can be seen from FIG. 3, the arrangement as shown in FIG. 1 makes the beam width narrower than that of the antenna alone, the side lobe level is reduced, and the directivity level other than the beam lobe is independent of the antenna in any direction. The directivity level is kept below.
(1)式では、式中に周波数特性がないことに特徴を有する。よって、このようなアレーアンテナのアンテナ素子配置方法を採用することにより、広帯域周波数においてアンテナ単独に比べビーム幅が狭くなり、サイドローブレベルが減少するようになる。しかも、メインローブ以外の指向性レベルがどの方位もアンテナ単独の指向性レベル以下に抑えることが可能となり、利得を高くすることができる。また、これによりパルス圧縮技術との併用も可能となる。 The formula (1) is characterized in that there is no frequency characteristic in the formula. Therefore, by adopting such an antenna element arrangement method for an array antenna, the beam width becomes narrower and the side lobe level decreases at a wideband frequency than the antenna alone. In addition, any directivity level other than the main lobe can be suppressed to be equal to or less than the directivity level of the antenna alone, and the gain can be increased. This also enables the combined use with the pulse compression technique.
(第2の実施形態)
次に、本発明に係るアレーアンテナの第2の実施形態について説明する。ここでは、図1に示した第1の実施形態と同じく、開口形状、分布振幅が等しく、X軸方向の開口長がaX 、幅がaY の2つのアンテナ素子11,12を用いるものとするが、本実施形態では、各アンテナ素子11,12がビーム走査方向に対して波面を揃えることが可能な一様振幅分布を持つものとする。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the array antenna according to the present invention will be described. Here, as in the first embodiment shown in FIG. 1, the two
2つのアンテナ素子11,12の基準位相同士の位相差は、X−Zカット面上にビーム走査を行うとき、X軸方向のアンテナ基準座標の差を用いて、ビーム走査方向に対して波面を揃うように決定する。このとき、2つのアンテナ素子11,12のX軸方向の配置のずれ量dX を適宜設定することで、X−Zカット面の指向性におけるサイドローブレベルを調節することができる。特にずれ量dX を開口長aX よりも小さくすることで、サイドローブレベルを軽減させることが可能となる。また、本実施形態においても、図1のように配置した方が、アンテナ単独に比べX−Zカット面上でサイドローブレベルを軽減できるほか、ビーム幅も狭くなり、しかもメインローブ以外の指向性レベルはどの方位もアンテナ単独指向性レベル以下に抑えることが可能となり、利得を高くすることができる。
The phase difference between the reference phases of the two
上記構成によるアンテナ配置の場合、2つのアンテナ素子11,12のX軸方向のずれ量dX を第1の実施形態と同様に(2)式が成立するように設定すると、X−Zカット面の指向性におけるサイドローブレベルを、ビーム走査方向によらず、アンテナ単体のサイドローブレベル−13dBより8dB低い、−21dBに軽減することが可能となる。
dX =0.27aX …(2)
例えば、aX =16λのとき、図2の特性図に示したように、任意のずれ量dX から、サイドローブレベルを調節することができる。なお、この図は、横軸を開口長に対する素子間隔の比(dX /aX )として表した場合、ピークサイドローブが可視領域から外れる場合を除いて、開口長、及びビーム走査方向によらず同じ特性を示す。dX の値を(2)式により4.32λと設定すると、図2の曲線上でもサイドローブレベルが最小になることが分かる。
In the case of the antenna arrangement with the above configuration, if the amount of deviation d X in the X-axis direction of the two
d X = 0.27a X (2)
For example, when a X = 16λ, the side lobe level can be adjusted from an arbitrary shift amount d X as shown in the characteristic diagram of FIG. In this figure, when the horizontal axis is expressed as the ratio of the element interval to the aperture length (d X / a X ), it depends on the aperture length and the beam scanning direction except when the peak side lobe is out of the visible region. It shows the same characteristics. It can be seen that when the value of d X is set to 4.32λ according to equation (2), the side lobe level is minimized even on the curve of FIG.
このときのX−Zカット面の指向性パターンは図3に示した通りである。図3からも分かるように、図1のように配置したビーム形成手法の方が、アンテナ単独に比べビーム幅が狭くなり、サイドローブレベルは減少し、しかもビームローブ以外の指向性レベルはどの方位もアンテナ単独指向性レベル以下に抑えられる。 The directivity pattern of the XZ cut surface at this time is as shown in FIG. As can be seen from FIG. 3, the beam forming method arranged as shown in FIG. 1 has a narrower beam width, a lower sidelobe level, and a directivity level other than the beam lobe in which direction. Is also suppressed below the antenna directivity level.
(1)式と同じ(2)式の特徴として、式中に周波数特性がないことがあげられる点は第1の実施形態で述べた通りである。よって、このようにアレー配置したビーム形成することにより、広帯域周波数においてアンテナ単独に比べビーム幅が狭くなり、サイドローブレベルは減少し、しかもメインローブ以外の指向性レベルはどの方位もアンテナ単独の指向性レベル以下に抑えることが可能となり、利得を高くすることができる。また、これによりパルス圧縮技術との併用も可能となる。 As described in the first embodiment, the characteristic of the expression (2) that is the same as the expression (1) is that there is no frequency characteristic in the expression. Therefore, by forming the beams arranged in this way, the beam width becomes narrower than that of the antenna alone at a wide band frequency, the side lobe level is reduced, and the directivity levels other than the main lobe are directed to the antenna alone in any direction. Therefore, the gain can be increased. This also enables the combined use with the pulse compression technique.
(第3の実施形態)
図4は本発明に係るアレーアンテナの第3の実施形態を示す構成図である。図4において、21,22,23は、それぞれビーム走査方向に対して波面を揃えることが可能な一様振幅分布を持ち、開口形状、分布振幅の等しく、X−Y平面上でX軸方向の開口長がaX の3つのアンテナ素子である。各アンテナ素子21〜23の基準位相同士の位相差は、X−Zカット面上にビーム走査を行うとき、X軸方向のアンテナ基準座標の差を用いて、ビーム走査方向に対して波面を揃うように決定する。
(Third embodiment)
FIG. 4 is a block diagram showing a third embodiment of the array antenna according to the present invention. In FIG. 4, 21, 22, and 23 each have a uniform amplitude distribution capable of aligning the wavefront with respect to the beam scanning direction, the aperture shape and the distribution amplitude are equal, and in the X-axis direction on the XY plane. aperture length is three antenna elements of a X. The phase difference between the reference phases of the
このとき、3つのアンテナ素子21〜23のX軸方向の配置のずれ量dX1,dX2を適宜設定することで、X−Zカット面の指向性におけるサイドローブレベルを調節することができる。特に、ずれ量dX1,dX2の両方もしくは片方をaX よりも小さくすることで、サイドローブレベルを軽減させることが可能となる。さらに、図4のように配置した方が、アンテナ単独に比べてX−Zカット面上でサイドローブレベルを軽減できるほか、ビーム幅も狭くなり、しかもメインローブ以外の指向性レベルはどの方位もアンテナ単独の指向性レベル以下に抑えることが可能となり、利得を高くすることができる。
At this time, the side lobe level in the directivity of the XZ cut surface can be adjusted by appropriately setting the displacement amounts d X1 and d X2 of the arrangement of the three
上記構成によるアンテナ配置の場合、3つのアンテナ素子21〜23のX軸方向のずれ量dX1,dX2を(3)式が成立するように設定すると、X−Zカット面の指向性におけるサイドローブレベルを、ビーム走査方向によらず、アンテナ単体のサイドローブレベル−13dBより12dB低い、−25dBに軽減することが可能となる。尚、このときのずれ量dX1,dX2の値は逆でもよい。
dX1 =0.19aX , dX2 =0.29aX2 …(3)
ここで、図5にずれ量dX1,dX2の変化によるメインビーム以外の最大ローブレベル特性を示す。図5において、横軸はdX1、縦軸はdX2を示している。グレイスケール分布は、通常の一様励振のアンテナ素子でのサイドローブレベル(−13.3dB)を基準としたメインビーム以外の最大ローブレベルを示す分布である。この図からも、dX1 <aX もしくはdX2 <aXの範囲でサイドローブレベルの軽減可能な箇所があることが分かる。
In the case of the antenna arrangement with the above configuration, if the deviation amounts d X1 and d X2 in the X-axis direction of the three
d X1 = 0.19a X , d X2 = 0.29a X2 (3)
Here, FIG. 5 shows the maximum lobe level characteristics other than the main beam due to the change of the shift amounts d X1 and d X2 . In FIG. 5, the horizontal axis represents d X1 and the vertical axis represents d X2 . The gray scale distribution is a distribution indicating a maximum lobe level other than the main beam with reference to a side lobe level (−13.3 dB) in a normal uniformly excited antenna element. Also from this figure, it can be seen that there are places where the side lobe level can be reduced in the range of d X1 <a X or d X2 <a X.
例えば、aX =16λのとき、図5の特性図に示したように、任意のdX1,dX2から、サイドローブレベルを調節することができる。なお、この図は、横軸及び縦軸を開口長に対する素子間隔の比(dX1/aX ,dX2/aX )として表した場合、ピークサイドローブが可視領域から外れる場合を除いて、開口長、及びビーム走査方向によらず同じ特性を示す。ずれ量dX1,dX2の値を(3)式によりdX1 =3.04λ, dX2 =4.64λと設定すると、図5の特性図上でもサイドローブレベルが最小になることが分かる。 For example, when a X = 16λ, the side lobe level can be adjusted from arbitrary d X1 and d X2 as shown in the characteristic diagram of FIG. In this figure, when the horizontal axis and the vertical axis are expressed as the ratio of the element spacing to the aperture length (d X1 / a X , d X2 / a X ), except when the peak side lobe deviates from the visible region, The same characteristics are exhibited regardless of the aperture length and the beam scanning direction. It can be seen that when the values of the deviations d X1 and d X2 are set as d X1 = 3.04λ and d X2 = 4.64λ by the equation (3), the side lobe level is minimized even in the characteristic diagram of FIG.
このときのX−Zカット面の指向性パターンを図6に示す。図6は、図4に示すアレーアンテナにおいて、aX =16λ, dX1 =3.04λ, dX2 =4.64λとしたときのX−Zカット面の指向性パターンである。横軸はZ軸を0degとした方位を示しており、0〜90degまでを示している。ビーム走査方向は0degとしてあるので、−90〜0degは0〜90degを対称としたものとなる。縦軸は指向性強度を示しており、カット面上の最高値を0degとしている。 The directivity pattern of the XZ cut surface at this time is shown in FIG. FIG. 6 shows the directivity pattern on the X-Z cut surface when a X = 16λ, d X1 = 3.04λ, and d X2 = 4.64λ in the array antenna shown in FIG. The horizontal axis indicates the orientation with the Z-axis set to 0 deg, and indicates 0 to 90 deg. Since the beam scanning direction is 0 deg, −90 to 0 deg is symmetric to 0 to 90 deg. The vertical axis indicates the directivity intensity, and the maximum value on the cut surface is 0 deg.
図6からも分かるように、図4のように配置したビーム形成手法の方が、アンテナ単独に比べビーム幅が狭くなり、サイドローブレベルは減少し、しかもビームローブ以外の指向性レベルはどの方位もアンテナ単独の指向性レベル以下に抑えられる。 As can be seen from FIG. 6, the beam forming method arranged as shown in FIG. 4 has a narrower beam width than the antenna alone, the side lobe level is reduced, and the directivity level other than the beam lobe is in any direction. Is also kept below the directivity level of the antenna alone.
(3)式においても、式中に周波数特性がないことに特徴を有する。よって、このようにアレー配置したビーム形成により、広帯域周波数においてアンテナ単独に比べビーム幅が狭くなり、サイドローブレベルは減少し、しかもメインローブ以外の指向性レベルはどの方位もアンテナ単独指向性レベル以下に抑えることが可能となり、利得を高くすることができる。また、これによりパルス圧縮技術との併用も可能となる。 The formula (3) is also characterized in that there is no frequency characteristic in the formula. Therefore, beam formation with this array arrangement reduces the beam width compared to the antenna alone at a wideband frequency, reduces the side lobe level, and directivity levels other than the main lobe are below the antenna single directivity level in any direction. The gain can be increased. This also enables the combined use with the pulse compression technique.
(第4の実施形態)
図7は本発明に係るアレーアンテナの第4の実施形態を示す構成図である。図4において、31,32は、ビーム走査方向に対して波面を揃えることが可能な一様振幅分布を持ち、開口形状、分布振幅の等しく、X−Y平面上に配置され、正方形状の対角線の長さ(X軸方向の開口長)がaX のアンテナ素子である。2つのアンテナ素子31,32の基準位相同士の位相差は、X−Zカット面上にビーム走査を行うとき、X軸方向のアンテナ基準座標の差を用いて、ビーム走査方向に対して波面を揃うように決定する。このとき、2つのアンテナ素子31,32のX軸方向の配置のずれ量dX を適宜設定することで、X−Zカット面の指向性におけるサイドローブレベルを調節することができる。特に、ずれ量dX を0.44aよりも小さくすることで、サイドローブレベルを軽減させることが可能となる。さらに、図7のように配置した方が、アンテナ単独に比べてX−Zカット面上でサイドローブレベルを軽減できるほか、ビーム幅も狭くなり、しかもメインローブ以外の指向性レベルはどの方位もアンテナ単独の指向性レベル以下に抑えることが可能となる。
(Fourth embodiment)
FIG. 7 is a block diagram showing a fourth embodiment of the array antenna according to the present invention. In FIG. 4, 31 and 32 have a uniform amplitude distribution capable of aligning the wavefront with respect to the beam scanning direction, are equal in aperture shape and distribution amplitude, are arranged on the XY plane, and are square diagonal lines. Is an antenna element whose length (opening length in the X-axis direction) is a X. The phase difference between the reference phases of the two
上記構成によるアンテナ配置の場合、調整対象軸成分(X軸成分)の励振分布は三角分布となる。2つのアンテナ素子の開口長がaX 、励振分布が三角分布のアンテナ素子の場合、2つのアンテナの調整対象軸の方向のずれを(4)式が成立するように設定すると、評価対象平面の指向性におけるサイドローブレベルをアンテナ単体のサイドローブレベル−27dBより11dB低い、−38dBに軽減することが可能となる。よって、図7に示したアンテナ配置では、同様にずれ量dX を(4)式が成立するように設定すると、X−Zカット面の指向性におけるサイドローブレベルを、ビーム走査方向によらず、アンテナ単体のサイドローブレベル−27dBより11dB低い、−38dBに軽減することが可能となる。
dX =0.115aX …(4)
ここで、図8にずれ量dX の変化によるメインビーム以外の最大ローブレベル特性を示す。図8において、横軸はdX となっており、縦軸は通常の三角分布励振のアンテナ素子でのサイドローブレベル(−26.6dB)を基準としたメインビーム以外の最大ローブレベルである。この図からも、dX <0.44aX の範囲でサイドローブレベルの軽減が可能であることが分かる。
In the case of the antenna arrangement with the above configuration, the excitation distribution of the adjustment target axis component (X-axis component) is a triangular distribution. In the case of an antenna element in which the opening length of the two antenna elements is a X and the excitation distribution is a triangular distribution, if the deviation in the direction of the adjustment target axis of the two antennas is set so that Equation (4) holds, The side lobe level in the directivity can be reduced to -38 dB, which is 11 dB lower than the side lobe level of the antenna alone -27 dB. Therefore, in the antenna arrangement shown in FIG. 7, when the shift amount d X is similarly set so that the expression (4) is established, the side lobe level in the directivity of the XZ cut surface is not dependent on the beam scanning direction. Thus, the side lobe level of the antenna alone can be reduced to -38 dB, which is 11 dB lower than -27 dB.
d X = 0.115a X (4)
Here, FIG. 8 shows the maximum lobe level characteristics other than the main beam due to the change of the shift amount d X. In FIG. 8, the horizontal axis is d X , and the vertical axis is the maximum lobe level other than the main beam with reference to the side lobe level (−26.6 dB) in a normal triangular distributed excitation antenna element. Also from this figure, it can be seen that the side lobe level can be reduced in the range of d X <0.44a X.
例えば、aX =16・21/2λ=22.6λのとき、図8示す特性図から明らかなように、任意のずれ量dX からサイドローブレベルを調節することができる。なお、この図は、横軸を開口長に対する素子間隔の比(dX /aX )として表した場合、ピークサイドローブが可視領域から外れる場合を除いて、開口長、及びビーム走査方向によらず同じ特性を示す。dX の値を(4)式により、2.6λと設定すると、図8の曲線上でもサイドローブレベルが最小になることが分かる。 For example, when a X = 16 · 2 1/2 λ = 22.6λ, as is apparent from the characteristic diagram shown in FIG. 8, the side lobe level can be adjusted from an arbitrary shift amount d X. In this figure, when the horizontal axis is expressed as the ratio of the element interval to the aperture length (d X / a X ), it depends on the aperture length and the beam scanning direction except when the peak side lobe is out of the visible region. It shows the same characteristics. It can be seen that when the value of d X is set to 2.6λ according to equation (4), the side lobe level is minimized even on the curve of FIG.
このときのX−Zカット面の指向性パターンを図9に示す。図9は、図7において、aX =16λ, dX =2.60λのときのX−Zカット面の指向性パターンである。横軸はZ軸を0degとした方位を示しており、0〜90degまでを示している。ビーム走査方向は0degとしてあるので、−90〜0degは0〜90degを対称としたものとなる。縦軸は指向性強度を示しており、カット面上の最高値を0degとしている。 The directivity pattern of the XZ cut surface at this time is shown in FIG. FIG. 9 is a directivity pattern on the XZ cut surface when a X = 16λ and d X = 2.60λ in FIG. The horizontal axis indicates the orientation with the Z-axis set to 0 deg, and indicates 0 to 90 deg. Since the beam scanning direction is 0 deg, −90 to 0 deg is symmetric to 0 to 90 deg. The vertical axis indicates the directivity intensity, and the maximum value on the cut surface is 0 deg.
図9からも分かるように、図7のように配置したビーム形成手法の方が、アンテナ単独に比べビーム幅が狭くなり、サイドローブレベルは減少し、しかもビームローブ以外の指向性レベルはどの方位もアンテナ単独指向性レベル以下に抑えられる。 As can be seen from FIG. 9, the beam forming method arranged as shown in FIG. 7 has a narrower beam width, a lower sidelobe level, and a directivity level other than the beam lobe in which direction. Is also suppressed below the antenna directivity level.
(4)式においても、式中に周波数特性がないことに特徴を有する。よって、このようにアレー配置したビーム形成により、広帯域周波数においてアンテナ単独に比べビーム幅が狭くなり、サイドローブレベルは減少し、しかもメインローブ以外の指向性レベルはどの方位もアンテナ単独指向性レベル以下に抑えることが可能となる。また、これによりパルス圧縮技術との併用も可能となる。 The formula (4) is also characterized in that there is no frequency characteristic in the formula. Therefore, beam formation with this array arrangement reduces the beam width compared to the antenna alone at a wideband frequency, reduces the side lobe level, and directivity levels other than the main lobe are below the antenna single directivity level in any direction. It becomes possible to suppress to. This also enables the combined use with the pulse compression technique.
尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、例えば他の励振分布やアンテナ素子の数の場合でもよく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is. For example, the present invention may be applied to other excitation distributions or the number of antenna elements. In the implementation stage, the constituent elements may be modified and embodied without departing from the scope of the invention. it can. Moreover, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
11,12,21,22,23,31,32…アンテナ素子、aX …開口長、aY …幅、dX ,dX1,dX2…X軸方向ずれ量、dY …Y軸方向ずれ量。 11, 12, 21, 22, 23, 31, 32 ... antenna element, a X ... opening length, a Y ... width, d X , d X1 , d X2 ... X-axis direction deviation, d Y ... Y-axis direction deviation amount.
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