JP4924586B2 - Antenna device - Google Patents
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Description
本発明は、複数のアンテナ素子を有し、ロトマンレンズによってビーム形成を行うアンテナ装置に関する。 The present invention relates to an antenna apparatus having a plurality of antenna elements and performing beam formation with a Rotman lens.
従来より、水平方向走査用のロトマンレンズ(水平レンズ)と、垂直方向走査用のロトマンレンズとを組み合わせて二次元走査を実現するアンテナ装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
この従来のアンテナ装置では、水平方向走査用のロトマンレンズを、垂直方向のビームスキャン時に実現すべきビーム方向の数だけ用意すると共に、垂直方向走査用のロトマンレンズを、水平方向のビームスキャン時に実現すべきビーム方向の数だけ用意する必要がある。 In this conventional antenna device, as many Rotman lenses for horizontal scanning as the number of beam directions that should be realized during vertical beam scanning are prepared, and Rotman lenses for vertical scanning are realized during horizontal beam scanning. It is necessary to prepare as many beam directions as possible.
つまり、従来のアンテナ装置では、多くのロトマンレンズを用いて構成する必要があるため装置構成が大型化し、しかも、検出可能な方位分解能を向上させるためにビーム方向の数を増加させると、単にロトマンレンズの数が増大するだけでなく、個々のロトマンレンズの規模も大型化するため、方位分解能を向上させるほど、装置規模が急激に大型化してしまうという問題があった。 In other words, the conventional antenna apparatus needs to be configured using many Rotman lenses, so that the apparatus configuration becomes large, and when the number of beam directions is increased in order to improve the detectable azimuth resolution, the Rotman is simply Not only does the number of lenses increase, but the scale of individual Rotman lenses also increases, so that there is a problem that the scale of the apparatus increases rapidly as the azimuth resolution is improved.
本発明は、上記問題点を解決するために、二次元的にビーム方向を変化させることが可能であり且つ小型のアンテナ装置を提供することを目的とする。 In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a small antenna device that can change the beam direction two-dimensionally.
上記目的を達成するためになされた本発明のアンテナ装置は、電波が入出力されるアンテナ面に二次元的に配列される複数のアンテナ素子からなるアンテナ部と、それぞれが前記アンテナ素子のいずれかに接続される複数のアンテナポート、及びそれぞれが異なった指向性を有するビームに対応付けられた複数のビームポートを有し、前記ビームポートのいずれかを使用した場合に、該ビームポートに対応付けられたビームが形成されるように、前記ビームポート又は前記アンテナポートからの入力信号を分配,合成して、前記ビームポートからの入力信号を前記アンテナポートに、又は前記アンテナポートからの入力信号を前記ビームポートに供給するロトマンレンズと、前記ロトマンレンズのビームポートへの給電を制御する給電制御部とを備えている。 In order to achieve the above object, an antenna device of the present invention includes an antenna unit including a plurality of antenna elements arranged two-dimensionally on an antenna surface through which radio waves are input and output, and each of the antenna elements A plurality of antenna ports connected to each other, and a plurality of beam ports each associated with a beam having a different directivity, and when one of the beam ports is used, it is associated with the beam port The input signal from the beam port or the antenna port is distributed and combined so that the formed beam is formed, and the input signal from the beam port is input to the antenna port or the input signal from the antenna port. A Rotman lens to be supplied to the beam port, and a power supply controller for controlling power supply to the beam port of the Rotman lens It is equipped with a.
ここで、アンテナ面を介して送受信する電波の波長をλとし、図7(a)に示すように、識別子kで特定されるアンテナ素子をAk 、アンテナ面上に設定された第1基準軸からアンテナ素子Ak までの距離をVk 、アンテナ面上に第1基準軸と直交するように設定された第2基準軸から前記アンテナ素子Ak までの距離をHk 、第1基準軸に沿った方向の単位距離をHF (但し、0<HF <λ)、第2基準軸に沿った方向の単位距離をVF (但し、0<VF <λ)とする。 Here, the wavelength of the radio wave transmitted and received through the antenna surface is λ, and the antenna element specified by the identifier k is A k as shown in FIG. 7A, and the first reference axis set on the antenna surface The distance from the antenna element A k to the antenna element A k is V k , the distance from the second reference axis set to be orthogonal to the first reference axis on the antenna surface to the antenna element A k is H k , and the first reference axis is The unit distance in the direction along the axis is H F (where 0 <H F <λ), and the unit distance in the direction along the second reference axis is V F (where 0 <V F <λ).
更に、図7(b)に示すように、アンテナ面の法線方向に対して第1基準軸方向にθH (但し、−sin-1(λ/2HF )<θH <sin-1(λ/2HF ))だけ傾いた方向から到来する電波を、第1基準軸に沿って前記単位距離HF だけ離れた前記アンテナ面上の2地点で受信した場合の位相差を第1基準位相差α、同様に、アンテナ面の法線方向に対して第2基準軸方向にθV (−sin-1(λ/2VF )<θV <sin-1(λ/2VF ))だけ傾いた方向から到来する電波を、第2基準軸に沿って前記単位距離VF だけ離れたアンテナ面上の2地点で受信した場合の位相差を第2基準位相差βとする。 Further, as shown in FIG. 7B, θ H (where −sin −1 (λ / 2H F ) <θ H <sin −1 (in the first reference axis direction with respect to the normal direction of the antenna surface). λ / 2H F )) is received at two points on the antenna surface that are separated by the unit distance H F along the first reference axis. Similarly, the phase difference α is inclined by θ V (−sin −1 (λ / 2V F ) <θ V <sin −1 (λ / 2V F )) in the second reference axis direction with respect to the normal direction of the antenna surface. A phase difference when radio waves arriving from different directions are received at two points on the antenna surface separated by the unit distance V F along the second reference axis is defined as a second reference phase difference β.
なお、単位距離HF ,到来角度θH と、電波の経路差dH ,第1基準位相差αとの関係、及び単位距離VF ,到来角度θV と、電波の経路差dV ,第1基準位相差βとの関係は(1)(2)式で表される。 The relationship between the unit distance H F and the arrival angle θ H and the radio wave path difference d H and the first reference phase difference α, and the unit distance V F and the arrival angle θ V and the radio wave path difference d V , The relationship with the 1 reference phase difference β is expressed by equations (1) and (2).
ところで、アンテナ素子は、請求項2に記載のように、第1基準軸及び第2基準軸に沿って、格子状に配列されていることが望ましい。
この場合、図8(a)に示すように、アンテナ素子をAij(i=0,1,2…,m−1、j=0,1,2…,n−1)で表し、第1基準軸からアンテナ素子Aijまでの距離をHi 、第2基準軸からアンテナ素子Aijまでの距離をVj として、基準点で観測される電波の位相を基準として、アンテナ素子Aijで観測される電波の位相φijは、(4)式で表される。
By the way, as described in
In this case, as shown in FIG. 8A, the antenna element is represented by A ij (i = 0, 1, 2,..., M−1, j = 0, 1, 2,..., N−1). distance H i from the reference axis to the antenna elements a ij, the distance from the second reference axis to the antenna elements a ij as V j, the radio wave of the phase as a reference to be observed at the reference point, observed by the antenna elements a ij The phase φ ij of the received radio wave is expressed by equation (4).
また、第1及び第2基準軸に沿ったアンテナ素子の配置間隔は、請求項3に記載のように、いずれも等間隔であることが望ましい。
この場合、特に、第1及び第2基準軸での配置間隔を、それぞれ単位距離HF ,VF とし、アンテナ素子A00を基準位置に配置すれば、Hi /HF =i,Vj /VF =jとなるため、(4)式は(5)式に簡略化される。
In addition, it is desirable that the arrangement intervals of the antenna elements along the first and second reference axes are equal intervals as described in
In this case, in particular, if the arrangement intervals on the first and second reference axes are unit distances H F and V F , respectively, and the antenna element A 00 is arranged at the reference position, H i / H F = i, V j Since / V F = j, equation (4) is simplified to equation (5).
次に、請求項4に記載のアンテナ装置では、ビームポートは、m×n(m,nは2以上の整数)個用意され、それぞれがm個のビームポートで構成されたn個の部分ポート群G1 〜Gn からなる。
Next, in the antenna device according to
そして、ロトマンレンズは、各部分ポート群を構成するm個のビームポート間では、第1基準位相差αの設定が互いに異なり、且つ第2基準位相差βの設定が互いに一致し、部分ポート群間では、第2基準位相差βの設定が互いに異なり、且つ第1基準位相差αの設定がいずれも一致するように構成されている。つまり、α1 ,α2 ,α3 はそれぞれ異なった第1基準位相差αを表し、β1 ,β2 ,β3 はそれぞれ異なった第2基準位相差βを表すものとして、図10に示す通りの対応付けが行われている。 In the Rotman lens, the setting of the first reference phase difference α differs between the m beam ports constituting each partial port group, and the setting of the second reference phase difference β matches each other. The second reference phase difference β is set to be different from each other, and the first reference phase difference α is set to coincide with each other. That is, α 1 , α 2 , and α 3 represent different first reference phase differences α, and β 1 , β 2 , and β 3 represent different second reference phase differences β, as shown in FIG. Street matching is performed.
これにより、部分ポート群を選択することで第2基準軸に沿ったビーム方向(方位角度)を、また、部分ポート群の中のビームポートを選択することで第1基準軸に沿ったビーム方向(方位角度)を指定することができる。つまり、第1基準軸に沿った方向を主走査方向、第2基準軸に沿った方向を副走査方向とする2次元走査を好適に行うことができる。 Accordingly, the beam direction (azimuth angle) along the second reference axis is selected by selecting the partial port group, and the beam direction along the first reference axis is selected by selecting the beam port in the partial port group. (Azimuth angle) can be specified. That is, it is possible to suitably perform two-dimensional scanning in which the direction along the first reference axis is the main scanning direction and the direction along the second reference axis is the sub-scanning direction.
この場合、給電制御手段は、例えば、請求項5に記載のように、部分ポート群毎に設けられ、該部分ポート群を構成するビームポートのいずれか一つを介して信号が入出力されるように切り替えるn個の第1切替スイッチと、第1切替スイッチのいずれか一つを介して信号が入出力されるように切り替える第2切替スイッチとで構成されていてもよい。
In this case, the power supply control means is provided for each partial port group, for example, as described in
また、給電制御手段は、請求項6に記載のように、ビームポートのそれぞれに設けられ且つ個別に調整可能な可変増幅器又は移相器によって構成されていてもよい。
この場合、複数のアンテナに同時に信号を供給すると共に、各ビームポートでの増幅率又は移相量を個別に調整することによって、単一のビームポートを使用した場合に対応するビーム方向の中間のビーム方向を実現することができ、方位分解能をより向上させることができる。
Further, as described in claim 6, the power supply control means may be configured by a variable amplifier or a phase shifter provided in each of the beam ports and individually adjustable.
In this case, signals are simultaneously supplied to a plurality of antennas, and the amplification factor or phase shift amount at each beam port is individually adjusted, so that an intermediate beam direction corresponding to the case of using a single beam port can be obtained. The beam direction can be realized, and the azimuth resolution can be further improved.
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
[第1実施形態]
図1は、本発明が適用されたレーダ装置1の構成を示すブロック図である。する各部の接続関係を示すブロック図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a
<全体構成>
図1に示すように、レーダ装置1は、9個のアンテナ素子からなるアンテナ部2と、各アンテナ素子への給電状態を制御する給電制御部3と、給電制御部3を介してアンテナ部2に供給する送信信号の生成、アンテナ部2から給電制御部3を介して供給される受信信号の処理を行う送受信回路4と、アンテナ部2のビームの指向性を制御するための水平切替信号SH及び垂直切替信号SVを給電制御部3に対して出力すると共に、送受信回路4を介して取得した受信信号に基づいて、レーダ波を反射した物体に関する情報を生成する信号処理部5とを備えている。
<Overall configuration>
As shown in FIG. 1, the
ここで図2は、本発明のアンテナ装置に相当するアンテナ部2及び給電制御部3の外観図であり、(a)が平面図、(b)が側面図である。
図2に示すように、アンテナ部2及び給電制御部3は、いずれも外観が矩形の板状に形成され、両者は一体に積層された構造を有している。
Here, FIG. 2 is an external view of the
As shown in FIG. 2, the
<アンテナ部>
そして、アンテナ部2を構成する9個のアンテナ素子は、互いに直交する第1基準軸及び第2基準軸に沿って等間隔(単位距離HF ,VF )に3個ずつ配置され、即ち、3×3の格子状に配列されている。
<Antenna part>
The nine antenna elements constituting the
なお、アンテナ部2は、第1基準軸を水平方向に、第2基準軸を垂直方向に一致させた状態にして使用される。
以下、第1基準軸に沿って並んだアンテナ素子を識別するための識別子をi、第2基準軸に沿って並んだアンテナ素子を識別するための識別子をjとして、アンテナ素子をAij(i,j=0,1,2)で表すものとする。
The
Hereinafter, the identifier for identifying the antenna elements arranged along the first reference axis is i, the identifier for identifying the antenna elements arranged along the second reference axis is j, and the antenna elements are A ij (i , J = 0, 1, 2).
<給電制御部>
図1に戻り、給電制御部3は、それぞれがアンテナ素子Aijに接続された9個のアンテナポート、及びそれぞれが互いに異なったビーム方向に対応付けられた9個のビームポートを有するロトマンレンズ31と、ロトマンレンズ31のビームポートのいずれか一つを選択して給電する給電選択部33とからなる。
<Power supply control unit>
Returning to FIG. 1, the
<ロトマンレンズ>
このうちロトマンレンズ31は、次の特性を有するように構成されている。
即ち、アンテナ素子A00の位相φ00を基準(φ00=0)として、他のアンテナ素子Aijの位相φij(i≠0,j≠0)が上述の(4)式で表され、しかも、どのビームポートを使用した場合でも、その式で示された位相関係が保持される。
<Rotman lens>
Among these, the
That is, as a reference (phi 00 = 0) the phase phi 00 of the antenna element A 00, the phase phi ij of the other antenna elements A ij (i ≠ 0, j ≠ 0) is represented by the above equation (4), In addition, regardless of which beam port is used, the phase relationship represented by the equation is maintained.
ここで、図3(a)は、図2のアンテナ素子Aijの配置に対応させて、各アンテナ素子Aijでの位相φijを示したものである。但し、式中の基準位相差α,βは、使用するビームポートによって異なった値となる。 Here, FIG. 3 (a), corresponding to the arrangement of the antenna elements A ij in FIG. 2 shows the phase phi ij at each antenna element A ij. However, the reference phase differences α and β in the equation have different values depending on the beam port used.
そして、各アンテナ素子Aijの位相関係は、α=0である場合は図3(b)で示され、また、β=0とした場合には図3(c)で示される。図3(b)に示す位相関係は、アンテナ部2のビームが、上述の(2)式を変形した(6)式を用いて基準位相差βから規定される角度(以下、垂直方位角度という)θV だけ垂直方向に傾いたものとなることを意味し、同様に、図3(c)に示す位相関係は、アンテナ部2のビームが、上述の(1)式を変形した(7)式を用いて基準位相差αから規定される角度(以下、水平方位角度という)θH だけ水平方向に傾いたものとなることを意味する。
The phase relationship of each antenna element A ij is shown in FIG. 3B when α = 0, and is shown in FIG. 3C when β = 0. The phase relationship shown in FIG. 3B is an angle (hereinafter referred to as a vertical azimuth angle) in which the beam of the
そして、図3(d)に示すように、部分ポート群Gq 毎に第2基準位相差βの値(β1 ,β2 ,β3 )が異なり、且つ、どの部分ポート群Gq でも、そこに属する各ビームポートB0q,B1q,B2qは、それぞれ3種類の第1基準位相差αの値(α1 ,α2 ,α3 )のいずれかとなるように設定されている。 Then, as shown in FIG. 3 (d), the second reference phase difference value of beta for each partial port group G q (β 1, β 2 , β 3) different, and, in any portion port group G q, Each of the beam ports B 0q , B 1q , and B 2q belonging thereto is set to have one of three types of values (α 1 , α 2 , α 3 ) of the first reference phase difference α.
つまり、同じ部分ポート群Gq 内では、どのビームポートを選択しても、形成されるビームの垂直方位角度θV は同じであり、どの部分ポート群Gq でも、そこに属する3個ビームポートによって、同じ3種類の水平方位角度θH に切替えることができるように構成されている。つまり、3種類の水平方位角度θH と3種類の垂直方位角度θV の組合せによって、互いに指向性の異なる9種類のビームの形成が可能なように構成されている。 That is, in the same portion port group G q, which also a beam port select, vertical orientation angle theta V of the beam is formed is the same, which portion port group G q even three beam ports belonging thereto Thus, the same three types of horizontal azimuth angles θ H can be switched. That is, nine types of beams having different directivities can be formed by combining three types of horizontal azimuth angles θ H and three types of vertical azimuth angles θ V.
例えば、図3(e)に示すように、α2 =β2 =0、−α1 =α3 =A、−β1 =β3 =Bとなるように構成すれば、水平方向には(正面,右,左)、垂直方向には(正面,上,下)にビームの向きを制御することができる。 For example, as shown in FIG. 3E, if it is configured such that α 2 = β 2 = 0, −α 1 = α 3 = A, and −β 1 = β 3 = B, The direction of the beam can be controlled in the vertical direction (front, top, bottom).
<給電選択部>
給電選択部33は、部分ポート群Gq 毎に設けられ、水平切替信号SHに従って、その部分ポート群Gq に属する3個のビームポートB1q,B2q,B3qのうちいずれか一つを選択して給電する水平用切替スイッチ331,332,333と、垂直切替信号SVに従って、3個の水平用切替スイッチ331,332,333のうちいずれか一つを選択して給電する垂直用切替スイッチ334とからなる。
<Power supply selector>
Feeding
<送受信回路>
送受信回路4は、送信信号を発生させるための発振器、受信信号からビート信号を生成するためのミキサ、信号を増幅する増幅器、不要な信号成分を除去するフィルタ等で構成された周知のものであり、FMCWレーダ、CWレーダ、パルスレーダ等、送受信するレーダ波の種類に応じたものが用いられる。
<Transceiver circuit>
The transmission /
<信号処理部>
信号処理部5は、水平切替信号SH、垂直切替信号SVを生成して、水平方向を主走査方向、垂直方向を副走査方向とする2次元走査を行うための走査制御処理と、その走査によって得られた情報に基づいて、レーダ波を反射した物体に関する情報を求める物体検出処理とを実行する。なお、物体検出処理は、送受信回路4が処理するレーダ波の種類に応じた周知の処理を実行するものである。
<Signal processing unit>
The
<効果>
以上説明したように、レーダ装置1によれば、単一のロトマンレンズ31によって、水平(第1基準軸)方向、及び垂直(第2基準軸)方向のいずれにもビーム方向を変化させることができるため、装置規模を抑えつつ二次元走査を実現することができる。
[第2実施形態]
次に、第2実施形態について説明する。
<Effect>
As described above, according to the
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described.
<全体構成>
図4(a)は、本実施形態のレーダ装置11の構成を示すブロック図である。
レーダ装置11は、第1実施形態のレーダ装置1とは、アンテナ部6及び給電制御部7の構成、及び信号処理部8での処理の一部が異なるだけであるため、同一の構成については、同一符号を付して説明を省略し、相違点を中心に説明する。
<Overall configuration>
FIG. 4A is a block diagram illustrating a configuration of the
The
<アンテナ部>
アンテナ部6は、格子状に配置(正方形の各頂点に相当する箇所に配置)された4個のアンテナ素子Aij(i,j=0,1)からなる。
<Antenna part>
The antenna unit 6 includes four antenna elements A ij (i, j = 0, 1) arranged in a lattice pattern (arranged at locations corresponding to the apexes of the square).
<給電制御部>
給電制御部7は、それぞれがアンテナ素子Aijに接続された4個のアンテナポート、及びそれぞれが互いに異なったビーム方向に対応付けられた4個のビームポートを有するロトマンレンズ71と、ロトマンレンズ31のビームポートのいずれか一つを選択して給電する切替スイッチ73とからなる。
<Power supply control unit>
The power
このうちロトマンレンズ71は、次の特性を有するように構成されている。
即ち、アンテナ素子A00の位相φ00を基準(φ00=0)として、他のアンテナ素子Aijの位相φij(i≠0,j≠0)が上述の(4)式で表され、しかも、どのビームポートを使用した場合でも、その式で示された位相関係が保持される。
Of these, the
That is, as a reference (phi 00 = 0) the phase phi 00 of the antenna element A 00, the phase phi ij of the other antenna elements A ij (i ≠ 0, j ≠ 0) is represented by the above equation (4), In addition, regardless of which beam port is used, the phase relationship represented by the equation is maintained.
また、4個のビームポートは、2個ずつ2つの部分ポート群Gq (q=0,1)に分けられている。
そして、部分ポート群Gq 毎に第2基準位相差βの値(β1 ,β2 )が異なり、且つ、どの部分ポート群Gq でも、そこに属する各ビームポートB0q,B1qは、それぞれ2種類の第1基準位相差αの値(α1 ,α2 )のいずれかとなるように設定されている。
The four beam ports are divided into two partial port groups G q (q = 0, 1).
The values (β 1 , β 2 ) of the second reference phase difference β are different for each partial port group G q , and each beam port B 0q , B 1q belonging to any partial port group G q is Each is set to be one of two types of values (α 1 , α 2 ) of the first reference phase difference α.
つまり、同じ部分ポート群Gq 内では、どのビームポートを選択しても、形成されるビームの垂直方位角度θV は同じであり、どの部分ポート群Gq でも、そこに属する2個ビームポートによって、同じ2種類の水平方位角度θH に切替えることができるように構成されている。つまり、2種類の水平方位角度θH と2種類の垂直方位角度θV の組合せによって、互いに指向性の異なる4種類のビームの形成が可能なように構成されている。
That is, in the same portion port group G q, which also a beam port select, vertical orientation angle theta V of the beam is formed is the same, in any section
<信号処理部>
信号処理部8では、給電制御部7が単一の切替スイッチ73でビームポートを切り替えるように構成されていることに伴い、水平切替信号,垂直切替信号の代わりに、単一の切替信号SHVを出力するように構成されている。
<Signal processing unit>
In the
<効果>
このように構成されたレーダ装置11によれば、走査可能なビーム方向が少なくなる以外は、第1実施形態のレーダ装置1と同様の効果を得ることができる。
<Effect>
According to the
また、レーダ装置11によれば、ビームポートの切替を単一の切替スイッチ73で行うように構成されているため、装置規模を小さく抑えることができる。
[第3実施形態]
次に、第3実施形態について説明する。
Moreover, according to the
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment will be described.
<構成>
図4(b)は、本実施形態のレーダ装置13の構成を示すブロック図である。
レーダ装置13は、第2実施形態におけるアンテナ部6及び給電制御部7が送受信で兼用されているのに対して、送信用のアンテナ部6a、給電制御部7a(ロトマンレンズ71a,切替スイッチ73a)と、受信用のアンテナ部6b、給電制御部7b(ロトマンレンズ71b,切替スイッチ73b)とを備えている。なお、アンテナ部6a,6b、給電制御部7a,7bは、それぞれアンテナ部6、給電制御部7と同様に構成されたものである。
<Configuration>
FIG. 4B is a block diagram illustrating a configuration of the
In the
そして、送受信回路4の代わりに、送信回路4a,受信回路4bを備えている。
<効果>
このように構成されたレーダ装置13では、従来装置と比較して小規模な構成(特にロトマンレンズの数)によって、2次元走査を実現することができる。
In place of the transmission /
<Effect>
The
<変形例>
なお、レーダ装置13の変形例として、図5(a)に示すレーダ装置15のように、送信側の給電制御部7aを省略し、送信側のアンテナ部6cを単一のアンテナ素子で構成すると共に、送信回路4cをアンテナ部6cに送信信号を直接供給するように構成することにより、受信側でのみビーム制御を行うようにしてもよい。
<Modification>
As a modification of the
また、図5(b)に示すレーダ装置17のように、受信側の給電制御部7bを省略し、受信回路4dを、各アンテナ素子からの受信信号を個別に処理するように構成することにより、受信側のビーム形成を、信号処理部8での処理によって行うようにしたり、送信側でのみビーム形成を行うようにしてもよい。
[第4実施形態]
次に、第4実施形態について説明する。
Further, as in the
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment will be described.
図6は、本実施形態のレーダ装置19の構成を示すブロック図である。
レーダ装置19は、第3実施形態のレーダ装置13とは、給電制御部9a,9bの構成、及び信号処理部8での処理の一部が異なるだけであるため、同一の構成については、同一符号を付して説明を省略し、相違点を中心に説明する。
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the
The
<給電制御部>
給電制御部9a,9bには、それぞれ、切替スイッチ73a,73bの代わりに、信号調整部93a,93bが設けられている。
<Power supply control unit>
The power
そして、送信側の信号調整部93aは、ビームポート毎に設けられた4個の可変増幅器からなり、送信回路4aから供給される信号を、4分配して各可変増幅器に供給し、信号処理部8からの調整信号に応じた増幅率で増幅した信号をロトマンレンズ71aに供給するように構成されている。
The
受信側の信号調整部93bは、ビームポート毎に設けられた4個の可変増幅器からなり、ロトマンレンズ71bから供給される信号を、それぞれ信号処理部8からの調整信号に応じた増幅率で増幅し、その増幅した信号を合成して、受信回路4bに供給するように構成されている。
The
<効果>
このように構成されたレーダ装置19では、レーダ装置13と同様の効果が得られるだけでなく、調整信号によって各可変増幅器の増幅率を個別に調整することによって、単一のビームポートを選択した場合に得られる4種類のビーム方向の間の任意の方位角度を設定することができ、二次元走査の方位分解能を向上させることができる。
<Effect>
In the
<変形例>
なお、レーダ装置19において、信号調整部93a,93bは、可変増幅器の代わりに、或いは可変増幅器に加えて移相器を備え、調整信号に応じて位相調整を行うものであってもよい。
<Modification>
In the
また、レーダ装置19において、送信側を図5(a)と同様に構成したり、受信側を図5(b)と同様に構成したりしてもよい。
[他の実施形態]
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
In the
[Other Embodiments]
As mentioned above, although several embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it is possible to implement in various aspects. is there.
例えば、上記実施形態では、2次元走査を行うレーダ装置として構成した例を示したが、水平方向及び垂直方向のうち、一方は走査のため他方はビーム軸の調整のために用いることにより、一次元走査を行うレーダ装置として構成してもよい。また、両方向ともビーム軸の調整のために用いることにより、非走査型のレーダ装置として構成してもよい。 For example, in the above-described embodiment, an example in which the radar apparatus is configured to perform two-dimensional scanning has been described. However, one of the horizontal direction and the vertical direction is used for scanning and the other is used for adjusting the beam axis, thereby enabling primary You may comprise as a radar apparatus which performs original scanning. Moreover, you may comprise as a non-scanning-type radar apparatus by using it for adjustment of a beam axis in both directions.
また、上記実施形態では、アンテナ素子が格子状に配置されているが、必ずしも格子状に配置されている必要はなく、その場合は、各アンテナ素子において、上述の(3)式に示した位相関係を満たすように、ロトマンレンズを設計すればよい。 In the above-described embodiment, the antenna elements are arranged in a grid pattern. However, the antenna elements are not necessarily arranged in a grid pattern. In that case, in each antenna element, the phase shown in the above equation (3) is used. A Rotman lens may be designed to satisfy the relationship.
1,11,13,15,17,19…レーダ装置 2,6,6a〜6c…アンテナ部 3,7,7a,7b,9a,9b…給電制御部 4…送受信回路 4a,4c…送信回路 4b,4d…受信回路 5,8…信号処理部 31,71,71a,71b…ロトマンレンズ 33…給電選択部 73,73a,73b,331〜334…切替スイッチ 93a,93b…信号調整部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
それぞれが前記アンテナ素子のいずれかに接続される複数のアンテナポート、及びそれぞれが異なった指向性を有するビームに対応付けられた複数のビームポートを有し、前記ビームポートのいずれかを使用した場合に、該ビームポートに対応付けられたビームが形成されるように、前記ビームポート又は前記アンテナポートからの入力信号を分配,合成して、前記ビームポートからの入力信号を前記アンテナポートに、又は前記アンテナポートからの入力信号を前記ビームポートに供給するロトマンレンズと、
前記ロトマンレンズのビームポートへの給電を制御する給電制御部と、
を備えたアンテナ装置において、
前記アンテナ面を介して送受信する電波の波長をλ、識別子kで特定される前記アンテナ素子をAk 、前記アンテナ面上に設定された第1基準軸から前記アンテナ素子Ak までの距離をVk 、前記アンテナ面上に前記第1基準軸と直交するように設定された第2基準軸から前記アンテナ素子Ak までの距離をHk 、前記第1基準軸に沿った方向の単位距離をHF (但し、0<HF <λ)、前記第2基準軸に沿った方向の単位距離をVF (但し、0<VF <λ)、前記アンテナ面の法線方向に対して前記第1基準軸方向にθH (但し、−sin-1(λ/2HF )<θH <sin-1(λ/2HF ))だけ傾いた方向から到来する電波を、前記第1基準軸に沿って前記単位距離HF だけ離れた前記アンテナ面上の2地点で受信した場合の位相差を第1基準位相差α、前記アンテナ面の法線方向に対して前記第2基準軸方向にθV (−sin-1(λ/2VF )<θV <sin-1(λ/2VF ))だけ傾いた方向から到来する電波を、前記第2基準軸に沿って前記単位距離VF だけ離れた前記アンテナ面上の2地点で受信した場合の位相差を第2基準位相差βとして、
前記ロトマンレンズは、
前記第1及び第2基準線が交差する基準点で観測される電波の位相を基準として、前記アンテナ素子Ak で観測される電波の位相φk が次式で表され、且つ前記ビームポートのいずれか一つを使用して給電した場合、次式で算出された位相φk から特定される前記アンテナ素子間の位相関係が、前記ビームポートのいずれを使用しても保持されると共に、使用する前記ビームポート毎に第1及び第2基準位相差α,βのうち少なくとも一方が互いに異なるように構成されていることを特徴とするアンテナ装置。
When there are a plurality of antenna ports each connected to one of the antenna elements, and a plurality of beam ports each associated with a beam having a different directivity, and one of the beam ports is used In addition, an input signal from the beam port or the antenna port is distributed and combined so that a beam associated with the beam port is formed, and the input signal from the beam port is input to the antenna port, or A Rotman lens for supplying an input signal from the antenna port to the beam port;
A power supply control unit that controls power supply to the beam port of the Rotman lens;
In an antenna device comprising:
The wavelength of the radio wave transmitted / received via the antenna surface is λ, the antenna element specified by the identifier k is A k , and the distance from the first reference axis set on the antenna surface to the antenna element A k is V k, wherein the second distance from the reference axis to the antenna element a k H k which is set to be perpendicular to the first reference axis on the antenna surface, the direction of the unit distance along the first reference axis H F (where 0 <H F <λ), the unit distance in the direction along the second reference axis is V F (where 0 <V F <λ), and the normal direction of the antenna surface Radio waves arriving from a direction inclined by θ H (where −sin −1 (λ / 2H F ) <θ H <sin −1 (λ / 2H F )) in the first reference axis direction are The phase difference when received at two points on the antenna surface separated by the unit distance H F along the first reference The phase difference α is inclined by θ V (−sin −1 (λ / 2V F ) <θ V <sin −1 (λ / 2V F )) in the second reference axis direction with respect to the normal direction of the antenna surface. The phase difference when the radio wave arriving from a certain direction is received at two points on the antenna surface separated by the unit distance V F along the second reference axis is defined as a second reference phase difference β.
The Rotman lens is
With reference to the phase of the radio wave observed at the reference point where the first and second reference lines intersect, the phase φ k of the radio wave observed at the antenna element A k is expressed by the following equation, and When power is supplied using any one of them, the phase relationship between the antenna elements specified from the phase φ k calculated by the following equation is maintained and used regardless of which of the beam ports is used. An antenna device characterized in that at least one of the first and second reference phase differences α and β is different for each beam port.
前記ロトマンレンズは、前記部分ポート群を構成するm個のビームポート間では、前記第1基準位相差αの設定が互いに異なり、且つ前記第2基準位相差βの設定が互いに一致し、前記部分ポート群間では、前記第2基準位相差βの設定が互いに異なり、且つ、前記第1基準位相差αの設定がいずれも一致するように構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のアンテナ装置。 The beam ports are prepared by m × n (m and n are integers of 2 or more), each consisting of n partial port groups each consisting of m beam ports,
In the Rotman lens, the setting of the first reference phase difference α is different between the m beam ports constituting the partial port group, and the setting of the second reference phase difference β is mutually matched, 2. The port group is configured such that the setting of the second reference phase difference β is different from each other, and the setting of the first reference phase difference α is the same. Item 4. The antenna device according to any one of Items 3 to 4.
前記部分ポート群毎に設けられ、該部分ポート群を構成するビームポートのいずれか一つを介して信号が入出力されるように切り替えるn個の第1切替スイッチと、
前記第1切替スイッチのいずれか一つを介して信号が入出力されるように切り替える第2切替スイッチと、
からなることを特徴とする請求項4に記載のアンテナ装置。 The power supply control means includes
N first changeover switches that are provided for each of the partial port groups and switch so that a signal is input / output via any one of the beam ports constituting the partial port group;
A second changeover switch for switching so that a signal is input / output via any one of the first changeover switches;
The antenna device according to claim 4, comprising:
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