JP4956346B2 - Array antenna device and thinning method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、例えばレーダ装置や無線通信機器等で用いられ、送信と受信の機能を有するアクティブフェーズドアレイアンテナに係り、特に機体への搭載制約を極小化するための薄型化の要求が厳しい搭載用のアクティブフェーズドアレイアンテナに関する。 The present invention relates to an active phased array antenna that is used in, for example, a radar device or a wireless communication device, and has a transmission and reception function, and particularly for mounting in which the demand for thinning to minimize mounting restrictions on the airframe is severe. The present invention relates to an active phased array antenna.
近年、航空機等の機体搭載用アンテナにおいては、レーダシステムの高性能化の要求の高まりから、高機能で高性能なアクティブフェーズドアレイ化への要求が高まって来ている。 2. Description of the Related Art In recent years, with respect to antennas for airframes and the like, the demand for high-performance, high-performance active phased arrays has increased due to the increasing demand for higher performance radar systems.
しかしながら、アクティブフェーズドアレイ化は、従来のパッシブ方式の空中線に比べ、回路構成の複雑化に伴った寸法や質量など装置規模の増大が必然的に生じる。このため、電子装置に対する制約が厳しい機体搭載用レーダにおいては、レーダシステムに望まれる高性能化を実現する上で必要となるアンテナの開口長を確保することは、必ずしもできない状況であった。 However, the active phased array inevitably increases the scale of the device such as dimensions and mass due to the complicated circuit configuration as compared with the conventional passive antenna. For this reason, it is not always possible to secure the antenna aperture length necessary for realizing the high performance desired for the radar system in the airframe-mounted radar with severe restrictions on electronic devices.
このような状況から、機体搭載用のアクティブフェーズドアレイ化においては、特許文献1に示すような薄型層状構造化を図り、機体搭載制約を最小にする手法などが提案されている。しかしながら、従来のアンテナでは、電力分配回路とドライバモジュール間には、送受信の回路系統を分離するためのサーキュレータが必要である。このサーキュレータは空中線の薄型化においては部品高さを決定する大きな要因となり、空中線の薄型化には大きな障害となっていた。
From such a situation, in the formation of an active phased array for airframe mounting, a method of achieving a thin layered structure as shown in
一方、サーキュレータの代わりに、ダイオードを用いたスイッチ等が用いられる場合などがあったが、送信電力増幅器の高出力化や損失の低減化には限界があり、採用するに当たってはアンテナとして大きな制限を受ける状況であった。このため従来技術では、薄型のアンテナを実現するには限界があった。
上述の如く、機体搭載用のアレイアンテナ装置においては、薄型層状構造化や小型・軽量化を実施するのみでは、アンテナ薄型化には限界があった。 As described above, in an array antenna apparatus for mounting on a fuselage, there is a limit to thinning an antenna only by implementing a thin layered structure, a small size, and a light weight.
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、サーキュレータ等の部品高さに制限されず、且つ電力増幅器の高出力化や切替回路の損失など設計条件の厳しい場合においても、アンテナの薄型化を可能とするアレイアンテナ装置とその薄型化方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and is not limited to the height of parts such as circulators, and the antenna can be made thinner even in the case of severe design conditions such as higher power amplifier output and switching circuit loss. It is an object of the present invention to provide an array antenna device and a thinning method thereof.
上記問題を解決するために、本発明に係るアレイアンテナ装置は、アレイ状に配列される複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子それぞれに接続され、各素子に対する送信及び受信高周波信号を電力増幅する増幅器及び前記送信及び受信高周波信号の位相を調整する移相器を備える複数の送受信モジュールと、前記複数の送受信モジュールに接続され前記送信高周波信号を分配供給し、前記受信高周波信号を合成する電力分配/合成器と、前記電力分配/合成器に接続され、前記送信高周波信号の初段電力増幅機能と前記受信高周波信号の電力増幅機能を有するドライバモジュールと、前記電力分配/合成器と前記ドライバモジュールとの間に介在され、送信時と受信時とで位相を切り替えて前記ドライバモジュールの前記電力分配/合成器に対する送受信端を切り替えるハイブリッド回路とを具備することを特徴とする。 In order to solve the above problem, an array antenna apparatus according to the present invention includes a plurality of antenna elements arranged in an array, and a power amplifying transmission and reception high-frequency signals connected to each of the plurality of antenna elements. And a plurality of transmission / reception modules each having a phase shifter for adjusting the phase of the transmission and reception high-frequency signals, and a power connected to the plurality of transmission / reception modules to distribute and supply the transmission high-frequency signals and synthesize the reception high-frequency signals A distribution / combining device; a driver module connected to the power distribution / combining device and having a first-stage power amplification function for the transmission high-frequency signal and a power amplification function for the reception high-frequency signal; and the power distribution / synthesis device and the driver module And the power distribution of the driver module by switching the phase between transmission and reception Characterized by comprising a hybrid circuit for switching transmission and reception ends for the synthesizer.
また、本発明に係るアレイアンテナ装置の薄型化方法は、アレイアンテナ装置の電力分配/合成器とドライバモジュールとが接続される送受信信号入出力部にハイブリッド回路を接続し、送信時と受信時とで前記ハイブリッド回路の位相を切り替えて前記ドライバモジュールの前記電力分配/合成器に対する送受信端を切り替えることを特徴とする。 The array antenna device thinning method according to the present invention includes a hybrid circuit connected to a transmission / reception signal input / output unit to which a power distributor / combiner of the array antenna device and a driver module are connected, and at the time of transmission and reception And switching the phase of the hybrid circuit to switch the transmitting / receiving end of the driver module with respect to the power distributor / combiner.
すなわち、本発明は、前述した問題に対して、ドライバモジュールと電力分配器との間にハイブリッド回路を配置し、このハイブリッド回路により送信時と受信時とで位相を切り替えることで、ドライバモジュールの送受信端を切り替えることで解決を図るものである。 That is, according to the present invention, a hybrid circuit is arranged between the driver module and the power distributor and the phase is switched between transmission and reception by the hybrid circuit to solve the above-described problem, thereby transmitting and receiving the driver module. The solution is achieved by switching the ends.
以上のように、本発明によれば、サーキュレータ等の部品高さに制限されず、且つ電力増幅器の高出力化や切替回路の損失など設計条件の厳しい場合においてもアンテナの薄型化を可能とするアレイアンテナ装置とその薄型化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 reduce the thickness of an antenna even when the design conditions are severe, such as a high output of a power amplifier and a loss of a switching circuit, without being limited to the height of a component such as a circulator. An array antenna device and a thinning method thereof can be provided.
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.
図1は本発明に係るアレイアンテナ装置の一実施形態として、機体搭載用のアクティブフェーズドアレイアンテナ装置の構成を示すブロック図である。尚、ここでは説明を簡単にするため、アンテナ素子数nをn=8として説明する。 FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an active phased array antenna apparatus for mounting on an airframe as an embodiment of an array antenna apparatus according to the present invention. Here, in order to simplify the explanation, the number n of antenna elements is assumed to be n = 8.
図1において、11〜18はアレイアンテナを構成するアンテナ素子であり、各アンテナ素子11〜18には、それぞれ送受信モジュール21〜28が接続される。これらの送受信モジュール21〜28は、アンテナ素子11〜18に対する送信及び受信RF信号を電力増幅する増幅器A1,A2及び送信及び受信RF信号の位相を調整する移相器B1,B2、送受切替用スイッチC1,C2を備える。このうち、第1群の送受信モジュール21〜24は4分配/4合成回路31に接続され、第2群の送受信モジュール25〜28は4分配/4合成回路32に接続される。
In FIG. 1, 11-18 are antenna elements which comprise an array antenna, and the transmission / reception modules 21-28 are connected to each antenna element 11-18, respectively. These transmission /
上記4分配/4合成回路31,32は、送受信モジュール21〜24,25〜28に対して送信RF信号を分配供給し、受信RF信号を合成するもので、その入出力端はそれぞれハイブリッド回路(HY)41を介してドライバモジュール51に接続される。このドライバモジュール51は、4分配/4合成回路31,32に対する送信RF信号の初段電力増幅機能と受信RF信号の電力増幅機能を有するもので、その入力端は送信RF信号を発生する励振機(図示せず)に接続され、出力端は受信RF信号を受信する受信機(図示せず)に接続される。
The 4 distribution / 4
上記ハイブリッド回路41は、送信時と受信時とで位相を切り替えることで、ドライバモジュール51の4分配/4合成回路31,32に対する送受信端を切り替える機能を有する。
The
また、図1において、制御回路61は、アンテナ指向方向の指示入力に基づいて上記送受信モジュール21〜28に対する位相及び電力制御を行うことでアンテナ指向方向を制御するものである。但し、ここではその位相制御量として、指向方向に応じた移相量に上記ハイブリッド回路41の挿入による位相補正量を加算することで求める。
In FIG. 1, the
すなわち、上記構成によるアクティブフェーズドアレイアンテナ装置では、送信時において、ハイブリッド回路41及び4分配/4合成回路31,32の各素子に対する通過位相を図2(a)に示すように設定したとき、送受信モジュール21〜28の各素子に対する位相制御量は図2(b)に示すようになる。また、受信時において、ハイブリッド回路41及び4分配/4合成回路31,32の各素子に対する通過位相を図3(a)に示すように設定したとき、送受信モジュール21〜28の各素子に対する位相制御量は図3(b)に示すようになる。
That is, in the active phased array antenna apparatus having the above-described configuration, when the transmission phase for each element of the
したがって、上記構成によるアクティブフェーズドアレイアンテナ装置によれば、ドライバモジュール51と4分配/4合成回路31,32との間にハイブリッド回路41を配置したことにより、このハイブリッド回路41の位相を送信時と受信時とで切り替えるだけでドライバモジュール51の送受信端を切り替えることが可能となる。ハイブリッド回路はサーキュレータのような高さはなく、薄型化に最適である。また、ダイオードを用いたスイッチのような大きな損失はなく、送信電力増幅器の高出力化や損失の低減化に十分寄与することができる。
Therefore, according to the active phased array antenna device having the above-described configuration, the
尚、上記実施形態では、アクティブフェーズドアレイアンテナ装置の場合について説明したが、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、パッシブ型等、他のアレイアンテナ装置の場合にも同様に実施可能であり、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。 In the above embodiment, the case of the active phased array antenna apparatus has been described. However, the present invention is not limited to the above embodiment as it is, and is similarly implemented in the case of other array antenna apparatuses such as a passive type. In the implementation stage, the constituent elements can be modified and embodied without departing from the spirit of the invention. 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.
11〜18…アンテナ素子、21〜28…送受信モジュール、31,32…4分配/4合成回路、41…ハイブリッド回路、51…ドライバモジュール、61…制御回路。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11-18 ... Antenna element, 21-28 ... Transmission / reception module, 31, 32 ... 4 distribution / 4 synthetic | combination circuit, 41 ... Hybrid circuit, 51 ... Driver module, 61 ... Control circuit.
Claims (2)
前記第1及び第2のアンテナ素子群に対応して設けられ、前記第1または第2のアンテナ素子群の複数のアンテナ素子それぞれに接続され、送信時に入力される送信高周波信号に位相調整及び電力増幅を施して前記アンテナ素子に供給し、受信時に前記アンテナ素子から受信高周波信号を入力して電力増幅及び位相調整を施して出力する複数の送受信モジュールを備える第1及び第2の送受信モジュール群と、
前記第1及び第2の送受信モジュール群に対応して設けられ、前記第1または第2の送受信モジュール群の複数の送受信モジュールに接続され、送信時に入出力端から入力される送信高周波信号を前記複数の送受信モジュールに分配供給し、受信時に前記複数の送受信モジュールから出力される複数の受信高周波信号を入力して前記入出力端から合成出力する第1及び第2の電力分配/合成器と、
前記送信高周波信号の初段電力増幅機能と前記受信高周波信号の電力増幅機能を有し、前記送信高周波信号を出力する出力端及び前記受信高周波信号を入力する入力端を有するドライバモジュールと、
前記第1及び第2の電力分配/合成器と前記ドライバモジュールとの間に介在され、送信時には前記ドライバモジュールの出力端が前記第1及び第2の電力分配/合成器の入出力端に接続され、受信時には前記第1及び第2の電力分配/合成器の入出力端が前記ドライバモジュールの入力端に接続されるように、送信時と受信時とで通過位相を切り替えて前記ドライバモジュールと前記電力分配/合成器との接続経路を切り替えるハイブリッド回路と、
前記第1及び第2の送受信モジュール群の複数の送受信モジュールそれぞれの前記位相調整及び電力増幅を、前記複数のアンテナ素子によって形成されるアンテナのビーム指向方向が指示方向となるように制御する制御部とを具備し、
前記制御部は、前記ビーム指向方向の指示方向に対する移相量に前記ハイブリッド回路介在のための位相補正量を加算して前記複数の送受信モジュールそれぞれの移相量を制御することを特徴とするアレイアンテナ装置。 First and second antenna element groups each including a plurality of antenna elements arranged in an array;
Phase adjustment and electric power are provided corresponding to the first and second antenna element groups, connected to each of the plurality of antenna elements of the first or second antenna element group, and transmitted to a transmission high-frequency signal input at the time of transmission. A first and a second transmission / reception module group including a plurality of transmission / reception modules that perform amplification and supply to the antenna element, input a received high-frequency signal from the antenna element at the time of reception, and perform output amplification and phase adjustment; ,
A transmission high-frequency signal provided corresponding to the first and second transmission / reception module groups, connected to a plurality of transmission / reception modules of the first or second transmission / reception module group, and input from an input / output end during transmission First and second power distributors / combiners that distribute and supply to a plurality of transmission / reception modules, input a plurality of reception high-frequency signals output from the plurality of transmission / reception modules at the time of reception, and combine and output from the input / output ends;
A driver module having a first-stage power amplification function for the transmission high-frequency signal and a power amplification function for the reception high-frequency signal, and having an output terminal for outputting the transmission high-frequency signal and an input terminal for inputting the reception high-frequency signal;
The driver module is interposed between the first and second power distributor / combiners and the driver module, and the output terminal of the driver module is connected to the input / output terminals of the first and second power distributor / combiners during transmission. In the reception, the passing phase is switched between the transmission time and the reception time so that the input / output terminals of the first and second power distribution / combiners are connected to the input terminals of the driver module. A hybrid circuit for switching a connection path with the power distributor / combiner ;
A control unit that controls the phase adjustment and power amplification of each of the plurality of transmission / reception modules of the first and second transmission / reception module groups so that the beam directing direction of the antenna formed by the plurality of antenna elements becomes the indication direction. And
The control unit controls the phase shift amount of each of the plurality of transmission / reception modules by adding a phase correction amount for interposing the hybrid circuit to a phase shift amount with respect to an indication direction of the beam directing direction. Antenna device.
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