JP5040917B2 - レーダー装置 - Google Patents

Description

本発明は、電波レンズアンテナ装置を介して、高周波電波の送受信を行うレーダー装置に関する。

従来、気象観測や航空管制等の目的で、種々のレーダー装置が使用されている。これらのレーダー装置は、アンテナからマイクロ波等の高周波電波を対象物に向けて照射し、当該対象物からの反射波または散乱波を受信することにより、対象物の大きさや形状、距離、移動速度等の検知を行うものである。例えば、気象状態を観測するための気象レーダー装置の場合は、雨等の水滴に対して電波を照射し、受信した反射波の解析を行うことにより、降水域の大きさや降水量等を検知する。

このようなレーダー装置においては、一般に、信号の送受信を１つのアンテナで行い、アンテナと送受信器との接続を切り替えて行うモノスタティック方式と、送信器に接続された送信用のアンテナと、受信器に接続された受信用のアンテナを用いるバイスタティック方式が採用されている。

このうち、モノスタティック方式においては、例えば、パルス状の高周波信号を生成して出力する送信器と、送信器により生成された高周波信号を高周波電波として空間へ放射するとともに、物体から反射または散乱された高周波電波を受けるアンテナと、当該アンテナを介して、物体から反射された高周波電波を受信する受信器と、送信器からアンテナへの高周波信号の伝送とアンテナから受信器への高周波信号の伝送とを切り替える切替手段としてのサーキュレーターとを備える気象観測用のレーダー装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−１４７４９号公報

ここで、近年、気象予測シミュレーション（数値予報モデル）の技術は、コンピュータ演算処理速度の向上や様々なアルゴリズムの開発で、その精度・計算速度は飛躍的に向上しており、最近は、当該気象予測シミュレーションに使用する初期値データの高密度化、高時間分解能化、および高空間分解能化が望まれている。なお、ここでいう、時間分解能とは、１つの観測データを収集するのに必要な時間のことをいい、当該時間が短い方が優れており、この場合、時間分解能が良いという。また、空間分解能とは、レーダー装置が観測する目標物（反射体や散乱体）が存在する領域の大きさをいい、当該領域が小さい方が優れており、この場合、空間分解能が良いという。

しかし、上記特許文献１に記載のレーダー装置においては、地表面より上の全空間をビームスキャン（以下、「ボリュームスキャン」という。）することにより、雲や降水粒子の観測を行う際の、レンジ分解能（レンジ方向（即ち、レーダーが電波を放射する、または電波が進む方向をいい、空間座標系を極座標（γ、θ、φ）で定義する場合の、動径方向γ）における分解能）が数十ｍ程度と長く、また時間分解能も数分程度と長い。従って、上述の気象予測シミュレーションの更なる高精度化の観点からは、この分解能では不十分であるという問題があった。

即ち、例えば、雷雲など急激に成長する対象物に対して、その生成メカニズムを見極めるに時間分解能が数分というのは長すぎる上に、数十ｍのレンジ分解能では、粒子密度の分布等の細かい分散の様子が観測できないという問題があった。

これは、上記特許文献１に記載のレーダー装置に使用されるアンテナの径が、一般に、数ｍにも及ぶことに起因しており、また、このような径の大きなアンテナを使用して、ボリュームスキャンを行う場合、アンテナの駆動機構が、極めて大掛かりなものとなってしまうため、アンテナ装置の構造が複雑化するという問題があった。また、アンテナ装置全体が大型化して重量が大きくなるとともに、コストアップになるという問題があった。

また、このような大型、かつコスト高のアンテナ装置を備えるレーダー装置を、多数配備することが困難であるため、送信電力を数十Ｗ〜数ｋＷまで上げて、観測レンジ（観測可能な距離）を大きくすることにより、観測エリアを拡大するといった工夫がなされているが、このような方法では、更なるコストアップにつながるという問題があった。

そこで、本発明は、電波レンズアンテナ装置を備えるレーダー装置において、高時間・高空間分解能を有し、安価かつ簡単な構成で、ボリュームスキャンを行うことができるとともに、小型軽量化を図ることができるレーダー装置を提供する。

本発明は請求項１に係るレーダー装置である。当該レーダー装置は、デジタル波形データをアナログ波形データに変換してパルス圧縮変調信号を生成する少なくとも１個のＤ／Ａ変換器と、受信されたアナログ信号をデジタル信号に変換してパルス圧縮復調を行う少なくとも１個のＡ／Ｄ変換器とを有する信号処理部と、前記信号処理部により生成された前記パルス圧縮変調信号を周波数アップコンバートするための少なくとも１個の発信器と、周波数アップコンバートされた前記パルス圧縮変調信号を増幅してＲＦ信号を生成する第１の増幅器とを有する送信部と、前記送信部により生成されたＲＦ信号をＲＦ波として空間へ向けて放射するとともに、前記空間で反射または散乱されて戻ってくるＲＦ波をＲＦ信号として受信するアンテナ部と、前記アンテナ部により受信されたＲＦ信号を増幅する第２の増幅器を有し、前記第２の増幅器により増幅されたＲＦ信号を前記少なくとも１個の発信器により周波数ダウンコンバートしてＩＦ信号を生成するとともに、前記ＩＦ信号を前記アナログ信号として前記信号処理部に供給する受信部とを備える。前記アンテナ部は、第１及び第２の電波レンズであって、第１及び第２の電波レンズの各々は半径方向に所定の割合で変化する比誘電率を有するように誘電体を用いて球形状に形成されるとともに焦点部を有する、第１及び第２の電波レンズと、前記第１及び第２の電波レンズの焦点部にそれぞれ配置された第１及び第２の一次放射器とを有し、前記第１及び第２の一次放射器は、前記第１及び第２の電波レンズの各々の中心点を結ぶ第１の軸を回動軸として仰角方向に回動するとともに、前記第１の軸に垂直な第２の軸を回動軸として方位角方向に回動するように構成され、さらに、前記アンテナ部は、前記第１及び第２の一次放射器を前記仰角方向に回動可能に保持する保持部材と、前記保持部材を回動自在に支持する支持部材と、前記支持部材が固定され、かつ、前記第２の軸を回動軸として前記方位角方向に回動可能に設けられた回動部材と、前記第１及び第２の電波レンズを下方から支持するレンズ支持部材と、前記保持部材として、送信用の前記第１の電波レンズの焦点部に配置された送信用の前記第１の一次放射器を保持する第１の保持部材と、受信用の前記第２の電波レンズの焦点部に配置された受信用の前記第２の一次放射器を保持する第２の保持部材と、前記第１及び第２の保持部材が接続された保持部材用回転軸部と、前記回動部材が接続された回動部材用回転軸部と、前記第１及び第２の保持部材を駆動するための第１のモータと、前記回動部材を駆動するための第２のモータとを有し、前記レンズ支持部材には、前記第１及び第２の一次放射器を収納するための収納部が形成され、前記保持部材用回転軸部は、前記第１及び第２の電波レンズの下方に設けられ、かつ、前記第１の軸に平行な方向を回転中心として回転可能に設けられ、前記回動部材用回転軸部は、前記第１及び第２の電波レンズの下方に設けられ、かつ、前記第２の軸を回転中心として回転可能に設けられ、前記第１のモータの駆動力が保持部材駆動用ギア及び前記保持部材用回転軸部を介して前記第１及び第２の保持部材に伝達されることによって、前記第１及び第２の保持部材が前記第１の軸を回動中心とする回動動作を行うとともに、前記第１及び第２の一次放射器が前記第１及び第２の保持部材の回動動作に連動して前記仰角方向に回動し、前記第２のモータの駆動力が回動部材駆動用ギア及び前記回動部材用回転軸部を介して前記回動部材に伝達されることによって、前記回動部材が前記第２の軸を回動中心とする回動動作を行うとともに、前記第１及び第２の一次放射器が前記回動部材の回動動作に連動して前記方位角方向に回動する。

同構成によれば、一次放射器を仰角方向、およぶ方位角方向に回動させことにより、ボリュームスキャンを行うことが可能になる。従って、ボリュームスキャンを行う際の、時間・空間分解能を飛躍的に向上させることが可能になり、結果として、高時間・高空間分解能で、ボリュームスキャンを行うことができるレーダー装置を提供することが可能になる。また、ボリュームスキャンを行うための大掛かりな駆動機構が不要になるため、アンテナ部の構造が簡素化され、簡単な構成で、ボリュームスキャンを行うことが可能になる。また、アンテナ部のコストアップを抑制することができるとともに、小型軽量化を図ることができる。なお、一次放射器から送受信用電波レンズを経由して空間へ向けて放射されるＲＦ波の放射方向は、電波レンズと一次放射器の各中心を結ぶ延長線上になる。また、電波レンズを経由して、一次放射器に入射される、空間で反射されて戻ってくる微弱なＲＦ波の入射方向は、電波レンズと一次放射器の各中心を結ぶ延長線上になる。また、一次放射器を保持する保持部材を仰角方向に回動させるとともに、回動部材を方位角方向に回動させることにより、簡単な構成で、ボリュームスキャンを行うことが可能になる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のレーダー装置において、前記保持部材駆動用ギアは、前記第１のモータの軸部に接続された第１の駆動ギアと、前記第２の軸に平行な方向を回転中心として回転可能な中継用軸部に設けられ、かつ、前記第１の駆動ギアに噛み合う第１の軸部ギアと、前記中継用軸部に設けられた円環状ギアと、前記保持部材用回転軸部に設けられ、かつ、前記円環状ギアに噛み合う第２の駆動ギアと、前記保持部材用回転軸部に設けられた第２の軸部ギアと、前記第１及び第２の保持部材の表面に形成され、かつ、前記第２の軸部ギアに噛み合う保持部材側ギアとを含み、前記回動部材駆動用ギアは、前記第２のモータの軸部に接続された第３の駆動ギアと、前記回動部材用回転軸部に設けられ、かつ、前記第３の駆動ギアに噛み合う第３の軸部ギアとを含み、前記円環状ギア及び前記第２の駆動ギアが、かさ歯車機構を構成している。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載のレーダー装置において、送信部が、パルス圧縮変調信号を周波数アップコンバートし、受信されたＲＦ信号を周波数ダウンコンバートするための他の発信器を更に有する。

同構成によれば、複数回のステップにより、パルス圧縮変調信号を、所望の中心周波数を有する信号に周波数アップコンバートし、受信されたＲＦ信号を周波数ダウンコンバートすることが可能になる。従って、１個の発信器のみを使用する場合に比し、所望の中心周波数を有する信号への周波数アップコンバート、及び周波数ダウンコンバートを容易に行うことが可能になる。

請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のレーダー装置において、前記信号処理部が、５ＭＨｚ〜２００ＭＨｚの範囲で設定可能な帯域幅を有する前記パルス圧縮変調信号を生成し、前記少なくとも１個の発信器が、前記パルス圧縮変調信号を１ＧＨｚ〜２０ＧＨｚの中心周波数を有する信号へと周波数アップコンバートする。

同構成によれば、ボリュームスキャンを行う際に、例えば、帯域幅が６０ＭＨｚのパルス圧縮変調信号を生成する場合に、２．５ｍという高レンジ分解能を実現させることが可能になる。また、特に、２０ｍ〜３０ｍのスケールを有する竜巻の観測に有用なレーダー装置を提供することができる。

請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のレーダー装置において、前記信号処理部が、周波数チャープを用いてパルス圧縮変調を施すことにより前記パルス圧縮変調信号を生成し、アップチャープとダウンチャープとを送信パルス毎に交互に繰り返す。

同構成によれば、周波数チャープを用いて、パルス圧縮を施すことにより、レンジ方向におけるレンジ分解能を向上させることが可能になる。また、アップチャープとダウンチャープを送信パルス毎に交互に発生させることにより、オーバーラップによる観測エラーを抑制することができる。なお、ここでいう「オーバーラップ」とは、既に放射された電波が、遠距離で反射され、新たに送信された電波の反射波と時間的に同じになって戻ってくる現象をいう。

請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のレーダー装置において、前記第１及び第２の電波レンズのうち少なくとも１つの電波レンズの焦点部に、前記仰角方向に沿って配置された少なくとも１つの第３の一次放射器を更に備える。

同構成によれば、仰角方向において、複数の信号を同時に送受信することが可能になる。従って、複数のセグメントを同時に測定することが可能になるため、収集されるデータの同時性の向上を図ることができるとともに、仰角方向におけるスキャンの時間を短縮することが可能になる。

本発明によれば、高時間・高空間分解能を有するレーダー装置を提供することが可能になる。また、安価かつ簡単な構成で、ボリュームスキャンを行うことができるとともに、小型軽量化を図ることができるレーダー装置を提供することが可能になる。

（第１の実施形態）
以下に、本発明の好適な実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るレーダー装置における電波レンズアンテナ装置の全体構成を示す概略図である。図２は、図１に示す電波レンズアンテナ装置の一次放射器の回動動作を説明するための図であり、図１の電波レンズアンテナ装置を送信用の電波レンズ側から見た場合の図である。図１に示すように、この電波レンズアンテナ装置１は、バイスタティック方式のアンテナ装置であり、２個の送受信用電波レンズ２，３と、当該送受信用電波レンズ２，３の焦点部にそれぞれ配置された２個の送受信用一次放射器４，５とを備えている。より具体的には、電波レンズアンテナ装置１は、送信用の電波レンズ２と、受信用の電波レンズ３と、送信用の電波レンズ２の焦点部に配置される一次放射器４と、受信用の電波レンズ３の焦点部に配置される一次放射器５とを備えている。

この電波レンズ２，３は、球形状を有するルーネベルグレンズであり、中心の球核とそれを取り巻く複数の異径球殻とを含む。この電波レンズ２，３の各々は、誘電体を用いて比誘電率が半径方向に所定の割合で変化するように形成されている。また、この電波レンズ２，３の各々の球殻部の比誘電率εγは、およそεγ＝２−（ｒ／Ｒ）^２の式に従うように設定されている。例えば、各電波レンズ２，３の比誘電率は、その中心部から外側へ向かって約２から約１に変化する。なお、上記式において、Ｒは球の半径であり、ｒは球の中心からの距離である。第１の実施形態においては、電波レンズ２，３の直径が、例えば、６００ｍｍや４５０ｍｍのものが使用できる。また、誘電体とは、常誘電性、強誘電性、若しくは反強誘電性を示し、かつ電気伝導性を有さないものをいう。

このルーネベルグレンズ用の誘電体として一般的に用いられているものは、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂等のポリオレフィン系の合成樹脂の発泡体であり、当該合成樹脂に酸化チタン、チタン酸塩、ジルコン酸塩等の無機高誘電フィラーを加えてそれを発泡させたものも使用できる。そして、これらの誘電発泡体の比誘電率は、発泡倍率を異ならせて比重を制御することにより目標値に調整され、高比重である程高い比誘電率を得ることができる。

また、誘電発泡体の製造方法としては、例えば、原料（合成樹脂単体や合成樹脂と無機高誘電フィラーの混合物）に対して、加熱により分解して窒素ガス等の気体を発生する発泡剤を添加し、これを所望の形状の金型に入れて発泡させる化学発泡法が挙げられる。また、揮発性発泡剤を含浸させたペレット状材料を予め金型外で予備発泡させ、得られた予備発泡ビーズを所望形状の金型に充填した後、水蒸気等で加熱して再度発泡させると同時に、隣接ビーズを互いに融着させるビーズ発泡法が挙げられる。

また、図１に示すように、電波レンズ２，３は支持部材６，７によりそれぞれ支持されており、当該支持部材６，７の各々は、方位角方向（即ち、電波レンズ２，３の中心点を結ぶ軸Ａに垂直な軸Ｂを回動軸とする方向であって、図中の矢印Ｘの方向）に回動可能に設けられた回動部材であるテーブル８に取り付けられている。このテーブル８は、当該テーブル８上に設けられる電波レンズ２，３や支持部材６，７の重量に耐えることができるとともに、高速回転に耐えることができる強度が要求される。従って、テーブル８は軽量なものが好ましく、当該テーブル８を構成する材料として、例えば、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）材が、好適に使用できる。繊維強化プラスチック材の繊維強化材としては、例えば、ガラス繊維、アラミド繊維又は石英繊維が挙げられる。また、繊維強化プラスチック材のマトリックスとなるプラスチックとしては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂が挙げられる。また、テーブル８を、金属板により形成することもできるが、軽量化を図るために、例えば、金属板に絞り加工を施してリブを形成したものを使用することができる。

また、より一層の軽量化を図るために、当該テーブル８を、サンドイッチ構造により形成する構成としても良い。より具体的には、例えば、ポリエステル等の発砲体と、当該発砲体の外表面を覆った繊維強化プラスッチックからなるサンドイッチ構造が挙げられる。また、当該発砲体の代わりに、ハニカム（アルミニウム、アラミド等）を使用する構成としても良い。

図１に示すテーブル８の駆動手段９は、テーブル８を駆動するための駆動源であり、正逆方向に回転可能なモータ１０と、当該モータ１０に接続され、モータ１０により正逆方向に回転させられる軸部１１とを備えている。なお、図１に示すように、駆動手段９は、土台部３０の内部に収納されているとともに、テーブル８は、当該土台部３０上に載置される構成となっている。そして、制御手段として設けられたコンピュータ（不図示）により、モータ１０が駆動し、軸部１１が回転すると、モータ１０の駆動力が、軸部１１を介してテーブル８に伝達されて、当該テーブル８が、電波レンズ２，３の中心点を結ぶ軸Ａ（以下、「電波レンズ２，３の中心軸Ａ」という。）に垂直な軸Ｂを回動軸として、上述の方位角方向Ｘに回動する構成となっている。このような構成により、レーダー装置は、方位角方向Ｘの全てにおいて、スキャンを行うことが可能になる。

一次放射器４，５は、その断面形状が略矩形状や略円形状の開口部を有する電磁ホーンアンテナや、導波管に誘電体ロッドを装着した誘電体ロッドアンテナ等が一般的に使用されるが、マイクロストリップアンテナや、スロットアンテナ等を使用することもできる。また、一次放射器４，５から送受信される電波の電界の方向性（偏波）は、直線偏波（例えば、垂直偏波や水平偏波）や円偏波（例えば、右旋偏波や左旋偏波）のいずれであっても良い。

また、一次放射器４，５の各々は、電波レンズ２，３の表面に沿って、仰角方向（即ち、電波レンズ２，３の中心軸Ａを回動軸とする方向であって、図中の矢印Ｙの方向）に回動可能に設けられている。より具体的には、図１に示すように、一次放射器４，５の各々は、略コ字形状に形成された保持部材であるアーム１２に保持されるとともに、当該アーム１２は、上述のテーブル８に取り付けられた支持部材１３の軸部１４に取り付けられることにより、当該支持部材１３により回動自在に支持されている。なお、アーム１２は、軽量な材料により形成されているものであれば、特に限定されず、例えば、略コ字形状に形成された金属製のものが使用できる。また、後述のレドーム１９に覆われることにより、外気との接触を回避できる構成であれば、木製のアーム１２も使用できる。そして、アーム１２は、電波レンズ２，３の中心軸Ａを回動軸として、上述の仰角方向Ｙに回動可能に設けられている。また、図１、図２に示す駆動手段１５は、アーム１２を駆動するための駆動源であり、正逆方向に回転可能なモータ１６と、当該モータ１６に接続され、モータ１６により正逆方向に回転させられる上述の軸部１４とを備えている。そして、上述のコンピュータにより、モータ１６が駆動し、軸部１４が回転すると、モータ１６の駆動力が、軸部１４を介してアーム１２に伝達される。そうすると、アーム１２が回動するとともに、アーム１２の回動動作に連動して、アーム１２に保持された一次放射器４，５が、電波レンズ２，３の中心軸Ａを回動軸として、上述の仰角方向Ｙに回動する構成となっている。

なお、スキャンを行う際に、アーム１２（または、一次放射器４，５）は、電波レンズ２，３の中心軸Ａを中心として、仰角方向Ｙにおいて、水平方向を０°、鉛直方向下向きを−９０°とした時に、−９０°以上９０°以下の回動が可能となるように構成されている。より具体的には、例えば、一次放射器４においては、図２に示すように、水平方向（即ち、図中のＺの方向）を０°とした時に、仰角方向Ｙにおいて、天頂方向（即ち、矢印Ｃの方向であって、鉛直上向きの方向）をスキャンする状態（即ち、一次放射器４ａの状態であって、−９０°回動した状態）から、地表方向（即ち、矢印Ｄの方向であって、鉛直下向きの方向）をスキャンする状態（即ち、一次放射器４ｂの状態であって、９０°回動した状態）まで回動可能となるように構成されている。このような構成により、仰角方向Ｙの広範囲において、スキャンを行うことが可能になる。

また、上述のごとく、一次放射器４，５の各々は、アーム１２に保持されるとともに、当該アーム１２は、上述のテーブル８に取り付けられた支持部材１３に支持されている。従って、テーブル８の方位角方向Ｘにおける回動動作に連動して、一次放射器４，５の各々が、電波レンズ２，３の中心軸Ａに垂直な軸Ｂを回動軸として、方位角方向Ｘに回動する構成となっている。このような構成により、レーダー装置は、方位角方向Ｘの全てにおいて、ボリュームスキャンを行うことが可能になる。

また、一次放射器４から電波レンズ２を経由して空間へ向けて放射されるＲＦ波（または、高周波電波）の放射方向は、電波レンズ２と一次放射器４の各中心を結ぶ延長線上になる。また、電波レンズ３を経由して、一次放射器５に入射される、上空で反射または散乱されて戻ってくる微弱なＲＦ波の入射方向は、電波レンズ３と一次放射器５の各中心を結ぶ延長線上になる。従って、第１の実施形態においては、図３に示すように、一次放射器４と支持部材６との干渉、ならびに一次放射器５と支持部材７との干渉を回避するために、電波レンズ２，３を支持する支持部材６，７に、一次放射器４，５を収納するための収納部１７，１８がそれぞれ形成されている。その結果、一次放射器４から電波レンズ２を経由してＲＦ波を天頂方向（即ち、図３に示す矢印Ｃの方向）に放射する場合に、一次放射器４と支持部材６との干渉を回避することが可能になる。また、上空で反射または散乱されたＲＦ波を、上述の天頂方向Ｃにおいて、電波レンズ３を経由して一次放射器５で受ける場合に、一次放射器５と支持部材７との干渉を回避することが可能になる。なお、第１の実施形態における収納部１７，１８は、図３に示すように、断面略コ字形状を有している。

また、図１に示すように、電波レンズアンテナ装置１は、電波レンズ２，３、一次放射器４，５、支持部材６，７等の構成部品を雨風や積雪から保護するためのレドーム１９を備えている。このレドーム１９は、上述のテーブル８により支持されており、電波レンズ２，３、一次放射器４，５、支持部材６，７等の構成部品は、レドーム１９の内部に収納されている。

また、レドーム１９は、優れた電波透過性を有することが必要になるため、第１の実施形態では、レドーム１９を構成する材料として、例えば、上述の繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）材が好適に使用される。

次に、電波レンズアンテナ装置１を使用したレーダー装置について説明する。図４は、第１の実施形態に係るレーダー装置の全体構成を示す概略図である。なお、第１の実施形態においては、レーダー装置として、気象レーダー装置を例に挙げて説明する。また、図４においては、電波レンズアンテナ装置１における、電波レンズ２，３、および一次放射器４，５のみを示し、他の部材については、図示を省略する。

図４に示すように、レーダー装置５０は、電波レンズアンテナ装置１により構成されるアンテナ部５１と、送信用のパルス圧縮変調信号を生成するとともに、受信されたアナログ信号のパルス圧縮復調を行う信号処理部５２と、信号処理部５２および一次放射器４に接続され、信号処理部５２により生成されたパルス圧縮信号を増幅してＲＦ信号を生成する送信部５３を備えている。また、レーダー装置５０は、信号処理部５２および一次放射器５に接続され、反射、または後方散乱されて戻ってきた微弱なＲＦ波の信号（即ち、ＲＦ信号）を増幅する受信部５４を備えている。

信号処理部５２は、制御手段としてのＣＰＵ５５と、デジタル波形データを記憶するＲＡＭ５６と、Ｄ／Ａ変換器５７と、Ａ／Ｄ変換器５８とを備えている。また、送信部５３は、信号処理部５２により生成されたパルス圧縮変調信号を受け取る、例えば、ダイオードにより構成されたミキサ５９と、パルス圧縮変調信号を周波数アップコンバートするための発信器６０と、周波数アップコンバートされたパルス圧縮変調信号を増幅する増幅器６１とを備えている。また、受信部５４は、アンテナ部５１により受信されたＲＦ信号を増幅する増幅器６２と、増幅器６２により増幅されたＲＦ信号を受け取る、ダイオードにより構成されたミキサ５９とを備えている。

そして、ビームスキャンを行う際には、まず、信号処理部５２により、５ＭＨｚ〜２００ＭＨｚの範囲で設定可能な帯域幅を有するパルス圧縮変調信号が生成される。例えば、中心周波数６０ＭＨｚ、帯域幅８０ＭＨｚ、換言すれば、２０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲で周波数が変化するパルス圧縮変調信号が生成され、当該パルス圧縮変調信号が送信部５３に送り出される。より具体的には、ＣＰＵ５５が、ＲＡＭ５６において予め記憶されたデジタル波形データを読み出し、Ｄ／Ａ変換器５７が、当該デジタル波形データをアナログ波形データに変換して、ＩＦ信号（中間周波数信号）であるパルス圧縮変調信号を生成する。そして当該パルス圧縮変調信号が送信部５３に供給される。なお、周波数や時間等の入力パラメータに基づいて計算されたデジタル波形データを用いて、上述のパルス圧縮変調信号を生成する構成としても良い。

なお、変調方式としては、一般に、振幅変調、周波数変調、位相変調、コード変調等があるが、第１の実施形態においては、周波数変調を使用しており、送信周波数をチャープする方法が用いられる。即ち、信号処理部５２は、周波数チャープを用いてパルス圧縮変調を施すことによりパルス圧縮変調信号を発生し、アップチャープ（低い周波数から高い周波数への変化、この場合は、２０ＭＨｚから１００ＭＨｚへの変化）と、ダウンチャープ（高い周波数から低い周波数への変化、この場合は、１００ＭＨｚから２０ＭＨｚへの変化）とを送信パルス毎に交互に繰り返す構成となっている。

次いで、送信部５３に送り出され、ミキサ５９に入力されたパルス圧縮変調信号は、発信器６０により、１ＧＨｚ〜２０ＧＨｚの中心周波数を有する信号へと周波数アップコンバートされる。例えば、発信器６０が、１５ＧＨｚ（１５０００ＭＨｚ）の信号を発信している場合、上述のパルス圧縮変調信号は、１５０２０ＭＨｚから１５１００ＭＨｚへと周波数アップコンバートされる。そして、周波数アップコンバートされたパルス圧縮変調信号は、増幅器６１により増幅されて、ＲＦ信号として生成される。次いで、送信部５３により生成された当該ＲＦ信号がアンテナ部５１へと出力され、アンテナ部５１の一次放射器４に入力される。そして、当該ＲＦ信号が、高周波電波（ＲＦ波）９０として、一次放射器４から送信用の電波レンズ２を経由して空間へ向けて放射される。

次いで、アンテナ部５１が、空間で反射または散乱されて戻ってくる微弱な高周波電波（ＲＦ波）９１を、アンテナ部５１の受信用の電波レンズ３を経由して一次放射器５でＲＦ信号として受信し、アナログ信号である当該ＲＦ信号が受信部５４に入力される。そして、受信部５４に入力されたＲＦ信号は増幅器６２により増幅され、その増幅されたＲＦ信号がミキサ６３に入力される。そして、ミキサ６３に入力された増幅ＲＦ信号は、上述の送信部５３に設けられた発信器６０により、中心周波数が約６０ＭＨｚ、帯域幅８０ＭＨｚ、換言すれば、約２０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲で周波数が変化するＩＦ信号へと周波数ダウンコンバートされ、周波数ダウンコンバートにより生成されたＩＦ信号が、受信されたアナログ信号として信号処理部５２へと出力される。次いで、信号処理部５２に送り出されたＩＦ信号は、信号処理部５２のＡ／Ｄ変換器５８に入力され、当該Ａ／Ｄ変換器５８においてパルス圧縮復調によりデジタル信号に変換され、そのデジタル信号がＣＰＵ５５へと出力される。そして、ＣＰＵ５５において、デジタル信号が処理され、降水域の大きさや降水量等の各種気象情報が得られる構成となっている。なお、上述の発信器６０は、送信部５３に設ける必要はなく、信号の周波数アップコンバートとダウンコンバートを行う際に、共通して使用することができれば、どのような位置に設けても良い。また、ＣＰＵ５５の代わりに、ＦＰＧＡやＤＳＰ等を使用する構成としても良い。

第１の実施形態のレーダー装置５０は以下の利点を有する。
（１）第１の実施形態のレーダー装置５０における電波レンズアンテナ装置１は、上述のごとく、送信用の一次放射器４と受信用の一次放射器５を保持するとともに、送信用の電波レンズ２と受信用の電波レンズ３の中心軸Ａを回動軸として、仰角方向Ｙに回動可能に設けられたアーム１２を備えている。また、電波レンズアンテナ装置１は、アーム１２を回動自在に支持する支持部材１３と、支持部材１３を固定し、中心軸Ａに垂直な軸Ｂを回動軸として、方位角方向Ｘに回動可能に設けられたテーブル８とを備えている。そして、一次放射器４，５が、アーム１２の回動動作に連動して、中心軸Ａを回動軸として、仰角方向Ｙに回動するとともに、テーブル８の回動動作に連動して、中心軸Ａに垂直な軸Ｂを回動軸として、方位角方向Ｘに回動する構成としている。従って、一次放射器４，５の各々（または、アーム１２）を、電波レンズ２，３の表面に沿って、所定の速度により、仰角方向Ｙにおいて所定の角度範囲（即ち、−９０°以上０°以下）で回動させるとともに、方位角方向Ｘにおいて回動させることにより、地表面より上の全空間のビームスキャン（即ち、ボリュームスキャン）を行うことが可能になる。従って、ボリュームスキャンを行う際の、時間・空間分解能を飛躍的に向上させることが可能になり、結果として、高時間・高空間分解能で、ボリュームスキャンを行うことができるレーダー装置５０を提供することが可能になる。

具体的には、第１の実施形態におけるレーダー装置５０は、例えば、ボリュームスキャンを１分間で行う場合、方位角方向Ｘ（３６０°）、仰角方向Ｙ（９０°）の各々を、３°毎に観測することができる。即ち、レーダー装置５０は、３６００ポイントの観測セグメントからなる方位角分解能（空間座標系を極座標（γ、θ、φ）で定義する場合の、方位角方向φ、および仰角方向θにおける分解能）を実現することができる。また、レーダー装置５０は、レンジ方向においては、２．５ｍのレンジ分解能で、３２０００ポイントの観測セグメントを実現することが可能になる。このため、３６００×３２０００ポイントの観測セグメントに空間を分解して、１分間でボリュームスキャンを行うことが可能になる。このように、第１の実施形態におけるレーダー装置５０によれば、高時間・高空間分解能で、ボリュームスキャンを行うことが可能になる。

（２）第１の実施形態においては、ボリュームスキャンを行うための大掛かりな駆動機構が不要になるため、電波レンズアンテナ装置１の構造が簡素化され、簡単な構成で、ボリュームスキャンを行うことが可能になる。また、電波レンズアンテナ装置１のコストアップを抑制することができるとともに、小型軽量化を図ることができる。

（３）第１の実施形態においては、信号処理部５２により、帯域幅が５ＭＨｚ〜２００ＭＨｚの範囲で設定可能な帯域幅を有するパルス圧縮変調信号が生成されるとともに、当該パルス圧縮変調信号が、発信器６０により、１ＧＨｚ〜２０ＧＨｚの中心周波数を有する信号へと周波数アップコンバートされ、高周波電波（ＲＦ波）９０として、空間へ向けて出力される構成としている。このような構成により、例えば、帯域幅が６０ＭＨｚのパルス圧縮変調信号を生成する場合に、上述の、２．５ｍという高レンジ分解能を実現させることが可能になる。また、第１の実施形態におけるレーダー装置５０は、降雨粒子、雲、乱流（風）以外に、竜巻観測にも使用することが可能である。竜巻は、その規模にもよるが、２０〜３０ｍのスケールを有する場合もある。従って、例えば、帯域幅が５ＭＨｚ（レンジ分解能が３０ｍに相当）のパルス圧縮変調信号を生成することにより、２０ｍ〜３０ｍスケールの竜巻の観測に有用なレーダー装置５０を提供することができる。

（４）第１の実施形態においては、上述のごとく、信号処理部５２が、周波数チャープを用いてパルス圧縮変調を施したパルス圧縮信号を発生し、アップチャープと、ダウンチャープを送信パルス毎に交互に発生する構成となっている。このような構成により、レンジ方向におけるレンジ分解能を向上させることが可能になる。また、アップチャープとダウンチャープを送信パルス毎に交互に発生させることにより、オーバーラップによる観測エラーを抑制することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図５は、本発明の第２の実施形態に係るレーダー装置における電波レンズアンテナ装置の全体構成を示す概略図である。図６は、図５に示す電波レンズアンテナ装置における一次放射器の回動機構を説明するための概略図である。また、図７は、図６の上面図であり、図８は、図６を送信用の電波レンズの焦点部に配置される一次放射器側から見た場合の側面図である。なお、上記第１の実施形態と同様の構成部分については同一の符号を付してその説明を省略する。また、電波レンズアンテナ装置を使用したレーダー装置の全体構成についても、上述の第１の実施形態と同様であるため、ここでは詳しい説明を省略する。

第２の実施形態においては、方位角方向Ｘ、および仰角方向Ｙにおける、一次放射器４，５の回動機構が、上述の第１の実施形態における電波レンズアンテナ装置１と異なる点に特徴がある。図５に示すように、第２の実施形態における電波レンズアンテナ装置２２は、一次放射器４，５を保持する保持部材としてのアーム２３，２４を備える。一次放射器４，５は、それらが電波レンズ２，３の焦点部にそれぞれ配置された状態を維持しながら仰角方向Ｙにおいて回動自在となるように、アーム２３，２４に保持されている。なお、アーム２３，２４は、上述のアーム１２と同様に、軽量な材料により形成されているものであれば、特に限定されない。例えば、金属製や木製のアーム２３，２４が使用できる。

また、図６に示すように、電波レンズアンテナ装置２２は、正逆方向に回転可能なモータ２５と、当該モータ２５に接続され、モータ２５により正逆方向に回転させられる軸部２６とを備えている。そして、このモータ２５と軸部２６により、テーブル８を駆動するための駆動手段が構成されている。

また、図６に示すように、電波レンズアンテナ装置２２は、正逆方向に回転可能なモータ２７と、当該モータ２７に接続され、モータ２７により正逆方向に回転させられる軸部２８と、軸部２８に接続され、モータ２７により正逆方向に回転させられる軸部２９とを備えている。そして、このモータ２７と軸部２８，２９により、アーム２３，２４を駆動するための駆動手段が構成されている。

なお、図５、図６に示すように、モータ２５，２７は土台部３０の内部に設けられたモータ収納部３５に収納されており、軸部２６，２８の一部は、土台部３０の内部からテーブル８の上方へ向けて突設されている。また、図５、図６に示すように、軸部２６は、テーブル８に取り付けられており、軸部２６が正逆方向に回転すると、テーブル８が回動する構成となっている。また、図５、図６に示すように、一次放射器４，５を保持するアーム２３，２４は、軸部２６に固定された支持部材３９により回動自在に支持されている。

そして、スキャンを行う際には、制御手段として設けられたコンピュータ（不図示）によりモータ２５が駆動され、それによってモータ２５の軸部３６が回転すると、モータ２５の軸部３６に接続された駆動ギア３７と、軸部２６に設けられ、駆動ギア３７と噛合する軸部ギア３８とを介して、モータ２５の駆動力が軸部２６に伝達される。その結果、モータ２５の駆動力が当該軸部２６を介してテーブル８に伝達される。そして、テーブル８が、電波レンズ２，３の中心軸Ａに垂直な軸Ｂを回動軸として、上述の方位角方向Ｘに回動する。

また、上述のごとく、一次放射器４，５はそれぞれアーム２３，２４に保持されるとともに、アーム２３，２４はテーブル８に取り付けられた支持部材３９により支持されている。従って、一次放射器４，５の各々は、テーブル８の方位角方向Ｘにおける回動動作に連動して、電波レンズ２，３の中心軸Ａに垂直な軸Ｂを回動軸として方位角方向Ｘに回動する。このため、上述の第１の実施形態の場合と同様に、方位角方向Ｘの全てにおいて、ボリュームスキャンを行うことが可能になる。

また、アーム２３，２４は、上述の第１の実施形態において説明したアーム１２と同様に、電波レンズ２，３の中心軸Ａを回動軸として、上述の仰角方向Ｙに回動可能に設けられている。より具体的には、上述のコンピュータ（不図示）によりモータ２７が駆動され、それによりモータ２７の軸部４０が回転すると、モータ２７の軸部４０に接続された駆動ギア４１と、軸部２８に設けられ、駆動ギア４１と噛合する軸部ギア４２とを介して、モータ２７の駆動力が軸部２８に伝達される。ここで、図６、図７に示すように、軸部２８には円環状ギア４３が設けられ、その円環状ギア４３には駆動ギア４４が噛合されている。円環状ギア４３及び駆動ギア４４は、かさ歯車機構を構成している。また、駆動ギア４４には、上述の軸部２９が、駆動ギア４４と一体となって正逆方向に回転するように設けられている。軸部２９には、アーム２３，２４の表面に形成されたギア４５と噛合する軸部ギア４６が設けられている。従って、軸部２８に伝達されたモータ２７の駆動力が、円環状ギア４３と駆動ギア４４とを介して軸部２９に伝達されると、その駆動力は、軸部ギア４６及びギア４５を介してアーム２３，２４に伝達される。そうすると、アーム２３，２４が回動するとともに、アーム１２の回動動作に連動して、アーム２３，２４に保持された一次放射器４、５が、電波レンズ２、３の中心軸Ａを回動軸として、上述の仰角方向Ｙに回動する構成となっている。

例えば、一次放射器４については、仰角方向Ｙにおいて、水平方向Ｚを０°とした時に、図８に示す、水平方向Ｚをスキャンする状態から、図９に示す、天頂方向Ｃをスキャンする状態（即ち、−９０°回動した状態）まで回動可能となるように構成することができる。この場合、軸部ギア４６が、仰角方向Ｙにおいて時計回りの方向（図８に示す矢印Ｅの方向）に回転すると、アーム２３が、中心軸Ａを回動軸として、仰角方向Ｙにおいて時計回りの方向（図８に示す矢印Ｆの方向）に回動することになる。

なお、第２の実施形態においても、図５に示すように、上述の第１の実施形態の場合と同様に、図３において説明した一次放射器４，５を収納するための収納部１７，１８と同様の収納部４７，４８を、電波レンズ２，３を支持する支持部材６，７にそれぞれ形成することにより、一次放射器４と支持部材６との干渉、ならびに一次放射器５と支持部材７との干渉を回避することができる。

そして、第２の実施形態においても、上述の第１の実施形態の場合と同様に、一次放射器４，５を、仰角方向Ｙにおいて、水平方向を０°、鉛直方向下向きを−９０°とした時に、中心軸Ａを回動軸として、−９０°以上９０°以下の回動が可能となるように設けることにより、簡単な構成で、複雑なボリュームスキャンを容易に行うことが可能になる。

以上の構成により、第２の実施形態における電波レンズアンテナ装置２２を使用したレーダー装置においても、上述の第１の実施形態において説明したレーダー装置５０における（１）〜（４）の利点と同様の利点を得ることができる。

なお、モータ２５を駆動すると、上述のごとく、電波レンズ２，３の中心軸Ａに垂直な軸Ｂを回動軸としてテーブル８が方位角方向Ｘに回動する。この場合、モータ２７を駆動せず、モータ２７の駆動力が軸部２８に伝達されないときであっても、モータ２５により発生された回転トルクにより、駆動ギア４４が軸部２９を回転軸として回転することがある。その結果、駆動ギア４４を介して軸部２９および軸部ギア４６が回転するため、アーム２３，２４が回動するとともに、アーム２３，２４に保持された一次放射器４、５が、仰角方向Ｙに回動する。従って、この場合、モータ２５の駆動力により回転する軸部２６の回転方向と逆方向に軸部２８が回転するようにモータ２７を駆動することにより、アーム２３，２４に保持された一次放射器４，５の仰角方向Ｙにおける回動動作を制御することが可能になる。

より具体的には、例えば、図８に示す状態において、モータ２５の駆動により軸部２６が図７に矢印Ｇで示す時計回りの方向に回転すると、モータ２５により発生された回転トルクにより駆動ギア４４が図８に矢印Ｅで示す時計回りの方向に回転する。すると、アーム２３が、中心軸Ａを回動軸として、仰角方向Ｙにおいて図８に矢印Ｆで示す時計回りの方向に回動することになる。この際、軸部２８が軸部２６の回転方向と逆方向（図７に矢印Ｈで示す反時計回りの方向）に回転するようにモータ２７を駆動することにより、駆動ギア４４が図８に矢印Ｅで示す方向と逆の方向（図８において反時計回りの方向）に回転する。このため、駆動ギア４４において、モータ２５により発生された回転トルクによる回転方向と、モータ２７の駆動による回転方向とが逆向きになる。従って、駆動ギア４４に作用するモータ２５の回転トルクが減少し、アーム２３，２４に保持された一次放射器４、５の仰角方向Ｙにおける回動動作（または、回動速度）を制御することが可能になる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の設計変更をすることが可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。

例えば、上述の実施形態においては、１個の発信器６０が、パルス圧縮変調信号を１ＧＨｚ〜２０ＧＨｚの中心周波数を有する信号へと周波数アップコンバートし、受信されたＲＦ信号を周波数ダウンコンバートする構成としたが、本発明のレーダー装置は、複数の発信器を備えても良い。例えば、図１０に示すように、レーダー装置５０において、送信部５３が、パルス圧縮変調信号を周波数アップコンバートし、受信されたＲＦ信号を周波数ダウンコンバートするための他の発信器６４を更に備えても良い。この場合、発信器６０により周波数アップコンバートされたパルス圧縮変調信号が、送信部５３に設けられた他のミキサ６５に入力される。次いで、ミキサ６５に入力されたパルス圧縮変調信号は、他の発信器６４により、再度、周波数アップコンバートされ、１ＧＨｚ〜２０ＧＨｚの中心周波数を有する信号になる。例えば、上述の、図４に示すレーダー装置５０は、発信器６０により１５ＧＨｚの信号を発信している場合について説明したが、図１０に示すレーダー装置５０においては、発信器６０により２ＧＨｚの信号を発信させるとともに、他の発信器６４により１３ＧＨｚの信号を発信させ、合わせて１５ＧＨｚの信号を発信させてもよい。この場合、増幅器６１は、周波数アップコンバートされたパルス圧縮変調信号を増幅してＲＦ信号を生成し、当該ＲＦ信号をアンテナ部５１の一次放射器４に送り出す。そして、一次放射器４は、当該ＲＦ信号を高周波電波（ＲＦ波）９０として送信用の電波レンズ２を経由して空間へ向けて放射する。また、受信部５４に入力されたＲＦ信号は、増幅器６２により増幅され、その増幅されたＲＦ信号は、受信部５４に設けられた他のミキサ６６に入力される。そして、発信器６４は、ミキサ６６に入力された高周波信号をＩＦ信号へと周波数ダウンコンバートする。次いで、発信器６０は、ミキサ６３に入力されたＩＦ信号を、再度、周波数ダウンコンバートし、当該ダウンコンバータされたＩＦ信号をアナログ信号として信号処理部５２に送り出す。次いで、信号処理部５２に送り出されたＩＦ信号は、信号処理部５２のＡ／Ｄ変換器５８に入力される。Ａ／Ｄ変換器５８は、パルス圧縮復調を行ってアナログ信号（ＩＦ信号）をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号をＣＰＵ５５へと出力する。このような構成では、パルス圧縮変調信号が、複数回のステップにより所望の中心周波数を有する信号に周波数アップコンバートされるとともに、受信されたＲＦ信号が複数回のステップにより周波数ダウンコンバートされる。従って、１個の発信器のみを使用する場合に比し、所望の中心周波数を有する信号への周波数アップコンバート、及び周波数ダウンコンバートを容易に行うことが可能になる。なお、電波レンズアンテナ装置２２を使用したレーダー装置においても、上述の他の発信器６４を更に設けることにより、レーダー装置５０と同様の利点を得ることができる。

また、上述の実施形態においては、電波レンズアンテナ装置１において、１個の送信用の一次放射器４と１個の受信用の一次放射器５をアーム１２に保持する構成としたが、アーム１２を仰角方向Ｙに屈曲させて延設するとともに、複数の一次放射器４、５を仰角方向Ｙに沿って設け、アーム１２の延設部分に保持する構成としても良い。例えば、図１１に示すように、仰角方向Ｙに屈曲されたアーム１２の延設部分２０に、３個の受信用の一次放射器５を保持する構成とすることができる。このような構成により、仰角方向Ｙにおいて、複数の信号を同時に送受信することが可能になる。従って、複数のセグメントを同時に測定することが可能になるため、収集されるデータの同時性の向上を図ることができるとともに、仰角方向Ｙにおけるスキャンの時間を短縮することが可能になる。なお、複数の受信用の一次放射器５により、複数の信号を同時に受信する場合は、例えば、仰角方向Ｙにおいて５°間隔で、複数個（例えば、１５個）の一次放射器５を設けることができる。なお、電波レンズアンテナ装置２２において、複数の一次放射器４，５を仰角方向Ｙに沿ってアーム２３，２４に保持しても、同様の利点を得ることができる。また、この場合、上述の図１０において説明した、他の発信器６４を更に設ける構成としても良い。

また、上述のアーム１２，２３，２４を、導波管により構成することもできる。一般に、導波管は、同軸ケーブルに比し、高周波伝送損失が少なく、また機械的強度に優れている。各実施形態においては、上述のごとく、一次放射器４，５は、送信部５３、受信部５４にそれぞれ接続される。このため、アーム１２，２３，２４として導波管を用いるとともに、当該導波管を一次放射器４、５と接続することにより、アーム１２，２３，２４を、低損失な伝送路として使用することができる。また、一次放射器４，５との接続用の同軸ケーブルが不要になるため、省スペース化を図ることができる。

また、図１２に示すように、一次放射器４，５を保持するとともに、電波レンズ２，３の中心点を結ぶ軸Ａを回動軸として仰角方向Ｙに回動可能な複数のアーム１２（図１２においては、２個）を設ける構成としても良い。この場合、例えば、図１２に示すように、一次放射器４，５を保持する保持部材であるアーム２１は、テーブル８に取り付けられた支持部材３１の軸部３２に取り付けられることにより、当該支持部材３１により回動自在に支持されている。また、図１２に示す駆動手段３４は、アーム２１を駆動するための駆動源であり、正逆方向に回転可能なモータ３３と、当該モータ３３に接続され、モータ３３により正逆方向に回転させられる上述の軸部３２とを備えている。そして、上述のコンピュータにより、モータ３３が駆動し、軸部３２が回転すると、モータ３３の駆動力が、軸部３２を介してアーム２１に伝達される。そうすると、当該アーム２１が回動するとともに、アーム２１の回動動作に連動して、アーム２１に保持された一次放射器４，５が、電波レンズ２，３の中心軸Ａを回動軸として、上述の仰角方向Ｙに回動する構成となっている。

なお、上述の支持部材３１を設ける代わりに、駆動手段３４を、支持部材１３に設ける構成としても良い。また、アーム２１（または、アーム２１に保持された一次放射器４，５）は、上述のアーム１２（または、アーム１２に保持された一次放射器４，５）と同様に構成されている。即ち、スキャンを行う際に、アーム２１は、電波レンズ２，３の中心軸Ａを中心として、仰角方向Ｙにおいて、−９０°以上９０°以下の回動が可能となるように構成されている。さらに、送信部５３は、切替手段であるスイッチ（不図示）を介して、アーム１２の一次放射器４とアーム２１の一次放射器４に接続され、コンピュータからの切替信号により、いずれか一方の一次放射器４を選択できる構成となっている。また、同様に、受信部５４は、切替手段であるスイッチ（不図示）を介して、アーム１２の一次放射器５とアーム２１の一次放射器５に接続され、コンピュータからの切替信号により、いずれか一方の一次放射器５を選択できる構成となっている。なお、上述のスイッチは電子スイッチであるため、その切替に要する時間は、機械的動作に比し、充分に無視できるほど高速である。また、当該スイッチは、一次放射器４，５と送信部５３の間や、一次放射器４，５と受信部５４の間に設けることができる。

そして、例えば、アーム１２を第一の基準位置（仰角０度）に配置するとともに、アーム２１を第２の基準位置（仰角４５度）に配置し、かつ、テーブル８を方位角基準位置（方位角０度）に配置した状態でボリュームスキャンを開始する。より具体的には、まず、上述のスイッチにより、アーム１２に取り付けられた一次放射器４，５が選択された状態でテーブル８を方位角方向Ｘに回動させ、方位角方向Ｘにおいて１度毎（仰角０度固定）にスキャンを行う。そして、方位角方向Ｘが３５９度回動し、３６０度（即ち、上述の方位角基準位置）に回動するまでの間に、スイッチにより、アーム２１に取り付けられた一次放射器４，５が選択される。次いで、仰角４５度固定で、方位角基準位置から３６０度まで１度毎にスキャンを行う。そして、アーム２１によるスキャンが行われている間に、アーム１２を仰角方向Ｙに１度回動させ、第３の基準位置（仰角１度）に配置しておく。次いで、テーブル８が３５９度回動し、３６０度（即ち、上述の方位角基準位置）に回動するまでの間に、上述のスイッチにより、再びアーム１２の一次放射器４，５が選択される。次いで、仰角１度固定で、方位角基準位置から３６０度まで１度毎にスキャンを行う。そして、アーム１２によるスキャンが行われている間に、アーム２１を仰角方向に１度回動させ、第４の基準位置（仰角４６度）に配置しておく。そして、以下同様の切り替えを行いながら、２個のアーム１２，２１を回動させてスキャンを行う。このような構成により、テーブル８の方位角方向Ｘの回動は止める必要が無く、加減速もともなわないため、アーム１２のみを設ける場合に比し、スキャン時間を短縮することができる。このため、高速なビームスキャンが可能となる。

また、上述の実施形態においては、レドーム１９をテーブル８により支持する構成としたが、図１３に示すように、テーブル８、駆動手段９、および土台部３０をレドーム１９の内部に収納し、電波レンズアンテナ装置１の全体を当該レドーム１９により覆う構成としても良い。このような構成により、テーブル８上の重量が軽減されるため、当該テーブル８を回動する際の、駆動手段９に対する負荷が軽減されるとともに、電波レンズアンテナ装置１の外観が向上する。また、同様に、図１１に示す電波レンズアンテナ装置２２においても、テーブル８、モータ収納部３５、および土台３０をレドーム１９の内部に収納し、電波レンズアンテナ装置２２の全体を当該レドーム１９により覆う構成とすることにより、同様の利点を得ることができる。

また、図１４に示すように、テーブル８の中央部に、テーブル８の上部と下部にわたって高周波信号の伝送を行う同軸ケーブルや導波管と接続されるコネクタ７０を備えるロータリージョイント７１を設け、同軸ケーブルや導波管の絡みやねじれの発生を効果的に抑制する構成としても良い。また、当該ロータリージョイント７１に、コネクタ７２を備えるスリップリング７３を組み合わせることにより、例えば、駆動用の電源をテーブル８の下方に設けた場合であっても、テーブル８の上方に設けられたアーム１２の駆動手段１５におけるモータ１６に対して、効率良く電力を供給することが可能になる。

また、上述の実施形態における送信用の電波レンズ２と送信用の一次放射器４を受信用に使用（または、受信用の電波レンズ３と受信用の一次放射器５を送信用に使用）することにより、２個の電波レンズ２，３および２個の一次放射器４，５を受信用（または送信用）として使用する構成としても良い。このような構成により、電波レンズアンテナ装置１の利得が２倍になるとともに、ビーム幅がシャープになる。

また、図４において説明した送信部５３や受信部５４等を、テーブル８上の空きスペースに設ける構成とすることができる。このような構成により、スペースの有効活用を図ることができ、レーダー装置５０の小型化を図ることが可能になるとともに、電波レンズアンテナ装置１と、送信部５３及び受信部５４との間の損失を抑制することができる。従って、観測レンジの向上を実現することが可能になる。

また、一次放射器４，５を保持するアーム１２を、略コ字形状に形成する構成としたが、送信用の電波レンズ２の焦点部に受信用の一次放射器４を配置することができ、かつ、受信用の電波レンズ３の焦点部に送信用の一次放射器５を配置することができれば、当該アーム１２の形状は、特に限定されない。例えば、アーム１２を、略円弧形状に形成することができる。

また、収納部１７，１８を、断面略コ字形状に形成する構成としたが、一次放射器４と支持部材６、または一次放射器５と支持部材７の干渉を回避することができれば、当該収納部１７，１８の形状は、特に限定されない。例えば、当該収納部１７、１８を、断面略円弧形状に形成することができる。

また、図１５に示すように、一次放射器４が、電波レンズ２の焦点部に配置された状態を維持しながら、および一次放射器５が、電波レンズ３の焦点部に配置された状態を維持しながら、仰角方向Ｙにおいて移動自在となるように、当該一次放射器４，５を支持する支持部材であるレール８０，８１を設ける構成としても良い。この場合、図１５に示すように、一次放射器４を支持するレール８０は、テーブル８に取り付けられた支持部材８２に固定されたアーム８３と、支持部材６とに取り付けられており、また、一次放射器５を支持するレール８１は、アーム８３と支持部材７とに取り付けられる。そして、スキャンを行う際には、電波レンズ２の焦点部に配置された一次放射器４、および電波レンズ３の焦点部に配置された一次放射器５の各々が、レール８０，８１に沿って仰角方向Ｙに移動するとともに、テーブル８の回動動作に連動して、中心軸Ａに垂直な軸Ｂを回動軸として、方位角方向Ｘに回動する構成となっている。このような構成により、上述の図４において説明したレーダー装置５０と同様の利点を得ることができる。

なお、この場合、一次放射器４，５を、仰角方向Ｙにおいて、水平方向を０°、鉛直方向下向きを−９０°とした時に、中心軸Ａを回動軸として、−９０°以上９０°以下の回動が可能となるように設けることにより、簡単な構成で、複雑なボリュームスキャンを容易に行うことが可能になる。また、上述の図１において説明した電波レンズアンテナ装置１と同様に、電波レンズ２，３を支持する支持部材６，７の各々に、一次放射器４，５を収納するための収納部１７，１８を形成する構成としても良い。また、一次放射器４，５の各々を、仰角方向Ｙにおいて、複数個設けることにより、仰角方向Ｙにおいて、複数の信号を同時に送受信することが可能になるため、収集されるデータの同時性の向上を図ることができるとともに、仰角方向Ｙにおけるスキャンの時間を短縮することが可能になる。

また、上述の実施形態においては、信号処理部５２に、Ｄ／Ａ変換器５７、およびＡ／Ｄ変換器５８を各々１個設ける構成としたが、少なくとも１個のＤ／Ａ変換器と、少なくとも１個のＡ／Ｄ変換器が設けられていれば良い。

また、上記実施形態においては、電波レンズアンテナ装置１，２２を使用したレーダー装置として、気象レーダー装置を例に挙げて説明したが、電波レンズアンテナ装置１，２２は、他のレーダー装置に使用できることは言うまでもない。例えば、地表からの放射・吸収の影響を直接的に受ける大気層における大気運動（風や乱流）を観測して、高度毎の風向・風速分布の観測をするための風速レーダーに使用することができる。

本発明の活用例としては、電波レンズアンテナ装置を介して、高周波電波の送受信を行うレーダー装置が挙げられる。

本発明の第１の実施形態に係るレーダー装置における電波レンズアンテナ装置の全体構成を示す概略図である。 本発明の第１の実施形態に係るレーダー装置における電波レンズアンテナ装置の一次放射器の回動動作を説明するための図であり、図１の電波レンズアンテナ装置を送信用の電波レンズ側から見た場合の図である。 本発明の第１の実施形態に係るレーダー装置における電波レンズアンテナ装置の電波レンズを支持する支持部材を説明するための概略図である。 第１の本実施形態に係るレーダー装置の全体構成を示す概略図である。 本発明の第２の実施形態に係るレーダー装置における電波レンズアンテナ装置の全体構成を示す概略図である。 図５に示す電波レンズアンテナ装置における一次放射器の回動機構を説明するための概略図である。 図６の上面図である。 図６を受信用の電波レンズの焦点部に配置される一次放射器側から見た場合の側面図である。 仰角方向において、一次放射器を、天頂方向をスキャンする状態まで回動した状態を示す図である。 本実施形態に係るレーダー装置の変形例の全体構成を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る電波レンズアンテナ装置の変形例を示す概略図であり、一次放射器を、仰角方向において、複数個設けた状態を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るレーダー装置における電波レンズアンテナ装置の変形例を示す概略図であり、アームを複数個設けた状態を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るレーダー装置における電波レンズアンテナ装置の変形例を示す概略図であり、電波レンズアンテナ装置の全体をレドームにより覆う状態を示す図である。 本発明の実施形態に係るレーダー装置における電波レンズアンテナ装置において、ロータリージョイントを設けた状態を示す図である。 本発明の実施形態に係るレーダー装置における電波レンズアンテナ装置の変形例を示す概略図である。

Claims (6)

1. デジタル波形データをアナログ波形データに変換してパルス圧縮変調信号を生成する少なくとも１個のＤ／Ａ変換器と、受信されたアナログ信号をデジタル信号に変換してパルス圧縮復調を行う少なくとも１個のＡ／Ｄ変換器とを有する信号処理部と、
   前記信号処理部により生成された前記パルス圧縮変調信号を周波数アップコンバートするための少なくとも１個の発信器と、周波数アップコンバートされた前記パルス圧縮変調信号を増幅してＲＦ信号を生成する第１の増幅器とを有する送信部と、
   前記送信部により生成されたＲＦ信号をＲＦ波として空間へ向けて放射するとともに、前記空間で反射または散乱されて戻ってくるＲＦ波をＲＦ信号として受信するアンテナ部と、
   前記アンテナ部により受信されたＲＦ信号を増幅する第２の増幅器を有し、前記第２の増幅器により増幅されたＲＦ信号を前記少なくとも１個の発信器により周波数ダウンコンバートしてＩＦ信号を生成するとともに、前記ＩＦ信号を前記アナログ信号として前記信号処理部に供給する受信部と
   を備えるレーダー装置において、
   前記アンテナ部は、
   第１及び第２の電波レンズであって、第１及び第２の電波レンズの各々は半径方向に所定の割合で変化する比誘電率を有するように誘電体を用いて球形状に形成されるとともに焦点部を有する、第１及び第２の電波レンズと、
   前記第１及び第２の電波レンズの焦点部にそれぞれ配置された第１及び第２の一次放射器とを有し、
   前記第１及び第２の一次放射器は、前記第１及び第２の電波レンズの各々の中心点を結ぶ第１の軸を回動軸として仰角方向に回動するとともに、前記第１の軸に垂直な第２の軸を回動軸として方位角方向に回動するように構成され、
   さらに、前記アンテナ部は、
   前記第１及び第２の一次放射器を前記仰角方向に回動可能に保持する保持部材と、
   前記保持部材を回動自在に支持する支持部材と、
   前記支持部材が固定され、かつ、前記第２の軸を回動軸として前記方位角方向に回動可能に設けられた回動部材と、
   前記第１及び第２の電波レンズを下方から支持するレンズ支持部材と、
   前記保持部材として、送信用の前記第１の電波レンズの焦点部に配置された送信用の前記第１の一次放射器を保持する第１の保持部材と、受信用の前記第２の電波レンズの焦点部に配置された受信用の前記第２の一次放射器を保持する第２の保持部材と、
   前記第１及び第２の保持部材が接続された保持部材用回転軸部と、
   前記回動部材が接続された回動部材用回転軸部と、
   前記第１及び第２の保持部材を駆動するための第１のモータと、
   前記回動部材を駆動するための第２のモータとを有し、
   前記レンズ支持部材には、前記第１及び第２の一次放射器を収納するための収納部が形成され、
   前記保持部材用回転軸部は、前記第１及び第２の電波レンズの下方に設けられ、かつ、前記第１の軸に平行な方向を回転中心として回転可能に設けられ、
   前記回動部材用回転軸部は、前記第１及び第２の電波レンズの下方に設けられ、かつ、前記第２の軸を回転中心として回転可能に設けられ、
   前記第１のモータの駆動力が保持部材駆動用ギア及び前記保持部材用回転軸部を介して前記第１及び第２の保持部材に伝達されることによって、前記第１及び第２の保持部材が前記第１の軸を回動中心とする回動動作を行うとともに、前記第１及び第２の一次放射器が前記第１及び第２の保持部材の回動動作に連動して前記仰角方向に回動し、
   前記第２のモータの駆動力が回動部材駆動用ギア及び前記回動部材用回転軸部を介して前記回動部材に伝達されることによって、前記回動部材が前記第２の軸を回動中心とする回動動作を行うとともに、前記第１及び第２の一次放射器が前記回動部材の回動動作に連動して前記方位角方向に回動する
   ことを特徴とするレーダー装置。
2. 前記保持部材駆動用ギアは、
   前記第１のモータの軸部に接続された第１の駆動ギアと、
   前記第２の軸に平行な方向を回転中心として回転可能な中継用軸部に設けられ、かつ、前記第１の駆動ギアに噛み合う第１の軸部ギアと、
   前記中継用軸部に設けられた円環状ギアと、
   前記保持部材用回転軸部に設けられ、かつ、前記円環状ギアに噛み合う第２の駆動ギアと、
   前記保持部材用回転軸部に設けられた第２の軸部ギアと、
   前記第１及び第２の保持部材の表面に形成され、かつ、前記第２の軸部ギアに噛み合う保持部材側ギアとを含み、
   前記回動部材駆動用ギアは、
   前記第２のモータの軸部に接続された第３の駆動ギアと、
   前記回動部材用回転軸部に設けられ、かつ、前記第３の駆動ギアに噛み合う第３の軸部ギアとを含み、
   前記円環状ギア及び前記第２の駆動ギアが、かさ歯車機構を構成している
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーダー装置。
3. 前記送信部が、前記パルス圧縮変調信号を周波数アップコンバートし、前記受信されたＲＦ信号を周波数ダウンコンバートするための他の発信器を更に有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダー装置。
4. 前記信号処理部が、５ＭＨｚ〜２００ＭＨｚの範囲で設定可能な帯域幅を有する前記パルス圧縮変調信号を生成し、前記少なくとも１個の発信器が、前記パルス圧縮変調信号を１ＧＨｚ〜２０ＧＨｚの中心周波数を有する信号へと周波数アップコンバートすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のレーダー装置。
5. 前記信号処理部が、周波数チャープを用いてパルス圧縮変調を施すことにより前記パルス圧縮変調信号を生成し、アップチャープとダウンチャープとを送信パルス毎に交互に繰り返すことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のレーダー装置。
6. 前記第１及び第２の電波レンズのうち少なくとも１つの電波レンズの焦点部に、前記仰角方向に沿って配置された少なくとも１つの第３の一次放射器を更に備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のレーダー装置。

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