JP5727146B2

JP5727146B2 - レーダアンテナ装置、レーダアンテナ駆動ユニットおよび船舶レーダアンテナ用電力供給装置

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Publication number: JP5727146B2
Application number: JP2010024518A
Authority: JP
Inventors: 正則須藤; 横井　行雄; 行雄横井; 明彦谷屋
Original assignee: Japan Radio Co Ltd; Nagano Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd; Nagano Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2010-02-05
Filing date: 2010-02-05
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2030-02-05
Also published as: JP2011166885A

Description

本発明は、アンテナ支持部とアンテナ支持部を駆動する手段とを備えるレーダアンテナ装置、レーダアンテナ装置とその電力供給手段とを備えるレーダアンテナ駆動ユニット、およびレーダアンテナ装置に電力を供給するレーダアンテナ用電力供給装置に関する。

地上から上空の航空機を検出する航空機レーダシステム、海、湖沼、河川等における障害物を検出する船舶レーダシステム等が広く用いられている。このようなレーダシステムには、アンテナを回転駆動し、アンテナの指向性最大方向を物標検出平面内で回転させつつ電磁波を送受信するものがある。図９にレーダシステムの一部をなすレーダアンテナ駆動ユニットの構成を示す。このレーダアンテナ駆動ユニットは、操作パネルおよび表示画面等を備える指示機と組み合わされることでレーダシステムを構成する。図９に示すように、アンテナ９０はアンテナ支持台９２に取り付けられている。固定ユニット９４はアンテナ支持台９２に取り付けられた回転支柱９６に回転力を与え、アンテナ支持台９２を回転させる。これによって、アンテナ９０はアンテナ支持台９２と共に回転する。

なお、以下の特許文献１および２には、アンテナを回転駆動するレーダシステムについて記載されている。特許文献３には、アンテナの固定部から回転部に電力を供給する装置について記載されている。非特許文献１には、本発明に関連する電力供給技術について記載されている。

特開平１０−２５３７５２号公報特開２００１−２１１０１３号公報特開平１０−２７０２７２号公報

野澤哲生，"コイル間の効率は９８％以上長野日本無線が無線給電装置を公開１対Ｎ型での高い伝送効率実現も視野に"，日経エレクトロニクス，２００９年１０月５日，第１０１４号，ｐ．１２−１３

図９のレーダアンテナ駆動ユニットでは、アンテナ９０を介して電磁波を送受信する送受信部９８が、アンテナ支持台９２に搭載されている。このような構成では、固定ユニット９４が静止している一方で、送受信部９８がアンテナ支持台９２と共に回転する。したがって、固定ユニット９４から送受信部９８に電源電力を供給する場合、固定ユニット９４から送受信部９８に電源電力を供給する回路の機械的な構造が複雑となる。例えば、図９のレーダシステムでは、回転支柱９６周りのスリップリング１０２およびブラシ１０６が用いられている。ブラシ１０６には、固定ユニット９４から電力を導く電力供給ケーブル１０４が接続され、スリップリング１０２には送受信部９８に電源電力を導く電力供給ケーブル１００に接続されている。これは、スリップリング１０２とブラシ１０６とがスライド接触することで、固定ユニット９４から送受信部９８に電源電力が供給されるものであり、電力供給のための構造は複雑である。

本発明はこのような課題に対してなされたものである。すなわち、レーダアンテナを駆動する装置において、アンテナと共に動力が与えられる装置に電源電力を供給する機械的な構造を簡素化することを目的とする。

本発明は、アンテナを支持するアンテナ支持部と、前記アンテナ支持部に動力を与えるアンテナ駆動部と、を備えるレーダアンテナ装置において、前記アンテナ支持部に設けられ、前記アンテナに送信信号を出力し、前記アンテナで受信された受信信号を取得する送受信部を備え、前記アンテナ支持部は、受信側コイルと、磁界発生装置が備える送信側共振回路と共鳴する受信側共振回路を、前記受信側コイルと共に形成し、前記磁界発生装置から共鳴によって得られた電力を前記送受信部へと導く電力伝送部と、を備え、前記電力伝送部は、可変容量コンデンサと、前記磁界発生装置との間の通信によって、前記送信側共振回路が備える送信側コイルについての反射電力計測値を取得する通信部と、前記反射電力計測値に基づいて前記可変容量コンデンサの容量を制御し、前記受信側共振回路と前記送信側共振回路とを共鳴させる共振制御部と、を備えることを特徴とする。望ましくは、前記電力伝送部は、前記反射電力計測値に加えて、前記受信側コイルによる受信電力に基づいて前記可変容量コンデンサの容量を制御する。

また、本発明に係るレーダアンテナ装置においては、前記送受信部は、前記磁界発生装置から共鳴によって得られた交流電力に含まれる変調成分を抽出する変調成分抽出手段と、前記送受信部に対する制御情報を前記変調成分から抽出する制御情報抽出手段と、を備えることが好適である。

また、前記レーダアンテナ装置と、前記磁界発生装置とを備える、本発明に係るレーダアンテナ駆動ユニットにおいては、前記磁界発生装置は、交流電圧を生成する電圧生成部と、前記電圧生成部が生成した交流電圧を、前記送受信部に対する制御情報を含む制御信号によって変調する変調部と、前記送信側共振回路を形成し、前記変調部によって変調処理が施された交流電圧に基づく電力を共鳴によって前記電力伝送部へと導く共鳴伝送部と、を備えることが好適である。

また、本発明は、アンテナと、前記アンテナに送信信号を出力し、前記アンテナで受信された受信信号を取得する送受信部と、を備える船舶レーダアンテナ装置と共に用いられ、前記送受信部に電力を供給する船舶レーダアンテナ用電力供給装置において、交流電圧を生成する電圧生成部と、送信側コイルと、前記船舶レーダアンテナ装置が備える受信側共振回路と共鳴する送信側共振回路を、前記送信側コイルと共に形成し、交流電圧に基づく電力を共鳴によって前記船舶レーダアンテナ装置へと導く共鳴伝送部と、を備え、前記船舶レーダアンテナ装置は船室外に設けられ、船舶レーダアンテナ用電力供給装置は船室内に設けられ、前記共鳴伝送部は、可変容量コンデンサと、前記送信側コイルにおける反射電力に基づいて前記可変容量コンデンサの容量を制御し、前記送信側共振回路と前記受信側共振回路とを共鳴させる共振制御部と、前記船舶レーダアンテナ装置との間の無線通信によって、前記受信側共振回路についての受信電力計測値を取得する通信部と、を備え、前記共振制御部は、前記反射電力に加えて、前記受信電力計測値に基づいて前記可変容量コンデンサの容量を制御することを特徴とする。また、本発明は、アンテナと、前記アンテナに送信信号を出力し、前記アンテナで受信された受信信号を取得する送受信部と、を備える船舶レーダアンテナ装置と共に用いられ、前記送受信部に電力を供給する船舶レーダアンテナ用電力供給装置において、交流電圧を生成する電圧生成部と、送信側コイルと、前記船舶レーダアンテナ装置が備える受信側共振回路と共鳴する送信側共振回路を、前記送信側コイルと共に形成し、交流電圧に基づく電力を共鳴によって前記船舶レーダアンテナ装置へと導く共鳴伝送部と、を備え、前記船舶レーダアンテナ装置は船室外に設けられ、船舶レーダアンテナ用電力供給装置は船室内に設けられ、前記共鳴伝送部は、可変容量コンデンサと、前記送信側コイルにおける反射電力に基づいて前記可変容量コンデンサの容量を制御し、前記送信側共振回路と前記受信側共振回路とを共鳴させる共振制御部と、を備え、前記船舶レーダアンテナ用電力供給装置は、さらに、前記電圧生成部が生成した交流電圧を、前記送受信部に対する制御情報を含む制御信号によって変調する変調部を備え、前記共鳴伝送部は、前記変調部によって変調処理が施された交流電圧に基づく電力を共鳴によって前記船舶レーダアンテナ装置へと導くことを特徴とする。また、望ましくは、前記電圧生成部が生成した交流電圧を、前記送受信部に対する制御情報を含む制御信号によって変調する変調部を備え、前記共鳴伝送部は、前記変調部によって変調処理が施された交流電圧に基づく電力を共鳴によって前記船舶レーダアンテナ装置へと導く。

また、船舶に搭載される本発明に係るレーダアンテナ装置においては、前記アンテナ支持部の姿勢角を船舶の傾きに応じて補償するスタビライザを備えることが好適である。

また、本発明に係るレーダアンテナ装置においては、前記送受信部は、前記受信信号を光信号または電磁波信号に変換し、物標検出処理を行う装置に変換後の信号を送信する変換送信手段、を備えることが好適である。

また、本発明に係るレーダアンテナ装置においては、前記送受信部は、当該送受信部と共に用いられる制御装置から送信され、当該送受信部に対する制御情報を含む光信号または電磁波信号を受信する制御情報受信手段、を備えることが好適である。

本発明によれば、レーダアンテナを駆動する装置において、アンテナと共に動力が与えられる装置に電源電力を供給する機械的な構造を簡素化することができる。

第１実施形態に係るレーダシステムの構成を示す図である。電源送信部および電源受信供給部の構成を示す図である。アンテナ送受信部と制御部との間の信号の送受信を光通信によって行うレーダシステムの構成を示す図である。第２実施形態に係るレーダシステムの構成を示す図である。変調／電源送信部の構成を示す図である。電源受信供給部および復調部の構成を示す図である。第３実施形態に係るレーダシステムの構成を示す図である。第４実施形態に係るレーダシステムの構成を示す図である。レーダシステムの構成を示す図である。

図１に本発明の第１実施形態に係るレーダシステムの構成を示す。レーダシステムは、レーダアンテナ駆動ユニット１２および指示機４２を備える。レーダアンテナ駆動ユニット１２は、アンテナ支持台２２に取り付けられた可動ユニット１０、および回転支柱２４を介してアンテナ支持台２２を支持する固定ユニット３６を備える。指示機４２は、固定ユニット３６に通信接続され、固定ユニット３６の筐体とは別の筐体内に備えられる。

レーダアンテナ駆動ユニット１２は、レドームに収納して屋外に配置してもよい。指示機４２は、レーダシステムの操作室に配置してもよい。レーダシステムを船舶レーダシステムとして用いる場合には、レーダアンテナ駆動ユニット１２をレドームに収納して船室の屋根、甲板等に配置し、指示機４２を船室等の屋内に配置してもよい。

アンテナ支持台２２は板状に形成されている。アンテナ支持台２２の下面の重心には、板面に対し垂直下方向に延伸し、固定ユニット３６へと至る回転支柱２４が取り付けられている。固定ユニット３６が備える駆動部３４は回転支柱２４に回転力を与える。これによってアンテナ支持台２２は、回転支柱２４の取り付け位置を中心に回転する。

可動ユニット１０は、アンテナ１４、およびアンテナ１４に送信信号を出力し、アンテナ１４の受信信号を取得するアンテナ送受信部１６を備える。また、可動ユニット１０は、アンテナ送受信部１６からインターフェース部２０を介して出力された受信信号を無線信号に変換すると共に、受信した無線信号を有線伝送信号（電気信号等）に変換しインターフェース部２０を介してアンテナ送受信部１６に出力する無線ＬＡＮ端末２８を備える。可動ユニット１０は、さらに、固定ユニット３６から後述の磁気結合共鳴によって送信された電力を受信し、可動ユニット１０が備える各部に電源電力を供給する電源受信供給部１８を備える。

固定ユニット３６は、指示機４２から与えられた指示情報に基づいて、アンテナ送受信部１６を制御して物標検出処理を行う制御部３８を備える。また、磁気結合共鳴によって可動ユニット１０の電源受信供給部１８に電力を送信する電源送信部４０を備える。固定ユニット３６は、さらに、制御部３８から出力された有線伝送信号を無線信号に変換すると共に、受信した無線信号を有線伝送信号に変換し、その有線伝送信号を制御部３８に出力する無線ＬＡＮ端末３２を備える。無線ＬＡＮ端末２８および３２は、互いに無線信号の送受信を行う。無線ＬＡＮ端末２８および３２には、複数の無線ＬＡＮ端末がホスト端末を介在させて相互間の通信を行う方式のものを用いてもよいし、ホスト端末を介在させずに相互間で通信を行う方式のものを用いてもよい。また、無線ＬＡＮ端末の他、一般の無線通信端末を用いてもよい。

インターフェース部２０と制御部３８との位置関係は、回転支柱２４の回転に伴って変化する。そのため、これらの間の通信接続をケーブル等によって行うと機械的な構造が複雑となる。そこで、本実施形態においては、インターフェース部２０と制御部３８との間の信号の送受信を、無線ＬＡＮ端末２８と無線ＬＡＮ端末３２との間の無線通信によって行い、インターフェース部２０と制御部３８とを通信接続する機械的な構造を単純化している。

レーダシステムが物標を検出し、物標の像を示す画像データを指示機４２に表示する処理について説明する。この処理は、アンテナ１４が回転した状態において、電磁波のレーダＲＦ信号がアンテナ１４において送受信されるよう、制御部３８がアンテナ送受信部１６を制御することで行われる。

制御部３８は、アンテナ送受信部１６に対する制御信号を無線ＬＡＮ端末３２に出力する。ここで、制御信号は、送信プリトリガ信号およびパルス幅切り替え信号が重畳された信号を含む。送信プリトリガ信号は、アンテナ送受信部１６の送信信号出力タイミングを規定する信号であり、パルス幅切り替え信号は、送信信号のパルス幅を規定する信号である。制御信号は、送信プリトリガ信号およびパルス幅切り替え信号以外の信号を含んでいてもよい。無線ＬＡＮ端末３２は、制御信号を無線信号に変換し、その無線信号を無線ＬＡＮ端末２８に送信する。無線ＬＡＮ端末２８は、受信した無線信号を元の制御信号に変換し、その制御信号をインターフェース部２０に出力する。

インターフェース部２０は、制御信号から送信プリトリガ信号およびパルス幅切り替え信号を分離して抽出し、アンテナ送受信部１６に出力する。アンテナ送受信部１６は、パルス幅切り替え信号に応じたパルス幅を有するパルス信号を生成する。そして、そのパルス信号で変調されたレーダＲＦ信号を送信プリトリガ信号に応じたタイミングでアンテナ１４に出力する。アンテナ１４から送信され物標で反射したレーダＲＦ信号は、アンテナ１４で受信される。アンテナ１４は、受信したレーダＲＦ信号をアンテナ送受信部１６に出力する。

アンテナ送受信部１６は、受信したレーダＲＦ信号に基づいて、アンテナ１４の送受信方向における物標の像を示すエコー信号を生成し、インターフェース部２０に出力する。

インターフェース部２０は、エコー信号をデジタル信号に変換し、無線ＬＡＮ端末２８に出力する。無線ＬＡＮ端末２８は、デジタル化されたエコー信号を無線信号に変換し、その無線信号を無線ＬＡＮ端末３２に送信する。無線ＬＡＮ端末３２は、受信した無線信号を元のデジタル化されたエコー信号に変換し、そのエコー信号を制御部３８に出力する。

制御部３８は、アンテナ１４の指向性最大方向を示すアンテナ方向角を駆動部３４から取得する。そして、アンテナ方向角とエコー信号を指示機４２に出力する。指示機４２はアンテナ方位角とエコー信号より、物標の方位と距離を求め、例えば、極座標表示画面上の相当する方位と距離に物標の像を表示する。

制御部３８は、アンテナ方向角が所定角度だけ変化するごとに、パルス信号の送受信制御を実行する。制御部３８は、さらに、アンテナ方向角が所定角度だけ変化するごとに、アンテナ方位角とエコー信号を指示機４２に出力し、指示機４２の表示画面上に物標の像を表示させる。これによって、レーダシステムを中心とした３６０°方向または予め定められた方位内の物標の像を指示機４２に表示することができる。

本実施形態に係るレーダシステムにおいては、磁気結合共鳴を用いて電力伝送を行うことにより、固定ユニット３６から可動ユニット１０に電源電力を供給する回路の機械的な構造を単純化している。以下に、その具体的構成について説明する。

固定ユニット３６および可動ユニット１０は、それぞれ、電源送信部４０および電源受信供給部１８を備える。電源送信部４０には、回転支柱２４を囲むよう配置されたループ状の送信側コイル２６が接続されている。電源受信供給部１８には、回転支柱２４を囲むよう配置され、可動ユニット１０と共に回転支柱２４を中心に回転するループ状の受信側コイル３０が接続されている。送信側コイル２６および受信側コイル３０は、互いに磁気結合することが可能な距離を隔てて配置されている。

電源送信部４０および送信側コイル２６は電力送信側の共振回路を構成し、電源受信供給部１８および受信側コイル３０は電力受信側の共振回路を構成する。電源送信部４０および電源受信供給部１８は、相互間の無線通信によって、これらの共振回路が共鳴（結合共振）するよう、各共振回路の共振状態を調整する。これによって、電源送信部４０から電源受信供給部１８には、電力送信側の共振回路と電力受信側の共振回路との共鳴に基づいて電力が伝送される。

次に、電源送信部４０および電源受信供給部１８が電力伝送を行う処理について説明する。図２（ａ）および（ｂ）に、それぞれ、電源送信部４０および電源受信供給部１８の構成を示す。まず、電源送信部４０が実行する基本的な処理について説明する。

交流電圧生成部４４は、反射電力計測部４６を介して、第１整合部４８に交流電圧を出力する。第１整合部４８は、第１共振制御部５０の制御によって容量が調整される可変容量コンデンサを備える。この可変容量コンデンサは、送信側コイル２６と共に共振回路を構成する。第１整合部４８は、可変容量コンデンサの容量の調整によって共振周波数等の共振状態が制御される。第１整合部４８は、可変容量コンデンサの調整に基づいて定まる共振状態で、交流電圧生成部４４から出力された交流電圧を送信側コイル２６に出力する。送信側コイル２６は、第１整合部４８から出力された交流電圧に基づいて交番磁界を発生する。

次に、電源受信供給部１８が実行する基本的な処理について説明する。第２整合部５４は、第２共振制御部６０の制御によって容量が調整される可変容量コンデンサを備える。この可変容量コンデンサは、受信側コイル３０と共に共振回路を構成する。第２整合部５４は、可変容量コンデンサの容量の調整によって、共振周波数等の共振状態が制御される。

送信側コイル２６が発生した交番磁界は受信側コイル３０に到達する。これによって、受信側コイル３０は、電磁誘導による交流電圧（誘導起電力）を発生する。第２整合部５４は可変容量コンデンサの調整に基づいて定まる共振状態で、受信側コイル３０が発生した交流電圧に基づく交流電圧を整流部５６に出力する。整流部５６は、交流電圧を直流電圧に変換し、その直流電圧に基づく電力を電力計測部５８を介してアンテナ送受信部１６、インターフェース部２０、無線ＬＡＮ端末２８その他の可動ユニット１０が備える機器に出力する。

次に、電源送信部４０および電源受信供給部１８が、送信側の共振回路と受信側の共振回路とを共鳴させる処理について説明する。反射電力計測部４６は、第１整合部４８から送信側コイル２６に向けて供給され、送信側コイル２６で反射した電力を計測し、その計測値を反射電力計測値として第１共振制御部５０に出力する。電力計測部５８は、整流部５６から出力された直流電力を計測し、その計測値を受信電力計測値として第２共振制御部６０に出力する。

第１共振制御部５０は、第１通信部５２に反射電力計測値を出力する。第１通信部５２は、無線通信により第２通信部６２に反射電力計測値を出力する。第２通信部６２は、反射電力計測値を第２共振制御部６０に送信する。第２共振制御部６０は、第２通信部６２に受信電力計測値を出力する。第２通信部６２は、無線通信により第１通信部５２に受信電力計測値を送信する。第１通信部５２は、受信電力計測値を第１共振制御部５０に出力する。このような処理によって、第１共振制御部５０および第２共振制御部６０は、反射電力計測値および受信電力計測値を共有する。

第１共振制御部５０は、反射電力計測値が極小値となり、受信電力計測値が極大値となるよう第１整合部４８の可変容量コンデンサの容量を制御する。同様に、第２共振制御部６０は、反射電力計測値が極小値となり、受信電力計測値が極大値となるよう第２整合部５４の可変容量コンデンサの容量を制御する。

このような構成によれば、送信側の共振回路と受信側の共振回路とを共鳴させることができる。これによって、電源送信部４０から電源受信供給部１８に共鳴によって電力が供給され、可動ユニット１０が備える各部に電源電力が供給される。すなわち、電源送信部４０および送信側コイル２６は、磁界発生装置として機能すると共に、可動ユニット１０に磁気結合共鳴によって電源電力を供給する電源電力供給装置として機能する。また、第２共振制御部６０および第２通信部６２には、整流部５６から出力される電力の一部を供給することができる。これによって、電源送信部４０と電源受信供給部１８とを接続する電力供給ケーブルが不要となり、電力供給を行うための機械的な構造を簡素化することができる。

なお、アンテナ送受信部１６と制御部３８との間の信号の送受信は、光通信によって行ってもよい。この場合のレーダシステムの構成を図３に示す。図１に示す構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。インターフェース部２０には回転側光送受信部６４が接続され、制御部３８には固定側光送受信部６６が接続される。

回転側光送受信部６４は、アンテナ送受信部１６からインターフェース部２０を介して出力された受信信号を光信号に変換すると共に、受信した光信号をレーダ送信信号に変換しインターフェース部２０を介してアンテナ送受信部１６に出力する。回転側光送受信部６４は、回転支柱２４の内部に固定され回転支柱２４と共に回転する。

固定側光送受信部６６は、制御部３８から出力された有線伝送信号（電気信号等）を光信号に変換すると共に、受信した光信号を有線伝送信号に変換し、その有線伝送信号を制御部３８に出力する。

回転支柱２４は、光信号が伝搬する管状の光伝搬路を有する。この光伝搬路は、回転側光送受信部６４が固定されている位置から下方に延伸し、固定側光送受信部６６に向けて開口する。固定側光送受信部６６と回転側光送受信部６４は、光伝搬路を介して光信号の送受信を行う。

このように光通信を用いる構成とすることで、可動ユニット１０と固定ユニット３６との間の電磁波伝搬条件が良好でない場合には、アンテナ送受信部１６と制御部３８との間の通信状況を良好にすることができる。

本発明の第２実施形態に係るレーダシステムについて説明する。図４に本発明の第２実施形態に係るレーダシステムの構成を示す。このレーダシステムは、送信側コイル２６から発せられる磁界を、アンテナ送受信部１６に対する制御信号で変調するものである。可動ユニット１０は、共鳴によって得られた電力に含まれる変調成分から制御信号を抽出し、アンテナ送受信部１６に出力する復調部７０を備える。以下では、図１に示す構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。

固定ユニット３６が可動ユニット１０に電源電力を供給すると共に、制御信号を送信する処理について説明する。制御部３８は、制御信号を変調／電源送信部６８に出力する。制御信号は、アナログ信号の他、ディジタル信号、ディジタル信号に基づいて生成された同相成分信号（Ｉ信号）および直交成分信号（Ｑ信号）等の信号形態で変調／電源送信部６８に与えられてもよい。

変調／電源送信部６８は、制御信号によって変調が施された磁界が送信側コイル２６から発せられるよう、次に説明するような処理を実行する。図５に変調／電源送信部６８の構成を示す。図２（ａ）の電源送信部４０の構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。

キャリア生成部７２は、制御信号を搬送するためのキャリア信号を１次変調部７４に出力する。制御部３８から出力された制御信号は１次変調部７４に入力される。１次変調部７４は、キャリア信号に対し制御信号によって変調を施す。変調方式には、制御信号がアナログ信号である場合には、振幅変調方式、位相変調方式、周波数変調方式、これらを組み合わせた変調方式等を用いてもよい。また、制御信号がディジタル信号、Ｉ／Ｑ信号等である場合には、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ等のＰＳＫ変調方式、ＦＳＫ、ＭＳＫ、ＧＭＳＫ等の周波数変調方式、ＱＡＭ変調方式等を用いてもよい。１次変調部７４は、変調後の信号を１次変調信号として２次変調部７６に出力する。

交流電圧生成部４４は２次変調部７６に交流電圧を出力する。２次変調部７６は、その交流電圧に対し１次変調信号によって変調を施す。変調方式には、振幅変調方式、位相変調方式、周波数変調方式等を用いてもよい。２次変調部７６は、変調後の交流電圧を反射電力計測部４６を介して第１整合部４８に出力する。

第１実施形態に係る電源送信部４０が実行する処理と同様の処理によって、変調／電源送信部６８は、変調後の交流電圧に応じた交番磁界を送信側コイル２６に発生させる。送信側コイル２６から発せられた交番磁界は受信側コイル３０に到達する。

第１実施形態と同様、変調／電源送信部６８および送信側コイル２６は電力送信側の共振回路を構成し、電源受信供給部１８および受信側コイル３０は電力受信側の共振回路を構成する。また、変調／電源送信部６８および電源受信供給部１８は、電力送信側の共振回路と電力受信側の共振回路とを共鳴させる。電源受信供給部１８は、変調／電源送信部６８から共鳴によって供給された電力を、アンテナ送受信部１６、インターフェース部２０、無線ＬＡＮ端末２８その他の可動ユニット１０が備える機器に出力する。

本実施形態に係るレーダシステムの可動ユニット１０は、共鳴によって得られた電力に含まれる変調成分から制御信号を抽出し、インターフェース部２０に出力する復調部７０を備える。図６に電源受信供給部１８および復調部７０の構成を示す。図２（ｂ）の電源受信供給部１８の構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。

第２整合部５４は、自らが備える可変容量コンデンサの調整に基づいて定まる共振状態で、受信側コイル３０が発生した交流電圧を整流部５６および復調部７０に出力する。第２整合部５４から復調部７０に出力された交流電圧は、１次変調信号抽出部７８に入力される。１次変調信号抽出部７８は、第２整合部５４から出力された交流電圧に対し、変調／電源送信部６８が備える２次変調部７６の変調方式に対応する復調処理を施して元の１次変調信号を抽出し、制御信号抽出部８０に出力する。制御信号抽出部８０は、１次変調信号に対し、変調／電源送信部６８が備える１次変調部７４の変調方式に対応する復調処理を施して元の制御信号を抽出し、インターフェース部２０に出力する。

なお、本実施形態では、アンテナ送受信部１６と制御部３８との間の通信に無線ＬＡＮ端末２８および３２を用いている。無線ＬＡＮ端末２８は、インターフェース部２０から出力されたデジタル化されたエコー信号を無線ＬＡＮ端末３２に送信する。無線ＬＡＮ端末３２は、受信したエコー信号を制御部３８に出力する。このように、無線ＬＡＮ端末を用いる代わりに、図３の構成と同様、光送受信を行う装置を用いてもよい。

このような構成によれば、固定ユニット３６から可動ユニット１０への電源電力供給が、磁気結合共鳴によって行われる。これによって、固定ユニット３６から可動ユニット１０を接続する電源供給ケーブルが不要となり、電源電力を供給する機械的な構造を簡素化することができる。また、制御部３８からインターフェース部２０への制御信号の送信は、磁気結合共鳴によって行われ、インターフェース部２０から制御部３８へのエコー信号の送信は、無線ＬＡＮ端末２８および３２によって行われる。これによって、インターフェース部２０と制御部３８との通信接続の機械的な構造を簡略化することができる。

第３実施形態に係るレーダシステムについて説明する。図７に第３実施形態に係る船舶レーダシステムの構成を示す。図１および図４に示す構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。

この船舶レーダシステムは、図４の固定ユニット３６の構成要素のうち、駆動部３４を除く構成要素、および送信側コイル２６を船室内に設けると共に、その他の構成要素を船室外に設けたものである。指示機４２は、船室内に設けられた筐体内に制御部３８と共に構成してもよい。

アンテナ支持台２２の下面には、アンテナ支持台２２を固定支柱８６に対して回転させる支持台駆動部８２が固定されている。固定支柱８６は、その軸を中心として回転しない柱であり、支持台駆動部８２はアンテナ支持台２２と共に回転する。固定支柱８６の下端は、船室の屋根、甲板等をなす固定板８８に固定されている。支持台駆動部８２は、アンテナ１４の指向性最大方向が水平となるよう、船舶のロール角およびピッチ角に応じてアンテナ支持台２２の姿勢を補償するスタビライザ８４を備えていてもよい。

支持台駆動部８２には、電源受信供給部１８から電源電力が供給される。支持台駆動部８２は、アンテナ支持台２２の回転角度位置に応じたアンテナ方位角をインターフェース部２０を介してアンテナ送受信部１６に出力する。アンテナ送受信部１６は、エコー信号に加えてアンテナ方位角を、インターフェース部２０、無線ＬＡＮ端末２８および３２を介して制御部３８に送信する。なお、インターフェース部２０と制御部３８との間の通信は、無線ＬＡＮ端末の他、一般の無線通信端末を用いて行ってもよい。

制御部３８は、可動ユニット１０から送信されたアンテナ方向角およびエコー信号を指示機４２に出力する。指示機４２は、アンテナ方位角およびエコー信号に基づいて物標の像を表示する。

このような構成によれば、船室内の機器と、船室外の機器との間をケーブルで接続しなくてもよい。これによって、船室の屋根や壁にケーブルを通す穴を開けなくてもよく、船舶レーダシステムを容易に設置することができる。また、固定支柱８６と固定板８８とを着脱可能な構造とすることで、保守、点検等の際に船舶外の機器を容易に取り外すことができる。

なお、ここでは、変調／電源送信部６８、送信側コイル２６、受信側コイル３０、および電源受信供給部１８を介して、制御部３８からアンテナ送受信部１６に制御信号を送信する構成とした。このような構成の他、無線ＬＡＮ端末３２、２８、およびインターフェース部２０を介して、制御部３８からアンテナ送受信部１６に制御信号を送信する構成としてもよい。この場合、変調／電源送信部６８を電源送信部４０に置き換え、無線ＬＡＮ端末３２、２８およびインターフェース部２０を介した制御部３８およびアンテナ送受信部１６間の通信を双方向通信とする。これによって、復調部７０を取り除くことができる。さらに、制御部３８と指示機４２は、別個の筐体内に構成してもよいし共通の筐体内に構成してもよい。

次に、第４実施形態に係るレーダシステムについて説明する。図８に第４実施形態に係る船舶レーダシステムの構成を示す。図１、図４および図７に示す構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。

この船舶レーダシステムは、図７の制御部３８を可動ユニット１０内に設け、制御部３８をインターフェース部２０を介してアンテナ送受信部１６に接続したものである。制御部３８と指示機４２とは、無線ＬＡＮ端末２８および３２を介して無線接続される。また、制御部３８には、電源受信供給部１８から電源電力が供給される。

本実施形態では制御部３８が可動ユニット１０に設けられている。そのため、磁気結合共鳴によって制御信号を伝送する必要はなく、可動ユニット１０に対する電源電力供給装置としては、図１および図２（ａ）に示す電源送信部４０を用いることができる。また、これによって復調部７０を設ける必要はない。第４実施形態に係るレーダシステムによれば、第３実施形態に係るレーダシステムと同様、船舶レーダシステムを船舶に容易に設置することができる。また、固定支柱８６と固定板８８とを着脱可能な構造とすることで、保守、点検等の際に船舶外の機器を容易に取り外すことができる。

図９に示したレーダアンテナ駆動ユニットでは、上述のように、固定ユニット９４から送受信部９８に電源電力を導く構成には、スリップリング１０２とブラシ１０６とが含まれ、電力供給のための構造は複雑である。このような構成では、スリップリング１０２とブラシ１０６とがスライド接触することでブラシ１０６が摩耗し、ブラシ１０６を定期的に交換しなければならないという問題があった。本実施形態１〜４に係るレーダシステムによれば、固定ユニット３６または９４と可動ユニット１０との間に摩耗部品を用いなくともよく、部品交換の煩わしさを解消することができる。

１０可動ユニット、１２レーダアンテナ駆動ユニット、１４，９０アンテナ、１６アンテナ送受信部、１８電源受信供給部、２０インターフェース部、２２，９２アンテナ支持台、２４，９６回転支柱、２６送信側コイル、２８，３２無線ＬＡＮ端末、３０受信側コイル、３４駆動部、３６，９４固定ユニット、３８制御部、４０電源送信部、４２指示機、４４交流電圧生成部、４６反射電力計測部、４８第１整合部、５０第１共振制御部、５２第１通信部、５４第２整合部、５６整流部、５８電力計測部、６０第２共振制御部、６２第２通信部、６４回転側光送受信部、６６固定側光送受信部、６８変調／電源送信部、７０復調部、７２キャリア生成部、７４１次変調部、７６２次変調部、７８１次変調信号抽出部、８０制御信号抽出部、８２支持台駆動部、８４スタビライザ、８６固定支柱、８８固定板、９８送受信部、１００，１０４電力供給ケーブル、１０２スリップリング、１０６ブラシ。

Claims

アンテナを支持するアンテナ支持部と、
前記アンテナ支持部に動力を与えるアンテナ駆動部と、
を備えるレーダアンテナ装置において、
前記アンテナ支持部に設けられ、前記アンテナに送信信号を出力し、前記アンテナで受信された受信信号を取得する送受信部を備え、
前記アンテナ支持部は、
受信側コイルと、
磁界発生装置が備える送信側共振回路と共鳴する受信側共振回路を、前記受信側コイルと共に形成し、前記磁界発生装置から共鳴によって得られた電力を前記送受信部へと導く電力伝送部と、
を備え、
前記電力伝送部は、
可変容量コンデンサと、
前記磁界発生装置との間の通信によって、前記送信側共振回路が備える送信側コイルについての反射電力計測値を取得する通信部と、
前記反射電力計測値に基づいて前記可変容量コンデンサの容量を制御し、前記受信側共振回路と前記送信側共振回路とを共鳴させる共振制御部と、
を備えることを特徴とするレーダアンテナ装置。
請求項１に記載のレーダアンテナ装置において、
前記電力伝送部は、
前記反射電力計測値に加えて、前記受信側コイルによる受信電力に基づいて前記可変容量コンデンサの容量を制御することを特徴とするレーダアンテナ装置。
請求項１または２に記載のレーダアンテナ装置において、
前記送受信部は、
前記磁界発生装置から共鳴によって得られた交流電力に含まれる変調成分を抽出する変調成分抽出手段と、
前記送受信部に対する制御情報を前記変調成分から抽出する制御情報抽出手段と、
を備えることを特徴とするレーダアンテナ装置。
請求項３に記載のレーダアンテナ装置と、
前記磁界発生装置と、
を備えるレーダアンテナ駆動ユニットにおいて、
前記磁界発生装置は、
交流電圧を生成する電圧生成部と、
前記電圧生成部が生成した交流電圧を、前記送受信部に対する制御情報を含む制御信号によって変調する変調部と、
前記送信側共振回路を形成し、前記変調部によって変調処理が施された交流電圧に基づく電力を共鳴によって前記電力伝送部へと導く共鳴伝送部と、
を備えることを特徴とするレーダアンテナ駆動ユニット。
アンテナと、
前記アンテナに送信信号を出力し、前記アンテナで受信された受信信号を取得する送受信部と、を備える船舶レーダアンテナ装置と共に用いられ、前記送受信部に電力を供給する船舶レーダアンテナ用電力供給装置において、
交流電圧を生成する電圧生成部と、
送信側コイルと、
前記船舶レーダアンテナ装置が備える受信側共振回路と共鳴する送信側共振回路を、前記送信側コイルと共に形成し、交流電圧に基づく電力を共鳴によって前記船舶レーダアンテナ装置へと導く共鳴伝送部と、
を備え、
前記船舶レーダアンテナ装置は船室外に設けられ、船舶レーダアンテナ用電力供給装置は船室内に設けられ、
前記共鳴伝送部は、
可変容量コンデンサと、
前記送信側コイルにおける反射電力に基づいて前記可変容量コンデンサの容量を制御し、前記送信側共振回路と前記受信側共振回路とを共鳴させる共振制御部と、
前記船舶レーダアンテナ装置との間の無線通信によって、前記受信側共振回路についての受信電力計測値を取得する通信部と、を備え、
前記共振制御部は、前記反射電力に加えて、前記受信電力計測値に基づいて前記可変容量コンデンサの容量を制御することを特徴とする船舶レーダアンテナ用電力供給装置。
アンテナと、
前記アンテナに送信信号を出力し、前記アンテナで受信された受信信号を取得する送受信部と、を備える船舶レーダアンテナ装置と共に用いられ、前記送受信部に電力を供給する船舶レーダアンテナ用電力供給装置において、
交流電圧を生成する電圧生成部と、
送信側コイルと、
前記船舶レーダアンテナ装置が備える受信側共振回路と共鳴する送信側共振回路を、前記送信側コイルと共に形成し、交流電圧に基づく電力を共鳴によって前記船舶レーダアンテナ装置へと導く共鳴伝送部と、
を備え、
前記船舶レーダアンテナ装置は船室外に設けられ、船舶レーダアンテナ用電力供給装置は船室内に設けられ、
前記共鳴伝送部は、
可変容量コンデンサと、
前記送信側コイルにおける反射電力に基づいて前記可変容量コンデンサの容量を制御し、前記送信側共振回路と前記受信側共振回路とを共鳴させる共振制御部と、
を備え、
前記船舶レーダアンテナ用電力供給装置は、さらに、
前記電圧生成部が生成した交流電圧を、前記送受信部に対する制御情報を含む制御信号によって変調する変調部を備え、
前記共鳴伝送部は、前記変調部によって変調処理が施された交流電圧に基づく電力を共鳴によって前記船舶レーダアンテナ装置へと導くことを特徴とする船舶レーダアンテナ用電力供給装置。
請求項５に記載の船舶レーダアンテナ用電力供給装置において、
前記電圧生成部が生成した交流電圧を、前記送受信部に対する制御情報を含む制御信号によって変調する変調部を備え、
前記共鳴伝送部は、前記変調部によって変調処理が施された交流電圧に基づく電力を共鳴によって前記船舶レーダアンテナ装置へと導くことを特徴とする船舶レーダアンテナ用電力供給装置。
船舶に搭載される請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレーダアンテナ装置において、
前記アンテナ支持部の姿勢角を船舶の傾きに応じて補償するスタビライザを備えることを特徴とするレーダアンテナ装置。
請求項１、請求項２、請求項３または請求項８のいずれか１項に記載のレーダアンテナ装置において、
前記送受信部は、前記受信信号を光信号または電磁波信号に変換し、物標検出処理を行う装置に変換後の信号を送信する変換送信手段、を備えることを特徴とするレーダアンテナ装置。
請求項１、請求項２、請求項３または請求項８のいずれか１項に記載のレーダアンテナ装置において、
前記送受信部は、当該送受信部と共に用いられる制御装置から送信され、当該送受信部に対する制御情報を含む光信号または電磁波信号を受信する制御情報受信手段、を備えることを特徴とするレーダアンテナ装置。