JP6338427B2 - レーダ用給電回路 - Google Patents

Description

この発明は、位相比較モノパルス方式によりターゲットの角度を算出するレーダ装置に用いられるレーダ用給電回路に関する。

位相比較モノパルス方式によりターゲットの角度を算出するレーダ装置に用いられる従来のレーダ用給電回路として、１８０度ハイブリッドで２つの受信信号の和信号と差信号を求める構成が知られている（例えば、特許文献１）。和信号と差信号をそれぞれ位相検波した信号の比を求めることで、ターゲットの角度を得ることができる。

また非特許文献１には、和信号と差信号の振幅比のみでターゲットの角度を識別するためのアンテナ構成が示されている。ここでは、２つの受信信号の間に９０度の位相差をつけて１８０度ハイブリッドへ入力する構成となっており、ボアサイト（正面方向）において差信号の符号反転が生じないため、ボアサイト近傍で和信号と差信号の振幅比のみでターゲットの角度を算出することができる。

特許第３０７０５８９号公報

坂井博敏、西山英輔、豊田一彦、相川正義、「Magic-Tとオフセット給電回路を用いた簡易型電磁到来角センシングアレーアンテナ」、電子情報通信学会技術研究報告、Ａ・Ｐ２０１２−１２３、２０１３

しかし、非特許文献１に示される従来のレーダ用給電回路では、差信号パターンがゼロとなる方向（ヌル点）がボアサイト（正面方向）から外れた方向となるだけでなく、和信号のピークも差信号のヌル点と同じ方向となるため、和信号のヌル点がボアサイトに近づいてしまう。ターゲットを検出できるのは和信号のヌル点と差信号のヌル点の間であるため、測角可能な角度範囲が狭くなるという問題があった。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、構成の簡単な振幅検波の受信機を用いて２つの信号の振幅比を求め、より広い角度範囲においてターゲットの角度を識別するためのレーダ用給電回路を得ることを目的とする。

この発明に係るレーダ用給電回路は、２つの受信アンテナと、２つの受信アンテナから入力された２つの受信信号を加算した和信号と２つの受信信号の一方から他方を減算した差信号を出力するハイブリッド回路と、和信号を第１の分配和信号と第２の分配和信号に分配する和信号分配回路と、第２の分配和信号と差信号の位相を同相に調整する移相回路と、同相にされた第２の分配和信号と差信号を合成する合成回路とを備え、第１の分配和信号および合成回路が合成した信号を、第１の分配和信号と合成回路が合成した信号との振幅比を用いてターゲットの角度を算出するレーダ装置に出力するレーダ用給電回路である。

この発明によれば、２つの受信信号から和信号Σと、和信号Σと差信号Δを同相で足し合わせたΣ＋Δ信号の振幅比を求め、包絡線検波のみで到来方向を算出するようにしたので、より広い角度範囲においてターゲットの角度を識別するレーダ用給電回路を得ることができる。

この発明の実施の形態１におけるレーダ用給電回路の回路構成の一例を示す図である。 この発明の実施の形態１におけるレーダ用給電回路の入射波の到来方向θに対する出力端子から出力される信号の振幅の一例を示す説明図である。 この発明の実施の形態１におけるレーダ用給電回路の出力である和信号Σ、Σ＋Δ信号と、振幅比｜Σ＋Δ｜／｜Σ｜の一例を示す説明図である。 図１における９０度移相器と合成器の代わりに９０度ハイブリッドを設けたレーダ用給電回路の回路構成の一例を示す図である。 図１における分配器と９０度移相器の代わりに９０度ハイブリッドを設けたレーダ用給電回路の回路構成の一例を示す図である。 図１における分配器の代わりに減衰器を設けたレーダ用給電回路の回路構成の一例を示す図である。 この発明の実施の形態２におけるレーダ用給電回路の回路構成の一例を示す図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１におけるレーダ用給電回路の回路構成の一例を示す図である。図において、１ａ、１ｂは入射波を受信する受信アンテナ（以下、アンテナという。）、２は１８０度ハイブリッドであるハイブリッド回路、３ａ、３ｂは分配器である分配回路（和信号分配回路３ａ、差信号分配回路３ｂ）、４は移相手段としての９０度移相器である移相回路、５は合成器である合成回路である。また、１０ａ、１０ｂ、１０ｃはそれぞれ出力端子である。

角度θの方向にあるターゲットから到来した入射波は、アンテナ１ａ、１ｂで、ある位相差ｇ（θ）をもって受信される。その２つの受信信号を１８０度ハイブリッド２に入力すると、和信号Σと差信号Δが生成される。

ここで、アンテナ１ａ、１ｂの受信信号をそれぞれｘ_１（ｔ）、ｘ_２（ｔ）とし、２つのアンテナの中点を位相の原点として以下のように定義することができる。

ここで、ｇ（θ）はアンテナ１ａと１ｂの受信位相差、ｓ（ｔ）は入射波の時間波形、Ｇ（θ）はアンテナ利得を表している。２つのアンテナ１ａ、１ｂのアンテナ利得は等しいとすると、２つの受信信号の和信号Σと差信号Δは以下のように表すことができる。

図１において、和信号Σ、差信号Δはそれぞれ分配器３ａ、３ｂにおいて同相で２つに分配される。和信号Σを分配した一方の信号はそのまま出力端子１０ａから出力される。和信号を分配したもう一方の信号は、９０度移相器４を通り、差信号Δを分配した一方の信号と合成器５において同相で合成される。９０度移相器４が設けられているのは、式（３）、式（４）から明らかなように、和信号Σに比べて差信号の位相が９０度遅れており、和信号Σと差信号Δを同相で合成するためである。合成された信号は出力端子１０ｂから出力される。差信号Δを分配したもう一方の信号は、そのまま出力端子１０ｃから出力される。

図２は、この発明の実施の形態１におけるレーダ用給電回路の入射波の到来方向θに対する出力端子から出力される信号の振幅の一例を示す説明図である。入射波の到来方向θに対する出力端子１０ａ、１０ｃ、１０ｂから出力される信号の振幅を示している。出力端子１０ａの信号（図２上段に示す。）は、和信号Σと同じであり、ボアサイト方向（θ＝０°）に振幅のピークを有している。出力端子１０ｃの信号（図２中段に示す。）は、差信号Δと同じであり、ボアサイト方向で振幅０（ヌル）となっており、ボアサイト方向に対して左右で符号が反転している。一方、出力端子１０ｂの信号（図２下段に示す。）は、和信号Σと差信号Δを同相で足し合わせたもの（Σ＋Δ信号）であり、和信号Σと差信号Δが等振幅で逆相となる到来方向において振幅０となる特性を示す。

ここで、出力端子１０ａの和信号Σと、出力端子１０ｂのΣ＋Δ信号をそれぞれ包絡線検波し、除算して求めた振幅比｜Σ＋Δ｜／｜Σ｜は、ボアサイト付近において単調増加の特性を示す。したがって、あらかじめ到来方向θと振幅比｜Σ＋Δ｜／｜Σ｜の関係をテーブル形式等で保存しているものを参照することで、ターゲットから到来した入射波の方向θを算出することができる。

図３は、この発明の実施の形態１におけるレーダ用給電回路の出力である和信号Σ、Σ＋Δ信号と、振幅比｜Σ＋Δ｜／｜Σ｜の一例を示す説明図である。出力端子１０ａの和信号Σ、出力端子１０ｂのΣ＋Δ信号と、振幅比｜Σ＋Δ｜／｜Σ｜を示している。この例では、Σ＋Δ信号が−５°の到来方向に対してヌルの特性を有しており、振幅比｜Σ＋Δ｜／｜Σ｜が単調増加の特性を示す±５°の角度範囲で到来方向を算出することができる。

このように、この実施の形態１によれば、和信号Σと、和信号Σと差信号Δを同相で足し合わせたΣ＋Δ信号を出力するように給電回路を構成したので、包絡線検波のみで到来方向を算出できる受信機構成が簡単なレーダ装置を実現することができる。

また、一方の信号（和信号Σ）の振幅がピークとなる方向と、もう一方の信号（Σ＋Δ信号）がヌルとなる方向が異なっているため、振幅のみで測角できる角度範囲を広くとることができる。

なお、この実施の形態１では、和信号Σと差信号Δを同相で足し合わせるために、９０度移相器４と合成器５を用いたが、例えば次のように図１における回路構成の一部を変更してもよい。

まず、第１の変更例を示す。図４は、図１における９０度移相器と合成器の代わりに９０度ハイブリッドを設けたレーダ用給電回路の回路構成の一例を示す図である。図１における回路構成から９０度移相器４と合成器５の代わりに、移相手段と合成手段を兼ね備えた回路として９０度ハイブリッド６ａを設けている。ここで、終端器７は、９０度ハイブリッド６ａの出力のうち、和信号Σより差信号Δの方が９０度遅れて出力される側を終端させる。このような構成としても、図１に示したこの発明の実施の形態１におけるレーダ用給電回路と同様の効果が得られる。

また、第２の変更例を示す。図５は、図１における分配器と９０度移相器の代わりに９０度ハイブリッドを設けたレーダ用給電回路の回路構成の一例を示す図である。図１における回路構成から９０度分配器３ａと９０度移相器４の代わりに、分配手段と移相手段を兼ね備えた回路として９０度ハイブリッド６ｂを設けている。ここで、終端器７は、９０度ハイブリッド６ｂの入力の１つを終端させる。このような構成としても、図１に示したこの発明の実施の形態１におけるレーダ用給電回路と同様の効果が得られる。

さらに、第３変更例を示す。図６は、図１における分配器の代わりに減衰器を設けたレーダ用給電回路の回路構成の一例を示す図である。出力端子１０ｃに出力される差信号Δは測角に使用しないため、図１における回路構成から分配器の代わりに、振幅調整手段として減衰器８を設けている。このような構成としても、図１に示したこの発明の実施の形態１におけるレーダ用給電回路と同様の効果が得られる。

また、減衰器８によって差信号Δの振幅を変えることにより、和信号Σと差信号Δを同相で足し合わせたΣ＋Δ信号のヌルの位置を変化させることができるため、測角可能な角度範囲を調整することができるという効果が得られる。

なお、第３変更例で示した図６の回路構成における９０度移相器４と合成器５の代わりに、第１の変更例と同様に、移相手段として９０度ハイブリッド６ａを用いてもよい。また、第３変更例で示した図６の回路構成における９０度分配器３ａと９０度移相器４の代わりに、第２の変更例と同様に、移相手段として９０度ハイブリッド６ｂを用いてもよい。いずれの構成としても、第３変更例で示した図６の回路構成におけるレーダ用給電回路と同様の効果が得られる。

また、この発明の実施の形態１で示した図１、第１変更例で示した図４および第２変更例で示した図５におけるレーダ用給電回路の回路構成においても、出力端子１０ｃに出力される差信号Δを測角に使用しないのであれば、図１におけるレーダ用給電回路でも説明したように、分配器３ｂを設けず、１８０度ハイブリッド２から出力される差信号Δを合成器５に直接入力するようにしてもよい。このとき、第３変更例で示した図６の回路構成と同様に、振幅調整手段である減衰器８を設けてもよい。いずれの構成としても、その変更前のこの発明の実施の形態１で示した図１、第１変更例で示した図４および第２変更例で示した図５におけるレーダ用給電回路と同様の効果が得られる。

実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２におけるレーダ用給電回路の回路構成の一例を示した図である。図において、２ａ、２ｂは１８０度ハイブリッドであるハイブリッド回路、３ｃ、３ｄは分配器である分配回路（第１の分配回路３ｃ、第２の分配回路３ｄ）、９は移相器である移相回路である。また、１０ａ、１０ｃ、１０ｄはそれぞれ出力端子である。

角度θの方向にあるターゲットから到来した入射波は、アンテナ１ａ、１ｂで、ある位相差をもって受信される。この実施の形態２においては、まずその２つの受信信号を分配器３ｃ、３ｄでそれぞれ２つ（主信号、副信号）に分配する。分配した信号のうちの各主信号を１８０度ハイブリッド２ａに入力すると、和信号Σと差信号Δを生成することができる。一方、分配した信号のうちの各副信号は、１８０度ハイブリッド２ｂに入力する。このとき、分配した信号の副信号うちの一方（ここでは分配器３ｄの副信号とする。）は、移相器９を通って位相φだけ遅れて入力される。したがって、１８０度ハイブリッド２ｂから出力される信号は、振幅がピークとなる方向がボアサイト方向から位相差φに対応する角度だけずれたオフセット和信号Σ'と、振幅がゼロのなる方向がボアサイト方向から位相差φに対応する角度だけずれたオフセット差信号Δ'となる。オフセット和信号Σ'は終端器７で終端され、オフセット差信号Δ'が出力端子１０ｄより出力される。

このオフセット差信号Δ'は、実施の形態１におけるΣ＋Δ信号と同様、ボアサイト方向から外れた方向に対して振幅がゼロとなるため、出力端子１０ａの和信号Σと、出力端子１０ｄのオフセット差信号Δ'をそれぞれ包絡線検波し、除算して求めた振幅比｜Δ'｜／｜Σ｜は、ボアサイト付近において単調増加の特性を示す。したがって、あらかじめ到来方向θと振幅比｜Δ'｜／｜Σ｜の関係をテーブル形式等で保存しているものを参照することで、ターゲットから到来した入射波の方向θを算出することができる。

このように、この実施の形態２によれば、和信号Σと、ボアサイト方向から外れた方向に対して振幅がゼロとなるオフセット差信号Δ'を出力するように給電回路を構成したので、包絡線検波のみで到来方向を算出できる受信機構成が簡単なレーダ装置を実現することができる。

また、一方の信号（和信号Σ）の振幅がピークとなる方向と、もう一方の信号（オフセット差信号Δ'）がヌルとなる方向が異なっているため、振幅のみで測角できる角度範囲を広くとることができる。

なお、実施の形態２においては、移相器９における移相量φによって、オフセット差信号Δ'がヌルとなる方向を変えることができる。移相量φを大きくすることで、オフセット差信号Δ'のヌル方向をボアサイト方向からより離れた方向にすることができるため、振幅のみで測角できる角度範囲を広くとることができる。一方、移相量φを小さくすると、測角できる角度範囲は狭くなるが、振幅比｜Δ'｜／｜Σ｜の傾きが大きくなるため、測角精度を向上させることができる。

なお、図７におけるレーダ用給電回路の回路構成において、出力端子１０ｃに出力される差信号Δを測角に使用しないのであれば、１８０度ハイブリッド２ａから差信号Δの出力を終端器で終端してもよい。このような構成としても、図７に示したこの発明の実施の形態２におけるレーダ用給電回路と同様の効果が得られる。

以上のように、この発明のレーダ用給電回路によれば、２つの受信信号から和信号Σと、和信号Σと差信号Δを同相で足し合わせたΣ＋Δ信号の振幅比を求め、包絡線検波のみで到来方向を算出するようにしたので、より広い角度範囲においてターゲットの角度を識別することができる。

また、この発明のレーダ用給電回路によれば、２つの受信信号から和信号Σと、ボアサイト方向から外れた方向に対して振幅がゼロとなるオフセット差信号Δ'を求め、包絡線検波のみで到来方向を算出するようにしたので、より広い角度範囲においてターゲットの角度を識別することができる。

また、この発明のレーダ用給電回路によれば、２つの受信信号の一方の信号（和信号Σ）の振幅がピークとなる方向と、もう一方の信号（Σ＋Δ信号またはオフセット差信号Δ'）がヌルとなる方向が異なっているため、振幅のみで測角できる角度範囲を広くとることができる。

１ａ、１ｂ アンテナ、２、２ａ、２ｂ ハイブリッド回路（１８０度ハイブリッド）、３ａ 分配回路（和信号分配器）、３ｂ 分配回路（差信号分配器）、３ｃ 分配回路（第１の分配器）、３ｄ 分配回路（第２の分配器）、４ 移相回路（９０度移相器）、５ 合成回路（合成器）、６ａ、６ｂ ハイブリッド回路（９０度ハイブリッド）、７ 終端回路（終端器）、８ 減衰回路（減衰器）、９ 移相回路（移相器）、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 出力端子。

Claims (6)

1. ２つの受信アンテナと、
   前記２つの受信アンテナから入力された２つの受信信号を加算した和信号と前記２つの受信信号の一方から他方を減算した差信号を出力するハイブリッド回路と、
   前記和信号を第１の分配和信号と第２の分配和信号に分配する和信号分配回路と、
   前記第２の分配和信号と前記差信号の位相を同相に調整する移相回路と、
   同相に調整された前記第２の分配和信号と前記差信号を合成する合成回路と
   を備え、
   前記第１の分配和信号および前記合成回路が合成した信号を、前記第１の分配和信号と前記合成回路が合成した信号との振幅比を用いてターゲットの角度を算出するレーダ装置に出力するレーダ用給電回路。
2. 前記ハイブリッド回路と前記合成回路の間に前記差信号の振幅を調整する振幅調整手段を備えた請求項１に記載のレーダ用給電回路。
3. 前記振幅調整手段は、減衰器である請求項２に記載のレーダ用給電回路。
4. ２つの受信アンテナと、
   前記２つの受信アンテナから入力された２つの受信信号を加算した和信号と前記２つの受信信号の一方から他方を減算した差信号を出力するハイブリッド回路と、
   前記和信号を第１の分配和信号と第２の分配和信号に分配する和信号分配回路と、
   前記差信号と前記第２の分配和信号の位相を同相に調整する移相手段および同相に調整された前記第２の分配和信号と前記差信号を合成する合成手段を有する９０度ハイブリッド回路と
   を備え、
   前記第１の分配和信号および前記合成手段が合成した信号を、前記第１の分配和信号と前記合成手段が合成した信号との振幅比を用いてターゲットの角度を算出するレーダ装置に出力するレーダ用給電回路。
5. ２つの受信アンテナと、
   前記２つの受信アンテナから入力された２つの受信信号を加算した和信号と前記２つの受信信号の一方から他方を減算した差信号を出力するハイブリッド回路と、
   前記和信号を第１の分配和信号と第２の分配和信号に分配する分配手段および前記差信号と分配した前記第２の分配和信号の位相を同相に調整する移相手段を有する９０度ハイブリッド回路と
   同相に調整された前記第２の分配和信号と前記差信号を合成する合成回路と
   を備え、
   前記第１の分配和信号および前記合成回路が合成した信号を、前記第１の分配和信号と前記合成回路が合成した信号との振幅比を用いてターゲットの角度を算出するレーダ装置に出力するレーダ用給電回路。
6. ２つの受信アンテナと、
   前記２つの受信アンテナから入力された２つの受信信号の一方を第１の主信号と第１の副信号に分配する第１の分配回路と、
   前記２つの受信信号の他方を第２の主信号と第２の副信号に分配する第２の分配回路と、
   前記第１の主信号と前記第２の主信号を加算した第１の和信号および前記第１の主信号から前記第２の主信号を減算した第１の差信号を出力する第１のハイブリッド回路と、
   前記第１の副信号と前記第２の副信号の位相を同相に調整する移相回路と、
   同相に調整された前記第１の副信号と前記第２の副信号を加算した第２の和信号および同相に調整された前記第１の副信号から前記第２の副信号を減算した第２の差信号を出力する第２のハイブリッド回路と
   を備えたレーダ用給電回路。

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