JP6349916B2 - アンテナ診断装置 - Google Patents

Description

この発明は、アレーアンテナの故障診断を行うアンテナ診断装置に関する。

従来、アレーアンテナの故障診断をする装置が知られている。この種のアンテナ装置は、被診断アレーアンテナと同一アンテナ開口内に設けられたピックアップアンテナと、上記ピックアップアンテナに接続された送受信機とで構成されている(例えば、特許文献１参照)。
通常、被診断アレーアンテナの送信における故障診断を行う場合、被診断アレーアンテナに接続された送受信機より送信された信号を、被診断アレーアンテナを構成する各素子アンテナより放射し、その放射された電波をピックアップアンテナで受信し、受信した信号をピックアップアンテナに接続された送受信機で受信する。
一方、被診断アレーアンテナの受信における故障診断を行う場合、ピックアップアンテナに接続された送受信機より送信された信号をピックアップアンテナより放射し、その放射された電波を被診断アレーアンテナの各素子アンテナで受信し、被診断アレーアンテナに接続された送受信機で受信する。
各送受信機で受信された信号は、例えばその受信電力の振幅値や位相値、または特許文献２で記載された解析手法により、被診断アレーアンテナの故障、すなわち各素子アンテナの信号系統の故障を判定する。
ここで各素子アンテナの信号系統の故障とは、被診断アレーアンテナを構成する素子アンテナ、各素子アンテナに接続される可変移相器や増幅器等の送受信モジュール等の故障をいう。

特許第２５６０４５３号公報 特許第１５５３４４６号公報

上記の特許文献１に示される従来のアレーアンテナ診断装置では、被診断アレーアンテナの素子アンテナとピックアップアンテナ間の相互結合により、被診断アレーアンテナの素子アンテナとピックアップアンテナ間で電波の送受信を行っている。
また、相互結合量の減少を避けるために、対象としている素子アンテナとピックアップアンテナの距離が近くなるよう、被診断アレーアンテナの開口にまんべんなく複数のピックアップアンテナを設けている。
また、ピックアップアンテナが増えると、それらを合成または切り替える給電回路が複雑になる。

従来のアレーアンテナ診断装置では、被診断アレーアンテナの一部をピックアップアンテナとして用いているため、被診断アレーアンテナの開口分布を乱すことや、最適開口分布分を得られないことがあるという課題があった。
その対策として、被診断アレーアンテナの開口分布に影響を与えないために、被診断アレーアンテナの開口の端付近に設けることが考えられる。しかし、大きな開口のアレーアンテナの場合、被診断アレーアンテナの対象としている素子アンテナとピックアップアンテナの距離が遠くなり、対象としている素子アンテナとピックアップアンテナとの間に他の素子アンテナが多く存在することになる。この他の素子アンテナにより、対象としている素子アンテナとピックアップアンテナ間の電波が吸収され、素子アンテナとピックアップアンテナ間の相互結合量は自由空間伝搬損失の距離に対する損失の割合よりも減少する。相互結合量が減少することにより、対象としている素子アンテナによる信号電力が小さくなりすぎると、受信機の最小感度電力を下回り、対象としている素子アンテナの系統からの信号の振幅、位相が分からないため、故障判定ができなくなるという課題があった。

この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、アレーアンテナの開口端に設けられたピックアップアンテナを用いながら、対象の素子アンテナの系統からの受信電力を大きくさせ、アレーアンテナの故障診断が可能なアンテナ診断装置を得ることを目的とする。

この発明に係るアンテナ診断装置は、診断用のピックアップアンテナと、前記ピックアップアンテナに接続された送受信機と、前記ピックアップアンテナから放射された電波を反射するレドームと、診断対象のアンテナに接続された送受信機とから構成され、前記レドームは、前記診断対象のアンテナ上に配置され、前記診断対象のアンテナに接続された送受信機は、前記ピックアップアンテナから放射された電波が前記レドームで反射された反射波を受信する。

この発明に係るアンテナ診断装置によれば、例えばアンテナ開口が大きいアレーアンテナにおいて、診断対象の素子アンテナがピックアップアンテナから離れた位置にある場合であっても診断対象の素子アンテナによる受信電力を大きくすることができ、アレーアンテナの故障診断を行うことが可能となる。更には故障診断を行う際に使用するピックアップアンテナも少数のピックアップアンテナでよく、多くのピックアップアンテナを合成または切り替える複雑な給電回路が不要で、簡易な構成でアレーアンテナの故障診断が可能となる。

この発明の実施の形態１に係るアンテナ診断装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る平行平板レドームおける入射角に対する反射量の一例を示した図である。 この発明の実施の形態１に係るピックアップアンテナへの入力電力に対する素子アンテナで受信した電力の減衰量の一例を示した図である。

実施の形態１.
図１はこの発明の実施の形態１によるアンテナ診断装置１００の構成を示すブロック図である。図１において、実施の形態１のアンテナ診断装置１００は、アンテナ診断用のピックアップアンテナ１と、ピックアップアンテナに接続された送受信機２と、ピックアップアンテナ１と診断対象である被診断アレーアンテナ３を覆うレドーム４で構成される。

ここで、診断対象である被診断アレーアンテナ３を覆うレドーム４について、説明をする。本実施の形態に係るアレーアンテナは、例えば艦船に搭載するものであり、電波を送受信して、艦船、航空機、飛しょう体等の目標物へ探知に使用される。アレーアンテナには、通常その前方にアレーアンテナを機械的に保護する電波を透過する素材から成るレドームが設置される。電波はアレーアンテナから放射され、レドームを透過し、空中を伝搬し、目標物に反射し、目標物で反射した電波は再び空中を伝搬し、レドームを透過してアレーアンテナにて受信される（例えば、特開平４−９５７９２号公報参照）。
本実施の形態に係るレドーム４については、被診断アレーアンテナが搭載される艦船においてアレーアンテナの前方に設けられるレドームを、そのまま使用することが可能である。
すなわち、アレーアンテナの診断のために、別途、レドーム４を用意する必要はなく、アレーアンテナ３を搭載する艦船に設置されるレドームをそのまま用いることが可能である。これにより、余分のコストをかけることなく、アレーアンテナ３の診断を行うことができる。
なお、当然のことながら、アレーアンテナの診断用に別途レドーム４を製造しても構わない。

アンテナ診断装置１００は、被診断アレーアンテナの故障、すなわち各素子アンテナの信号系統の故障を判定する。ここで各素子アンテナの信号系統の故障とは、先述の通り、被診断アレーアンテナを構成する素子アンテナ５、各素子アンテナに接続される可変移相器や増幅器等の送受信モジュール１２等の故障をいう。なお、送受信モジュール１２に接続される合成分配回路１３や送受信機１４を含めた故障診断を行ってもよい。

ピックアップアンテナ１は、その電界面が被診断アレーアンテナ３の素子アンテナ５の電界面と平行になるように設置されている。
ピックアンプアンテナ１は被診断アレーアンテナ３のアンテナ開口端付近に設置される。また、ピックアンプアンテナ１は、ピックアップアンテナ１から被診断アレーアンテナ３を見たとき、ピックアップアンテナ１及び被診断アレーアンテナ３上に設置されるレドーム４に対し、ピックアップアンテナ１から放射された電波６の電界ベクトル７がレドーム４の入射面８に対して垂直になるように設置される。

次に、図１を用いて本実施の形態に係るアンテナ診断装置１００の動作を説明する。なお、図１では被診断アレーアンテナ３を直線アレーアンテナとして記載しているが、平面アレーアンテナでも動作は同じである。
また、ここではピックアップアンテナ１を送信アンテナ、被診断アレーアンテナ３を受信アンテナにした場合について説明をするが、送信と受信が逆になっても動作は同じであることは言うまでもない。

図１おいて、送受信機２から送信された信号はピックアップアンテナ１より電波として空間に放射される。放射された電波のうちの一部は、素子アンテナ５と被診断アレーアンテナ３上に設置されたレドーム４に入射される。
ピックアップアンテナ１からレドーム４に入射された電波６は、レドーム４の入射面８で反射され、その反射波９は被診断アレーアンテナ３の診断対象の系統の素子アンテナ５に到達する。
アンテナ診断装置１００は、素子アンテナ５、送受信モジュール１２、合成分配回路１３を経由して送受信機１４で受信された受信信号に基づき、例えばその受信信号電力の振幅値や位相値、または特許文献２で記載された解析手法により、被診断アレーアンテナの故障、すなわち各素子アンテナの信号系統の故障を判定する。
なお、図１では診断対象の素子アンテナを素子アンテナ５、送受信モジュールを送受信モジュール１２と表す。また、被診断アレーアンテナ３において、診断対象の素子アンテナ５を除いた素子アンテナを素子アンテナ５’、診断対象の送受信モジュール１２を除いた送受信モジュールを送受信モジュール１２’と表す。
レドーム４からの反射波９と、相互結合としてピックアップアンテナ１から直接素子アンテナ５に到達した電波１１は素子アンテナ５で受信され、送受信モジュール１２、合成分配回路１３を経て送受信機１４に入力される。送受信モジュール１２は増幅器、移相器等から構成される。

直接伝搬の相互結合は、ピックアップアンテナ１と対象としている素子アンテナ５との間の他の素子アンテナ５’により電波が吸収されるため、その相互結合量は自由空間伝搬損失の距離に対する損失の割合よりも減少する。

一方、レドーム４からの反射波９は、他の素子アンテナ５’による吸収の影響を受けにくい。ゆえに、レドームでの反射量によっては、相互結合の直接波よりも反射波の信号振幅を大きくすることが可能である。

一般に、入射面に対して電界が垂直に入射した場合、水平に入射した場合に比べ反射量は大きくなる。図１に示したピックアップアンテナ１の配置においては、レドーム４の入射面８に対し入射電界７は垂直となっており、レドームでの反射量が大きくなる配置となっている。

一例として、レドーム４を厚さが０．２５λ(λは周波数ｆにおける自由空間波長)、比誘電率が４の平行平板とした場合の、入射角度に対する反射量を図２に示す。
図２で示されるように、垂直入射２０１（入射面に対して電界が垂直方向に入射）のほうが、水平入射（入射面に対して電界が水平方向に入射）２０２よりも反射量が大きい。

また、一例として、（１）素子間隔が０．５６λのアレーアンテナにおけるピックアップアンテナ１と素子アンテナ５との直接伝搬である相互結合における減衰量３０１と、（２）図２で示した厚さ０．２５λ、比誘電率４の平行平板レドームを上記アレーアンテナの素子アンテナ５から２．５λ離れたところに設置した場合に、レドーム４での反射による伝搬における減衰量３０２（ピックアップアンテナ１に入力された電力に対する素子アンテナ５で受信した電力の減衰量）を図３に示す。
図３において横軸はピックアップアンテナ１からの距離であり、縦軸はピックアップアンテナ１に入力された電力に対する素子アンテナ５で受信した電力の減衰量を表す。減衰量が０ｄＢに近いほど、素子アンテナ５で受信した電力が大きいことを示す。
図３に示すように、ピックアンプアンテナから離れた素子アンテナで、実施の形態１によるレドームにおいて垂直入射で反射させて伝搬することにより、素子アンテナ５での受信電力を直接伝搬である相互結合よりも大きくできる。

以上のように、本発明の実施の形態１に係るアンテナ診断装置１００は、（１）ピックアップアンテナ１を、その電界面が被診断アレーアンテナの素子アンテナの電界面と平行とし、かつ、（２）ピックアップアンテナ１から被診断アレーアンテナ５の見たとき、ピックアップアンテナ５及び被診断アレーアンテナ上に設置されているレドーム４に対し、ピックアップアンテナ１から放射された電波の電界がレドームの入射面に対して垂直になるように設置する。
これにより、アンテナ診断装置１００においては、ピックアップアンテナ１から遠方に位置する被診断アレーアンテナの素子アンテナ５に対して、ピックアップアンテナ１からの相互結合による素子アンテナの受信電力よりも、レドーム４での反射による伝搬での素子アンテナの受信電力を大きくすることが可能となり、対象としている素子アンテナの系統の故障判定が可能となる。

なお、相互結合の直接波とレドームからの反射波の位相関係によっては、素子アンテナの受信電力が互いに打ち消される可能性があるが、周波数を変更することにより直接波と反射波の位相関係が変わるため、上述の受信電力の打ち消しを防ぐことができる。

１ ピックアップアンテナ、２ 送受信機、３ 被診断アレーアンテナ、４ レドーム、５ 素子アンテナ、６ 電波、７ 電波６の電界ベクトル、８ 入射面、９ 反射波、１０ 反射波９の電界ベクトル、１１ 電波、１２ 送受信モジュール(増幅器、移相器等)、１３ 合成分配回路、１４ 送受信機、１００ アンテナ診断装置、２０１ 垂直入射、２０２ 水平入射、３０１ 直接伝搬、３０２ レドーム反射による伝搬。

Claims (4)

1. アンテナ診断用のピックアップアンテナと、
   前記ピックアップアンテナに接続されたアンテナ診断用送受信機と、
   前記ピックアップアンテナから放射された電波を反射するレドームと、
   診断対象のアンテナに接続された送受信機と、
   からなるアンテナ診断装置であって、
   前記レドームは、前記診断対象のアンテナ上に配置され、
   前記診断対象のアンテナに接続された送受信機は、前記ピックアップアンテナから放射された電波が前記レドームで反射された反射波を受信することを特徴とするアンテナ診断装置。
2. 前記ピックアップアンテナの電界面は、前記診断対象のアンテナの電界面と平行に配置されることを特徴とする請求項１記載のアンテナ診断装置。
3. 前記診断対象のアンテナは、アレーアンテナであることを特徴とする請求項１、２いずれか記載のアンテナ診断装置。
4. 前記レドームは、前記診断対象のアンテナが搭載される艦船に設けられるレドームであることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のアンテナ診断装置。

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