JP7292841B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、アンテナ装置に関する。

開口面を制御することで、クラッタ、不要信号、ブラッグローブを抑圧するべく、開口面を機械的に回転させるようにした技術が提案されている（特許文献１）。

特開２０１８－０２５５６７号公報

アンテナの開口面における放射パターンは、そのアンテナ固有の領域分布を有する。前記特許文献に記載された技術も含めて、同一のアンテナで送信と受信とを行なうレーダ装置などにおいては、送信時と受信時の放射パターンは同様であり、サイドローブが高い領域が分布する位置も同様となる。

図９は、送信アンテナ１１の開口面形状（図９（Ａ））と、受信アンテナ１２の開口面形状（図９（Ｂ））が、共に矩形で同一の配置方向である場合を例示している。送信アンテナ１１と受信アンテナ１２は、同一のアンテナ開口面で送受を行なう、一体化されたものでも良いし、送信アンテナ１１と受信アンテナ１２とを別体としたものを隣接配置しても良い。

図１０は、前記図９（Ａ）の送信アンテナ１１の開口面形状の放射パターンを例示している。同図は、送信アンテナ１１を縦１２素子×横１２素子のアレイアンテナ配列とした場合のパターンである。

中央のメインローブの上下左右、十字状にサイドローブが分布しており、メインローブと隣接するように１次サイドローブが発生している。１次サイドローブのレベルは－１３．２［ｄＢ］となる（振幅分布が一様の場合）。

図１１は、前記図９（Ｂ）の受信アンテナ１２の開口面形状の放射パターンを例示している。同図も、受信アンテナ１２を縦１２素子×横１２素子のアレイアンテナ配列とした場合のパターンである。当然ながら、開口面形状及び設置方向が送信アンテナと同じであるため、放射パターンも同様となっており、１次サイドローブのレベルは－１３．２［ｄＢ］となる。

図１２は、送受信動作時の放射パターンを例示する図である。送信アンテナ１１の１次サイドローブが発生する位置と、受信アンテナ１２の１次サイドローブが発生する位置とが同じとなるため、この図１１の送受信動作時の放射パターンでも、中央のメインローブに隣接する上下左右、十字状に１次サイドローブのピークが発生している。この１次サイドローブのピークレベルは、－２６．４（＝－１３．２×２）［ｄＢ］となる。

このように、送信アンテナ１１と受信アンテナ１２とで、開口面の形状が同一で、且つ開口面の配置方向（角度）が同一である場合、例えば送信と受信を１つのアンテナで行なう場合には、特に１次サイドローブの発生位置が同じとなるため、送受信動作時のサイドローブのピークレベルが高くなることは避けられない。

本実施形態は、前述したような実情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、送受信動作で発生するサイドローブを低減することが可能なアンテナ装置を提供することにある。

実施形態のアンテナ装置は、送信アンテナと、前記送信アンテナと略同一形状であって前記送信アンテナの開口面に沿って４５°方向をずらして設置される開口面を有する受信アンテナとを備える。前記送信アンテナと前記受信アンテナは同一開口面に一体化して設置され、送信アンテナと受信アンテナが重畳する面位置に送受信素子をアレイ配列して構成し、前記送信アンテナと前記受信アンテナは、一方の開口面に他方の開口面を含んだ構成とする。

図１は、本実施形態に係る送信アンテナと受信アンテナの開口面形状の概念を例示する図である。 図２は、同実施形態に係る送信アンテナの放射パターンを例示する図である。 図３は、同実施形態に係る受信アンテナの放射パターンを例示する図である。 図４は、同実施形態に係る送信アンテナと受信アンテナによる送受信動作時の放射パターンを例示する図である。 図５は、同実施形態に係るアレイアンテナの具体的な第１の素子配列を例示する図である。 図６は、同実施形態に係るアレイアンテナの具体的な第２の素子配列を例示する図である。 図７は、同実施形態に係るアレイアンテナの具体的な第３の素子配列を例示する図である。 図８は、同実施形態に係る図７の送受信アンテナの送受信動作時の放射パターンを例示する図である。 図９は、同一開口面形状の送信アンテナと受信アンテナを例示する図である。 図１０は、図９の送信アンテナの放射パターンを例示する図である。 図１１は、図９の受信アンテナの放射パターンを例示する図である。 図１２は、図９の送信アンテナと受信アンテナによる送受信動作時の放射パターンを例示する図である。

以下、本実施形態に係るアンテナ装置を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る送信アンテナ２１の開口面形状（図１（Ａ））と受信アンテナ２２の開口面形状（図１（Ｂ））の基本的な概念を例示する図である。

送信アンテナ２１と受信アンテナ２２は、共に複数のアンテナ素子を行列状に配列したアレイアンテナアレイアンテナで構成される。

送信アンテナ２１と、受信アンテナ２２とは、開口面形状自体が同一であり、且つ同一の開口面に沿って、一方が他方と４５°ずらした方向で設置される。

図１では、送信アンテナ２１と受信アンテナ２２を共に正方形状の開口面を有するものとし、送信アンテナ２１を、隣接する２片が垂直及び水平となるように設置すると共に、受信アンテナ２２は、２つの対角線が垂直及び水平となるひし形となるように４５°角度をずらして設置した例を示す。

送信アンテナ２１と受信アンテナ２２は、同一のアンテナ面で送受を行なう一体化したものでも良いし、送信アンテナ２１と受信アンテナ２２とを別体としたものとして隣接設置しても良い。

図２は、前記図１（Ａ）の送信アンテナ２１の開口形状の放射パターンを例示している。同図は、送信アンテナ２１を縦１２素子×横１２素子のアレイアンテナ配列とした場合のパターンである。中央のメインローブの上下左右、十字状にサイドローブが分布しており、メインローブと隣接するように１次サイドローブが発生している。

図３は、前記図１（Ｂ）の受信アンテナ２２の開口形状の放射パターンを前記図２と同一の方向から見た場合を例示している。同図も、受信アンテナ２２を縦１２素子×横１２素子のアレイアンテナ配列とした場合のパターンである。設置方向を送信アンテナ２１に対して４５°ずらしているため、放射パターンもサイドローブが上下左右に十字状ではなく、×字状に斜めに延在したパターンとなっている。

図４は、送受信動作時の放射パターンを例示する図である。送信アンテナ２１の１次サイドローブが発生する位置と、受信アンテナ２２の１次サイドローブが発生する位置とが互いにずれた関係となっている。そのため、送受信動作時の放射パターンでも、中央のメインローブに隣接する１次サイドローブによるピークサイドローブでの加算とはならず、前記図１１の場合と比較しても、サイドローブのピーク位置を分散してレベルを低減できていることが分かる。

図５は、本実施形態に係るアンテナ装置の具体的な第１の素子配列を例示する図である。図５（Ａ）が送信アンテナ３１の開口面形状、図５（Ｂ）が受信アンテナ３２の開口面形状を示す。ここでは、送信アンテナ３１と受信アンテナ３２とは別体のアンテナとして構成される例を示す。

送信アンテナ３１は、縦２０素子×横２０素子の送信素子を正方形状にアレイ配列して構成される。一方の受信アンテナ３２は、縦横で十字状となる両対角方向が２０素子×２０素子となるひし形形状に受信素子をアレイ配列して構成される。

送信アンテナ３１と受信アンテナ３２は、同一開口平面に沿って隣接、例えば上下に設置される。なお、送信アンテナ３１と受信アンテナ３２の各開口面の形状を、前記図５と逆となるようにしても良い。

図６は、本実施形態に係るアンテナ装置の具体的な第２の素子配列を例示する図である。図６（Ａ）が送信アンテナ３１の開口面形状、図６（Ｂ）が受信アンテナ３２′の開口面形状を示す。ここでは、送信アンテナ３１と受信アンテナ３２′とは別体のアンテナとして構成される例を示す。

送信アンテナ３１は、前記第１の素子配列と同様に、縦２０素子×横２０素子の送信素子を正方形状にアレイ配列して構成される。一方の受信アンテナ３２′は、送信アンテナ３１と同様のアレイ配列のまま４５°回転させたひし形形状となるようにして構成される。但し、偏波は送信と受信で同一であることを条件とする。

送信アンテナ３１と受信アンテナ３２′は、同一開口平面に沿って隣接、例えば上下に設置される。なお、送信アンテナ３１と受信アンテナ３２′の各開口面の形状を、前記図６と逆となるようにしても良い。

図７は、本実施形態に係るアンテナ装置の具体的な第３の素子配列を例示する図である。同図においては、１つのアンテナ開口面で送信と受信を兼ねた送受信アンテナ４１を構成した例を示す。

この送受信アンテナ４１では、開口面全体が縦２０素子×横２０素子の素子を正方形状にアレイ配列して構成されている。このうち、図中にハッチングの矩形で示すように、十字状の縦横の両対角方向が２０素子×２０素子となるひし形形状に送受信素子を配列し、残る４箇所のコーナー部を、図中にそれぞれ白い矩形で示すように、送信機能を有さない受信素子で構成するものとする。

送信アンテナと受信アンテナとを一体化することにより、送信アンテナと受信アンテナの設置面を同一面に沿って配置するよう位置合わせを行なう必要がない。

また、送信アンテナと受信アンテナの一方が他方を含むような構成とすることにより、アンテナ全体の構成を複雑な形状とせずに、送受信を一体化したアンテナ装置が実現できる。

前記図７に示した構成では、送信アンテナとしての開口面の面積及び構成素子数に比して、受信アンテナとしての開口面の面積及び構成素子数が大きい場合を例示している。

図８は、前記図７の送受信アンテナの送受信動作時の放射パターンを例示する図である。図中に示すように、例えばＡＺ＝－６．０［ｄｅｇ］、ＥＬ＝０．０［ｄｅｇ］の位置を代表点とすると、前記図２の送信アンテナの放射パターンにおける同代表点の位置のサイドローブレベルが－１２．９７［ｄＢ］、前記図３の受信アンテナの放射パターンにおける同代表点の位置のサイドローブレベルが－１６．６０［ｄＢ］となっており、前記図４の総合的な送受信動作時における同代表点の位置のサイドローブレベルとして－２９．５７［ｄＢ］の数値が得られている。

また、送信アンテナの構成は前記図７に示したように十字状の縦横の両対角方向が２０素子×２０素子となるひし形形状に送受信素子を配列する一方で、前記図６の受信素子として外周側をそれぞれ２素子分ずつ省略した構成とし、受信アンテナの開口面が縦１６素子×横１６素子の正方形の開口面を含むような構成とした場合についても例示する。

このように、送信アンテナとしての開口面の面積及び構成素子数に比して、受信アンテナとしての開口面の面積及び構成素子数がほぼ等しい（送信素子数／受信素子数の比が０．９）ものとした場合、総合的な送受信動作における１次サイドローブレベルとして－３７．５３［ｄＢ］の数値が得られている。このときの１次サイドローブが発生する代表点はＡＺ＝－９．０［ｄｅｇ］、ＥＬ＝－３．５［ｄｅｇ］となっており、送信アンテナの放射パターンにおける同代表点のレベルが－１９．３５［ｄＢ］、受信アンテナの放射パターンにおける同代表点のレベルが－１８．１８［ｄＢ］となっている。

さらに、送信アンテナの構成は前記図７に示したように十字状の縦横の両対角方向が２０素子×２０素子となるひし形形状に送受信素子を配列する一方で、前記図７の受信素子として外周側をそれぞれ３素子分ずつ省略した構成とし、受信アンテナの開口面が縦１４素子×横１４素子の正方形の開口面を含むような構成とした場合についても例示する。

このように、送信アンテナとしての開口面の面積及び構成素子数に比して、受信アンテナとしての開口面の面積及び構成素子数がほぼ等しい（送信素子数／受信素子数の比が１．１）ものとした場合、総合的な送受信動作における１次サイドローブレベルとして－３７．３７［ｄＢ］の数値が得られている。このときの１次サイドローブが発生する代表点はＡＺ＝－４．０［ｄｅｇ］、ＥＬ＝－９．５［ｄｅｇ］となっており、送信アンテナの放射パターンにおける同代表点のレベルが－１８．６８［ｄＢ］、受信アンテナの放射パターンにおける同代表点のレベルが－１８．６９［ｄＢ］となっている。

なお、前記図７では、送受信素子と受信素子とを領域で分割して一体型の送受信アンテナを構成する場合について説明したが、一体型のアレイアンテナをすべて送受信素子で構成し、且つ個々の素子の機能のオン／オフも含めて、任意に動作時にも送信動作のみ、送受信動作、受信動作のみと設定できるような構成を採ることにより、送信アンテナと受信アンテナの開口面の形状を任意に変更することができる。

以上詳述した如く本実施形態によれば、送受信動作で発生するサイドローブを低減することが可能となる。

前述した如く本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１１，２１，３１…送信アンテナ、１２，２２，３２，３２′…受信アンテナ、４１…送受信アンテナ

Claims (2)

1. 送信アンテナと、
   前記送信アンテナと略同一形状であって前記送信アンテナの開口面に沿って４５°方向をずらして設置される開口面を有する受信アンテナと、
   を備え、
   前記送信アンテナと前記受信アンテナは同一開口面に一体化して設置され、送信アンテナと受信アンテナが重畳する面位置に送受信素子をアレイ配列して構成し、
   前記送信アンテナと前記受信アンテナは、一方の開口面に他方の開口面を含んだ構成とする、
   アンテナ装置。
2. アレイ配列された個々の送受信素子を、任意に送信アンテナを構成する素子及び受信アンテナを構成する素子の少なくとも一方、または機能を停止する素子として選択可能なアレイアンテナにより、前記送信アンテナ及び前記受信アンテナを構成する、請求項１記載のアンテナ装置。

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