JP7461230B2 - 振幅モノパルスアンテナ - Google Patents
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Description
本開示は、振幅モノパルス方式を用いて物標の方向を測角する技術に関する。
振幅モノパルス方式を用いて物標の方向を測角する技術が、特許文献１、２等に開示されている。従来技術の振幅モノパルスアンテナの構成を図１に示す。振幅モノパルスアンテナ１は、第１の前面アンテナ配列１１－１、第２の前面アンテナ配列１１－２、背面アンテナ素子１２、和ビーム形成部１３及び差ビーム形成部１４を備える。第１及び第２の前面アンテナ配列１１－１、１１－２は、互いに水平方向に配置され、ダイポールアンテナ等である。背面アンテナ素子１２も、ダイポールアンテナ等である。
第１及び第２の前面アンテナ配列１１－１、１１－２は、振幅モノパルス方式の和ビームの形成時に、電源及び和ビーム形成部１３を用いて同相で給電され、振幅モノパルス方式の差ビームの形成時に、電源及び差ビーム形成部１４を用いて逆相で給電される。
すると、原則として、メインローブ方向では、和ビームの利得は差ビームの利得より大きく、サイドローブ方向では、和ビームの利得は差ビームの利得より小さい。よって、メインビーム方向の物標を検知することができ、サイドローブ方向のスプリアスを除去することができる。そして、振幅モノパルスアンテナ１を回転させることにより、その物標の方向を測角することができる。ただし、例外として、サイドローブ方向でも、両ビームの利得の大小が反転して、和ビームの利得が差ビームの利得より大きくなることがある。よって、サイドローブ方向のスプリアスを除去することができないことがある。
背面アンテナ素子１２は、第１及び第２の前面アンテナ配列１１－１、１１－２の背面に配置され、振幅モノパルス方式の差ビームの形成時に、電源及び差ビーム形成部１４を用いて給電され、振幅モノパルス方式の和ビームの形成時に、給電されない。
すると、原則として、サイドローブ方向でも、両ビームの利得の大小が反転して、和ビームの利得が差ビームの利得より大きくなることが少なくなる。よって、サイドローブ方向のスプリアスを除去することができないことが少なくなる。
従来技術の振幅モノパルスアンテナの水平指向性を図２に示す。第１の前面アンテナ配列１１－１の給電位相に対する、背面アンテナ素子１２の給電位相差が、－６０°、０°及び１２０°であるときには、メインローブ方向では、和ビームの利得は差ビームの利得より大きく、サイドローブ方向では、和ビームの利得は差ビームの利得より小さい。
第１の前面アンテナ配列１１－１の給電位相に対する、背面アンテナ素子１２の給電位相差が、－１２０°及び６０°であるときには、メインローブ方向では、和ビームの利得は差ビームの利得より大きく、サイドローブ方向では、両ビームの利得の大小が反転して、和ビームの利得が差ビームの利得より大きくなることが残っている。
第１の前面アンテナ配列１１－１の給電位相に対する、背面アンテナ素子１２の給電位相差が、上記のいずれの位相差であるときでも、メインローブ方向では、和ビームの利得が差ビームの利得より圧倒的に大きい状況を作り出すことができない。
そこで、前記課題を解決するために、本開示は、振幅モノパルス方式を用いて物標の方向を測角するにあたり、（１）サイドローブ方向では、和ビームの利得が差ビームの利得より大きくなることを少なくするとともに、（２）メインローブ方向では、和ビームの利得が差ビームの利得より圧倒的に大きい状況を作り出すことを目的とする。
従来技術では、背面アンテナ素子は、第１及び第２の前面アンテナ配列を合わせた全体の前面アンテナ配列の「中心に対応した位置」に配置されるため、前記課題を解決することができない。本開示では、背面アンテナ素子は、第１及び第２の前面アンテナ配列を合わせた全体の前面アンテナ配列の「中心からオフセットした位置」に配置されるため、前記課題を解決することができる。これらの理由については、すぐ後に説明する。
具体的には、本開示は、振幅モノパルス方式の和ビームの形成時に同相で給電され、振幅モノパルス方式の差ビームの形成時に逆相で給電される第１及び第２の前面アンテナ配列と、振幅モノパルス方式の差ビームの形成時に給電され、前記第１及び第２の前面アンテナ配列の背面に配置され、前記第１及び第２の前面アンテナ配列を合わせた全体の前面アンテナ配列の中心からオフセットした位置に配置される背面アンテナ素子と、を備えることを特徴とする振幅モノパルスアンテナである。
この構成によれば、振幅モノパルス方式を用いて物標の方向を測角するにあたり、（１）サイドローブ方向では、和ビームの利得が差ビームの利得より大きくなることを少なくするとともに、（２）メインローブ方向では、和ビームの利得が差ビームの利得より圧倒的に大きい状況を作り出すことができる。この理由については、すぐ後に説明する。
また、本開示は、前記背面アンテナ素子は、前記全体の前面アンテナ配列の中心から、前記第１及び第２の前面アンテナ配列の配列方向と平行方向にオフセットした位置に配置されることを特徴とする振幅モノパルスアンテナである。
従来技術では、差ビームの形成時に、第１及び第２の前面アンテナ配列による電界強度と、背面アンテナ素子による電界強度と、が等振幅となるサイドローブ方向において、第１及び第２の前面アンテナ配列による電界位相と、背面アンテナ素子による電界位相と、が逆相となることがある。本開示では、差ビームの形成時に、第１及び第２の前面アンテナ配列による電界強度と、背面アンテナ素子による電界強度と、が等振幅となるサイドローブ方向において、第１及び第２の前面アンテナ配列による電界位相と、背面アンテナ素子による電界位相と、が逆相となることが少なくなる。よって、この構成によれば、振幅モノパルス方式を用いて物標の方向を測角するにあたり、サイドローブ方向では、和ビームの利得が差ビームの利得より大きくなることを少なくすることができる。
また、本開示は、前記背面アンテナ素子は、正面方向及びその近傍でのみ、振幅モノパルス方式の和ビームの利得が、振幅モノパルス方式の差ビームの利得より大きくなるように、前記第１及び第２の前面アンテナ配列の給電位相と所定の位相差で給電されることを特徴とする振幅モノパルスアンテナである。
この構成によれば、メインローブ方向でのみ、和ビームの利得が差ビームの利得より大きくなるような、第１及び第２の前面アンテナ配列の給電位相に対する、背面アンテナ素子の給電位相差として、広範囲の給電位相差を確保することができる。そして、第１及び第２の前面アンテナ配列の給電位相に対する、背面アンテナ素子の給電位相差として、この範囲内の給電位相差を選択することにより、サイドローブ方向では、和ビームの利得が差ビームの利得より大きくなることを少なくすることができる。
また、本開示は、前記背面アンテナ素子は、前記全体の前面アンテナ配列の中心から、前記第１及び第２の前面アンテナ配列の配列方向と垂直方向にオフセットした位置に配置されることを特徴とする振幅モノパルスアンテナである。
従来技術では、差ビームの形成時に、第１及び第２の前面アンテナ配列による電界強度と、背面アンテナ素子による電界強度と、がほぼ等振幅となるメインローブ方向において、第１及び第２の前面アンテナ配列による電界位相と、背面アンテナ素子による電界位相と、が同相となってしまう。本開示では、差ビームの形成時に、第１及び第２の前面アンテナ配列による電界強度と、背面アンテナ素子による電界強度と、がほぼ等振幅となるメインローブ方向において、第１及び第２の前面アンテナ配列による電界位相と、背面アンテナ素子による電界位相と、が逆相に近付けられる。よって、この構成によれば、振幅モノパルス方式を用いて物標の方向を測角するにあたり、メインローブ方向では、和ビームの利得が差ビームの利得より圧倒的に大きい状況を作り出すことができる。
また、本開示は、前記第１及び第２の前面アンテナ配列は、前面基板上の平面パッチアンテナであり、前記背面アンテナ素子は、背面基板上の平面パッチアンテナであることを特徴とする振幅モノパルスアンテナである。
この構成によれば、振幅モノパルスアンテナを薄くすることができ、ケーブルの引き回しを短くすることができ、給電位置又は給電方向に応じて給電位相を調整することができるため、移相器による給電位相の調整量を低減することができる。
このように、本開示は、振幅モノパルス方式を用いて物標の方向を測角するにあたり、（１）サイドローブ方向では、和ビームの利得が差ビームの利得より大きくなることを少なくするとともに、（２）メインローブ方向では、和ビームの利得が差ビームの利得より圧倒的に大きい状況を作り出すことができる。
添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。
（振幅モノパルスアンテナの概要）
本開示の振幅モノパルスアンテナの構成を図３、４に示す。振幅モノパルスアンテナ２は、第１の前面アンテナ配列２１－１、第２の前面アンテナ配列２１－２、第１の分配回路２２－１、第２の分配回路２２－２、前面基板２３、背面アンテナ素子２４、移相器２５、和差ビーム形成部２６、和ビームポート２７、差ビームポート２８、背面基板２９、アルミ板３０及び芯線３１を備える。第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２は、互いに水平方向に配置され、前面基板２３上の平面パッチアンテナである。背面アンテナ素子２４は、背面基板２９上の平面パッチアンテナである。
本開示の振幅モノパルスアンテナの構成を図３、４に示す。振幅モノパルスアンテナ２は、第１の前面アンテナ配列２１－１、第２の前面アンテナ配列２１－２、第１の分配回路２２－１、第２の分配回路２２－２、前面基板２３、背面アンテナ素子２４、移相器２５、和差ビーム形成部２６、和ビームポート２７、差ビームポート２８、背面基板２９、アルミ板３０及び芯線３１を備える。第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２は、互いに水平方向に配置され、前面基板２３上の平面パッチアンテナである。背面アンテナ素子２４は、背面基板２９上の平面パッチアンテナである。
第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２は、振幅モノパルス方式の和ビームの形成時に、電源、和ビームポート２７、和差ビーム形成部２６、芯線３１並びに第１及び第２の分配回路２２－１、２２－２を用いて同相で給電され、振幅モノパルス方式の差ビームの形成時に、電源、差ビームポート２８、和差ビーム形成部２６、芯線３１並びに第１及び第２の分配回路２２－１、２２－２を用いて逆相で給電される。
背面アンテナ素子２４は、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２の背面に配置され、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２を合わせた全体の前面アンテナ配列の「中心からオフセットした位置」に配置され、振幅モノパルス方式の差ビームの形成時に、電源、差ビームポート２８及び移相器２５を用いて給電され、振幅モノパルス方式の和ビームの形成時に、和差ビーム形成部２６を用いて給電されない。
前面基板２３及び背面基板２９にレドームを配置してもよく、レドームをフレームで固定してもよい。第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２として、水平方向６枚×垂直方向２枚の前面アンテナ素子を配置することにより、前面アンテナ利得を所望仕様に適合させている。第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２に対して、非励振素子を配置することにより、前面アンテナ帯域を所望仕様に適合させてもよい。背面アンテナ素子２４に対して、非励振素子を配置することにより、背面アンテナ帯域を所望仕様に適合させてもよい。前面基板２３と背面基板２９との間にアルミ板３０を配置したうえで、アルミ板３０と芯線３１との間にテフロン（登録商標）被覆等を確保している。
すると、振幅モノパルス方式を用いて物標の方向を測角するにあたり、（１）サイドローブ方向では、和ビームの利得が差ビームの利得より大きくなることを少なくするとともに、（２）メインローブ方向では、和ビームの利得が差ビームの利得より圧倒的に大きい状況を作り出すことができる。よって、メインビーム方向の物標を検知することができ、サイドローブ方向のスプリアスを除去することができないことが少なくなる。そして、振幅モノパルスアンテナ２を回転させることにより、その物標の方向を測角することができる。さらに、振幅モノパルスアンテナ２を薄くすることができ、ケーブルの引き回しを短くすることができ、給電位置又は給電方向に応じて給電位相を調整することができるため、移相器２５による給電位相の調整量を低減することができる。
（振幅モノパルスアンテナの水平指向性）
比較例の振幅モノパルスアンテナの水平指向性を図５、６に示す。比較例では、背面アンテナ素子２４は、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２を合わせた全体の前面アンテナ配列の「中心に対応した位置」に配置される。
比較例の振幅モノパルスアンテナの水平指向性を図５、６に示す。比較例では、背面アンテナ素子２４は、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２を合わせた全体の前面アンテナ配列の「中心に対応した位置」に配置される。
図５では、第１の前面アンテナ配列２１－１の給電位相に対する、背面アンテナ素子２４の給電位相差は、－１２０°である。図５の第２段では、差ビームの指向性利得の水平方向依存性を示す。図５の第３段では、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２による電界強度と、背面アンテナ素子２４による電界強度と、の水平方向依存性を示す。図５の第４段では、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２による電界位相と、背面アンテナ素子２４による電界位相と、の水平方向依存性を示す。
サイドローブ方向約１２０°では、両ビームの利得の大小が反転して、和ビームの利得が差ビームの利得より大きい。差ビームの形成時に、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２による電界強度と、背面アンテナ素子２４による電界強度と、が等振幅となるこの方向において、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２による電界位相と、背面アンテナ素子２４による電界位相と、が逆相となるためである。
サイドローブ方向約－１２０°では、両ビームの利得の大小が反転せず、和ビームの利得が差ビームの利得より小さい。差ビームの形成時に、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２による電界強度と、背面アンテナ素子２４による電界強度と、が等振幅となるこの方向において、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２による電界位相と、背面アンテナ素子２４による電界位相と、が同相となるためである。
図６では、第１の前面アンテナ配列２１－１の給電位相に対する、背面アンテナ素子２４の給電位相差は、６０°である。図６の第２段では、差ビームの指向性利得の水平方向依存性を示す。図６の第３段では、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２による電界強度と、背面アンテナ素子２４による電界強度と、の水平方向依存性を示す。図６の第４段では、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２による電界位相と、背面アンテナ素子２４による電界位相と、の水平方向依存性を示す。
サイドローブ方向約－１２０°では、両ビームの利得の大小が反転して、和ビームの利得が差ビームの利得より大きい。差ビームの形成時に、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２による電界強度と、背面アンテナ素子２４による電界強度と、が等振幅となるこの方向において、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２による電界位相と、背面アンテナ素子２４による電界位相と、が逆相となるためである。
サイドローブ方向約１２０°では、両ビームの利得の大小が反転せず、和ビームの利得が差ビームの利得より小さい。差ビームの形成時に、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２による電界強度と、背面アンテナ素子２４による電界強度と、が等振幅となるこの方向において、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２による電界位相と、背面アンテナ素子２４による電界位相と、が同相となるためである。
図５及び図６では、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２による電界位相は、差ビーム形成時の逆相給電のため左右方向で１８０°異なり、背面アンテナ素子２４による電界位相は、背面アンテナ素子２４の対称配置のため左右方向で対称である。よって、第１の前面アンテナ配列２１－１の給電位相に対する、背面アンテナ素子２４の給電位相差が、互いに１８０°離れた－１２０°及び６０°であるときには、互いに左右対称なサイドローブ方向約±１２０°において、両ビームの利得の大小が反転する。
本開示の振幅モノパルスアンテナの水平指向性を図７、８に示す。本開示では、背面アンテナ素子２４は、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２を合わせた全体の前面アンテナ配列の「中心から水平方向にオフセットした位置」に配置される。具体的には、オフセット幅は、振幅モノパルスアンテナ２の使用波長の１／４である。
図７では、第１の前面アンテナ配列２１－１の給電位相に対する、背面アンテナ素子２４の給電位相差は、－１２０°である。図７の第２段では、差ビームの指向性利得の水平方向依存性を示す。図７の第３段では、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２による電界強度と、背面アンテナ素子２４による電界強度と、の水平方向依存性を示す。図７の第４段では、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２による電界位相と、背面アンテナ素子２４による電界位相と、の水平方向依存性を示す。
サイドローブ方向約１２０°では、両ビームの利得の大小が反転せず、和ビームの利得が差ビームの利得より小さい。差ビームの形成時に、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２による電界強度と、背面アンテナ素子２４による電界強度と、が等振幅となるこの方向において、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２による電界位相と、背面アンテナ素子２４による電界位相と、が逆相とならないためである。
サイドローブ方向約－１２０°でも、両ビームの利得の大小が反転せず、和ビームの利得が差ビームの利得より小さい。差ビームの形成時に、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２による電界強度と、背面アンテナ素子２４による電界強度と、が等振幅となるこの方向において、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２による電界位相と、背面アンテナ素子２４による電界位相と、が逆相とならないためである。
図８では、第１の前面アンテナ配列２１－１の給電位相に対する、背面アンテナ素子２４の給電位相差は、６０°である。図８の第２段では、差ビームの指向性利得の水平方向依存性を示す。図８の第３段では、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２による電界強度と、背面アンテナ素子２４による電界強度と、の水平方向依存性を示す。図８の第４段では、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２による電界位相と、背面アンテナ素子２４による電界位相と、の水平方向依存性を示す。
サイドローブ方向約－１２０°では、両ビームの利得の大小が反転せず、和ビームの利得が差ビームの利得より小さい。差ビームの形成時に、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２による電界強度と、背面アンテナ素子２４による電界強度と、が等振幅となるこの方向において、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２による電界位相と、背面アンテナ素子２４による電界位相と、が逆相とならないためである。
サイドローブ方向約１２０°でも、両ビームの利得の大小が反転せず、和ビームの利得が差ビームの利得より小さい。差ビームの形成時に、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２による電界強度と、背面アンテナ素子２４による電界強度と、が等振幅となるこの方向において、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２による電界位相と、背面アンテナ素子２４による電界位相と、が逆相とならないためである。
図７及び図８では、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２による電界位相は、差ビーム形成時の逆相給電のため左右方向で１８０°異なり、背面アンテナ素子２４による電界位相は、背面アンテナ素子２４の非対称配置のため左右方向で非対称である。よって、第１の前面アンテナ配列２１－１の給電位相に対する、背面アンテナ素子２４の給電位相差が、互いに１８０°離れた－１２０°及び６０°であるときでも、大よそ左右対称なサイドローブ方向約±１２０°において、両ビームの利得の大小が反転しない。
図５～８で説明したように、振幅モノパルス方式を用いて物標の方向を測角するにあたり、サイドローブ方向では、和ビームの利得が差ビームの利得より大きくなることを少なくすることができる。よって、メインビーム方向の物標を検知することができ、サイドローブ方向のスプリアスを除去することができないことが少なくなる。
本開示及び比較例の振幅モノパルスアンテナの背面方向特性を図９に示す。具体的には、差ビームの指向性利得／和ビームの指向性利得の最小値（サイドローブ方向の利得反転の有無の目安。所望仕様は０ｄＢ。）について、第１の前面アンテナ配列２１－１の給電位相に対する背面アンテナ素子２４の給電位相差に対して、どのように依存するかを、振幅モノパルスアンテナ２の異なる使用周波数ｆ１及びｆ２において示す。
背面アンテナ素子２４が、「中心に対応した位置」に配置されるときには、第１の前面アンテナ配列２１－１の給電位相に対する背面アンテナ素子２４の給電位相差が、－１２０°及び６０°の周辺であれば、差ビームの指向性利得／和ビームの指向性利得の最小値は、ヌル点を示す（特に、使用周波数ｆ１。）。よって、メインローブ方向でのみ、和ビームの利得が差ビームの利得より大きくなるような、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２の給電位相に対する、背面アンテナ素子２４の給電位相差として、広範囲の給電位相差を確保することができない。なお、背面アンテナ素子２４が、「中心から垂直方向にオフセットした位置」に配置されるときでも、同様な結果を示す。
背面アンテナ素子２４が、「中心から水平方向にオフセットした位置」に配置されるときには、第１の前面アンテナ配列２１－１の給電位相に対する背面アンテナ素子２４の給電位相差が、－１２０°及び６０°の周辺であっても、差ビームの指向性利得／和ビームの指向性利得の最小値は、ヌル点を示さない（いずれの使用周波数においても。）。よって、メインローブ方向でのみ、和ビームの利得が差ビームの利得より大きくなるような、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２の給電位相に対する、背面アンテナ素子２４の給電位相差として、広範囲の給電位相差を確保することができる（使用周波数ｆ１では、２４０°の広範囲の給電位相差。使用周波数ｆ２では、１８０°の広範囲の給電位相差。）。なお、背面アンテナ素子２４が、「中心から水平方向及び垂直方向にオフセットした位置」に配置されるときでも、同様な結果を示す。
そこで、背面アンテナ素子２４は、正面方向及びその近傍でのみ、振幅モノパルス方式の和ビームの利得が、振幅モノパルス方式の差ビームの利得より大きくなるように、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２の給電位相と所定の位相差で給電されるようにする。つまり、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２の給電位相に対する、背面アンテナ素子２４の給電位相差として、上記の広い範囲内の給電位相差を選択することにより、サイドローブ方向では、和ビームの利得が差ビームの利得より大きくなることを少なくすることができる。よって、メインビーム方向の物標を検知することができ、サイドローブ方向のスプリアスを除去することができないことが少なくなる。
なお、背面アンテナ素子２４が、「中心から水平方向にオフセットした位置」に配置されるときでも、オフセット幅によっては、サイドローブ方向でも、和ビームの利得が差ビームの利得より大きくなることがあり得ることに留意することが望ましい。
（振幅モノパルスアンテナの垂直指向性）
比較例の振幅モノパルスアンテナの垂直指向性を図１０に示す。比較例では、背面アンテナ素子２４は、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２を合わせた全体の前面アンテナ配列の「中心に対応した位置」に配置される。
比較例の振幅モノパルスアンテナの垂直指向性を図１０に示す。比較例では、背面アンテナ素子２４は、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２を合わせた全体の前面アンテナ配列の「中心に対応した位置」に配置される。
図１０の第２段では、差ビームの指向性利得の水平方向依存性を参考のために示す。図１０の第３段では、差ビームの指向性利得の垂直方向依存性を示す。
メインローブ方向約０°では、差ビームの利得／和ビームの利得が比較的大きい。差ビームの形成時に、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２による電界強度と、背面アンテナ素子２４による電界強度と、がほぼ等振幅となるこの方向において、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２による電界位相と、背面アンテナ素子２４による電界位相と、が同相となるためである。具体的には、第１の前面アンテナ配列２１－１に対する背面アンテナ素子２４による影響と、第２の前面アンテナ配列２１－２に対する背面アンテナ素子２４による影響と、が同相で強め合うためである。
本開示の振幅モノパルスアンテナの垂直指向性を図１１に示す。本開示では、背面アンテナ素子２４は、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２を合わせた全体の前面アンテナ配列の「中心から垂直方向にオフセットした位置」に配置される。
図１１の第２段では、差ビームの指向性利得の水平方向依存性を参考のために示す。図１１の第３段では、差ビームの指向性利得の垂直方向依存性を示す。
メインローブ方向約０°では、差ビームの利得／和ビームの利得が比較的小さい。差ビームの形成時に、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２による電界強度と、背面アンテナ素子２４による電界強度と、がほぼ等振幅となるこの方向において、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２による電界位相と、背面アンテナ素子２４による電界位相と、が逆相となるためである。具体的には、第１の前面アンテナ配列２１－１に対する背面アンテナ素子２４による影響と、第２の前面アンテナ配列２１－２に対する背面アンテナ素子２４による影響と、が逆相で弱め合うためである。
本開示及び比較例の振幅モノパルスアンテナの正面方向特性を図１２に示す。具体的には、差ビームの指向性利得／和ビームの指向性利得の正面値（メインローブ方向の測角精度の目安。所望仕様は－３０ｄＢ。）について、第１の前面アンテナ配列２１－１の給電位相に対する背面アンテナ素子２４の給電位相差に対して、どのように依存するかを、振幅モノパルスアンテナ２の異なる使用周波数ｆ１及びｆ２において示す。
背面アンテナ素子２４が、「中心に対応した位置」に配置されるときには、第１の前面アンテナ配列２１－１の給電位相に対する背面アンテナ素子２４の給電位相差が、どのような給電位相差であっても、差ビームの指向性利得／和ビームの指向性利得の正面値は、約－４０ｄＢ～約－５０ｄＢを示す（いずれの使用周波数においても。）。よって、メインローブ方向では、所望仕様を満たすとはいえ、和ビームの利得が差ビームの利得より圧倒的に大きい状況を作り出すことができない。なお、背面アンテナ素子２４が、「中心から水平方向にオフセットした位置」に配置されるときでも、同様な結果を示す。
背面アンテナ素子２４が、「中心から垂直方向にオフセットした位置」に配置されるときには、第１の前面アンテナ配列２１－１の給電位相に対する背面アンテナ素子２４の給電位相差が、どのような給電位相差であっても、差ビームの指向性利得／和ビームの指向性利得の正面値は、約－５０ｄＢ～約－７０ｄＢを示す（いずれの使用周波数においても。）。よって、メインローブ方向では、所望仕様を満たすとともに、和ビームの利得が差ビームの利得より圧倒的に大きい状況を作り出すことができる。なお、背面アンテナ素子２４が、「中心から垂直方向及び水平方向にオフセットした位置」に配置されるときでも、同様な結果を示す。特に、使用周波数ｆ２においては、給電位相差によっては、差ビームの指向性利得／和ビームの指向性利得の正面値は、－７０ｄＢより小さい。
図１０～１２で説明したように、振幅モノパルス方式を用いて物標の方向を測角するにあたり、メインローブ方向では、和ビームの利得が差ビームの利得より圧倒的に大きい状況を作り出すことができる。よって、メインビーム方向の物標を検知することができ、サイドローブ方向のスプリアスを除去することができないことが少なくなる。
なお、背面アンテナ素子２４が、「中心から垂直方向にオフセットした位置」に配置されるときでも、オフセット幅によっては、メインローブ方向でも、和ビームの利得が差ビームの利得より圧倒的に大きくならないことがあり得ることに留意することが望ましい。
（振幅モノパルスアンテナのまとめ）
図５～９で説明したように、背面アンテナ素子２４が、「中心から水平方向にオフセットした位置」に配置されることにより、サイドローブ方向では、和ビームの利得が差ビームの利得より大きくなることを少なくすることができる。図１０～１２で説明したように、背面アンテナ素子２４が、「中心から垂直方向にオフセットした位置」に配置されることにより、メインローブ方向では、和ビームの利得が差ビームの利得より圧倒的に大きい状況を作り出すことができる。よって、背面アンテナ素子２４が、「中心から水平方向及び垂直方向にオフセットした位置」に配置されることにより、両効果を有することができる。
図５～９で説明したように、背面アンテナ素子２４が、「中心から水平方向にオフセットした位置」に配置されることにより、サイドローブ方向では、和ビームの利得が差ビームの利得より大きくなることを少なくすることができる。図１０～１２で説明したように、背面アンテナ素子２４が、「中心から垂直方向にオフセットした位置」に配置されることにより、メインローブ方向では、和ビームの利得が差ビームの利得より圧倒的に大きい状況を作り出すことができる。よって、背面アンテナ素子２４が、「中心から水平方向及び垂直方向にオフセットした位置」に配置されることにより、両効果を有することができる。
本開示の振幅モノパルスアンテナの水平指向性を、振幅モノパルスアンテナ２の異なる使用周波数ｆ１及びｆ２において図１３に示す。図１３では、背面アンテナ素子２４は、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２を合わせた全体の前面アンテナ配列の「中心から水平方向及び垂直方向にオフセットした位置」に配置される。具体的には、オフセット幅は、振幅モノパルスアンテナ２の使用波長の１／４である。
使用周波数ｆ１においては、サイドローブ方向約１３０°では、差ビームの利得が極小値を有するが、和ビームの利得が差ビームの利得より小さくなる。使用周波数ｆ２においては、サイドローブ方向約－８０°では、差ビームの利得が極小値を有するが、和ビームの利得が差ビームの利得より小さくなる。
本開示の振幅モノパルスアンテナの垂直指向性を、振幅モノパルスアンテナ２の異なる使用周波数ｆ１及びｆ２において図１４に示す。図１４では、背面アンテナ素子２４は、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２を合わせた全体の前面アンテナ配列の「中心から水平方向及び垂直方向にオフセットした位置」に配置される。具体的には、オフセット幅は、振幅モノパルスアンテナ２の使用波長の１／４である。
使用周波数ｆ１においては、メインローブ方向約０°では、差ビームの指向性利得／和ビームの指向性利得の正面値が約－４０ｄＢ程度にまで小さくなる。使用周波数ｆ２においては、メインローブ方向約０°では、差ビームの指向性利得／和ビームの指向性利得の正面値が約－５０ｄＢ程度にまで小さくなる。
本実施形態では、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２として、水平方向６枚×垂直方向２枚の前面アンテナ素子を配置している。第１の変形例として、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２として、最小限度の素子枚数に抑えて、水平方向２枚×垂直方向１枚の前面アンテナ素子を配置してもよい。第２の変形例として、第１及び第２の前面アンテナ配列２１－１、２１－２として、水平方向と垂直方向とを換えて、水平方向１枚×垂直方向２枚の前面アンテナ素子を配置してもよい。
本開示の振幅モノパルスアンテナは、振幅モノパルス方式を用いて物標の方向を測角する、航空管制レーダ、物標識別レーダ及び二次レーダ等に適用することができる。
１：振幅モノパルスアンテナ
１１－１：第１の前面アンテナ配列
１１－２：第２の前面アンテナ配列
１２：背面アンテナ素子
１３：和ビーム形成部
１４：差ビーム形成部
２：振幅モノパルスアンテナ
２１－１：第１の前面アンテナ配列
２１－２：第２の前面アンテナ配列
２２－１：第１の分配回路
２２－２：第２の分配回路
２３：前面基板
２４：背面アンテナ素子
２５：移相器
２６：和差ビーム形成部
２７：和ビームポート
２８：差ビームポート
２９：背面基板
３０：アルミ板
３１：芯線
１１－１：第１の前面アンテナ配列
１１－２：第２の前面アンテナ配列
１２：背面アンテナ素子
１３：和ビーム形成部
１４：差ビーム形成部
２：振幅モノパルスアンテナ
２１－１：第１の前面アンテナ配列
２１－２：第２の前面アンテナ配列
２２－１：第１の分配回路
２２－２：第２の分配回路
２３：前面基板
２４：背面アンテナ素子
２５：移相器
２６：和差ビーム形成部
２７：和ビームポート
２８：差ビームポート
２９：背面基板
３０：アルミ板
３１：芯線
Claims (5)
- 振幅モノパルス方式の和ビームの形成時に同相で給電され、振幅モノパルス方式の差ビームの形成時に逆相で給電される第１及び第２の前面アンテナ配列と、
振幅モノパルス方式の差ビームの形成時に給電され、前記第１及び第２の前面アンテナ配列の背面に配置され、前記第１及び第２の前面アンテナ配列を合わせた全体の前面アンテナ配列の中心からオフセットした位置に配置される背面アンテナ素子と、
を備えることを特徴とする振幅モノパルスアンテナ。 - 前記背面アンテナ素子は、前記全体の前面アンテナ配列の中心から、前記第１及び第２の前面アンテナ配列の配列方向と平行方向にオフセットした位置に配置される
ことを特徴とする、請求項１に記載の振幅モノパルスアンテナ。 - 前記背面アンテナ素子は、正面方向及びその近傍でのみ、振幅モノパルス方式の和ビームの利得が、振幅モノパルス方式の差ビームの利得より大きくなるように、前記第１及び第２の前面アンテナ配列の給電位相と所定の位相差で給電される
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の振幅モノパルスアンテナ。 - 前記背面アンテナ素子は、前記全体の前面アンテナ配列の中心から、前記第１及び第２の前面アンテナ配列の配列方向と垂直方向にオフセットした位置に配置される
ことを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の振幅モノパルスアンテナ。 - 前記第１及び第２の前面アンテナ配列は、前面基板上の平面パッチアンテナであり、
前記背面アンテナ素子は、背面基板上の平面パッチアンテナである
ことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の振幅モノパルスアンテナ。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2020106508A JP7461230B2 (ja) | 2020-06-19 | 2020-06-19 | 振幅モノパルスアンテナ |
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003215231A (ja) | 2002-01-23 | 2003-07-30 | Mitsubishi Electric Corp | 干渉波抑圧装置及び干渉波抑圧方法 |
| JP2005189095A (ja) | 2003-12-25 | 2005-07-14 | Toshiba Corp | アンテナ装置 |
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-
2020
- 2020-06-19 JP JP2020106508A patent/JP7461230B2/ja active Active
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