JP7463206B2 - Electronically scanned antenna and signal processing method thereof - Google Patents
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Description
この発明の実施形態は、電子走査アンテナ及びその信号処理方法に関する。 This embodiment of the invention relates to an electronically scanned antenna and its signal processing method.
従来の電子走査アンテナでは、複数のアンテナ素子を平面配列し、複数のアンテナをまとめて送受信を処理する送受信モジュールを複数個併設し、分配合成器において、各送受信モジュールへ送信信号を分配配信し、各送受信モジュールからの受信信号を合成出力する。ただし、送信ビーム、受信ビーム共に1方向の設定となっており、送受信周波数も全アンテナ素子共に同一の周波数となっているため、複数の目標を同時に追跡することはできないという問題があった。 In conventional electronically scanned antennas, multiple antenna elements are arranged in a planar array, and multiple transmit/receive modules that process transmission and reception by combining the multiple antennas are installed side by side. A distributor/synthesizer distributes and distributes the transmission signal to each transmit/receive module, and outputs a composite signal from each transmit/receive module. However, since both the transmit beam and receive beam are set to one direction, and the transmit and receive frequencies are the same for all antenna elements, there is a problem in that it is not possible to track multiple targets simultaneously.
以上のように、従来の電子走査アンテナの構成では、送信ビーム、受信ビーム共に1方向の設定となり、送受信周波数も全アンテナ素子共に同一の周波数となるため、複数の目標を同時に追跡することができないという問題があった。 As described above, with conventional electronically scanned antenna configurations, both the transmit and receive beams are set in one direction, and the transmit and receive frequencies are the same for all antenna elements, which means that multiple targets cannot be tracked simultaneously.
本発明に係る課題は、従来の1ビーム型電子走査アンテナの機能・性能を維持したまま、ビーム毎に周波数を変えることが可能となり、複数の目標を同時に追跡することが可能となるマルチビーム型の電子走査アンテナ及びその信号処理方法を提供することにある。 The objective of the present invention is to provide a multi-beam electronically scanned antenna and its signal processing method that maintains the functionality and performance of a conventional single-beam electronically scanned antenna while allowing the frequency to be changed for each beam and enabling multiple targets to be tracked simultaneously.
実施形態に係る電子走査アンテナによれば、第1乃至第4のアンテナ素子それぞれの送受信処理を行い、第1乃至第4の受信信号を出力する4素子一体型の第i(iは2以上の自然数)の送受信モジュールと、前記第iの送受信モジュールそれぞれに送信信号を供給し、前記第iの送受信モジュールそれぞれから出力される第i×4の受信信号を分配合成比較して複数の合成ビームを形成する分配合成比較器とを具備する。前記第iの送受信モジュールは、前記第1乃至第4のアンテナ素子それぞれの受信系出力端に設けられ、前記第1及び前記第2の受信信号を出力する第1のモードと前記第3及び前記第4の受信信号を出力する第2のモードとを切り替えるモード切替スイッチを備える。前記分配合成比較器は、前記第1のモードの処理系統と前記第2のモードの処理系統とを備える。前記第1のモードの処理系統は、前記第1及び前記第2の受信信号を入力する第1及び第2の端子に、全アンテナ素子の合成ビームが形成されるように接続される合成器と90°ハイブリッドによる第1の比較合成手段を備え、前記第2のモードの処理系統は、前記第3及び前記第4の受信信号を入力する第3及び第4の端子に、全アンテナ素子を分割した複数のビームが形成されるように接続される90°ハイブリッドによる第2の比較合成手段を備える。これにより、従来の1ビーム型電子走査アンテナの機能・性能を維持したまま、ビーム毎に周波数を変えることが可能となる。 According to the embodiment, the electronically scanned antenna includes an i-th (i is a natural number of 2 or more) four-element integrated transmission/reception module that performs transmission/reception processing for each of the first to fourth antenna elements and outputs first to fourth reception signals, and a distributor/synthesizer comparator that supplies a transmission signal to each of the i-th transmission/reception modules and divides, combines, and compares the i×4 reception signals output from each of the i-th transmission/reception modules to form multiple composite beams. The i-th transmission/reception module is provided at the reception system output end of each of the first to fourth antenna elements and includes a mode changeover switch that switches between a first mode in which the first and second reception signals are output and a second mode in which the third and fourth reception signals are output. The distributor/synthesizer comparator includes a processing system for the first mode and a processing system for the second mode. The processing system of the first mode includes a combiner and a first comparison and synthesis means using a 90° hybrid connected to the first and second terminals that input the first and second received signals so that a composite beam of all antenna elements is formed, and the processing system of the second mode includes a second comparison and synthesis means using a 90° hybrid connected to the third and fourth terminals that input the third and fourth received signals so that multiple beams are formed by dividing all antenna elements. This makes it possible to change the frequency for each beam while maintaining the functions and performance of a conventional one-beam electronically scanned antenna.
以下、図面を参照しながら、実施形態について説明する。
図1及び図2は、それぞれ実施形態に係る電子走査アンテナの第1モード選択時の構成及び第2モード選択時の構成を示し、図3乃至図5は、それぞれ本実施形態が適用される電子走査アンテナのアンテナ素子配列、送受信モジュールの内部系統、RFスイッチ一体型3ビットMMIC移相器の内部系統を示している。
Hereinafter, an embodiment will be described with reference to the drawings.
FIGS. 1 and 2 respectively show the configuration of the electronically scanned antenna according to the embodiment when the first mode is selected and the configuration when the second mode is selected, and FIGS. 3 to 5 respectively show the antenna element arrangement of the electronically scanned antenna to which this embodiment is applied, the internal system of a transmission/reception module, and the internal system of a 3-bit MMIC phase shifter integrated with an RF switch.
図1において、アンテナ素子1は送受共用(RF_IN/OUT)で、図3に示すように、EL方向及びAZ方向に8行8列に配置され、同方向1列に並ぶ4素子単位に分割され、それぞれ4素子一体型の第1乃至第16の送受信モジュール2(No. 1~No. 16)に接続される。送受信モジュール2は、内部の移相器によって独立した位相制御が可能で、位相制御により任意の方向に送信ビーム、受信ビームを形成し、送信ビーム形成方向に電波を送信し、受信ビーム形成方向からの到来電波を受信することができる。
In Fig. 1, the
第1の送受信モジュール2(No. 1)は、図3に示すように、第1乃至第4のアンテナ素子1に対応する第1乃至第4のモジュールユニット2-1~2-4を備える。第1乃至第4のモジュールユニット2-1~2-4は同構成である。
As shown in FIG. 3, the first transceiver module 2 (No. 1) has first to fourth module units 2-1 to 2-4 corresponding to the first to
第1のモジュールユニット2-1でその構成を説明する。この第1のモジュールユニット2-1は、モード切替スイッチ(SPDT)2-121と、送受信信号の位相制御を行う移相器(PS)2-11と、TX/RX切替スイッチ(SPDT)2-122と、送信信号を中間増幅する中間増幅器(MPA)2-13と、パルス駆動を行うためのドライバ(DRV)2-14と、出力の利得調整のためのアッテネータ(ATT)2-15と、送信信号を電力増幅する高出力増幅器(HPA)2-16と、サーキュレータ(CIR)2-17と、不要波を除去する帯域制限フィルタ(BEF)2-18と、受信信号の利得を制限するリミッタ(LIM)2-19と、受信信号を低雑音で増幅する低雑音増幅器(LNA)2-1Aと、LNA 2-1Aをその前後でオン・オフ制御するLNAスイッチ(SPDT)2-1B1,2-1B2と、受信信号を中間増幅する中間増幅器(MPA)2-1Cとを備える。 The configuration of the first module unit 2-1 will be explained. This first module unit 2-1 includes a mode switch (SPDT) 2-121, a phase shifter (PS) 2-11 that controls the phase of the transmission and reception signals, a TX/RX switch (SPDT) 2-122, an intermediate amplifier (MPA) 2-13 that intermediately amplifies the transmission signal, a driver (DRV) 2-14 for pulse driving, an attenuator (ATT) 2-15 for adjusting the output gain, a high-power amplifier (HPA) 2-16 that power amplifies the transmission signal, a circulator (CIR) 2-17, a band-limiting filter (BEF) 2-18 that removes unwanted waves, a limiter (LIM) 2-19 that limits the gain of the reception signal, a low-noise amplifier (LNA) 2-1A that amplifies the reception signal with low noise, LNA switches (SPDT) 2-1B1, 2-1B2 that control the on/off of the LNA 2-1A before and after it, and an intermediate amplifier (MPA) 2-1C that intermediately amplifies the reception signal.
上記第1及び第2のモジュールユニット2-1、2-2の送受入出力端にはそれぞれモード切替スイッチ(SPDT)2-121が配置され、それぞれのモード切替スイッチ2-121が第1モード(図中1側)を選択している時は、第1の2合成器(送信系統では2分配器)2-51の第1及び第2の端子に接続される。この第1の2合成器2-51の第3の端子はA系統の送受信端(T/R-A)に接続される。また、モード切替スイッチ2-121がそれぞれの第2モード(図中2側)を選択している時は、第2の2合成器(送信系統では2分配器)2-52の第1及び第2の端子に接続される。この第2の2合成器2-52の第3の端子はEL出力端(EL)に接続される。
A mode changeover switch (SPDT) 2-121 is disposed at the transmission/reception input/output end of each of the first and second module units 2-1 and 2-2. When each mode changeover switch 2-121 selects the first mode (
また、第3及び第4のモジュールユニット2-3、2-4の送受入出力端にはそれぞれモード切替スイッチ(SPDT)2-121が配置され、それぞれのモード切替スイッチ2-121が第1モード(図中1側)を選択している時は、第3の2合成器(送信系統では2分配器)2-53の第1及び第2の端子に接続される。この第3の2合成器2-53の第3の端子はB系統の送受信端(T/R-B)に接続される。また、モード切替スイッチ2-121がそれぞれ第2モード(図中2側)を選択している時は、第4の2合成器(送信系統では2分配器)2-54の第1及び第2の端子に接続される。この第4の2合成器2-54の第3の端子はΣ出力端(Σ)に接続される。
In addition, a mode changeover switch (SPDT) 2-121 is disposed at the transmission/reception input/output end of the third and fourth module units 2-3 and 2-4, and when each mode changeover switch 2-121 selects the first mode (
第2乃至第16の送受信モジュール2(No. 2~No. 16)についても、第1の送受信モジュール2(No. 1)と同構成である。 The second through sixteenth transceiver modules 2 (No. 2 to No. 16) have the same configuration as the first transceiver module 2 (No. 1).
上記第1乃至第16の送受信モジュール2(No. 1~No. 16)において、モード切替スイッチ2-121が第1モードを選択しているときは、図1に示すように構成され、第2モードを選択しているときは、図2に示すように構成される。 In the first to sixteenth transmission/reception modules 2 (No. 1 to No. 16), when the mode changeover switch 2-121 selects the first mode, it is configured as shown in FIG. 1, and when the mode changeover switch 2-121 selects the second mode, it is configured as shown in FIG. 2.
まず、図1に示すモード1の場合、それぞれの2系統の送受信端(T/R-A, T/R-B)は、分配合成比較器3の第1乃至第16の2合成器(送信系統では2分配器)3-11~3-116の第1の端子、第2の端子に接続される。
First, in the case of
第1及び第9の2合成器3-11,3-19それぞれの第3の端子は、90°ハイブリッド(HYB)による第1のEL比較合成器3-21の第1の端子、第2の端子に接続される。 The third terminals of the first and ninth 2-combiners 3-11, 3-19 are connected to the first and second terminals of the first EL comparison combiner 3-21 using a 90° hybrid (HYB).
第2及び第10の2合成器3-12,3-110それぞれの第3の端子は、90°ハイブリッドによる第2のEL比較合成器3-22の第1の端子、第2の端子に接続される。 The third terminals of the second and tenth 2-combiners 3-12, 3-110 are connected to the first and second terminals of the second EL comparison combiner 3-22 using a 90° hybrid.
第3及び第11の2合成器3-13,3-111それぞれの第3の端子は、90°ハイブリッドによる第3のEL比較合成器3-23の第1の端子、第2の端子に接続される。 The third terminals of the third and eleventh 2-combiners 3-13, 3-111 are connected to the first and second terminals of the third EL comparison combiner 3-23 using a 90° hybrid.
第4及び第12の2合成器3-14,3-112それぞれの第3の端子は、90°ハイブリッドによる第4のEL比較合成器3-24の第1の端子、第2の端子に接続される。 The third terminals of the fourth and twelfth 2-combiners 3-14, 3-112 are connected to the first and second terminals of the fourth EL comparison combiner 3-24 using a 90° hybrid.
第5及び第13の2合成器3-15,3-113それぞれの第3の端子は、90°ハイブリッドによる第5のEL比較合成器3-25の第1の端子、第2の端子に接続される。 The third terminals of the fifth and thirteenth 2-combiners 3-15, 3-113 are connected to the first and second terminals of the fifth EL comparison combiner 3-25 using a 90° hybrid.
第6及び第14の2合成器3-16,3-114それぞれの第3の端子は、90°ハイブリッドによる第6のEL比較合成器3-26の第1の端子、第2の端子に接続される。 The third terminals of the sixth and fourteenth 2-combiners 3-16, 3-114 are connected to the first and second terminals of the sixth EL comparison combiner 3-26 using a 90° hybrid.
第7及び第15の2合成器3-17,3-115それぞれの第3の端子は、90°ハイブリッドによる第7のEL比較合成器3-27の第1の端子、第2の端子に接続される。 The third terminals of the seventh and fifteenth 2 combiners 3-17, 3-115 are connected to the first and second terminals of the seventh EL comparison combiner 3-27 using a 90° hybrid.
第8及び第16の2合成器3-18,3-116それぞれの第3の端子は、90°ハイブリッドによる第8のEL比較合成器3-28の第1の端子、第2の端子に接続される。 The third terminals of the eighth and sixteenth 2 combiners 3-18, 3-116 are connected to the first and second terminals of the eighth EL comparison combiner 3-28 using a 90° hybrid.
上記第1乃至第8のEL比較合成器3-21~3-28の第3の端子は、EL1~EL8の出力端子であり、それぞれ8合成器3-3の第1乃至第8の端子に接続される。8合成器3-3の第9の端子はEL出力端に接続される。 The third terminals of the first to eighth EL comparators and combiners 3-21 to 3-28 are output terminals of EL1 to EL8, and are connected to the first to eighth terminals of the 8-combiner 3-3, respectively. The ninth terminal of the 8-combiner 3-3 is connected to the EL output terminal.
上記第1乃至第4のEL比較合成器3-21~3-24の第4の端子は、Σ1~Σ4の出力端子であり、それぞれサーキュレータ3-41~3-44を介して第1の4合成器3-51の第1乃至第4の端子に接続される。また、上記第5乃至第8のEL比較合成器3-25~3-28の第4の端子は、Σ5~Σ8の出力端子であり、それぞれサーキュレータ3-45~3-48を介して第2の4合成器3-52の第1乃至第4の端子に接続される。 The fourth terminals of the first to fourth EL comparators 3-21 to 3-24 are output terminals of Σ1 to Σ4, and are connected to the first to fourth terminals of the first 4-combiner 3-51 via circulators 3-41 to 3-44, respectively. The fourth terminals of the fifth to eighth EL comparators 3-25 to 3-28 are output terminals of Σ5 to Σ8, and are connected to the first to fourth terminals of the second 4-combiner 3-52 via circulators 3-45 to 3-48, respectively.
上記第1及び第2の4合成器3-51,3-52の第5の端子はそれぞれ90°ハイブリッド(HYB)によるAZ比較合成器3-6の第1の端子、第2の端子に接続される。AZ比較合成器3-6の第3の端子はΣ出力端に接続され、第4の端子はAZ出力端に接続される。 The fifth terminals of the first and second 4-combiners 3-51 and 3-52 are connected to the first and second terminals of the AZ comparison combiner 3-6, which is a 90° hybrid (HYB). The third terminal of the AZ comparison combiner 3-6 is connected to the Σ output terminal, and the fourth terminal is connected to the AZ output terminal.
上記第1乃至第8のサーキュレータ3-41~3-48には、それぞれTX入力端から入力される送信信号を8分配器3-7で8分配された信号が供給される。 The first to eighth circulators 3-41 to 3-48 are each supplied with a signal that is obtained by splitting the transmission signal input from the TX input terminal into eight by the eight-way splitter 3-7.
一方、図2に示すモード2の場合、アンテナANT#1の送受信モジュール2(No.1~No. 4)のEL信号出力端EL1~EL4、Σ出力端Σ1~Σ4は、それぞれ分配合成比較器3の対応する90°ハイブリッド(HYB)によるEL比較合成器3-29~3-212の第1の端子(EL入力端)、第2の端子(Σ入力端)に接続される。EL比較合成器3-29~3-212の第3の端子(EL出力端)は、それぞれ第1の4合成器3-31の第1乃至第4の端子(EL1~EL4入力端)に接続される。第1の4合成器3-31の第5の端子(EL1~EL4合成出力端)はANT#1_EL出力端に接続される。EL比較合成器3-29~3-212の第4の端子(Σ出力端)は、それぞれサーキュレータ3-49~3-412を介して2合成器3-81の第1の端子(Σ1入力端)、2合成器3-81の第2の端子(Σ2入力端)、2合成器3-82の第1の端子(Σ3入力端)、2合成器3-82の第2の端子(Σ4入力端)に接続される。2合成器3-81の第3の端子(合成出力端)と2合成器3-82の第3の端子(合成出力端)はそれぞれ90°ハイブリッド(HYB)による比較合成器3-62の第1の端子と第2の端子に接続される。比較合成器3-62の第3の端子はANT#1_Σ出力端に接続される。また、比較合成器3-62の第4の端子はANT#1_AZ出力端に接続される。一方、TX#1入力端から供給される第1のアンテナ向け送信信号は、4分配器3-71で4分配されてTX1~TX4となり、それぞれサーキュレータ3-49~3-412を介して比較合成器3-29~3-212から各送受信モジュール2(No.1~No. 4)に送られる。
On the other hand, in the case of
同様に、アンテナANT#2の送受信モジュール2(No.5~No. 8)のEL信号出力端EL5~EL8、Σ出力端Σ5~Σ8は、それぞれ分配合成比較器3の対応する90°ハイブリッド(HYB)によるEL比較合成器3-213~3-216の第1の端子(EL入力端)、第2の端子(Σ入力端)に接続される。EL比較合成器3-213~3-216の第3の端子(EL出力端)は、それぞれ第2の4合成器3-32の第1乃至第4の端子(EL5~EL8入力端)に接続される。第2の4合成器3-32の第5の端子(EL5~EL8合成出力端)はANT#2_EL出力端に接続される。EL比較合成器3-213~3-216の第4の端子(Σ出力端)は、それぞれサーキュレータ3-413~3-416を介して2合成器3-83の第1の端子(Σ5入力端)、2合成器3-83の第2の端子(Σ6入力端)、2合成器3-84の第1の端子(Σ7入力端)、2合成器3-84の第2の端子(Σ8入力端)に接続される。2合成器3-83の第3の端子(合成出力端)と2合成器3-84の第3の端子(合成出力端)はそれぞれ90°ハイブリッド(HYB)による比較合成器3-63の第1の端子と第2の端子に接続される。比較合成器3-63の第3の端子はANT#2_Σ出力端に接続される。また、比較合成器3-63の第4の端子はANT#2_AZ出力端に接続される。一方、TX#2入力端から供給される第2のアンテナ向け送信信号は、4分配器3-72で4分配されてTX5~TX8となり、それぞれサーキュレータ3-413~3-416を介して比較合成器3-213~3-216から各送受信モジュール2(No.5~No. 8)に送られる。
Similarly, the EL signal output terminals EL5 to EL8 and Σ output terminals Σ5 to Σ8 of the transmitting/receiving modules 2 (No. 5 to No. 8) of the
同様に、アンテナANT#3の送受信モジュール2(No.9~No. 12)のEL信号出力端EL9~EL12、Σ出力端Σ9~Σ12は、それぞれ分配合成比較器3の対応する90°ハイブリッド(HYB)によるEL比較合成器3-217~3-220の第1の端子(EL入力端)、第2の端子(Σ入力端)に接続される。EL比較合成器3-217~3-220の第3の端子(EL出力端)は、それぞれ第3の4合成器3-33の第1乃至第4の端子(EL9~EL12入力端)に接続される。第3の4合成器3-33の第5の端子(EL9~EL12合成出力端)はANT#3_EL出力端に接続される。EL比較合成器3-217~3-220の第4の端子(Σ出力端)は、それぞれサーキュレータ3-417~3-420を介して2合成器3-85の第1の端子(Σ9入力端)、2合成器3-85の第2の端子(Σ10入力端)、2合成器3-86の第1の端子(Σ11入力端)、2合成器3-86の第2の端子(Σ12入力端)に接続される。2合成器3-85の第3の端子(合成出力端)と2合成器3-86の第3の端子(合成出力端)はそれぞれ90°ハイブリッド(HYB)による比較合成器3-64の第1の端子と第2の端子に接続される。比較合成器3-64の第3の端子はANT#3_Σ出力端に接続される。また、比較合成器3-64の第4の端子はANT#3_AZ出力端に接続される。一方、TX#3入力端から供給される第3のアンテナ向け送信信号は、4分配器3-73で4分配されてTX9~TX12となり、それぞれサーキュレータ3-417~3-420を介して比較合成器3-217~3-220から各送受信モジュール2(No.9~No. 12)に送られる。
Similarly, the EL signal output terminals EL9 to EL12 and Σ output terminals Σ9 to Σ12 of the transmitting/receiving modules 2 (No. 9 to No. 12) of the
同様に、アンテナANT#4の送受信モジュール2(No.13~No. 16)のEL信号出力端EL13~EL16、Σ出力端Σ13~Σ16は、それぞれ分配合成比較器3の対応する90°ハイブリッド(HYB)によるEL比較合成器3-221~3-224の第1の端子(EL入力端)、第2の端子(Σ入力端)に接続される。EL比較合成器3-221~3-224の第3の端子(EL出力端)は、それぞれ第4の4合成器3-34の第1乃至第4の端子(EL13~EL16入力端)に接続される。第4の4合成器3-34の第5の端子(EL13~EL16合成出力端)はANT#4_EL出力端に接続される。EL比較合成器3-221~3-224の第4の端子(Σ出力端)は、それぞれサーキュレータ3-421~3-424を介して2合成器3-87の第1の端子(Σ13入力端)、2合成器3-87の第2の端子(Σ14入力端)、2合成器3-88の第1の端子(Σ15入力端)、2合成器3-88の第2の端子(Σ16入力端)に接続される。2合成器3-87の第3の端子(合成出力端)と2合成器3-88の第3の端子(合成出力端)はそれぞれ90°ハイブリッド(HYB)による比較合成器3-65の第1の端子と第2の端子に接続される。比較合成器3-65の第3の端子はANT#4_Σ出力端に接続される。また、比較合成器3-65の第4の端子はANT#4_AZ出力端に接続される。一方、TX#4入力端から供給される第3のアンテナ向け送信信号は、4分配器3-74で4分配されてTX13~TX16となり、それぞれサーキュレータ3-421~3-424を介して比較合成器3-221~3-224から各送受信モジュール2(No.13~No. 16)に送られる。
Similarly, the EL signal output terminals EL13 to EL16 and Σ output terminals Σ13 to Σ16 of the transmitting/receiving modules 2 (No. 13 to No. 16) of the
ここで、上記モジュールユニット2-1(2-2~2-4も同様)のモード切替スイッチ(SPDT)2-121、移相器(PS)2-11及びTX/RX切替スイッチ(SPDT)2-122は、図3において破線内で示すように一体化され、MMIC(モノリシック・マイクロ波集積回路)によりRFスイッチを一体型した3ビット構成のデジタル移相器2-1Dで実現される。 The mode changeover switch (SPDT) 2-121, phase shifter (PS) 2-11, and TX/RX changeover switch (SPDT) 2-122 of the module unit 2-1 (2-2 to 2-4 are also the same) are integrated as shown within the dashed line in Figure 3, and are realized as a 3-bit digital phase shifter 2-1D with an integrated RF switch using an MMIC (monolithic microwave integrated circuit).
図4は、上記RFスイッチ一体型3ビットMMIC移相器2-1Dの内部系統を示すブロック図である。この移相器2-1Dは、一般的な3ビット構成とした場合で、位相差45度の線路(L1)、位相差90度の線路(L2)、位相差180度の線路(L3)をそれぞれ前後に配置されたSPDTによるRFスイッチSW11,SW12,SW21,SW12,SW31,SW12の切換により、45度ステップで位相が切り替わる構成となっている。さらに、MMIC移相器2-1Dには、モード切替スイッチ(SPDT)2-121、TX/RX切替スイッチ(SPDT)2-122が内蔵される。この場合、MMIC内は既に線路切換用のRFスイッチが多数内蔵されているため、MMICの製作コストは殆ど上昇しない。 Figure 4 is a block diagram showing the internal system of the RF switch integrated 3-bit MMIC phase shifter 2-1D. This phase shifter 2-1D has a typical 3-bit configuration, and the phase is switched in 45-degree steps by switching the SPDT RF switches SW11, SW12, SW21, SW12, SW31, and SW12 arranged in front and behind the line with a phase difference of 45 degrees (L1), the line with a phase difference of 90 degrees (L2), and the line with a phase difference of 180 degrees (L3). Furthermore, the MMIC phase shifter 2-1D has a mode switch (SPDT) 2-121 and a TX/RX switch (SPDT) 2-122 built in. In this case, since the MMIC already has many RF switches built in for line switching, the manufacturing cost of the MMIC hardly increases.
上記構成による電子走査アンテナでは、モード1の場合、送信信号TXが入力されると、8分配器3-7で8系統の送信信号TX1~TX8に分配され、それぞれ第1乃至第8のサーキュレータ3-41~3-48を介して第1乃至第8のEL比較合成器3-21~3-28の第4の端子に入力され、それぞれの第1の端子から第1群の第1乃至第8の2合成器3-11~3-18の第3の端子に分配され、第2の端子から第2群の第9乃至第16の2合成器3-19~3-116に分配される。
In the electronically scanned antenna with the above configuration, in
第1群の第1乃至第8の2合成器3-11~3-18に入力された送信信号はA系統とB系統に分配され、それぞれ第1乃至第8の送受信モジュール2(No. 1~No. 8)のA系統とB系統に供給される。 The transmission signals input to the first through eighth combiners 3-11 through 3-18 in the first group are distributed to systems A and B, and are supplied to systems A and B of the first through eighth transceiver modules 2 (No. 1 through No. 8), respectively.
第2群の第9乃至第16の2合成器3-19~3-116に入力された送信信号はA系統とB系統に分配され、それぞれ第9乃至第16の送受信モジュール2(No. 9~No. 16)のA系統とB系統に供給される。 The transmission signals input to the ninth through sixteenth combiners 3-19 through 3-116 of the second group are distributed to systems A and B, and are supplied to systems A and B of the ninth through sixteenth transceiver modules 2 (No. 9 through No. 16), respectively.
各送受信モジュール2において、A系統の送受入出力端から入力される送信信号は、2合成器2-51で2系統に分配される。一方の送信信号は、第1のモジュールユニット2-1に入力され、切替スイッチ(SPDT)2-121,2-122のモード1の選択、送信選択時に移相器(PS)2-11で位相制御され、送信系中間増幅器(MPA)2-13で中間増幅され、ドライバ(DRV)2-14でパルス駆動され、アッテネータ(ATT)2-15で利得調整され、高出力増幅器(HPA)2-16で電力増幅され、サーキュレータ(CIR)2-17を経て、帯域制限フィルタ(BEF)2-18で帯域制限を受けて、アンテナ素子1から送信される。他方の送信信号は、第2のモジュールユニット2-2に入力され、第1のモジュールユニット2-1と同様に処理される。
In each transmission/
第1のモジュールユニット2-1において、アンテナ素子1の受信信号は、帯域制限フィルタ(BEF)2-18で帯域制限され、サーキュレータ(CIR)2-17を経て、リミッタ(LIM)2-19で利得制限され、低雑音増幅器(LNA)2-1Aにより低雑音で増幅され、LNAスイッチ(SPDT)2-1B1,2-1B2で必要に応じてLNAオフとされ、受信系中間増幅器(MPA)2-1Cで中間増幅され、TX/RX切替スイッチ(SPDT)2-122の受信選択時に移相器(PS)2-11で位相制御を受けて、モード1により第2の2合成器2-51の第1の端子に供給される。第2のモジュールユニット2-2も第1のモジュールユニット2-1と同様に処理され、その受信出力は第1の2合成器2-51の第2の端子に供給されて、第1のモジュールユニット2-1からの受信信号と合成され、A系統受信信号として出力される。
In the first module unit 2-1, the reception signal of the
また、B系統の送受入出力端から入力される送信信号は、第3の2合成器2-53で2系統に分配される。一方の送信信号は、第3のモジュールユニット2-3に入力され、他方の送信信号は、第4のモジュールユニット2-4に入力される。以降、第3及び第4のモジュールユニット2-3,2-4は、第1及び第2のモジュールユニット2-1,2-2と同様に処理され、それぞれの受信信号は、第3の2合成器2-53で合成されて、B系統受信信号として出力される。 The transmission signal input from the transmission/reception input/output terminal of the B system is split into two systems by the third 2-combiner 2-53. One transmission signal is input to the third module unit 2-3, and the other transmission signal is input to the fourth module unit 2-4. Thereafter, the third and fourth module units 2-3, 2-4 are processed in the same way as the first and second module units 2-1, 2-2, and the respective reception signals are combined by the third 2-combiner 2-53 and output as the B system reception signal.
上記第1乃至第16の送受信モジュール2で得られたA系統受信信号とB系統受信信号はそれぞれ分配合成比較器3に供給され、第1乃至第16の2合成器3-11~3-116で合成される。このうち、第1乃至第8の2合成器3-11~3-18で合成された受信信号と、第9乃至第16の2合成器3-11~3-18で合成された受信信号は、それぞれ第1乃至第8のEL比較合成器3-21~3-28の第1の端子、第2の端子に供給される。
The A-system reception signals and B-system reception signals obtained by the first to sixteenth transmission/
第1乃至第8のEL比較合成器3-21~3-28の第3の端子から出力される合成信号(EL1~EL8)は、8合成器3-4で合成されて、EL出力端から出力される。 The composite signals (EL1 to EL8) output from the third terminals of the first to eighth EL comparators and combiners 3-21 to 3-28 are combined in the 8-combiner 3-4 and output from the EL output terminal.
上記第1乃至第4のEL比較合成器3-21~3-24の第4の端子から出力される合成信号(Σ1~Σ4)は、それぞれ第1乃至第4のサーキュレータ3-41~3-44を介して第1の4合成器3-51の第1乃至第4の端子に供給され、上記第5乃至第8のEL比較合成器3-25~3-28の第4の端子から出力される合成信号(Σ5~Σ8)は、それぞれ第5乃至第8のサーキュレータ3-45~3-48を介して第2の4合成器3-52の第1乃至第4の端子に供給される。上記第1及び第2の4合成器3-51,3-52で合成された受信信号は、それぞれAZ比較合成器3-61の第1の端子、第2の端子に供給され、AZ比較合成器3-61の第3の端子からΣ信号が出力され、第4の端子からAZ合成信号が出力される。 The composite signals (Σ1 to Σ4) output from the fourth terminals of the first to fourth EL comparators 3-21 to 3-24 are supplied to the first to fourth terminals of the first 4-combiner 3-51 via the first to fourth circulators 3-41 to 3-44, respectively, and the composite signals (Σ5 to Σ8) output from the fourth terminals of the fifth to eighth EL comparators 3-25 to 3-28 are supplied to the first to fourth terminals of the second 4-combiner 3-52 via the fifth to eighth circulators 3-45 to 3-48, respectively. The received signals combined by the first and second 4-combiners 3-51 and 3-52 are supplied to the first and second terminals of the AZ comparator combiner 3-61, respectively, and the Σ signal is output from the third terminal of the AZ comparator combiner 3-61, and the AZ composite signal is output from the fourth terminal.
以上のように構成することにより、送受信モジュール2の各モジュールユニット2-1~2-4に設けられたモード切替スイッチ(受信出力切換用のRFスイッチ)2-121を1側に設定すると、受信信号の合成は、図1に示すように上側8個の送受信モジュール(No. 1~No. 8)と下側8個の送受信モジュール(No. 9~No. 16)の合成信号をEL比較合成器3-21~3-28で比較することによりEL信号が得られ、右側8個の送受信モジュール(No. 1~No. 4とNo. 9~No. 12)と左側8個の送受信モジュール(No. 5~No. 8とNo. 13~No. 16)の合成信号をAZ比較器3-61で比較することによりAZ信号が得られ、1ビーム型の電子走査アンテナとして機能する。
When the mode changeover switch (RF switch for switching reception output) 2-121 provided on each module unit 2-1 to 2-4 of the transmission/
また、送受信モジュール2の各モジュールユニット2-1~2-4に設けられたモード切替スイッチ(受信出力切換用のRFスイッチ)2-121を2側に設定すると、図2に示すように、送受信モジュール(No. 1~No. 4)の上側(第1の素子と第2の素子)と送受信モジュール(No. 1~No. 4)の下側(第3の素子と第4の素子)の合成信号をEL比較合成器3-29~3-224で比較することによりEL信号が得られ、右側は送受信モジュール(No. 1とNo. 2、第1の素子~第4の素子)と左側は送受信モジュール(No. 3とNo. 4、第1素子~第4素子)の合成信号をAZ比較合成器3-62で比較することによりAZ信号が得られ、1つの電子走査アンテナとして機能する。さらに、送受信モジュール(No. 5~No. 8)の組み合わせ、送受信モジュール(No. 9~No. 12)の組み合わせ、送受信モジュール(No. 13~No. 16)の組み合わせでも、それぞれ独立した電子走査アンテナとして機能する。また、送信入力は4系統あり、送信周波数は独立に設定できるため、電波干渉による問題は発生しない。
In addition, when the mode changeover switch (RF switch for switching receiving output) 2-121 provided in each module unit 2-1 to 2-4 of the transmit/receive
なお、1ビーム型と独立したマルチビーム型の動作切換を送受信モジュール2のモード切替スイッチ(受信出力切換用RFスイッチ)で実現できるため、分配合成比較器3の内部にはRF切換機能は必要無い。
In addition, since the operation switching between the single beam type and the independent multi-beam type can be achieved by the mode changeover switch (RF switch for changing the receiving output) of the transmission/
以上のように本実施形態に係る電子走査アンテナでは、送受信モジュールの受信系出力部にRFスイッチによるモード切替スイッチを設け、分配合成比較器内に1ビーム型とマルチビーム型の独立した合成比較器を設けることで、従来の1ビーム型電子走査アンテナの機能・性能を維持したまま、ビーム毎に周波数を変えることが可能となり、複数の目標を同時に追跡することが可能となる。 As described above, in the electronically scanned antenna according to this embodiment, a mode changeover switch using an RF switch is provided in the receiving system output section of the transmitting/receiving module, and independent one-beam and multi-beam type synthesis comparators are provided within the distribution synthesis comparator. This makes it possible to change the frequency for each beam while maintaining the functionality and performance of a conventional one-beam electronically scanned antenna, making it possible to track multiple targets simultaneously.
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and in the implementation stage, the components can be modified and embodied without departing from the gist of the invention. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining the multiple components disclosed in the above-described embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, components from different embodiments may be appropriately combined.
1…アンテナ素子、
2…送受信モジュール(No. 1~No. 16)、2-1~2-4…モジュールユニット、
2-11…移相器(PS)、2-121…モード切替スイッチ(SPDT)、2-122…TX/RX切替スイッチ(SPDT)、2-13…中間増幅器(MPA)、2-14…ドライバ(DRV)、2-15…アッテネータ(ATT)、2-16…高出力増幅器(HPA)、2-17…サーキュレータ(CIR)、2-18…帯域制限フィルタ(BEF)、2-19…リミッタ(LIM)、2-1A…低雑音増幅器(LNA)、2-1B1,2-1B2…LNAスイッチ(SPDT)、2-1C…中間増幅器(MPA)、2-51,2-52…2合成器、
2-1D…RFスイッチ一体型3ビットMMIC移相器、L1…位相差45度の線路、L2…位相差90度の線路、L3…位相差180度の線路、SW11,SW12,SW21,SW12,SW31,SW12…RFスイッチ、
3…分配合成比較器、3-11~3-116…2合成器(2分配器)、3-21~3-224…EL比較合成器、3-3…8合成器、3-41~3-424…サーキュレータ、3-51、3-52…4合成器、3-61~3-65…AZ比較合成器、3-7…8分配器、3-71~3-74…4分配器、3-81~3-88…2合成器。
1...antenna element,
2: Transmitting and receiving modules (No. 1 to No. 16), 2-1 to 2-4: module units,
2-11: Phase shifter (PS), 2-121: Mode changeover switch (SPDT), 2-122: TX/RX changeover switch (SPDT), 2-13: Intermediate amplifier (MPA), 2-14: Driver (DRV), 2-15: Attenuator (ATT), 2-16: High-power amplifier (HPA), 2-17: Circulator (CIR), 2-18: Bandwidth limiting filter (BEF), 2-19: Limiter (LIM), 2-1A: Low-noise amplifier (LNA), 2-1B1, 2-1B2: LNA switch (SPDT), 2-1C: Intermediate amplifier (MPA), 2-51, 2-52: 2 combiner,
2-1D...RF switch integrated 3-bit MMIC phase shifter, L1...line with 45 degree phase difference, L2...line with 90 degree phase difference, L3...line with 180 degree phase difference, SW11, SW12, SW21, SW12, SW31, SW12...RF switches,
3...Dividing and combining comparator, 3-11 to 3-116...2 combiners (2-way distributor), 3-21 to 3-224...EL comparing and combining device, 3-3...8 combiners, 3-41 to 3-424...circulator, 3-51, 3-52...4 combiners, 3-61 to 3-65...AZ comparing and combining device, 3-7...8 dividers, 3-71 to 3-74...4 dividers, 3-81 to 3-88...2 combiners.
Claims (5)
前記第iの送受信モジュールそれぞれに送信信号を供給し、前記第iの送受信モジュールそれぞれから出力される第i×4の受信信号を分配合成比較して複数の合成ビームを形成する分配合成比較器と
を具備し、
前記第iの送受信モジュールは、前記第1乃至第4のアンテナ素子それぞれの受信系出力端に設けられ、前記第1及び前記第2の受信信号を出力する第1のモードと前記第3及び第4の受信信号を出力する第2のモードとを切り替えるモード切替スイッチを備え、
前記分配合成比較器は、
前記第1のモードの処理系統と前記第2のモードの処理系統とを備え、
前記第1のモードの処理系統は、前記第1及び前記第2の受信信号を入力する第1及び第2の端子に、全アンテナ素子の合成ビームが形成されるように接続される合成器と90°ハイブリッドによる第1の比較合成手段を備え、
前記第2のモードの処理系統は、前記第3及び前記第4の受信信号を入力する第3及び第4の端子に、全アンテナ素子を分割した複数のビームが形成されるように接続される90°ハイブリッドによる第2の比較合成手段を備える
電子走査アンテナ。 an i-th (i is a natural number equal to or greater than 2) four-element integrated transceiver module that performs transmission and reception processing for each of the first to fourth antenna elements and outputs first to fourth reception signals;
a divider/combiner comparator that supplies a transmission signal to each of the i-th transmission/reception modules, and divides, combines, and compares the i-th × 4 reception signals output from each of the i-th transmission/reception modules to form a plurality of composite beams;
the i-th transmission/reception module includes a mode changeover switch provided at a reception system output terminal of each of the first to fourth antenna elements, the mode changeover switch changing over between a first mode for outputting the first and second reception signals and a second mode for outputting the third and fourth reception signals;
The divide-and-combine comparator includes:
a processing system for the first mode and a processing system for the second mode,
the processing system for the first mode includes a first comparison and synthesis means using a synthesizer and a 90° hybrid connected to first and second terminals for inputting the first and second received signals so that a synthetic beam of all antenna elements is formed;
The processing system for the second mode is an electronically scanned antenna having a second comparison and synthesis means using a 90° hybrid connected to third and fourth terminals for inputting the third and fourth received signals so that a plurality of beams are formed by dividing all antenna elements.
前記第iの送受信モジュールの前記第1及び前記第2の受信信号を合成する第iの2合成器と、
前記第iの2合成器のEL(エレベーション)方向に対をなす出力のEL比較を行うEL比較器群と、
前記EL比較器群それぞれの第1の出力を合成するEL合成器と、
前記EL比較器群それぞれの第2の出力をAZ(アジマス)2系統に合成する第1及び第2のAZ合成器と、
前記第1及び第2のAZ合成器の出力のAZ比較を行うAZ比較器と
を備える請求項1記載の電子走査アンテナ。 The processing system of the first mode includes:
an i-th combiner for combining the first and second received signals of the i-th transceiver module;
an EL comparator group for performing EL comparison of pairs of outputs in an EL (elevation) direction of the i-th two combiners;
an electroluminescence combiner for combining first outputs of each of the electroluminescence comparators;
first and second AZ combiners for combining the second outputs of the EL comparators into two AZ (azimuth) systems;
2. The electronically scanned antenna according to claim 1, further comprising an AZ comparator for performing an AZ comparison of outputs from said first and second AZ combiners.
前記第iの送受信モジュールの前記第2のモードにおける前記第1及び第2の受信信号のEL比較を行う90°ハイブリッドを用いた第iのEL比較器と、
前記第iのEL比較器の第1の出力をグループ単位で合成するEL合成器と、
前記第iのEL比較器の第2の出力を前記グループ単位でAZ(アジマス)2系統に合成するAZ合成器と、
前記AZ合成器の出力のAZ比較を行う90°ハイブリッドを用いたAZ比較器と
を備える請求項1記載の電子走査アンテナ。 The processing system of the second mode includes:
an i-th EL comparator using a 90° hybrid for performing an EL comparison of the first and second reception signals in the second mode of the i-th transceiver module;
an EL combiner that combines the first outputs of the i-th EL comparators in groups;
an AZ combiner that combines the second outputs of the i-th EL comparators into two AZ (azimuth) systems in units of the group;
2. The electronically scanned antenna according to claim 1, further comprising an AZ comparator using a 90° hybrid for performing AZ comparison of the output of said AZ combiner.
前記第iの送受信モジュールそれぞれに送信信号を供給し、前記第iの送受信モジュールそれぞれから出力される第i×4の受信信号を分配合成比較して複数の合成ビームを形成する分配合成比較器と
を具備する電子走査アンテナに用いられ、
前記第iの送受信モジュールに、前記第1乃至第4のアンテナ素子それぞれの受信系出力端で、前記第1及び前記第2の受信信号を出力する第1のモードと前記第3及び前記第4の受信信号を出力する第2のモードとを切り替える機能を持たせ、
前記分配合成比較器が、
前記第1のモードの処理系統と前記第2のモードの処理系統とを組み込み、
前記第1のモードの処理系統で、前記第1及び前記第2の受信信号を入力して、全アンテナ素子の合成ビームが形成されるように比較合成し、
前記第2のモードの処理系統で、前記第3及び前記第4の受信信号を入力して、全アンテナ素子を分割した複数のビームが形成されるように比較合成する
電子走査アンテナの信号処理方法。 an i-th (i is a natural number equal to or greater than 2) four-element integrated transceiver module that performs transmission and reception processing for each of the first to fourth antenna elements and outputs first to fourth reception signals;
a divider/combiner comparator that supplies a transmission signal to each of the i-th transmission/reception modules and divides, combines, and compares i×4 reception signals output from each of the i-th transmission/reception modules to form a plurality of composite beams,
the i-th transmission/reception module is provided with a function of switching between a first mode for outputting the first and second reception signals and a second mode for outputting the third and fourth reception signals at the reception system output terminals of the first to fourth antenna elements,
The distribution/combination comparator is
incorporating a processing system for the first mode and a processing system for the second mode;
a processing system in the first mode inputting the first and second received signals and comparing and combining the first and second received signals so as to form a composite beam of all antenna elements;
A signal processing method for an electronically scanned antenna, in which the third and fourth received signals are input to a processing system in the second mode, and compared and synthesized so as to form a plurality of beams into which all antenna elements are divided.
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