JPH0575326A - アンテナパターンのサイドローブの低減方法 - Google Patents

アンテナパターンのサイドローブの低減方法

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ビーム幅を広げずにサイドローブを低減させ
るアンテナパターンのサイドローブの低減方法を提供す
る。 【構成】 主アンテナ素子1に対して、該主アンテナ素
子1の低減すべきサイドローブの方向(X方向)と直交
する方向(Y方向)に主アンテナ素子1と隣接し且つビ
ーム軸を一致させて、X方向に関して等方向性のパター
ンをもたない副アンテナ素子2を配置してアンテナ系を
構成し、該アンテナ系のアンテナビームをX方向に走査
し、前記主アンテナ素子1の受信信号と副アンテナ素子
2の受信信号とを位相を合わせて乗算処理し、サイドロ
ーブを低減化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、電波の受信を目的と
するアンテナ装置のアンテナパターンの処理方法、特に
ビーム幅を広げることなくサイドローブを低減させるア
ンテナパターンのサイドローブの低減方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、受信用アンテナに限らず、アン
テナパターンの良さを表す指標には、ビーム幅とサイド
ローブがあり、ビーム幅が小さい程、あるいはサイドロ
ーブが小さい程、アンテナパターンとしての性能が良く
なる。
【0003】従来、掛算型アレイの原理を用いた複数個
のアンテナ素子の受信信号を掛け合わせて、ビーム幅を
小さくするビーム圧縮を行う方法が知られている。図6
は、かかるビーム圧縮を行うアンテナ構成を示す図であ
り、101 は複数の放射素子を等間隔で直線状に配列した
アレイアンテナなどで構成されたメインアンテナで、10
2 はリファレンスアンテナであり、メインアンテナ101
からビーム幅を圧縮すべきX方向に離して配置されてい
る。103 はメインアンテナ101 の受信信号とリファレン
スアンテナ102 の受信信号を乗算する掛算器である。こ
のような構成のアンテナ装置においては、各アンテナ10
1, 102で受信した信号を、位相を合わせて掛算器103 へ
入力し乗算処理をすることにより、メインアンテナの指
向特性とリファレンスアンテナの指向特性とが乗算さ
れ、ビーム幅を圧縮した合成指向特性が得られるように
なっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このアンテ
ナパターンの良さを表す指標となるビーム幅とサイドロ
ーブは二律背反の関係にある。すなわち、例えば上記ビ
ーム圧縮方法によりビーム幅を小さくするとサイドロー
ブが大きくなり、一方サイドローブを小さくしようとす
るとビーム幅が大きくなってしまう。
【0005】したがって、例えばレーダアンテナにおい
ては、サイドローブを小さくするとビーム幅が広がるた
め、分解能が悪くなり対象物の識別能力が下がり、多物
体を1物体と誤認する恐れが生ずる。逆にビーム幅を小
さくするとサイドローブが大になるため、観測方向には
物体がなくてもサイドローブ方向に物体があると、観測
方向に物体があると判断する恐れがある。
【0006】このようにビーム幅とサイドローブは相反
する性質をもっているため、両者を共に最適な状態にす
ることは不可能であり、チェビシェフ分布のように、あ
るサイドローブの条件でビーム幅を最小にする、あるい
はあるビーム幅の条件でサイドローブを最小にする分布
を考え、ビーム幅とサイドローブをある程度の所で妥協
しているのが現状である。
【0007】本発明は、従来のアンテナ装置における上
記問題点を解消するためになされたもので、ビーム幅を
広げることなくサイドローブを低減できるようにしたア
ンテナパターンのサイドローブの低減方法を提供するこ
とを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段及び作用】上記問題点を解
決するため、本発明は、電波を受信する主アンテナ素子
に対して、該主アンテナ素子の低減すべきサイドローブ
の方向である第1の方向と直交する第2の方向に前記主
アンテナ素子と隣接し且つビーム軸を主アンテナ素子と
一致させて、前記低減すべきサイドローブの方向に関し
て等方向性のパターンをもたない1個以上の副アンテナ
素子を配置してアンテナ系を構成し、該アンテナ系のア
ンテナビームを前記第1の方向に走査し、主アンテナ素
子と副アンテナ素子の受信信号を位相を合わせて乗算処
理するものである。
【0009】一般に、アンテナパターンは等方向性でな
い限り、ビーム軸方向でその大きさが最大となり、その
時の値を1とする(規格化する)と、ビーム軸方向以外
では、パターンの大きさは必ず1より小さくなる。した
がって上記のように主アンテナ素子の受信信号とパター
ンが等方向性でない副アンテナ素子の受信信号を位相を
合わせて乗算手段で掛け合わせると、主アンテナ素子の
パターンにビーム軸方向以外では1未満の値の副アンテ
ナ素子のパターンを掛け合わせることになるため、掛け
合わせた値はビーム軸方向以外では、主アンテナ素子の
値よりも小さくなる。これによりビーム幅を広げること
なくサイドローブが低減される。
【0010】
【実施例】次に実施例について説明する。図1は、本発
明に係るアンテナパターンのサイドローブの低減方法の
実施に用いる低サイドローブアンテナ装置の概略構成を
示す概念図である。図において、1は電波を受信するた
めの主アンテナ素子であり、ホーンアンテナ,アレイア
ンテナなどのアンテナが用いられる。2は副アンテナ素
子で、主アンテナ素子1のパターンのX方向のサイドロ
ーブを低下させるため、X方向と直交するY方向に、主
アンテナ素子1に隣接し、且つビーム軸を主アンテナ素
子1と一致させて配置している。この副アンテナ素子2
は、X方向パターンが等方向性でないものであれば、ダ
イポールアンテナ,ホーンアンテナ,アレイアンテナ等
どのようなタイプのアンテナでも用いることができる。
3は掛算回路で、主アンテナ素子1の受信信号と、副ア
ンテナ素子2の受信信号とを乗算処理するものである。
アンテナビームをX方向に走査する方法としては、アン
テナ系をロータリーテーブルのような装置に取り付けて
機械的にアンテナ系を動かすか、あるいはフェイズドア
レイアンテナを用いて、アンテナ系は固定しておいてア
ンテナ給電位相を制御して走査を行う方法が用いられ
る。
【0011】このように構成したアンテナ装置をX方向
に走査している状態において電波が到来すると、主アン
テナ素子1と副アンテナ素子2は、それぞれパターンに
応じた受信信号を出力する。これらの出力を位相を合わ
せて掛算回路3で乗算処理し、その出力を最終出力とす
ることにより、サイドローブを低減した主アンテナパタ
ーンに対応した出力が得られる。
【0012】図2は、X方向の長さが受信電波波長の約
12倍の主アンテナ素子と、X方向の長さを主アンテナ素
子の約1/3とした副アンテナ素子を用いた場合のシミ
ュレーション結果を示す図である。図2の(A)は主ア
ンテナ素子のパターンM(θ)、図2の(B)は副アン
テナ素子のパターンr(θ)、図2の(C)は主アンテ
ナ素子のパターンM(θ)と副アンテナ素子のパターン
r(θ)を掛け合わせた合成パターン(実線)と主アン
テナ素子のパターン(破線)を示している。図2の
(C)において、合成パターンのサイドローブcの大き
さは、主アンテナ素子のパターンM(θ)のサイドロー
ブaの大きさに副アンテナ素子のパターンr(θ)のサ
イドローブbの大きさを掛けたものとなるが、副アンテ
ナ素子のパターンr(θ)は等方向性でないので、bの
大きさは0°(ビーム軸)以外では1より小さい。した
がって合成パターンのサイドローブcの大きさは、主ア
ンテナ素子のパターンM(θ)のサイドローブaより常
に小さくなり、ビーム幅を広くすることなくサイドロー
ブを低減することができる。なお図2の(C)からわか
るように、本発明においてはビーム幅も若干圧縮するこ
とが可能である。
【0013】これに対して図6に示した従来例のように
主アンテナ素子に対して副アンテナ素子をX方向に離間
して配置した場合には、副アンテナ素子のX方向のパタ
ーンR(θ)は、本発明における副アンテナ素子のパタ
ーンr(θ)に、 cos(kdsin θ)を乗じたもので表
される。(ここで、k=2π/λ、dは主アンテナ素子
と副アンテナ素子の中心離間距離、θはX方向の角度、
λは受信電波の波長である。)すなわち、本発明の場合
は、副アンテナ素子は主アンテナ素子に対してY方向に
は離れているがX方向には離れていないのに対し、従来
のアンテナ装置においてはX方向にdだけ離れているた
め、そのパターンR(θ)は、上記のようにr(θ)に
cos(kdsin θ)を掛け合わせたものとなり、図3に
示すように周期の短いものとなり、主アンテナ素子のパ
ターンM(θ)に掛け合わせることにより、ビーム圧縮
はできるけれども、大きなサイドローブが発生すること
になる。
【0014】次に具体的なアンテナ装置の構成例を図4
に基づいて説明する。この構成例は、主アンテナ素子11
として円形パッチアレイアンテナを用い、副アンテナ素
子12としても同じく円形パッチアレイアンテナを用いた
ものであり、副アンテナ素子12は、主アンテナ素子11に
対してY方向に離して配置されている。
【0015】掛算回路としては、アナログ的に行う場合
には、一般の掛算回路や周波数変調回路を用いることが
でき、またディジタル的に行う場合には、受信信号をA
/D変換器でディジタル信号に変換した後に乗算処理す
る手段等既知の技術を用いることができるが、その一例
を図5に示す。図5において、21は主アンテナ素子、22
は副アンテナ素子、23, 24は各アンテナ素子でとらえた
電波を受信する受信機、25, 26は受信機23, 24の出力を
ディジタル信号に変換するA/D変換器、27はA/D変
換器25, 26の出力を掛算処理する掛算器である。そして
このように構成されているディジタル掛算処理回路で
は、主アンテナ素子21及び副アンテナ素子22で受信した
電波は受信機23, 24に入力され、受信機23, 24では受信
電波の電力を直流信号で出力する。この受信機出力はA
/D変換器25, 26に入力され、ディジタル値に変換さ
れ、掛算器27で掛算処理が行われ、掛算された値が出力
される。
【0016】上記実施例では、副アンテナ素子を一つ用
いたものを示したが、副アンテナ素子は、指向性が等方
向性でないアンテナ素子であれば複数個用いることもで
き、その場合の主アンテナ素子の受信信号との乗算処理
には、次の2つの方式がある。第1の方式は、複数個の
副アンテナ素子の出力を加え合わせた後に、主アンテナ
素子の出力と掛算を行う方式で、この場合は副アンテナ
素子の受信電力が増加するので、1個の場合よりもアン
テナ利得及びS/Nが良好になる。他の方式は複数個の
副アンテナ素子の出力をそれぞれ主アンテナ素子の出力
と掛け合わせる方式で、この場合は1個の場合よりも更
にサイドローブが低減できる。
【0017】また上記実施例では、主アンテナ素子と副
アンテナ素子からなるアンテナ系のアンテナビームをX
方向に走査するようにしたものを示したが、アンテナビ
ームをX方向及びY方向以外の方向に走査することによ
り、X方向のサイドローブの低減の程度は若干低下する
が、Y方向のビーム圧縮を同時に行わせることができ
る。
【0018】
【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
本発明によれば、主アンテナ素子に対して、該主アンテ
ナ素子の低減すべきサイドローブの方向と直交する方向
に隣接し、且つビーム軸を一致させて低減すべきサイド
ローブの方向に関して等方向性でないパターンをもつ副
アンテナ素子を配置し、各アンテナ素子の受信信号を位
相を合わせて乗算処理するように構成したので、主アン
テナ素子のビーム幅を広げることなくサイドローブを低
減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るアンテナパターンのサイドローブ
の低減方法の実施例を説明するための低サイドローブア
ンテナ装置を示す概念図である。
【図2】図1に示したアンテナ装置における各アンテナ
素子のパターン及び乗算処理後の合成パターンを示す図
である。
【図3】従来のビーム圧縮アンテナ装置における副アン
テナ素子のパターンを示す図である。
【図4】低サイドローブアンテナ装置の具体的な実施例
を示す図である。
【図5】掛算回路の具体的な構成例を示す回路構成図で
ある。
【図6】従来のビーム圧縮を行うアンテナ装置を示す概
略図である。
【符号の説明】
1 主アンテナ素子 2 副アンテナ素子 3 掛算回路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電波を受信する主アンテナ素子に対し
    て、該主アンテナ素子の低減すべきサイドローブの方向
    である第1の方向と直交する第2の方向に前記主アンテ
    ナ素子と隣接し且つビーム軸を主アンテナ素子と一致さ
    せて、前記第1の方向に関して等方向性のパターンをも
    たない1個以上の副アンテナ素子を配置してアンテナ系
    を構成し、該アンテナ系のアンテナビームを前記第1の
    方向に走査し、主アンテナ素子と副アンテナ素子の受信
    信号を位相を合わせて乗算処理することを特徴とするア
    ンテナパターンのサイドローブの低減方法。
  2. 【請求項2】 前記請求項1記載のアンテナ系のアンテ
    ナビームを前記第1及び第2の方向以外の方向に走査
    し、主アンテナ素子と副アンテナ素子の受信信号を位相
    を合わせて乗算処理し、第1の方向のサイドローブを低
    減すると共に第2の方向のビーム圧縮を行うことを特徴
    とするアンテナパターンのサイドローブの低減方法。
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