JPH071846B2 - アンテナパターンのビーム圧縮処理方法 - Google Patents
アンテナパターンのビーム圧縮処理方法Info
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Description
圧縮処理する際に生じる受信パターンの歪みを除去し、
ビーム圧縮の性能を向上させるアンテナパターンのビー
ム圧縮処理方法に関する。
ターンの良さを表す指標の一つにビーム幅があり、この
ビーム幅が小さい程、アンテナパターンとしての性能が
よくなる。しかしながら、ビーム幅とアンテナの大きさ
(長さ)は互いに反比例の関係にあり、ビーム幅を小さ
くしようとするとアンテナの大きさが大となり、アンテ
ナの大きさ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。
識別度、すなわち分解能を2倍にすることを考えた場
合、ビーム幅を半分にしなければならないので、アンテ
ナの大きさが2倍になってしまう。大きさが2倍になる
と、アンテナの占有領域が大きくなるばかりでなく、ア
ンテナ重量の増加,アンテナ支持構造物の大型化等、さ
まざまな弊害が生ずる。逆にアンテナの大きさを半分に
すると、ビーム幅が2倍に広がり、識別度が半分に悪化
する。
相反する性質を持っていることは良く知られている。実
際のアンテナではアンテナの占める領域等に制限のある
場合が殆どであるので、このような制約の下でビーム幅
がある程度のところで妥協している。
掛算型アレイの原理を用いて、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
圧縮方法が知られている。図5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
成された主アンテナ素子であり、102 は副アンテナ素子
で、主アンテナ素子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 は主アンテナ素子101
の受信信号と副アンテナ素子102 の受信信号を掛算する
掛算回路である。このような構成のアンテナ装置におい
て、各アンテナ素子101 ,102 で受信した信号を、位相
を合わせて掛算回路103 へ入力し乗算処理することによ
り、主アンテナ素子の指向特性と副アンテナ素子の指向
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。
アンテナパターンのビーム圧縮方法では、ビームが圧縮
されたと同等の効果は得られるものの、副アンテナ素子
のグレーチングローブにより、本来電波源が存在してい
ないにも拘らず、電波源が存在しているような受信パタ
ーンを形成する、すなわち受信パターンの歪みを発生さ
せるという問題がある。
ける上記問題点を解消するためになされたもので、ビー
ム幅を圧縮すると共に受信パターンの歪みを発生させな
いアンテナパターンのビーム圧縮処理方法を提供するこ
とを目的とする。
決するため、本発明は、電波を受信する主アンテナ素子
と、該主アンテナ素子に対して、該主アンテナ素子の圧
縮すべきビーム幅の方向に隣接し且つビーム軸を一致さ
せて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主アンテナ素
子の中心を通る軸を中心軸として前記圧縮すべきビーム
幅方向に走査し、主アンテナ素子と副アンテナ素子の各
受信信号を位相を合わせて乗算処理するアンテナパター
ンのビーム圧縮処理方法において、主アンテナ素子の受
信パターン波形及び副アンテナ素子の受信パターン波形
が共に上に凸の場合のみ、副アンテナ素子の受信信号を
出力し、乗算処理を行うように構成するものである。
ーム圧縮処理方法においては、アンテナ系のアンテナビ
ームを圧縮すべきビーム幅方向に走査し、主アンテナ素
子と副アンテナ素子の各受信信号を位相を合わせて乗算
処理し、これにより掛算型アレイの原理によってビーム
幅が圧縮されるが、この掛算処理の際、主アンテナ素子
の受信パターン波形が上に凸で、且つ副アンテナ素子の
受信パターン波形が上に凸の場合にのみ、副アンテナ素
子の受信信号が出力され、乗算処理が行われる。これに
より受信パターンの歪みが除去される。
は、例えばレーダのように離散的分布の電波源を対象と
する場合は、電波源が存在する角度付近では上に凸の波
形となるが、電波源が存在しない角度付近では上に凸の
波形とはならないのが一般的である。掛算型アレイの原
理を用いたビーム圧縮方法では、副アンテナ素子は走査
回転軸から離れて配置されているため、大きなグレーチ
ングローブが生じる。このため、電波源が存在していな
い角度付近においてもグレーチングローブが受信した電
波のために、受信パターン波形は上に凸の波形となる。
したがって、単に副アンテナ素子と主アンテナ素子の受
信信号を乗算処理するだけであると、受信パターンに歪
みが生じてしまう。
ーム方向に電波源は存在せず、副アンテナ素子のグレー
チングローブ方向に電波源が存在する場合は、副アンテ
ナ素子の受信パターン波形は上に凸になるものの、主ア
ンテナ素子の受信パターン波形は上に凸にはならない。
したがって、本発明においては、主アンテナ素子の受信
パターン波形が上に凸で、且つ副アンテナ素子の受信パ
ターン波形も上に凸の場合にのみ副アンテナ素子の受信
信号を出力し、主アンテナ素子の受信信号と乗算処理を
行うようにしているので、受信パターンの歪みを除去す
ることが可能となる。
明に係るアンテナパターンのビーム圧縮処理方法の実施
例を説明するための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、ダ
イポールアンテナ,ホーンアンテナ,アレイアンテナ等
どのようなアンテナでもよく、主アンテナ素子1のパタ
ーンのビーム幅を圧縮すべきX方向に主アンテナ素子1
に隣接し、且つビーム軸を一致させて配置している。3
は信号処理回路及び掛算回路で、主アンテナ素子1の受
信信号と副アンテナ素子2の受信信号の二階微分処理を
行い、その符号を判定することにより上に凸か否かの判
定を行った後、乗算処理する回路である。
て、アンテナビームを走査する際に電波が到来すると、
主アンテナ素子1と副アンテナ素子2は、それぞれのパ
ターンに応じた受信信号を出力する。これらの出力を位
相を合わせて信号処理及び掛算回路3で信号処理及び乗
算処理を行い、掛算回路出力を最終的出力とすると、ビ
ームが圧縮され、且つ歪みのない出力が得られる。
アンテナ長が受信波長の10倍の一様分布の方形アンテ
ナ、副アンテナ素子として走査方向のアンテナ長が受信
波長の1倍の一様分布の方形アンテナを用い、アンテナ
回転軸から+15度,+5度,−5度,−15度方向に同一
の点波源が回転軸から等距離に存在する場合の、受信電
力パターンのシミュレーション結果を示す図である。な
お波源は0度を中心として左右対称であるため、+方向
のみを表示した。図2の(A)は本発明の方法によるパ
ターン、図2の(B)は従来のビーム圧縮によるパター
ンである。両図中の一点鎖線は主アンテナ素子の受信電
力パターン、破線は副アンテナ素子の受信電力パター
ン、実線は主アンテナ素子の受信信号と副アンテナ素子
の受信信号を掛け合わせた電力パターンを、それぞれの
最大値を基準として表示したものである。これより、本
発明の方法により従来のビーム圧縮で生じていたパター
ンの歪みが除去され、且つビームが主アンテナ素子より
圧縮されたアンテナパターンに対応した受信電力パター
ンとなっていることがわかる。
に基づいて説明する。この構成例は、主アンテナ素子1
1,副アンテナ素子12のいずれも円形パッチアレイアン
テナを用いてアンテナ系を構成したものであり、副アン
テナ素子12は主アンテナ素子11に対してX方向に離して
配置されている。
グ的に行う場合とディジタル的に行う場合とがある。ア
ナログ的に行う場合、二階微分演算を行う方式として
は、コンデンサ及び抵抗を用いた微分回路の既知の技術
を用いることができる。二階微分値の判定を行う方式と
しては、比較器を用いる既知の技術を用いることができ
る。掛算演算を行う方式としては、掛算回路や周波数変
調回路の既知の技術を用いることができる。またディジ
タル的に行う場合は、受信信号をA/D変換器でディジ
タル信号に変換した後、計算機で二階微分演算,二階微
分値判定,及び乗算演算行う手段等既知の技術を用いる
ことができる。
4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
力を二階微分演算,二階微分値判定,及び掛算演算処理
する計算機である。
主アンテナ素子21,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、各受信機では受信電波の電力
を直流信号で出力する。これらの受信機の出力はA/D
変換器25,26に入力され、ディジタル値に変換されたの
ち、計算機27で二階微分演算,二階微分値判定,及び掛
算演算が行われ出力される。
いたものを示したが、複数個用いることができ、しかも
ダイポールアンテナ,ホーンアンテナ,アレイアンテナ
等どのようなアンテナでも利用することができる。副ア
ンテナ素子を複数個用いた場合の乗算処理には、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、この場合の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、この場合はビーム幅の圧縮と共にサイドローブ
の低減化も可能となる。
に、本発明によれば、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際、主アンテ
ナ素子の受信パターン波形及び副アンテナ素子の受信パ
ターン波形が共に上に凸の場合のみ、副アンテナ素子の
受信信号を出力し乗算処理を行うようにしたので、従来
のビーム圧縮で生じた受信パターンの歪みを除去すると
共に、主アンテナ素子のビーム幅を圧縮することができ
る。
理方法の一実施例を説明するためのアンテナ装置の概略
構成を示す図である。
る合成パターンのシミュレーション結果及び従来のビー
ム圧縮に用いるアンテナ装置で得られる合成パターンの
シミュレーション結果を示す図である。
系の具体的な構成例を示す斜視図である。
ブロック構成図である。
略図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 電波を受信する主アンテナ素子と、該主
アンテナ素子に対して、該主アンテナ素子の圧縮すべき
ビーム幅の方向に隣接し且つビーム軸を一致させて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主アンテナ素子の中心
を通る軸を中心軸として前記圧縮すべきビーム幅方向に
走査し、主アンテナ素子と副アンテナ素子の各受信信号
を位相を合わせて乗算処理するアンテナパターンのビー
ム圧縮処理方法において、主アンテナ素子の受信パター
ン波形及び副アンテナ素子の受信パターン波形が共に上
に凸の場合のみ、副アンテナ素子の受信信号を出力し、
乗算処理を行うように構成したことを特徴とするアンテ
ナパターンのビーム圧縮処理方法。
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