JPH075083U

JPH075083U - 受波ビーム旋回装置

Info

Publication number: JPH075083U
Application number: JP1657992U
Authority: JP
Inventors: 磯一田中
Original assignee: 株式会社光電製作所
Priority date: 1992-02-20
Filing date: 1992-02-20
Publication date: 1995-01-24

Abstract

(57)【要約】【目的】超短波・極超短波帯の電波到来方向の監視な
どに用いる合成受波ビーム旋回装置の構成と調整を簡便
・容易にする。【構成】水平面内の円周上に間隔配置した反射器付き
アンテナ素子の隣接する一群を選択して得られる各受波
信号を遅延合成した幅の狭い合成受波ビームを旋回走査
する受波ビーム旋回装置を用い、１つのローカル発振波
による各ミキサ回路に各受信信号を与えて各中間周波信
号にした後、遅延合成することにより各配線の不平衡に
よるビーム形成誤差の調整を容易にし、また、反射器の
曲面の解放端位置を各アンテナ素子が配置された円周上
の位置付近に位置付けて配置することにより合成する両
側のアンテナに対する電波の到達が反射器によって阻害
されず、かつ、比較的鋭い合成受波ビームが得られるよ
うに構成する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、超短波・極超短波などの波長の短い電波の到来方向を監視するなどの目的で受波ビームを旋回させるのに適する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

この種の装置としては、円周上に間隔配置した受波器中の隣接する受波器の一群を選択して得られた各受波信号を、各受波器が直線上に配置されたとみなし得るように所要の受波信号を遅延して合成、つまり、遅延合成することによりビーム幅の狭い合成受波ビームを得るとともに、上記の一群の選択を円周上に沿って旋回走査することにり合成受波ビームを旋回させる構成のもの（以下、第１従来技術という）が特公昭４６−４０２２６などにより開示されている。

【０００３】また、上記の第１従来技術と同様の構成を電波の方向探知用に構成したものとして、上記の各受波器をアンテナ素子にし、各アンテナ素子の背面側に位置付けた円周状の反射器を設けることにより、各アンテナ素子の背面側の指向感度を無くするとともに、各受波信号をインピーダンス変換した後に遅延合成する構成のもの（以下、第２従来技術という）が、ウレンウエバー式の方向探知機として知られており、文献「 IRE Convention Record, Part 5,1955,Vol.3 "Wullenweber Type Ultra High Frequncy Direction Finder" 」などにより開示されている。

【０００４】さらに、方向探知機用のアンテナとして、アンテナ素子の背面側にパラボラ反射器を設けた構成のもの（以下、第３従来技術という）が特公昭２６−１７４などにより開示されている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

上記の第２従来技術のものでは、第１には、受波信号が超短波・極超短波などの波長の短い場合には、遅延合成する各遅延量や各配線長などに、ごく僅かの差異によるばらつき、つまり、不平衡があっても、大きい誤差になって現れてしまうという不都合がある。

【０００６】第２には、各アンテナに対する反射器の反射面が凸曲面状の円弧面によって形成されているため、側面方向から斜め後ろ方向に至る間の指向感度があるので、遅延合成するアンテナの数を十分大きく取らないとビーム幅の狭い合成受波ビームが得られないという不都合がある。

【０００７】第３には、各アンテナ素子の受波信号をケーブルで中央に配置されたコミュテーターに導いた箇所でインピーダンス変換を行っているため、このインピーダンス整合前の各ケーブルに長さの差異によるばらつきがあると、この差異が見掛上の遅延の差異になって現れ、この遅延の差異が遅延合成のための遅延量に付加されてしまい、遅延合成が悪影響を受けて合成ビームの指向性を変形させるなどの弊害を生ずる。

【０００８】このため、製造時における調整が極めて微妙であり、作業工数がかさむほか、この部分の経年変化により同様の差異が生じて装置機能を低下させるなどの不都合がある。

【０００９】そこで、上記の第２従来技術と第３従来技術とを組み合わせ、円周上に配置するアンテナ素子をパラボラ反射器付きのアンテナ素子にして、比較的少ないアンテナ数でビーム幅の狭い合成ビーム得ることが考えられるが、このままでは、アンテナ素子がパラボラ反射曲面の奥部分に設けられているため、パラボラ曲面によって斜め前方から側面方向に至る間の指向感度がさえぎられているので、アンテナ素子の配置数を少なくして配置円周の直径を小さくすると、遅延合成する一群のアンテナ素子のうち両脇に配置されたものが合成ビームの正面に相当する方向から到来した電波を実質的に受波し得ない状態に置かれてしまうので、この部分の受波信号がゼロになってしまい、遅延合成が意味を成さないものになるという不都合が生ずるわけである。

【００１０】このため、これらの不都合がなく、簡便安価な構成によるものの提供が望まれているという課題がある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

この考案は、上記のような水平面内における円周上に間隔配置した反射器付きアンテナ素子の隣接する一群を選択して得られた各受波信号をインピーダンス変換した信号にもとづいて得られる各信号、つまり、各受信信号が、上記の選択した各アンテナ素子を直線上に配置したとみなし得るように各受信信号のうちの所要の信号を遅延して合成、つまり、遅延合成することによりビーム幅の狭い合成受波ビームを形成するとともに、上記の一群の選択を円周上に沿って旋回走査することにり上記の合成受波ビームを旋回するようにした受波ビームの旋回装置において、１つのローカル発振波が共通に与えられる各ミキサ回路に上記の各受信信号を与えて、各中間周波信号を得る手段と、上記の選択した各アンテナ素子に対応する各中間周波信号を選択した各信号にもとづいて上記の遅延合成を行う中間周波遅延合成手段とを設けることにより、また、上記のアンテナ素子を分断した箇所に移相器をつなぎ合わせた移相器付きアンテナとし、あるいは、上記の反射器の水平断面をパラボラ曲線またはパラボラ曲線に近い曲面にするとともに、この曲面の解放端の位置を、各アンテナが配置された円周上の位置の付近にして配置した反射器配置手段、上記のインピーダンス変換のための変換器をアンテナ素子の基部に配置する変換器配置手段などを設けることにより、上記の課題を解決し得るようにしたものである。

【００１２】

【実施例】

以下、実施例を図により説明する。図１において、１番目からＮ番目までのアンテナ素子Ａ１〜Ａ５，ＡＮは、その基部にＺにて示したインピーダンス変換器を組合せて、アンテナ取付板Ｂの外周近くに、Ｏを中心として等間隔に配置してある。

【００１３】アンテナ素子Ａ１〜ＡＮは、Ｒにて示したパラボラ曲線に近い曲線の反射器の焦点近くに配置してあり、電波の到来方向ＳＩＧにて示した方向にアンテナ素子が指向したときに、受波の感度が高くなるような構造になっている。アンテナ素子Ａ１〜ＡＮの円周方向の間隔は、監視する電波の波長のほぼ２分の１に定めるのがよいが、若干のずれがあっても使用することができる。

【００１４】反射器Ｒの水平断面は、パラボラ曲線が最もよいが、円形，三角形でも若干の感度の低下は認められるが使用することができる。Ｄに示した電波の遅れ時間は、図のように電波の到来方向ＳＩＧに、アンテナ素子Ａ１とＡ２がむいたときに、アンテナ素子ＡＮとＡ３の誘起電圧が遅れる時間である。

【００１５】アンテナ素子ＡＮ，Ａ１，Ａ２およびＡ３だけを用いて到来電波を監視する場合に、アンテナ素子Ａ１とＡ２に遅延時間Ｄに相当する遅延をあたえてアンテナ素子ＡＮとＡ３に合成すれば、つまり、遅延合成すれば、見掛け上、ＡＮ，Ａ１，Ａ３が電波の到来方向ＳＩＧに対して一線にならんだことになり、上記４本のアンテナ素子の指向性、すなわち、合成受波ビームの幅がせまくなり、電波の到来方向ＳＩＧの判別性能がよくなるのである。

【００１６】なお、反射器Ｒは、その曲面の解放端の位置を、図のように、アンテナ素子Ａ１〜ＡＮが配置されている円周上の位置の付近、つまり、点線で画いた２つの円のうちの外側の円の位置の付近に位置付けてある。

【００１７】これによって、各アンテナ素子Ａ１〜ＡＮの後ろ側方向から両側面方向に至るまでの間の後半方向から来る電波のみが反射器Ｒによりさえぎられるが、各アンテナ素子Ａ１〜ＡＮの前側方向から両側面方向に至るまでの間の前半方向から来る電波に対してはさえきられることなく反射器付きのアンテナ素子として動作するのである。

【００１８】このため、図のように、アンテナ素子の数を比較的少なくした場合でも、電波の到来方向ＳＩＧから見た場合に、両脇側にあるアンテナ素子で受波すべき電波の全部が反射器によってさえぎられることがないので、上記の遅延による合成、つまり、遅延合成が良好になし得るのである。

【００１９】図２において、アンテナＡＮ〜Ａ５、インピーダンス変換器Ｚおよびアンテナ取付板Ｂは垂直断面が示してあって、図１に示した反射器Ｒは省略してある。図は垂直の棒状のアンテナ素子Ａ１〜ＡＮを示したが垂直面内の受波ビームの幅をせばめるために、棒状のアンテナ導体をいくつかに分断しておき、たとえば全長が約２分の１波長に相当する導体を折り曲げて作った移相器にて上記の分断したアンテナ導体をつなぎ合わせたものをアンテナ素子に用いることができる。

【００２０】この形式のアンテナ素子を用いることにより、垂直面内の受波ビーム幅を狭めた分だけ装置の感度を向上させることができることになる。Ｍはミキサ回路で、インピーダンス変換器Ｚの出力とＬにて示したローカル発振回路の出力をこの回路で混合して、中間周波を作り、Ｆにて示したフィルタを通してＴＮ〜Ｔ５にて示したＮ番目までの走査回路の端子に送る。

【００２１】図のように、各ミキサ回路Ｍには、ローカル発振回路Ｌからの１つの出力、つまり、同一のローカル発振信号が共通に与えられている。したがって、これらの端子に現れる中間周波は、アンテナ素子ＡＮ〜Ａ５、インピーダンス変換器Ｚ、ミキサ回路Ｍ、フィルタＦの特性が等しく、かつ、それ等を接続する回路にて生ずる上記中間周波の位相ずれが等しいならば、走査回路の端子ＴＮ〜Ｔ５に現れる中間周波には図１にて説明したように到来電波が各アンテナ素子に誘起電圧を生じたときの位相差を保持している。

【００２２】しかし、通常は上記の位相差に不平衡が起こり易いので、ミキサＭの位相を調整して、正しい位相差を得る。到来電波の波長を３０ｃｍと仮定すると、わずかに１ｍｍの配線の不平衡によって約１．２°の位相の誤差が生ずるので合成受波ビームの形成が困難になる。このため、図１に示した遅れ時間Ｄに関する調整を、上記のように、中間周波にした段階で行うようにしたものである。

【００２３】図３は中間周波における走査回路と位相合成の原理を示し、ＴＮ〜Ｔ５は図２で説明した走査回路の端子を円形に配列し、進んだ位相の中間周波をとりだすためのスイッチ回路ＳＦと、遅れた位相の中間周波をとりだすスイッチ回路ＳＲを時計方向に回転する。

【００２４】すなわち、スイッチ回路ＳＦの回転は次のセクタにてＴ２とＴ３に接触し、スイッチ回路ＳＲは上記と同様の時刻に次のセクタにてＴ１とＴ４に接触する。上記の回転は中間周波数よりはるかに低い周波数、例えば１０Ｈｚないし数１０Ｈｚで行うが、スイッチ回路ＳＦとＳＲが数回転する間に到来電波を連続的に受波している状況がのぞましい。

【００２５】図のスイッチング回路ＳＦとＳＲは機械的の接点を用いているが、本考案を実施するにあたっては、トランジスタやダイオードを組合わせた電子的なスイッチング回路を用いる。

【００２６】すなわち、走査回路の端子ＴＮ〜Ｔ５とスイッチング回路ＳＦとＳＲの間をトランジスタまたはダイオードで接続し、別に設けた走査用のバイアス回路の出力にて、上記トランジスタまたはダイオードの導電特性を制御して、実質的に図３に説明したと同様のスイッチング回路の動作をさせるのである。このような電子的スイッチングによる走査は、ソナーの受波ビームを旋回する技術として広く用いられている。

【００２７】スイッチング回路ＳＦを通った中間周波は図のように中間周波の遅延回路ＤＬにて、図１に示したようにアンテナ素子ＡＮとＡ３の誘起電圧の遅れ時間Ｄに相当する遅延時間を与え、スイッチング回路ＳＲを通った中間周波は、図のように直接にＡＤにて示した加算回路に加える。一方、遅延回路ＤＬを通った中間周波も加算回路ＡＤに加えられて、ＩＦにて示した合成した中間周波の出力となる。

【００２８】以上に説明したような構成によって得られる合成受波ビームの旋回の状況を図４に示す。図のＤ１・Ｄ２にて示した方向とビームの指向特性は図１のアンテナ素子の配置、図２の構成、図３のスイッチング回路の走査によって得られる合成受波ビームで、アンテナ素子Ｔ１〜ＴＮの数を１２本、合成受波ビームを合成するアンテナ素子の数を４本に設定した場合を示す。

【００２９】スイッチング回路ＳＦとＳＲが時計の回転方向に走査するに従って、図のＤ２・３とＤ３・４にて示したように合成受波ビームが段階的に旋回し、その旋回速度はスイッチング回路に同期している。

【００３０】図３のスイッチング回路ＳＦとＳＲにトランジスタを用いた場合には、その導電特性の変化がゆるやかになるように走査用のバイアス回路を制御すれば、図４のＤ１・２．Ｄ２・３，Ｄ３・４に示した合成受波ビームの旋回が平滑に行われる。

【００３０】電波の波長３０ｃｍ、周波数１０００ＭＨｚにおける本発明の実施例を次に示す。アンテナ素子数 …………………… ３２合成するアンテナ素子数 ………… ８中間周波数 ………………………… ３０ＭＨｚ上記の基本的な諸元によって次の実施例を得る。アンテナ素子の間隔 ……………… １５ｃｍインピーダンス変換器 …………… ＦＥＴアンテナ取付板の直径 …………… 約１６０ｃｍローカル発信器の周波数 ………… ９７０ＭＨｚミキサ回路 ………………………… ＦＥＴ遅延回路の組数 …………………… ３

【００３１】上記ＦＥＴは電界効果トランジスタであり、アンテナ素子を６０ｃｍにした場合の垂直面内の合成受波ビームの幅が約５０度、水平面内の合成受波ビームの幅が約３０度になる。

【００３２】〔変形実施〕本考案は次のように変形して実施することができる。（１）ローカル発信器の周波数と遅延回路の遅延時間および中間周波数の両方または一方を変更して異なった周波数帯の合成受波ビームを旋回させることができる。

【００３３】（２）図２に示した構成は、いわゆるシングル・スーパーヘテロダイン方式であるが、フィルタＦと走査回路の端子ＴＮ〜Ｔ５の間に第２のミキサ回路を挿入し、第２のミキサ回路に別に設けた第２のローカル発振波を加えて第２の中間周波を得る構成のダブル・スーパーヘテロダイン方式を採用することができる。この場合には、遅延回路ＤＬは上記第２の中間周波にて所定の遅延時間が得られるように調整することはいうまでもない。

【００３４】

【考案の効果】

本考案によれば、遅延合成が中間周波に変換した段階で行われるため、遅延合成する信号の実質的な波長が受波信号の波長よりも長いものになっているので、受波する電波の波長が超短波・極超短波のようにごく短い波長の場合でも、各アンテナ素子から各遅延合成に至る間の配線の長さや遅延量に多少の差異があり、ばらつきによる不平衡などがあっても、大きな位相の誤差になって現れることがない。

【００３５】また、各アンテナ素子の基部にインピーダンス変換のための変換器が配置してあるため、各アンテナ素子が、直接、変換器に接続され、この間にケーブルのばらつきによる遅延合成への悪影響がなくなる。

【００３６】さらに、各アンテナ素子の背面側に設けた各反射器の曲面の解放端の位置を、各アンテナ素子が配置されている円周上の位置の付近にして配置してあるため、各アンテナ素子に対する反射曲面の過不足がなくなるので、比較的少ないアンテナ素子数で、ビーム幅の狭い合成ビームを得ることができるなどの特長がある。

【提出日】平成４年３月２１日

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】

【課題を解決するための手段】

この考案は、上記のような水平面内における円周上に間隔配置した反射器付きアンテナ素子の隣接する一群を選択して得られた各受波信号をインピーダンス変換した信号にもとづいて得られる各信号、つまり、各受信信号が、上記の選択した各アンテナ素子を直線上に配置したとみなし得るように各受信信号のうちの所要の信号を遅延して合成、つまり、遅延合成することによりビーム幅の狭い合成受波ビームを形成するとともに、上記の一群の選択を円周上に沿って旋回走査することにり上記の合成受波ビームを旋回するようにした受波ビームの旋回装置において、１つのローカル発振波が共通に与えられる各ミキサ回路に上記の各受信信号を与えて、各中間周波信号を得る手段と、上記の選択した各アンテナ素子に対応する各中間周波信号を選択した各信号にもとづいて上記の遅延合成を行う中間周波遅延合成手段とを設けることにより、上記の課題を解決し得るようにしたものである。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３６

【補正方法】削除

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の実施例を示し、各図の内容はつぎのとお
りである。

【図１】アンテナの部分の水平面図

【図２】反射器を省略したアンテナ部分の垂直面図およ
び周波数変換を行う部分の構成図

【図３】中間周波における切換走査と位相合成の原理を
示す図

【図４】合成受波ビームの旋回の状況を示す図

【符号の説明】

ＳＩＧ電波の到来方向Ｄ電波の遅れ時間Ｂアンテナ取付板Ａ１〜Ａ５，ＡＮ１番目からＮ番目までのアンテナ素
子総数Ｎ本Ｚインピーダンス変換器総数Ｎ個Ｒ反射器総数Ｎ面Ｏアンテナ取付板の中心Ｍミキサ回路Ｌローカル発振回路Ｆフィルタ総数Ｎ個Ｔ１〜Ｔ５，ＴＮ１番目からＮ番目までの走査回路の
端子総数Ｎ個Ａ（６〜Ｎ−１）図示を省略したアンテナ素子Ｒ，Ｚ（６〜Ｎ−１）図示を省略した反射器およびイ
ンピーダンス変換器Ｔ（６〜Ｎ−１）図示を省略した走査回路の端子ＳＦ最も進んだ位相の中間周波を選出する走査回路の
スイッチ回路ＳＲ最も遅れた位相の中間周波を選出する走査回路の
スイッチ回路ＤＬ中間周波の遅延回路ＡＤ加算回路Ｄ１・２スイッチ回路ＳＦがＴ１，Ｔ２に接続され、
スイッチ回路ＳＲがＴＮ，Ｔ３に接続されたときの合成
受波ビームの方向と指向特性Ｄ２・３ＳＦがＴ２とＴ３、ＳＲがＴ１とＴ４に接続
されたときの合成受波ビームの方向と指向特性Ｄ３・４ＳＦがＴ３とＴ４、ＳＲがＴ２とＴ５に接続
されたときの合成受波ビームの方向と指向特性Ｄ４・５〜Ｄ｛（Ｎ−１）・Ｎ｝〜ＤＮ・１ＳＦをＴ４とＴ５のように、ＳＦとＳＲをＴ１〜ＴＮに
て示した全部の走査回路の端子に順次に接続する動作を
示す符号ＩＦ合成した中間周波の出力

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年３月２１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】実用新案登録請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【実用新案登録請求の範囲】

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】水平面内における円周上に間隔配置した
反射器付きアンテナ素子の隣接する一群を選択して得ら
れた各受波信号をインピーダンス変換した信号にもとづ
いて得られる各信号（以下、各受信信号という）が、前
記選択した各アンテナ素子を直線上に配置したとみなし
得るように前記各受信信号のうちの所要の信号を遅延し
て合成（以下、遅延合成という）することによりビーム
幅の狭い合成受波ビームを形成するとともに、前記一群
の選択を前記円周上に沿って旋回走査することにより前
記合成受波ビームを旋回するようにした受波ビームの旋
回装置（以下、装置という）であって、１つのローカル発振波が共通に与えられる各ミキサ回路
に前記各受信信号を与えて、各中間周波信号を得る手段
と、前記選択した各アンテナ素子に対応する前記各中間周波
信号を選択した各信号にもとづいて前記遅延合成を行う
中間周波遅延合成手段とを具備することを特徴とする装
置。
【請求項２】実用新案登請請求の範囲第１項の装置で
あって、前記アンテナ素子を分断した箇所に移相器をつなぎ合わ
せた移相器付きアンテナ素子を具備することを特徴とす
る装置。
【請求項３】実用新案登請請求の範囲第１項の装置で
あって、前記反射器の水平断面をパラボラ曲線またはパラボラ曲
線に近い曲面にするとともに、前記曲面の解放端の位置
を、前記各アンテナ素子が配置された円周上の位置の付
近にして配置した反射器配置手段を具備することを特徴
とする装置。
【請求項４】実用新案登請請求の範囲第１項の装置で
あって、前記インピーダンス変換のための変換器を前記アンテナ
素子の基部に配置する変換器配置手段を具備することを
特徴とする装置。
【請求項５】実用新案登請請求の範囲第１項の装置で
あって、前記ローカル発振波の周波数と前記遅延のための遅延時
間および前記中間周波の周波数の両方または一方を変更
することにより異なる周波数帯の受波信号に対して前記
受波ビームの旋回を行う周波数帯変更手段を具備するこ
とを特徴とする装置。
【請求項６】実用新案登請請求の範囲第１項の装置で
あって、前記中間周波信号に代えて、前記中間周波信号を、さら
に、第２のローカル発振波による第２のミキサ回路に与
えて得られる第２中間周波信号により、前記遅延合成を
行う第２中間周波遅延合成手段を具備することを特徴と
する装置。
【請求項７】水平面内における円周上に間隔配置した
反射器付きアンテナ素子の隣接する一群を選択して得ら
れた各受波信号をインピーダンス変換した信号にもとづ
いて得られる各信号（以下、各受信信号という）が、前
記選択した各アンテナ素子を直線上に配置したとみなし
得るように前記各受信信号のうちの所要の信号を遅延し
て合成（以下、遅延合成という）することによりビーム
幅の狭い合成受波ビームを形成するとともに、前記一群
の選択を前記円周上に沿って旋回走査することにより前
記合成受波ビームを旋回するようにした受波ビームの旋
回装置（以下、装置という）であって、前記反射器の水平断面をパラボラ曲線またはパラボラ曲
線に近い曲面にするとともに、前記曲面の解放端の位置
を、上記の各アンテナ素子が配置された円周上の位置の
付近にして配置した反射器配置手段を具備することを特
徴とする装置。
【請求項８】実用新案登請請求の範囲第７項の装置で
あって、前記インピーダンス変換のための変換器を前記アンテナ
素子の基部に配置する変換器配置手段を具備することを
特徴とする装置。