JPH0810806B2 - アンテナパターンの２次元ビーム圧縮方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、アンテナパターンを
２次元的に圧縮する２次元ビーム圧縮処理方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、受信用アンテナ等のアンテナパ
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。

【０００３】例えばレーダアンテナにおいて、対象物の
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、様
々な弊害が生ずる。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。

【０００４】このようにビーム幅とアンテナの大きさは
相反する性質をも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がある
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。

【０００５】このような問題点を改善するため、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、102 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101, 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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
ビーム圧縮を行う方法は、メインアンテナ素子の一方向
にのみ隣接してリファレンスアンテナを配置したもので
あり、１次元的にしかビーム幅を圧縮できないものであ
り、識別能力は不充分である。すなわち、例えば全くビ
ーム圧縮を行わない場合のメインビームパターンを、図
７の（Ａ）に示すようなパターン201 とすると、この場
合は５つの対象物ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの識別が不可能で
ある。これをＸ方向に１次元的にビーム圧縮した場合、
その圧縮メインビームパターン202 は図７の（Ｂ）に示
すようになり、ビーム圧縮を行わない場合よりは識別能
力は改善されるが、依然として３つの対象物ａ，ｃ，ｅ
の識別が不可能で、識別能力が不充分であるという問題
点がある。

【０００７】本発明は、従来のビーム圧縮法における上
記問題点を改善するためなされたもので、２次元的にビ
ーム圧縮を行い識別能力を向上させるアンテナパターン
の２次元ビーム圧縮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、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方向である第１の方
向に隣接し且つビーム軸を一致させて１個以上の第１の
副アンテナ素子を配置し、更に前記主アンテナ素子に対
して前記第１の方向と直交する第２の方向に隣接し且つ
ビーム軸を一致させて１個以上の第２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及び第２の方向以外の方向に走査
し、主アンテナ素子と第１の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たのち、該乗算出力に第２
の副アンテナ素子の受信信号を位相を合わせて乗算して
２次元的にビームを圧縮するものである。

【０００９】上記のようにして２次元的にビーム圧縮を
行う場合、アンテナ系のアンテナビームを第１及び第２
の方向以外の方向に走査し、主アンテナ素子と第１の副
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
ことにより、掛算型アレイの原理により第１の方向のビ
ーム幅が圧縮される。更にこの乗算出力に第２の副アン
テナ素子の受信信号を位相を合わせて乗算することよ
り、同様に第２の方向のビーム幅が圧縮される。そして
第１及び第２の副アンテナ素子は主アンテナに対して小
型に形成できるので、アンテナの大きさを殆ど変化させ
ずに、ビーム幅を２次元的に圧縮することができる。

【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２次元ビーム圧縮方法の実
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は第１の副アンテナ素子
で、主アンテナ素子１のパターンのＸ方向のビーム幅を
圧縮させるため、Ｘ方向に主アンテナ素子１に隣接し且
つビーム幅を主アンテナ素子１と一致させて配置してい
る。３は第２の副アンテナ素子で、主アンテナ素子１の
パターンのＸ方向と直交するＹ方向のビームを圧縮させ
るため、Ｙ方向に主アンテナ素子１に隣接し且つビーム
幅を主アンテナ素子と一致させて配置している。４は掛
算回路で、主アンテナ素子１の受信信号と第１の副アン
テナ素子の受信信号を乗算処理したのち、この乗算出力
信号に第２の副アンテナ素子の受信信号を乗算するもの
である。

【００１１】このように構成したアンテナ装置におい
て、アンテナビームをＸ方向及びＹ方向以外の方向に走
査した際に電波が到来すると、主アンテナ素子１，第１
の副アンテナ素子２及び第２の副アンテナ素子３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
出力を掛算回路４で順次乗算処理して、掛算回路出力を
最終的出力とすると、掛算型アレイの原理でビーム幅が
２次元的に圧縮された主アンテナ素子パターンに対応し
た出力が得られる。

【００１２】図２は、反射板付半波長ダイポールアンテ
ナ（反射板からの距離は１／４波長）からなるアレイ素
子を、Ｘ方向に65素子（Ｘ方向の長さが受信電波波長の
約12倍）、Ｙ方向に17素子（Ｙ方向の長さが受信電波波
長の約３倍）の65×17のマトリクス状に配列し、Ｘ方向
及びＹ方向とも開口面分布を一様に構成した主アンテナ
素子と、同じ構成のアレイ素子１素子からなる第１及び
第２の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
パターンを、図２の（Ｂ）は２次元ビーム圧縮を行った
パターンをそれぞれ等高線図として示しており、原点の
値を基準として、dB表示で−３，−６，−９，−12，−
15，−18，−21の値を示している。このパターンから、
Ｘ方向及びＹ方向のビーム幅を２次元的に約半分にする
ことができることがわかる。このシミュレーションでは
各アンテナ素子を同一構成のもので構成した場合につい
て示したが、第１及び第２の副アンテナ素子は主アンテ
ナ素子に比べて小さく形成できるので、アンテナ装置全
体としての大きさはビーム圧縮を行わないものと殆ど変
わりはない。

【００１３】なお２次元的にビーム圧縮を行った場合、
識別度がどのように改善されるかを、前記図７と同様な
模式図で示すと図３のようになる。すなわち２次元的に
ビーム圧縮されると、そのメインビームはパターン５の
ようになり、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの各対象物の識別が可
能となり、識別能力が更に向上することがわかる。

【００１４】次に具体的な実施例を図４に基づいて説明
する。この実施例は、主アンテナ素子11，第１の副アン
テナ素子12及び第２の副アンテナ素子13の何れも円形パ
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、第１の副アンテナ素子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、第２の副アンテナ素子
13は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
は第１の副アンテナ素子、23は第２の副アンテナ素子、
24, 25, 26は各アンテナ素子でとらえた電波を受信する
受信機、27, 28, 29は受信機24, 25, 26の出力をディジ
タル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、30はＡ／Ｄ変換器2
7, 28, 29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回路で
は、主アンテナ素子21, 第１の副アンテナ素子22及び第
２の副アンテナ素子23で受信した電波は受信機24, 25,
26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27,
28, 29に入力され、ディジタル値に変換されたのち、掛
算器30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、第１及び第２の副アンテ
ナ素子を一つずつ用いたものを示したが、第１及び第２
の副アンテナ素子は、それぞれ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。各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。

【００１７】

【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互いに直交す
る２方向に隣接して第１及び第２の副アンテナ素子を配
置し、上記２方向以外の方向に走査して各アンテナ素子
の受信信号を位相を合わせて乗算処理するようにしたの
で、主アンテナ素子のビーム幅を２次元的に圧縮し、識
別能力を更に向上させることができる。

【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２次元ビーム
圧縮方法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。

【図２】主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】２次元ビーム圧縮による識別能力の向上を説明
するための２次元圧縮メインビームパターンを示す図で
ある。

【図４】本発明の実施に用いるアンテナ装置の具体的な
構成例を示す図である。

【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１次元ビーム圧縮を行うアンテナ装置を
示す概略図である。

【図７】メインビームによる識別能力を説明するための
説明図である。

【符号の説明】

１ 主アンテナ素子 ２ 第１の副アンテナ素子 ３ 第２の副アンテナ素子 ４ 掛算回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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方向である第１の方向に隣接
   し且つビーム軸を一致させて１個以上の第１の副アンテ
   ナ素子を配置し、更に前記主アンテナ素子に対して前記
   第１の方向と直交する第２の方向に隣接し且つビーム軸
   を一致させて１個以上の第２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及び第２の方向以外の方向に走査し、主アン
   テナ素子と第１の副アンテナ素子の受信信号を位相を合
   わせて乗算処理したのち、該乗算出力に第２の副アンテ
   ナ素子の受信信号を位相を合わせて乗算することを特徴
   とするアンテナパターンの２次元ビーム圧縮方法。