JPH102948A - フェイズド・アレイ・レーダ - Google Patents

フェイズド・アレイ・レーダ

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JPH102948A
JPH102948A JP8174166A JP17416696A JPH102948A JP H102948 A JPH102948 A JP H102948A JP 8174166 A JP8174166 A JP 8174166A JP 17416696 A JP17416696 A JP 17416696A JP H102948 A JPH102948 A JP H102948A
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delay
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phase shifter
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Masahiro Sunaoka
岡 雅 弘 砂
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Abstract

(57)【要約】 【課題】アンテナ・ビーム制御を連続して行い、受信信
号の瞬断を防ぐ。 【課題解決手段】移動体から送信された電波は、受信ア
ンテナ素子1、アンプ2、分配器3を経て、移相器4ま
たは移相器5に入力され、移相制御器6の指令分だけ移
相をシフトする。シフトされた信号は、各移素器4及び
5を通して合成器7により合成され、疑似ビームを形成
して得られる受信信号11となる。受信信号11は、受
信機9により受信出力15と受信レベル12とに分けら
れ、外部制御器8に入力される。外部制御器8は、前の
受信レベルと比較し、追尾情報を移相制御基準信号13
と各移相器4、5の作動をずらす誤差信号14とを移相
制御器6に入力することによりビーム制御を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、フェイズド・アレ
イ・レーダに関し、特に人工衛星や飛行機等の移動目標
物をパッシブで追尾するときの位相制御方式に特徴を有
するフェイズド・アレイ・レーダに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、人工衛星や飛行機等の移動体を追
尾する場合において、フェイズド・アレイ方式のアンテ
ナを用いて制御する際には、アンテナの移相器の移相量
を切り替えることによって受信レベルのより高い方へ、
即ち目標物の方向へビームを移動させ追尾を行ってい
る。この移相器の制御は、通常デジタル化されているた
め、移相切替時の瞬間には、ビームパターンが変形した
り、あるいは消えてしまう欠点を有している。
【0003】送受信を行うレーダの場合は、ビームパタ
ーンが瞬間に消滅した場合でも送信と受信がパルス状に
正常機能することが明確であれば、運用上の支障は全く
生じないが、実際には送受信上、しばしば誤信が生じて
いた。
【0004】また、人工衛星から送信された電波を追尾
するためには、移相器を制御して比較的円滑に切り替え
る方式があるが、切替前後のレベルにより判定する方式
を用いているため、ビーム・ディザリングは、やはりス
テップ的に切り替えて、誤差を求めざるを得ない。
【0005】このように、従来のフェーズドアレイ方式
のアンテナパターンでは、多数の移相器を用いて、受信
信号を合成する時に疑似ビームパターンを成形させる
が、移相器を用いた場合には、この移相器がディジタル
的に制御されるため、ビームパターンが変更される瞬間
に、ビームが消失したり、くずれてしまう欠点があり、
解決されるべき問題点である。特に受信のみを行い、且
つ連続波を瞬断なく追尾するには、ビーム制御を円滑か
つ途切れないように行う必要性が強く望まれている。
【0006】特開平4ー307381号公報に開示され
ている「アンテナ制御方式」は、図3に示す構成を有
し、衛星通信用フェイズドアレイアンテナ41の多数の
移相器42を制御するアンテナ制御装置43は、ビーム
・ディザリングにより最低仰角もしくは最高仰角のビー
ムへの切り替えを検出した際に、切り替え前の受信レベ
ルと現在の受信レベルとの誤差計算により低仰角もしく
は高仰角の方向への切り替えが必要か否かを判断し、更
に低仰角もしくは高仰角の方向への切り替えが必要と判
断した際には、仰角方向のビームディザリングを停止す
ると共にビーム・ディザリングの停止中に受信レベルが
ビーム・ディザリング再開レベルを下回ったか否かを判
断し、受信レベルがビーム・ディザリング再開レベルを
下回った際に、仰角方向のビーム・ディザリングを再開
することにより、衛星通信用フェイズド・アレイ・アン
テナ41の仰角方向の追尾可能範囲を広げている。
【0007】しかしながら、かかる構成においては、各
アレイ45に接続された移相器42にはいずれも共通の
移相器制御信号44が印加されており、ビーム・ディザ
リング時は一度に切り替えるため、やはり上述した切替
時の問題が解決されず、残されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上述のような従来技術
の第1の問題点は、ビーム制御でステップ的に切り替え
ることにより、特に受信レベルが限界に近い時には、送
受信信号が瞬断することである。これは、移動体から送
信される電波でも人工衛星のように仰角を大きく持つも
のは、回線信頼性が高いが、仰角の低い航空機のような
場合には、マルチパスや送信アンテナパターン等の影響
により瞬断レベルに達するまでのマージンが少ないから
である。
【0009】また、第2の問題点は、ビーム成形切替時
には、別のビームが移相器の時間ずれ等で生じることが
あり、ビーム成形完了までの間に他の方向の電波を受信
するため、ビーム制御でステップ的に切り替える瞬間に
他の電波を受けてしまい、受信信号の信号/雑音(S/
N)比が悪くなることである。
【0010】そこで、本発明の目的は、ビーム制御をワ
ンステップで切り替えても、受信信号が瞬断することが
なく、不要波を受信したり、S/N比が低下することが
なく、ビームパターンを変更する際のトランジェント時
間にビームが消失したりビームパターンが変形せず、移
相器をデジタル的に制御してもビーム特性を円滑に移行
させるフェイズド・アレイ・レーダを提供することにあ
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明によるフェイズド・アレイ・レーダは、多数
のアンテナ素子が配列され、前記アンテナ素子からの受
信信号が互いに位相合成されるまでに、それぞれ移相器
が介在し、前記それぞれの移相量をシフトして所定のビ
ーム特性を得るフェイズド・アレイ・レーダにおいて、
前記移相量をシフトする制御信号に時間差を設けて前記
移相器に配分する制御手段を設けて構成される。
【0012】本発明の他の態様によるフェイズド・アレ
イ・レーダは、多数のアンテナ素子が配列され、前記ア
ンテナ素子からの受信信号がそれぞれ位相合成器に入力
されるまでに、それぞれ移相器が介在し、前記移相器の
それぞれの移相量をシフトして所定のビーム特性を得る
フェイズド・アレイ・レーダにおいて、前記移相器と前
記移相合成器との間にそれぞれ遅延器を設け、前記移相
量のシフト時の信号が同時に前記移相合成器に入力され
ることがないように、時間差を設けて入力する手段を備
えて構成される。
【0013】ここで、前記多数の遅延器のうち各遅延時
間は、固定または可変とされ、遅延時間はまた前記移相
器の移相変更のトランジェント時間に設定される。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態を示す図1
を参照すると、本実施形態によるレーダは、多数の受信
アンテナ素子1と、アンテナ素子1にそれぞれ接続され
た増幅アンプ2と、増幅アンプ2にそれぞれ接続された
分配器3と、分配器3にそれぞれ接続された移相器4ま
たは5と、すべての移相器4または5にそれぞれ接続さ
れた移相制御器6と、合成器7と、外部制御器8と、受
信機9とを備える。
【0015】アンテナ素子1からそれぞれ受信された電
波は、合成器7に入力されるまで、受信電波はそのまま
増幅、分配され、位相の移相が行われる。
【0016】人工衛星や飛行機等の移動体(図示せず)
から送信された電波は、一平面上に共通の単位アンテナ
が多数配列されてなる受信アンテナ素子1で受信され、
導波管または同軸ケーブルに給電され、増幅アンプ2に
より分配損失及びケーブル損失を補う分の電力増幅がそ
れぞれなされる。増幅アンプ2は、また不要電波をカッ
トするフィルタ機能も有している。増幅された受信信号
は、それぞれ分配器3により、図示された合成器7の他
に、他の受信ユニットにも分配される。分配数は、同時
に受信する電波の到来数に一致している。分配された信
号は、それぞれ移相器4や移相器5に入力され、移相シ
フトされた後に出力される。移相のシフト量は、移相制
御器6の指令信号により決定される。
【0017】移相器4や5から出力された信号は、いず
れも合成器7により位相合成され、不要な信号は逆相入
力となってカットされ、必要な信号のみが同相入力され
受信信号として合成されることになる。合成器7から出
力される受信信号11は、指定された周波数をパスさせ
る受信機9により受信され、受信信号11の出力15と
受信レベル12の出力が得られる。受信レベル12は、
外部制御器8に入力され、直前の入力レベルと現時点の
入力レベルとが比較され、追尾が必要か否かが判別さ
れ、必要な場合は次の変更ビームパターンを成形するた
めの移相制御基準信号13が出力される。
【0018】また、移相器4及び5が同時に動作しない
ように、所定の時間差で動作させるための誤差信号14
を移相制御器6に出力し、移相制御器6から出力される
指令信号により各移相器4及び5の制御が行なわれる。
移相器4と移相器5とは、性能的には差のない共通のも
のでもよく、ここでは、例えば追尾に必要なビームの振
りを行うのが移相器5として扱っている。
【0019】各移相器4、5に対して出力される制御信
号は、移相器4、5への切替の値を示しており、通常の
フェイズド・アレイ方式のアンテナと同じ作用を持つも
のである。誤差信号14は、移相器の動作時間制御を行
うものであり、同時に移相器4、5が切り替わり、ビー
ム・パターンが大きく変化しないように、各移相器4、
5が逐次切り替わるように時間差を付けて、移相制御が
行われる。このため、ビーム・パターンは、安定した形
を保ちながら、追尾に必要な形を成形していくことがで
き、瞬断が生じなくなる。
【0020】例えば、移相制御基準信号13が所定の角
度でビームを変更するように、移相制御器6に入力され
ると、すべての移相器4、5は、所定の角度でビーム変
更を行うように移相量を特定して各移相器を制御する
が、すべての移相器が同時に移相シフトされるのではな
く、例えば移相器4が移相シフト制御された直後に、移
相器5が移相シフト制御されるように制御信号を印加す
る。
【0021】こうすると、トランジェント期間の影響が
軽減されて、ビーム・パターンが急激に変更することが
ないばかりでなく、多くの移相器3からなるビーム特性
と、他の移相器5からなるビーム特性との中間的な特性
を経て、次の変更ビーム特性に落ち着くためステップ的
に移相シフト制御を行っても、円滑に変更することがで
きる。
【0022】移相制御器6は、移相器を制御するための
制御信号を同時に与えるのではなく、時間差を持って与
える。誤差信号14は、時間差を与えるように各移相器
に分配して制御信号を発するためだけでなく、時間差の
大きさを設定するための制御信号も含む。
【0023】移相器4、5の切替を同時に行わないで、
ビームの指令角度に対応した制御基準信号13に対し、
各移相器3、5への時間差を誤差信号14として与える
ことにより、ビームの成形を円滑に変更する手段を有す
る。この誤差信号14は、追尾に必要な誤差角を得るだ
けではなく、追尾性能を向上させるために、追尾誤差角
と受信レベルとから外部制御器8で演算され、各移相器
に対して出力されるものである。
【0024】本実施形態によれば、変更前のビーム特性
と変更後のビーム特性とが、ある一時期に混存するた
め、双方の受信レベルを比較して、ビーム変更角を決定
するための信号としても利用できる。
【0025】本発明の他の実施形態を示す図2のブロッ
ク図では、フェイズド・アレイ・レーダは、図1の実施
形態と共通する部分、即ちアンテナ素子1、アンプ2、
分配器3、合成器7、受信機9、外部制御器8の他に、
図1の実施形態と相違する部分として、移相シフト量設
定部27、遅延量分配回路26、第1〜第nの遅延器2
0、21、22、・・・23、24、25を備える。
【0026】各移相器4と合成器7との間には、遅延分
配回路26からの制御信号によってそれぞれ遅延量が設
定される第1〜第nの遅延器20、21、22、・・・
23、24、25が介在する。
【0027】移相シフト量設定部27は、移相制御基準
信号に基づいて各移相器3の移相シフト量を所定のビー
ム特性が得られるように配分設定して、各移相器3に同
時にステップ的に制御信号を印加する。
【0028】遅延量分配回路26は、誤差信号14に基
づいて第1〜第nの遅延器20〜25の各遅延量を設定
する。例えば、第2の遅延器21の遅延量は、第1の遅
延器20の遅延量よりも遅延時間差Tdだけ大きく、更
に第3の遅延器22の遅延量は第2の遅延器21よりも
さらにTdだけ大きく、このようにして第nの遅延器2
5に達するまで第nー1の遅延器24の遅延量よりもT
dだけ大きく設定される。
【0029】この遅延時間差Tdは、移相器4の移相変
更のトランジェント期間に相当する。このため、各移相
器3に対して、同時にシフト量が設定されても、合成器
7には同時に入力されることがなく、不安定なトランジ
ョント期間中の受信信号が同時に発生して合成器7に入
力されることがなくなるため、合成器7で得られる合成
波に大きなみだれが発生しない。また、ビーム特性の変
更をすべてのアンテナ素子1に一度に与えないで各アン
テナ素子1に順次与える場合と等価となるように遅延量
を配分設定しているため、円滑にビーム特性が変更され
る。
【0030】本実施形態によれば、遅延器の遅延量差を
受信周波数のちょうど1波長あるいは数波長分だけの差
に設定するように遅延ラインを用いてもよい。
【0031】また、本実施形態においては、第1〜第n
の遅延器20〜25の遅延量を可変設定して使用した
が、この他に遅延時間Tdを一定に固定しても使用する
ことができ、その場合には遅延量を可変設定するための
分配回路26を設けないで済む。
【0032】更に、本実施形態によれば、従来の回路構
成に対して、可変または固定遅延量の第1〜第nの遅延
器を追加する程度で済むから、簡単な伝送ラインを設け
る等極めて簡単な追加構成で解決できる利便性がある。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のフェイズ
ド・アレイ・レーダによれば、ビーム成形変更時の瞬断
がなくなり、連続信号として受信でき、ビームは部分的
に変形させるため、連続した受信が行え、上述した課題
がすべて解決される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示すブロック図であ
る。
【図2】本発明の第2の実施形態を示すブロック図であ
る。
【図3】従来のアンテナ制御方式を示すブロック図であ
る。
【符号の説明】
1 アンテナ素子 2 アンプ 3 分配器 4、5、42 移相器 6 移相制御器 7 合成器 8 外部制御器 9 受信機 43 アンテナ制御装置 45 アレイ 20〜25 遅延器 26 遅延量分配回路 27 移相シフト量設定部

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】多数のアンテナ素子が配列され、前記アン
    テナ素子からの受信信号が互いに位相合成されるまで
    に、それぞれ移相器が介在し、前記それぞれの移相量を
    シフトして所定のビーム特性を得るフェイズド・アレイ
    ・レーダにおいて、前記移相量をシフトする制御信号に
    時間差を設けて前記移相器に配分する制御手段を設けた
    ことを特徴とするフェイズド・アレイ・レーダ。
  2. 【請求項2】多数のアンテナ素子が配列され、前記アン
    テナ素子からの受信信号がそれぞれ位相合成器に入力さ
    れるまでに、それぞれ移相器が介在し、前記移相器のそ
    れぞれの移相量をシフトして所定のビーム特性を得るフ
    ェイズド・アレイ・レーダにおいて、前記移相器と前記
    移相合成器との間にそれぞれ遅延器を設け、前記移相量
    のシフト時の信号が同時に前記移相合成器に入力される
    ことがないように、時間差を設けて入力する手段を備え
    たことを特徴とするフェイズド・アレイ・レーダ。
  3. 【請求項3】前記遅延器の遅延時間は固定である請求項
    2に記載のフェイズド・アレイ・レーダ。
  4. 【請求項4】前記遅延器の遅延時間は可変である請求項
    2に記載のフェイズド・アレイ・レーダ。
  5. 【請求項5】前記多数の遅延器のうち各遅延時間は、前
    記移相器の移相変更のトランジェント時間である請求項
    1又は2に記載のフェイズド・アレイ・レーダ。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007051984A (ja) * 2005-08-19 2007-03-01 Toshiba Corp 干渉波抑圧装置及び干渉波抑圧方法
JP2009159646A (ja) * 2004-02-06 2009-07-16 Interdigital Technol Corp 切替型ビームアンテナシステムにおける、ビーム切替の過渡的な影響を低減するための方法および装置
US11509377B2 (en) 2018-09-10 2022-11-22 Huawei Technologies Co., Ltd. Method and apparatus for adjusting half-power angle of antenna

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