JPH11194164A - リフレクタアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ブロッキングに対する補償を広い仰角範囲に渡
って行えるようにし、これにより広い仰角範囲において
も良好なサイドローブ特性を有するリフレクタアンテナ
装置を提供する。 【解決手段】補助放射器６の入力段に遅延器１０を設
け、この遅延器１０の遅延量と、補助放射器６の放射位
相遅延特性とをそれぞれ（２ａ・２π／λ）および（ａ
θ^２・２π／λ）に設定することで、一次放射器が形成
する主アンテナパターンＡｍ（θ）と、補助放射器が形
成する補助アンテナパターンをＡｓ（θ）との相互間
に、エレベーション方向について生じる、一次放射器５
から放射されたのちリフレクタ３で反射された主レーダ
波の位相と補助放射器６から放射された補助レーダ波の
位相との差に相当する量だけ、差を持たせるようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば捜索レーダ
などに用いられるリフレクタアンテナ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、例えば捜索レーダなどに使用
されるアンテナとして、リフレクタアンテナがある。リ
フレクタアンテナとは、放射器から放射される主レーダ
波を、放射器と共に給電系をなすリフレクタなる反射板
で反射して所望の方向に向け放射するもので、サイドロ
ーブ特性を制御しやすいことから、さまざまな形態のも
のが幅広く用いられている。

【０００３】その形態の一つとして、放射器たるリニア
アレイアンテナから放射される主レーダ波を、このリニ
アアレイアンテナを軸周りに取り囲むリフレクタで反射
するものがある。このタイプのリフレクタアンテナを用
いると、上記リフレクタを軸回りに回転させることで簡
易に全周囲方向レーダを構築できる。

【０００４】ところで、ほとんどのリフレクタアンテナ
は、リフレクタから見て主レーダ波の放射方向に放射器
が位置するので、リフレクタで反射された主レーダ波が
放射器によって遮蔽（ブロッキング）されてしまう。こ
のためサイドローブ特性に一定の限界が有り、リフレク
タアンテナの利点を十分に生かすことができなかった。

【０００５】特に、上記したようなタイプのリフレクタ
アンテナでは、リニアアレイアンテナによる遮蔽範囲が
大きいのでその特性劣化も大きくなる。そこで、リニア
アレイアンテナの背面、すなわちリフレクタと反対側の
面に補助放射器たる副アンテナを設け、ブロッキングに
より失われる領域に補助レーダ波を放射するようにして
いる。こうすることで、ブロッキングにより失われた主
レーダ波を補償し、サイドローブ特性の劣化によるレー
ダ性能の悪化を防止することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の上記
構成のリフレクタアンテナでは、一次放射器たるリニア
アレイアンテナからリフレクタで反射されて目標へと向
かう電波（主レーダ波）の位相と、補助放射器から直接
に空間に向け放射される電波（補助レーダ波）の位相と
を、広い放射範囲にわたって揃えることが難しい。アジ
マス方向に対しては電波進行方向の対称性から容易では
あるものの、エレベーション方向に対しては、一次およ
び補助放射器の配置関係から、非常に限られた範囲に対
してしか位相を揃えられない。

【０００７】ブロッキングにより失われた電波を補償
し、サイドローブ特性の劣化を防ぐためには、リフレク
タで反射された電波および補助放射器から放射された電
波両者の等位相面が一致しないと意味がない。つまり従
来のリフレクタアンテナには、エレベーション方向に対
しては非常に狭い範囲に対してしかブロッキング補償を
行えないという不具合が有った。このことは、このリフ
レクタアンテナを使用したレーダは、アジマス方向に対
してしかブロッキング補償が機能しないことを意味し、
重大な不具合となっていた。

【０００８】本発明は上記事情によりなされたもので、
その目的は、ブロッキングに対する補償を広い仰角範囲
に渡って行えるようにし、これにより広い仰角範囲にお
いても良好なサイドローブ特性を有するリフレクタアン
テナ装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、一次放射器から放射される主レーダ波をリ
フレクタで反射して観測範囲に向け放射するリフレクタ
アンテナ装置にあって、前記一次放射器の背面に配置さ
れ、前記一次放射器に与えられるレーダ送信信号の一部
を前記主レーダ波が前記一次放射器によってブロッキン
グされる領域の補助レーダ波として前記観測範囲に向け
放射する補助放射器と、前記一次放射器および前記補助
放射器の放射パターンについて、方位方向または仰角方
向のいずれかまたは両方に関してそれぞれ相互に差を持
たせることで、前記一次放射器から放射され前記リフレ
クタで反射されたレーダ波に関する等位相面と、前記補
助放射器から放射された補助レーダ波に関する等位相面
とを、少なくとも前記観測範囲内における全方位および
全仰角にわたって一致させる位相制御手段とを具備する
ことを特徴とする。

【００１０】このように構成すると、例えば送信器から
のレーダ送信信号は、一次および補助放射器からそれぞ
れ空間に放射される。一次放射器からの主レーダ波は、
リフレクタで反射されて観測方位に向けられる。一方、
補助放射器からの補助レーダ波は、リフレクタで反射さ
れることなく直接に観測方位に向け放射される。

【００１１】このとき、位相制御手段により、前記一次
放射器および前記補助放射器の放射パターンに方位方向
および仰角方向に関してそれぞれ相互に差を持たせるこ
とで、前記補助放射器から放射される補助レーダ波に関
する等位相面が、前記一次放射器から放射され前記リフ
レクタで反射されるレーダ波に関する等位相面に、少な
くとも前記観測範囲内における全方位および全仰角にわ
たって一致させられる。

【００１２】また本発明は、前記一次および補助放射器
が、複数のアンテナ素子を一次元的に配列したリニアア
レイを備え、前記リフレクタが、前記一次放射器の複数
のアンテナ素子の配列方向に軸を有するシリンドリカル
リフレクタ、または前記一次放射器の複数のアンテナ素
子の配列方向を焦点とする放物柱面反射鏡であり、前記
リフレクタと前記リニアアレイとの間隔をａ、前記リフ
レクタからの仰角方向への電波の反射角度をθ、および
電波の波長をλとしたとき、前記位相制御手段により、
前記一次放射器の位相特性と前記補助放射器の位相特性
との間に、仰角方向に関してそれぞれ相互に、角度θご
とに、（２ａ＋ａθ^２）・２π／λ、または、これはθ
に関する近似式であるので、より正確には（２ａ／ｃｏ
ｓθ）・２π／λだけ位相差を持たせるようにしたこと
を特徴とする。

【００１３】このようにすることで、リフレクタで反射
された一次レーダ波の等位相面と、補助レーダ波の等位
相面とを、エレベーション方向についても、少なくとも
観測範囲におよぶ広い範囲にわたって一致させることが
できるようになる。これにより、ブロッキングに対する
補償を広い仰角範囲に渡って行えるようになり、サイド
ローブ特性を広い仰角範囲にわたって良好に保つことが
可能となる。

【００１４】なお、上記数式については、以下の発明の
実施の形態で詳しく述べる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１に、本発明の実施の形
態に係わるリフレクタアンテナ装置の外観を示す。図１
のリフレクタアンテナ装置は、基台１に取り付けられた
支柱２に、平板を撓ませた形状のシリンドリカルリフレ
クタ（以下リフレクタと略記する）３が取り付けられて
いる。

【００１６】このリフレクタ３の焦点となる軸上に、別
の支柱４を介して一次放射器５が取り付けられている。
この一次放射器５の、リフレクタ３の反射面に対向する
側には、図示しないリニアアレイが形成されており、こ
のリニアアレイから放射される電波がリフレクタ３で反
射されて所望の方向に向けられる。一次放射器５とリフ
レクタ３とで、主たるアンテナパターン（主アンテナパ
ターン）を形成する一次給電系をなしている。

【００１７】一方、一次放射器５の、リフレクタ３の反
射面と反対側には、補助放射器６が形成されている。こ
の補助放射器６は、アンテナ素子６１〜６ｎからなるリ
ニアアレイを備え、補助アンテナパターンを形成する。

【００１８】ブロック図である。図２において、送信器
７から発生出力されるレーダ送信信号は、サーキュレー
タ８を介して分配器９で二分岐され、それぞれ一次放射
器５および補助放射器６に導かれてレーダ波として放射
される。一次放射器５から放射されるレーダ波（主レー
ダ波）は、リフレクタ３で反射され、主アンテナパター
ンをもって空間に放射される。また補助放射器６から放
射されるレーダ波（補助レーダ波）は、直接に、補助ア
ンテナパターンをもって空間に放射される。

【００１９】５から分配器９およびサーキュレータ８を
介して受信器１１で受信される。目標へと向かう主レー
ダ波および補助レーダ波の等位相面は、アジマス方向に
ついては、仰角方向の等位相面を合わせることにより一
致するようになっている。

【００２０】ここで、本実施形態では、補助放射器６の
入力側に遅延器１０を設けている。さらに、仰角をθ、
主アンテナパターンをＡｍ（θ）、補助アンテナパター
ンをＡｓ（θ）でそれぞれ表し、各アンテナパターン間
相互の位相差に、以下のような関係が成り立つべく、本
実施形態では遅延器１０の遅延量および一次給電系の位
相特性を設定する。

【００２１】まず、リフレクタ３の反射面（リフレクタ
面）に対して水平な方向に向けレーダ波を放射する場合
を考える。一次放射器５（および補助放射器６）とリフ
レクタ面との間の間隔をａとすると、図３に示すよう
に、一次放射器５から放射されリフレクタ３で反射され
るレーダ波（主レーダ波）と、補助放射器６から直接に
放射されるレーダ波（補助レーダ波）との間の経路長差
Ｌは、２ａとなる。

【００２２】一方、リフレクタ３の反射面（リフレクタ
面）に対して、角度θをなす方向（仰角θ）に向けレー
ダ波を放射する場合を考える。この場合の経路長差Ｌ
は、図４を参照して、

【数１】

【００２３】となる。すなわち、θに対するＬの一般式
は、式（１）で表される。これは、以下の式（２）に基
づく。

【００２４】

【数２】

【００２５】式（１）を、θを含む項と、含まない項と
に分解すると、

【数３】

【００２６】となる。式（３）の第１項および第２項
を、電波の波長をλとして位相に換算すると、両項に２
π／λを掛けて、

【数４】

【００２７】となる。

【００２８】すなわち、仰角θ方向（エレベーション方
向）については、主アンテナパターンＡｍ（θ）と補助
アンテナパターンＡｓ（θ）との間には、式（４）と式
（５）との和に相当する分だけの位相差があることにな
る。

【００２９】そこで、本実施の形態では、補助放射器６
の入力段に遅延器１０を設け、この遅延器１０で、補助
放射器６に入力されるレーダ送信信号の位相を式（４）
分だけ遅らせると共に、補助放射器６における放射パタ
ーンに更に角度θごとに式（５）で示される位相遅延を
設定することで、各アンテナパターンＡｍ（θ）、Ａｓ
（θ）相互間に、（２ａ＋ａθ^２）・２π／λなる位相
差を持たせるようにする。

【００３０】このようにすることで、目標へと向かう主
レーダ波および補助レーダ波の等位相面を、エレベーシ
ョン方向についても一致させることができるようになる
ので、少なくとも観測範囲の全領域にわたりサイドロー
ブ特性を良好にすることが可能となる。

【００３１】つまり、本実施の形態では、補助放射器６
の入力段に遅延器１０を設け、この遅延器１０の遅延量
と、補助放射器６の放射位相特性とをそれぞれ式（４）
および式（５）に示すように設定することで、一次放射
器が形成する主アンテナパターンＡｍ（θ）と、補助放
射器が形成する補助アンテナパターンをＡｓ（θ）との
相互間に、エレベーション方向について生じる、一次放
射器５から放射されたのちリフレクタ３で反射された主
レーダ波の位相と補助放射器６から放射された補助レー
ダ波の位相との差に相当する量、すなわち（２ａ＋ａθ
^２）・２π／λだけ差を持たせるようにしている。この
ため、主レーダ波の位相と補助レーダ波の位相とを、ア
ジマス方向だけでなくエレベーション方向についても、
広い範囲にわたって揃えることが可能となる。したがっ
て、サイドローブ特性の劣化を防止でき、レーダ性能の
低下を防ぐことが可能となる。

【００３２】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではない。例えば上記実施の形態では、補助放射
器６へのレーダ送信信号の位相を遅延するようにした
が、一次放射器５へのレーダ送信信号の位相を進めるよ
うにしても良い。また、遅延器１０を、移相器をもって
代えることもできる。

【００３３】さらに、遅延器１０を省き、代わりに補助
放射器６の放射パターンの設定を（２ａ＋ａθ^２）・２
π／λだけ遅らせるか、一次放射器５の放射パターンの
設定を（２ａ＋ａθ^２）・２π／λだけ進ませるように
しても良い。

【００３４】また上記と関連して、本実施の形態ではア
ンテナパターンＡｓ（θ）のみを変化させるようにした
が、これに代えてアンテナパターンＡｍ（θ）のみ、ま
たはＡｓ（θ）とＡｍ（θ）とを共に変化させてもよ
い。ようするに、アンテナパターンＡｓ（θ）とアンテ
ナパターンＡｍ（θ）との間に、（２ａ＋ａθ^２）・２
π／λなる位相差を設けるようにすれば良い。

【００３５】なお、上記数式に関して、θが０に近いと
して式（２）の近似式を用いている。（２ａ＋ａθ^２）
・２π／λをより正確に表現すれば、（２ａ／ｃｏｓ
θ）・２π／λとなる。

【００３６】その他、一次および補助放射器の構成をプ
ラナーアレイとするなど、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で種々の変形実施を行うことができる。

【００３７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明は、位相制御
手段を設け、補助放射器から放射されるレーダ波の位相
を、リフレクタで反射される一次放射器からのレーダ波
の位相との差分だけ遅らせるようにしたので、ブロッキ
ングに対する補償を広い仰角範囲に渡って行えるように
なり、これにより広い仰角範囲においても良好なサイド
ローブ特性を有するリフレクタアンテナ装置を提供する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態に係わるリフレクタアン
テナ装置の外観図。

【図２】 本発明の実施の形態に係わるリフレクタアン
テナ装置の基本的構成を示す機能ブロック図。

【図３】 本発明の実施の形態に係わるリフレクタアン
テナ装置の、０度なる仰角に対して電波を放射する場合
の原理図。

【図４】 本発明の実施の形態に係わるリフレクタアン
テナ装置の、θなる仰角に対して電波を放射する場合の
原理図。

【符号の説明】

１…基台 ２…支柱 ３…リフレクタ ４…支柱 ５…一次放射器 ６…補助放射器 ６１〜６ｎ…アンテナ素子 ７…送信器 ８…サーキュレータ ９…分配器 １０…遅延器 １１…受信器

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一次放射器から放射される主レーダ波を
   リフレクタで反射して観測範囲に向け放射するリフレク
   タアンテナ装置であって、 前記一次放射器の背面に配置され、前記一次放射器に与
   えられるレーダ送信信号の一部を、前記主レーダ波が前
   記一次放射器によってブロッキングされる領域の補助レ
   ーダ波として前記観測範囲に向け放射する補助放射器
   と、 前記一次放射器の放射パターンと、前記補助放射器の放
   射パターンとの間に、方位方向または仰角方向のいずれ
   かまたは両方に関してそれぞれ相互に差を持たせること
   で、前記一次放射器から放射され前記リフレクタで反射
   されたレーダ波に関する等位相面と、前記補助放射器か
   ら放射された補助レーダ波に関する等位相面とを、少な
   くとも前記観測範囲内における全方位および全仰角にわ
   たって一致させる位相制御手段とを具備することを特徴
   とするリフレクタアンテナ装置。
2. 【請求項２】 前記位相制御手段は、前記補助放射器に
   与えられるレーダ送信信号の位相を遅延する遅延器を少
   なくとも備えることを特徴とする請求項１記載のリフレ
   クタアンテナ装置。
3. 【請求項３】 前記一次放射器が、複数のアンテナ素子
   を一次元的に配列したリニアアレイを備え、 前記リフレクタが、前記一次放射器の複数のアンテナ素
   子の配列方向に軸を有するシリンドリカルリフレクタと
   してなり、 前記リフレクタと前記リニアアレイとの間隔をａ、前記
   リフレクタからの仰角方向への電波の反射角度をθ、お
   よび電波の波長をλとするとき、 前記位相制御手段は、前記一次放射器の放射パターンと
   前記補助放射器の放射パターンとの間に、仰角方向に関
   してそれぞれ相互に、角度θごとに、 （２ａ／ｃｏｓθ）・２π／λ だけ位相差を持たせることを特徴とする請求項１記載の
   リフレクタアンテナ装置。
4. 【請求項４】 前記一次放射器が、複数のアンテナ素子
   を一次元的に配列したリニアアレイを備え、 前記リフレクタが、前記一次放射器の複数のアンテナ素
   子の配列方向に軸を有するシリンドリカルリフレクタと
   してなり、 前記リフレクタと前記リニアアレイとの間隔をａ、前記
   リフレクタからの仰角方向への電波の反射角度をθ、お
   よび電波の波長をλとするとき、 前記位相制御手段は、前記一次放射器の放射パターンと
   前記補助放射器の放射パターンとの間に、仰角方向に関
   してそれぞれ相互に、角度θごとに、 （２ａ＋ａθ^２）・２π／λ だけ位相差を持たせることを特徴とする請求項１記載の
   リフレクタアンテナ装置。
5. 【請求項５】 前記リフレクタは、前記一次放射器の複
   数のアンテナ素子の配列方向を焦点とする放物柱面反射
   鏡としてなることを特徴とする請求項３または４のいず
   れかに記載のリフレクタアンテナ装置。