JPH11308045A - Antenna device - Google Patents

Antenna device

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JPH11308045A
JPH11308045A JP10029762A JP2976298A JPH11308045A JP H11308045 A JPH11308045 A JP H11308045A JP 10029762 A JP10029762 A JP 10029762A JP 2976298 A JP2976298 A JP 2976298A JP H11308045 A JPH11308045 A JP H11308045A
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microwave
transmission
digital
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Atsushi Saito
淳 斎藤
Tetsuo Haruyama
鉄男 春山
Shinkei Orime
晋啓 折目
Takashi Kataki
孝至 片木
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a conformal array antenna device which simultaneously synthesizes plural multiple beams, and also, effectively uses all of the elements at all times and prevents crossed polarization and electromagnetic interference due to polarization differences of each element antenna. SOLUTION: Plural pieces of conformal array antenna elements which are arranged along a structural base consist of element antennas 61 to 6n , of transmitting and receiving switching devices 111 to 11n , of transmitting systems 121 to 12n and of receiving systems 151 to 15n . The receiving system in each element is provided with a digital beam formation circuit 10 to synthesize a received signal that is converted into a digital signal, including a phase and amplitude and to form a beam.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明はレーダシステムに
用いられるコンフォーマルアレーアンテナに関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a conformal array antenna used for a radar system.

【0002】[0002]

【従来の技術】図5は従来のアンテナ装置を示す構成図
であり、図において、1は半球上に複数個の素子を設け
たコンフォーマルアレーアンテナ、2は上記コンフォー
マルアレーアンテナ1を構成する半球の構造用基体、3
1 〜3n は上記構造用基体に沿って配列されたn個の素
子、41 〜4n は上記素子31 〜3n に接続するn本の
信号線、5は上記信号線41 〜4n に接続するマイクロ
波ビーム形成回路である。図6は上記コンフォーマルア
レーアンテナ1を構成する素子31 〜3n の構成図であ
り例として31 について示すものであり、61 は素子ア
ンテナである。
2. Description of the Related Art FIG. 5 is a block diagram showing a conventional antenna device. In the drawing, reference numeral 1 denotes a conformal array antenna having a plurality of elements provided on a hemisphere, and reference numeral 2 denotes the conformal array antenna 1. Hemispherical structural substrate, 3
1 to 3 n is the n arranged along the structural base element, 4 1 to 4 n is n signal lines connected to the element 3 1 to 3 n, 5 is the signal line 4 1 4 n is a microwave beam forming circuit connected to the circuit. Figure 6 shows the 3 1 Examples is a block diagram of a device 3 1 to 3 n which constitutes the conformal array antenna 1, 6 1 is an element antenna.

【0003】次に動作について説明する。マイクロ波電
力はコンフォーマルアレーアンテナ1の半球の構造用基
体2に沿って配列された素子31 〜3n の素子アンテナ
1〜6n により受信され、信号線41 〜4n を経由し
マイクロ波ビーム形成回路5に伝送されマイクロ波移相
器、マイクロ波可変減衰器、マイクロ波スイッチ、マイ
クロ波結合器等を用いてマイクロ波信号のまま合成され
ビームを形成する。
Next, the operation will be described. Microwave power is received by the element antenna 6 1 to 6 n of elements 3 1 to 3 n which are arranged along the structural substrate 2 hemispherical conformal array antenna 1, via the signal line 4 1 to 4 n The microwave signal is transmitted to the microwave beam forming circuit 5, and is combined with the microwave signal using a microwave phase shifter, a microwave variable attenuator, a microwave switch, a microwave coupler, or the like, and a beam is formed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来のアンテナ装置は
以上のように構成されているのでアンテナのビームは半
空間にわたり任意に形成できるが、移相器、減衰器、ス
イッチ結合器、分配器等のマイクロ波部品を用いて多く
のビームを構成する場合、形状損失が大きくなり、限ら
れた数のビームしか同時に合成できなかった。また、レ
ーダ装置の一部として使用し半空間における或る所望の
方向にビームを向けた場合を想定すると、コンフォーマ
ルアレーアンテナ1の素子31 〜3n のうち、その所望
の方向から見て影になる部分の素子は有効に利用できな
くなり、特に半球の天頂方向からのビーム走査角が90
゜に近づくと半数近くの素子は有効に使用されなくな
る。
Since the conventional antenna device is constructed as described above, the beam of the antenna can be arbitrarily formed over a half space. However, a phase shifter, an attenuator, a switch coupler, a distributor, etc. When many beams are formed using the microwave components described above, the shape loss increases, and only a limited number of beams can be combined at the same time. Further, when used as part of the radar apparatus is assumed that for a beam in a certain desired direction in half-space, of the conformal array elements 3 1 to 3 n of the antenna 1, as viewed from its desired direction The elements in the shaded area cannot be used effectively. In particular, the beam scanning angle from the zenith direction of the hemisphere becomes 90 °.
As ゜ approaches, nearly half of the elements are not used effectively.

【0005】また、コンフォーマルアレーアンテナ1の
素子アンテナ61 〜6n として直線偏波のアンテナを使
用した場合、任意の方向から見た場合のコンフォーマル
アレーアンテナ1上の素子アンテナ61 〜6n 間の偏波
面が互いに異なるため交差偏波成分が発生する。
When linearly polarized antennas are used as the element antennas 6 1 to 6 n of the conformal array antenna 1, the element antennas 6 1 to 6 on the conformal array antenna 1 when viewed from an arbitrary direction are used. Since the polarization planes between n are different from each other, cross polarization components are generated.

【0006】また、多数の信号線を使用するので信号線
間の電磁干渉が発生し、形状が大きくなるなどの問題点
があった。
Further, since a large number of signal lines are used, there is a problem that electromagnetic interference occurs between the signal lines and the size becomes large.

【0007】この発明は上記のような問題を解消するた
めになされたもので同時に複数の多ビームを合成できる
とともに、全素子を常時有効に使用することが可能であ
り各々の素子アンテナ61 〜6n の偏波の違いによる交
差偏波、電磁干渉の問題を解決できるアンテナ装置を得
ることを目的とする。
[0007] The present invention is possible combining a plurality of multi-beams at the same time been made to solve the above problem, the whole element always effectively used it is possible to each of the antenna elements 6 1 An object of the present invention is to provide an antenna device that can solve the problems of cross polarization and electromagnetic interference due to 6 n polarization differences.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】第一の発明によるアンテ
ナ装置は、素子アンテナ、上記素子アンテナに接続され
送受信を切換える送受切換器、送信系、及び受信系とか
らなり、上記送信系は、伝送されたマイクロ波信号を位
相制御する位相制御器、及び上記送受切換器に接続され
上記位相制御器で位相制御されたマイクロ波信号を増幅
し、上記送受切換器を介して上記素子アンテナに送信す
る第一の増幅器とを有し、上記受信系は、上記送受切換
器に接続され上記送受切換器を介して上記素子アンテナ
で受信されたマイクロ波信号を増幅する第二の増幅器、
上記第二の増幅器で増幅されたマイクロ波信号をディジ
タル信号に変換するアナログディジタル変換器とを有す
る素子と、航空機の表面あるいは艦船の表面等与えられ
た形状の構造用基体と、上記素子を上記構造用基体に沿
って複数個配列して構成したコンフォーマルアレーアン
テナと、マイクロ波信号を分配するマイクロ波電力分配
器と、上記マイクロ波電力分配器で分配された各マイク
ロ波信号を上記各々の素子の送信系における位相制御器
にそれぞれ伝送する複数個の送信系信号線と、上記各々
の素子の受信系におけるアナログディジタル変換器から
供給されるディジタル信号をそれぞれ伝送する複数個の
受信系信号線と、上記各々の受信系信号線で伝送される
ディジタル信号を合成し、ビームを形成するディジタル
ビーム形成回路とを具備したものである。
An antenna device according to a first aspect of the present invention comprises an element antenna, a transmission / reception switch connected to the element antenna for switching between transmission and reception, a transmission system, and a reception system. A phase controller for controlling the phase of the microwave signal, and a microwave signal connected to the transmission / reception switch and phase-controlled by the phase controller, and transmitted to the element antenna via the transmission / reception switch. Having a first amplifier, the receiving system is connected to the duplexer, the second amplifier to amplify the microwave signal received by the element antenna through the duplexer,
An element having an analog-to-digital converter that converts a microwave signal amplified by the second amplifier into a digital signal; a structural base having a given shape such as an aircraft surface or a ship surface; and A plurality of conformal array antennas arranged along the structural base, a microwave power distributor for distributing microwave signals, and each of the microwave signals distributed by the microwave power distributor, A plurality of transmission system signal lines respectively transmitting to the phase controller in the transmission system of the element, and a plurality of reception system signal lines respectively transmitting a digital signal supplied from the analog-to-digital converter in the reception system of each of the above elements And a digital beam forming circuit for forming a beam by synthesizing the digital signals transmitted on the respective receiving system signal lines. It is those equipped.

【0009】また、第二の発明によるアンテナ装置は、
素子アンテナ、上記素子アンテナに接続され送受信を切
換える送受切換器、送信系、及び受信系とからなり、上
記送信系は、伝送された光信号をマイクロ波信号に復調
する第一の光復調器、上記第一の光復調器で復調された
マイクロ波信号を位相制御する位相制御器、及び上記送
受切換器に接続され上記位相制御器で位相制御されたマ
イクロ波信号を増幅し、上記送受切換器を介して上記素
子アンテナに送信する高出力増幅器とを有し、上記受信
系は、上記送受切換器に接続され上記送受切換器を介し
て上記素子アンテナで受信されたマイクロ波信号を増幅
する低雑音増幅器、上記低雑音増幅器で増幅されたマイ
クロ波信号をディジタル信号に変換するアナログディジ
タル変換器、及び上記アナログディジタル変換器で変換
されたディジタル信号を光信号に変調する第一の光変調
器とを有する素子と、上記素子を複数個配列して構成し
たアレーアンテナと、マイクロ波信号を分配するマイク
ロ波電力分配器と、上記マイクロ波電力分配器で分配さ
れたマイクロ波信号をそれぞれ光信号に変調する複数個
の第二の光変調器と、上記各々の第二の光変調器で変調
される光信号を上記各々の素子の送信系における第一の
光復調器にそれぞれ伝送する複数個の第一の光ファイバ
ーと、上記各々の素子の受信系における第一の光変調器
から供給される光信号をそれぞれ伝送する複数個の第二
の光ファイバーと、上記各々の第二の光ファイバーで伝
送される光信号をそれぞれディジタル信号に復調する複
数個の第二の光復調器と、上記各々の第二の光復調器で
復調されるディジタル信号を合成し、ビームを形成する
ディジタルビーム形成回路とを具備したものである。
The antenna device according to the second aspect of the present invention includes:
An element antenna, a transmission / reception switch connected to the element antenna for switching transmission and reception, a transmission system, and a reception system, wherein the transmission system is a first optical demodulator for demodulating a transmitted optical signal into a microwave signal; A phase controller for controlling the phase of the microwave signal demodulated by the first optical demodulator, and amplifying the microwave signal that is phase-controlled by the phase controller and connected to the transmission / reception switch; And a high-power amplifier for transmitting to the element antenna through the antenna.The reception system is connected to the transmission / reception switch and amplifies a microwave signal received by the element antenna via the transmission / reception switch. A noise amplifier, an analog-to-digital converter for converting a microwave signal amplified by the low-noise amplifier into a digital signal, and a digital signal converted by the analog-to-digital converter. An element having a first optical modulator for modulating a signal into an optical signal, an array antenna configured by arranging a plurality of the elements, a microwave power divider for distributing a microwave signal, and the microwave power A plurality of second optical modulators for modulating each of the microwave signals distributed by the distributor into an optical signal, and a transmission system for transmitting the optical signals modulated by the respective second optical modulators to the respective elements; A plurality of first optical fibers respectively transmitting to the first optical demodulator, and a plurality of second optical fibers respectively transmitting the optical signal supplied from the first optical modulator in the receiving system of each of the above elements. An optical fiber, a plurality of second optical demodulators for demodulating optical signals transmitted through the respective second optical fibers into digital signals, and a digital signal demodulated by the respective second optical demodulators. Synthesize It is obtained by including a digital beam forming circuit for forming a beam.

【0010】さらにまた、第三の発明によるアンテナ装
置は、素子アンテナ、上記素子アンテナに接続され送受
信を切換える送受切換器、送信系、及び受信系とからな
り、上記送信系は、伝送された光信号をマイクロ波信号
に復調する第一の光復調器、上記第一の光復調器で復調
されたマイクロ波信号を位相制御する位相制御器、及び
上記送受切換器に接続され上記位相制御器で位相制御さ
れたマイクロ波信号を増幅し、上記送受切換器を介して
上記素子アンテナに送信する高出力増幅器とを有し、上
記受信系は、上記送受切換器に接続され上記送受切換器
を介して上記素子アンテナで受信されたマイクロ波信号
を増幅する低雑音増幅器、上記低雑音増幅器で増幅され
たマイクロ波信号を光信号に変調する第一の光変調器と
を有する素子と、航空機の表面あるいは艦船の表面等与
えられた形状の構造用基体と、上記素子を上記構造用基
体に沿って複数個配列して構成したコンフォーマルアレ
ーアンテナと、マイクロ波信号を分配するマイクロ波電
力分配器と、上記マイクロ波電力分配器で分配されたマ
イクロ波信号をそれぞれ光信号に変調する複数個の第二
の光変調器と、上記各々の第二の光変調器で変調される
光信号を上記各々の素子の送信系における第一の光復調
器にそれぞれ伝送する複数個の第一の光ファイバーと、
上記各々の素子の受信系における第一の光変調器から供
給される光信号をそれぞれ伝送する複数個の第二の光フ
ァイバーと、上記各々の第二の光ファイバーで伝送され
る光信号をそれぞれマイクロ波信号もしくはIF信号に
復調する複数個の第二の光変調器と、上記各々の第二の
光復調器で復調されるマイクロ波信号もしくはIF信号
をディジタル信号に変換する複数個のアナログディジタ
ル変換器と、上記各々のアナログディジタル変換器で変
換されたディジタル信号を合成し、ビームを形成するデ
ィジタルビーム形成回路とを具備したものである。
Further, an antenna device according to a third aspect of the present invention comprises an element antenna, a transmission / reception switch connected to the element antenna for switching between transmission and reception, a transmission system, and a reception system. A first optical demodulator that demodulates the signal into a microwave signal, a phase controller that controls the phase of the microwave signal demodulated by the first optical demodulator, and the phase controller that is connected to the transmission / reception switch. A high-power amplifier that amplifies the phase-controlled microwave signal and transmits the signal to the element antenna via the transmission / reception switch, and the reception system is connected to the transmission / reception switch via the transmission / reception switch. A low-noise amplifier that amplifies the microwave signal received by the element antenna, an element having a first optical modulator that modulates the microwave signal amplified by the low-noise amplifier into an optical signal, A structural base having a given shape such as a surface of an airplane or a ship, a conformal array antenna having a plurality of the above elements arranged along the structural base, and a microwave for distributing microwave signals. A power divider, a plurality of second optical modulators each modulating the microwave signal distributed by the microwave power distributor into an optical signal, and light modulated by each of the second optical modulators. A plurality of first optical fibers for transmitting the signal to the first optical demodulator in the transmission system of each of the elements,
A plurality of second optical fibers respectively transmitting the optical signals supplied from the first optical modulator in the receiving system of each of the above elements, and the optical signals transmitted through the respective second optical fibers are respectively subjected to microwaves. A plurality of second optical modulators for demodulating into a signal or an IF signal, and a plurality of analog-to-digital converters for converting a microwave signal or an IF signal demodulated by each of the second optical demodulators into a digital signal And a digital beam forming circuit for forming a beam by synthesizing the digital signals converted by the respective analog-to-digital converters.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】実施の形態1.以下、この発明の
実施の形態を図について説明する。図1において、1は
半球上に複数個の素子を設けたコンフォーマルアレーア
ンテナ、2は上記コンフォーマルアレーアンテナ1を構
成する半球の構造用基体、31 〜3n は上記構造用基体
2に沿って配列されたn個の素子、71 〜7n は上記素
子31 〜3n の送信系に接続する送信系信号線、8は上
記送信系信号線71〜7n に接続するマイクロ波電力分
配器、91 〜9n は上記素子31 〜3n の受信系に接続
する受信系信号線、10は上記受信系信号線91 〜9n
に接続するディジタルビーム形成回路である。図2は本
アンテナ装置における信号の流れを示す構成図であり、
1 〜3n は素子、61 〜6n は素子アンテナ、111
〜11n は送受切換器、121 〜12n は上記送受切換
器111 〜11n に接続する送信系、131 〜13n
上記送信系121 〜12n を構成する高出力増幅器、1
1 〜14n は上記送信系を構成する位相制御器、71
は上記送信系121 〜12n に接続する送信系信号線、
8は上記送信系信号線に接続するマイクロ波電力分配
器、151 〜15n は上記送受切換器111 〜11n
接続する受信系、161 〜16n は上記受信系151
15n を構成する低雑音増幅器、171 〜17n は上記
受信系151 〜15n を構成するアナログディジタル変
換器、91 〜9n は上記受信系151 〜15n に接続す
る受信系信号線、10は受信系信号線に接続するディジ
タルビーム形成回路である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In Figure 1, 1 is a conformal array antenna having a plurality of elements on the hemisphere, 2 structural substrate hemispheres constituting the conformal array antenna 1, 3 1 to 3 n to the structural substrate 2 N elements arranged along the line, 7 1 to 7 n are transmission system signal lines connected to the transmission system of the elements 3 1 to 3 n , and 8 is micro connected to the transmission system signal lines 7 1 to 7 n. Wave power distributors, 9 1 to 9 n, are reception signal lines connected to the reception systems of the elements 3 1 to 3 n , and 10 are the reception signal lines 9 1 to 9 n
Is a digital beam forming circuit connected to. FIG. 2 is a configuration diagram showing a signal flow in the antenna device,
3 1 to 3 n are elements, 6 1 to 6 n are element antennas, 11 1
11 to 11 n are transmission / reception switches, 12 1 to 12 n are transmission systems connected to the transmission / reception switches 11 1 to 11 n , 13 1 to 13 n are high-output amplifiers constituting the transmission systems 12 1 to 12 n , 1
4 1 to 14 n are phase controller constituting the transmission system, 7 1
Transmission system signal line connected to the transmission system 12 1 to 12 n are,
8 is a microwave power distributor connected to the transmission system signal line, 15 1 to 15 n are reception systems connected to the transmission / reception switchers 11 1 to 11 n , and 16 1 to 16 n are reception systems 15 1 to 15 n
Low noise amplifier constituting 15 n, 17 1 ~17 n is analog-digital converter constituting the reception system 15 1 ~15 n, 9 1 ~9 n the reception system to be connected to the reception system 15 1 to 15 n The signal line 10 is a digital beam forming circuit connected to the signal line of the receiving system.

【0012】次に動作について説明する。マイクロ波電
力分配器8に入力されたマイクロ波信号は所望の振幅、
位相を持つn端子の出力に分配され送信系信号線71
nを経由して素子31 〜3n の送信系121 〜12n
へ伝送される。マイクロ波信号は素子31 〜3n の送信
系121 〜12n の位相制御器141 〜14n において
所望のアンテナビームを形成する様に位相変化を受け高
電力増幅器131 〜13n において増幅された後、送受
切換器111 〜11n を経由してコンフォーマルアレー
アンテナ1の構造用基体2に取り付けられた素子アンテ
ナ61 〜6n から空間に放射される。空間に放射された
マイクロ波信号は目標で反射し再び素子アンテナ61
n で受信され、送受切換器111 〜11n を経由して
素子31〜3n の受信系151 〜15n に伝送される。
受信系151 〜15n に入力したマイクロ波信号は低雑
音増幅器161 〜16n で増幅される。低雑音増幅器1
1 〜16n で増幅されたマイクロ波信号は直接または
IFに変換されその出力はアナログディジタル変換器1
1 〜17n により位相と振幅の情報を含むディジタル
信号に変換される。ディジタル信号は受信系信号線91
〜9n を伝送されディジタルビーム形成回路10で個別
フーリエ変換、高速フーリエ変換、Winogradフ
ーリエ変換等の技術を使用してマイクロ波信号としてで
はなくディジタル信号としてビーム合成される。従って
各素子31 〜3n からの信号を任意のビーム形状に応じ
てディジタル的に複数個並列処理することが可能とな
る。また、半球面上に配列された全ての素子31 〜3n
からの情報を常時有効に処理できるため半空間全ての方
向からの情報が常時得られる。従って送信波のアンテナ
ビームの方向に依らず、半空間における任意の方向に複
数の受信ビームを向けることにより、全素子の常時有効
利用が可能になる。
Next, the operation will be described. The microwave signal input to the microwave power divider 8 has a desired amplitude,
The signal is distributed to the output of the n terminal having the phase and is transmitted to the transmission system signal line 7 1-
Through the 7 n elements 3 1 to 3 n of the transmission system 12 1 to 12 n
Transmitted to In the microwave signal is a high power amplifier 13 1 to 13 n receives the phase change as to form a desired antenna beam in the phase controller 14 1 to 14 n of the transmission system 12 1 to 12 n of the element 3 1 to 3 n after being amplified, it is radiated into space from the duplexer 11 1 to 11 element mounted on structural base 2 of the conformal array antenna 1 through the n antenna 6 1 to 6 n. Is radiated into space microwave signal reflected again element antennas 6 1 at the target
6 n are received by and transmitted to the receiving system 15 1 to 15 n of the duplexer 11 device via the 1 ~11 n 3 1 ~3 n.
Microwave signal input to the receiving system 15 1 to 15 n are amplified by the low noise amplifier 16 1 ~ 16 n. Low noise amplifier 1
6 1-16 amplified microwave signal at n are converted directly or IF output is analog-to-digital converter 1
The signals are converted into digital signals containing information on the phase and amplitude by means of 7 1 to 17 n . The digital signal is received by the receiving system signal line 9 1
.About.9 n are transmitted and digitally formed by the digital beam forming circuit 10 not as a microwave signal but as a digital signal using techniques such as an individual Fourier transform, a fast Fourier transform, and a Wingrad Fourier transform. Therefore, it is possible to digitally process a plurality of signals from the elements 3 1 to 3 n in parallel according to an arbitrary beam shape. Also, all the elements arranged on the hemispherical surface 3 1 to 3 n
Information from all directions of the half space can always be obtained. Therefore, by directing a plurality of reception beams in an arbitrary direction in a half space irrespective of the direction of the antenna beam of the transmission wave, all the elements can be always effectively used.

【0013】また素子アンテナ61 〜6n として直線偏
波のものを使用しても送信信号の偏波と目標から反射さ
れた受信信号の偏波は各素子アンテナ61 〜6n ごとに
考えれば同一であり、素子31 〜3n の段階で目標から
の信号を位相と振幅情報を含むディジタル信号に変換し
ておきこれをディジタルビーム形成回路10で合成する
ので素子間の偏波の違いによる交差偏波の問題は解決さ
れる。
Even when linearly polarized elements are used as the element antennas 6 1 to 6 n , the polarization of the transmission signal and the polarization of the reception signal reflected from the target can be considered for each of the element antennas 6 1 to 6 n. Since the signals from the target are converted into digital signals containing phase and amplitude information at the stage of the elements 3 1 to 3 n and are synthesized by the digital beam forming circuit 10, the polarization difference between the elements is different. The problem of cross-polarization due to is solved.

【0014】なお、上記実施の形態では、コンフォーマ
ルアレーアンテナ1として半球形状の構造用基体2を使
用したが、これに限定したものではなく、艦船、航空機
ミサイル、陸上用車両、衛星、地上レーダサイト等の構
造物の外側及び円柱、球、円錐等の一部またはこれらを
複合した形状の曲面の一部または複数箇所を有する形状
であってもよい。偏波については、直線偏波に限定する
ことなく、円偏波も使用可能である。
In the above-described embodiment, the structural base 2 having a hemispherical shape is used as the conformal array antenna 1. However, the present invention is not limited to this. The ship, aircraft missile, land vehicle, satellite, and ground radar It may be a shape having a part of a structure such as a site, a part of a cylinder, a sphere, a cone, or the like, or a part or a plurality of curved surfaces of a composite shape of these. The polarization is not limited to linear polarization, and circular polarization can also be used.

【0015】また、上記実施の形態において素子31
n とマイクロ波電力分配回路8及びディジタルビーム
形成回路10との信号の伝送に光信号を用いた場合につ
いても同様の動作を期待できる。
Further, in the above embodiment, the elements 3 1 to 3 1
3 optical signals for transmission of n and a microwave signal of a power distribution circuit 8, and the digital beam forming circuit 10 can be expected the same operation also when used.

【0016】図3は素子31 〜3n とマイクロ波電力分
配回路8及びディジタルビーム形成回路10との信号の
伝送を光信号を用いた場合についての実施態様を示すも
ので、マイクロ波電力分配器8の出力端に光変調器18
n+1 〜182nを付加しマイクロ波信号を光信号に変換し
光ファイバー19n+1 〜192nにより素子31 〜3n
送信系121 〜12n に付加された光復調器20n+1
202nまで信号を伝送しここで光信号からマイクロ波信
号に変換している。受信の場合は素子31 〜3n の受信
系151 〜15n に付加された光変調器181 〜18n
によりディジタル信号を電気信号から光信号に変換し、
光ファイバー191 〜19n によりディジタルビーム形
成回路10の前に付加された光復調器201 〜20n
より再びディジタル電気信号に変換している。この図3
によれば、機器間の信号の伝送を光信号を使用して行っ
ているので、信号線間の電磁干渉の問題が解決され、光
ファイバーを使用しているので信号線系を小形化でき
る。
FIG. 3 shows an embodiment of the case where optical signals are used for signal transmission between the elements 3 1 to 3 n and the microwave power distribution circuit 8 and the digital beam forming circuit 10. The optical modulator 18 is connected to the output end of the optical modulator 8.
n + 1 ~ 18 2n adding converts the microwave signal to an optical signal fiber 19 n + 1 ~19 2n by the element 3 1 to 3 n optical demodulator 20 n that are added to the transmission system 12 1 to 12 n of +1 to
Transmitting a signal to 20 2n are converted here into a microwave signal from the optical signal. Element 3 in the case of receiving 1 to 3 n optical modulator 18 1 ~ 18 n in the receive system 15 1 to 15 n of
Converts a digital signal from an electrical signal to an optical signal,
The optical fibers 19 1 to 19 n are converted into digital electric signals again by the optical demodulators 20 1 to 20 n added before the digital beam forming circuit 10. This figure 3
According to the method, the signal transmission between the devices is performed using the optical signal, so that the problem of the electromagnetic interference between the signal lines is solved, and the signal line system can be downsized because the optical fiber is used.

【0017】ここで受信系のマイクロ波信号(受信信
号)をA/D変換後光伝送する理由について以下に説明
する。レーダでは何百Kmもの遠方の小目標から、近距
離の大きな山まで幅広い信号レベルを扱う必要があり、
そのダイナミックレンジは通常100dB程度となる。
これらの信号は雑音レベルの上下にわたり存在する。雑
音レベル以下の信号に対してもコヒーレント積分等によ
り信号を抽出可能でありこの場合は白色雑音であること
を想定している。本発明においても個々のチャンネルは
この条件を満たす必要があり広ダイナミックレンジを有
する信号伝送系が必要になる。しかしながら、一般に光
系のダイナミックレンジは通常のレーザーの出力の制限
(10dBm程度)による上限とレーザ固有の雑音(シ
ョット雑音または量子雑音)による下限が存在し125
dBc/Hz程度でありレーダの帯域を数MHz(例え
ば5MHz)とすると50〜60dB(58dB)とな
ってしまう。従って、これらの欠点を補い光伝送の利点
を生かすには、信号を一度A/D変換し、ディジタル信
号に変換した後伝送を行うことが必要となる。これによ
り、ダイナミックレンジを広げたままで入力信号の雑音
成分及びそれ以下の信号も含んだまま信号の伝送が可能
となる。
The reason why the microwave signal (received signal) of the receiving system is optically transmitted after A / D conversion will be described below. Radar needs to handle a wide range of signal levels, from small targets as far away as hundreds of kilometers to large mountains at short distances.
The dynamic range is usually about 100 dB.
These signals exist above and below the noise level. A signal can be extracted by coherent integration or the like even for a signal having a noise level or less, and in this case, white noise is assumed. Also in the present invention, each channel must satisfy this condition, and a signal transmission system having a wide dynamic range is required. However, in general, the dynamic range of an optical system has an upper limit due to a limitation on the output of a normal laser (about 10 dBm) and a lower limit due to noise inherent to the laser (shot noise or quantum noise).
It is about dBc / Hz, and if the band of the radar is several MHz (for example, 5 MHz), it becomes 50 to 60 dB (58 dB). Therefore, in order to compensate for these drawbacks and take advantage of optical transmission, it is necessary to perform A / D conversion of a signal once, convert the signal to a digital signal, and then perform transmission. As a result, it is possible to transmit the signal while including the noise component of the input signal and a signal smaller than the noise component while the dynamic range is widened.

【0018】図4は信号の伝送に光信号を用いた他の実
施態様を示すものでアナログディジタル変換器171
17n の位置を光復調器201 〜20n とディジタルビ
ーム形成回路10の間にした場合の例であり上記実施態
様例と同様の動作を期待できる。図においてマイクロ波
信号は光変調器181 〜18n において直接またはIF
に変換されて光信号に変換され光ファイバー191 〜1
n を経由して光復調器201 〜20n に伝送される。
この光信号は光復調器201 〜20n により復調されア
ナログディジタル変換器171 〜17n において直接ま
たはIFに変換された後ディジタル信号に変換される。
[0018] Figure 4 is an analog-to-digital converter in shows another embodiment using an optical signal for transmission of signals 17 1 -
The position of the 17 n can be expected the same operations as example a and the embodiment example in the case of during the optical demodulator 20 1 to 20 n and the digital beam forming circuit 10. In the figure, the microwave signal is directly or IF-converted in the optical modulators 18 1 to 18 n
It is converted to the converted by the optical signal to the optical fiber 19 1 to 1
Via 9 n it is transmitted to the optical demodulator 20 1 to 20 n.
The optical signal is converted into a digital signal after being converted directly or IF in the optical demodulator 20 1 to 20 n are demodulated by an analog-digital converter 17 1 to 17 n.

【0019】[0019]

【発明の効果】以上のように、この発明に係る第1の発
明によれば、コンフォーマルアレーアンテナの各素子に
おける受信系でマイクロ波信号をディジタル信号に変換
し、伝送した後ディジタルビーム形成回路10で任意に
合成できるので、従来のコンフォーマルアレーアンテナ
では実現できなかった複数種多ビーム同時形成、全素子
の常時有効利用が可能となり、また送信及び受信系をそ
れぞれ同一の素子内に有しているため、交差偏波の問題
も解決できる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the receiving system in each element of the conformal array antenna converts a microwave signal into a digital signal, and after transmitting the digital signal, transmits the digital beam forming circuit. 10 can be arbitrarily combined, so that it is possible to simultaneously form multiple types and multiple beams, which cannot be realized by the conventional conformal array antenna, and to always effectively use all elements, and to have transmission and reception systems in the same element respectively. Therefore, the problem of cross polarization can be solved.

【0020】また、第2、第3の発明によれば、信号伝
送線路として光ファイバーを用いているので、電磁干渉
の大幅低減、信号伝送線路の小形化が実現できる。
According to the second and third aspects of the present invention, since the optical fiber is used as the signal transmission line, it is possible to significantly reduce electromagnetic interference and downsize the signal transmission line.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 この発明の実施の形態1によるアンテナ装置
を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an antenna device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 この発明によるアンテナ装置の機器間の接続
図である。
FIG. 2 is a connection diagram between devices of the antenna device according to the present invention.

【図3】 信号伝送系に光信号を使用した場合のこの発
明の実施の形態1を示す機器間の接続図である。
FIG. 3 is a connection diagram between devices according to the first embodiment of the present invention when an optical signal is used in a signal transmission system.

【図4】 信号伝送系に光信号を使用した場合のこの発
明の他の実施例を示す機器間の接続図である。
FIG. 4 is a connection diagram between devices showing another embodiment of the present invention when an optical signal is used for a signal transmission system.

【図5】 従来のアンテナ装置を示す構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram showing a conventional antenna device.

【図6】 従来のアンテナ装置の素子の構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram of elements of a conventional antenna device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 コンフォーマルアレーアンテナ、2 構造用基体、
3 素子、4 信号線、5 マイクロ波ビーム形成回
路、6 素子アンテナ、7 送信系信号線、8マイクロ
波電力分配器、9 受信系信号線、10ディジタルビー
ム形成回路、11 送受切換器、12 送信系、13
高電力増幅器、14 位相制御器、15受信系、16
低雑音増幅器、17 アナログディジタル変換器、18
光変調器、19 光ファイバー、20 光復調器。
1 conformal array antenna, 2 structural base,
3 element, 4 signal line, 5 microwave beam forming circuit, 6 element antenna, 7 transmitting system signal line, 8 microwave power divider, 9 receiving system signal line, 10 digital beam forming circuit, 11 transmission / reception switch, 12 transmission System, 13
High power amplifier, 14 phase controller, 15 reception system, 16
Low noise amplifier, 17 analog-to-digital converter, 18
Optical modulator, 19 optical fiber, 20 optical demodulator.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片木 孝至 鎌倉市上町屋325番地 三菱電機株式会社 鎌倉製作所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (72) Inventor Takashi Katagi 325 Kamimachiya, Kamakura City Mitsubishi Electric Corporation Kamakura Works

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 素子アンテナ、上記素子アンテナに接続
され送受信を切換える送受切換器、送信系、及び受信系
とからなり、上記送信系は、伝送されたマイクロ波信号
を位相制御する位相制御器、及び上記送受切換器に接続
され上記位相制御器で位相制御されたマイクロ波信号を
増幅し、上記送受切換器を介して上記素子アンテナに送
信する第一の増幅器とを有し、上記受信系は、上記送受
切換器に接続され上記送受切換器を介して上記素子アン
テナで受信されたマイクロ波信号を増幅する第二の増幅
器、上記第二の増幅器で増幅されたマイクロ波信号をデ
ィジタル信号に変換するアナログディジタル変換器とを
有する素子と、航空機の表面あるいは艦船の表面等与え
られた形状の構造用基体と、上記素子を上記構造用基体
に沿って複数個配列して構成したコンフォーマルアレー
アンテナと、マイクロ波信号を分配するマイクロ波電力
分配器と、上記マイクロ波電力分配器で分配された各マ
イクロ波信号を上記各々の素子の送信系における位相制
御器にそれぞれ伝送する複数個の送信系信号線と、上記
各々の素子の受信系におけるアナログディジタル変換器
から供給されるディジタル信号をそれぞれ伝送する複数
個の受信系信号線と、上記各々の受信系信号線で伝送さ
れるディジタル信号を合成し、ビームを形成するディジ
タルビーム形成回路とを具備したことを特徴とするアン
テナ装置。
An element antenna, a transmission / reception switch connected to the element antenna for switching transmission and reception, a transmission system, and a reception system, wherein the transmission system controls a phase of a transmitted microwave signal, And a first amplifier that is connected to the transmission / reception switch and amplifies the microwave signal that is phase-controlled by the phase controller and transmits the signal to the element antenna via the transmission / reception switch. A second amplifier connected to the duplexer for amplifying the microwave signal received by the element antenna via the duplexer, converting the microwave signal amplified by the second amplifier into a digital signal An analog-to-digital converter, a structural base having a given shape such as an aircraft surface or a ship surface, and a plurality of the elements arranged along the structural base. A conformal array antenna configured as described above, a microwave power splitter for splitting microwave signals, and each microwave signal split by the microwave power splitter to a phase controller in a transmission system of each of the elements. A plurality of transmission system signal lines for transmitting each; a plurality of reception system signal lines for transmitting digital signals supplied from an analog-to-digital converter in a reception system of each of the elements; and each of the reception system signal lines And a digital beam forming circuit for forming a beam by synthesizing a digital signal transmitted through the antenna device.
【請求項2】 素子アンテナ、上記素子アンテナに接続
され送受信を切換える送受切換器、送信系、及び受信系
とからなり、上記送信系は、伝送された光信号をマイク
ロ波信号に復調する第一の光復調器、上記第一の光復調
器で復調されたマイクロ波信号を位相制御する位相制御
器、及び上記送受切換器に接続され上記位相制御器で位
相制御されたマイクロ波信号を増幅し、上記送受切換器
を介して上記素子アンテナに送信する高出力増幅器とを
有し、上記受信系は、上記送受切換器に接続され上記送
受切換器を介して上記素子アンテナで受信されたマイク
ロ波信号を増幅する低雑音増幅器、上記低雑音増幅器で
増幅されたマイクロ波信号をディジタル信号に変換する
アナログディジタル変換器、及び上記アナログディジタ
ル変換器で変換されたディジタル信号を光信号に変調す
る第一の光変調器とを有する素子と、上記素子を複数個
配列して構成したアレーアンテナと、マイクロ波信号を
分配するマイクロ波電力分配器と、上記マイクロ波電力
分配器で分配されたマイクロ波信号をそれぞれ光信号に
変調する複数個の第二の光変調器と、上記各々の第二の
光変調器で変調される光信号を上記各々の素子の送信系
における第一の光復調器にそれぞれ伝送する複数個の第
一の光ファイバーと、上記各々の素子の受信系における
第一の光変調器から供給される光信号をそれぞれ伝送す
る複数個の第二の光ファイバーと、上記各々の第二の光
ファイバーで伝送される光信号をそれぞれディジタル信
号に復調する複数個の第二の光復調器と、上記各々の第
二の光復調器で復調されるディジタル信号を合成し、ビ
ームを形成するディジタルビーム形成回路とを具備した
ことを特徴とするアンテナ装置。
2. An element antenna, a transmission / reception switch connected to the element antenna for switching between transmission and reception, a transmission system, and a reception system, wherein the transmission system demodulates a transmitted optical signal into a microwave signal. An optical demodulator, a phase controller for controlling the phase of the microwave signal demodulated by the first optical demodulator, and amplifying the microwave signal that is connected to the transmission / reception switch and phase-controlled by the phase controller. A high-output amplifier for transmitting to the element antenna via the duplexer, wherein the receiving system is connected to the duplexer and received by the element antenna via the duplexer. A low-noise amplifier that amplifies a signal, an analog-to-digital converter that converts a microwave signal amplified by the low-noise amplifier into a digital signal, and a signal that is converted by the analog-to-digital converter. A first optical modulator that modulates the digital signal into an optical signal, an array antenna configured by arranging a plurality of the above elements, a microwave power divider that distributes microwave signals, A plurality of second optical modulators that respectively modulate the microwave signals distributed by the wave power distributor into optical signals, and the optical signals that are modulated by the respective second optical modulators to the respective elements. A plurality of first optical fibers respectively transmitting to the first optical demodulator in the transmission system, and a plurality of first optical fibers respectively transmitting the optical signal supplied from the first optical modulator in the reception system of each of the elements. Two optical fibers, a plurality of second optical demodulators for demodulating optical signals transmitted through the respective second optical fibers into digital signals, and a digital demodulator demodulated by the respective second optical demodulators. Antenna apparatus characterized by No. was synthesized and and a digital beam forming circuit for forming a beam.
【請求項3】 素子アンテナ、上記素子アンテナに接続
され送受信を切換える送受切換器、送信系、及び受信系
とからなり、上記送信系は、伝送された光信号をマイク
ロ波信号に復調する第一の光復調器、上記第一の光復調
器で復調されたマイクロ波信号を位相制御する位相制御
器、及び上記送受切換器に接続され上記位相制御器で位
相制御されたマイクロ波信号を増幅し、上記送受切換器
を介して上記素子アンテナに送信する高出力増幅器とを
有し、上記受信系は、上記送受切換器に接続され上記送
受切換器を介して上記素子アンテナで受信されたマイク
ロ波信号を増幅する低雑音増幅器、上記低雑音増幅器で
増幅されたマイクロ波信号を光信号に変調する第一の光
変調器とを有する素子と、航空機の表面あるいは艦船の
表面等与えられた形状の構造用基体と、上記素子を上記
構造用基体に沿って複数個配列して構成したコンフォー
マルアレーアンテナと、マイクロ波信号を分配するマイ
クロ波電力分配器と、上記マイクロ波電力分配器で分配
されたマイクロ波信号をそれぞれ光信号に変調する複数
個の第二の光変調器と、上記各々の第二の変調器で変調
される光信号を上記各々の素子の送信系における第一の
光復調器にそれぞれ伝送する複数個の第一の光ファイバ
ーと、上記各々の素子の受信系における第一の光変調器
から供給される光信号をそれぞれ伝送する複数個の第二
の光ファイバーと、上記各々の第二の光ファイバーで伝
送される光信号をそれぞれマイクロ波信号もしくはIF
信号に復調する複数個の第二の光変調器と、上記各々の
第二の光復調器で復調されるマイクロ波信号もしくはI
F信号をディジタル信号に変換する複数個のアナログデ
ィジタル変換器と、上記各々のアナログディジタル変換
器で変換されたディジタル信号を合成し、ビームを形成
するディジタルビーム形成回路とを具備したことを特徴
とするアンテナ装置。
3. An element antenna, a transmission / reception switch connected to the element antenna for switching between transmission and reception, a transmission system, and a reception system, wherein the transmission system demodulates the transmitted optical signal into a microwave signal. An optical demodulator, a phase controller for controlling the phase of the microwave signal demodulated by the first optical demodulator, and amplifying the microwave signal that is connected to the transmission / reception switch and phase-controlled by the phase controller. A high-output amplifier for transmitting to the element antenna via the duplexer, wherein the receiving system is connected to the duplexer and received by the element antenna via the duplexer. A device having a low-noise amplifier for amplifying a signal, a first optical modulator for modulating a microwave signal amplified by the low-noise amplifier into an optical signal, and a given shape such as an aircraft surface or a ship surface A structural base, a conformal array antenna configured by arranging a plurality of the elements along the structural base, a microwave power splitter for splitting microwave signals, and the microwave power splitter. A plurality of second optical modulators each modulating the distributed microwave signal into an optical signal, and an optical signal modulated by each of the second modulators in a first transmission system of the respective elements. A plurality of first optical fibers respectively transmitting to the optical demodulator, and a plurality of second optical fibers respectively transmitting the optical signal supplied from the first optical modulator in the receiving system of each element, The optical signal transmitted through each second optical fiber is converted into a microwave signal or IF
A plurality of second optical modulators for demodulating the signals into microwave signals or I / O signals demodulated by the respective second optical demodulators;
A plurality of analog-to-digital converters for converting the F signal into digital signals; and a digital beam forming circuit for forming a beam by combining the digital signals converted by the respective analog-to-digital converters. Antenna device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111200446A (en) * 2020-04-03 2020-05-26 山西科泰航天防务技术股份有限公司 Multi-target real-time telemetering signal receiving system

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