JPS5931884B2 - 輻射アンテナシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は整相配列体アンテナシステムに係り、特に成る
限定された空間領域内のみで放射しなければならない整
相配列体に於いて移相器又は他の作動成分の数を減らす
ための技術に係る。

従来型の整相配列体アンテナシステムは良く知られてお
りそして各放射素子に組合わされた位相制御ユニットを
通常は有している。

この位相制御ユニットは電子成分を必要としそしてしば
しば整相配列体システムの最も高価な部分となる。

位相制御装置が配列体の各素子に組合わされた従来型の
整相配列体が真の空間の成る限定された部分のみ、即ち
ブロードサイドからプラス又はマイナス９０°未満をス
キャンすることを必要とされる場合に１１、か５る配列
体は必要とされる以上のスキャン能力を有しており従っ
て非常に多数の位相制御ユニットがシステムコストを高
めることになる。

整相配列体システムは理想的には、スキャンすることを
必要とされる各ビーム巾に対してほぼ１つの作動制御ユ
ニット、例えば移相器乃至はスイッチを有しているべき
である。

各ビーム巾に対してほぼ１つの制御ユニットを用い成る
限定された空間領域に亘ってアンテナビームをスキャニ
ングするための公知システムＩＪＳある。

これらのシステムは通常は、所望のビームを選択するた
めの切換技術を利用している。

例えば、公知のパトラマトリクス（Ｂｕｔｌｅｒ Ｍ
ａｔｒｉｘ）の種々の入力へ波エネルギ信号源を切換え
ることに依ってアンテナビーム０５種々のビーム位置に
切換えられるように、素子の配列体及び切換回路に関連
してパトラマトリクスを使用することができる。

種々の供給位置から集束装置を光学的に照射することに
依っても同様の結果が達成される。

か５る技術の１つが、本発明の出願人に譲渡された”多
重平面ビームを放射するアンテナシステム（Ａｎｔｅｎ
ｎａＳｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｒａｄｉａｔｉｎｇ Ｍ
ｕｌｔｉｐｌｅＰｌａｎａｒ Ｂｅａｍｓ）”と称す
るＰｅｔｅｒＷ。

Ｈａｎｎａｎ氏の米国特許第３，８８１，１７８号に開
示されている。

”スキャン限定式整相配列体に於いて移相器の数を減ら
すための回路網解決策（ＮｅｔｗｏｒｋＡｐｐｒｏａｃ
ｈ ｆｏｒ Ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅＮｕｒｎ
ｂｅｒ ｏｆ Ｐｈａｓｅ ５ｈｉｆｔｅｒｓ
ｉｎ ａＬｉｍｉｔｅｄ ５ｃａｎ Ｐｈａｓｅｄ
Ａｒｒａｙ）”と称する米国特許第３，８０３，６２
５号に於いては、Ｎｅｍｌｔ氏がスキャン限定式配列体
に必要とされる移相器の数を減少するための技術を述べ
ている。

Ｎｅｍｌｔ氏の技術は１つの移相器に各々が組合わされ
たアンテナ素子の重畳する小配列体の使用を含んでいる
。

各小配列体は真の空間に於いて格子ロープの振巾を制御
するパターンを有しており、従って各小配列体が単一素
子である一般の配列体に於いて許容される以上の大きな
間隔を小配列体間にとることができる。

この米国特許に於いてＮｅｍｌｔ氏は理想的な小配列体
パターンを得る条件について述べており、且つ位相制御
ユニットの必要最小数に達するための規準について説明
している。

然し乍らＮｅｍｌｔ氏は理想的な小配列体パターンを得
るための実際的な技術については述べていない。

Ｎｅｍｌｔ氏に依って説明された技術は各小配列体の入
力ポートと該入力ポートに供給される波エネルギ信号に
依って励起さるべき全てのアンテナ素子との直接的な物
理的相互接続を含んでいる。

この解決策は、特に非常に多数の放射素子を有する実際
の配列体に於いて極端な数の個別の相互接続伝送線を必
要とするので、はぼ理想的な小配列体放射パターンを得
るようには実際上実施することができない。

そこで本発明の目的は作動制御ユニットの数を減少した
新規にして改良された配列体アンテナシステムを提起す
ることである。

本発明の別の目的は最小数の作動制御ユニットで以って
、限定され選択された空間領域のみの中で放射するため
のか＼るシステムを提起することである。

本発明の更に別の目的は配列体の各入力ポートと該入力
ポートに供給される信号に応答して励起さるべき全ての
素子との間に個別の相互接続伝送線を持たずにかＸる配
列体システムを実施するための実際的なネットワークを
提起することである。

本発明に依れば、選択された空間領域に所望の放射パタ
ーンで波エネルギ信号を放射するためのアンテナシステ
ムが提起される。

このアンテナシステムは複数個の素子群から成るアパー
チャを含んでおり、各群は１つ或いはそれ以上の放射素
子を備えている。

素子群のうちの対応する１つの群の素子に、供給された
波エネルギ信号を結合するための複数個の第１結合手段
も更に設りられている。

最後に、第１結合手段のいずれに供給された波エネルギ
信号をも所定の振巾及び位相で上記アパーチャの残りの
素子群の選択された素子に追加的に結合されるように複
数個の第１結合手段を相互接続し、それに依り上記アパ
ーチャをして主として上記選択された空間領域に波エネ
ルギ信号を放射せしめるための第２の結合手段が備えら
れている。

波エネルギ信号が所定の振巾及び位相で第１結合手段に
供給された時、上記アパーチャは所望の放射パターンで
波エネルギ信号を放射するようにされる。

公知技術の説明 第１図は公知技術に依る簡単化された整相配列体アンテ
ナ１０を示す略図である。

このアンテナ１０は５つの放射素子１２ａ乃至１２ｅを
含んでおり、該素子は配列体の軸１６に沿って配置され
そして中心−中心距離Ｓだり互いに離間されている。

全アパーチャは直線アパーチャ寸法Ａを占める。

各々の配列体素子１２は移相器１３ａ乃至１３ｅの対応
する１つを経て電力分割器１４へ結合される。

信号発生器１５及び電力分割器１４からの波エネルギ信
号は、移相器１３に対する相対的な位相値の適正な選択
がアンテナ素子１２をして所望の放射パターンを選択さ
れた角度の空間領域へ放射せしめるように移相器１３に
依ってアンテナ素子１２に供給される。

移相器１３の位相値の変化が、放射されるアンテナパタ
ーンを空間の角度θに対して方向変化せしめる。

整相配列体１０の特性、並びにアパーチャ長さＡや素子
間隔Ｓのような設計パラメータを選択する技術はアンテ
ナ技術に於いて良く知られている。

然し乍ら、公知技術に対する本発明の理解を容易にする
ためには、これらのパラカー夕についてふりかえること
が適当であると考えられる。

第２図は第１図の配列体アンテナの放射特性を示してい
る。

第２図のパターンは振巾（垂直）・対・第１図の放射角
θのサイン（水平）としてプロットされている。

第２図に於いて振巾パターン１８は各々の放射素子１２
に関連した放射パターンに対応している。

パターン２０は素子が等しい振巾の波エネルギを全方向
に放射するものと仮定し、等しい振巾及び等しい位相の
波エネルギ信号を全素子１２に供給することに依って得
られた配列体パターンである。

アンテナシステム１０の実際に放射されるパターンは素
子パターン１８を配列体パターン２０で乗算することに
依って決定される。

０°のスキャン角に於りる配列体パターン２０に加えて
、サインθ空間に於θる更に別の素子配列体パターン即
ちローブも存在し、これらは距離λ／Ｓだθ主ローブか
ら分離される。

ここでλは放射された信号の波長でありそしてＳは列配
体素子１２の中心間の間隔である。

格子ローブとして知られているか−る２つの更に別のロ
ーブは第２図に２２及び２４で示されている。

格子ローブ２２及び２４はマイナス１より小さくそして
プラス１より大きいサインθの値に位置しているという
ことは理解されよう。

従ってこれらのローブは虚空間にありそして整相配列体
１０からの実際の放射パターンは生じない。

配列体１０の素子１２に供給される波エネルギ信号の位
相が、移相器１３に依り与えられる移相値を変えること
に依って、リニアな位相傾斜を有するように変えられた
場合には、配列体パターンは異なった放射角へと移動さ
れる。

第２図には主ロープ２６が示されており、これは位相制
御ユニット１３が配列体１０の主パターンを空間の選択
されたセクタの１端までスキャンするように調整された
時に生じる。

空間の選択された角度領域は角度−θ１から角度＋θ２
まで変わるスキャンレジスタとして第２図に示されてい
る。

主ビーム２６は素子パターン１８の傾斜のためにブロー
ドサイド主ビーム２０の振巾から若干減少された振巾を
有するということが当業者にとって明らかであろう。

第２図から同様に明らかなように、主ビーム２６に依り
示された方向に主ビーム２０をスキャンすることは格子
ローブ２２及び２４を対応する量だり移動させることに
なる。

これは第２図に於いて格子ローブ２８のところに示され
ており、該ローブ２８は真の空間の縁にあり、主ロープ
２６に依り示された位置まで主ロープ２０がスキャンさ
れた時の格子ローブ２２の位置に示している。

公知技術に依れば、第１図の素子１２間の間隔８１は、
主アンテナビームが空間の選択された角度領域内の両極
端の角度にスキャンされた時に、不所望な格子ローブｌ
）Ｓなお虚空閣内の方向に放射され従って配列体からス
プリアス放散が生じないように選択される。

一般に、隣接素子間の間隔Ｓはλ／（Ｌ＋Ｓｉｎθｍａ
Ｘ）未満でなりればならず、ここでθ はブロード
サイド即ち０°スキャａＸ ン角からの主ビームの最大角度偏差である。

実際にはこの間隔はサインθ空間の格子ローブの有限ビ
ーム化を許容するファクタに依って示された量未満でな
りればならない。

素子間隔Ｓのこの選択の結果が第２図に示されている。

サインθ空間の格子ローブ間の間隔はλ／８に等しい。

こ＼に示されたようなＳの選択は配列体がブロードサイ
ドにスキャンされた時は第１の格子ローブが充分に虚空
間に位置されるようにし、配列体がθｍａｘにスキャン
された時にもこの格子ローブが真の空間に入らないよう
にする。

配列体アパーチャの全長Ａは放射されるパターンの所望
のビーム巾に依って決定されるので、第１図の配列体ア
ンテナのアンテナ素子の数、従って位相制御ユニット１
３の数は隣接素子間の最大許容間隔Ｓに依って決定され
る。

最大数の放射素子１２及び位相制御ユニット１３を得て
配列体アンテナのコストを最小にするように素子間隔Ｓ
を最大にすることが望まれるということは良く知られて
いる。

配列体アンテナが所望のパターンを放射できることが望
まれるところの空間角度が小さく、例えば１０このアン
テナビーム中程度である場合には、配列体１０に必要と
される位相制御ユニット１３の数を減らすことが理論的
に可能である。

スキャン限定配列体の位相制御ユニットの数を減らすた
めの１つの解決策はＮｅｍｌｔ氏の米国特許第３，８０
３，６２５号に述べられている。

Ｎｅｍｌｔ氏の解決策は各位相制御ユニットを３つの隣
接アンテナ素子から成る小配列体と組合わせることであ
る。

Ｎｅｍｌｔ氏の小配列体の各々は特定の小配列体に組合
わされた位相制御ユニットに依って排他的に波エネルギ
信号が供給される中心素子と、上記小配列体に組合わさ
れた位相制御ユニット及びその隣接手配列体に組合わさ
れた位相制御ユニットの両方に依って波エネルギ信号が
供給され、る２つ或いはそれ以上の更に別の配列体素子
とを含んでいる。

この方法に用いてＮｅｍｌｔ氏は少くとも３つの放射素
子を各々が持った重畳小配列体モジュールを得ている。

この形態に依り、各小配列体に供給される波エネルギ信
号はほぼ、第３図に示した手配列体バタ・−ン３０で放
射される。

従来型配列体の第２図に示された素子パターン１８に対
して比較すると、Ｎｅｍ１ を氏は配列体が放射すべき
ところの選択された領域より外側の真の空間の領域に於
いて素子パターンの減衰の増加を達成している。

多重の放射素子の同時励起に依って生じた小配列体パタ
ーンを配列体の基本的な素子パターンとして用いること
に依って、Ｎｅｍｌｔ氏は配列体に於ける位相制御ユニ
ット間の間隔の増加を達成している。

例えば、Ｎｅｍｌｔ氏の特許の第５図は、第１図に示し
た公知配列体に関連したのとほぼ同一の素子間隔を有し
てはいるが各放射素子ごとではなくて１つおきの放射素
子ごとのみに組合わされた位相制御ユニットを有してい
る直線状整相配列体を図示している。

従ってこの技術はスキャン限定配列体アンテナに必要と
される位相！１脚ユニットの数を半分に減少する。

Ｎｅｍｌｔ氏に依って説明された小配列体の相互接続及
び素子配置の作用は第３図に示されており、第３図は波
エネルギ信号をＮｅｍｌｔ氏の３素子小配列体に供給す
ることに依って生じた小配列体パターン３０を示してい
る。

Ｎｅｍｌｔ氏は配列体の１つおきの素子に対してのみ位
相制御ユニットを適用しているたりであるから、配列体
の位相制御ユニットに関連した格子ローブは配列体の主
ローブ２０′により接近しており、そして第３図に示し
たように格子ローブ２２′及び２４′は真の空間にある
。

然し乍ら小配列体パターン３０の形状のため、格子ロー
ブ２２′及び２４′の存在の影響は選択されたスキャン
レンジの外側の領域に於りる小配列体パターン３０の急
速な減衰に依って減少される。

格子ローブ２２′及び２４′はマイナーサイドローブ３
２及び３４としてのみ放射されそして配列体の所望の特
性に対してほとんど影響を及ぼさない。

主ビーム２０’が空間の選択されたセクタ内の位置２６
′にスキャンされた時は、格子ローブ２２′カ右置２８
′まで移動し、この位相は小配列体パターン３０が低振
巾であってマイナーサイドローブ３６を生じるところの
預域内になおある。

Ｎｅｍｌｔ氏の技術に依れば、小配列体間の間隔Ｓ′、
従って位相制御間隔は、配列体がスキャンレンジの縁に
スキャンされた時に格子ローブが小配列体パターンに入
らないように選択される。

Ｎｅｍｌｔ氏は彼の特許明細書の中で特にその第４図に
関して、配列体アパーチャの位相制御ユニット間の最大
許容間隔を生じる理想的な小配列体パターンについて述
べている。

第４図に示されたこの理想的な小配列体パターン３８は
スキャンレンジ内に於いては均一の振巾を有しておりそ
して他の全ての空間領域に於いては零振巾である。

この小配列体パターンが得られた場合には、に等しい小
配列体間隔を得 ることかできる。

この間隔は空間の選択された領域内でのアンテナビーム
巾の数にほぼ等しい位相制御ユニットの数を生じる。

第５図は第４図に示された理想的手配列体パターン３８
を得るのに必要とされるアパーチャ小配列体励起４０を
示して１ｎＫｘ いる。

この理想的な照射は関数 Ｋｘ の形態であり、こ
ことでＸは実効率配列体間のアパーチャに沿った中心−
中心距離でありそして に＝７１ ｓｘｎθＩ Ｓｉｎθ２１である。

理想的パターンを得るためには、アパーチャが無限の長
さでなりればならない。

実際上の問題として理想的パターンは全配列体アパーチ
ャと同延の各小配列体照射４０を得ることに依って達成
される。

第５図には、小配列体照射４０を生じる小配列体に隣接
した小配列体に関連した小配列体照射４２も示されてい
る。

これらの照射は実効率配列体間隔Ｓだり離間されている
。

理想的な配列体はこれらの重畳する小配列体アパーチャ
照射の各々に関連した位相制御ユニットを有する。

第５図に示された理想的手配列体照射に於いては、小配
列体照射間の実効素子間隔Ｓは小配列体照射上での第１
番目の零距離λ／ｌ５ｉｎθ、−５ｉｎ０２１に等しい
。

実効素子間隔はサインθ空間の間隔、即ち配列体パター
ンの格子ローブ間のλ／８を決定する。

小配列体照射の最初の零距離は出来上った理想的手配列
体パターン３８の角度中を決定する。

一般に不所望な格子ローブ放射が存在するのを避けるた
めには、主ビームが理想的手配列体パターンの各線へ進
められた時に第１格子ローブが小配列体パターン内に入
らないように小配列体照射の最初の零間隔が実効素子間
隔Ｓより大きくなければならない。

第６図の実施例の説明及び動作 第６図は第２図に示されたスキャンレンジのような空間
の選択された角度領域へ波エネルギ信号を放射するため
の本発明に依って構成されたアンテナシステム４３を示
している。

このアンテナシステム４３は複数個の素子群を含んでお
り、各群は４つの放射素子１２ａ乃至１２ｄを備えてい
る。

複数個の第１結合手段も含まれており、該手段各々は１
つの素子群に組合わされそして入力ターミナル４６に供
給される波エネルギ信号を対応素子群の素子に結合する
ための伝送線５０及び５２とハイブリッド電力分割器４
８とを備えている。

いずれの第１結合手段に供給される波エネルギをも配列
体の残りの素子群の選択された素子に追加的に供給せし
めるように複数個の第１結合手段を相互接続するカップ
ラ５８及び６０と伝送線５４及び５６とを備えた第２の
結合手段が更に設けられている。

アンテナシステム４３は６個のモジュール４４ａ乃至４
４ｆに配置され、各モジュールは４つの放射素子１２ａ
、 １２ｂ 、 １２ｃ 、 １２ａを備えた素子群
と第１結合手段とを含んでいる。

モジュール４４は電力分割器４８を含んでおり、該分割
器は一般にハイブリッド電力分割器と称されるものであ
り、第１２図に更に図示されている。

ハイブリッド電力分割器４８は第１２図に示されるよう
にＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄで示された４つの信号ポートを有して
いる。

ポー１−Ａは和のポートとして示されており、該ポート
Ａに供給される信号は等しく分割されそして等しい位相
を持ったポートＢ及びＣの出力として現われる。

△と示されたポートＤは差のポートとして知られており
そしてポートＡから隔離されている。

ポートＢ及びＣに供給される、等しくない振巾又は位相
の信号はそれらのベクトル差に比例してポーｔ−Ｄへ供
給されそしてそれらのベクトル和に比例してポートＡへ
供給される。

モジュール４４の電力分割器４８のＢ及びＣ出力は伝送
線５０及び５２に依って素子１２ａ。

１２ｂ、１２ｃ及び１２ｄへ接続される。

４つの素子１２ａ乃至１２ｄが素子群を形成する。

素子群は２つの素子モジュールから成り、■方のモジー
ルは素子１２ａ及び１２ｂを備えそして第２のモジュー
ルは素子１２ｃ及び１２ｄを備えている。

モジュール４４ａの形態から、素子１２ａと１２ｂには
常に等しい波エネルギ信号が供給されそして同様に素子
１２Ｃと１２ｄにも等しい波エネルギ信号が常に供給さ
れるということが明らかであろう。

アンテナシステム４３は伝送線５４及び５６を更に含ん
でおり、これらの伝送線は方向性カップラ５８及び６０
に依って各モジュール４４の伝送線５０及び５２に選択
的に結合される。

伝送線５４及び５６の各端は抵抗６２の１つに依ってそ
の特性インピーダンスで終端される。

各モジュール内に於いて伝送線５４は減衰器６４を含み
そして伝送線５６は減衰器６６を含んでいる。

方向性カップラ５８及び６０の特性は第１２図を用いて
示されている。

第１２図は４つの伝送線ポートＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈを持った
方向性カップラ５８を示している。

ポートＥに供給される波エネルギ信号はポートＦに直結
されそしてこの方向性カップラの結合係数に依ってポー
トＧに更に結合される。

ポートＥに供給される信号はポートＨには供給されない
。

ポートＧに結合される信号はポートＦの出力信号に対し
て９０°位相が進んでいる。

か＼る方向性カップラの特性は公知技術で良く知られて
おり、そして波エネルギ信号が方向性カップラの残りの
ポートのいずれに供給された時にも同様の伝送特性が生
じるということは理解されよう。

アンテナシステム４３に関連して同様に示されているの
は移相器１３、電力分割器１４及び信号発生器１５であ
り、これらは第１図の公知整相配列体の対応成分と同一
のものである。

移相器１３の位相指令を発生する制御ユニット６８も又
同様に示されており、その動作は今知技術で良く知られ
ている。

アンテナシステム４３は、特にカップラ５８及び６０に
関連して伝送線５４及び５６を使用したことに依り、モ
ジュール４４のいずれの入力ターミナル４６に供給され
る波エネルギ信号をもその特定モジュール内の素子群の
素子に供給せしめ、そして配列体の残りの素子群の選択
された素子にも追加的に供給せしめる。

この結合の目的にいずれかの入力ターミナル４６に供給
される波エネルギ信号に応答して、第５図に示された理
想的アパーチャ励起を近似するアパーチャ励起を達成し
、従って第４図に示された理想的素子パターンに密接に
対応した有効素子パターンを達成することである。

アンテナシステム４３の動作を説明することに依り、波
エネルギ信号を代表的なモジュールに供給することに依
って生じるアパーチャ励起を追従するのに有用であろう
。

入力４６に供給された波エネルギ信号は電力分割器４Ｂ
に依って分割されそして伝送線５０及び５２に依って対
応素子モジュール４４ａの放射素子１２ａ乃至１２ｄへ
等しい振巾及び等しい位相で供給される。

伝送線５０の信号は方向性カップラ５８に依って第６図
の右へ向かう方向で伝送線５引こ追加的に結合される。

伝送線５２の信号は方向性カップラ６０に依り第６図の
左へ向かう方向で伝送線５４に結合される。

伝送線５４及び５６に結合された信号の作用は配列体の
中央モジュールに対するこれらの結合された信号の作用
を考慮することに依って最も容易に説明される。

例えば、モジュール４４ｃの入力ターミナル４６ｃに信
号が供給された場合には、伝送線５４に結合された信号
が左へと移動しそしてモジュール４４ａ及び４４ｂの方
向性カップラ６０に依ってモジュール４４ａ及び４４ｂ
の放射素子１２ｃ及び１２ｄに供給される。

ジュール４４ｂの素子１２ｃ及び１２ｄに供給された
信号はモジュール４４ｃの素子１２ｃ及び１２ｄに供給
された信号と同位相である。

というのは、モジュール４４ｂの方向性カップラ６０と
モジュール４４ｃの方向性カップラ６０との間の伝送線
５４の長さが１８０°の位相長さを有するように選択さ
れているからである。

この位相長さはモジュール４４ｃのカップラ６０とモジ
ュール４４ｂのカップラ６０とを通る信号の通過に依っ
て生じる９０°の位相ずれに追加される。

モジュール４４ｃの伝送線５２からモジュール４４ｂの
伝送線５２へ結合される信号の全位相ずれが３６０゜で
あるから、モジュール４４ｂの素子１２ｃ及び１２ｄに
供給される信号はモジュール４４ｃの全素子に供給され
る信号と同じ位相を有している。

モジュール４４ｂの素子１２ｃ及び１２ｄに結合される
信号の振巾はモジュール４４ｃのカップラ６０の結合係
数、減衰器６４の減衰並びにモジュール４４ｂのカップ
ラ６０の結合係数とに依って減少される。

同様にモジュール４４ｃの素子１２ａ及び１２ｂに結合
される信号は方向性カップラ５８、伝送線５６、減衰器
６６及びモジュール４４ｄの方向性カップラ５８に依っ
てモジュール４４ｄの素子１２ａ及び１２ｂへ、モジュ
ール４４ｃの全素子に供給される信号と同位相で以って
結合されるということが当業者にとって理解されよう。

第９図はモジュール４４ｃの人力ターミナル４６に供給
される信号に応答してアンテナシステム４３の結合回路
から生じるアパーチャ励起７０を示している。

第９図に示されたアパーチャ励起７０の位置及びスケー
ルは第６図の隣接アンテナ素子に対応するように選択さ
れている。

上記で説明された結合技術は第９図に示されたアパーチ
ャ励起７０の中央部分を生じる。

モジュール４４ｃの入力ターミナル４６ｃに供給される
信号は伝送線５０及び５２に依ってモジュール４４ｃの
素子１２ａ乃至１２ｄへ等しい振巾及び位相で供給され
、第９図に示しよアパーチャ励起７０の大きな振巾の中
央部を生じる。

モジュール４４ｂの素子１２ｃ及び１２ｄとモジュール
４４ｄの素子１２ａ及び１２ｂとへ、位相は等しいが振
巾が減少されて結合された信号は第９図に示されたアパ
ーチャ励起ＴＯの中央部の他の部分を生じる。

カップラ５Ｂ及び６０の方向特性があるために伝送線５
６の信号は右側のみに移動しそして伝送線５４の信号は
左側のみへ移動するということに注意されたい。

従ってモジュール４４ｂの素子１２ａ及び１２ｂはモジ
ュール４４ｃの入力ターミナル４６ｃに供給された信号
に応答して波エネルギ信号は受り取らない。

モジュール４４ａの素子１２ａ及び１２ｂについても同
じことが伝える。

同様に、モジュール４４ｄ、４４ｅ及び４４ｆの素子１
２ｃ及び１２ｄにも信号は結合されない。

これらのアンテナ素子に対応するアパーチャ励起７０の
部分は零振巾であるということに注目されたい。

伝送線５４上の信号は減衰器６４があるためにモジュー
ル４４ｂの対応素子へ結合される信号の振巾よりも減少
された振巾で且つ更に別の１８０゜伝送線長さがあるた
めに反転された位相でモジュール４４ａの素子１２ｃ及
び１２ｄへ結合される。

この結合はアパーチャ励起７０の第１の左側ローブとし
て第９図に示されている。

同様に、モジュール４４ｅ及び４４ｆの素子１２ａ及び
１２ｂにも信号が結合される。

モジュール４４ｅに結合される信号はモジュール４４ｃ
の素子に供給される信号と極性が逆でありそしてモジュ
ール４４ｆの素子に供給される信号はモジュール４４ｃ
の素子に供給される信号と同じ極性を有している。

これらの信号は第９図に示したアパーチャ励起７０の第
１及び第２の右側ローブに対応している。

第９図から明らかなように、第９図のアパーチャ励起７
０の振巾及び極性は第９図に示されてい１ｎＫｘ るーで７− 数７２の近似体である。

関数７２の第１の零点はモジュール４４ｃの中心から距
離Ｓ′に於いて生じる。

この第１零点距離が第８図に示された有効素子パターン
７４の巾Ｗを決定する。

実際のアパーチャ励起７０は成る限定された距離に亘っ
て関数７２を近似するにすぎないということに注意され
たい。

なぜならば、アパーチャ励起の側部ローブの位相反転が
隣接素子群の対応素子間の間隔Ｓだり分離されたアパー
チャ上の点に於いて生じるのに対して関数７２の位相反
転が周期ダで生じるからである。

この差はほとんどの実際のアンテナシステムのアパーチ
ャに対して著しい影響は及ぼさない。

隣接素子群の対応素子間の間隔Ｓは配列体の実効素子間
隔、従ってサインθ空間の主ローブと第１格子ローブと
の間の第８図に示した距離Ｍを決定する。

アンテナシステム４３に対してはＳがダより小さいので
、格子ローブはθ１とθ２との間の所望の角度セクタ内
で主ビームをスキャンするあらゆる条件に対して有効素
子パ； ターン７４の外側に保たれる。

又、第８図から明らかなように、放射アパーチャの有限
長さとアパーチャ照射７０の定量とを考慮すれば、有効
小配列体パターン７４は理想的な小配列体パターン３８
を密接に近似する。

この純粋な結果は実効率；配列体間隔即ち配列体４３の
モジュール４４の対応素子間の距離が理想的な間隔λ−
１ｓｉｎθ１−ｓｉｎθ２Ｉを密接に近似するというこ
とである。

多くの場合に於いて、アンテナシステムがスキャンすべ
きところの空間の角度領域は配列体のブ） ロードサイ
ド軸に対して非対称的であるのが望ましい。

従ってこの場合には、小配列体パターンが第１５図に示
されたようにずらされる。

第１５図に於いては小配列体パターンはθ１−０からθ
２までである。

この小配列体パターンはアンテナ素子１２と残りの結合
回路網との間に、第１６図に示した伝送線７５又はこれ
と同様のものを備えた移相器を含ませることに依って得
られる。

この伝送線７５の代りに切換可能な移相器が用いられた
場合には小配列体パターンを２つ又はそれ以上の別・別
の位置にずらすことができるということは当業者によく
知られている。

第６図の実施例に従って構成された配列体の例として、
配列体が５．２ＧＨ２で作動し、アパーチャ長さが３４
．２波長であり、空間の所望の角度領域が００乃至、１
４°のスキャン角θとすれば、隣接モジュール４４に於
りる対応素子１２ａ間の間隔は４．１４波長となろう。

カップラ５８及び６０の結合係数の値は０．６９であり
そして減衰器６４及び６６の減数係数は０．６９である
。

これらの値はモジュール４４に対する信号入力が ０．５＋０．５ｃｏｓ２（πｘ ／ Ａ ）の振巾分布
を有するように設計される場合に適当であり、こ＼でＡ
は全アパーチャ長さでありそしてＸは配列体の中心から
モジュール中心までの距離である。

第１０図の実施例の説明 第１０図に示されているのは、出来上ったアパーチャ励
起が理想的な励起４０により密接に近似する本発明の実
施例である。

上記で説明したように、第６図の実施例は最初の零の間
隔ダに正確に等しくない側部ローブ周期Ｓを持った励起
７０を生じる。

あまり重大ではないこの欠点はアンテナシステムの複雑
さ及びコストが増すのとひきかえに第１０図の実施例に
於いては解消される。

第１０図の実施例に於いては、各モジュール４４は入力
４６に供給された波エネルギ信号を素子１２ａ及び１２
ｂに結合するためのハイブリッド電力分割器４８及び伝
送線５０及び５２を含んでいる。

素子１２ａ及び１２ｂは第６図の実施例の素子モジュー
ルと等価である。

各素子１２は寸法が大きく、従って第６図のアンテナシ
ステムに用いられていた１対の素子と電気的に等価であ
る。

伝送線５０は素子１２ａに直結されずにハイブリッド７
８のＢポートに接続されている。

同様に、伝送線５２はハイブリッド８０のＣポートに接
続されている。

ハイブリッド７８のＣポートは伝送線８２及びカップラ
８８に依って相互接続伝送線５６に接続されている。

同様にハイブリッド８０のＢポートは伝送線８４及びカ
ップラ９０に依って相互接続伝送線５４に結合されてい
る。

伝送線８２及び８４は一定移相線長さ８６を含んでおり
、抵抗６２で終っている。

第１０図の配列体アンテナのモジュール４４ｂの入力４
６に供給された波エネルギ信号は第１１図に示されたア
パーチャ励起９２を形成し、これ１ｎＫｘ は −、７−関数９４を密接に近似し且つこの関数と同
一の側部ローブ周期を有している。

か＼る信号はモジュール４４ｂの電力分割器４８及び伝
送線５０及び５２に依ってモジュール４４ｂの電力分割
器７８及び８０に供給される。

カップラ５８に依って相互接続線５６に結合された信号
はカップラ８８及び伝送線８２に依って電力分割器７８
のポートＣに結合され、そしてカップラ６０に依って相
互接続線５４に結合された信号はカップラ９０及び伝送
線８４に依って電力分割器８０のポートＢに結合される
。

カップラ５８と８８との間の伝送線及びカップラ６０と
９０との間の伝送線は各々９０°の位相ずれを有するよ
うに選択される。

従って電力分割器７８のポートＣと電力分割器８０のポ
ートＢとに供給される信号は、４つの次々の９０°位相
ずれ、例えばカップラ５８、伝送線５６、カップラ８８
、移相器８６を受りるので、電力分割器７８のポートＢ
及び電力分割器８０のポートＣに供給される信号と同位
相である。

それゆえ電力分割器７８及び８０のポートＢ及びＣに達
する信号は同位相であり、従ってモジュール４４ｂの素
子１２ａ及び１２ｂに接続されたポートＡに於いて主と
して結合され、若干のエネルギがモジュール４４ｂの電
力分割器７８及び８０のポートＤに接続された終端で消
散される。

第６図の実施例の場合と同様に、伝送線５４上のエネル
ギはモジュール４４ｂの右側のモジュールに結合され、
一方伝送線５６上のエネルギはモジュール４４ｂの左側
のモジュールに結合される。

伝送線５６上のエネルギはモジュール４４ｂの素子１２
に供給されるエネルギと同位相でカップラ５８に依りモ
ジュール４４ｃの素子１２ｂに結合される。

モジュール４４ａのカップラ８８に依って素子１２ａに
供給されるエネルギは移相器８６及び伝送線５６の更に
別の長さに依って更に別の１８０°位相ずれを受り、従
ってモジュール４４ｂの素子１２に供給されるエネルギ
と位相ずれしている。

エネルギは伝送線５４に依ってモジュール４４ｃ及び４
４ｄの全ての素子１２にも同様に結合される。

それに依って出来る第１１図に示したアパーチャ励起９
２は理想的な励起９４に密接に似ておりそして全ての側
部ローブに対して正しい劣間隔Ｓを有している。

第１３図、１４図及び７図の実施例の説明第１３図は素
子１２の列９６を備えた平面式整相配列体である本発明
の実施例を示している。

配列体４４の各モジュールは列９６の群を含んでいる。

他のあらゆる観点に於いては第１３図の配列体は第６図
に示した直線状配列体４３に類似している。

第１４図は２つの直交する角度座標に於いてスキャンす
ることのできる平面配列体を備えた本発明の実施例を示
している。

この配列体は第６図の配列体４３のモジュールに類似し
たモジュール４４の列を含んでいる。

図示明瞭化のため４列のうちの１つのみが示されている
。

配列体の列の入力ポート４６には各列に用いられた結合
回路と同様に波エネルギ信号が供給される。

入力ポート１００に供給される信号は電力分割器９８に
依って隣接列の対応入力ポートに結合されそして同時に
伝送線１０２に依って配列体の残りの列の対応入力ポー
トに結合される。

このようにして、本発明は直交座標に於いてスキャニン
グするように設計された配列体に適用することができる
。

本発明はスキャニングビーム配列体アンテナに関して説
明したが、放射されるパターンの周波数が放射角と共に
変化するようなパターンを放射するアンテナに本発明の
原理を適用できるということも当業者にとって明らかで
あろう。

か＼るアンテナシステムは、電力分割器１４、移相器１
３及び制御ユニット６８が第７図の単極多投スイッチ１
０４及び制御ユニット１０６ど取り替えられた第６図の
アンテナを用いて実施することができる５スイツチ１０
４を用いることに依り、波エネルギ信号をモジュール入
力ポート４６に逐次印加して周波数コード化されたバタ
ン即ちドツプラ放射パターンを発生することができる
。

本発明は送信アンテナに関して説明されそして特許請求
の範囲で請求されているが、か５るアンテナシステムは
可逆的であり、この原理を受信アンテナにも等しく適用
できるということは当業者にとって明らかであろう。

従って上記説明及び特許請求の範囲はか５る受信アンテ
ナ及び送信アンテナに適用されるものとする。

現在本発明の好ましい実施例と考えられるものを説明し
たが、本発明から逸脱せずに種々の変更及び修正がなさ
れ得るということは当業者にとって明らかであり、従っ
てか＼る変更や修正は全て本発明の範囲及び技術思想に
含まれるものとする。

【図面の簡単な説明】

第１図は公知技術に依る従来型の整相配列体アンテナの
略図、第２図は第１図のアンテナシステムの素子パター
ン及び配列体パターンを示す図、第３図はＮｅｍｌｔ氏
の技術に依って構成された公知配列体の小配列体パター
ン及び配列体パターンを示す図、第４図は理想的な小配
列体パターン及び配列体パターンを示す図、第５図は第
４図に示された理想的な小配列体パターンを得るアンテ
ナアパーチャ励起の振巾及び極性を示す図、第６図は本
発明に依る整相配列体アンテナシステムの略図、第７図
はドツプラ放射パターンを達成するように波エネルギ信
号を第６図のアンテナユニットに供給するための装置を
示す図、第８図は第６図に示したアンテナ形状を用いて
得ることのできる代表的な小配列体パターンと配列体パ
ターンとを示す図、第９図は第６図のアンテナ形状に依
って得られるアパーチャ励起を示す図、第１０図はより
理想に近い小配列体パターンを得る本発明に依る別のア
ンテナ形状を示す略図、第１１図は第１０図のアンテナ
形状を用いて達成されるアパーチャ励起を示す図、第１
２図は第６図、第７図、１３図及び１４図のアンテナの
略図に使用された表記を示す図、第１３図は本発明番ご
依る素子列の平面配列体を示す略図、第１４図はビーム
を２次元的にスキャンするための本発明に依る平面配列
体の部分略図、第１５図はブロードサイドの軸に対して
非対称な本発明に依る小配列体パターンを示す図、及び
第１６図は本発明に依る配列体を用いて第１５図の小配
列体パターンを得るための技術を示す図である。 １２ ａ −１２ｄ−＝・・・放射素子、１３ａ−１３
ｆ・・・・・・移相器、１４・・・・・・電力分割器、
１５・・・・・・信号発生器、４３・・・・−・アンテ
ナシステム、４４ａ−４４ｆ・・・・・・モジュール、
４６・・・・・・入力ターミナル、４Ｂ・・・・・・ハ
イブリッド電力分割器、５０，５２・・・・・・伝送線
、５４，５６・・・・・・伝送線、５Ｂ、６０・・・・
・・カップラ、６２・・・・・・抵抗、６４，６６・・
・・・・減衰器、６８・・・・・・制御ユニット。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １１つ或いはそれ以上の放射素子を各群が含んでいる複
   数個の素子群を備えたアパーチャ、供給された波エネル
   ギ信号を各素子群の素子にそれぞれ結合する複数個の第
   １結合手段、及び第１結合手段のいずれに供給された波
   エネルギ信号をも、その他の素子群のうちの少なくとも
   ２つの選択された放射素子に所定の振巾及び位相で追加
   的に結合せしめるように第１結合手段のすべてを相互接
   続するための第２結合手段を具備して成ることを特徴と
   する輻射アンテナシステム２ 前記のアパーチャの各群
   が１つ或いはそれ以上の放射素子をそれぞれのモジュー
   ルが含む第１と第２の素子モジュールを備え、前記の第
   １結合手段の各々ｂｓ前記の第１と第２の素子モジュー
   ルの放射素子に結合している第１と第２の出力を持った
   電力分割器を含み、前記の第２結合手段が各電力分割器
   の第１出力に接続された第２伝送線を各電力分割器の第
   ２出力に横続された第２伝送線とを含む とを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の輻射アンテナシステム
   。 ３ 前記のアパーチャの各群が１つ或いはそれ以上の放
   射素子をそれぞれのモジュールが含む第１と第２の素子
   モジュールを備え、前記の第１結合手段の各々が第１及
   び第２素子モジユールに対応する第１及び第２出力を持
   った電力分割器と、この電力分割器の第１と第２出力に
   それぞれ結合され、一対の入力をそれぞれ有し、供給さ
   れた波エネルギ信号を合成しその信号を第１及び第２モ
   ジユールの素子に結合する第１及び第２電力合成器とを
   含み、前記の第２結合手段が各電力分割器の第１出力と
   各ｄカ合成器の選択された１つの入力ポートとに結合さ
   れた第１伝送線と、各電力分割器の第２出力と各電力合
   成器の残りの入力ポートとに結合された第２伝送線とを
   備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   輻射アンテナシステム。 ４ 各素子群が所定路に沿って配置された複数の放射素
   子を備えることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の輻射アンテナシステム。