JPS601964B2 - 球かくレンズアンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は位相走査アレイアンテナと上記位相走査アレ
イアンテナを覆う１つの球かくレンズによって構成され
た超広角走査を得る球かくレンズアンテナに関するもの
で、広角走査時の放射パターンのサイドローブレベルを
利得を劣化させることなく改善しようとするものである
。

まず従来のこの種のアンテナを簡単に説明する。

第１図は従来の球かくレンズアンテナの側断面図であり
、この球かくレンズアンテナはその中心線１において回
転対称である。２は複数個の１次送信用素子アンテナ３
を平面状に配列してできた位相走査アレイアンテナで、
それぞれの１次送信用素子アンテナ３には給電位相を制
御する為の可変移相器４および空間を介して供給される
電力を受信するための１次受波用素子アンテナ５が接続
されている。

６は上記位相走査アレイアンテナからの放射ビームを受
波する為の複数個の２次受波用素子アンテナ、７は複数
個の２次送信用素子アンテナ８より放射されるビームを
所定の方向に向かせる為の固定移相器、９は２次受波用
素子アンテナ６、固定移相器７および２次送信用素子ア
ンテナ８から構成された球かくレンズ、１０はビームの
伝搬方向を表わす光線である。

１ １ａは上記位相査アレイアンテナ２へ、空間を介し
て電力を分配供給する電力分配用１次放射器であり、図
のように、送信源１２から供孫台される。

すなわち、この球かくレンズアンテナでは電力分配用１
次放射器１１ａからの放射電力は位相走査アレイアンテ
ナ２の各１次受波用素子アンテナ５によって受信され、
可変移相器４に到達する。

ここで移相重量子化制御回路１３により可変移相器４を
制御することによって各１次送信用素子アンテナ３の相
対的な給電位相を変化させることによって、上記位相走
査アレイアンテナからの放射ビームの方向を変化させる
ことができる。この時、２次受波用素子アンテナ６は上
記位相走査アレイアンテナ２からの放射ビームを受波し
、この受波された電波は固定移相器７により位相変化を
受け、２次送信用素子アンテナ８を通って上記球かくレ
ンズ外の空間に放射される。

いま光線１０と中心線１とのなす角を８３とし、簡単の
為に球かくレンズアンテナの２次元モデルを考える。第
２図は走査角８Ｓに対するサイドローブレベルの変化の
様子を１次送信用素子アンテナ３の関口面上の振幅分布
をテーラ分布として計算した結果である。８Ｓが９００
の時のサイドローブレベルは比較的高くレーダ用のアン
テナとしては通さない。そこでこの発明においては、従
来の球か〈レンズアンテナの機能の欠点を解決する為に
、新たに可変減衰器とそれを制御する為の減衰量量子化
制御回路を付加し、かつ電力分配用１次放射器に工夫を
くわえ、高角走査時の放射パターンのサイドローブレベ
ルを利得を劣化させることなく改善しようとするもので
ある。

なお、この発明について説明する前に、まず従来の球か
くレンズアンテナのサイドローブレベルが、走査角ａＳ
の比較的大きな領域で劣化する理由、ならびに従来の電
力分配用１次放射器ではアンテナの利得が劣化する理由
についてのべる。

第３図は球かくレンズアンテナの動作機構をよりくわし
く説明する為の、図面の簡略化をはかった断面漠形図で
あり、走査角がａ３の時は、点Ｕ，Ｗは位相走査アレイ
アンテナ２の両端Ｋ，Ｍから出た光線が球か〈レンズ９
と交わる点、点Ｖは位相走査アレイアンテナ２の中心Ｌ
から出た光線が球か〈レンズと交わる点で、球かくレン
ズ外ではＬＳ方向から角度８Ｓ方向に進み平行光線１，
０およびｍとなる。一方走査方向が天頂方向の場合、球
か〈レンズ上の点Ｒ，Ｔはそれぞれ前記同様位相走査ア
レイアンテナ２の両端Ｋ，Ｍから出た光線（図では破線
で示している）が球か〈レンズと交わる点、点Ｓは位相
走査アレイアンテナ２の中心Ｌから出た光線が球かくレ
ンズと交わる点で、球か〈レンズ外では瓜の延長方向に
進み平行光線１′，ロ′およびｍ′となる。

今位相走査アレイアンテナ２のＫＬ，ＬＭ間で同数の素
子アンテナを考え、それらが等間隔で配置されている時
、球かくレンズ外の十分遠方の天頂方向で観測される光
線１′，０′およびｍ′は平行光線であり、かつほぼ等
間隔に近いと考えられるが走査角が８Ｓの時は、光線１
，０およびｍは前記同様平行光線であるが一般的には等
間隔でない。

１次送信用素子アンテナ３の開□面上Ｋ，Ｌ，Ｍに第４
図ａに示すような振幅分布を持たせた場合、天頂方向の
球か〈レンズ上則ちＲ，ＳおよびＴにおける振幅分布は
第５図の如くなり、ほぼ第４図ａと相似となる。

ところが走査角がＯＳの場合の球か〈レンズ上のＵ，Ｖ
およびＷ上の振幅分布は、前にも述べた如く１，ロおよ
びｍの光線は不等間隔になるので第６図ａの如く左右非
対称分布となる。これは第２図に示したＯＳが増加する
につれてサイドローブが劣化する重要な１つの要因であ
ると考えられる。第６図ｂの曲線に示すような球かくレ
ンズ上の分布に修正出来ればサイドロープレベルは改善
されるはずである。ところが従来のこの方式では電力分
配用１次放射器１１ａとしては、ホーンアンテナやパラ
ボラ反射鏡アンテナ等の関口面アンテナが考えられてい
る。しかしながら、開〇面アンテナでは、一般的性質と
してその閉口面上の振幅分布を均一にすることが困難で
ある。その為１次送信用素子アンテナ３の閉口面上の振
幅分布は第４図ｂのような分布となる。さて走査角ＯＳ
方向にビームを向けた場合におけるサイドローブレベル
を改善するには球か〈レンズ上の（Ｕ，ＶおよびＷ）の
振幅分布を第６図ａから同図ｂに変化させる必要がある
ことは前述したが、その為には第４図ａに示した１次送
信用素子アンテナ関口面上（Ｋ，ＬおよびＭ）の分布の
最大点を何らかの手段（例えば各１次送信用素子アンテ
ナに可変減衰器をとりつける）でＫ側に寄せる必要があ
るが、電力分配用１次放射器の影響により、１次送信用
素子アンテナの関口面上でとりうる最大振幅は第４図ｂ
に示す如く規定される。

従って何等かの手段で、第４図ａに示した振幅分布の最
大値をＫ側に移動させ得たとしても、前記理由でその最
大値は第４図ｃに示す如くｑ（ｄＢ）低い値をとること
になる。

そのため球かくレンズ上（Ｕ，ＶおよびＷ）での振幅分
布は第６図ｂに示した理想状態より、その最大値がｑ′
（ｄＢ）低い第６図ｃに示すよな振幅分布となる。

その結果たとえサイドロープレベルが改善されたとして
もアンテナ利得が劣化することになる。それを改善する
には、電力分配用１次放射器の影響により、１次送信用
素子アンテナの閉口面上でのとりうる最大振幅が変化し
ない第４図ｄに示すような分布にすればよい。第７図は
この発明による球か〈レンズアンテナを説明するための
図であり、１１３を除く１〜１３は第１図のものと同じ
である。

１４は位相走査アレイアンテナ２の開□面上の振幅分布
を可変する為の可変減衰器、１５は前記１４を制御する
為の減衰量量子化制御回路、１６は整合回路である。

さて第７図の１１ｂは導波管スロットアレイアンテナで
方形導波管の壁面に複数個のスロットが切られた構造の
ものである。

この導波管スロットアレイアンテナ１１ｂは位相走査ア
レイアンテナ２へ空間を介して電力を分配供Ｖ給する電
力分配用１次放射器であり、図のように整合回路１６を
通して、送信源１２から給電される。第８図は、上記導
波管スロットアレイアンテナ１１ｂをさらに詳しく説明
する為の正面図であるが、この導波管スロットアレイア
ンテナ１１ｂは終端が金属板１７で短絡された定在波給
電方式のものであり、方形導波管の広い方の壁面に、全
く同じ形状のスロット１８が間蟻入タノ２（＾のま導波
管の管内波長）で切られている。

またスロット１８は導波管壁面の中心線１９から等しい
距離に、中心線１９を境として左右、交互に、かつ中心
線１９に平行に切られている。したがって、このような
場合には、各スロット１８の励振振幅は均一で、位相も
そろう。すなわち、第８図の導波管スロットアレイアン
テナ１１ｂは、励振振幅位相分布が均一なアレイアンテ
ナを構成している。

したがって、第７図において、導波管スロットアレイア
ンテナ１ １ｂと位相走査アレイアンテナ２の距離Ｌを
適当に選ぶことによって振幅のそろった平面波が位相走
査アレィアンテナ２の各１次受波用素子アンテナで受信
される。すなわち、第７図の導波管スロットアレイアン
テナ１１ｂによって均一な電力分配が実現でき、各々の
可変減衰器１４の減衰量が等しい場合第４図ｄに示すよ
うな１次送信用素子アンテナ３の関口面上での分布を実
現することができる。この発明による球かくレンズアン
テナにおいて例えば走査角８Ｓでサイドローブレベルを
改善したい場合、球かくレンズ上（Ｕ，ＶおよびＷ）の
振幅分布を前述の如く第６図ａから第６図ｂの分布に変
化する必要がある。

それには可変減衰器１４の減衰量を減衰量量子化制御回
路１５により量子化して変化させ１次送信用素子アンテ
ナ３閉口面上での振幅分布を第４図ａから第４図ｅに振
幅分布の最大値レベルを一定に保ちつ）変化させること
が出来るのでアンテナ利得を劣化させることなくサイド
ロープレベルを改善することが出来る。また導波管スロ
ットアレイアンテナ１１ｂからの放射電力は１次受波用
素子アンテナ５で一部反射され、再び導波管スロットア
レイアンテナ１１ｂの中に入り、結果的には導波管スロ
ットアレイアンテナ１１ｂの入力定在波比を悪くさせる
が、これは第７図の整合回路１６によって整合をそるこ
とにより解決出来る。また位相走査アレイアンテナ２に
照射されない電力は、側面にとりつけた電波吸収体２０
によって吸収され、不要な反射をあくすことができる。

以上のように、この発明によれば任意の走査面でアンテ
ナの利得を劣化させることなくサイドローブレベルの改
善をすることができるので、その発明の効果は著しく大
きい。なお以上の説明では位相走査アレイアンテナ２と
して、平面状配列の位相走査アレイアンテナについて述
べたが、この発明はこれに限定されることなく、任意配
列形状の一般の位相走査アレイアンテナの場合にも実施
できるものである。

また、送信の場合に限らず、受信の場合にも同様に実施
でき、同様の効果を得ることができる。また、実施例で
は方形導波管を用いた定在波給電方式の導波管スロット
アレイアンテナを用いる場合について述べたが、この発
明はこれに限定されることなく、進行波給電方式の導波
管スロットアレイアンテナを用いて実施することができ
るし、さらに方形導波管の狭い方の壁面にスロットを切
ったスロットアレイアンテナや、円形導波管スロットア
レイアンテナや、同軸ケーブルの外導体にスロットを切
ったスロットアレイアンテナ等全ての種類のスロットア
レイアンテナを用いて実施することができる。またさら
にスロットアレイアンテナに限定されることなく、ダィ
ポールアンテナを素子アンテナとするアレイアンテナ、
導波管関口アレイアンテナあるいはリッヂ導波管アレイ
アンテナなど全ての種類のアレイアンテナを用いて実施
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の球か〈レンズア，ンテナの構成図、第２
図は走査角８Ｓに対するサイドローブレベルの変化の様
子を示す図、第３図は球かくレンズアンテナの動作機構
をよりくわしく説明する為、図面の簡略化をはかった断
面模形図、第４図は位相走査アレイアンテナ関口部の振
幅分布を示す図、第５図は天頂方向の球か〈レンズ上で
の振幅分布を示す図、第６図は走査角８Ｓの時の球かく
レンズ上の振幅分布を示す図、第７図はこの発明による
球かくレンズアンテナを説明する為の図、第８図は電力
分配用１次放射器として用いるスロットアレイアンテナ
を説明する為の図である。 図中、１は中心線、２は位相走査アレイアンテナ、３は
１次送信用素子アンテナ、４は可変移相器、５は１次受
波用素子アンテナ、６は２次受波用素子アンテナ、７は
固定移相器、８は２次送信用素子アンテナ、９は球かく
レンズ、１０は光線、１１ａは電力分配用１次放射器、
１１ｂはスロットアレイアンテナ、１２は送信源、１３
は移相量童子化制御回路、１４は可変減衰器、１５は減
衰量師化制御回路、１６は整合回路、１７は金属板、１
８はスロット、１９は導波管管壁の中心線、２０は吸収
体である。 なお図中、同一あるいは相当部分には同一符号を付して
示してある。菱１図多Ｚ図 多３図 多４図 多５図 予よ図 髪マ図 叢８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 位相走査アレイアソテナと、上記位相走査アレイア
   ンテナを覆う球かくレンズによって構成された球かくレ
   ンズアンテナにおいて、位相走査アレイアソテナを構成
   する複数個の可変移相器それぞれに減衰量量子化制御回
   路を有する可変減衰器を設け、ビーム走査面に応じて可
   変減衰器の減衰量を変化させ、かつ複数個の素子アンテ
   ナによって構成されるアレイアンテナを上記位相走査ア
   レイアンテナ用の電力分配用一次放射器として用いたこ
   とを特徴とする球かくレンズアンテナ。 ２ 位相走査アレイアンテナと、上記位相走査アレイア
   ンテナを覆う球かくレンズによって構成された球かくレ
   ンズアンテナにおいて、位相走査アレイアンテナを構成
   する複数個の可変移相器それぞれに減衰量量子化制御回
   路を有する可変減衰器を設け、かつ複数個の素子アンテ
   ナによって構成されるアレイアンテナを上記位相走査ア
   レイアンテナ用の電力分配用一次放射器として用いると
   ともに適当な走査角の区間または走査角ごとに位相走査
   アレイアンテナの開口面上の振幅分布を変化させるよう
   に前記可変減衰器を駆動するようにしたことを特徴とす
   る球かくレンズアンテナ。