JPS61276402A - 冗長構成を持つフエ−ズド・アレ−・アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はフェーズド・アレー・アンテナの受信機の冗
長構成に関するものである。フェーズド・アレー・アン
テナには徨々の方式があるが、この発明が適用される方
式はアンテナ出力を位相合成する課程のなかに受信機が
含まれるものである。

〔従来の技術〕

アンテナは相反定理が成立するので、送受は共通に成立
つが、こ＼では受信側について説明する。

フェーズド・アレー・アンテナは多数のアンテナ素子を
持ち、アンテナ素子と位相合成回路の間にアンテナ素子
毎に固有の移相量を設定し、アンテナ素子から位相合成
回路の間を伝ばんしている間に固有の移相変化を受けた
信号を位相合成回路に於いて位相が保存された状態に於
いて合成することによって、単一素子アンテナでは得ら
れないアンテナパターンを得ようとするものである。位
相合成を行う周波数をアンテナ素子の受信周波数（以下
ＩＮＦ周波数と言う）と同一のものを用いる方式とＵ周
波数から周波数変換を行って低い周波数に落した中間周
波数（以下ＩＰ周波数と言う）を用いる方式とがあり、
こ＼ではＩＰ周波数を用いた方式に適用する。ＩＰ周波
数を用いた場合９周波数が低いので受信機や位相合成回
路の作成が容易になる利点を有する。

第３図ではＩＰ周波数を用いたフェーズド・アレー・ア
ンテナを示す。（１００）〜（１０５）はアンテナ素子
、　　（１０６）〜（１１１）はダイプレクサ、　　（
１１２）〜（１１７）はダイプレクサ入力、　　（１１
８）〜（１２３）はダイプレクサ出力、　　（１２４）
〜（１２９）は受信機（１３Ｇ）は位相合成器である。

ｉ個のアンテナ素子（１００）〜（１０５）の出力はダ
イプレクサ（１０Ｂ）〜（１１１）に入力される通常受
信アンテナは送信アンテナと共用されるので、ダイプレ
クサ（１０６）〜（１１１）には送信入力（１１２）〜
（１１７）がありアンテナ素子（Ｉ　Ｇｏ）〜（１ｏｓ
）に伝送される。ダイプレクサ（１０６）〜（１１１）
の受信機入力（１１８）〜（１２３）は受信機（１２４
）〜（１２９）に入力される。受信機（１２４）〜（１
２９）では初段の低雑音増幅器で信号の雑音対信号比を
はｙ定めた後ＲＦ周波数をＩＰ周波数に変換し位相合成
器（１３０）に入力する。位相合成回路では各入力に対
して移相量を設定し合成した後出力を得る。以上がＩＰ
周波数段階で位相合成を行うフェーズド・アレー・アン
テナの一般的な動作原理である。このような構成のシス
テムを考える場合素子の故障に対する対策を考えなけれ
ばならない。アンテナ及びダイプレクサは機械的な構造
物であるので、長寿命が期待できるが、受信機には多く
の電子部品を含み冗長系として現用以外の予備の素子を
考えなければならない場合が多い。

この発明はフェーズド・アレー・アンテナの受信機の冗
長構成に関するものである。

第４図に従来きわめて一般的に使用されている受信機の
冗長構成を示す。（１４Ｇ）は受信機入力（１４１）　
、　（１４２）はスイッチ（１４３）　、　（１４４）
は受信機、　　（１４５）〜（１４８）はスイッチと受
信機を接続するケーブル、　　（１４９）は出力である
。

通常受信機１　（１４３）を使っている時はスイッチ１
及び２は受信機１　（１４３）側に投入されており信号
は入力（１４０）から入り受信機１　（１４３）を経由
し出力（１４９）に現われる。次にこの構成で冗長系の
受信機２　（１４４）を使う時はスイッチ１及び２が受
信機２　（１４４）側に投入される受信機１０時と同様
の働を示す。ここで特に注目すべきは受信機は位相合成
以前の段階に置れているので、入力（１４０）と出力（
１４９）の間の位相関係は定められた値であると同時に
この値は受信機を切換ても規定以上の変動があってはな
らない。この構成に於ける移相は素子及び線路長より発
生する。受信機１　（１４３）と受信機２　（１４４）
の移相量は同じに作られているとするなら、受信機１　
（１４３）側と受信機２　（１４４）側で使われた時の
固有性はスイッチと受信機を結ぶ線路長（１４５）〜（
１４８）に依存する。第４図の構成では受信機１　（１
４３）を使用した時と受信機２（１４４）を使用した時
は対称的になっているので。

いずれの側が使われても入力（１４０）と出力（１４９
）の間の位相関係に変化を生じさせないで現用、予備の
使用が出来る。しかし第４図の構成の冗長系を＠３図の
受信機に適用すると、受信機の数が必ず２倍必要となり
重量の増加をもたらす。冗長系の受信機を何個準備して
おくべきかは信頼度要求と受信機の信頼度より決まるが
、設計を行う側としては第４図のような冗長構成だけで
はなく数個に１個の冗長系の構成という自由度を持ち、
システム側の上位の要求に応じて選択が出来るようにし
ておきたい。第５図及び第６図は従来の方式による受信
機の冗長構成で現用、予備を３対１．４対１にした時の
構成である。

（１７５）　、　（１７６）は入力、　　（１８０）　
〜（１８２）はスイッチ、　　（１８３）〜（１８５）
は受信機、　　（１８６）〜（１８９）はスイッチと受
信機を結ぶ線路、　　（１９０）〜（１９２）はスイッ
チ、　　（１，９３）〜（１９７）は受信機とスイッチ
を結ぶ線路、　　（１９８）、（１９９）は出力である
。

（２１０）〜（２１２）は入力、　　（２１３）〜（２
１７）はスイッチ、　　（２１８）〜（２２５）はスイ
ッチと受信機を結ぶ線路、　　（２２７）〜（２３Ｇ）
は受信機、　　（２３１）〜（２３３）は出力である。

第５図では受信機２（１８りはスイッチ（１８Ｇ）〜’
　　（１８２）と（１ＳＯ）〜（１９２）の切換によっ
て受信機１（１８３）と受信機３　（１８５）のいずれ
の代替としても使える。しかしＦＬＦ周波数帯では線路
長は移相量と等価であり、かつ終端に於けるインピーダ
ンス整合が必須の条件になるので、受信機１　（１８３
）と受信機３　（１８５）が使われている時、受信機２
　（１８４）につながる線路（１８７）と（１８９）が
それぞれの現用の受信機にリアクタンス分として働かな
いよう終端する事と、若し受信機２　（１８４）が受信
機１　（１８３）の代替として使われる時スイッチ（１
８０）と（１８１）及び線路（１８７）と（１８１）が
受信機１　（１８３）の特使われたスイッチ（１８０）
と線路（１８６）がＲＦ周波数から見て等価であるよう
構成する事は困難である。

第５図では現用２台、予備１台の構成を示したが。

現用３台、予備１台の時の構成を第６図に示す。

受信機２　（２２８）は受信機１　（２２７）と受信機
３　（２２９）の代替受信機３　（２２９）は受信機４
　（２３０）の代替になるようスイッチを組合す事が可
能である。しかし第５図でも指摘したように、受信機１
　（２２７）を使用する時のスイッチ（２１３）と線路
（２１Ｂ）、受信機２　（２２８）を受信機１　（２２
７）の代替として使う時のスイッチ（２１３）と（２１
６）と線路（２１９）と（２２４）をまったく等価にす
る事はきわめて困難である。

このような重量軽減を達成しつつ９個々の受信機の信頼
性を向上させた素子により信頼度の高いフェーズド・ア
レー・アンテナを構成しようとするなら、出来る限り小
数の冗長系受信機を使った構成になる。しかしこの場合
小数の受信機がなるべく多くの現用受信機の代替になる
ようにするとスイッチ回路が複雑になり、それに伴って
線路長の設定や整合が複雑になるという困難がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の様に７エーズド・アレー・アンテナ装置の現用受
信機に小数の冗長受信機を備えた場合。

現用から予備に切換る時受信機に接続するスイッチや線
路で生ずる移相量の変化が発生しないよう構成する事が
困難であった。特に宇宙用として構成する時は最小限の
部品で構成する事が要求され軽量で特性の良い冗長系を
持つフェーズド・アレー・アンテナを構成する事が難し
い。

この発明では上記の現用と予備の切換時に移相量の変化
が発生せず、フェーズド・アレー・アンテナの性能劣化
を伴わないで冗長を構成できる事を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るスイッチ回路はロータリ型のものとし、
現用と予備の切換は該当部分のスイッチを動作させるの
ではなく、ロータリ型として一組に組込れた受信機群を
一斉に切換るようにしたものである。

〔作用〕

この発明に於いてはロータリ型のスイッチと受信機群の
配列を等測的にロータリ型スイッチの中心に点対称にな
るよう構成することにより受信機毎に等しい位相量を実
現し現用と予備の切換を容易にしたものである。

〔実施例〕

第１図はこの発明に係る受信機構成、第２図は第１図の
受信機群を用いたフェーズド・アレー・アンテナである
。

（１）〜（６）は受信機、　　＋７１（８１（４ｆ９は
ロータリ型スイッチ豐（９）〜翰、囮〜（５８）はロー
タリ型スイッチの接点。

（２１１−凶はロークリ型スイッチの両端子を接続する
スイッチ、＠〜０υは受信機入力点、（至）〜（至）は
ロータリ型スイッチと受信機を接続する線路、　０１〜
（＋４は受信機とロータリ型スイッチを接続する線路で
ある。Ｃ６８＞　、　（６９）は受信機群、　　（７０
）はロータリ型スイッチ、　　（７１）〜（７６）は受
信機、　　（８０）〜（８４）はアンテナ素子、　　（
８５）〜（９０）は出力である。

第１図では６個の受信機で５個が現用、１個が冗長の構
成を示している。この発明では受信機群は現用１個に対
して予備１個より構成されている。

ｉ個を幾つに選ぶかは信頼度設計により決定する。

この構成ではアンテナ素子は５個が対応する。アンテナ
素子からの出力は受信機入力として（イ）から０９まで
の５個に接続され、１系統の受信機が予備となる。こ＼
では受信機６（６）が予備であるとする。

入力＠〜ｃ３υに接続された信号はロータリ型スイッチ
の入力側接点（財）〜０υ、スイッチ２＋１−ｓ、受信
機傭スイッチ（９）〜０を経由して受信機（１）〜（５
）に接続する。

ロータリ型スイッチ（７１、＋８１と受信機を接続する
線路（至）〜（至）の各々の線路長は等しく作り同時に
受信機と出力側のロータリ型スイッチ禰の間の線路（至
）〜（４４の各々の線路長も等しく作ることが出来る。

ロータリ型スイッチ（７１、（８１は入力側と受信機側
より構成されており一万を固定し、−万が同心円上を回
転するような構造和なっている。こ＼では入力側（８）
を固定側とし、受信側（７）を可動側とする。

ロータリ型スイッチ（７）、線路（至）〜（至）、受信
機（１１〜（６）、線路（至）〜（財）とロータリ型ス
イッチ■の機械的な構造は、ロータリ型スイッチの回転
角に無関係に固定されている。また出力側のロータリ型
スイッチ（至）は入力側と連動して動く構造となってい
る。

例えば受信機５（５）が故障し別の受信機に変えたい時
はロータリ型スイッチを６０度時計廻わりに回転するこ
とにより故障した受信機５（５）を系から外すことがで
きる。このようにどの受信機が故障しても、ロータリ型
スイッチを６０度の整数倍回転させる事により故障した
受信機を冗長系のものに変えることかできる。こ＼でス
イッチ０１）〜■は単一接点の如く示されているが、実
際には受信機に必要なすべての接点を代表している・も
のである。

第２図では第１図の構成の受信機群でアンテナ素子を分
割し、受信機の冗長構成を実現したものである。受信機
群（６８）、　（６９）はその代表例である。

アンテナ素子（８０）〜（８４）はロータリ型スイッチ
（７０）Ｋ入力され、使用する受信機（７１）〜（７６
）ノ中から、５種類を選択し出力（８５）〜（９０）に
接続する・このようにして、第１図の構成の受信機群を
用いてアンテナ素子をミッション忙適合するように分割
しフェーズド・アレー・アンテナを構成することが出来
る。

〔発明の効果〕

フェーズド・アレー・アンテナのなかで電子部品の使用
点数の一番多い受信機の冗長系を、使用するいずれの受
信機の移相特性も揃ったものが得易いロータリ型スイッ
チを使用して構成し９位相特性の良好なフェーズド・ア
レー・アンテナでかつ軽量化と高信頼度の実現が計れる
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る受信機構成を示す図。 第２図はこの発明に係る受信機群を持つフェーズド・ア
レー・アンテナを示す図、第３図は従来の７エーズド・
アレー・アンテナを示す図、第４図は従来の２系列受信
機の冗長系を示す図、第５図は従来の現用２．予備１の
冗長構成を示す図、第６図は従来の現用３．予備１の冗
長構成を示す図である。 図中（１）〜（６）は受信機、（７）と（８）はロータ
リ型スイッチ、（９）〜員はロータリ型スイッチの入・
出力端子、　（２＋１−（至）はスイッチ、＠〜ｅｌｌ
）は受信機入力端。 （至）〜（至）はロータリ型スイッチと受信機を接続す
る線路、　０９−９４は受信機とロータリ型スイッチを
接続する線路、（ハ）は入力側と出力側のロータリ型ス
イッチの連動メカニズム０Ｑと＠Ｄは出力側ロータリ型
スイッチ、　　１４Ｉ〜（５８）はロータリ型スイッチ
の入・出力端子、　　（６０）〜（６４）は出力端子で
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 多数の素子アンテナと、それらの素子アンテナに１対１
   対で対応した受信機を持ち、それらの受信機の出力を合
   成しアンテナ出力を得るフェーズド・アレー・アンテナ
   に於いて、複数個の現用受信機と１箇の予備受信機を円
   筒の軸と垂直な面を軸を中心にして受信機の総数で等し
   く分割した放射線と円筒の円周面の交わる点を通る、軸
   方向に沿つて一つづつ円周面に配列し、これらの受信機
   から円筒の円周面を軸方向に沿つて入力線路及び出力線
   路を配線し、円筒の両端の円と円周面の交わる円周上で
   受信機の入力端と出力端にスイッチを設け、これらのス
   イッチを通じ現用分の受信機への入力並びに出力への接
   続が可能になり、かつ円筒の両端に対して円周面が円筒
   の軸を中心に回転できることを特徴とする冗長構成を持
   つフェーズド・アレー・アンテナ。