JPS6215908A - 電子走査モノパルスアンテナ及びシ−カ - 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） 本発明は、角度追尾レーダから、航空機、飛しょう体あ
るいは車両などの目標に電波を照射し、それらの目標か
ら反射してくる電波を媒体として目標の角度を追尾する
誘導飛しょう体搭載用レーダにおいで、アンテナのビー
ム駆動を機械を用いたサーボ装置ではなく電子的な方法
によって実行しかつ空間安定化を実現しようとする電子
走査モノパルスアンテナ及びシーカに関するものである
。

（従来の技術） 第３図の従来例を用いてこれまでの電子走査形のモノパ
ルスアンテナの問題点について述べる。

第３図において、第１受信信号７１は第１アンチ、ナ７
４において受信されて、第１アンテナ出カフ５になり、
第１移相器７８において、位相発生器１６の出力である
ｆ５１位相発生器出力１７の信号に応じた位相量が変化
して第１移相器出カフ９になり、モノパルス比較器１２
に入力される。

第２受信信号７３は第２アンテナ７６において受信され
第２アンテナ出カフ７になり、第２移相　　　　　　　
１器１０において第２位相発生器出力１９の信号に応じ
た位相量が変化して第２移相器出力１１になり、モノパ
ルス比較器１２に入力される。

モノパルス比較器１２では第１移相器出カフ９と第２移
相器出力１１との和と差が演算されてモノパルス和出力
１３及びモノパルス差出力１５になる。

角速度検出器３６は、電子走査モノパルスアンテナシー
カが搭載された飛しょう体の運動の角速度を検出するも
ので、例えばジャイロ等で構成される。この角速度検出
器３６の出力である角速度検出器出力３７は積分器３８
において積分されで積分器出力３９になり、更に正接補
正器６２において非線形補正された正接補正器出力６３
となって前述の位相発生器１６に入力される。

ここで、第１アンテナ出カフ５（Ｕｌ）、第２アンテナ
出カフ７（Ｕ２）を次のように定める。

Ｕ１’＝　ｓｉｎａ＋ｔ　　、　　　　　　””　　　
・”（１）Ｕ２　＝ｓｉｎａ＋ｔ　　　　、’　　　”
　　’　　−’　　−（２）第１移相器出カフ９（Ｖ、
）及び＠２移相器出力１１（Ｖ２）には次の信号がそれ
ぞれ出力する。

Ｖ＋　　＝　ｓｉｎ（ωを十ρ）　　　　　　　　　・
　（３）Ｖ２　＝　ｓｉｎ（ωｔ−ρ）　　　−□　　
　・・・（４）ただし、ρはそれぞれの移相器の位相量
である。

そして、第１移相器出カフ９（Ｖ、）及び第２移相器出
力１１（Ｖ２）の和及び差をとることにより目標の位置
（角度）を求めるが、この種の移相器は平面゛回路の経
路長をダイオードスイッチなどによって変更する構成で
あり、例えば波長３センチで０．１度の位相差を実現し
ようとすると３／３６０ミリメートルの経路長の変更に
相当し、実現は極めて困難である。従ってｆｊＳ１移相
器７８及び第２移相器１０の位相分解能がこれまでのも
のは大きすぎるために滑らかなアンテナビームの動きは
困難である。

また、量子化誤差を小さくする目的からアンテナモジュ
ールを数十個から数百側も使用してモノパルスアンテナ
を構成したのでは、砥めて高価なアンテナとなってしま
う。

（発明が解決しようとする゛問題点）　゛ところで、従
来の角度追尾レーダには、大別してアンテナビームを機
械的に駆動する方法と電子的に駆動する方法がある。−
・ 機械的にアンテナビームを駆動するためには磯十戒的な
サーボ装置によってアンテナビームを駆動することから
、小型軽量化及び高速のアンテナビーム駆動が困難であ
る。

他方、電子的にアンテナビームを駆動する技術はすでに
使われているが、ディジタル計算器による位相切り替え
方式（例えば第３図で説明したもの）であるため、アン
テナビームの動きに量子化誤差があり、機械式サーボ装
置のように滑らかな動きは困難である。

小型レーダ装置を搭載した誘導弾を比例航法により、目
標に向かって安定に飛しょうさせるためには、弾体に動
揺（振動）があっても、アンテナビームだけは常に目標
に向いているという、空間安定化性能が必要である。こ
のような飛しよう体に搭載されるレーダ装置に電子走査
アンテナを用いると、これ主では量子化誤差のために空
間安定化性能が劣化し、飛しょう体が不安定気味になる
ことから、高速にアンテナビームを駆動することのでき
る量子化誤差のない電子走査モノパルスアンテナ及びシ
ーカが要望されている。

（問題点を解決するだめの手段） 本発明は、上記の点に鑑み、高速にアンテナビームを駆
動することが可能でしかも量子化誤差のない電子走査モ
ノパルスアンテナ及びシーカを提供しようとするもので
ある。

ｆ：ｔＳ１図の実施例を説明するに先立って、第２図の
説明図を使いながら本発明の手段について説明する。

２つのアンテナ７４．７６間の距離をｄ（センナメート
ル）、使用する周波数の波長をλ（センナメートル）と
すると、目標からの電波がα（ラジアン）だけ正面（ア
ンテナの中心軸Ａ）からずれて到来するときには、２つ
のアンテナ７４．７６で受信したときの信号の位相差を
２φとすると ２πｄ ２φ　＝　−ｓｉｎα　　　　　　　・・・（５ａ）λ となる。ただし、πは円周率である。

同様に２つのアンテナの指向角をβ（ラジアン）だけ振
ったときには、２つのアンテナで受信される信号間の位
相差を２０とすると ２πｄ ２θ　＝　−ｓｉｎβ　　　　　　　−（６ｂ）λ 人 となる。

逆に２つのアンテナの信号間に位相差２θを作ればアン
テナはβだけ首を振ることができるが、これまでは経路
長を不連続にスイッチ回路を使用して切り替えることに
よって位相差を作り、階段状に首を振っていた。

本発明では、アンテナの走査を滑らかに実行するために
、掛算器あるいは変調器などのアナログ部品を使用して
量子化誤差をなくそうとするものである。

（作用） 使用する電波の角周波数をω（ランフ２フ秒）とすると
、第２図の第１アンテナ７４には第１受信信号７１が受
信され、次式で示される第１アンテナ出カフ５（Ｘ、５
）になる。

Ｘ７Ｓ　　＝　　ｓｉｎ（ωｔ−φ）　　　　　　　　
　　　　　　・　（７）ｆ：Ａ２アンテナ７６には次の
第２受信信号７３が受Ｍされ、次式で示される第２アン
テナ出カフ７（Ｘ７７）になる。

Ｘ７？　＝　ｓｉｎ（ωｔ＋φ）　　　　　　　　　・
　（８）ただし式（７）、（８）の位相差２φは電波の
到来方向が２つのアンテナの中心からずれていることに
よって起こる２つのアンテナへの到達時間差に相当する
位相差である。

式（７）の第１アンテナ出カフ５（Ｘ７５）は、第１図
の第１混合器２０により混合され、次のように加工され
て第１ハイブリツド出力２９（Ｘ２９）になる。

Ｘ２９　＝（！Ｏ８θｓｉｎ（ω、１−φ）　＋　ｓｉ
ｎθＸｃｏｓ（ωｈｔ−φ）　　　　　　　　　・　（
９）ただし、 であり、ω１は基準信号発振器出力６５の角周波数であ
る。

第１ハイブリツド出力２９（Ｘ２１）は再び混合されて
第３混合器出力６７（Ｘ６７）になる。

Ｘａｔ　　＝　　ｓｉｎ（ωし−φ　＋　θ　）　　　
　　　　　　・　（１１）となる。

式（８）の第２アンテナ出カフ７（Ｘｙｔ）は第２混合
器２２により次のように加工されて第２ハイブリツド出
力３ＨＸａ＋）になる。

Ｘ３１　　＝　００３θｓｉｎ（ωｔ＋φ）　　−ｓｉ
ｎθＸｃｏｓ（ωｔ＋φ）　　　　　　・・・（１２）
λ 第４ハイブリツド出力３１　（Ｘ、、）は再び混合され
て第４混合器出力６９（Ｘｉｓ）になる。

Ｘ、、　＝　ｓｉｎ（ωｔ＋φ−θ）　　　　・・・（
１３）モノパルス差出力儕２の一方のモノパルス和出力
１３（Ｘｌｆｆ）は、第３混合器出力６７（Ｌ？）と第
４混合器出力６９（Ｘｓｓ）との和で作られる。

Ｘ１３　＝　Ｘｓｔ　＋Ｘ５ｓ ＝　　２ｃｏｓ（θ−φ）ｓｉｎωし　　　・・・（１
４）モノパルス比較器１２の他方の出力であるモノパル
ス差出力１５（Ｘ’ｓ）は、ｔｊ＆３混合器出力６７（
Ｘ、、）及び第４混合器出力６９（Ｘｉｓ）をπ／２ラ
ジアンだけ位相を遅らせて加算することにより得られ、 Ｘ’ｓ　＝　Ｘｓ□−Ｘ　ａｓ ”２ｓｉ口（θ　−φ）ｓｉｎωｔ　　　　・・・（１
５）となる。

従って、モノパルス和出力１３（Ｘｌ、）を基準信号と
して、モノパルス差出力１５（Ｘ’ｓ）を同期検波する
と、 Ｚ　　＝　Ｘ、５Ｘ、３　＝　　Ｋｓｉｎ（θ−φ）　
　・（１６）となる。ただし、□は一周期の平均であり
、Ｋは比例定数である。

これまでの式から角度信号発生器出力の大きさｃＯ８θ
及びｓｉｎθを可変にすることによりθ　＝　φ　　　
　　　　　　　　　　・・・（１７）を実現することが
でき、誤差角の検出Ｉｆ１１構として望ましいことを示
しでいるので、電子走査形のモノパルスアンテナを構成
できることを示している。　　　　　　１次に第４図の
補足説明図を使って位相θの作り方について述べる。式
（６ａ）からｓｉｎβを作り、更にπｄ／λを掛けて信
号を分岐して （πｄ／λ）ｓｉｎβ及び（πｄ／λ）ｃｏｓβを作っ
てそれぞれの掛算器を使用すれば、式（１１）、（１３
）の信号を作ることができる。距離係数４６（Ｎ）は、
アンテナの中心からの距離に比例した正規化した量であ
り、アンテナが２個の場合は１であり、等間隔に並べた
ときの外側のアンテナへの供給信号のときにはＮ＝３に
なる。ｔＡ２図のαは電圧に対応するので、電圧が角度
に変換されることがわかる。

（実施例） 以下、本発明に係る電子走査モノパルスアンテナ及びシ
ーカの実施例を図面に従って説明する。

第１図において、第１受信信号７１は第１アンテナ７４
にて受信されてｍｉアンテナ出カフ５となり、第１混合
器２０にて基準信号発振器６４の出力である基準信号発
振器出力６５を基準信号として混合されて第１混合器出
力２１になり、第１・９０度ハイブリッド（分配・合成
器）５０に入力される。混合器出力２１はｆＪ＆ｉ・９
０度ハイブリッド５０で分配され、第１・９０度ハイブ
リッド第１出力５１ａ及び第１・９０度ハイブリッド第
２出力５１ｂになる６第１・９０度ハイブリッド第１出
力５１ａは第１ろ波器８０に入力され、ここで差の周波
数の項を除き和の周波数の項のみをろ渡して第１ろ波器
出力８１になり、第１掛算器２４において正弦関数発生
器出力４１と掛算されて第１掛算器出力２５となり第１
ハイブリツド２８に入力される。

第１・９０度ハイブリッド第２出力５１ｂは第３掛算器
５４に入力され余弦関数発生器出力４３とともに掛算さ
れて第３掛算器出力５５になり、第１掛算器出力２５と
ともに第１ハイブリツド２８においで加算されて第１ハ
イブリツド出力２９になる。第１八イブリツド出力２９
は第３混合器６６において基準信号発振器出力６５とと
もに混合される。

第２受信信号７３は第２アンテナ７６にて受信されてｔ
ＪＳ２アンテナ出カフ７になη、第２混合器２２におい
て基準信号発振器出力６５とともに混合されてｔｊ＆２
混合器出力２３になり、第２・９０度ハイブリッド５２
に入力され、第２・９０度ハイブリッド第１出力５３ａ
及び第２・９０度ハイブリッド第２出力５３ｂになる。

第２ノ）イブリッド第１出力５３ａは第２ろ波器８２に
入力され、ここで和の周波数の項のみをろ波されて第２
ろ波器出力８３となり、第２掛算器２６において正弦関
数発生器出力４１を位相反転器５８で位相反転した位相
反転器出力５９とともに掛算されて第２掛算器出力２７
になり、第２ハイブリツド３０に入力される。　第２・
９０度ハイブリッド第２出力５３ｂは第４掛算器５６に
入力され、余弦関数発生器出力４３とともに掛算されて
第４掛算器出力５７になり、第２ハイブリツド３０にお
いて第２掛算器出力２７とともに加算されて＄２ハイブ
リッド出力３１になる。第２ハイブリツド出力３１は第
４混合器６８において基準信号発振器出力６５とともに
混合される。

第３混合器出力６７及びｗｆＪ４混合器出力６９はモノ
パルス比較器１２に入力され和と差が演算されて、モノ
パルス和出力１３及びモノパルス差出力１５になる。

次に第４図の補足説明図について説明する。飛しょう体
の運動の角速度を検出する角速度検出器３６の出力であ
る角速度検出器出力３７は、積分器３８において積分さ
れて積分器出力３つになり、機体の傾きに相当する角度
を検出することができる。

角度信号６１は第２正弦関数発生器４４に加えられ、ｆ
ｊＳ２正弦関数発生器４４、距離係数４６及び比例定数
４８の積から式（６ａ）に相当する演算が実施され、正
弦関数発生器４０及び余弦関数発生器４２に入力され、
正弦関数発生器出力４１及び余弦関数発生器出力４３に
なる。なお距離係数４６はアンテナが２個の場合はＮ＝
１でありアンテナを直線上に等間隔に４個並べた場合に
はＮ＝３になる。積分器出力３９を角度信号６１にすれ
ば、極めて分解能の高い、飛しよう体誘導に必要な空間
安定化が可能な電子走査モノパルスアンチ　　・す及び
該電子走査モノパルスアンテナを用いたシーカを実現で
きる。

次に実施例の補足説明をする。

（ａ）　　第１図の実施例ではアンテナの数を２個で説
明したが、アンテナの数は２個以上あればよい。

また、アンテナビームを高低角及び方位角の２方向に自
由に首を振らすためのアンテナの数は４個以上あればよ
い。

（ｂ）　　第１掛算器２４及び第２掛算器２６はマイク
ロ波では、変調器によって構成されることが多い。

（ｃ）　　第１・９０度ハイブリッド５０と第１掛算器
２４の間に第１ろ波器８０を挿入したが、第１・９０度
ハイブリッドと第３掛算器５４の間に、同じ目的で挿入
してもよい。

（ｄ）　　信号の流れを第１受信信号７１から第３混合
器出力６７へと目標からの信号の受信の場合について説
明したが、送信の場合は第３混合器出力６７が入力にな
り第１受信信号７１が送信信号になる。

（発明の効果） （ａ）　　本発明の電子走査モノパルスアンテナ及びシ
ーカでは、振幅（ｓｉｎθＩ　ｅＯ３θ）を変化させる
ことによって位相を変化させており、振幅はアナログ方
式により極めて高い分解能で変化させることができるの
で、ディジタル方式の位相可変方式に比べてアンテナの
動きは格段に滑らかである。

（ｂ）　　ディジタル方式による位相を可変にする従来
方式は、細かくアンテナを動かすために、移相器を構成
品の一部として含むモジュールを数十個から数百６の多
数の使用によってアンテナの角度分解能をあげていたが
、本発明では方位角及び高低角の２方向にアンテナを動
かすときには４個あれば十分である。従って格段に経済
的である。

（ｃ）　　飛しょう体に取り付けた角速度検出器の出力
を使って、飛しょう体の動揺があっても、動揺を打ち消
してアンテナビームを目標に向けることが、アナログ回
路により可能であるので、量子化誤差により飛しょう体
が不安定気味になる問題が解決する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電子走査モノパルスアンテナ及び
シーカの実施例のブロック線図、第２図は第１図の実施
例を説明するための目標からの信号とアンテナの指向角
との関係を示す説明図、第３図は電子走査モノパルスア
ンテナの従来例を示すブロック線図、第４図は実施例の
補足説明図である。 １０・・・第２移相器、１１・・・１２移相器出力、１
２・・・モノパルス比較器、１３・・・モノパルス和出
力、１５・・・モノパルス差出力、１６・・・位相発生
器、１７・・・ｆ５１位相発生器出力、１９・・・第２
位相発生器出力、２０・・・第１混合器、２１・・・第
１混合器出力、２２・・・第２混合器、２３・・・ｆ５
２混合器出力、２４・・・第１掛算器、２５・・・第１
掛算器出力、２６・・・第２掛算器、２７・・・第２掛
算器出力、２８・・・第１ハイブリツド、２９・・・第
１ハイブリツド出力、３０・・・第２ハイブリツド、３
１・・・第２ハイブリツド出力、３２・・・角度信号発
生器、３３・・・第１角度信号発生器出力、３５・・・
第２角度信号発生器出力、３６・・・角速度検出器、３
７・・・角速度検出器出力、３８・・・積分器、３つ・
・・積分器出力、４０・・・正弦関数発生器、４１・・
・正弦関数発生器出力、４２・・・余弦関数発生器、４
３・・・余弦関数発生器出力、４４・・・ｆ５２正弦閃
敗発土器、４６・・・距離係数、４８・・・比例定数、
５０・・・第１・９０度ハイブリッド、５１ａ・・・第
１・９０度ハイブリッドｔｊ４１出力、５１ｂ・・・第
１・９０度ハイブリッドｆ５２出力、５２・・・第２・
９０度ハイブリッド、５３ａ・・・Ｐｔ５２・９０度ハ
イブリッド第１出力、５３ｂ・・・第２・９０度ハイブ
リッドｆｊＳ２出力、５４・・・第３掛算器、５５・・
・第３掛算器出力、５６・・・第４掛算器、５７・・・
第４掛算器出力、５８・・・位相反転器、５９・・・位
相反転器出力、６１・・・角度信号、６２・・・正接補
正器、６３・・・正接補正器出力、Ａ・・・アンテナ基
準軸、６４・・・基準信号発振器、６５・・・基準信号
発振器出力、６６・・・第３混合器、６７・・・第３混
合器出力、６８・・・ｔｌＩＩ４混合器、６９・・・第
４混合器出力、７１・・・第１受信信号、７３・・・ｐ
ｔＳ２受信信号、７４・・・Ｐｔ５１アン　　　　　　
　１テナ、７５・・・第１アンテナ出力、７６・・・第
２アンテナ、７７・・・Ｐｌｓ２アンテナ出力、７８・
・・第１移相器、７９・・・第１移相器出力、８０・・
・第１ろ波器、８１・・・ｆ５１ろ波器出力、８２・・
・ｆｉ２ろ波器、８３・・・第２ろ波器出力。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数のアンテナにより組み構成される電子走査モ
   ノパルスアンテナにおいて、１つのアンテナにより受信
   した信号を基準信号を用いて混合器において混合したと
   きに得られる周波の和の項と差の項との２つの信号に分
   岐して、分岐した一方の信号に次式 θ＝（πｄ／λ）ｓｉｎβ （ただし、πは円周率、ｄはアンテナ間距離、λは波長
   ） の関係からアンテナ首振角度（β）に相当する位相量（
   θ）の正弦信号によって掛算器あるいは変調器により掛
   算をし、前記分岐した他方の信号に前記位相量の余弦信
   号によって掛算器あるいは変調器により掛算をし、再び
   前記分岐した２つの信号を加算し基準信号を用いて混合
   することによって１個のモジュールを構成し、当該モジ
   ュールの出力信号と他の対になるモジュールの出力信号
   との位相関係が一軸で考えるときには ｓｉｎ（ωｔ−φ＋θ）とｓｉｎ（ωｔ＋φ−θ）（た
   だし、ωは受信信号の角周波数、２φは受信信号の位相
   差） の関係になっている場合の両出力信号の和及び差を作る
   ことによってモノパルスアンテナの指向角を駆動するこ
   とを特徴とする電子走査モノパルスアンテナ。
2. （２）複数のアンテナにより組み構成される電子走査ア
   ンテナにおいて、１つのアンテナにより受信した信号を
   基準信号を用いて混合器において混合したときに得られ
   る周波の和の項と差の項との２つの信号に分岐し、一方
   前記アンテナが搭載された飛しょう体の角速度検出器の
   出力を積分し次式 θ＝（πｄ／λ）ｓｉｎβ の演算をして位相角演算をし、さらに正弦及び余弦の演
   算をして正弦信号及び余弦信号を作成し、前記分岐した
   一方の信号に前記正弦信号によって掛算器あるいは変調
   器により掛算をし、前記分岐した他方の信号に前記余弦
   信号によって掛算器あるいは変調器により掛算をし、再
   び前記分岐した２つの信号を加算し基準信号を用いて混
   合することによって１個のモジュールを構成し、当該モ
   ジュールの出力信号と他の対になるモジュールの出力信
   号との位相関係が一軸で考えるときには ｓｉｎ（ωｔ−φ＋θ）とｓｉｎ（ωｔ＋φ−θ）（た
   だし、ωは受信信号の角周波数、２φは受信信号間の位
   相差） の関係になっている場合の両出力信号の和及び差を作る
   ことによって、前記飛しょう体に動揺があってもアンテ
   ナビームを常に目標に向けることを特徴とする電子走査
   アンテナシーカ。