JPS62272171A - 方向探知アンテナシステム - 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】 ３、発明の詳細な説明 この発明は、少な（とも一方向上で相互にはなれたアン
テナ要素のアレイを具え、さらにそれら要素から和放射
パターンと差放射パターンとを形成するため、給電手段
を具えた方向探知アンテナシステムに係り、特にそのア
レイが前記一方向と放射パターンの軸とを含む平面内で
曲率を有するシステムに関するものであるが、しかしそ
れに限定されるものではない。

この明細書の冒頭に述べたようなアンテナシステムは公
知である。それらは、和と差のパターンを備えてそれぞ
れ受信される信号の振幅ならびに／または位相を比較す
る装置で、ＲＦ倍信号典型的にはマイクロ波信号、の入
射方向を決めるためのいわゆる単一パルスシステムに使
用されてもよい。かかる装置では、和パターンの大きさ
がそのピーク値から指定された範囲内にある時、差パタ
ーンの中央ヌルの領域を除いては、差パターンの大きさ
が和パターンの大きさを必ず越えることが確保されるの
が望ましい。この事は、例えば、数多くの波長にわたっ
て延在する大きなアレイ、特に前記１方向でアレイにわ
たり一様でない振幅分布が和パターンに対する要素の寄
与に印加されるアレイでは達成されるのが特に困難であ
ろう。しかしながら、例えば先細りがほとんどないか全
くない振幅が和パターンに印加される比較的小さなアレ
イに、ある条件で到達するのも困難であろう。

それは役にたつ要素のほとんどないものからの利得を最
大にするのが困難であるからである。

本発明に関わる、この明細書の冒頭に述べた方向探知ア
ンテナシステムは、副アレイの位相中心にまたはその間
に存在する内側要素の差パターンと和パターンヘの寄与
に比較して、和パターンが形成される副アレイの位相中
心を前記方向上で越えて存在する外側要素の、和パター
ンより差パターンヘの寄与がより小さいことを特徴とす
るものである。

“寄与”という語が受信についてアレイの使用を意味す
るものであれば、そのアレイは送信についても別にまた
は二者択一的に使用されると認識されるだろう。

外側要素の差パターンヘの寄与の削減は副アレイの位相
中心間距離を効果的に削減し、かくて外側要素が和パタ
ーンヘなすのと同じ寄与をなしたとした時より差パター
ンをより小さな指向性とする。この１つの効果は差パタ
ーンのピーク間角度間隔を増大しかくてこれらのピーク
を越えた角度で差パターンの大きさを上昇させる。外側
要素の寄与における適切な削減は経験的に決定されるだ
ろう（他、の効果は和パターンの大きさが差パターンの
大きさを越える中心の角度範囲を拡げることであるのは
注目されることで、許容される拡大の範囲は異なった用
途で変化する。この拡大とより大きな角度での差パター
ンの所望の増大との間の適切な妥協は経験的に到達し得
る）。

特に簡単な実施態様では、各副アレイの位相中心を越え
て存在する少なくとも１つの外側要素が差パターンに何
ら寄与しないことを特徴とするものである。

本発明に好適な実施態様はまた、前記アレイが前記１方
向と放射パターンの軸とを含む平面内で曲率を有するこ
とを特徴とするものであってもよく、かかるアレイでは
別に所望の帯域幅を有する差パターンを得ることが特に
困難である。かかるアレイは前記アンテナ要素が、給電
放射器と共同して前記アレイよりほぼより高い周波数で
動作するアンテナ反射器上に支持されるマイクロストリ
ップパッチ放射器であることを特徴とするものであって
もよく、その時アレイは、また和パターンに比して十分
な大きさを有する差パターンを得るのを特に困難とする
前述のごとき前記方向で比較的小さなひろがりを有する
。かかる装置の例はＩＦＦ　（敵味方識別装置用）アレ
イで、それはＩＧＨｚのまわりでＬバンドで作用しさら
に、例えば、９ＧＨ２のまわりでＸバンドで作用するレ
ーダーアンテナの反射器上に支持され、ＩＦＦアレイは
かくてレーダーアンテナとともに機械的に走査される。

レーダーアンテナの口径がレーダーの作用周波数での複
数の波長（すなわち３０の波長）に典型的に等しい限り
は、この大きさは（その中でＩＦＦアレイが強制的に適
合させられる）ＩＦＦ周波数でいくつかの波長にのみ等
しい。

以下添付図面を参照し実施例により本発明の詳細な説明
する。

第１図は、本発明に関わる実施態様の方向探知システム
用アンテナ要素のアレイを示す。アレイの要素はこの例
では８つのマイクロストリップパッチ要素１−８として
形成されレーダーアンテナのパラボラ状反射器９上に支
持されている。このマイクロストリップパッチ放射器は
２行に配列され、４つのパッチの各々は水平方向に延在
し、要素の２行はく１行よりも）利得を増大させるため
に使用される。反射器はアレイの和および差の放射パタ
ーンの軸（すなわち図の紙面に直角）と行の長さ方向と
を含む面内で曲率を有し、換言すると、反射器は水平面
内で曲率を有しく図示のごと＜）、垂直面内でまた曲率
を有する。水平面での曲率は第２図に図示されており、
それは第１図で線■−■での断面で、簡単化のため要素
の１行のみが示されている。第２図はまた反射器９と作
用的に関連する給電ホーン放射器１０を略図的に示して
いる。放射パターンの軸に直角な水平方向については、
相互に同じ距離りだけはなれた４つの位置のそれぞれに
位置する。

第２図示のごとく、パッチのおのおのは放射器を形成す
る薄い導電層１１を具えている。これは反射器９上に順
次に支持される誘電体層１２上に配列される。マイクロ
ストリップ面を接地するために、反射器は導電材料から
なっていてもよいし、給電放射器１０に面する表面に少
なくとも導電被覆を備えた誘電体材料からなっていても
よい。この実施態様では、各パッチ要素の導電層１１を
支持する誘電体層の前面は平面で、一方後面は反射器９
０曲面に沿っている。その結果パッチ要素の厚み、すな
わち導電層１１と反射器９に備わる接地面間間隔はパッ
チにそって変化し、これはパッチアンテナ要素の帯域幅
を増大し、それは異なったそれぞれの周波数での送信と
受信にとって有利である。

和放射パターンを形成するために、８つの要素の全アレ
イが使用される。８つの要素は全アレイの位相中心１３
の反対側にそれぞれ要素１．２゜５．６と３．４．７．
８とを具えた２つの副アレイを形成するものと考えてよ
い。第３図を参照して再び説明されるごとく、この実施
態様の給電ネットワークはアレイの最も外側の要素につ
いては位相遅延を具え、それで和差のパターンの軸にご
く近い角度で（照準合わせ）送信および受信に関し、要
素は効果的には水平面でほぼ同一直線上にある。２つの
副アレイの各々の位相中心１４と１５それぞれは、かく
てそれぞれの副アレイの要素の水平位置間の中間にある
。

第３図は要素ｌ−８のアレイからの和および差の放射パ
ターンを形成するための給電ネットワークを概略的に示
している。このネットワークは水平方向に同じ位置で、
２つの行にわたりそれぞれ各２つの隣接要素からの信号
を結合する４つの３ｄＢ同相電力分割器／結合器１７−
２０を具えている。

前述のように、最も外側要素用給電器（結合器１７と２
０）は位相遅延を備え、２１．２２それぞれでφで概略
表わされている、それで行の４つの要素は１行での４つ
の要素は照準合わせの送信および受信に関して効果的に
はほぼ同一直線上にある。これら位相遅延に続くフィー
ダーはそれぞれａとｂで表わされ、結合器１８と１９か
らのフィーダーはそれぞれＣとｄで表わされる。ライン
ａとｂ上の信号は、外側の４つの要素からの信号の和、
Σｏ４を形成するため別の３ｄＢ同相同相電力器２３で
加算される。ラインＣとｄでの内側の４つの要素からの
信号はそれぞれハイブリッド結合器２４の２つのポート
に供給され、そこで２つの別のポートにこれら信号の和
および差Σ１４とＡ、４それぞれを生じる。すべての８
つの要素からの信号の和、Σ８を生じるためΣ１．はさ
らに別の３ｄＢ同相同相電力器２５でΣ。、に加えられ
る。

差信号／Ｉｔ＜は水平方向に距離り離れている内側要素
のみから導出され、一方和信号Ｅ８はその位相中心が距
離２Ｄ離れている副アレイから導出されるから、差パタ
ーンはそれが和パターンが導出される２つの副アレイか
ら導出されたとした時よりも指向性が小さい。その結果
差信号が前記２つの副アレイから導出されたとしてもそ
の大きさが照準合わせにかなり近い角での和信号の大き
さを下まわり易い（差パターンの中心ヌルよりはなれて
）から、本発明の実施態様にとってはこの事は考える必
要はない。第４図は、第１図から第３図に述べられたと
同じ構成の実施態様で測定された和パターン（実線）と
差パターン（破線）を機械的照準合わせについて角度零
度を基準にｄＢで示している。この実施態様は和パター
ンの大きさがそのピーク値の２０ｄＢ以内にあったとし
ても中心ヌルからはなれた所で差パターンの大きさが和
パターンの大きさを越えねばならぬという基準を満足せ
ねばならなかった。理解されるごとくこの基準は本質的
なマージンによって満足されてきた。

結合器２３と結合器１７および２０それぞれとの間に２
つの位相遅延φ（２１，２２）を使用する代わりに、唯
１つの位相遅延φを結合器２３と２５の間に使用しても
よい。

差パターンにすこしも寄与しないアレイの外側要素の代
わりに、（内側要素の寄与に対して）それらの寄与を単
にいくらか削減してもよい。これは差パターンの利得の
増大とか和パターンの太きさが差パターンの大きさを越
える中央の角度範囲を削減する利点の可能性を有するが
、なにかより複雑になる欠点がある。第５図は第３図の
１つのハイブリッド結合器２４と２つの結合器２３およ
び２５がすくなくとも２つのハイブリッド結合器と２つ
の結合器により置換された第３図の給電ネットワークの
変形部を概略的に示す。第５図のネットワークでは第３
図と同じ４つの給電ラインａ−ｄを使用する。ラインＣ
とｄは出力ＡＨａと”１４を生じる第１のハイブリッド
結合器２４用の人力で、−万人力ラインａとｂは出力Ａ
。、（２つの外側要素の対からの信号差）とＥ。、を生
じる第２のハイブリッド結合器２７用人力である。和信
号”＋４と”０４は信号Σ８を生じる３ｄＢ同相結合器
２８に印加される。差信号Ａ。、は、その出力が信号（
Ａｔ４＋ｋＡｏ、）を生じる３ｄＢ同相結合器３０で差
信号／１１４に加算される減衰器２９に供給され、ここ
でＱ＜ｋ＜１である。減衰器２９と等電力結合器３０の
代わりに、不等結合／分割を与える結合器／分割器が使
用されてもよい。

外側要素の差パターンヘの寄与の大きさの絶対値を削減
する代わりに、内側要素の差パターン（がしかし和パタ
ーンではない）への寄与の大きさの絶対値を増幅により
増大してもよいし、それで内側要素の差パターンと和パ
ターンヘの寄与と比較して外側要素は和パターンより差
パターンヘの寄与がより小さい。

例えば、関連方向で一様にはなれた８ケまたはそれ以上
の要素を具えたアレイで本発明が実施態様化される場合
、和パターンより差パターンヘの相対的寄与がより小さ
い外側要素が前記方向で一番外側の要素である必要はな
いが、差パターンの所望の広帯域化が得られるよう和パ
ターンがそれから形成される副アレイのく位相中心間ま
たは位相中心よりむしろ）位相中心を越えて存在せねば
ならぬ。

このアレイは関連方向ではなれた位置の（偶数よりもむ
しろ）奇数で要素を具えていてもよい。

例えば、全アレイの位相中心にある１つの要素でもよい
。その場合、中心要素は差パターンの形成に使用されな
いで和パターンの形成に使用され得るだろうし、中心要
素の和パターンヘの寄与はその時観念的には全アレイの
位相中心の反対側の２つの副アレイ間に等しく分割され
る。

上述の構成の実施態様では、パッチは水平方向に幅９ｃ
ｍ垂直方向に幅１１ｃｍであった。それらの間隔は水平
方向１７ｃｍ（距離Ｄ）垂直方向２０ｃｍであった。位
相遅延φの値は５０−６０度程度で、電力分割器／結合
器はウィルキンソン（Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ）型、ハイブ
リッド結合器は１と％波長の円周を備えた１８０度ハイ
ブリッドリングであった。これら部品は、０．６３５　
ｍｍ厚さのアルミナ基板上に形成された。パッチの誘電
体の厚みはパッチの縁部の１．５ｃｍから中心の２．　
Ｏｃｍまで変化し、誘電体材料はプレセイ（Ｐｌｅｓｓ
ｅｙ　）社製のＰＩＯポリウレタンフォームであった。

レーダーアンテナ反射器は導電性炭素繊維材料からなり
、口径は水平方向約１０７ｃｍ垂直方向約４１ｃｍ焦点
距離は４３ｃｍであった。パフチアレイは１．０３と１
．０９ＧＨｚで動作し、レーダーアンテナは９．０−９
．５　Ｇ　Ｈｚで動作した。

【図面の簡単な説明】

第１図は、マイクロストリップパッチアンテナ要素の方
向探知アレイを支持するレーダーアンテナパラボラ状反
射器の略正面図を示し、第２図は、マイクロストリップ
パッチの行と支持反射器の略断面図およびレーダーアン
テナの給電ホーンを示し、 第３図は、方向探知アレイ用給電ネットワークの路線図
を示し、 第４図は、構成された実施態様で測定された和および差
放射パターンを示し、 第５図は、給電ネットワークの部分変形例を示す。 １−８・・・マイクロストリップパッチ９・・・パラボ
ラ状反射器 １０・・・給電ホーン放射器 １１・・・薄い導電層　　１２・・・誘電体層１３・・
・全アレイの位相中心 １４．１５・・・副アレイの位相中心 １７−２０・・・３ｄＢ同相同相電力器２１．２２・・
・位相遅延 ２３．２５．２８．３０・・・３ｄＢ同相同相電力器２
４．２７・・・ハイブリッド結合器 ２９・・・減衰器 特許出願人　　　エヌ・ベー・フィリップス・フルーイ
ランペンファブリケン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも一方向上で相互にはなれたアンテナ要素
   のアレイを具え、さらにそれら要素から和放射パターン
   と差放射パターンとを形成するため、給電手段を具えた
   方向探知アンテナシステムにおいて、 副アレイの位相中心にまたはその間に存在 する内側要素の差パターンと和パターンヘの寄与に比較
   して、和パターンが形成される副アレイの位相中心を前
   記方向上で越えて存在する外側要素の、和パターンより
   差パターンへの寄与がより小さいことを特徴とする方向
   探知アンテナシステム。 ２、特許請求の範囲第１項に記載のシステムにおいて、
   各副アレイの位相中心を越えて存在する少なくとも１つ
   の外側要素が差パターンに何ら寄与しないことを特徴と
   する方向探知アンテナシステム。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項に記載のシステ
   ムにおいて、前記アレイが前記１方向と放射パターンの
   軸とを含む平面内で曲率を有することを特徴とする方向
   探知アンテナシステム。 ４、特許請求の範囲第３項に記載のシステムにおいて、
   前記アンテナ要素が、給電放射器と共同して前記アレイ
   よりほぼより高い周波数で動作するアンテナ反射器上に
   支持されるマイクロストリップパッチ放射器であること
   を特徴とする方向探知アンテナシステム。 ５、特許請求の範囲第１項から第４項のいずれかに記載
   のシステムにおいて、前記方向に関して４つの相互に離
   れた位置の各々に１つまたはそれ以上の要素を具えたこ
   とを特徴とする方向探知アンテナシステム。