(57)【要約】【課題】空中線モジュールにおける出力の制約を解消してより高い電力の出力を可能にすることで、状況に応じてより有効なアンテナビームを形成できるアクティブフェーズドアレイレーダを提供する。【解決手段】空中線モジュール２０において送信用可変減衰器６ａを電力増幅器７の入力側に配置することで出力の制約を解消しより高い電力の出力を可能にし、制御装置８が、各空中線モジュール２０の電力増幅器７、可変減衰器６ａ，６ｂおよび回路切換え機構２〜４を制御してアンテナ開口面での波源分布特性を、送信時には均一分布特性又は密度テーパ分布特性に切換え、受信時には均一分布特性又は振幅テーパ分布特性に切換える。【選択図】図２
2010145246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ開口面に沿って配置された複数の放射素子と、
前記放射素子と電力分配合成装置との間に接続され放射素子の送受信の電力制御を行うそれぞれの放射素子に設けられた空中線モジュールと、
前記各空中線モジュールに接続され前記放射素子によるアンテナ開口面での波源分布特性制御を行う制御装置と、
を備え、
前記各空中線モジュールが、送信のための電力増幅器と、少なくとも１つの可変減衰器と、送信時には前記電力増幅器の入力側に前記可変減衰器が接続されるように、前記電力分配合成装置と放射素子の間で送信時と受信時で回路接続を切り換える回路切換え機構とを設け、
前記制御装置が、各空中線モジュールの前記電力増幅器、可変減衰器および回路切換え機構を制御してアンテナ開口面での波源分布特性を、送信時には均一分布特性又は密度テーパ分布特性に切換え、受信時には均一分布特性又は振幅テーパ分布特性に切換える、
ことを特徴とするアクティブフェーズドアレイレーダ。
【請求項２】
各空中線モジュールが、送信用可変減衰器と受信用可変減衰器を設け、前記送信用可変減衰器が電力増幅器の入力側に固定的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のアクティブフェーズドアレイレーダ。
【請求項３】
各空中線モジュールが送受信用可変減衰器を設け、制御装置が、各空中線モジュールの回路切換え機構を、送信時に電力分配合成装置、送受信用可変減衰器、電力増幅器、放射素子の順で接続する回路を構成し、受信時に放射素子、送受信用可変減衰器、電力分配合成装置の順で接続する回路を構成するように制御することを特徴とする請求項１に記載のアクティブフェーズドアレイレーダ。
【請求項４】
制御装置が、外部からのレンジ指定信号に従って、送信時および送信受信時のアンテナ開口面の波源分布をロングレンジとショートレンジの各運用時に各々独立して制御することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載のアクティブフェーズドアレイレーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はアクティブフェーズドアレイレーダ、特に空中線(アンテナ)モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
陸上(車両を含む)、航空機又は艦船のプラットフォームに搭載するレーダについては、レーダの多機能化、即応性等の能力から、レーダから照射するビームを電子的に走査することができるアクティブフェーズドアレイレーダ方式が採用される趨勢となっている。
【０００３】
アクティブフェーズドアレイレーダが、反射電波の散乱が大きくなるような、有効反射面積の小さい目標を探知・追尾するためには、有効反射面積の小さい目標から反射される小さな電力を受信することが要求され、それ故、レーダから照射するビームの高出力化が求められる。また、有効反射面積の小さい目標から反射される小さな電力を受信し目標として検出するためには、クラッタ(海面や雨による反射)又はジャミング(妨害電波)からの不要信号の影響によって小さな電力を受信できないことのないよう、ビームの低サイドローブ化が要求される。さらに、プラットフォームにレーダを搭載するためには、レーダの小型・軽量化が必要となり、特に、レーダを構成するアンテナの小型・軽量化が必要である。他方、小さな電力を受信し目標として検出するためには、アンテナの大型化が必要となる。
【０００４】
アクティブフェーズドアレイレーダのアンテナ出力を高出力化し、かつ、アンテナの小型化を図る方式として、全ての放射素子を同出力のアンテナモジュールで給電するような、アンテナ開口面の波源分布を均一分布特性としたアンテナ制御方式がある。しかし、アンテナ開口面を均一分布特性とした場合、ビームのサイドローブレベルが約−１３ｄＢと大きな値となり、クラッタ又はジャミングからの不要信号の影響を受ける。それ故、受信時には、ビームのサイドローブレベルが約−３０ｄＢと小さな値をとるような、例えばアンテナ開口面の波源分布をテーパ分布特性として、受信ビームを形成する必要がある。
【０００５】
アクティブフェーズドアレイレーダにて、アンテナ開口面の波源分布を送信時及び受信時で切換える方式として、アンテナモジュール内回路に可変減衰器を組み込み、可変減衰器を用いてアンテナ開口面の波源分布を制御するといった従来技術があった(例えば、特許文献１)。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１０７３３５号公報(特に第４頁、図１)
【０００７】
ただし、該従来技術ではアンテナモジュール内回路にて、電力増幅器の後段に可変減衰器が接続されているため、送信電力が高出力化されるレーダでは、可変減衰器の耐電力に限界が生じ、アンテナ開口面の波源分布を切換えて利用することができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のように従来のアクティブフェーズドアレイレーダにおいては、アンテナモジュール内の可変減衰器の耐電力性能を向上する必要があるが、その性能には限界があった。
【０００９】
また、アンテナモジュール内には送信用可変減衰器と受信用可変減衰器の２つの可変減衰器が存在しており、アンテナモジュール内の回路構成が複雑であった。その結果、小型・軽量、低価格化を図ることが困難であった。
【００１０】
この発明は、係る問題を解消するためになされたものであり、空中線(アンテナ)モジュールにおける出力の制約を解消しより高い電力の出力を可能にすることで、状況に応じてより有効なアンテナビームを形成できるアクティブフェーズドアレイレーダを提供することを目的とする。
【００１１】
より詳細には、より高い電力の出力が可能な空中線モジュールの実現により、アンテナ開口面の波源分布を、送信時には均一分布特性又は密度テーパ分布特性に切換え、また受信時には均一分布特性又は振幅テーパ分布特性に切換えることができるアクティブフェーズドアレイレーダを提供する。また空中線モジュール内の回路構成の簡素化を実現した。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明は、アンテナ開口面に沿って配置された複数の放射素子と、前記放射素子と電力分配合成装置との間に接続され放射素子の送受信の電力制御を行うそれぞれの放射素子に設けられた空中線モジュールと、前記各空中線モジュールに接続され前記放射素子によるアンテナ開口面での波源分布特性制御を行う制御装置と、を備え、前記各空中線モジュールが、送信のための電力増幅器と、少なくとも１つの可変減衰器と、送信時には前記電力増幅器の入力側に前記可変減衰器が接続されるように、前記電力分配合成装置と放射素子の間で送信時と受信時で回路接続を切り換える回路切換え機構とを設け、前記制御装置が、各空中線モジュールの前記電力増幅器、可変減衰器および回路切換え機構を制御してアンテナ開口面での波源分布特性を、送信時には均一分布特性又は密度テーパ分布特性に切換え、受信時には均一分布特性又は振幅テーパ分布特性に切換えることを特徴とするアクティブフェーズドアレイレーダにある。
【発明の効果】
【００１３】
この発明では、より高出力化された空中線モジュールの実現等により、状況に応じてより有効なアンテナビームを形成できるアクティブフェーズドアレイレーダを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、この発明を図を用いて実施の形態に従って説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明によるアクティブフェーズドアレイレーダ全体の概略的な構成を示す図である。直線や任意の曲線形状のアンテナ開口面に沿って設けられ、空中線モジュール２０から入力された電力信号を電波として放射し、また外部からの電波を受信して電力信号に変換する放射素子９の各放射素子９には、放射素子９の送受信の電力制御を行う空中線モジュール２０がそれぞれ接続され、各空中線モジュール２０には、各空中線モジュール２０への電力の分配、各空中線モジュール２０からの電力の合成を行う電力分配合成装置１、複数の放射素子９によるアンテナ開口面での波源分布特性制御を行う制御装置８が接続されている。また電力分配合成装置１には送信のための信号源２２と受信のための受信装置２３がサーキュレータ２１を介して接続されている。
【００１５】
図２は図１の各空中線モジュール２０の構成を示す図である。放射素子９と電力分配合成装置１の間に接続されている各空中線モジュール２０は、送信時にＴＡ、ＴＢ、ＴＣ側に接続される送受切換スイッチ２，３，４(回路切換え機構)、送信時及び受信時に、送信電力信号又は受信電力信号の位相を制御する可変移相器５、送信時の送信電力信号量を可変に減衰できる送信用可変減衰器６ａ、受信時の受信電力信号量を可変に減衰できる受信用可変減衰器６ｂ、入力した送信電力信号量を増幅する電力増幅器７、送信時には送信電力信号を放射素子９に送信し、受信時には放射素子９からの受信電力信号を受信するように切換えるサーキュレータ１０、入力した受信電力信号を飽和させないように受信電力量を制限するよう制御するリミッタ１１、入力した受信電力信号を増幅させる低雑音増幅器１２を備える。
【００１６】
制御装置８は、送受切換スイッチ２，３，４、送信用可変減衰器６ａ、受信用可変減衰器６ｂ、電力増幅器７に接続され、送受切換スイッチ２，３，４の切り換え制御や、電力増幅器７のＯＮ／ＯＦＦ切換えや、送信用可変減衰器６ａ、受信用可変減衰器６ｂの減衰量調整制御を行う。
【００１７】
次に図２の動作について説明する。電波を送信するときは、送受切換スイッチ２〜４は図示のように端子ＴＡ，ＴＢ，ＴＣ側にそれぞれ切り換えられ、送信電力信号が電力分配合成装置１から送信され、送受切換スイッチ２内のＴＡ側、送受切換スイッチ３内のＴＢ側を通って、可変移相器５にて位相制御され(可変移相器５の移相量は図示されない別系統の制御装置で制御される)、位相制御された送信電力信号は送受切換スイッチ４内のＴＣ側に接続される。電力増幅器７の電力増幅性能には個体差が多いため、送信用可変減衰器６ａにてその個体差が調整される。送信用可変減衰器６ａおよび受信用可変減衰器６ｂは、制御装置８により減衰量が制御される。
【００１８】
制御装置８では、アンテナ開口面の波源分布を均一分布特性とする場合には、全ての空中線モジュール２０の電力増幅器７をＯＮにし、アンテナ開口面の波源分布を密度テーパ分布特性とする場合には一部の空中線モジュール２０で電力増幅器７をＯＦＦに設定するように制御する。電力増幅器７がＯＮの場合、電力増幅器７からの送信電力信号の強度を均一に高出力化して、サーキュレータ１０を介して放射素子９から送信電波が出力される。電力増幅器７がＯＦＦの場合は送信電波は出力されない。
【００１９】
電波を受信するときは、放射素子９から入力した電波が受信電力信号としてサーキュレータ１０に入力され、受信電力信号を検出できるようリミッタ１１及び低雑音増幅器１２により受信電力信号が形成される。送受切換スイッチ２〜４は端子ＲＡ，ＲＢ，ＲＣに側に切り換えられ、形成された受信電力信号は送受切換スイッチ３内のＲＢ側から可変移相器５に導かれ、可変移相器５で移相制御され、位相制御された受信電力信号が送受切換スイッチ４内のＲＣ側に導かれ、受信用可変減衰器６ｂにおいて、アンテナ開口面が均一分布特性又は振幅テーパ分布特性となるように受信電力信号の強度が制御され、最後に送受切換スイッチ２内のＲＡ側から電力分配合成装置１に導かれ。
【００２０】
ここで、アンテナ開口面の波源分布とそれによって形成されるアンテナビーム形状の関係について、図４を用いて説明する。図４の(ａ)はアンテナ開口面における放射素子９の配列の一例、(ｂ)〜(ｄ)はそれぞれ均一分布、振幅テーパ分布、密度テーパ分布における(ａ)のアンテナ開口面(アレー面)に沿った放射電力を示す。各空中線モジュール２０の電力増幅器７からの送信電力信号の強度を均一にしてそれぞれの放射素子９に給電すれば、アンテナ開口面の波源分布は図４の(ｂ)に示す均一分布１３となり、このときアンテナビーム形状はビーム幅が小さく利得が大きな鋭いビームとなる。ただし、サイドローブレベルは約−１３ｄＢと大きな値である。
【００２１】
サイドローブ抑圧のためには、給電電力を放射素子９毎に変えて供給する必要がある。低サイドローブのビーム形成のための波源分布として、図４の(ｃ)(ｄ)に示す振幅テーパ分布１４や密度テーパ分布１５などが知られている。振幅テーパ分布１４は、放射素子９毎の給電電力強度を可変減衰器(６ａ，６ｂ)での減衰量(減衰率)を制御装置８により制御することによって実現できる。また、密度テーパ分布１５は、制御装置８にて一部の空中線モジュール２０の電力増幅器７をＯＦＦに設定することにより実現できる。ただし、振幅テーパ分布及び密度テーパ分布時には、ビーム幅が大きく利得が比較的小さなビームとなる。
【００２２】
以上のように、電力増幅器７の入力側に送信用可変減衰器６ａを設けることで、高出力化されたアクティブフェーズドアレイレーダにおいて、アンテナ開口面の波源分布を、送信時には均一分布特性又は密度テーパ分布特性に切換えることができ、また、受信時には均一分布特性又は振幅テーパ分布特性に切換えることができる。また、送信用可変減衰器６ａを電力増幅器７の前段に設けているので、電力増幅器７の後段に設ける場合に比べて送信用可変減衰器６ａにダメージを与える心配なく電力増幅器７の出力を大きくすることができる。
【００２３】
実施の形態２．
図３はこの発明の別に実施の形態によるアクティブフェーズドアレイレーダにおける空中線モジュールの構成を示す図である。アクティブフェーズドアレイレーダ全体の構成は図１のものと同じである。図３において上記実施の形態と同一もしくは相当部分は同一符合で示し説明を省略する。図３の空中線モジュール２０では、１つの可変減衰器６を可変移相器５と直列に接続し、送信時と受信時で共有する構成にされている。
【００２４】
次に図３の動作について説明する。電波を送信するときは、送受切換スイッチ２〜４は図示のように端子ＴＡ，ＴＢ，ＴＣ側にそれぞれ切り換えられ、送信電力信号が電力分配合成装置１から送信され、送受切換スイッチ２内の端子ＴＡ側に導かれ、送受切換スイッチ３内の端子ＴＢ側に導かれ、可変移相器５にて位相制御され、可変減衰器６にて振幅も制御されて、送受切換スイッチ４内の端子ＴＣ側に導かれる。可変減衰器６は、制御装置８により減衰量が制御される。制御装置８では、アンテナ開口面の波源分布を均一分布特性とする場合には全ての空中線モジュール２０の電力増幅器７をＯＮにし、アンテナ開口面の波源分布を密度テーパ分布特性とする場合には一部の空中線モジュール２０の電力増幅器７をＯＦＦに設定するように制御する。電力増幅器７がＯＮの場合、送信電力信号量に対して電力増幅器７にて送信電力信号を高出力化して、サーキュレータ１０を介して放射素子９から送信電波が出力される。電力増幅器７がＯＦＦの場合は送信電波は出力されない。
【００２５】
電波を受信するときは、送受切換スイッチ２〜４は端子ＲＡ，ＲＢ，ＲＣ側にそれぞれ切り換えられ、放射素子９から入力した電波が受信電力信号としてサーキュレータ１０に入力され、受信電力信号を検出できるようリミッタ１１及び低雑音増幅器１２により受信電力信号が形成され、形成された受信電力信号が送受切換スイッチ３内のＲＢ側に導かれ、可変移相器５にて移相制御され、位相制御された受信電力信号は可変減衰器６にて、アンテナ開口面が均一分布特性又は振幅テーパ分布特性となるように強度が制御され、さらに送受切換スイッチ４内のＲＣ側に導かれ、送受切換スイッチ２内のＲＡ側に導かれて電力分配合成装置１に入力される。
【００２６】
アンテナ開口面の波源分布とそれによって形成されるアンテナビーム形状の関係については、図４で説明したとおりである。
【００２７】
以上により、送信用可変減衰器６ａと受信用可変減衰器６ｂとを一つの可変減衰器６で構成することにより、アンテナモジュール内の回路構成が簡略化しつつ、実施の形態１と同様な特長を有することができる。また、部品点数の削減に繋がり、結果、小型・軽量、低価格化を図ることができる。
【００２８】
実施の形態３．
また、上記各実施の形態１、２の構成において、送信時のアンテナ開口面の波源分布を、外部装置からの指令によって、ロングレンジとショートレンジの各運用時に各々独立して制御し、加えて受信時のアンテナ開口面の波源分布についても、ロングレンジとショートレンジの各運用時に各々独立して制御するようにしてもよい。
【００２９】
すなわち、制御装置８が、外部からのレンジ指定信号ＲＣに従って、送信時および受信時のアンテナ開口面の波源分布を、ロングレンジとショートレンジの各運用時に各々独立して制御する。
【００３０】
例えば制御装置８は、ロングレンジモードでは、最大探知距離延伸のためにエネルギーが必要なため、送受信均一分布とし、ショートレンジモードでは、エネルギーが余っており、クラッタの影響を除くために送信密度テーパ分布、受信振幅テーパ分布とするように各空中線モジュール２０を動作させる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明によるアクティブフェーズドアレイレーダ全体の概略的な構成を示す図である。
【図２】図１の各空中線モジュールの構成の一例を示す図である。
【図３】図１の各空中線モジュールの構成の別の例を示す図である。
【図４】この発明におけるアンテナ開口面の波源分布を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  電力分配合成装置、２，３，４  送受切換スイッチ、５  可変移相器、６  可変減衰器、６ａ  送信用可変減衰器、６ｂ  受信用可変減衰器、７  電力増幅器、８  制御装置、９  放射素子、１０  サーキュレータ、１１  リミッタ、１２  低雑音増幅器、２０  空中線モジュール、２１  サーキュレータ、２２  信号源、２３  受信装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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