(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面状に配列された複数個の素子アンテナと、上記複数個の素子アンテナに高周波信号を供給する給電回路とを備えたアンテナ装置において、上記複数個の素子アンテナを地表に対してＸ字状をなす２本の境界線によって第１、第２、第３及び第４の素子アンテナ群に区分し、上記第１と第３の素子アンテナ群を高低方向に、また、上記第２と第４の素子アンテナ群を方位方向に配置して構成し、さらに、上記第１、第２、第３及び第４の素子アンテナ群をそれぞれ給電する第１、第２、第３及び第４の電力分配器と、上記第１の電力分配器と上記第３の電力分配器を接続する第１のハイブリッド結合器と、上記第２の電力分配器と上記第４の電力分配器を接続する第２のハイブリッド結合器と、上記第１のハイブリッド結合器の和信号端子と上記第２のハイブリッド結合器の和信号端子を接続する第３のハイブリッド結合器とを設け、上記第１、第２、第３及び第４の素子アンテナ群の和信号と、上記第１の素子アンテナ群と上記第３の素子アンテナ群の差信号と、上記第２の素子アンテナ群と上記第４の素子アンテナ群の差信号を取り出せるように構成したことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
平面状に配列された複数個の素子アンテナと、上記複数個の素子アンテナに高周波信号を供給する給電回路と、上記複数個の素子アンテナと上記給電回路との間に接続された複数個の可変移相器とを備えたアンテナ装置において、上記複数個の素子アンテナを地表に対してＸ字状をなす２本の境界線によって第１、第２、第３及び第４の素子アンテナ群に区分し、上記第１と第３の素子アンテナ群を高低方向に、また、上記第２と第４の素子アンテナ群を方位方向に配置して構成し、さらに、上記第１、第２、第３及び第４の素子アンテナ群をそれぞれ給電する第１、第２、第３及び第４の電力分配器と、上記第１の電力分配器と上記第３の電力分配器を接続する第１のハイブリッド結合器と、上記第２の電力分配器と上記第４の電力分配器を接続する第２のハイブリッド結合器と、上記第１のハイブリッド結合器の和信号端子と上記第２のハイブリッド結合器の和信号端子を接続する第３のハイブリッド結合器とを設け、上記第１、第２、第３及び第４の素子アンテナ群の和信号と、上記第１の素子アンテナ群と上記第３の素子アンテナ群の差信号と、上記第２の素子アンテナ群と上記第４の素子アンテナ群の差信号を取り出せるように構成したことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
平面状に配列された複数個の素子アンテナと、上記複数個の素子アンテナに高周波信号を供給する給電回路とを備えたアンテナ装置において、上記複数個の素子アンテナを地表に対してＸ字状をなす２本の境界線によって第１、第２、第３及び第４の素子アンテナ群に区分し、上記第１と第３の素子アンテナ群を高低方向に、また、上記第２と第４の素子アンテナ群を方位方向に配置して構成し、さらに、上記第１、第２、第３及び第４の素子アンテナ群をそれぞれ給電する第１、第２、第３及び第４の電力分配器と、上記第１の電力分配器と上記第３の電力分配器を接続する第１のハイブリッド結合器と、上記第２の電力分配器と上記第４の電力分配器を接続する第２のハイブリッド結合器と、上記第１のハイブリッド結合器の和信号端子と上記第２のハイブリッド結合器の和信号端子を接続する第５の電力分配器とを設け、上記第１、第２、第３及び第４の素子アンテナ群の和信号と、上記第１の素子アンテナ群と上記第３の素子アンテナ群の差信号と、上記第２の素子アンテナ群と上記第４の素子アンテナ群の差信号を取り出せるように構成したことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】
平面状に配列された複数個の素子アンテナと、上記複数個の素子アンテナに高周波信号を供給する給電回路と、上記複数個の素子アンテナと上記給電回路との間に接続された複数個の可変移相器とを備えたアンテナ装置において、上記複数個の素子アンテナを地表に対してＸ字状をなす２本の境界線によって第１、第２、第３及び第４の素子アンテナ群に区分し、上記第１と第３の素子アンテナ群を高低方向に、また、上記第２と第４の素子アンテナ群を方位方向に配置して構成し、さらに、上記第１、第２、第３及び第４の素子アンテナ群をそれぞれ給電する第１、第２、第３及び第４の電力分配器と、上記第１の電力分配器と上記第３の電力分配器を接続する第１のハイブリッド結合器と、上記第２の電力分配器と上記第４の電力分配器を接続する第２のハイブリッド結合器と、上記第１のハイブリッド結合器の和信号端子と上記第２のハイブリッド結合器の和信号端子を接続する第５の電力分配器とを設け、上記第１、第２、第３及び第４の素子アンテナ群の和信号と、上記第１の素子アンテナ群と上記第３の素子アンテナ群の差信号と、上記第２の素子アンテナ群と上記第４の素子アンテナ群の差信号を取り出せるように構成したことを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、モノパルス方式のレーダに使用するアンテナ装置に関し、特に、放射パターンのサイドローブレベルを改善し得るようにしたアンテナ装置を提案するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は２軸モノパルスレーダ用の従来の平面形アンテナ装置を正面から見た図であり、図において、１はアンテナ装置、２は地面または海面などの地表、３はアンテナ装置１の中心Ｏを通り、かつ、地表２に平行な境界線Ａ、４はアンテナ装置１の中心Ｏを通り、かつ、境界線Ａと直交する境界線Ｂ、５ａ〜５ｄは平面状に配列された複数個の素子アンテナである。素子アンテナ５ａ〜５ｄは、上記の境界線Ａと境界線Ｂによって４つの素子アンテナ群６〜９に区分される。すなわち、６は第１象限（右上部）に位置する複数個の素子アンテナ５ａに対応する第１の素子アンテナ群、７は第２象限（左上部）に位置する複数個の素子アンテナ５ｂに対応する第２の素子アンテナ群、８は第３象限（左下部）に位置する複数個の素子アンテナ５ｃに対応する第３の素子アンテナ群、９は第４象限（右下部）に位置する複数個の素子アンテナ５ｄに対応する第４の素子アンテナ群である。ここで、上記の各素子アンテナ群６〜９に含まれる素子アンテナの数は、互いに等しい。
【０００３】
また、図１２は上記従来のアンテナ装置の電気的接続を示す図であり、図において、１０は第１の素子アンテナ群６を給電する第１の電力分配器、１１は第２の素子アンテナ群７を給電する第２の電力分配器、１２は第３の素子アンテナ群８を給電する第３の電力分配器、１３は第４の素子アンテナ群９を給電する第４の電力分配器、１４は第１の電力分配器１０と第２の電力分配器１１を接続する第１のハイブリッド結合器、１５は第３の電力分配器１２と第４の電力分配器１３を接続する第２のハイブリッド結合器、１６は第１のハイブリッド結合器１４の和信号端子と第２のハイブリッド結合器１５の和信号端子を接続する第３のハイブリッド結合器、１７は第１のハイブリッド結合器１４の差信号端子と第２のハイブリッド結合器１５の差信号端子を接続する第４のハイブリッド結合器である。
【０００４】
次に動作について説明する。図１２のΣ端子に高周波信号を入力すると、この信号は第３のハイブリッド結合器１６、第１のハイブリッド結合器１４及び第２のハイブリッド結合器１５によって等位相で４分配され、第１、第２、第３及び第４の電力分配器１０〜１３に等振幅等位相の信号が供給される。第１、第２、第３及び第４の電力分配器１０〜１３はそれぞれの素子アンテナ群６〜９に対して給電を行ない、素子アンテナ５ａ〜５ｄから電波が放射される。この時の位相関係はすべての素子アンテナが等位相で励振された状態であるから、水平面及び垂直面に投影したアンテナ開口分布は、それぞれ図１３（ａ）及び図１３（ｃ）に示す分布となり、放射パターンは図１６の実線で示す和パターンとなる。
【０００５】
図１２のΔＥＬ端子に高周波信号を入力した場合は、上記と同様の経路により分配、給電及び放射が行なわれるが、第３のハイブリッド結合器１６の性質により、アンテナ装置１の上半分（第１及び第２の素子アンテナ群）と下半分（第３及び第４の素子アンテナ群）が逆位相で励振された状態となる。したがって、垂直面へ投影したアンテナ開口分布は図１４（ｂ）に示すように高低方向（なお、この用語については、例えば、社団法人電子情報通信学会発行「レーダ技術」、昭和６０年、３版、Ｐ．２７６を参照）の極性が反転したものとなり、また、垂直面における放射パターンは図１６の破線で示す差パターンとなる。
【０００６】
また、図１２のΔＡＺ端子に高周波信号を入力した場合は、この信号は第４のハイブリッド結合器１７、第１のハイブリッド結合器１４及び第２のハイブリッド結合器１５によって４分配される。この時の位相関係はアンテナ装置の右半分（第１及び第４の素子アンテナ群）と左半分（第２及び第３の素子アンテナ群）が逆位相で励振された状態となり、水平面へ投影したアンテナ開口分布は図１５（ａ）に示すように方位方向（この用語については、前出の文献を参照）の極性が反転したものとなり、水平面における放射パターンは図１６の破線で示す差パターンとなる。
【０００７】
従来のアンテナ装置は、図１１に示すように、平面状に配列された複数個の素子アンテナが、地表に対して平行な境界線Ａ及びこれと直交する境界線Ｂによって４つの素子アンテナ群に区分されており、また、図１２に示すように、差パターンを形成する際においても、すべての素子アンテナ群が動作するように結線されている。このため、図１４（ｂ）と図１５（ａ）に示すアンテナ開口分布の極性反転は非常に急峻なものとなり、図１６に示す差パターンもサイドローブレベルが高いものとなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアンテナ装置は、以上説明したように差パターンのサイドローブレベルが高く、マルチパス等の影響により、目標物の方向検出に誤差を生じやすいという課題があった。また、アンテナ装置の中央付近に位置する素子アンテナの励振強度を下げることにより、差パターンのサイドローブレベル改善が可能ではあるが、この場合は和パターンの利得低下とサイドローブレベル上昇を招くという課題があった。
【０００９】
この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、和パターンに何ら影響を与えることなく、差パターンのサイドローブレベルの改善ができるアンテナ装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明によるアンテナ装置は、平面状に配列された複数個の素子アンテナを、地表に対してＸ字状をなす２本の境界線によって第１、第２、第３及び第４の素子アンテナ群に区分し、上記第１と第３の素子アンテナ群をアンテナ装置の高低方向に、また、上記第２と第４の素子アンテナ群をアンテナ装置の方位方向に配置する構成とし、さらに、上記第１、第２、第３及び第４の素子アンテナ群をそれぞれ給電する第１、第２、第３及び第４の電力分配器と、上記第１の電力分配器と上記第３の電力分配器を接続する第１のハイブリッド結合器と、上記第２の電力分配器と上記第４の電力分配器を接続する第２のハイブリッド結合器と、上記第１のハイブリッド結合器の和信号端子と上記第２のハイブリッド結合器の和信号端子を接続する第３のハイブリッド結合器とを設けて構成したものである。
【００１１】
また、第２の発明によるアンテナ装置は、上記第１の発明の素子アンテナと電力分配器との間に、可変移相器を追加したものである。
【００１２】
また、第３の発明によるアンテナ装置は、上記第１の発明における第３のハイブリッド結合器に代えて、第５の電力分配器を用いたものである。
【００１３】
また、第４の発明によるアンテナ装置は、上記第３の発明の素子アンテナと電力分配器との間に、可変移相器を追加したものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
図１はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置を正面から見た図であり、図において、１はアンテナ装置、２は地面または海面などの地表、３はアンテナ装置１の中心Ｏを通り、かつ、地表２に対して概ね４５°の角度をなす境界線Ｃ、４はアンテナ装置１の中心Ｏを通り、かつ、境界線Ｃに対して概ね９０°の角度をなす境界線Ｄ、５ａ〜５ｄは平面状に配列された複数個の素子アンテナである。素子アンテナ５ａ〜５ｄは、上記の境界線Ｃと境界線Ｄによって４つの素子アンテナ群６〜９に区分される。すなわち、６は上部に位置する複数個の素子アンテナ５ａに対応する第１の素子アンテナ群、７は左部に位置する複数個の素子アンテナ５ｂに対応する第２の素子アンテナ群、８は下部に位置する複数個の素子アンテナ５ｃに対応する第３の素子アンテナ群、９は右部に位置する複数個の素子アンテナ５ｄに対応する第４の素子アンテナ群である。ここで、上記の各素子アンテナ群６〜９に含まれる素子アンテナの数は、互いに等しい。
【００１５】
また、図２は上記アンテナ装置の電気的接続を示す図であり、図において、１０は第１の素子アンテナ群６を給電する第１の電力分配器、１１は第２の素子アンテナ群７を給電する第２の電力分配器、１２は第３の素子アンテナ群８を給電する第３の電力分配器、１３は第４の素子アンテナ群９を給電する第４の電力分配器、１８は第１の電力分配器１０と第３の電力分配器１２を接続する第１のハイブリッド結合器、１９は第２の電力分配器１１と第４の電力分配器１３を接続する第２のハイブリッド結合器、２０は第１のハイブリッド結合器１８の和信号端子と第２のハイブリッド結合器１９の和信号端子を接続する第３のハイブリッド結合器である。
【００１６】
次に動作について説明する。図２のΣ端子に高周波信号を入力すると、この信号は第３のハイブリッド結合器２０、第１のハイブリッド結合器１８及び第２のハイブリッド結合器１９によって等位相で４分配され、第１、第２、第３及び第４の電力分配器１０〜１３に等振幅等位相の信号が供給される。第１、第２、第３及び第４の電力分配器１０〜１３はそれぞれの素子アンテナ群６〜９に対して給電を行ない、素子アンテナ５ａ〜５ｄから電波が放射される。この時の位相関係はすべての素子アンテナが等位相で励振された状態であり、これは従来のアンテナ装置と同じ位相関係であるから、この場合に得られる図３（ａ）及び図３（ｃ）に示すアンテナ開口分布、及び、図６の実線で示す和パターンも、従来のアンテナ装置と同じものとなる。
【００１７】
図２のΔＥＬ端子に高周波信号を入力した場合は、この信号は第３のハイブリッド結合器２０を経由することなく、第１のハイブリッド結合器１８によって２分配され、第１の電力分配器１０と第３の電力分配器１２に等振幅の信号が供給される。この時の位相関係は、従来のアンテナ装置と同様に、アンテナ装置１の上半分（第１の素子アンテナ群）と下半分（第３の素子アンテナ群）が逆位相で励振された状態となる。しかし、振幅分布については、第２の素子アンテナ群７と第４の素子アンテナ群９に信号が供給されていないことにより、アンテナ装置中央部の励振強度が減少した状態となる。したがって、垂直面へ投影したアンテナ開口分布は、図４（ｂ）に示すように、極性反転がなだらかなものとなり、また、垂直面における放射パターンは、図６の破線で示すように、サイドローブレベルの低い差パターンが得られる。
【００１８】
図２のΔＡＺ端子に高周波信号を入力した場合は、第２の素子アンテナ群７と第４の素子アンテナ群９が等振幅逆位相で励振されるが、第１の素子アンテナ群６と第３の素子アンテナ群８には信号が供給されない状態となる。したがって、水平面において、図５（ａ）に示すアンテナ開口分布と、図６の破線で示す差パターンが得られる。
【００１９】
実施の形態２
図７はこの発明の実施の形態２によるアンテナ装置の電気的接続を示す図であり、図において、１〜２０は上記実施の形態１と同じものである。２１は素子アンテナ５ａ〜５ｄと電力分配器１０〜１３の間に接続された複数個の可変移相器である。この実施の形態２によれば、実施の形態１と同様にして差パターンのサイドローブレベルが改善されるほか、外部のビーム制御計算機（図示せず）を用いて可変移相器２１を制御することにより、電子的にアンテナビームを走査することができる。
【００２０】
実施の形態３
図８はこの発明の実施の形態３によるアンテナ装置を正面から見た図であり、図９は該アンテナ装置の電気的接続を示す図である。上述の実施の形態１と実施の形態２は、４つの素子アンテナ群に含まれる素子アンテナの数が等しいことを前提としたものであったが、実施の形態３はこの前提を緩和するものである。すなわち、図８において、第１の素子アンテナ群６に含まれる素子アンテナ５ａの数と第３の素子アンテナ群８に含まれる素子アンテナ５ｃの数は等しく、また、第２の素子アンテナ群７に含まれる素子アンテナ５ｂの数と第４の素子アンテナ群９に含まれる素子アンテナ５ｄの数は等しいが、上記素子アンテナ５ａの数と上記素子アンテナ５ｂの数は一致していない。また、図９において、２２は第５の電力分配器であり、これは実施の形態１における第３のハイブリッド結合器に代えて設けたものである。上記のように、上下の素子アンテナ群に含まれる素子アンテナの数と、左右の素子アンテナ群に含まれる素子アンテナの数が一致しない場合においても、第５の電力分配器２２の分配比を適切に設定することにより、和パターンの劣化を防ぐことができる。なお、実施の形態３によっても、差パターンについては実施の形態１と同様な動作をする。
【００２１】
実施の形態４
図１０はこの発明の実施の形態４によるアンテナ装置の電気的接続を示す図であり、図において、１〜１９及び２２は上記実施の形態３と同じものである。２１は素子アンテナ５ａ〜５ｄと電力分配器１０〜１３の間に接続された複数個の可変移相器である。この実施の形態４によれば、実施の形態３と同様にして和パターンの劣化防止と差パターンのサイドローブ改善がなされるほか、外部のビーム制御計算機（図示せず）を用いて可変移相器２１を制御することにより、電子的にアンテナビームを走査することができる。
【００２２】
なお、以上の説明においては、アンテナ装置を送信状態で使用するものとしていたが、一般にアンテナの送信特性と受信特性については可逆性が成り立つため、アンテナ装置を受信状態で使用した場合でも、送信時と同じ放射パターンが得られる。
【００２３】
また、この発明における素子アンテナの数及び配置は特に限定されるものではなく、素子アンテナの数又は配置が異なる場合においても、上記実施の形態と同様の効果が得られる。
【００２４】
【発明の効果】
第１の発明によれば、平面状に配列された複数個の素子アンテナを、地表に対してＸ字状をなす２本の境界線によって４つの素子アンテナ群に区分し、和パターンについてはすべての素子アンテナ群が動作するが、差パターンについては、高低方向又は方位方向の２つの素子アンテナ群のみが動作するように給電回路を構成したので、和パターンに何ら影響を与えることなく、差パターンのサイドローブレベルが改善される効果がある。
【００２５】
また、第２の発明によれば、可変移相器を備えた電子制御アンテナにおいて、第１の発明と同様に、差パターンのサイドローブレベルが改善される効果がある。
【００２６】
また、第３の発明によれば、高低方向の素子アンテナ群に含まれる素子アンテナの数と、方位方向の素子アンテナ群に含まれる素子アンテナの数が一致しない場合においても、和パターンの劣化を防止するとともに、差パターンのサイドローブレベルが改善される効果がある。
【００２７】
また、第４の発明によれば、可変移相器を備えた電子制御アンテナにおいて、第３の発明と同様に、差パターンのサイドローブレベルが改善される効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１及び実施の形態２によるアンテナ装置を正面から見た図である。
【図２】  この発明の実施の形態１によるアンテナ装置の電気的接続を示す図である。
【図３】  この発明によるアンテナ装置の開口分布を示す図である。
【図４】  この発明によるアンテナ装置の開口分布を示す図である。
【図５】  この発明によるアンテナ装置の開口分布を示す図である。
【図６】  この発明によるアンテナ装置の放射パターンを示す図である。
【図７】  この発明の実施の形態２によるアンテナ装置の電気的接続を示す図である。
【図８】  この発明の実施の形態３及び実施の形態４によるアンテナ装置を正面から見た図である。
【図９】  この発明の実施の形態３によるアンテナ装置の電気的接続を示す図である。
【図１０】  この発明の実施の形態４によるアンテナ装置の電気的接続を示す図である。
【図１１】  従来のアンテナ装置を正面から見た図である。
【図１２】  従来のアンテナ装置の電気的接続を示す図である。
【図１３】  従来のアンテナ装置の開口分布を示す図である。
【図１４】  従来のアンテナ装置の開口分布を示す図である。
【図１５】  従来のアンテナ装置の開口分布を示す図である。
【図１６】  従来のアンテナ装置の放射パターンを示す図である。
【符号の説明】
１  アンテナ装置
２  地表
３  境界線Ｃ
４  境界線Ｄ
５  素子アンテナ
６  第１の素子アンテナ群
７  第２の素子アンテナ群
８  第３の素子アンテナ群
９  第４の素子アンテナ群
１０  第１の電力分配器
１１  第２の電力分配器
１２  第３の電力分配器
１３  第４の電力分配器
１８  第１のハイブリッド結合器
１９  第２のハイブリッド結合器
２０  第３のハイブリッド結合器
２１  可変移相器
２２  第５の電力分配器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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