(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元マトリクス状に配置された複数の素子アンテナの各アンテナ出力信号に基づいてマルチビームを形成するマルチビームアンテナであって、
所定の配置方向に沿って配置された複数の素子アンテナにより構成される素子アンテナ群の各素子アンテナからのアンテナ出力信号をそれぞれ当該素子アンテナ群を構成する素子アンテナ数よりも少ない数のビーム数に対応する複数のアンテナ出力信号に分配する複数の分配部と、各分配部から出力される複数のアンテナ出力信号に対して、所定の１つのビーム方向に沿って上記ビーム数のビームを形成するための移相量をそれぞれ与える複数の移相部と、この複数の移相部から出力される各アンテナ出力信号のうち同じビームに対応するアンテナ出力信号を合成して、上記ビーム数に等しい数の第１出力信号を出力する複数の合成部とを含む第１出力信号作成部を複数有し、
上記第１出力信号作成部から出力される各第１出力信号をそれぞれ検波処理およびディジタル化する複数のＤＢＦ（Digital Beam Forming）モジュールと、これらＤＢＦモジュールにより作成された複数のディジタル信号に対して、上記ビーム方向に交差する方向に沿ってビームが向けられたマルチビームを形成するためのウエイト演算をそれぞれ施すことにより、当該マルチビームを構成する各ビームが向く方向からの到来信号に相当する第２出力信号を作成する計算機とを含む第２出力信号作成部を有することを特徴とするマルチビームアンテナ。
【請求項２】
請求項１において、上記素子アンテナ群は、異なる偏波をそれぞれ受信する素子アンテナを所定パターンで配置して構成されており、上記分配部は、一方の偏波を受信する素子アンテナのアンテナ出力信号を分配するものであり、上記第１出力信号作成部は、さらに、上記分配部により分配されるアンテナ出力信号のうちの１つと他方の偏波を受信する素子アンテナのアンテナ出力信号とを選択出力する切替部を含むものであり、上記合成部は、上記分配部により分配される複数のアンテナ出力信号のうち上記切替部に入力されるアンテナ出力信号以外のアンテナ出力信号を合成する第１合成部と、上記切替部により選択出力されるアンテナ出力信号を合成する第２合成部とを含むものであることを特徴とするマルチビームアンテナ。
【請求項３】
請求項１において、第１出力信号作成部は、上記素子アンテナ群ごとに設けられ、当該素子アンテナ群ごとに上記第１出力信号を作成する複数のロトマンレンズを含むものであることを特徴とするマルチビームアンテナ。
【請求項４】
第１偏波によるマルチビームを受信するための第１の素子アンテナ群と、第２偏波によるマルチビームを受信するための第２の素子アンテナ群とを有し、第１偏波および第２偏波の両方による受信と、第１偏波および第２偏波のいずれか一方による受信とを切り替えて受信するマルチビームアンテナであって、
第１の素子アンテナ群を構成する複数の素子アンテナの各々に対応して設けられ、対応する素子アンテナからのアンテナ出力信号を複数のアンテナ出力信号に分配して出力する複数の分配部と、
これら複数の分配部の各々に対応して設けられ、対応する分配部からのアンテナ出力信号に対して所定のビーム方向の第１のビームを形成するための移相量を与えて出力する複数の第１の移相部と、
第２の素子アンテナ群を構成する複数の素子アンテナの各々に対応して設けられると共に、それぞれ上記複数の分配部の互いに異なる分配部に対応づけられ、対応する素子アンテナからのアンテナ出力信号と、対応する分配部からのアンテナ出力信号とが切り替えて入力され、入力されたアンテナ出力信号に対して所定のビーム方向の第２のビームを形成するための移相量を与える複数の第２の移相部と、
複数の第１の移相部から出力される複数のアンテナ出力信号を合成して出力する第１の合成器と、
複数の第２の移相部から出力される複数のアンテナ出力信号を合成して出力する第２の合成器とを有することを特徴とするマルチビームアンテナ。
【請求項５】
請求項４において、上記各分配部は、入力されたアンテナ出力信号を、第１の素子アンテナ群を構成する素子アンテナ数よりも少ない数のビーム数に対応する複数のアンテナ出力信号に分配するものであり、
上記第１および第２の移相部から出力される複数のアンテナ出力信号のうち同じビームに対応するアンテナ出力信号を合成して複数の第１出力信号を出力するための複数の合成部と、これら複数の第１出力信号の各々を検波処理およびディジタル化するための複数のＤＢＦ（Digital Beam Forming）モジュールと、これらＤＢＦモジュールにより作成された各ディジタル信号に対してウエイト演算を施すことにより、マルチビームのビーム配置を制御する計算部とを有し、前記切り替えに応じて、上記マルチビームのビーム配置が変化することを特徴とするマルチビームアンテナ。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかにおいて、マルチビームがハニカム状に形成されるように、素子アンテナのアンテナ出力信号の位相を上記第１出力信号作成部において上記ビーム方向に沿って変位させるとともに、上記ディジタル信号の位相を上記第２出力信号作成部において上記ビーム方向に交差する方向に沿って変位させることを特徴とするマルチビームアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数のビームを所定パターンに形成するマルチビームアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、観測対象物の存在位置などを観測するために、マルチビームアンテナが用いられている。マルチビームアンテナは、たとえば複数のビームを２次元的に形成し、当該ビーム内に存在する観測対象物からの反射波を受信することにより、観測対象物の存在位置などを特定する。
【０００３】
図１０は、従来のマルチビームアンテナの構成を示す概念図である。マルチビームアンテナは、複数の素子アンテナ６０、複数のＤＢＦ(Digital Beam Forming)モジュール６１および計算機６２を備えている。素子アンテナ６０は、２次元マトリクス状に配置されている。ＤＢＦモジュール６１は、各素子アンテナ６０にそれぞれ対応付けて設けられている。ＤＢＦモジュール６１は、素子アンテナ６０のアンテナ出力信号を受信ディジタル信号に変換する。計算機６２は、受信ディジタル信号にウエイトデータを乗じることにより、受信ディジタル信号の振幅および位相を調整する。このようにして、マルチビームアンテナは２次元マルチビームを形成する。
【０００４】
図１１は、ＤＢＦモジュール６１の内部構成を示すブロック図である。ＤＢＦモジュール６１は、検波部６６と、Ａ／Ｄ(Analog/Digital)変換部６７とを備えている。素子アンテナ６０のアンテナ出力信号は、検波部６６において検波され、さらに、Ａ／Ｄ変換部６７において受信ディジタル信号に変換される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のマルチビームアンテナでは、素子アンテナ６０の数が増えると、その増加に比例してＤＢＦモジュール６１の数も増やさなければならない。ＤＢＦモジュール６１は比較的高価なものであるから、上述の場合コストアップにつながるという問題がある。
【０００６】
また、素子アンテナ６０が増えると、計算機６２における演算量も増えるから、計算機６２の負担が増えるとの問題もあった。
【０００７】
そこで、この発明の目的は、素子アンテナの数が増えても、コストアップを抑えることができ、かつ計算機の負担を軽減できるマルチビームアンテナを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためのこの発明は、２次元マトリクス状に配置された複数の素子アンテナの各アンテナ出力信号に基づいてマルチビームを形成するマルチビームアンテナであって、素子アンテナ群を構成する各素子アンテナのアンテナ出力信号をそれぞれ、当該素子アンテナ群を構成する素子アンテナ数よりも少ない数のビーム数に対応する複数のアンテナ出力信号に分配する複数の分配部と、各分配部から出力される複数のアンテナ出力信号に対して、所定の１つのビーム方向に沿って上記ビーム数のビームを形成するための移相量をそれぞれ与える複数の移相部と、この複数の移相部から出力される各アンテナ出力信号のうち同じビームに対応するアンテナ出力信号を合成して、上記ビーム数に等しい数の第１出力信号を出力する複数の合成部とを含む第１出力信号作成部を複数有し、上記第１出力信号作成部から出力される各第１出力信号をそれぞれ検波処理およびディジタル化する複数のＤＢＦ（Digital Beam Forming）モジュールと、これらＤＢＦモジュールにより作成された複数のディジタル信号に対して、上記ビーム方向に交差する方向に沿ってビームが向けられたマルチビームを形成するためのウエイト演算をそれぞれ施すことにより、当該マルチビームを構成する各ビームが向く方向からの到来信号に相当する第２出力信号を作成する計算機とを含む第２出力信号作成部を有するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施形態１に係るマルチビームアンテナの構成を示すブロック図であり、図２は、２次元マルチビームの断面を示す概念図である。図１においては、マルチビームアンテナの送受信全体に相当する構成のうち受信系統に係る構成を示している。
【００１１】
このマルチビームアンテナは、観測対象物の存在位置を観測するために、２次元マルチビームを形成する。より具体的には、このマルチビームアンテナは、図２に示すように、仰角方向（請求項におけるビーム方向）Ｖに沿ってｍ（たとえばｍ＝４）個のビームを形成し、かつ仰角方向Ｖに直交する方位方向（請求項におけるビーム方向に交差する方向）Ｈに沿ってｎ（たとえばｎ＝６）個のビームを形成することにより、２次元マトリクス状にｍ×ｎ個のビームを形成する。ビーム数ｍとビーム数ｎとを比較すると、通常、ｎ≫ｍの関係にある。すなわち、方位方向Ｈに沿って形成されるビームの数ｎの方が仰角方向Ｖに沿って形成されるビームの数ｍよりも多い。これは、観測対象物を観測する際、通常、仰角方向Ｖに沿った範囲よりも方位方向Ｈに沿った範囲を広く観測する場合が多いからである。
【００１２】
このマルチビームアンテナは、アンテナ部１と、複数の信号作成部２と、複数のＤＢＦ(Digital Beam Forming)モジュール３１、…、３ｋ（以下総称するときは「ＤＢＦモジュール３」という。）と、１つの計算機４とを備えている。アンテナ部１、信号作成部２、ＤＢＦモジュール３および計算機４は、互いに独立した装置となっている。
【００１３】
アンテナ部１は、複数の素子アンテナ５を含む。素子アンテナ５は、第１配置方向ｖ（請求項における配置方向）および第２配置方向ｈに沿って、２次元マトリクス状に配置されている。具体的には、素子アンテナ５は、第１配置方向ｖにＭ個、第２配置方向ｈにＮ個の合計Ｍ×Ｎ個設けられている。この素子アンテナ５は、水平偏波および垂直偏波のいずれか一方を受信するものである。
【００１４】
なお、以下では、第１配置方向ｖに沿って配置されるＭ個の素子アンテナ５を「素子アンテナ群６」と呼ぶ。
【００１５】
信号作成部２は、素子アンテナ群６にそれぞれ対応付けて設けられ、各素子アンテナ５に対して給電路１０を介して接続されている。各信号作成部２には、対応する素子アンテナ群６を構成する各素子アンテナ５から給電路１０に出力されたアンテナ出力信号が入力される。信号作成部２は、入力された各アンテナ出力信号に基づいて、複数の第１出力信号を作成する。
【００１６】
より具体的には、信号作成部２は、仰角方向Ｖに沿って形成すべきｍ個のビームを形成するためのウエイト演算を各アンテナ出力信号に施すことにより、第１出力信号を作成する。すなわち、第１出力信号は、仰角方向Ｖに沿って形成される各ビームが向く方向から到来してきた電波に含まれる信号にそれぞれ相当するもので、当該ビームの数に等しい数（ｍ個）だけ作成される。これにより、仰角方向Ｖに沿って傾斜した複数のビームが形成されることになる。信号作成部２は、作成された第１出力信号をアナログ信号線１１１、…、１１ｋ（以下総称するときは「アナログ信号線１１」という。）に出力する。
【００１７】
ＤＢＦモジュール３は、信号作成部２にそれぞれ対応付けて設けられ、各信号作成部２に対してアナログ信号線１１を介して接続されている。すなわち、ＤＢＦモジュール３は、１つの素子アンテナ群６に対して信号作成部２の数に等しい数だけ設けられることになる。さらに言えば、ＤＢＦモジュールの数ｋは、１つの素子アンテナ群６に対して、仰角方向Ｖに沿って形成されるビームの数ｍに等しい。
【００１８】
ＤＢＦモジュール３には、信号作成部２からアナログ信号線１１に出力された第１出力信号が入力される。ＤＢＦモジュール３は、「従来の技術」の項において用いた図１１に示すように、検波部６６およびＡ／Ｄ変換部６７を有し、入力される第１出力信号を検波部６６において検波した後、Ａ／Ｄ変換部６７においてＡ／Ｄ変換する。こうして、ＤＢＦモジュール３は、受信ディジタル信号を作成する。ＤＢＦモジュール３は、作成された受信ディジタル信号をディジタル信号線１２１、…、１２ｋ（以下総称するときは「ディジタル信号線１２」という。）に出力する。
【００１９】
計算機４は、ＤＢＦモジュール３に対してディジタル信号線１２を介して接続されている。計算機４には、ＤＢＦモジュール３からディジタル信号線１２に出力された受信ディジタル信号が入力される。計算機４は、信号作成部２において形成されたビームを方位方向Ｈに沿って向けるためのウエイト演算を入力された受信ディジタル信号に対して施す。より具体的には、計算機４は、入力された受信ディジタル信号とウエイトデータとを演算する。これにより、第２出力信号を作成する。
【００２０】
ウエイトデータは、信号作成部２により形成されたビームを方位方向Ｈに所定角度傾斜させるための位相調整データおよびビームを所望の形に形成するための振幅データを含む。言い換えれば、ウエイトデータは、方位方向Ｈにビームを形成するための移相量およびビームを所望の形に形成するための振幅量に相当する。ウエイトデータは、信号作成部２により作成された第１出力信号の数に等しい数だけ計算機４内で計算される。なお、ウエイトデータは、計算機４以外の他の演算器により求めるようにしてもよい。
【００２１】
計算機４は、このウエイトデータと入力される受信ディジタル信号とを乗じる。その結果、信号作成部２により形成されたビームは、方位方向Ｈに沿って傾き、さらに所望の形に形成される。このとき、計算機４は、受信ディジタル信号の位相が方位方向Ｈに沿って変位された第２出力信号を作成することになる。すなわち、計算機４は、２次元マルチビームの各ビームが向く方向から到来してきた電波に含まれる信号に相当する第２出力信号を作成する。このようにして、２次元マルチビームが形成される。
【００２２】
図３は、信号作成部２の内部構成を示す図である。信号作成部２は、複数の分配器２１と、複数の移相器２２１、２２２、…、２２ｋと、複数の合成器２３１、２３２、…、２３ｋとを備えている。以下、移相器２２１、２２２、…、２２ｋおよび合成器２３１、２３２、…、２３ｋを総称するときは、それぞれ、移相器２２および合成器２３という。
【００２３】
分配器２１は、当該信号作成部２が対応する素子アンテナ群６を構成する各素子アンテナ５ごとに設けられている。すなわち、分配器２１は、Ｍ個設けられてる。分配器２１は、素子アンテナ５に対して給電路１０を介して接続され、また、各合成器２３に対して分配線２４１、２４２、…、２４ｋ（以下総称するときは「分配線２４」という。）を介して接続されている。分配器２１は、素子アンテナ５のアンテナ出力信号を各分配線２４に分配する。この場合、分配数は、仰角方向Ｖに沿って形成すべきビームの数に等しい値に設定されている。
【００２４】
複数の移相器２２は、各分配線２４の途中部に介装されている。移相器２２は、分配器２１から分配されたアンテナ出力信号の位相を調整するためのものである。さらに詳述すれば、上述したように、１つの素子アンテナ５のアンテナ出力信号は、分配器２１により仰角方向Ｖに沿って形成すべきビームの数と等しい数に分配される。この場合、各分配線２４に分配されたアンテナ出力信号は、各ビームにそれぞれ対応付けられる。移相器２２は、各アンテナ出力信号に対して所定の移相量を与える。移相量は、対応付けられているビームの目標傾斜角および素子アンテナ５の物理的な位置関係に基づいて決定される。
【００２５】
合成器２３は、移相器２２から出力された位相調整後のアンテナ出力信号のうち、同じビームを形成するためのアンテナ出力信号を合成する。この実施形態１では、同じビームを形成するためのアンテナ出力信号として、各素子アンテナ５のアンテナ出力信号をそれぞれ採用している。すなわち、すべての素子アンテナ５のアンテナ出力を利用して１つのビームを形成している。これにより、所望の仰角方向Ｖに向いた複数のビームを形成することができる。
【００２６】
以上のようにこの実施形態１によれば、仰角方向Ｖに沿って形成すべきビーム数に等しい数の第１出力信号を作成する信号作成部２を、上記第１出力信号の位相を調整して２次元マルチビームに対応する第２出力信号を作成する計算機４の前段に設けるようにした。これにより、ＤＢＦモジュール３の数を減らすことができる。
【００２７】
具体的には、ＤＢＦモジュール３の数は、仰角方向Ｖに沿って形成すべきビームの数ｍと方位方向Ｈに沿って形成すべきビームの数ｎとの積をとったときの数ｍ×ｎ個だけで済む。通常、仰角方向Ｖに沿って形成すべきビームの数ｍは、仰角方向Ｖに沿って配置される素子アンテナ５の数Ｍに比べて少なく、ｍ≪Ｍの関係にある。
【００２８】
したがって、素子アンテナ５の数が増えても、その増えた素子アンテナ５の数だけＤＢＦモジュール３を増やすのではなく、方位方向Ｈ１列当たり仰角方向Ｖに沿って形成すべきビームの数のＤＢＦモジュール３を増やすだけで済む。そのため、素子アンテナ５の増加数に比例してＤＢＦモジュール３の数を増加する場合に比べて、コストダウンを図ることができる。
【００２９】
また、ウエイト演算機能の一部を信号作成部２において行うようにしているから、計算機４への負担を軽減することができる。
【００３０】
さらに、信号作成部２を分配器２１と移相器２２と合成器３とを組み合わせて構成している。したがって、移相器２２において変位すべき移相量を適当に選択することにより、マルチビームアンテナを稼働した後であっても、任意の角度にビームを向けることができる。そのため、使い勝手の向上を図ることができる。
【００３１】
なお、上述の説明では、ビームを仰角方向Ｖに向ける構成をビームを方位方向Ｈに向ける構成の前段に配置している。しかし、たとえば、ビームを方位方向Ｈに向ける構成を配置し、その後段に、ビームを仰角方向Ｖに向ける構成を配置するようにしてもよい。言い換えれば、信号作成部２の機能として方位方向Ｈへの移相量を与えるものとし、計算機４の機能として仰角方向Ｖへのウエイトデータを与えるものとしてもよい。この構成によっても、ＤＢＦモジュール３の数を減らすことができ、また計算機４の負担を軽減できることに代わりはない。なお、この場合、請求項におけるビーム方向は方位方向Ｈに相当し、請求項における配置方向は第２配置方向ｈに相当する。
【００３２】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施形態２に係るマルチビームアンテナの構成を示すブロック図である。図４において、図１と同じ機能部分については同一の参照符号を使用する。
【００３３】
上記実施形態１では、水平偏波および垂直偏波のいずれか一方を受信するだけの構成である。これに対して、この実施形態２では、垂直偏波および水平偏波のいずれか一方の受信と垂直偏波および水平偏波の両方の受信とを切り替えることができるようになっている。
【００３４】
観測対象物の存在位置を観測する場合、垂直偏波および水平偏波の両方を受信する必要は必ずしもなく、いずれか一方の偏波だけで十分である。一方、観測対象物の種類までをも識別しようと思えば、垂直偏波および水平偏波の両方を受信する必要がある。
【００３５】
そこで、この実施形態２に係るマルチビームアンテナは、観測目的に応じて受信可能な電波を切り替えることができる構成となっている。すなわち、この実施形態２においては、垂直偏波だけを受信する単一偏波モードと垂直／水平偏波の両方を受信する複数偏波モードとに切り替えることができるようにしている。この場合、マルチビームアンテナは、単一偏波モードのとき、図５(a)に示すように、ビームを方位方向Ｈに沿って２列形成する。また、マルチビームアンテナは、複数偏波モードのとき、図５(b)に示すように、ビームを方位方向Ｈに沿って１次元的に形成する。
【００３６】
さらに詳述すれば、マルチビームアンテナは、素子アンテナ５として、垂直用素子アンテナ５ａおよび水平用素子アンテナ５ｂを有する。垂直用素子アンテナ５ａは垂直偏波を受信するためのアンテナであり、水平用素子アンテナ５ｂは水平偏波を受信するためのアンテナである。この実施形態２においては、垂直用素子アンテナ５ａと水平用素子アンテナ５ｂとは、交互に配置されている。
【００３７】
上述のように、この実施形態２では、ビームは仰角方向Ｖに沿って最大で２列形成される。したがって、ＤＢＦモジュール３は、１つの素子アンテナ群６に対して、ＤＢＦモジュール３１、３２の２つ設けられている。またこれに関連して、アナログ信号線１１は、１つの素子アンテナ群６に対して、アナログ信号線１１１、１１２の２つ設けられている。さらに、ディジタル信号線１２は、１つの素子アンテナ群６に対して、ディジタル信号線１２１、１２２の２つ設けられている。
【００３８】
図６は、信号作成部２の内部構成を示すブロック図である。信号作成部２は、分配器３０を備えている。分配器３０は、垂直用素子アンテナ５ａにそれぞれ対応付けて設けられ、各給電路１０を介して接続されている。分配器３０は、垂直用素子アンテナ５ａのアンテナ出力信号を２分配する。分配器３０の出力先は、それぞれ、垂直分配線３１および垂直／水平分配線３２である。
【００３９】
垂直分配線３１は、第１合成器３３に接続されている。垂直／水平分配線３２は、切替スイッチ３４を介して第２合成器３５に接続可能になっている。切替スイッチ３４の他方の入力は、水平用素子アンテナ５ｂに接続されている水平給電線３６である。さらに、切替スイッチ３４の出力側は、共通線３７が接続されている。すなわち、切替スイッチ３４は、垂直／水平分配線３２と水平給電線３６とを選択的に共通線３７に接続する。垂直分配線３１および共通線３７の途中部には、それぞれ、移相器３８１、３８２（以下総称するときは「移相器３８」という。）が介装されている。移相器３８は、仰角方向Ｖに沿ってビームを形成するための移相量をアンテナ出力信号に与えるものである。
【００４０】
単一偏波モードの場合、切替スイッチ３４は、垂直／水平分配線３２を選択し共通線３７に接続する。その結果、第１および第２合成器３３、３５には、いずれも、垂直用素子アンテナ５ａのアンテナ出力信号が与えられることになる。この場合、移相器３８１、３８２の移相量はそれぞれ異なる値となる。より具体的には、この場合における移相器３８１、３８２の各移相量は、それぞれ、互いに仰角方向Ｖの傾斜角の異なるビームを形成する値に設定される。このとき、各移相量間に、素子アンテナ５の物理的な位置関係に応じた差があることは言うまでもない。以上の構成により、第１および第２合成器３３、３５は、垂直偏波を受信するための２つのビームに対応する第１出力信号をそれぞれ作成し出力する。
【００４１】
一方、複数偏波モードの場合、切替スイッチ３４は、水平給電線３６を選択し共通線３７に接続する。その結果、第１合成器３３には垂直用素子アンテナ５ａのアンテナ出力信号が与えられ、第２合成器３５には水平用素子アンテナ５ｂのアンテナ出力信号が与えられることになる。この場合、移相器３８１、３８２の各移相量は、素子アンテナ５の物理的な位置関係に応じた差のみを有し、形成すべきビームの傾斜角が同一となるような値に設定される。これにより、第１および第２合成器３３、３５は、垂直偏波および水平偏波をそれぞれ受信し、かつ同じ１つのビームを形成するための２つの第１出力信号をそれぞれ作成し出力することになる。
【００４２】
以上の構成により、単一偏波モードの場合、形成されるマルチビームは、図５(a)に示すように、方位方向Ｈに沿って２列並んだパターンとなる。また、複数偏波モードの場合には、形成されるマルチビームは、図５(b)に示すように、方位方向Ｈに沿って１次元的に並ぶパターンとなる。
【００４３】
以上のようにこの実施形態２によれば、上記実施形態１と同様に、１つの素子アンテナ群６に対して仰角方向Ｖに沿って形成すべきビームの数に等しい数のＤＢＦモジュールを備えるだけで済む。したがって、従来に比べてコストダウンを図ることができる。また、上記実施形態１と同様に、ビーム形成処理の一部を計算機４とは別の信号作成部２により行っているから、計算機４の負担を軽減できる。
【００４４】
さらに、単一偏波モードと複数偏波モードとを切り替えることができるから、観測目的に応じたマルチビームパターンを選択することができる。そのため、使い勝手の向上されたマルチビームアンテナを提供することができる。
【００４５】
なお、素子アンテナ５の配置パターンは、たとえば図７(a)に示すように、垂直用素子アンテナ５ａと水平用素子アンテナ５ｂとを重ねて十字状に配置したパターンとしてもよい。また、素子アンテナ５の配置パターンは、たとえば図７(b)に示すように、垂直用素子アンテナ５ａおよび水平用素子アンテナ５ｂの中心をずらして配置するようにしてもよい。
【００４６】
また、上述の説明では、垂直用素子アンテナ５ａのアンテナ出力信号を２分配する構成を例にとっている。しかし、たとえば垂直用素子アンテナ５ａのアンテナ出力信号を３以上に分配する構成であってもよく、この場合３以上に分配されたうちの１つを切替スイッチ３４に入力するように構成しておけばよい。ただしこの場合、合成器は、共通線３７に接続されるもの以外に、垂直用素子アンテナ５ａのアンテナ出力信号の分配数から１を差し引いた個数必要となる。
【００４７】
実施の形態３．
図８は、この発明の実施形態３に係るマルチビームアンテナの構成を示すブロック図である。図８において、図１と同じ機能部分については同一の参照符号を使用する。
【００４８】
上記実施形態１および２では、分配器、移相器および合成器を組み合わせて信号作成部２を構成している。これに対して、この実施形態３においては、信号作成部２に対応する構成としていわゆるバトラーマトリクス４０を設けている。
【００４９】
バトラーマトリクス４０は、素子アンテナ群６ごとにそれぞれ対応付けて設けられている。バトラーマトリクス４０は、１次元マルチビームを形成するための回路である。この構成において、バトラーマトリクス４０における仰角方向Ｖに沿って複数のビームを形成するための値として、所定の移相量を設定する。さらに、同じビームを形成すべきアンテナ出力信号を合成するようにバトラーマトリクス４０を設定する。こうすることにより、上記実施形態１および２の場合と同様に、仰角方向Ｖに沿って形成すべき複数のビームにそれぞれ対応する第１出力信号を得ることができる。
【００５０】
このようにこの実施形態３によっても、上記実施形態１および２の場合と同様に、１つの素子アンテナ群６に対して仰角方向Ｖに沿って形成すべきビームの数に等しい数のＤＢＦモジュール３を備えるだけで済む。したがって、従来に比べてコストダウンを図ることができる。
【００５１】
また、上記実施形態１と同様に、ビーム形成処理の一部を計算機４とは別のバトラーマトリクス４０により行っているから、計算機４の負担を軽減できる。さらに、１つの部品としてのバトラーマトリクス４０により第１出力信号を作成する。したがって、複数の分配器２１、移相器２２および合成器２３を組み合わせる場合に比べて、構成が簡単で済む。また、組立工程は不要なので、製造工程の簡素化を図ることができる。
【００５２】
なお、バトラーマトリクス４０の代わりに、たとえばロトマンレンズを設けるようにしてもよい。ロトマンレンズは、バトラーマトリクスと同様に、１次元マルチビームを形成する機能を有する。したがって、この場合においても、仰角方向Ｖに沿って複数のビームを形成するための値として所定の移相量を設定し、同じビームを形成すべきアンテナ出力信号を合成するようにロトマンレンズを設定する。この構成により、バトラーマトリクス４０の場合と同様に、コストダウンの低減および計算機４の負担軽減を図ることができる。
【００５３】
さらに、バトラーマトリクスを２段階に設けるようにしてもよい。より具体的には、この構成は、図８に示された構成において、１つのＤＢＦモジュール３および計算機４の代わりに、バトラーマトリクスを配置する。
【００５４】
この場合、信号作成部２の機能を実現する各バトラーマトリクス４０から出力される第１出力信号のうち、同じ仰角方向Ｖに向けるべきビームに対応する第１出力信号をそれぞれ入力とするように、後段のバトラーマトリクスを配置する。さらに、後段のバトラーマトリクスにおいて、所定の方位方向Ｈにビームが向くように、各第１出力信号の位相をずらすための移相量を設定する。こうすることにより、後段のバトラーマトリクスは、２次元マルチビームに対応する第２出力信号を作成し出力することになる。
【００５５】
以上の構成によれば、ＤＢＦモジュール３および計算機４は不要になるので、より一層のコストダウンを図ることができる。
【００５６】
さらにまた、同様に、ロトマンレンズを２段階に設けるようにしても良いことはもちろんである。
【００５７】
実施の形態４．
図９は、この発明の実施形態４に係るマルチビームの形成パターンを示す図である。
【００５８】
上記実施形態１ないし３では、マルチビームを図２に示すようにマトリクス状に形成している。これに対して、この実施形態４では、マルチビームをハニカム状に形成している。
【００５９】
より詳述すれば、この実施形態４に係るマルチビームアンテナにおいて、方位方向Ｈに沿った隣接する２列のビームにおいて、一方のビーム列を構成する１つのビームは他のビーム列を構成する隣接する２つのビームと接するようなパターンで形成される。すなわち、この３つのビームは三角形状をなし、全体としてハニカム状のビームパターンとなっている。
【００６０】
このようなハニカム状のビームパターン形成は、仰角方向Ｖおよび方位方向Ｈの各移相量をそれぞれ調整することにより達成される。より具体的には、ハニカム状のビームパターン形成は、たとえば実施形態１に係る構成において、信号作成部２に設けられる移相器２２における移相量および計算機４において用いられるウエイトデータを調整することにより達成される。
【００６１】
たとえば、ビームｂ１がビームｂ２とｂ３との間に位置するように移相器２２の移相量を設定し、さらに、ビームｂ１の下端部がビームｂ２およびｂ３の上端部と重複するようにウエイトデータを設定する。こうすることにより、ビームｂ１、ｂ２およびｂ３を三角形状に形成でき、その結果全体としてハニカム状の２次元マルチビームを形成することができる。
【００６２】
なお、実施形態２に係る構成においては、移相器３８１、３８２における移相量および計算機４において用いられるウエイトデータを上述のように調整することにより、ハニカム状の２次元マルチビームを形成できる。また、実施形態３に係る構成においては、バトラーマトリクス４０における移相量および計算機４において用いられるウエイトデータを上述のように調整することにより、ハニカム状の２次元マルチビームを形成できる。
【００６３】
以上のようにこの実施形態４によれば、ハニカム状のビームパターンを形成するので、ビーム間の隙間を小さくできる。そのため、観測対象物の有無観測精度を向上できる。
【００６４】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、第１出力信号作成部においてビーム方向に沿って形成すべきビーム数に等しい数の第１出力信号をそれぞれ作成し、第１出力信号作成部とは独立した装置である第２出力信号作成部において上記作成された第１出力信号に基づいてマルチビームを構成する各ビームが向く方向からの到来信号に相当する第２出力信号を作成する。
【００６５】
したがって、たとえば第２出力信号作成部の構成として第１出力信号をディジタル化するＤＢＦモジュールおよびディジタル信号と上記ビーム方向に交差する方向にビームを向けるための移相量とを演算する計算機で構成する場合、素子アンテナの数が増加しても、その増加に比例してＤＢＦモジュールを増やす必要はなく、形成すべきビームの増加数に応じて増やすだけで済む。そのため、素子アンテナの増加に比例してＤＢＦモジュールを増やす場合に比べて、コストダウンを図ることができる。また、ビーム方向に沿ってビームを向ける機能を第１出力信号作成部に備えたので、計算機はビーム方向に交差する方向に沿ってビームを向ける処理を実行するだけで済む。そのため、計算機の負担を軽減させることができる。
【００６６】
また、この発明によれば、移相器における移相量を適切な値に設定することにより、マルチビームアンテナの稼働後であっても、任意の角度にビームを向けることができる。そのため、使い勝手の向上を図ることができる。
【００６７】
さらに、この発明によれば、第１合成部において一方の偏波の受信を実現し、第２合成部において一方の偏波の受信または２つの偏波の同時受信を実現している。したがって、第２合成部への入力を切り替えることにより、観測対象物の存在位置を観測するモードと観測対象物の存在位置および種類をも観測するモードとを選択できる。そのため、使い勝手の向上を図ることができる。
【００６８】
さらにまた、この発明によれば、１つの部品としてのバトラーマトリクスまたはロトマンレンズにより第１出力信号を作成するので、複数の部品を組み合わせる場合に比べて構成が簡単で済む。
【００６９】
さらに、この発明によれば、マルチビームをハニカム状に形成するので、各ビーム間の隙間を狭くすることができる。したがって、観測対象物の有無識別性能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施形態１に係るマルチビームアンテナの受信構成を示すブロック図である。
【図２】  実施形態１に係るマルチビームパターンを示す図である。
【図３】  実施形態１に係る信号作成部の内部構成を示すブロック図である。
【図４】  この発明の実施形態２に係るマルチビームアンテナの受信構成を示すブロック図である。
【図５】  実施形態２に係るマルチビームパターンを示す図である。
【図６】  実施形態２に係る信号作成部の内部構成を示すブロック図である。
【図７】  垂直用素子アンテナおよび水平用素子アンテナの配置パターンの他の例を示す図である。
【図８】  この発明の実施形態３に係るマルチビームアンテナの構成を示すブロック図である。
【図９】  この発明の実施形態４に係るマルチビームパターンを示す図である。
【図１０】  従来のマルチビームアンテナの構成を示す概念図である。
【図１１】  ＤＢＦモジュールの内部構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  アンテナ部、２  信号作成部、３  ＤＢＦモジュール、４  計算機、５  素子アンテナ、６  素子アンテナ群、２１  分配器、２２  移相器、２３  合成器、５ａ  垂直用素子アンテナ、５ｂ  水平用素子アンテナ、３０  分配器、３３  第１合成器、３４  切替スイッチ、３５  第２合成器、３８  移相器、４０  バトラーマトリクス。
【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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