(57)【要約】【課題】  サイドローブの上昇を抑える励振素子アンテナの位置設定を容易にし、かつメンテナンス等で送受信モジュールの交換も容易に行えるようにする。【解決手段】  アレイアンテナの開口を複数のブロックに分け、各ブロックを、ブロックごとの素子アンテナの配列面を持ち、開口側から出し入れする筐体構造の複合ユニットで構成し、各複合ユニットは、素子アンテナの配列面の背後に予め決めた複数の送受信モジュールが組み込まれたモジュール一体化ユニットを１個または複数個搭載し、送受信モジュールと励振素子アンテナ間を、それぞれコネクタを持つ同軸ケーブルにより接続し、かつ励振素子アンテナの数を、１個のモジュール一体化ユニットに組み込まれた送受信モジュール数の整数倍となるように設定した。【選択図】        図１
2006180086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面または曲面に沿って２次元マトリックス状に複数の素子アンテナを配列したアレイアンテナを有し、励振素子アンテナと非励振素子アンテナの配列を決めることによりサイドローブレベルを抑圧した放射パターンを得るフェーズドアレイアンテナ装置において、
前記アレイアンテナの開口を複数のブロックに分け、各ブロックが、ブロックごとの素子アンテナの配列面を持ち、開口側から出し入れする筐体構造の複合ユニットで構成され、
各複合ユニットは、素子アンテナの配列面の背後に予め決めた複数の送受信モジュールが組み込まれたモジュール一体化ユニットを１個または複数個搭載し、送受信モジュールと励振素子アンテナ間を、それぞれコネクタを持つ同軸ケーブルにより接続し、かつ励振素子アンテナの数が、１個のモジュール一体化ユニットに組み込まれた送受信モジュール数の整数倍となるように設定されたことを特徴とするフェーズドアレイアンテナ装置。
【請求項２】
アレイアンテナの開口は、縦各列に複数のブロックに分けられ、各列のブロックが複合ユニットでそれぞれ構成されたことを特徴とする請求項１記載のフェーズドアレイアンテナ装置。
【請求項３】
同軸ケーブルの代わりに、複合ユニット内のモジュール一体化ユニットと素子アンテナの配列間にトリプレート構造の多層プリント基板からなる給電回路基板を設け、送受信モジュールおよび励振素子アンテナを、それぞれコネクタを介して直接当該給電回路基板に接続するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載のフェーズドアレイアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、サイドローブの上昇を抑えるのに適した励振素子アンテナの設定構造を与えるフェーズドアレイアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フェーズドアレイアンテナ装置では、平面または曲面に沿って２次元マトリックス状に複数の素子アンテナを配列し、これらの素子アンテナを励振素子アンテナにするために複数の送受信モジュールを用いている。送受信モジュールは、各励振素子アンテナに対して設けられ、ハイパワーアンプ、ローノイズアンプ、移相器およびサーキュレータから形成された回路ユニットである。送受信モジュールは、フェーズドアレイアンテナ装置のコストの約半分を占めるため、低コスト化を図るべく、複数の送受信モジュールについて、制御系、電源系を共通化して一体化することにより低コスト化が図られている。一方、素子アンテナの配列構成については、サイドローブレベル抑圧のために、励振素子アンテナを、アレイアンテナの開口中心付近に密集して配置し、開口端部では疎らに配置する密度テーパ間引き法が良く用いられる（例えば、特許文献１参照）。また、１つのハイパワーアンプ（送受信モジュール）に接続する素子アンテナの数を変えることによって、素子アンテナから出力されるパワーに自由度を持たせた振幅テーパ型のアレイアンテナがある（例えば、特許文献２参照）。また、フェーズドアレイアンテナ装置において、素子アンテナの高密度実装に適用してメンテナンスを容易にするために、所定数の励振素子アンテナを反射板に配列し、これら励振素子アンテナと同数の送受信モジュールを一体化して筐体に収納し、素子アンテナとそれに対応する送受信モジュール間をケーブルあるいは中継基板を介してコネクタ接続するようにした技術がある（例えば、特許文献３参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１５８５２８号公報
【特許文献２】特開平５−２９１８１４号公報
【特許文献３】特開２００４−２１５１５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
フェーズドアレイアンテナ装置では、サイドローブレベルの上昇を抑圧するために、励振素子アンテナを間引いた配置としているが、アレーアンテナが大型化すると、素子アンテナの数が増大し、励振素子アンテナを設定する作業は容易ではない。例えば特許文献３に示されるように、励振素子アンテナと同数の送受信モジュールを一体化したものを使用した場合、メンテナス等の作業は改善されるが、間引きでは、励振素子アンテナ２の固まりと非励振素子アンテナ３の固まりを単位として配置されることになるため、方位と仰角の投影した振幅分布が理想的なテーラ分布を形成できず、サイドローブレベルが上昇してしまうという問題がある。したがって、サイドローブレベルを考えた場合、ユニットとして一体化する素子アンテナの数は少なくならざるを得ず、反面、メンテナンス等の作業改善は図れないことになるという問題がある。
【０００５】
この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、サイドローブの上昇を抑える励振素子アンテナの位置設定を容易にし、かつメンテナンス等で送受信モジュールの交換も容易に行えるフェーズドアレイアンテナ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るフェーズドアレイアンテナ装置は、平面または曲面に沿って２次元マトリックス状に複数の素子アンテナを配列したアレイアンテナを有し、励振素子アンテナと非励振素子アンテナの配列を決めることによりサイドローブレベルを抑圧した放射パターンを得るフェーズドアレイアンテナ装置において、アレイアンテナの開口を複数のブロックに分け、各ブロックが、ブロックごとの素子アンテナの配列面を持ち、開口側から出し入れする筐体構造の複合ユニットで構成され、各複合ユニットは、素子アンテナの配列面の背後に予め決めた複数の送受信モジュールが組み込まれたモジュール一体化ユニットを１個または複数個搭載し、送受信モジュールと励振素子アンテナ間を、それぞれコネクタを持つ同軸ケーブルにより接続し、かつ励振素子アンテナの数が、１個のモジュール一体化ユニットに組み込まれた送受信モジュール数の整数倍となるように設定されたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、モジュール一体化ユニットの搭載数を最小限に設定でき、また、組み込まれた送受信モジュールを全て励振素子アンテナの設定に利用するので、効率の良い構造とすることができ、またコスト上でも有利なフェーズドアレイアンテナ装置を実現できる効果がある。また、励振素子アンテナの位置と数はその複合ユニットごとに選択できるため、サイドローブの上昇を抑える設定を容易にできる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るフェーズドアレイアンテナ装置のアレイアンテナの開口を示す説明図、図２は同実施の形態１に係る複合ユニットの構造を透視的に示す斜視図である。
図１において、アレイアンテナの開口１は、例えば平面に沿って２次元マトリックス状に配列された複数の素子アンテナで構成されている。このアレイアンテナの放射パターンは、○印で示す励振素子アンテナ２と×印で示す非励振素子アンテナ３の配列を決めることにより得られる。この発明では、開口１を複数のブロック（図１では８つ）に分け、各ブロックが、ブロック毎の素子アンテナ２，３の配列面を持ち、開口１側から出し入れする筐体構造の複合ユニット５を構成するようにしている。また、各複合ユニット５は、素子アンテナ２，３の配列面の背後に予め決めた複数（図１では４個）の送受信モジュール８が組み込まれ、構造的に一体化されたモジュール一体化ユニット４を、１個または複数個搭載した構成を持っている。送受信モジュール８は、周知のように、ハイパワーアンプ、ローノイズアンプ、移相器およびサーキュレータ等を備えたものである。１つの送受信モジュール８は、１つの励振素子アンテナ２に対応して設けられ、その励振素子アンテナ２から出力されるパワーが、いずれの対応づけでも同じとなるようにしている。
【０００９】
この発明では、各複合ユニット５において配分設定された励振素子アンテナ２の数は、１個のモジュール一体化ユニット４内に組み込まれた送受信モジュール８の数（この例では４個）の整数倍（この例では４個あるいは８個）となるように設定される。このように構成された複合ユニット５は、保守や修理のときの取り外す単位となる。
図２は、図１に示す複合ユニット５Ａの内部について示したものであるが、素子アンテナを励振素子アンテナ２と非励振素子アンテナ３に分けるために、励振素子アンテナ２と送受信モジュール８間を、両端にコネクタ（図示せず）を持つ同軸ケーブル６により接続している。また、非励振素子アンテナ３には終端抵抗が接続されている。この複合ユニット５Ａの場合、励振素子アンテナ２は、モジュール一体化ユニット４を２個搭載可能な２列に４個分散しているが、実際に搭載するモジュール一体化ユニット４は１個で済むことを示している。一方、図１において、励振素子アンテナ２がモジュール一体化ユニット４を３個搭載可能な３列に分布している複合ユニット５についてみると、励振素子アンテナ２は８個設定されているので、搭載するモジュール一体化ユニット４は２個で済み、かつそれらの送受信モジュール８を全て使用していることが分る。このように、複合ユニット内で設定される励振素子アンテナの数を、１個のモジュール一体化ユニットに組み込まれた送受信モジュールの数の整数倍に設定することにより、モジュール一体化ユニットの搭載数を最小限に設定でき、また、組み込まれた送受信モジュールを励振素子アンテナの設定に全て利用するので、効率の良い構造とし、またコスト上でも有利なフェーズドアレイアンテナ装置を実現できる。
【００１０】
アレイアンテナの開口１は、以上のようにして励振素子アンテナの位置を設定した複合ユニット５の複数個を開口１に装着することによって、図１に示すように、求めるべき励振素子アンテナ２の配列分布を形成することができる。すなわち、ＡＺ（ａｚｉｍｕｔｈ  ：方位）、ＥＬ（ｅｌｅｖａｔｉｏｎ  ：仰角）方向に投影した振幅分布はテーラ分布に近くなり、図３に示すアンテナ放射パターンのようにサイドローブの上昇を抑えることができる。
なお、図１では、アレイアンテナの開口をその中心を対称とし複数のブロックに分けており、このように点対称配置の複合ユニットの組を作れば、開口の中心を対称とする励振素子アンテナと非励振素子アンテナの分布配列を設けることができるので製作上で有利になる。しかし、対称性が無い方が間引きの自由度が増し理想的なサイドローブを得ることができるので、このことは、発明の一例を示すものであり、発明が直接意図するものではない。また、ここでのモジュール一体化ユニット４は、４個の送受信モジュール８の一体化例について示したが、この送受信モジュール８の一体化数は４個に限定されるものではない。
【００１１】
以上のように、この実施の形態１によれば、アレイアンテナの開口を複数のブロックに分け、各ブロックを、ブロック毎の素子アンテナの配列面を持ち、開口側から出し入れする筐体構造の複合ユニットで構成し、各複合ユニットが、素子アンテナの配列面の背後に予め決めた複数の送受信モジュールが組み込まれたモジュール一体化ユニットを１個または複数個搭載し、送受信モジュールと励振素子アンテナ間を、それぞれコネクタを持つ同軸ケーブルにより接続し、かつ励振素子アンテナの数が、１個のモジュール一体化ユニットに組み込まれた送受信モジュール数の整数倍となるように設定したものである。したがって、モジュール一体化ユニットの搭載数を最小限に設定でき、また、組み込まれた送受信モジュールを全て励振素子アンテナの設定に利用するので、効率の良い構造とすることができ、またコスト上でも有利なフェーズドアレイアンテナ装置を実現できる効果がある。また、励振素子アンテナの位置と数はその複合ユニットごとに選択できるため、サイドローブの上昇を抑える設定を容易にできる効果がある。さらに、モジュール一体化ユニットを交換する場合は、開口前面から複合ユニットを取り外し、外した複合ユニットからモジュール一体化ユニットを取り外せばよく、特に、アレイアンテナが数百から数千の素子アンテナからなる場合、複合ユニットはアレイアンテナを数個から十数個に区切って形成することができるため、メンテナンス作業を容易にできる効果がある。
【００１２】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２に係るフェーズドアレイアンテナ装置の複合ユニットの構造を透過的に示す斜視図で、図２と相当する部分には同一符号を付して示す。図５は実施の形態２で対象とする部分の詳細を示す説明図である。
この複合ユニット５では、モジュール一体化ユニット４と素子アンテナ２，３の配列間に、同軸ケーブルの代わりに、トリプレート構造の多層プリント基板からなる給電回路基板７を用いた接続構造としている。送受信モジュール８および励振素子アンテナ２は、同軸ケーブルを用いず、それぞれコネクタ９，１０を介してトリプレート構造の多層プリント基板７に直接接続される。この給電回路基板７は、２層、４層または６層からなるプリント基板７３，７４により線路７５を形成し、その両面に、例えばアルミプレート７１，７２を配したものである。給電回路基板７の両面には、図５（ｂ）に示すように、コネクタの受け口１１，９１が設けられている。
【００１３】
以上のように、この実施の形態２によれば、トリプレート構造の多層プリント基板からなる給電回路基板を用いた接続構造としたので、送受信モジュールの位置と励振素子アンテナの位置をオフセット、すなわち両者を接続するそれぞれの位置（または番地）を指定することができる。したがって、予め設計した素子アンテナを励振素子アンテナとして設定する接続作業を容易にすることができ、製作時やメンテナンス時の作業を、同軸ケーブルを用いた場合よりも改善できる効果が得られる。
【００１４】
実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３に係るフェーズドアレイアンテナ装置のアレイアンテナの開口を示す説明図、図７は同実施の形態３に係る複合ユニットの構造を透視的に示す斜視図である。図において、図１および図２に相当する部分には同一符号を付して示す。この場合、アレイアンテナの開口１は、長手方向に素子アンテナ２，３を１列に配列した同タイプの複合ユニット５を複数個並べて装着することによって、図１に示すものと同じ励振素子アンテナ２の設定分布を得るようにしたものである。
図６において、アレイアンテナの開口１は、配列された素子アンテナ２，３を複数の縦列のブロックに分けられている。各ブロックは、素子アンテナ２，３とその背後に複数の送受信モジュール８を組み込んで一体化したモジュール一体化ユニット４を搭載した複合ユニット５を形成している。この例の場合も、１個のモジュール一体化ユニット４に組み込まれる送受信モジュール８の数は４個と設定されている。また、各複合ユニット５において配分された励振素子アンテナ２の数は、１個のモジュール一体化ユニット４内に組み込まれた送受信モジュール８の数４の整数倍、すなわち４個あるいは８個となるように設定される。
【００１５】
図７は、図６に示す複合ユニット５Ｂの内部構造の概略について示したものである。この複合ユニット５Ｂの場合、励振素子アンテナ２はモジュール一体化ユニット４を２個搭載可能な列に４個分散しているが、実際に搭載したモジュール一体化ユニット４は１個で済んでいることを示している。一方、図６において、励振素子アンテナ２が列を満たして分布している複合ユニット５についてみると、励振素子アンテナ２は８個設定されているので、搭載するモジュール一体化ユニット４は２個となり、それらの送受信モジュール８を全て使用していることが分る。このように、複合ユニット内で設定される励振素子アンテナの数を、１個のモジュール一体化ユニットに組み込まれた送受信モジュールの数の整数倍に設定することにより、モジュール一体化ユニットの搭載数を最小限に設定でき、また、組み込まれた送受信モジュールを励振素子アンテナの設定に全て利用するので、効率の良い構造とし、またコスト上でも有利なフェーズドアレイアンテナ装置を実現できる。
したがって、このようにして構成したフェーズドアレイアンテナ装置は、図６に示すように、ＡＺ、ＥＬに投影した振幅分布を得ることができ、縦方向（ＥＬ）はテーラ分布に近くなり、図８に示すＥＬ方向のアンテナ放射パターンのように、サイドローブの上昇を抑えることができる。
【００１６】
以上のように、この実施の形態３によれば、アレイアンテナの開口を、縦各列に複数のブロックに分け、各列のブロックのそれぞれを実施の形態１と同様な複合ユニットで構成したものである。したがって、実施の形態１と同様な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の実施の形態１に係るフェーズドアレイアンテナ装置のアレイアンテナの開口を示す説明図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る複合ユニットの構造を透視的に示す斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るアンテナ放射パターンを表わす説明図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る複合ユニットの構造を透視的に示す斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態２の対象とする部分の詳細を示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係るフェーズドアレイアンテナ装置のアレイアンテナの開口を示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態３に係る複合ユニットの構造を透視的に示す斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態３に係るアンテナ放射パターンを表わす説明図である。
【符号の説明】
【００１８】
１  アレイアンテナの開口、２  励振素子アンテナ、３  非励振素子アンテナ、４  モジュール一体化ユニット、５，５Ａ，５Ｂ  複合ユニット、６  同軸ケーブル、７  給電回路基板、８  送受信モジュール、９  コネクタ。
【図１】
2006180086.tif 000003
【図２】
2006180086.tif 000004
【図３】
2006180086.tif 000005
【図４】
2006180086.tif 000006
【図５】
2006180086.tif 000007
【図６】
2006180086.tif 000008
【図７】
2006180086.tif 000009
【図８】
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