(57)【要約】【課題】Δビームのサイドローブレベルを低減させることができるアレイアンテナ装置を提供する。【解決手段】アンテナ開口を形成するように配置された複数のアンテナ素子３１と、複数のアンテナ素子に対して送受する信号の位相をそれぞれ制御する複数の送受信モジュール３２と、外部からの送信信号を複数の送受信モジュールに分配する分配器１、２と、複数の送受信モジュールからの信号を合成することによりΣビームおよびΔビームを生成して外部に出力する合成器１、２、４、５と、アンテナ開口におけるΔビームの振幅分布が該アンテナ開口の中心およびその近傍で小さくなるように、複数の送受信モジュールにおいて制御する位相の量を決定するビーム制御部７を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ開口を形成するように配置された複数のアンテナ素子と、
前記複数のアンテナ素子に対して送受する信号の位相をそれぞれ制御する複数の送受信モジュールと、
外部からの送信信号を前記複数の送受信モジュールに分配する分配器と、
前記複数の送受信モジュールからの信号を合成することによりΣビームおよびΔビームを生成して外部に出力する合成器と、
前記アンテナ開口におけるΔビームの振幅分布が該アンテナ開口の中心およびその近傍で小さくなるように、前記複数の送受信モジュールにおいて制御する位相の量を決定するビーム制御部と、
を備えたことを特徴とするアレイアンテナ装置。
【請求項２】
複数のアンテナ素子に対して送受される信号の位相を制御する送受信モジュールを含む複合ユニットを複数備えたアレイアンテナ装置であって、
外部からの送信信号を前記複数の複合ユニットに分配する分配器と、
前記複数の複合ユニットからの信号を合成することによりΣビームおよびΔビームを生成して外部に出力する合成器と、
前記複数の複合ユニットの全てのアンテナ素子によって形成されたアンテナ開口におけるΔビームの振幅分布が該アンテナ開口の中心およびその近傍で小さくなるように、前記複数の複合ユニットに含まれる送受信モジュールにおいて制御する位相の量を決定するビーム制御部と、
を備えたことを特徴とするアレイアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、存在する目標の角度を測定（測角）するために使用されるアレイアンテナ装置に関し、特にΣビームとΔビームの受信信号を処理することによりモノパルス測角を行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モノパルス測角を行なうレーダ装置が知られている（例えば、非特許文献１、ｐｐ２６０−２６４参照）。このようなレーダ装置では、ΣビームおよびΔビームのサイドローブレベルが高いとサイドローブ方向から入ってくる不要信号により測角精度が低下するので、サイドローブレベルを低くする必要がある。
【０００３】
そこで、従来のレーダ装置で使用されるアレイアンテナ装置では、サイドローブレベルの低減を実現するために、アンテナ素子毎に給電回路を制御して振幅分布を設定する方法等が用いられていた。
【０００４】
例えば、Σビームに対しては、非特許文献１のｐｐ１３４−１３５に説明されているように、テイラー分布になるように給電回路を制御して振幅分布を設定し、Δビームに対しては、例えば非特許文献２のｐｐ１３６〜１４１に説明されているように、振幅分布の中心およびその近傍で値が小さくなるベイリス分布になるように給電回路を制御して振幅分布を設定することが行われている。
【０００５】
これらのテイラー分布およびベイリス分布は、サイドローブレベルの低減を目的とした分布である。従って、振幅分布をテイラー分布またはベイリス分布にすることによりサイドローブレベルを低減させることができる。
【非特許文献１】吉田孝監修、「改訂レーダ技術」、初版、社団法人電子情報通信学会、平成１５年２月１５日
【非特許文献２】Robeat.J.Maillonx, "Phased Array Antenna Handbook", Artech House,1993, p136〜141
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、従来のモノパルス測角を行なうレーダ装置で使用されるアレイアンテナ装置では、サイドローブから入ってくる不要信号を抑圧するために、複数のアンテナ素子の振幅分布がΣビームとΔビームのサイドローブレベルを低減できる分布になるように設定されている。
【０００７】
しかしながら、コスト低減等の要請から、アンテナ素子の振幅分布として一様分布等のような簡易な分布が用いられる場合もあり、この場合はサイドローブレベルが上昇して測角精度が低下するという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような問題を解消するためになされたものであり、Δビームのサイドローブレベルを低減させることができるアレイアンテナ装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明に係るアレイアンテナ装置は、上記課題を達成するために、アンテナ開口を形成するように配置された複数のアンテナ素子と、複数のアンテナ素子に対して送受する信号の位相をそれぞれ制御する複数の送受信モジュールと、外部からの送信信号を複数の送受信モジュールに分配する分配器と、複数の送受信モジュールからの信号を合成することによりΣビームおよびΔビームを生成して外部に出力する合成器と、アンテナ開口におけるΔビームの振幅分布が該アンテナ開口の中心およびその近傍で小さくなるように、複数の送受信モジュールにおいて制御する位相の量を決定するビーム制御部を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、第２の発明に係るアレイアンテナ装置は、複数のアンテナ素子に対して送受される信号の位相を制御する送受信モジュールを含む複合ユニットを複数備えたアレイアンテナ装置であって、外部からの送信信号を複数の複合ユニットに分配する分配器と、複数の複合ユニットからの信号を合成することによりΣビームおよびΔビームを生成して外部に出力する合成器と、複数の複合ユニットの全てのアンテナ素子によって形成されたアンテナ開口におけるΔビームの振幅分布が該アンテナ開口の中心およびその近傍で小さくなるように、複数の複合ユニットに含まれる送受信モジュールにおいて制御する位相の量を決定するビーム制御部を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明に係るアレイアンテナ装置によれば、複数のアンテナ素子に対して送受する信号の位相を複数の送受信モジュールにおいて制御することにより、アンテナ開口におけるΔビームの振幅分布が該アンテナ開口の中心およびその近傍で小さくなるように構成したので、例えばベイリス分布のような振幅分布を得ることができる。その結果、アンテナ素子の振幅分布を調整する機能を有しない場合であっても、Δビームのサイドローブレベルを低減することができる。
【００１２】
第２の発明に係るアレイアンテナ装置によれば、第１の発明に係るアレイアンテナ装置におけるアンテナ素子と送受信モジュールの代わりに、複数のアンテナ素子に対して送受される信号を分配および合成する複合ユニットを採用し、この複合ユニットを複数配置してアレイアンテナ装置を構成したので、部品点数が減少し、アレイアンテナ装置の構造および組み立てを簡単化できるとともに、信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態に係るアレイアンテナ装置を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の実施例１に係るアレイアンテナ装置の構成を示す図である。このアレイアンテナ装置は、横方向分配合成器１、複数の縦方向分配合成器２、複数のアンテナ素子３１、複数の送受信モジュール３２、複数の縦方向合成器４、横方向合成器５、サーキュレータ６およびビーム制御部７から構成されている。
【００１５】
サーキュレータ６は、図示しない送信機から送られてくる送信信号Ｔｘを横方向分配合成器１に送るか、横方向分配合成器１から送られてくる縦方向（エレベーション方向、以下、「ＥＬ方向」という）の差信号であるΔＥＬビームを図示しない受信機に送るかを切り替える。
【００１６】
横方向分配合成器１は、送信機からサーキュレータ６を経由して送られてくる送信信号Ｔｘを電力分配し、縦方向分配合成器２に送る（信号経路は図１中において破線で示されている）。また、横方向分配合成器１は、縦方向分配合成器２から送られてくる受信信号を合成することにより縦方向の差信号であるΔＥＬビームを生成し、サーキュレータ６を経由して受信機に送る。
【００１７】
複数の縦方向分配合成器２の各々は、横方向分配合成器１から送られてくる送信信号をさらに電力分配し、送信信号Ｔｘａとして複数の送受信モジュール３２に送る。また、複数の縦方向分配合成器２の各々は、複数の送受信モジュール３２から送られてくる受信信号Ｒｘ２を合成して横方向分配合成器１に送る。
【００１８】
複数の送受信モジュール３２には、複数のアンテナ素子３１がそれぞれ接続されており、これら複数のアンテナ素子３１によってアンテナ開口が形成されている。各送受信モジュール３２は、図２に示すように、サーキュレータ３２１、送信増幅器３２２、受信増幅器３２３、スイッチ３２４、第１移相器３２５および第２移相器３２６から構成されている。
【００１９】
サーキュレータ３２１は、送信増幅器３２２から送られてくる送信信号をアンテナ端に接続されたアンテナ素子３１に送るか、アンテナ素子３１からアンテナ端を経由して送られてくる受信信号を受信増幅器３２３に送るかを切り替える。送信増幅器３２２は、スイッチ３２４から送られてくる送信信号を増幅し、サーキュレータ３２１に送る。受信増幅器３２３は、サーキュレータ３２１から送られてくる受信信号を低雑音増幅し、スイッチ３２４および第２移相器３２６に送る。スイッチ３２４は、第１移相器３２５から送られてくる送信信号を送信増幅器３２２に送るか、受信増幅器３２３から送られてくる受信信号を第１移相器３２５に送るかを切り替える。
【００２０】
第１移相器３２５は、縦方向分配合成器２から送られてくる送信信号Ｔｘａの位相を、ビーム制御部７からの制御信号に従って制御することにより所定量だけ変化させてスイッチ３２４に送るとともに、受信増幅器３２３からスイッチ３２４を経由して送られてくる受信信号の位相を、ビーム制御部７からの制御信号に従って制御することにより所定量だけ変化させて、受信信号Ｒｘ２として縦方向分配合成器２に送る。第２移相器３２６は、受信増幅器３２３から送られてくる受信信号の位相を、ビーム制御部７からの制御信号に従って制御することにより所定量だけ変化させて、受信信号Ｒｘ１として縦方向合成器４に送る。
【００２１】
複数の縦方向合成器４の各々は、複数の送受信モジュール３２からの受信信号Ｒｘ１を合成し、横方向合成器５に送る。横方向合成器５は、複数の縦方向合成器４から送られてくる受信信号を、開口分割した信号の和と差をとるモノパルス合成によって合成することにより、和信号であるΣビームおよび横方向（アジマス方向、以下、「ＡＺ方向」という）の差信号であるΔＡＺビームを生成し、図示しない受信機に送る。
【００２２】
ビーム制御部７は、上述したように、第１移相器３２５および第２移相器３２６において変化させる位相の量を指定する制御信号を生成し、第１移相器３２５および第２移相器３２６に送る。
【００２３】
次に、上記のように構成される本発明の実施例１に係るアレイアンテナ装置の動作を説明する。まず、実施例１に係るアレイアンテナ装置と比較するために、従来のアレイアンテナ装置について説明する。図３（ｂ）は、従来のアレイアンテナ装置におけるΔＥＬビームに対する一般的なアンテナ素子の位相設定の例を示す。アンテナ開口の上半分で０度（○印で示されている）に、下半分で１８０度（×印で示されている）に設定されている。この場合は、図３（ａ）に示すように、アンテナ開口全体の振幅分布は一様分布になるために、サイドローブレベルが高くなる。
【００２４】
これに対し、図４（ｂ）は、本発明の実施例１に係るアレイアンテナ装置におけるΔビームに対するアンテナ素子の位相設定の例を示す図である。図４では、ＥＬ方向における原点およびその近傍において、ＥＬ方向の同一座標上に、異なる位相が設定されたアンテナ素子が混合して配置されている。各アンテナ素子の位相は、ビーム制御部７からの制御信号に応じて移相量が制御される第１移相器３２５および第２移相器３２６によって決定される。これにより、ＥＬ方向の同一座標上のアンテナ素子の振幅が相殺され、合成された後の振幅が小さくなる。
【００２５】
ＥＬ方向における原点およびその近傍において、異なる位相が設定されたアンテナ素子の混合割合を適宜変化させることにより、図４（ａ）に示すように、アンテナ開口全体の振幅分布は、原点およびその近傍において低くなる。その結果、アンテナ開口の振幅分布は、図５に示すようなベイリス分布に近づき、サイドローブレベルが低減される。従って、図６に示すように、サイドローブレベルの低いΔＥＬビームを実現できる。
【００２６】
なお、上述した実施例１では、ΔＥＬビームに関してアンテナ開口における振幅分布をベイリス分布に近づける方法について説明したが、ΔＡＺビームについても同様の方法を適用できる。また、アンテナ素子数やアンテナ開口の形状等に応じて、各アンテナ素子に設定する位相を適宜変化させることができる。
【実施例２】
【００２７】
本発明の実施例２に係るアレイアンテナ装置は、実施例１に係るアレイアンテナ装置における複数の送受信モジュール３２を一体化して複合ユニットを構成し、この複合ユニットを複数用いてアレイアンテナ装置を構成したものである。
【００２８】
図７は、本発明の実施例２に係るアレイアンテナ装置の構成を示すブロック図である。なお、以下では、実施例１に係るアレイアンテナ装置の構成部分と同一の部分には、実施例１で使用した符号を付して説明を省略する。
【００２９】
複数の複合ユニット３の各々には、複数のアンテナ素子３１が接続されている。アンテナ開口は、複数の複合ユニット３に接続された全てのアンテナ素子３１によって形成されている。
【００３０】
各複合ユニット３は、図８に示すように、送受信モジュール３２は、分配器３３および合成器３４から構成されている。送受信モジュール３２は、図２を参照して既に説明した実施例１に係るアレイアンテナ装置のそれと同じである。
【００３１】
分配器３３は、縦方向分配合成器２から送られてくる送信信号をさらに電力分配し、複数の送受信モジュール３２に送る。また、分配器３３は、複数の送受信モジュール３２から送られてくる受信信号Ｒｘ２を合成して縦方向分配合成器２に送る。合成器３４は、複数の送受信モジュール３２から送られてくる受信信号Ｒｘ１を合成して縦方向分配合成器２に送る。
【００３２】
上記のように構成される本発明の実施例２に係るアレイアンテナ装置の動作は、上述した実施例１に係るアレイアンテナ装置の動作と同じである。
【００３３】
以上説明したように、本発明の実施例２に係るアレイアンテナ装置によれば、実施例１に係るアレイアンテナ装置におけるアンテナ素子と送受信モジュールの代わりに、複数のアンテナ素子に対して送受される信号を分配および合成する複合ユニットを採用し、この複合ユニットを複数配置してアレイアンテナ装置を構成したので、部品点数が減少し、アレイアンテナ装置の構造および組み立てを簡単化できるとともに、信頼性を向上させることができる。
【００３４】
なお、上述した実施例１および実施例２に係るアレイアンテナ装置は、送信および受信を行う機能を有するが、本発明に係るアレイアンテナ装置は、受信のみを行う機能を有するものに適用することもできる。この場合、送受信モジュール３２の内部のサーキュレータ３２１、送信増幅器３２２およびスイッチ３２４は不要である。
【００３５】
また、本発明に係るアレイアンテナ装置は、上述した実施例１および実施例２に係るアレイアンテナ装置における横方向（ＡＺ方向）の分配または合成と縦方向（ＥＬ方向）の分配または合成とを入れ替えて構成することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明のアレイアンテナ装置は、測角処理を行なうレーダ装置等に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施例１に係るアレイアンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１に係るアレイアンテナ装置で使用される送受信モジュールの構成を示す図である。
【図３】従来のアレイアンテナ装置におけるΔビームに対するアンテナ素子の位相設定の例を示す図である。
【図４】本発明の実施例１に係るアレイアンテナ装置におけるΔビームに対するアンテナ素子の位相設定の例を示す図である。
【図５】ベイリス分布の一例を示す図である。
【図６】サイドローブレベルの低いΔビームの一例を示す図である。
【図７】本発明の実施例２に係るアレイアンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施例２に係るアレイアンテナ装置で使用される複合ユニットの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  横方向分配合成器
２  縦方向分配合成器
３  複合ユニット
４  縦方向合成器
５  横方向合成器
６  サーキュレータ
７  ビーム制御部
３１  アンテナ素子
３２  送受信モジュール
３３  分配器
３４  合成器
３２１  サーキュレータ
３２２  送信増幅器
３２３  受信増幅器
３２４  スイッチ
３２５  第１移相器
３２６  第２移相器
【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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