(57)【要約】【課題】アレーアンテナ製造後にアンテナ素子の開口面積の変更及び、アレーアンテナの規模の変更を容易に行うことが可能なアレーアンテナ及びこのアレーアンテナに用いられるアンテナユニットを提供する。【解決手段】アレーアンテナには、アンテナ素子が搭載された複数のアンテナユニットが連結される。各アンテナユニットは、入力された送信信号を分配し、一方をアンテナ素子２４から送信し、他方を連結されたユニットへ出力する。また、各アンテナユニットは、アンテナ素子２４で受信された受信信号を、供給された受信信号と合成して出力する。また、各アンテナユニットは、入力された制御信号に基づいて位相制御器２６１，２６２及び増幅器２７１，２７２を制御すると共に、連結されたユニットへ出力する。さらに、各アンテナユニットは、入力された電力を位相制御器２６１，２６２及び増幅器２７１，２７２へ供給すると共に、連結されたユニットへ出力する。【選択図】      図２
2011015354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信信号を入力するための送信信号入力用連結端子と、前記送信信号を出力するための送信信号出力用連結端子と、受信信号を入力するための受信信号入力用連結端子と、前記受信信号を出力するための受信信号出力用連結端子と、前記送信信号を空間へ向けて送信し、前記送信信号の反射波を受信信号として受信するアンテナ素子と、前記送信信号入力用連結端子から入力された送信信号を分配し、一方を前記送信信号出力用連結端子へ供給し、他方を前記アンテナ素子から送信させる分配手段と、前記アンテナ素子により受信された受信信号を、前記受信信号入力用連結端子から入力された受信信号に合成し、前記受信信号出力用連結端子へ供給する合成手段とを備えるアンテナユニットと、
前記送信信号出力用連結端子から出力される送信信号及び前記受信信号入力用連結端子へ入力される受信信号を終端させる終端手段と、
前記送信信号を外部から取り込んで前記送信信号入力用連結端子へ供給し、前記受信信号出力用連結端子から供給された受信信号を外部へ出力するインタフェース手段と
を具備し、
前記アンテナユニットは、目的に応じた個数だけ連結され、前記送信信号出力用連結端子を隣接したアンテナユニットの前記送信信号入力用連結端子と連結させることで、前記インタフェース手段から供給された送信信号を前記分配手段を介して前記隣接したアンテナユニットへ伝送し、前記受信信号入力用連結端子を前記隣接したアンテナユニットの前記受信信号出力用連結端子と連結させることで、前記隣接したアンテナユニットから出力された受信信号を前記合成手段を介して前記インタフェース手段へ供給することを特徴とするアレーアンテナ。
【請求項２】
前記アンテナユニットは、
前記分配手段で分配されて前記アンテナ素子から送信される送信信号に対して送信処理を行い、前記アンテナ素子で受信された受信信号に対して受信処理を行う送受信処理手段と、
前記送受信処理手段を制御するための制御信号を入力するための制御信号入力用連結端子と、
前記制御信号を出力するための制御信号出力用連結端子と、
前記制御信号入力用連結端子から入力された制御信号により前記送受信処理手段を制御すると共に、前記制御信号出力用連結端子へ前記制御信号を出力する制御手段と、
前記送受信処理手段を駆動するための電圧を入力するための電圧入力用連結端子と、
前記電圧を出力するための電圧出力用連結端子と、
前記電圧入力用連結端子から入力された電圧を前記送受信処理手段へ供給すると共に、前記電圧出力用連結端子へ前記電圧を出力する電源供給手段と
をさらに備え、
前記終端手段は、前記制御信号出力用連結端子から出力される制御信号及び前記電圧出力用連結端子から出力される電圧をさらに終端させ、
前記インタフェース手段は、前記制御信号を外部から取り込んで前記制御信号入力用連結端子へ供給し、前記電圧を外部から取り込んで前記電圧入力用連結端子へ供給し、
前記アンテナユニットが目的に応じた個数だけ連結される場合には、前記制御信号出力用連結端子を隣接したアンテナユニットの前記制御信号入力用連結端子と連結させることで、前記インタフェース手段から供給された制御信号を前記制御手段を介して前記隣接したアンテナユニットへ伝送し、前記電圧出力用連結端子を前記隣接したアンテナユニットの前記電圧入力用連結端子と連結させることで、前記インタフェース手段から供給された電圧を前記電源供給手段を介して前記隣接したアンテナユニットへ伝送することを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ。
【請求項３】
前記分配手段は、
前記送信信号入力用連結端子から入力された送信信号を予め設定された増幅量で増幅する増幅器と、
前記増幅器で増幅された信号を予め設定された比率で分配し、前記送信信号出力用連結端子へ供給される送信信号の振幅を、前記送信信号入力用連結端子から入力された送信信号の振幅と同一となるようにする分配器と
を備えることを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ。
【請求項４】
前記インタフェース手段から供給された送信信号がデジタル形式である場合、
前記分配手段は、
前記送信信号入力用連結端子から入力された送信信号に、予め設定されて書き換え可能な重み係数を乗算して前記送信信号から所定の振幅の送信信号を分離し、前記分離元の送信信号を前記送信信号出力用連結端子へ供給する分離部と、
前記分離部で分離された前記所定の振幅の送信信号を、予め設定されて書き換え可能な遅延量で遅延させる遅延部と、
前記遅延された送信信号をアナログ変換するデジタル−アナログ変換部と、
前記アナログ変換された送信信号をアップコンバートして前記アンテナ素子へ出力する周波数変換部と
を備えることを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ。
【請求項５】
前記合成手段は、
前記アンテナ素子により受信された受信信号をダウンコンバートする周波数変換部と、
前記ダウンコンバートされた受信信号をデジタル変換するアナログ−デジタル変換部と、
前記デジタル変換された受信信号を、予め設定されて書き換え可能な遅延量で遅延させる遅延部と、
前記遅延された受信信号に予め設定されて書き換え可能な重み係数を乗算し、乗算後の信号を前記受信信号入力用連結端子から入力された受信信号に合成するミキサと
を備えることを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ。
【請求項６】
前記インタフェース手段は、前記アンテナユニットと連結するインタフェースユニットに搭載されることを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ。
【請求項７】
前記インタフェースユニットは、アンテナ素子を備えることを特徴とする請求項６記載のアレーアンテナ。
【請求項８】
前記終端手段は、前記アンテナユニットと連結する終端ユニットに搭載されることを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ。
【請求項９】
前記終端ユニットは、アンテナ素子を備えることを特徴とする請求項８記載のアレーアンテナ。
【請求項１０】
アレーアンテナに用いられるアンテナユニットであって、
送信信号を入力するための送信信号入力用連結端子と、
前記送信信号を出力するための送信信号出力用連結端子と、
受信信号を入力するための受信信号入力用連結端子と、
前記受信信号を出力するための受信信号出力用連結端子と、
前記送信信号を空間へ向けて送信し、前記送信信号の反射波を受信信号として受信するアンテナ素子と、
前記送信信号入力用連結端子から入力された送信信号を分配し、一方を前記送信信号出力用連結端子へ供給し、他方を前記アンテナ素子から送信させる分配手段と、
前記アンテナ素子により受信された受信信号を、前記受信信号入力用連結端子から入力された受信信号に合成し、前記受信信号出力用連結端子へ供給する合成手段と
を具備することを特徴とするアンテナユニット。
【請求項１１】
前記送信信号出力用連結端子から出力される送信信号及び前記受信信号入力用連結端子へ入力される受信信号を終端させる終端手段と、前記送信信号を外部から取り込んで前記送信信号入力用連結端子へ供給し、前記受信信号出力用連結端子から供給された受信信号を外部へ出力するインタフェース手段とが存在する場合、
前記アンテナユニットは、目的に応じた個数だけ連結され、前記送信信号出力用連結端子を隣接したアンテナユニットの前記送信信号入力用連結端子と連結させることで、前記インタフェース手段から供給された送信信号を前記分配手段を介して前記隣接したアンテナユニットへ伝送し、前記受信信号入力用連結端子を前記隣接したアンテナユニットの前記受信信号出力用連結端子と連結させることで、前記隣接したアンテナユニットから出力された受信信号を前記合成手段を介して前記インタフェース手段へ供給することを特徴とする請求項１０記載のアンテナユニット。
【請求項１２】
前記アンテナユニットは、
前記分配手段で分配されて前記アンテナ素子から送信される送信信号に対して送信処理を行い、前記アンテナ素子で受信された受信信号に対して受信処理を行う送受信処理手段と、
前記送受信処理手段を制御するための制御信号を入力するための制御信号入力用連結端子と、
前記制御信号を出力するための制御信号出力用連結端子と、
前記制御信号入力用連結端子から入力された制御信号により前記送受信処理手段を制御すると共に、前記制御信号出力用連結端子へ前記制御信号を出力する制御手段と、
前記送受信処理手段を駆動するための電圧を入力するための電圧入力用連結端子と、
前記電圧を出力するための電圧出力用連結端子と、
前記電圧入力用連結端子から入力された電圧を前記送受信処理手段へ供給すると共に、前記電圧出力用連結端子へ前記電圧を出力する電源供給手段と
をさらに具備することを特徴とする請求項１０記載のアンテナユニット。
【請求項１３】
前記送信信号出力用連結端子から出力される送信信号、前記制御信号出力用連結端子から出力される制御信号、前記電圧出力用連結端子から出力される電圧及び前記受信信号入力用連結端子へ入力される受信信号を終端させる終端手段と、前記送信信号を外部から取り込んで前記送信信号入力用連結端子へ供給し、前記制御信号を外部から取り込んで前記制御信号入力用連結端子へ供給し、前記電圧を外部から取り込んで前記電圧入力用連結端子へ供給し、前記受信信号出力用連結端子から供給された受信信号を外部へ出力するインタフェース手段とが存在する場合、
前記アンテナユニットは、前記制御信号出力用連結端子を隣接したアンテナユニットの前記制御信号入力用連結端子と連結させることで、前記インタフェース手段から供給された制御信号を前記制御手段を介して前記隣接したアンテナユニットへ伝送し、前記電圧出力用連結端子を前記隣接したアンテナユニットの前記電圧入力用連結端子と連結させることで、前記インタフェース手段から供給された電圧を前記電源供給手段を介して前記隣接したアンテナユニットへ伝送することを特徴とする請求項１２記載のアンテナユニット。
【請求項１４】
前記分配手段は、
前記送信信号入力用連結端子から入力された送信信号を予め設定された増幅量で増幅する増幅器と、
前記増幅器で増幅された信号を予め設定された比率で分配し、前記送信信号出力用連結端子へ供給される送信信号の振幅を、前記送信信号入力用連結端子から入力された送信信号の振幅と同一となるようにする分配器と
を備えることを特徴とする請求項１０記載のアンテナユニット。
【請求項１５】
前記インタフェース手段から供給された送信信号がデジタル形式である場合、
前記分配手段は、
前記送信信号入力用連結端子から入力された送信信号に、予め設定されて書き換え可能な重み係数を乗算して前記送信信号から所定の振幅の送信信号を分離し、前記分離元の送信信号を前記送信信号出力用連結端子へ供給する分離部と、
前記分離部で分離された前記所定の振幅の送信信号を、予め設定されて書き換え可能な遅延量で遅延させる遅延部と、
前記遅延された送信信号をアナログ変換するデジタル−アナログ変換部と、
前記アナログ変換された送信信号をアップコンバートして前記アンテナ素子へ出力する周波数変換部と
を備えることを特徴とする請求項１０記載のアンテナユニット。
【請求項１６】
前記合成手段は、
前記アンテナ素子により受信された受信信号をダウンコンバートする周波数変換部と、
前記ダウンコンバートされた受信信号をデジタル変換するアナログ−デジタル変換部と、
前記デジタル変換された受信信号を、予め設定されて書き換え可能な遅延量で遅延させる遅延部と、
前記遅延された受信信号に予め設定されて書き換え可能な重み係数を乗算し、乗算後の信号を前記受信信号入力用連結端子から入力された受信信号に合成するミキサと
を備えることを特徴とする請求項１０記載のアンテナユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数のアンテナ素子を具備し、例えば、レーダ等に使用されるマイクロ波を送受信するアレーアンテナ及びアレーアンテナに用いられるアンテナユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、アレーアンテナは、複数のアンテナ素子を具備し、この複数のアンテナ素子により無線信号の送受信を行う（例えば、特許文献１参照）。この種のアレーアンテナの放射パターン及び放射利得特性は、アンテナ素子の開口面積で決定される。例えば、アンテナ素子群全体の面積を大きくすると指向性が鋭く、大きな放射利得を得ることが可能となる。
【０００３】
しかしながら、従来のアレーアンテナでは、アレーアンテナ製造後にアンテナ素子の開口面積を変更することは困難であるという問題がある。これは、アレーアンテナでは、アンテナ素子毎に、アンテナ素子間の位相調整を行う位相制御器及び、アンテナ素子により送受信される信号の振幅を増幅する増幅器が設置されることに起因する。つまり、例えば、アンテナ素子の開口面積を増加させようとする場合、新たに増設するアンテナ素子においての送受信信号、位相制御器及び増幅器を制御する制御信号及び、位相制御器及び増幅器等を駆動する電力をそれぞれ伝送するように線路の設計を変更する必要がある。特に、送受信信号においては、送信及び受信におけるアンテナ開口面の強度分布を所望のものとする場合、各アンテナ素子の送受信信号の分配回路及び合成回路を、既存のアンテナ素子用の回路の分を含め、全体的に設計を変更しなくてはならない。さらに、従来のアレーアンテナでは、その設計時に送受信信号、制御信号及び駆動電源をアンテナ素子へ伝送するための線路配置について考慮しなければならず、設計者の大きな負担になっているという問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２６１３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のように、従来のアレーアンテナでは、アンテナ素子毎に複数の線路が接続されているため、アレーアンテナ製造後にアンテナ素子の開口面積の変更及び、アレーアンテナの規模の変更をすることは困難であった。
【０００６】
この発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、アレーアンテナ製造後にアンテナ素子の開口面積の変更及び、アレーアンテナの規模の変更を容易に行うことが可能なアレーアンテナ及びこのアレーアンテナに用いられるアンテナユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係るアレーアンテナは、送信信号を入力するための送信信号入力用連結端子と、前記送信信号を出力するための送信信号出力用連結端子と、受信信号を入力するための受信信号入力用連結端子と、前記受信信号を出力するための受信信号出力用連結端子と、前記送信信号を空間へ向けて送信し、前記送信信号の反射波を受信信号として受信するアンテナ素子と、前記送信信号入力用連結端子から入力された送信信号を分配し、一方を前記送信信号出力用連結端子へ供給し、他方を前記アンテナ素子から送信させる分配手段と、前記アンテナ素子により受信された受信信号を、前記受信信号入力用連結端子から入力された受信信号に合成し、前記受信信号出力用連結端子へ供給する合成手段とを備えるアンテナユニットと、前記送信信号出力用連結端子から出力される送信信号及び前記受信信号入力用連結端子へ入力される受信信号を終端させる終端手段と、前記送信信号を外部から取り込んで前記送信信号入力用連結端子へ供給し、前記受信信号出力用連結端子から供給された受信信号を外部へ出力するインタフェース手段とを具備し、前記アンテナユニットは、目的に応じた個数だけ連結され、前記送信信号出力用連結端子を隣接したアンテナユニットの前記送信信号入力用連結端子と連結させることで、前記インタフェース手段から供給された送信信号を前記分配手段を介して前記隣接したアンテナユニットへ伝送し、前記受信信号入力用連結端子を前記隣接したアンテナユニットの前記受信信号出力用連結端子と連結させることで、前記隣接したアンテナユニットから出力された受信信号を前記合成手段を介して前記インタフェース手段へ供給することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係るアンテナユニットは、アレーアンテナに用いられるアンテナユニットであって、送信信号を入力するための送信信号入力用連結端子と、前記送信信号を出力するための送信信号出力用連結端子と、受信信号を入力するための受信信号入力用連結端子と、前記受信信号を出力するための受信信号出力用連結端子と、前記送信信号を空間へ向けて送信し、前記送信信号の反射波を受信信号として受信するアンテナ素子と、前記送信信号入力用連結端子から入力された送信信号を分配し、一方を前記送信信号出力用連結端子へ供給し、他方を前記アンテナ素子から送信させる分配手段と、前記アンテナ素子により受信された受信信号を、前記受信信号入力用連結端子から入力された受信信号に合成し、前記受信信号出力用連結端子へ供給する合成手段とを具備する。
【０００９】
上記構成によるアレーアンテナは、アンテナ素子が搭載されたアンテナユニットが連結されるようになっている。そして、各アンテナユニットは、入力された送信信号をアンテナ素子から送信する共に、連結されたユニットへ出力する。また、各アンテナユニットは、アンテナ素子で受信された受信信号を、連結されたユニットから供給された受信信号に合成して出力するようにしている。これにより、アンテナユニットの連結数を操作することで、アンテナ素子毎の線路配置を考慮することなく、容易にアンテナ素子の開口面積を変更すること及び、アレーアンテナの規模を変更することが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、アレーアンテナ製造後にアンテナ素子の開口面積の変更及び、アレーアンテナの規模の変更を容易に行うことが可能なアレーアンテナ及びこのアレーアンテナに用いられるアンテナユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るアレーアンテナの構成を示すブロック図である。
【図２】図１のアンテナユニットの構成を示す図である。
【図３】図２のＲＦ信号分配回路の構成を示す図である。
【図４】図２のアンテナユニット及びアンテナ素子の配置例を示す図である。
【図５】図２のＲＦ信号合成回路の構成を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係わるアレーアンテナのアンテナユニットの構成を示す図である。
【図７】図６のＲＦ信号分配回路の構成を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係るアレーアンテナの構成を示すブロック図である。
【図９】図８のアンテナユニットの構成を示す図である。
【図１０】図９のＲＦ信号分配回路の構成を示す図である。
【図１１】図９のＲＦ信号合成回路の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明に係るアレーアンテナ及びアンテナユニットの実施の形態について詳細に説明する。
【００１３】
［第１の実施形態］  
図１は、本発明の第１の実施形態に係るアレーアンテナの構成を示すブロック図である。図１に示すアレーアンテナは、先頭ユニット１０、アンテナユニット２０−１〜２０−ｎ（ｎは２以上の整数）及び終端ユニット３０を具備する。先頭ユニット１０、アンテナユニット２０−１〜２０−ｎ及び終端ユニットは、各ユニットに備えられた連結コネクタ１１，２１，３１により連結される。先頭ユニット１０は連結コネクタ１１でアンテナユニット２０−１の連結コネクタ２１−１１と連結し、アンテナユニット２０−１は連結コネクタ２１−１２でアンテナユニット２０−２の連結コネクタ２１−２１と連結する。アンテナユニット２０−２〜２０−（ｎ−１）はそれぞれの連結コネクタにより隣接するアンテナユニットの連結コネクタと連結する。アンテナユニット２０−ｎは連結コネクタ２１−ｎ１でアンテナユニット２０−（ｎ−１）と連結し、連結コネクタ２１−ｎ２で終端ユニット３０の連結コネクタ３１と連結する。
【００１４】
先頭ユニット１０は、送信信号インタフェース（Ｉ／Ｆ）１２、受信信号Ｉ／Ｆ１３、制御信号Ｉ／Ｆ１４及び電源供給Ｉ／Ｆ１５を備える。先頭ユニット１０は、送信信号Ｉ／Ｆ１２により外部からＲＦ信号を取り込み、取り込んだＲＦ信号を送信信号として連結コネクタ１１で連結されたアンテナユニット２０−１へ供給する。また、先頭ユニット１０は、連結コネクタ１１で連結されたアンテナユニット２０−１から供給される受信信号を受信信号Ｉ／Ｆ１３により受け取り、受け取った受信信号を外部へ出力する。
【００１５】
また、先頭ユニット１０は、制御信号Ｉ／Ｆ１４により外部から制御信号を取り込み、取り込んだ制御信号を連結コネクタ１１で連結されたアンテナユニット２０−１へ供給する。ここで、制御信号とは、後述するアンテナユニット２０−１〜２０−ｎに設置される位相制御器及び増幅器を制御するための信号である。また、先頭ユニット１０は、電源供給Ｉ／Ｆ１５により電源から電力を取り込み、取り込んだ電力を連結コネクタ１１で連結されたアンテナユニット２０−１へ供給する。
【００１６】
終端ユニット３０は、終端回路３２を備え、アンテナユニット２０−ｎから連結コネクタ３１を介して供給される送信信号、制御信号及び電力と、アンテナユニット２０−ｎからアンテナユニット２０−（ｎ−１）へ供給される受信信号とを終端させる。
【００１７】
図２は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナユニット２０−１の構成を示す概略図である。なお、アンテナユニット２０−１〜２０−ｎの構成はそれぞれ同一であり、ここでは代表してアンテナユニット２０−１の説明を行う。
【００１８】
アンテナユニット２０−１は、連結コネクタ２１−１１，２１−１２を備え、連結コネクタ２１−１１により先頭ユニット１０の連結コネクタ１１と連結し、連結コネクタ２１−１２により隣接するアンテナユニット２０−２の連結コネクタと連結する。
【００１９】
アンテナユニット２０−１は、送信信号Ｉ／Ｆ１２から供給される送信信号を、連結コネクタ２１−１１の送信信号入力用端子から受け取り、送信信号分配回路２２により分配する。図３は、送信信号分配回路２２の構成を示す模式図である。送信信号分配回路２２により受信された送信信号は、リミッティングアンプ２２１により増幅され、分配器２２２により分配される。分配器２２２で分配された送信信号は、一方が連結コネクタ２１−１２の送信信号出力用端子へ供給され、他方がアンテナ分配回路２３へ供給される。なお、図３のリミッティングアンプ２２１及び分配器２２２の近傍に付された数字は、送信信号のエネルギー比率の一例を示す。
【００２０】
アンテナ分配回路２３は、例えば、分配器がトーナメント方式に連結された構成をしており、送信信号分配回路２２から供給された信号を、アンテナユニット２０−１に設置されたアンテナ素子２４−１〜２４−ｍ（ｍは自然数）に対応した数に分配する。
【００２１】
図４は、アンテナユニット及びアンテナ素子の配置例を示す模式図である。ここでは、アンテナユニット２０−１とアンテナユニット２０−２とを例に説明する。アンテナユニット２０−１はアンテナ素子２４−１１，２４−１２を等間隔に搭載し、アンテナ２０−２はアンテナ素子２４−２１，２４−２２を等間隔に搭載する。そして、アンテナユニット２０−１，２０−２は、アンテナユニット２０−１とアンテナユニット２０−２とを連結させた場合、アンテナ素子２４−１２とアンテナ素子２４−２１との距離が、アンテナ素子２４−１１とアンテナ素子２４−１２との距離及び、アンテナ素子２４−２１とアンテナ素子２４−２２との距離と等しくなるようになっている。こうすることで、アンテナ開口面でのアンテナ素子を等間隔に配置することが可能となる。これにより、アレーアンテナにおける送受信の指向性パターンを良好に保つことが容易となる。
【００２２】
図２において、アンテナ素子２４−１〜２４−ｍは、サーキュレータ２５−１〜２５−ｍにより送信系統及び受信系統に切り替えられる。そして、アンテナ素子２４−１〜２４−ｍの送信系には位相制御器２６１−１〜２６１−ｍ及び増幅器２７１−１〜２７１−ｍが接続され、受信系には位相制御器２６２−１〜２６２−ｍ及び増幅器２７２−１〜２７２−ｍが接続されている。
【００２３】
アンテナ分配回路２３により分配された送信信号は、位相制御器２６１−１〜２６１−ｍでアンテナ素子２４−１〜２４−ｍ間の位相差を調整するように位相が制御され、増幅器２７１−１〜２７１−ｍで増幅されてアンテナ素子２４−１〜２４−ｍから送信される。アンテナ素子２４−１〜２４−ｍから送信された送信信号は、目標で反射され、アンテナ素子２４−１〜２４−ｍにより受信される。受信信号は、サーキュレータ２５−１〜２５−ｍにより受信系へ導出され、増幅器２７２−１〜２７２−ｍで増幅され、位相制御器２６２−１〜２６２−ｍで位相が制御されて、アンテナ合成回路２８へ供給される。アンテナ合成回路２８は、例えば、分配器がトーナメント方式に連結された構成をしており、アンテナ素子２４−１〜２４−ｍで受信された信号を合成して、受信信号合成回路２９へ供給する。
【００２４】
図５は、受信信号合成回路２９の構成を示す模式図である。アンテナ合成回路２８で合成された受信信号は、ダウンコンバータ２９１で中間周波数帯の信号に周波数変換され、アナログ−デジタル変換回路２９２でデジタル変換される。そして、デジタル変換された受信信号は、遅延回路２９３で遅延され、ミキサ２９４で重み係数が乗算されて連結コネクタ２１−１２の受信信号入力用端子から供給される受信信号と合成される。ミキサ２９４で合成された受信信号は、連結コネクタ２１−１１の受信信号出力用端子から出力される。ここで、遅延回路２９３における遅延量は、連結されたアンテナユニットの数に応じてアンテナユニット毎に予め設定されるものであり、その値はアレーアンテナ製造後であっても書き換え可能である。また、ミキサ２９４で乗算される重み係数は、アンテナユニット毎に予め設定されるものであり、その値はアレーアンテナ製造後であっても書き換え可能である。
【００２５】
なお、アンテナユニット内で送信信号及び受信信号が伝送される線路長は、その電気長の違いにより、各アンテナユニットに設置されているアンテナ素子における送受信信号の位相のずれが不要に発生しないように、適切に設計されている。
【００２６】
また、アンテナユニット２０−１は、制御信号Ｉ／Ｆ１４から供給される制御信号を、連結コネクタ２１−１１の制御信号入力用端子から受け取る。制御信号回路２１０は、制御信号入力用端子を介して受信した制御信号に従って、位相制御器２６１−１〜２６１−ｍ，２６２−１〜２６２−ｍ及び増幅器２７１−１〜２７１−ｍ，２７２−１〜２７２−ｍを制御する。制御信号回路２１０による位相制御器及び増幅器の制御方法としては、例えば、制御信号回路２１０がアンテナユニット毎の識別番号を有する方法がある。このとき、制御信号Ｉ／Ｆ１４から供給される制御信号には、制御対象となるアンテナユニットの制御信号回路の識別番号が付与されており、制御信号回路２１０は、自身の識別番号が付与された制御信号を受け取ることで、位相制御器及び増幅器の制御を行う。また、制御信号回路２１０は、受信した制御信号を連結コネクタ２１−１２の制御信号出力用端子へ出力する。
【００２７】
また、アンテナユニット２０−１は、電源供給Ｉ／Ｆ１５から供給される電力を、連結コネクタ２１−１１の電力入力用端子により受け取る。電源供給回路２１１は、電力入力用端子から供給される電力を受信し、位相制御器２６１−１〜２６１−ｍ，２６２−１〜２６２−ｍ及び増幅器２７１−１〜２７１−ｍ，２７２−１〜２７２−ｍへ供給する。また、電源供給回路２１１は、受信した電力を連結コネクタ２１−１２の電力出力用端子へ出力する。
【００２８】
以上のように、上記第１の実施形態に係るアレーアンテナは、先頭ユニット１０、アンテナユニット２０−１〜２０−ｎ及び終端ユニット３０が連結されて成る。このとき、アンテナユニット２０−１〜２０−ｎは、それぞれが同一の構造となっており、送信信号分配回路２２、受信信号合成回路２９、制御信号回路２１０及び電源供給回路２１１により、供給される各種信号を連結するアンテナユニットへ伝送するようにしている。これにより、アンテナユニットの連結数を操作することで、アンテナ素子毎の線路配置を考慮することなく、容易にアンテナ素子の開口面積を変更すること及び、アレーアンテナの規模を変更することが可能となる。
【００２９】
また、上記第１の実施形態に係るアレーアンテナでは、送信信号分配回路２２にリミッティングアンプ２２１が搭載され、入力される送信信号を増幅するようにしている。これにより、各アンテナユニットへ伝送される信号の振幅を一定に保つことが可能であるため、アンテナユニットを連結させることによる信号の劣化を低減させることができ、アレーアンテナの開口強度分布を送信において一様分布とすることが可能となる。
【００３０】
また、上記第１の実施形態に係るアレーアンテナでは、アンテナ素子で受信された受信信号に対して、受信信号合成回路２９でデジタル変換し、重み付けを行った後、連結コネクタからの受信信号に合成させるようにしている。これにより、受信の際には、アレーアンテナの開口強度分布をテイラー分布等の所望の分布に保つことが可能となる。また、受信信号合成回路２９は、デジタル回路であるため、製造後であっても重み係数を自由に書き換えることが可能であるため、アンテナユニットを追加する場合であってもアレーアンテナの開口強度分布が乱れることはない。
【００３１】
したがって、本発明に係るアレーアンテナは、アレーアンテナ製造後にアンテナ素子の開口面積及び、アレーアンテナの規模の変更を容易に行うことができる。また、アンテナユニットを連結することでアレーアンテナを構成することが可能となるため、アレーアンテナの設計における負担を減らすことができる。
【００３２】
［第２の実施形態］  
図６は、この発明の第２の実施形態に係わるアレーアンテナのアンテナユニット２０−１の構成を示す概略図である。図６において図２と共通する部分には同じ符号を付して示し、ここでは異なる部分についてのみ説明する。
【００３３】
アンテナユニット２０−１は、連結コネクタ２１−１１を介し、送信信号Ｉ／Ｆ１２からの送信信号を送信信号分配回路２１２により受け取る。本実施形態では、送信信号Ｉ／Ｆ１２から供給される送信信号は、デジタル形式の信号であるとする。
【００３４】
図７は、送信信号分配回路２１２の構成を示す模式図である。送信信号分配回路２１２は、デジタル回路であり、連結コネクタ２１−１１の送信信号入力用端子から入力された送信信号に、ミキサ２１２１で重み係数を乗算して送信信号から所定の振幅の信号を分離させる。ここで、ミキサ２１２１の重み係数は、連結されたアンテナユニットの数に応じてアンテナユニット毎に予め設定されるものであり、その値はアレーアンテナの製造後であっても書き換え可能である。ミキサ２１２１で分離された分離元の送信信号は連結コネクタ２１−１２の送信信号出力用端子へ供給され、他方の所定の振幅の信号は遅延回路２１２２へ供給される。所定の振幅の信号は、遅延回路２１２２で遅延され、デジタル−アナログ変換回路２１２３でアナログ信号に変換される。アナログ変換された送信信号は、アップコンバータ２１２４でアップコンバートされ、アンテナ分配回路２３へ供給される。ここで、遅延回路２１２２における遅延量は、連結されたアンテナユニットの数に応じてアンテナユニット毎に予め設定されるものであり、その値はアレーアンテナ製造後であっても書き換え可能である。
【００３５】
以上のように、上記第２の実施形態に係るアレーアンテナのアンテナユニット２０−１〜２０−ｎにおける送信信号分配回路２１２は、デジタル回路となっている。これにより、ミキサ２１２１における分配比率をアレーアンテナ製造後であっても書き換え可能となるため、アンテナユニットを追加する場合であっても、アレーアンテナの開口強度分布を維持することが可能である。
【００３６】
［第３の実施形態］  
図８は、本発明の第３の実施形態に係るアレーアンテナの構成を示すブロック図である。なお、図８において図１と共通する部分には同じ符号を付して示し、ここでは異なる部分についてのみ説明する。
【００３７】
先頭ユニット４０は、連結コネクタ４１−１，４１−２を備える。先頭ユニット４０は、送信信号Ｉ／Ｆ１２、制御信号Ｉ／Ｆ１４及び電源供給Ｉ／Ｆ１５により送信信号、制御信号及び電力をそれぞれ取り込み、連結コネクタ４１−１で連結されたアンテナユニット２０−１へ供給する。また、先頭ユニット４０は、連結コネクタ４１−１で連結されたアンテナユニット２０−１から供給される受信信号を、受信信号Ｉ／Ｆ１３により受け取り、外部へ出力する。
【００３８】
また、先頭ユニット４０は、取り込んだ送信信号、制御信号及び電力を連結コネクタ４１−２で連結されたアンテナユニット５０−１へ供給する。また、先頭ユニット４０は、連結コネクタ４１−２で連結されたアンテナユニット５０−１から供給される受信信号を、受信信号Ｉ／Ｆ１３により受け取り、外部へ出力する。
【００３９】
図９は、本発明の第３の実施形態に係るアンテナユニット５０−１の構成を示す概略図である。なお、アンテナユニット５０−１，５０−２の構成はそれぞれ同一であり、ここでは代表してアンテナユニット５０−１の説明を行う。
【００４０】
アンテナユニット５０−１は、連結コネクタ５１−１〜５１−３を備え、連結コネクタ５１−１により先頭ユニット４０の連結コネクタ４１−２と連結し、連結コネクタ５１−２によりアンテナユニット２０−２の連結コネクタと連結し、連結コネクタ５１−３によりアンテナユニット５０−２の連結コネクタと連結する。
【００４１】
アンテナユニット５０−１は、送信信号Ｉ／Ｆ１２から供給される送信信号を、連結コネクタ５１−１の送信信号入力用端子から受け取り、送信信号分配回路５２により分配する。図１０は、送信信号分配回路５２の構成を示す模式図である。連結コネクタ５１−１を介して供給された送信信号は、リミッティングアンプ５２１により増幅され、分配器５２２により分配される。分配器５２２で分配された送信信号は、一方がアンテナ分配回路５３へ供給され、他方が分配器５２３によりさらに分配される。分配器５２３で分配された送信信号は、一方が連結コネクタ５１−２の送信信号出力用端子へ供給され、他方が連結コネクタ５１−３の送信信号出力用端子へ供給される。
【００４２】
アンテナ分配回路５３は、例えば、分配器がトーナメント方式に連結された構成をしており、送信信号分配回路５２から供給された信号を、アンテナユニット５０−１に設置されたアンテナ素子５４−１〜５４−ｍ（ｍは自然数）に対応した数に分配する。
【００４３】
アンテナ素子５４−１〜５４−ｍは、サーキュレータ５５−１〜５５−ｍにより送信系統及び受信系統に切り替えられる。また、アンテナ素子５４−１〜５４−ｍの送信系には位相制御器５６１−１〜５６１−ｍ及び増幅器５７１−１〜５７１−ｍが接続され、受信系には位相制御器５６２−１〜５６２−ｍ及び増幅器５７２−１〜５７２−ｍが接続されている。
【００４４】
アンテナ分配回路５３により分配された送信信号は、位相制御器５６１−１〜５６１−ｍでアンテナ素子５４−１〜５４−ｍ間の位相差を調整するように位相が制御され、増幅器５７１−１〜５７１−ｍで増幅されてアンテナ素子５４−１〜５４−ｍから送信される。アンテナ素子５４−１〜５４−ｍから送信された送信信号は、目標で反射され、アンテナ素子５４−１〜５４−ｍにより受信される。受信信号は、サーキュレータ５５−１〜５５−ｍにより受信系へ導出され、増幅器５７２−１〜５７２−ｍで増幅され、位相制御器５６２−１〜５６２−ｍで位相が制御されて、アンテナ合成回路５８へ供給される。アンテナ合成回路５８は、例えば、分配器がトーナメント方式に連結された構成をしており、アンテナ素子５４−１〜５４−ｍで受信された信号を合成して、受信信号合成回路５９へ供給する。
【００４５】
図１１は、受信信号合成回路５９の構成を示す模式図である。アンテナ合成回路５８で合成された受信信号は、ダウンコンバータ５９１で中間周波数帯の信号に周波数変換され、アナログ−デジタル変換回路５９２でデジタル変換される。そして、デジタル変換された受信信号は、遅延回路５９３で遅延され、ミキサ５９４で重み係数が乗算されて連結コネクタ５１−２の受信信号入力用端子から供給される受信信号及び、連結コネクタ５１−３の受信信号入力用端子から供給される受信信号と合成される。ミキサ５９４で合成された受信信号は、連結コネクタ５１−１の受信信号出力用端子から出力される。ここで、遅延回路５９３における遅延量は、連結されたアンテナユニットの数に応じてアンテナユニット毎に予め設定されるものであり、その値はアレーアンテナ製造後であっても書き換え可能である。また、ミキサ５９４で乗算される重み係数は、アンテナユニット毎に予め設定されるものであり、その値はアレーアンテナ製造後であっても書き換え可能である。
【００４６】
また、アンテナユニット５０−１は、制御信号Ｉ／Ｆ１４から供給される制御信号を、連結コネクタ５１−１の制御信号入力用端子から受け取る。制御信号回路５１０は、制御信号入力用端子を介して受信した制御信号に従って、位相制御器５６１−１〜５６１−ｍ，５６２−１〜５６２−ｍ及び増幅器５７１−１〜５７１−ｍ，５７２−１〜５７２−ｍを制御する。また、制御信号回路５１０は、受信した制御信号を連結コネクタ５１−２，５１−３の制御信号出力用端子へ供給する。
【００４７】
また、アンテナユニット５０−１は、電源供給Ｉ／Ｆ１５から供給される電力を、連結コネクタ５１−１の電力入力用端子により受け取る。電源供給回路５１１は、電力入力用端子から供給される電力を受信し、位相制御器５６１−１〜５６１−ｍ，５６２−１〜５６２−ｍ及び増幅器５７１−１〜５７１−ｍ，５７２−１〜５７２−ｍへ供給する。また、電源供給回路５１１は、受信した電力を連結コネクタ５１−２，５１−３の電力出力用端子から出力する。
【００４８】
以上のように、上記第３の実施形態に係るアレーアンテナは、先頭ユニット４０、アンテナユニット２０、アンテナユニット５０及び終端ユニット３０が連結されて成る。このとき、アンテナユニット５０は、連結コネクタを３つ備え、連結コネクタ５１−１から入力された信号を分配して、連結コネクタ５１−２，５１−３へ供給するようにしている。これにより、アンテナ素子の開口面積及び、アレーアンテナの規模を容易に変更することが可能となる。
【００４９】
したがって、本発明に係るアレーアンテナは、アレーアンテナ製造後にアンテナ素子の開口面積及び、アレーアンテナの規模の変更を容易に行うことができる。
【００５０】
［その他の実施形態］  
なお、この発明は上記各実施形態に限定されるものではない。例えば、上記各実施形態では、アンテナユニットには複数のアンテナ素子が搭載される例について説明したが、搭載されるアンテナユニットは１つであってもかまわない。なお、アンテナ素子が１つである場合は、アンテナ分配回路及びアンテナ合成回路は不要となる。
【００５１】
また、上記各実施形態では、先頭ユニット１０，４０及び終端ユニット３０にはアンテナ素子が搭載されていない場合の例について説明したが、先頭ユニット及び終端ユニットにアンテナ素子を搭載させる場合であっても同様に実施可能である。ただし、このときには先頭ユニット及び終端ユニットにも、ＲＦ信号分配回路、受信信号合成回路、制御信号回路及び電源供給回路を設置させる必要がある。
【００５２】
さらに、この発明は、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１０，４０…先頭ユニット
１１，２１−１１，２１−１２，２１−２１，２１−２２，２１−ｎ１，２１−ｎ２，３１…連結コネクタ
１２…送信信号Ｉ／Ｆ
１３…受信信号Ｉ／Ｆ
１４…制御信号Ｉ／Ｆ
１５…電源供給Ｉ／Ｆ
２０−１〜２０−ｎ…アンテナユニット
２２，２１２…送信信号分配回路
２３…アンテナ分配回路
２４−１〜２４−ｍ…アンテナ素子
２５−１〜２５−ｍ…サーキュレータ
２６１−１〜２６１−ｍ，２６２−１〜２６２−ｍ…位相制御器
２７１−１〜２７１−ｍ，２７２−１〜２７２−ｍ…増幅器
２８…アンテナ合成回路
２９…受信信号合成回路
２１０…制御信号回路
２１１…電源供給回路
３０，３０−１〜３０−３…終端ユニット
３２，３２−１〜３２−３…終端回路
５０−１，５０−２…アンテナユニット
５１−１〜５１−３…連結コネクタ
５２…送信信号分配回路
５３…アンテナ分配回路
５４−１〜５４−ｍ…アンテナ素子
５５−１〜５５−ｍ…サーキュレータ
５６１−１〜５６１−ｍ，５６２−１〜５６２−ｍ…位相制御器
５７１−１〜２７１−ｍ，５７２−１〜５７２−ｍ…増幅器
５８…アンテナ合成回路
５９…受信信号合成回路
５１０…制御信号回路
５１１…電源供給回路
【図１】
2011015354.tif 000003
【図２】
2011015354.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2011015354.tif 000008
【図７】
2011015354.tif 000009
【図８】
2011015354.tif 000010
【図９】
2011015354.tif 000011
【図１０】
2011015354.tif 000012
【図１１】
2011015354.tif 000013