(57)【要約】【課題】配列方向の領域に制約がある場合でも所望する設定間隔で受信アンテナを配置すること。【解決手段】複数の放射素子が第１の方向に配列された送信アレーアンテナ（ＴＸ）ならびに第１および第２の受信アレーアンテナ（ＲＸ１，ＲＸ２）が構成される。ＲＸ１，ＲＸ２は第１の方向に直交する第２の方向に予め設定された間隔で並列配置される。ＲＸ１，ＲＸ２は第２の方向に直交する面における放射パターンのメインビームが互いに逆方向へチルトされるように給電され、ＴＸは第２の方向に直交する面における放射パターンのメインビームが第１の方向および第２の方向に共に直交する第３の方向となるように給電される。ＲＸ１による第１の受信信号とＴＸによる送信信号とを掛け合わせた第１の合成受信信号と、ＲＸ２による第２の受信信号と送信信号とを掛け合わせた第２の合成受信信号と、ＲＸ１，ＲＸ２による受信信号をＤＢＦ処理にて合成した受信合成信号と送信信号とを掛け合わせた送受合成信号とに基づいてビーム走査を行う。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の放射素子が第１の方向に配列される送信アレーアンテナと、
複数の放射素子が前記第１の方向に配列され、前記第１の方向に直交する第２の方向に予め設定された間隔で並列配置される第１および第２の受信アレーアンテナと、
備え、
前記第１および第２の受信アレーアンテナは、前記第２の方向に直交する面における放射パターンのメインビームが互いに逆方向へチルトされるように給電され、
前記送信アレーアンテナは、前記第２の方向に直交する面における放射パターンのメインビームが前記第１の方向および前記第２の方向に共に直交する第３の方向となるように給電され、
前記第１の受信アレーアンテナによる第１の受信信号と前記送信アレーアンテナによる送信信号とを掛け合わせた第１の合成受信信号と、前記第２の受信アレーアンテナによる第２の受信信号と前記送信信号とを掛け合わせた第２の合成受信信号と、前記第１および第２の受信信号をＤＢＦ処理にて合成した受信合成信号と送信信号とを掛け合わせた送受合成信号とに基づいてビーム走査を行う
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記送信アレーアンテナはアレーの中央部にて給電され、前記第１の受信アレーアンテナはアレーの一方側の端部にて給電され、前記第２の受信アレーアンテナはアレーの他方側の端部にて給電されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記送信アレーアンテナならびに前記第１および第２の受信アレーアンテナは、各素子間に遅延手段が構築されていることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
複数の放射素子が直線状に第１の方向に配列されたアレーアンテナからなる送信アンテナと、
複数の放射素子が前記第１の方向に直線状に配列された複数のアレーアンテナの組を有し、前記各アレーアンテナは前記第１の方向に直交する第２の方向に予め設定された間隔で並列配置される受信アンテナと、
備え、
前記受信アンテナの中から選択された第１および第２の受信アレーアンテナは、前記第２の方向に直交する面における放射パターンのメインビームが互いに逆方向へチルトされるように給電され、
前記送信アレーアンテナは、前記第２の方向に直交する面における放射パターンのメインビームが前記第１の方向および前記第２の方向に共に直交する第３の方向となるように給電され、
前記第１の受信アレーアンテナによる第１の受信信号と前記送信アレーアンテナによる送信信号とを掛け合わせた第１の合成受信信号と、前記第２の受信アレーアンテナによる第２の受信信号と前記送信信号とを掛け合わせた第２の合成受信信号と、前記第１および第２の受信信号をＤＢＦ処理にて合成した受信合成信号と送信信号とを掛け合わせた送受合成信号とに基づいてビーム走査を行う
ことを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、下記非特許文献１には、各放射素子に減衰器、位相器を接続し、アナログ信号の振幅、位相を調整することによりビーム走査を行うＡＢＦ（Analog Beam Forming）と呼ばれる手法や、各放射素子に周波数変換器、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器を接続し、デジタル信号の振幅、位相を調整することでビーム走査を行うＤＢＦ（Digital Beam Forming）と呼ばれる手法が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】電子情報通信学会「アンテナ工学ハンドブック（第２版）」オーム社  ２００８年７月  Ｐ４８６〜Ｐ４８７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の手法では、ビーム走査を行う場合は、２個以上の受信アンテナを予め設定された間隔（以下「設定間隔」という）で並べる必要があるが、受信アンテナが一方向に長い直線配列アレーアンテナとする場合、アレーアンテナを並べる配列方向の領域の制約から、所望する設定間隔で受信アンテナを配置することが困難になる場合がある、という問題があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、アレーアンテナを並べる配列方向の領域に制約があるため、所望する設定間隔に受信アンテナを配置することができない場合でもビーム走査ができるアンテナ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数の放射素子が直線状に第１の方向に配列される送信アレーアンテナと、複数の放射素子が前記第１の方向に直線状に配列され、前記第１の方向に直交する第２の方向に予め設定された間隔で並列配置される第１および第２の受信アレーアンテナと、備え、前記第１および第２の受信アレーアンテナは、前記第２の方向に直交する面における放射パターンのメインビームが互いに逆方向へチルトされるように給電され、前記送信アレーアンテナは、前記第２の方向に直交する面における放射パターンのメインビームが前記第１の方向および前記第２の方向に共に直交する第３の方向となるように給電され、前記第１の受信アレーアンテナによる第１の受信信号と前記送信アレーアンテナによる送信信号とを掛け合わせた第１の合成受信信号と、前記第２の受信アレーアンテナによる第２の受信信号と前記送信信号とを掛け合わせた第２の合成受信信号と、前記第１および第２の受信信号をＤＢＦ処理にて合成した受信合成信号と送信信号とを掛け合わせた送受合成信号とに基づいてビーム走査を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、アレーアンテナを並べる配列方向の領域に制約があるため、所望する設定間隔に受信アンテナを配置することができない場合でもビーム走査ができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るアンテナ装置を適用可能なレーダ装置の一構成例を示す図である。
【図２】図２は、送信アンテナと２つの受信アンテナの位置関係を示す図である。
【図３】図３は、送信アンテナおよび受信アンテナの給電位相部分布の一例を示す図である。
【図４】図４は、本実施の形態に係るアンテナ装置の給電動作を説明する図である。
【図５】図５は、本実施の形態に係るアンテナ装置をパッチアンテナで実現した場合の一例を示す図である。
【図６】図６は、図５に示した送信アレーアンテナ（ＴＸ）および第１および第２の受信アレーアンテナ（ＲＸ１、ＲＸ２）のｘｚ面における放射パターンを示す図である。
【図７】図７は、送信アレーアンテナ（ＴＸ）の送信信号と、第１および第２の受信アレーアンテナ（ＲＸ１，ＲＸ２）の各受信信号および第１および第２の受信アレーアンテナ（ＲＸ１，ＲＸ２）による合成受信信号のそれぞれとを掛け合わせた送受合成信号の放射パターンを示す図である。
【図８】図８は、図７の各放射パターンの中心（０ｄｅｇ）から±５ｄｅｇの部分を拡大して示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係るアンテナ装置について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００１０】
図１は、本発明の実施の形態に係るアンテナ装置を適用可能なレーダ装置の一構成例を示す図である。このレーダ装置は、図１に示すように、送信アンテナ１（ＴＸ）と、２つの受信アンテナ２（ＲＸ１，ＲＸ２）が設けられる。送信アンテナ１は、送信信号の元を発生させる発振器および送信信号を増幅する増幅器を有する送信機３に接続されている。各受信アンテナ２は、受信信号を増幅する増幅器、受信信号をダウンコンバートする周波数変換器および、ダウンコンバートしたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を有する受信機４にそれぞれ接続されている。それぞれの受信機４は、受信信号をＤＢＦ（Digital Beam Forming）処理する信号処理部５に接続されている。
【００１１】
図２は、送信アンテナと２つの受信アンテナの位置関係を示す図である。但し、送信アンテナは、モノスタティックレーダとして機能を保持できるであれば、各受信アンテナとの位置関係は特に指定しない。また、図３は、送信アンテナおよび受信アンテナの給電位相部分布の一例を示す図である。
【００１２】
送信アンテナおよび各受信アンテナは、それぞれが同じ第１の方向（図２ではｘ軸方向を例示）に複数の放射素子が直線状に配列された直線配列アレーアンテナである。第１および第２の受信アレーアンテナ（ＲＸ１，ＲＸ２）は、第１の方向（ｘ軸方向）に直交する第２の方向（図２ではｙ軸方向を例示）に予め設定された間隔ｄで並列され、ｘ軸方向には同位置に配置されている。なお、図２では、２つの直線配列アレーアンテナを例示しているが、３つ以上の直線配列アレーアンテナを有していてもよい。
【００１３】
第１および第２の受信アレーアンテナ（ＲＸ１，ＲＸ２）を成す直線配列アレーアンテナ６Ｂは、第２の方向に直交する面（図２の例ではｘｚ平面）における放射パターンのメインビームを互いに逆方向へチルトさせるため、図３に示すように、ｘ軸方向に対し給電位相分布を傾けるように設定している（図３の例では、ＲＸ１は負の傾き、ＲＸ２は正の傾き）。
【００１４】
一方、送信アレーアンテナ（ＴＸ）を成す直線配列アレーアンテナ６Ａは、ｘｚ面における放射パターンのメインビームを第１および第２の受信アレーアンテナ（ＲＸ１，ＲＸ２）より細く且つチルト無しとするため、アレー長を直線配列アレーアンテナ６Ｂより長くし、図３に示すようにｘ軸方向における給電位相分布がフラットになるように設定している。このような構成にすることにより、送信アレーアンテナ（ＴＸ）の送信信号と、第１および第２の受信アレーアンテナ（ＲＸ１，ＲＸ２）のうちの何れか１つの受信信号とを掛け合わせた送受合成信号、または、送信アレーアンテナ（ＴＸ）の送信信号と、第１および第２の受信アレーアンテナ（ＲＸ１，ＲＸ２）の受信信号をＤＢＦ処理にて合成した受信合成信号とを掛け合わせた送受合成信号によって、直線配列アレー方向（ｘ軸方向）において意図するビーム走査が可能となる。
【００１５】
次に、本実施の形態に係るアンテナ装置の給電動作について説明する。図２のように配置された直線配列アレーアンテナ６Ａ，６Ｂは、図４のようにＮ個の放射素子７と、それらを直線配列で給電する給電線路８および、各単体素子間に所望の給電位相分布を実現するための遅延手段９で構成されている。
【００１６】
図４において、送信アレーアンテナ（ＴＸ）における遅延手段９は、全ての放射素子７に同位相で給電されるように動作する。一方、第１および第２の受信アレーアンテナ（ＲＸ１、ＲＸ２）では、遅延手段９は、それぞれの放射素子７に所望の位相差で給電されるように動作する。
【００１７】
図５は、本実施の形態のアンテナ装置をパッチアンテナで実現した場合の一例を示す図である。図５において、送信アレーアンテナ（ＴＸ）および第１および第２の受信アレーアンテナ（ＲＸ１、ＲＸ２）における各放射素子７は、例えばパッチアンテナ１０で構成され、送信アレーアンテナ（ＴＸ）は１６素子、第１および第２の受信アレーアンテナ（ＲＸ１、ＲＸ２）は８素子の直線配列アレーアンテナとなっている。また、送信アレーアンテナ（ＴＸ）および第１および第２の受信アレーアンテナ（ＲＸ１、ＲＸ２）における素子間隔は、双方共に例えば０．９λ（λは波長）である。なお、各放射素子７の素子間隔は、この０．９λという値に限定されるものではなく、アンテナ利得や、アンテナパターンに生ずるサイドローブ、ヌルなどの影響を勘案して変更することができる。
【００１８】
各放射素子７は、図示のように例えばマイクロストリップ線路１１で給電されている。送信アンテナ（ＴＸ）では、各放射素子７への給電位相が同相となるように、素子間に遅延手段１２Ａが設けられている。上述のように、送信アレーアンテナ（ＴＸ）における素子間隔は０．９λである。そこで、送信アレーアンテナ（ＴＸ）における遅延手段１２Ａは、給電位相が同相となる長さ（１．０λ−０．９λ＝０．１λ）分の遅延量が発生するように、素子間のマイクロストリップ線路１１を、例えば図示のように三角形状に折り曲げて形成している。
【００１９】
第１および第２の受信アレーアンテナ（ＲＸ１、ＲＸ２）では、各放射素子７への給電位相が所望の位相差を有するように、素子間に遅延手段１２Ｂが設けられている。上述のように、第１および第２の受信アレーアンテナ（ＲＸ１、ＲＸ２）における素子間隔は０．９λである。そこで、第１および第２の受信アレーアンテナ（ＲＸ１、ＲＸ２）における遅延手段１２Ｂは、給電位相が所望の位相差となるような遅延量が発生するように、素子間のマイクロストリップ線路１１を、例えば図示のように方形形状に折り曲げて形成している。
【００２０】
また、送信アレーアンテナ（ＴＸ）の給電点は、ビームがチルトしないようにアレーの中央部にて給電（すなわち中央給電）される。一方、第１および第２の受信アレーアンテナ（ＲＸ１、ＲＸ２）では、給電位相を図３のような傾きを持たせ易いように、各給電点をアレー端としている。なお、第１および第２の受信アレーアンテナ（ＲＸ１、ＲＸ２）の給電点は互いに逆の端となっている。すなわち、第１の受信アレーアンテナ（ＲＸ１）の給電点はアレーの一方側の端部であり、第２の受信アレーアンテナ（ＲＸ２）の給電点はアレーの他方側の端部である。
【００２１】
図６は、図５に示した送信アレーアンテナ（ＴＸ）および第１および第２の受信アレーアンテナ（ＲＸ１、ＲＸ２）のｘｚ面における放射パターンを示す図である。なお、図６において、各放射パターンは、それぞれの最大利得で規格化している。図示のように、第１および第２の受信アレーアンテナ（ＲＸ１、ＲＸ２）には、それぞれ＋４ｄｅｇおよび−４ｄｅｇのビームチルト成分を持たせている。
【００２２】
図７は、送信アレーアンテナ（ＴＸ）の送信信号と、第１および第２の受信アレーアンテナ（ＲＸ１，ＲＸ２）の各受信信号および第１および第２の受信アレーアンテナ（ＲＸ１，ＲＸ２）による合成受信信号のそれぞれとを掛け合わせた送受合成信号の放射パターンを示す図である。各放射パターンは、それぞれの最大利得で規格化している。
【００２３】
図８は、図７の各放射パターンの中心（０ｄｅｇ）から±５ｄｅｇの部分を拡大して示した図である。図７および図８から理解できるように、第１および第２の受信アレーアンテナ（ＲＸ１）による受信信号と送信信号とを掛け合わせた第１の合成受信信号（ＴＸ・ＲＸ１）と、第１および第２の受信アレーアンテナ（ＲＸ２）による受信信号と送信信号とを掛け合わせた第２の合成受信信号（ＴＸ・ＲＸ２）と、各受信アレーアンテナ（ＲＸ１，ＲＸ２）の受信信号をＤＢＦ処理にて合成した受信合成信号（ＲＸ）と送信信号とを掛け合わせた送受合成信号（ＴＸ・ＲＸ合成）とを適宜切り替えることにより、角度±１ｄｅｇ内においてビーム走査が可能となる。
【００２４】
なお、図７および図８の例は一例であり、ビーム走査が可能な角度範囲を任意の値に設定できることは言うまでもない。
【００２５】
以上説明したように、本実施の形態に係るアンテナ装置によれば、複数の放射素子が第１の方向に直線状に配列され、第１の方向に直交する第２の方向に予め設定された間隔で並列配置された第１および第２の受信アレーアンテナは、第２の方向に直交する面における放射パターンのメインビームが互いに逆方向へチルトされるように給電され、複数の放射素子が直線状に第１の方向に配列された送信アレーアンテナは、第２の方向に直交する面における放射パターンのメインビームが前記第１の方向および前記第２の方向に共に直交する第３の方向となるように給電され、第１の受信アレーアンテナによる第１の受信信号と送信アレーアンテナによる送信信号とを掛け合わせた第１の合成受信信号と、第２の受信アレーアンテナによる第２の受信信号と送信信号とを掛け合わせた第２の合成受信信号と、第１および第２の受信信号をＤＢＦ処理にて合成した受信合成信号と送信信号とを掛け合わせた送受合成信号とに基づいてビーム走査を行うこととしたので、アレーアンテナを並べる配列方向の領域に制約がある場合でも、所望する設定間隔で受信アンテナを配置することができるという効果が得られる。
【００２６】
なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
以上のように、本発明は、アレーアンテナを並べる配列方向の領域に制約がある場合でも、所望する設定間隔で受信アンテナを配置することができるアンテナ装置として有用である。
【符号の説明】
【００２８】
１  送信アンテナ（ＴＸ：送信アレーアンテナ）、２  受信アンテナ（ＲＸ１：第１の受信アレーアンテナ，ＲＸ２：第２の受信アレーアンテナ）、３  送信機、４  受信機、５  信号処理部、６Ａ，６Ｂ  直線配列アレーアンテナ、７  放射素子、８  給電線路、９  遅延手段、１０  パッチアンテナ、１１  マイクロストリップ線路、１２Ａ，１２Ｂ  遅延手段。
【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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