(57)【要約】【課題】非可逆性のフェライト形移相器を用いて、そのフェライト形移相器の数量を少なくし、大電力をフェーズドアレイ制御する事が出来、且つ小型化を図ることが出来るフェーズドアレイアンテナを提供すること。【解決手段】アレイ状に配置されている複数Ｎ個のアンテナエレメントの各々と、複数Ｎ個の非可逆性フェライト形移相器の各々の他端とをそれぞれ一対一に接続するとともに、その一対一の接続を、送信電波の送信時と受信電波の受信時とで、前記アンテナエレメント群のアレイ状配置の中心に関して対称になるように自動的に切り替える。その送受切替を、第１及び第２の三端子形循環回路（例、サーキュレータ）を用いて行う。【選択図】      図１
2005252902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数Ｎ個のアンテナエレメントがアレイ状に配置されているアンテナエレメント群と、
合成端子に入力された送信電波を分配して複数Ｎ個の分配端子から出力するとともに、前記複数Ｎ個の分配端子に入力される受信電波を合成して前記合成端子から出力する分配器と、
前記分配器の複数Ｎ個の分配端子に一端が接続された複数Ｎ個の非可逆性フェライト形移相器と、
前記複数Ｎ個のアンテナエレメントの各々と、前記複数Ｎ個の非可逆性フェライト形移相器の各々の他端とをそれぞれ一対一に接続するとともに、その一対一の接続を、送信電波の送信時と受信電波の受信時とで、前記アンテナエレメント群のアレイ状配置の中心に関して対称になるように自動的に切り替える送受切替回路と、を備えることを特徴とする、フェーズドアレイアンテナ。
【請求項２】
前記送受切替回路は、前記複数Ｎ個のアンテナエレメントの各々と前記複数Ｎ個の非可逆性フェライト形移相器の各々の他端との間を、送信時には、第１端子乃至第３端子を有する第１循環回路の第１端子及び第２端子と、送信用伝送線路と、第１端子乃至第３端子を有する第２循環回路の第１端子及び第２端子とを直列に接続し、受信時には、前記第２循環回路の第２端子及び第３端子と、受信用伝送線路と、前記第２循環回路の第３端子及び第１端子とを直列に接続することを特徴とする、請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項３】
前記複数Ｎが奇数である場合に、アレイ状配置のアンテナエレメント群の中心に位置するアンテナエレメントに接がる伝送経路には前記非可逆性フェライト形移相器を設けず、それ以外のＮ−１の伝送経路に前記非可逆性フェライト形移相器を設けることを特徴とする、請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項４】
アレイ状配置のアンテナエレメント群の中心に位置するアンテナエレメントに接がる伝送経路には前記第１循環回路及び前記第２循環回路を設けずに、そのアンテナエレメントと前記分配器の対応する分配端子とを伝送線路を介して接続することを特徴とする、請求項３に記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項５】
前記第１循環回路及び前記第２循環回路は、フェライトを用いたサーキュレータであることを特徴とする、請求項２または４に記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項６】
前記第１循環回路及び前記第２循環回路は、リング回路形ハイブリッド結合器であることを特徴とする、請求項２または４に記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項７】
前記複数Ｎ個のアンテナエレメントの各々と前記複数Ｎ個の分配端子の各々との間のいずれかの伝送線路に、電気長を調整するための半固定移相器を設けることを特徴とする、請求項２乃至６のいずれかに記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項８】
前記送信用伝送線路に送受信間のアイソレーションを得るためのインピーダンス素子を設けることを特徴とする、請求項２乃至７のいずれかに記載のフェーズドアレイアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フェーズドアレイレーダ装置などに用いられ、送受信を行うフェーズドアレイアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
フェーズドアレイレーダ装置は、船舶などの移動体に搭載されたり、陸上に固定的に設置されたりして、ビームを所定方向或いは任意方向に指向するように制御する。このようなレーダ装置などに用いられるフェーズドアレイアンテナは、ビーム指向方向を制御するために、複数のアンテナエレメントや移相回路等を備えている。
【０００３】
フェーズドアレイアンテナの移相回路に使用される移相器としては、導波管などの伝送線路中に誘電体を挿入するようにし、その挿入量を機械的に変化させて移相量を変えるものや、伝送線路中にＰＩＮダイオードを用いたＰＩＮダイオード形移相器やフェライトを用いたフェライト形移相器を挿入して電気的に移相量を変えるものがある。
【０００４】
誘電体の挿入量を機械的に変化させる移相器では、その構造上の制限から高速に移相量を変化させることができない。
【０００５】
ＰＩＮダイオード形移相器は、挿入損失が大きく、また耐電力（許容電力）が小さい（例えば、ピーク値で１ｋｗ程度）から、大電力を用いるアレイアンテナに用いるには適していない。
【０００６】
一方、フェライト形移相器は、ＰＩＮダイオード形移相器に比して、挿入損失が著しく小さく、且つ、耐電力（許容電力）も大きい（例えば、ピーク値で２０ｋｗ以上）。したがって、船舶等の移動体に搭載される大電力フェーズドアレイレーダ装置の移相回路の移相器には、通常フェライト形移相器が用いられる。
【０００７】
このフェライト形移相器は、原理上、磁界を印加した状態や、所定方向の残留磁化状態で使用されるから、信号の入出力端が入れ替わると、フェライト形移相器を信号が通過するときの移相量が異なると言う非可逆性を有している。したがって、フェーズドアレイレーダ装置から所定方向にビームを指向させるために、送信時と受信時とでフェライト形移相器の移相量を別の値に切り替える必要がある。
【０００８】
しかしながら、フェライト形移相器の切り替え時間は送信してから受信状態になるまで、大電力を取り扱う場合には、短くとも数百マイクロ秒（μｓ）かかるため、その間の受信が不可能になる。即ち、これは近距離目標のデータを取得することができないことを意味しており、例えば数十ｍ〜数百ｍの近距離まで探知を必要とする舶用レーダ等に適用するには問題がある。
【０００９】
この課題に対応するために、各アンテナエレメント毎に送信用の移相器と受信用の移相器を個別に備えて、フェーズドアレイアンテナを構成することが行われている（特許文献１参照）。
【００１０】
図６は、特許文献１のように各アンテナエレメント毎に送信用の移相器と受信用の移相器を個別に備えて構成されたフェーズドアレイアンテナの構成例を示す図である。
【００１１】
図６において、アンテナエレメント群３０が、Ｎ個のアンテナエレメント３０−１〜３０−ｎから構成されている。この複数Ｎ個のアンテナエレメント３０−１〜３０−ｎは等間隔にアレイ状に配置されている。このアンテナエレメント３０−１〜３０−ｎとしては、色々な種類のアンテナ素子が使用可能であるが、この例では、導波管の壁面に多数のスロットを切ったスロットアンテナが使用されている。これら各アンテナエレメント３０−１〜３０−ｎに送信電力を供給し、また各アンテナエレメント３０−１〜３０−ｎから受信電力を受ける給電回路１０が設けられている。
【００１２】
分配器１１は、入力された送信信号をアンテナエレメント数Ｎに分配し、それぞれ送信用のフェライト形移相器１２−１〜１２−ｎに供給する。各移相器１２−１〜１２−ｎは、送信信号の各々を、ビームの指向方向θｓに応じてそれぞれ所定量だけ移相する。サーキュレータ１３−１〜１３−ｎは、移相器１２−１〜１２−ｎからの送信信号をアンテナエレメント３０−１〜３０−ｎに給電する。
【００１３】
また、サーキュレータ１３−１〜１３−ｎは、アンテナエレメント３０−１〜３０−ｎで受信した受信信号を受信用のフェライト形移相器１４−１〜１４−ｎに供給する。移相器１４−１〜１４−ｎは、受信信号の各々をビームの指向方向θｓに応じてそれぞれ所定量だけ移相する。移相器１４−１〜１４−ｎの各移相量は、移相器１２−１〜１２−ｎの移相量とはビーム指向方向に応じて異なる移相量とされる。合成器１５は、移相器１４−１〜１４−ｎで移相された各受信信号を合成し、ビーム指向方向θｓからの受信信号として出力する。なお、送信用のフェライト形移相器１２−１〜１２−ｎ及び受信用のフェライト形移相器１４−１〜１４−ｎの移相量を制御するために位相制御回路が設けられるが、この位相制御回路は図示を省略している。
【００１４】
図６において、分配器１１にレーダ送信電波を給電すると、分配器１１において送信電波がＮ分割され、送信用移相器１２−１〜１２−ｎに分割された送信電波が供給される。移相器１２−１〜１２−ｎでは、次の式（１）にしたがって送信電波の位相が各々所定の移相量δｉずつ移相される。
【００１５】
δｉ＝ｋ・ｄｉ・ｓｉｎ（θｓ）                    ・・・・（１）
ここで、ｋ＝２π／λ、λ：レーダ波長、
ｄｉ：１番目のスロットアレイに対するｉ番目のスロットアレイの間隔
θｓ：アレイアンテナのボアサイトに対するビーム指向方向の角度
【００１６】
送信電波が、各移相器１２−１〜１２−ｎでそれぞれ式（１）にしたがった移相量δｉだけ位相が遷移され、サーキュレータ１３−１〜１３−ｎの端子ｉに入力される。サーキュレータ１３−１〜１３−ｎは、端子ｉから入力された電波は端子iiにのみ出力され端子iiiからは出力されない。また、端子iiから入力された電波は端子iiiにのみ出力され端子ｉからは出力されない。つまり、i→ii→iii→i  と循環する。なお、端子の符号は、サーキュレータ１３−１のみに示している。
【００１７】
したがって、各サーキュレータ１３−１〜１３−ｎからに入力された送信電波は、それぞれの端子iiから出力され、各アンテナエレメント３０−１〜３０−ｎに給電される。各アンテナエレメント３０−１〜３０−ｎから移相量δｉに応じた給電移相の傾きに応じて放射ビームがアレイアンテナのボアサイトから角度θｓだけ傾いたビーム指向方向に放射される。
【００１８】
受信時においては、目標物などで反射された反射電波がビーム指向方向θｓからアンテナエレメント群３０に入射する。各アンテナエレメント３０−１〜３０−ｎでは、反射電波の入射される方向（角度θｓ）に応じた位相差の電波が入射され、受信する。各アンテナエレメント３０−１〜３０−ｎで受信された受信電波は、各サーキュレータ１３−１〜１３−ｎの端子iiに入力され端子iiiから出力される。受信用フェライト形移相器１４−１〜１４−ｎは、各アンテナエレメント３０−１〜３０−ｎからの受信電波を同位相で出力するような、移相量ずつ移相する。同位相とされた各アンテナエレメント３０−１〜３０−ｎからの受信電波を合成器１５で合成して、合成された受信電波を受信機（図示していない）に出力する。
【００１９】
このように構成することにより、レーダ送信電波の送信後に、短時間の内に受信信号を受信可能として、近距離目標（ターゲット）の検知及びレンジングデータを得るようにしている。
【００２０】
また、他の方法として、フェライト形移相器を用いた空間給電の透過レンズ型フェーズドアレイアンテナにおいて、送受信の一次放射器を軸対象に設置して使用する方法がある。
【特許文献１】特開平８−０８２７６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかしながら、図６の従来のアレイアンテナでは、フェライト形移相器が非可逆性を有していることにより、近距離目標（ターゲット）の検知及びレンジングデータを得るためには送信用のフェライト形移相器と受信用のフェライト形移相器の２系統で構成する必要があるから、送信用と受信用の各フェライト形移相器をそれぞれ駆動する回路を有して別々に各移相器の移相量を設定する必要がある。即ち、給電回路の規模が大きくなり、また指向性の制御も送信系と受信系の２つを計算・制御する必要がある。また、フェライト形移相器を駆動するための電力も２倍となってしまう。
【００２２】
また、空間給電の透過レンズ型フェーズドアレイアンテナを用いる方法では、送受信においてフェライト移相器の移相量を切り替える必要はないが、原理上、一次放射器とレンズ面との間に多くの空間を必要とし、また線状配列されたアレイに空間を介して給電するには問題がある。
【００２３】
したがって、本発明は、非可逆性のフェライト形移相器を用いて、そのフェライト形移相器の数量を少なくし、大電力をフェーズドアレイ制御する事が出来、且つ小型化を図ることが出来るフェーズドアレイアンテナ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】
【００２４】
請求項１のフェーズドアレイアンテナは、複数Ｎ個のアンテナエレメントがアレイ状に配置されているアンテナエレメント群と、
合成端子に入力された送信電波を分配して複数Ｎ個の分配端子から出力するとともに、前記複数Ｎ個の分配端子に入力される受信電波を合成して前記合成端子から出力する分配器と、
前記分配器の複数Ｎ個の分配端子に一端が接続された複数Ｎ個の非可逆性フェライト形移相器と、
前記複数Ｎ個のアンテナエレメントの各々と、前記複数Ｎ個の非可逆性フェライト形移相器の各々の他端とをそれぞれ一対一に接続するとともに、その一対一の接続を、送信電波の送信時と受信電波の受信時とで、前記アンテナエレメント群のアレイ状配置の中心に関して対称になるように自動的に切り替える送受切替回路と、を備えることを特徴とする。
【００２５】
請求項２のフェーズドアレイアンテナは、請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナにおいて、前記送受切替回路は、
前記複数Ｎ個のアンテナエレメントの各々と前記複数Ｎ個の非可逆性フェライト形移相器の各々の他端との間を、送信時には、第１端子乃至第３端子を有する第１循環回路の第１端子及び第２端子と、送信用伝送線路と、第１端子乃至第３端子を有する第２循環回路の第１端子及び第２端子とを直列に接続し、受信時には、前記第２循環回路の第２端子及び第３端子と、受信用伝送線路と、前記第２循環回路の第３端子及び第１端子とを直列に接続することを特徴とする。
【００２６】
請求項３のフェーズドアレイアンテナは、請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナにおいて、前記複数Ｎが奇数である場合に、アレイ状配置のアンテナエレメント群の中心に位置するアンテナエレメントに接がる伝送経路には前記非可逆性フェライト形移相器を設けず、それ以外のＮ−１の伝送経路に前記非可逆性フェライト形移相器を設けることを特徴とする。
【００２７】
請求項４のフェーズドアレイアンテナは、請求項３に記載のフェーズドアレイアンテナにおいて、アレイ状配置のアンテナエレメント群の中心に位置するアンテナエレメントに接がる伝送経路には前記第１循環回路及び前記第２循環回路を設けずに、そのアンテナエレメントと前記分配器の対応する分配端子とを伝送線路を介して接続することを特徴とする。
【００２８】
請求項５のフェーズドアレイアンテナは、請求項２または４に記載のフェーズドアレイアンテナにおいて、前記第１循環回路及び前記第２循環回路は、フェライトを用いたサーキュレータであることを特徴とする。
【００２９】
請求項６のフェーズドアレイアンテナは、請求項２または４に記載のフェーズドアレイアンテナにおいて、前記第１循環回路及び前記第２循環回路は、リング回路形ハイブリッド結合器（即ち、ラットレース）であることを特徴とする。
【００３０】
請求項７のフェーズドアレイアンテナは、請求項２乃至６のいずれかに記載のフェーズドアレイアンテナにおいて、前記複数Ｎ個のアンテナエレメントの各々と前記複数Ｎ個の分配端子の各々との間のいずれかの伝送線路に、電気長を調整するための半固定移相器を設けることを特徴とする。
【００３１】
請求項８のフェーズドアレイアンテナは、請求項２乃至７のいずれかに記載のフェーズドアレイアンテナにおいて、前記送信用伝送線路に送受信間のアイソレーションを得るためのインピーダンス素子を設けることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
本発明のフェーズドアレイアンテナによれば、第１循環回路と第２循環回路を設けて、送信時と受信時において、アンテナエレメントと移相器との組み合わせを自動的に切り替えることにより、非可逆性のフェライト形移相器を送受信に共用し且つ送受信での移相量の変更を不要に出来る。これにより、そのフェライト形移相器の数量を少なくし、大電力をフェーズドアレイ制御する事が出来、且つ小型化を図ることが出来る。また、フェライト形移相器を駆動するための電力も少なくできる。
【００３３】
また、アンテナエレメント群のアンテナエレメント数が奇数である場合に、アンテナエレメント群の中心に位置するアンテナエレメントに接がる伝送経路には、非可逆性フェライト形移相器や、第１及び第２循環回路（サーキュレータ或いはラットレース）を設ける必要がなく、アレイアンテナを小型化、安価に構成できる。
【００３４】
また、各アンテナエレメントの各々と分配器（分配合成器）の分配端子の各々との間のいずれかの伝送線路、例えば送信用伝送線路や受信用伝送線路など、に電気長を調整するための半固定移相器を設けることにより、送信時の各伝送経路長及び受信時の各伝送経路長を等しくすることが出来る。したがって、フェーズドアレイ制御を精度よく行うことが出来る。
【００３５】
また、第１循環回路と第２循環回路との間の送信用伝送線路に、送信時は小インピーダンスで受信時は高インピーダンスになるインピーダンス素子（アイソレータ等）を設けるから、送受信間のアイソレーションを高くして、送受分離を確実に行うことが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１〜図３は、本発明の非可逆性フェライト形移相器を用いたフェーズドアレイアンテナの第１実施例を説明するための図であり、図１はその全体構成図を示し、図２は送信時の接続状態を示し、また図３は受信時の接続状態を示す図である。
【００３７】
図１において、フェーズドアレイアンテナは、アンテナエレメント群３０と、給電回路１０Ａからなる。アンテナエレメント群３０は、従来の図６と同様にアレイ状に直線的に等間隔に配置された複数のアンテナエレメント３０−１〜３０−４を有している。このアンテナエレメント数は、単なる例示であり、その数は任意の数でよく、勿論奇数でも偶数でもよい。また、このアンテナエレメント３０−１〜３０−ｎとしては、導波管の壁面に多数のスロットを切ったスロットアンテナが使用されているが、その他の色々な種類のアンテナ素子が使用可能である。
【００３８】
給電回路１０Ａは次のように構成されている。分配器１１は、入力された送信信号が合成端子に入力され、アンテナエレメント数Ｎ（この例では、Ｎは４）に分配し、分配端子１１ｉ〜１１ivから移相器１２−１〜１２−４の一端へ出力する。また、この分配器１１は、分配端子１１ｉ〜１１ivにアンテナエレメント側（移相器１２−１〜１２−４）から供給された受信信号を合成して合成端子から出力する。したがって、分配器１１は、分配合成器といってもよい。
【００３９】
移相器１２−１〜１２−４は、非可逆性のフェライト形移相器であり、図示しない制御回路からの制御信号によって、それぞれ所定の移相量だけ送信電波、受信電波の位相を移相する。
【００４０】
この移相器１２−１〜１２−４としては、非可逆性（非相反）ディジタル移相器が多く使用される。非可逆性（非相反）ディジタル移相器は、例えば４ビット構成の移相器として構成され所要の移相量を設定するようになっている。この非可逆性（非相反）ディジタル移相器１２−１〜１２−４では、２つの残留磁化の向きに対してフェライトは透磁率がμ+、μ-として動作する。電波の進行方向が逆になった場合（例えば、送信と受信）に、残留磁化の向きが相対的に逆になるため、移相特性は非可逆（非相反）となる。したがって、通常は、電波の進行方向が逆になる送信時と受信時とで移相量、即ち磁化状態を切り替えることになるが、本発明では磁化状態を切り替えることを不要とする。
【００４１】
非可逆性（非相反）ディジタル移相器１２−１〜１２−４の他端とアンテナエレメント３０−１〜３０−４の給電端子との間に、送受切替回路２０を設けている。
【００４２】
この送受切替回路２０は、非可逆性ディジタル移相器１２−１〜１２−４の他端とアンテナエレメント３０−１〜３０−４の給電端子とを、それぞれ一対一に接続するとともに、その一対一の接続を、送信電波の送信時と受信電波の受信時とで、アンテナエレメント群３０のアレイ状配置の中心に関して対称になるように自動的に切り替える。
【００４３】
送受切替回路２０において、第１循環回路であるフェライトを用いたサーキュレータ１６−１〜１６−４と、送信用伝送線路１７−１〜１７−４と、受信用伝送線路１８−１〜１８−４と、第２循環回路であるフェライトを用いたサーキュレータ１３−１〜１３−４と、それらの接続用伝送線路を備えている。
【００４４】
サーキュレータ１６−１〜１６−４とサーキュレータ１３−１〜１３−４は、第１端子ｉ、第２端子ii及び第３端子iiiを有している。これらのサーキュレータは、第１端子ｉに電波が入力されたときには第２端子iiに出力を発生し、第３端子iiiには出力を発生しない。第２端子iiに電波が入力されたときには第３端子iiiに出力を発生し、第１端子ｉには出力を発生しない。また、第３端子iiiに電波が入力されたときには第１端子ｉに出力を発生し、第２端子iiには出力を発生しない。したがって、循環回路と称されている。
【００４５】
送信時には、非可逆性フェライト形移相器１２−１〜１２−４の各々の他端を、サーキュレータ１６−１〜１６−４の第１端子ｉ及び第２端子iiと、送信用伝送線路１７−１〜１７−４と、サーキュレータ１３−１〜１３−４の第１端子ｉ及び第２端子iiとを直列に接続して、アンテナエレメント３０−１〜３０−４の給電端子に接続する。
【００４６】
受信時には、アンテナエレメント３０−４〜３０−１の給電端子を、サーキュレータ１３−４〜１３−１の第２端子ii及び第３端子iiiと、受信用伝送線路１８−１〜１８−４と、サーキュレータ１６−１〜１６−４の第３端子iii及び第１端子ｉとを直列に接続して、非可逆性フェライト形移相器１２−１〜１２−４の各々の他端に接続する。
【００４７】
さて、以上のように構成されたフェーズドアレイアンテナの動作について、図２、図３も参照して説明する。
【００４８】
アンテナエレメント群３０からボアサイトに対する角度θｓの方向にビームを指向させて送信する場合に、移相器１２−１〜１２−４にビーム指向角度θｓに応じた移相量１δｓ〜４δｓを設定する。
【００４９】
送信時には、図２に示されるように、給電回路１０Ａにおいては、移相器１２−１〜１２−４の各々の他端と、アンテナエレメント３０−１〜３０−４の給電端子とが、サーキュレータ１６−１〜１６−４の第１端子ｉ及び第２端子iiと、送信用伝送線路１７−１〜１７−４と、サーキュレータ１３−１〜１３−４の第１端子ｉ及び第２端子iiとによって直列に接続されている。
【００５０】
移相器１２−１〜１２−４の移相量が等しいとき（例えば、各移相量が零のとき）に、移相器１２−１〜１２−４を除く、分配器１１の各分配端子１１ｉ〜１１ivから各アンテナエレメント３０−１〜３０−４の給電端子までの電気長Ｌ１ｔ〜Ｌ４ｔが等しくなるようにされているから、移相器１２−１〜１２−４の移相量１δｓ〜４δｓにしたがって、送信電波はビーム指向角度θｓの方向に放射される。即ち、各送信時電気長は、Ｌ１ｔ＝Ｌ２ｔ＝Ｌ３ｔ＝Ｌ４ｔ、である。
【００５１】
受信時には、ビーム指向角度θｓの方向に放射された送信電波が目標物（ターゲット）で反射されて、アンテナエレメント群３０に入射する。
【００５２】
受信時にも、本発明では非可逆性フェライト形移相器１２−１〜１２−４の各々の磁化状態は何ら変化させないから、送信時と同じ磁化状態になっている。受信時には電波の進行方向が送信時とは逆になるから、非可逆性（非相反）であるフェライト形移相器１２−１〜１２−４の移相量は、負の移相量になる。つまり、移相器１２−１の移相量は、送信時には＋１δｓであったが、受信時には−１δｓになる。移相器１２−２〜１２−４についても同様に、送信時には＋２δｓ、＋３δｓ、＋４δｓであったが、受信時には−２δｓ、−３δｓ、−４δｓになる。
【００５３】
受信時にもビーム指向方向を送信時のビーム指向方向θｓと同じにするために、本発明では、図３に示すように、アンテナエレメント３０−１〜３０−４の各々と、非可逆性フェライト形移相器１２−４〜１２−１の各々の他端とをそれぞれ一対一に接続する。つまり、その一対一の接続を、送信電波の送信時と受信電波の受信時とで、アンテナエレメント群３０のアレイ状配置の中心（この例では、アンテナエレメント３０−２と３０−３との中間点）に関して対称になるように自動的に切り替える。
【００５４】
即ち、アンテナエレメント３０−４で受信された電波は、その給電端子からサーキュレータ１３−４と、受信用伝送線路１８−１と、サーキュレータ１６−１を介して移相器１２−１の他端に伝送され、そして、移相器１２−１で−１δｓだけ移相されて分配端子１１ｉに供給される。アンテナエレメント３０−４の給電端子から分配端子１１ｉまでの電気長は、移相器１２−１の分を除くと、電気長Ｌ１ｒである。
【００５５】
また、対称な位置にあるアンテナエレメント３０−１で受信された電波は、その給電端子からサーキュレータ１３−１と、受信用伝送線路１８−４と、サーキュレータ１６−４を介して移相器１２−４の他端に伝送され、そして、移相器１２−４で−４δｓだけ移相されて分配端子１１ivに供給される。アンテナエレメント３０−１の給電端子から分配端子１１ivまでの電気長は、移相器１２−４の分を除くと、電気長Ｌ４ｒである。他のアンテナエレメント３０−２、３０−３で受信された電波も同様にして、分配端子１１iii、１１iiに供給される。それらの電気長も同様に考えて、Ｌ３ｒ、Ｌ２ｒである。
【００５６】
各アンテナエレメント３０−４〜３０−１の給電端子から分配器１１の各分配端子１１ｉ〜１１ivまでの電気長Ｌ１ｒ〜Ｌ４ｒが等しくなるようにされているから、移相器１２−１〜１２−４の移相量−１δｓ〜−４δｓにしたがって、アレイアンテナとしての受信時のビーム指向方向は、送信時と同じく、ビーム指向角度θｓの方向になる。この場合の各受信時電気長は、即ち、Ｌ１ｒ＝Ｌ２ｒ＝Ｌ３ｒ＝Ｌ４ｒである。
【００５７】
また、各送信時電気長Ｌ１ｔ〜Ｌｎｔ（但し、ｎは任意数）や各受信時電気長Ｌ１ｒ〜Ｌｎｒの間にオフセット誤差がある場合にも、送信時電気長Ｌ１ｔ〜Ｌｎｔや受信時電気長Ｌ１ｒ〜Ｌｎｒが、Ｌ１ｔ＋Ｌ１ｒ＝Ｌｎｔ＋Ｌｎｒ、の関係にあれば、フェーズドアレイ動作を行うことが出来る。
【００５８】
なお、図１〜図３の例では、移相器１２−１〜１２−４の移相量を、移相器１２−１の移相量δｓを基準としたが、各移相器１２−１〜１２−４の移相量は相対的なものであっればよいので、上記した移相量は一例である。
【００５９】
また、アンテナエレメント群のアンテナエレメント数が奇数である場合にも、中心に位置するアンテナエレメントに接がる伝送経路に、移相器、第１循環回路及び第２循環回路を設けることで、同様に適用することができる。
【００６０】
また、第１循環回路及び第２循環回路として、サーキュレータを用いた例について説明したが、これらサーキュレータに代えて、リング回路形ハイブリッド結合器（即ち、ラットレース）を用いても、同様にフェーズドアレイアンテナを構成することができる。
【００６１】
このように、本発明のフェーズドアレイアンテナでは、第１循環回路であるサーキュレータ１６−１〜１６−４と第２循環回路である１３−１〜１３−４を設けて、送信時と受信時において、アンテナエレメント３０−１〜３０−４と非可逆性（非相反）フェライト形移相器１２−１〜１２−４との組み合わせを自動的に切り替えるから、非可逆性のフェライト形移相器１２−１〜１２−４を送受信に共用し且つ送受信での移相量の変更を不要に出来る。これにより、そのフェライト形移相器１２−１〜１２−４の数量を少なくし、大電力をフェーズドアレイ制御する事が出来、且つ小型化を図ることが出来る。また、フェライト形移相器１２−１〜１２−４を駆動するための電力も少なくできる。
【００６２】
図４は、本発明の非可逆性フェライト形移相器を用いたアレイアンテナの第２実施例を説明するための図である。この図４の第２実施例では、アンテナエレメント群のアンテナエレメント数が奇数である場合に、フェーズドアレイアンテナとしての構成を簡単にして、小型化、低価格化を図るものである。
【００６３】
図４において、フェーズドアレイアンテナは、アンテナエレメント群３０が５つのアンテナエレメント３０−１〜３０−５の場合を示しているが、奇数であれば他の任意のアンテナエレメント数でよい。
【００６４】
アンテナエレメント数Ｎが奇数の場合には、給電回路１０Ｂに示すように、アレイ状配置のアンテナエレメント群３０の中心に位置するアンテナエレメント３０−３に接がる伝送線路２２には非可逆性フェライト形移相器（仮に、図示するとすると、１２−３）を設けず、それ以外のＮ−１の伝送経路に非可逆性フェライト形移相器１２−１、１２−２、１２−４、１２−５を設けることでよい。
【００６５】
さらに、アレイ状配置のアンテナエレメント群３０の中心に位置するアンテナエレメント３０−３に接がる伝送線路２２には第１及び第２循環回路であるサーキュレータ（仮に、図示するとすると、１６−３及び１３−３）をも非可逆性フェライト形移相器と共に設けずに、そのアンテナエレメント３０−３の給電端子と分配器１１の対応する分配端子１１iiiとを伝送線路２２を介して接続するように構成する。
【００６６】
この場合、アンテナエレメント３０−３に接がる伝送線路２２には非可逆性フェライト形移相器が設けられないから、この伝送線路２２での移相器による移相量は当然に送受信とも零である。この中心の伝送線路２２を基準として、他の伝送経路に設けられている非可逆性フェライト形移相器１２−１、１２−２、１２−４、１２−５の移相量をビーム指向角度θｓに応じてそれぞれ設定する。例えば、送信時には、移相器１２−１の移相量を−２δｓに、移相器１２−２の移相量を−１δｓに、移相器１２−４の移相量を＋１δｓに、移相器１２−５の移相量を＋２δｓに、設定する。各移相器１２−１、１２−２、１２−４、１２−５は非可逆性（非相反）であるから、受信時には移相器内の電波の進行方向が逆になる。したがって、受信時の各移相器１２−１、１２−２、１２−４、１２−５の移相量は、各々符号を反転した移相量＋２δｓ、＋１δｓ、−１δｓ、−２δｓになる。
【００６７】
そして、アンテナエレメント３０−３の給電端子から分配端子１１iiiまでの伝送経路２２の電気長は、送受信時とも同じでＬ３ｔ（＝Ｌ３ｒ）であるから、他の伝送経路も同じになることでよい。つまり、Ｌ１ｔ＝Ｌ１ｒ＝・・・Ｌ３ｔ＝Ｌ３ｒ＝・・・＝Ｌ５ｔ＝Ｌ５ｒ。
【００６８】
また、このアンテナエレメント数が奇数の場合にも、各送信時電気長Ｌ１ｔ〜Ｌｎｔ（但し、ｎは任意の奇数）や各受信時電気長Ｌ１ｒ〜Ｌｎｒの間にオフセット誤差がある場合に、送信時電気長Ｌ１ｔ〜Ｌｎｔや受信時電気長Ｌ１ｒ〜Ｌｎｒが、Ｌ１ｔ＋Ｌ１ｒ＝Ｌｎｔ＋Ｌｎｒ、の関係にあれば、フェーズドアレイ動作を行うことが出来る。
【００６９】
以上のような伝送経路の電気長に関する条件を満たすように、伝送経路を構成する導波管などの長さを調整することも出来るし、電気長を調整するための半固定移相器を設けることも出来る。図４では、中心位置の伝送経路２２に半固定移相器２１を設けて、その伝送経路２２の電気長を調整する例を示している。
【００７０】
このように電気長を調整するための半固定移相器は、中心位置の伝送経路２２に限ることなく、複数Ｎ個のアンテナエレメントの各々と複数Ｎ個の分配端子の各々との間のいずれかの伝送線路（例えば、１つの伝送線路でもよく、また任意数の伝送線路でもよい）に設けることが出来る。他の実施例、例えば図１の構成例においても同様に、電気長を調整するための半固定移相器を設けることが出来る。
【００７１】
半固定移相器としては、伝送線路長を可変・調整できるラインストレッチャーや、伝送線路中に１／４波長間隔で金属ポストなどのアドミッタンス挿入した金属移相器などが好適である。
【００７２】
このように、各アンテナエレメントの各々と分配器（分配合成器）の分配端子の各々との間のいずれかの伝送線路、例えば、送信用伝送線路や受信用伝送線路、また中心の伝送線路など、に電気長を調整するための半固定移相器を設けることにより、送信時の各伝送経路長及び受信時の各伝送経路長を等しくすることが出来る。したがって、フェーズドアレイ制御を精度よく行うことが出来る。
【００７３】
図５は、本発明の非可逆性フェライト形移相器を用いたアレイアンテナの第３実施例を説明するための図である。この図５の第３実施例は、送受信間のアイソレーションを高くして、送受分離を確実にすることを図るものである。
【００７４】
図５において、送信用伝送線路１７−１〜１７−４に送受信間のアイソレーションを得るためのインピーダンス素子２３−１〜２３−４をそれぞれ設けている。その他の構成は、図１と同様である。この図５のインピーダンス素子を設けることは、図４のアレイアンテナにも同様に適用できる。
【００７５】
インピーダンス素子２３−１〜２３−４は、第１循環回路であるサーキュレータ１６−１〜１６−４と第２循環回路であるサーキュレータ１３−１〜１３−４との間の送信用伝送線路１７−１〜１７−４の途中、あるいはそのいずれか一端に設けられている。
【００７６】
このインピーダンス素子２３−１〜２３−４としては、ＰＩＮダイオードを用いた短絡スイッチなどで構成される。その短絡スイッチのＰＩＮダイオードを送信あるいは受信に応じてオフあるいはオンに制御して、送信時にはＰＩＮダイオードをオフして伝送線路１７−１〜１７−４を伝送状態にし、受信時にはＰＩＮダイオードをオンして伝送線路１７−１〜１７−４を短絡状態にする。これにより、受信時に受信信号が第２循環回路であるサーキュレータ１３−１〜１３−４を漏れて、第１循環回路であるサーキュレータ１６−１〜１６−４に流入する漏洩した受信信号を著しく低減する。
【００７７】
このインピーダンス素子２３−１〜２３−４として、電気的に切替可能に制御するものとしては、バラクタダイオード等の可変容量ダイオードを用いたものを使用することも出来る。
【００７８】
また、インピーダンス素子２３−１〜２３−４として、一方向に対しては電波をほとんど減衰なく伝送させ（順方向）、反対方向（逆方向）に対してはその電力を吸収する２開口受動素子回路であるアイソレータを用いることも出来る。
【００７９】
このように、第１循環回路１６−１〜１６−４と第２循環回路１３−１〜１３−４との間の送信用伝送線路１７−１〜１７−４に、送信時は小インピーダンスで受信時は高インピーダンスになるインピーダンス素子（アイソレータ等）を設けるから、送受信間のアイソレーションを高くして、送受分離を確実に行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の第１実施例に係るフェーズドアレイアンテナの構成を示す図
【図２】図１の送信時の接続状態を示す図
【図３】図１の受信時の接続状態を示す図
【図４】本発明の第２実施例に係るフェーズドアレイアンテナの構成を示す図
【図５】本発明の第３実施例に係るフェーズドアレイアンテナの構成を示す図
【図６】従来のフェーズドアレイアンテナの構成を示す図
【符号の説明】
【００８１】
１０，１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ  給電回路
１１  分配器
１２−１〜１２−ｎ  非可逆性フェライト形移相器
１３−１〜１３−ｎ  第２循環回路（サーキュレータ）
１４−１〜１４−ｎ  受信用フェライト形移相器
１５  合成器
１６−１〜１６−ｎ  第１循環回路（サーキュレータ）
１７−１〜１７−ｎ  送信用伝送線路
１８−１〜１８−ｎ  受信用伝送線路
２０  送受切替回路
２１  半固定移相器
２２  伝送線路
２３−１〜２３−ｎ  インピーダンス素子（アイソレータ  ）
３０  アンテナエレメント群
３０−１〜３０−ｎ  アンテナエレメント
【図１】
2005252902.tif 000003
【図２】
2005252902.tif 000004
【図３】
2005252902.tif 000005
【図４】
2005252902.tif 000006
【図５】
2005252902.tif 000007
【図６】
2005252902.tif 000008