(57)【要約】【課題】  他の電波と意図しない干渉を起こすことなく、しかも、可視領域内にグレーティングローブが生じることなく、アレイアンテナの使用状況に応じて消費電力及び発熱量を抑制することができるフェーズドアレイアンテナ装置及びビーム走査制御方法を提供する。【解決手段】  複数の素子アンテナ２からなるアレイアンテナにより送信ビームを形成し、所定の走査方向に電子走査するフェーズドアレイアンテナ装置１であって、異なる２以上の周波数のうちいずれか１つを選択して送信信号を生成する送信信号生成部６と、送信信号を各素子アンテナ２に分配する分配給電回路５と、信号位相を素子アンテナ２ごとに移相する移相器１２に対し、移相量の制御を行う移相制御部８と、励振させる素子アンテナ２を送信信号の波長に基づいて選択し、励振する各素子アンテナ２の間隔が走査方向に広くなるように間引いて電子走査を行う走査制御部９により構成される。【選択図】  図４
2005269569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の素子アンテナからなるアレイアンテナにより送信ビームを形成し、所定の走査方向に電子走査するフェーズドアレイアンテナ装置において、
異なる２以上の周波数のうちいずれか１つを選択して送信信号を生成する信号生成手段と、
上記送信信号を上記各素子アンテナに分配する信号分配手段と、
信号位相を上記素子アンテナごとに移相する移相器に対し、移相量の制御を行う移相制御手段と、
励振させる上記素子アンテナを上記送信信号の波長に基づいて選択し、励振する各素子アンテナの間隔が上記走査方向に広くなるように間引いて電子走査を行う走査制御手段とを備え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】
複数の素子アンテナからなるアレイアンテナにより送信ビームを形成し、所定の走査方向に電子走査するフェーズドアレイアンテナ装置において、
異なる２以上の周波数のうちいずれか１つを選択して送信信号を生成する信号生成手段と、
上記送信信号を上記各素子アンテナに分配する信号分配手段と、
信号位相を上記素子アンテナごとに移相する移相器に対し、移相量の制御を行う移相制御手段と、
励振する各素子アンテナの間隔が上記走査方向に広くなるように間引いて電子走査を行う走査制御手段とを備え、
上記信号生成手段は、励振する各素子アンテナの走査方向の間隔に基づいて、周波数の選択を行う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３】
上記走査制御手段は、送信信号の波長が元の波長のｍ倍（ｍは２以上の整数）以上となった場合に、励振する各素子アンテナの間隔がｍ倍に拡がるように間引く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装置。
【請求項４】
上記走査制御手段は、励振させる素子アンテナを送信ビームの形成方向に基づいて選択し、間引き走査を行う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装置。
【請求項５】
上記走査制御手段は、上記アレイアンテナの正面方向に送信ビームを形成する場合において励振する各素子アンテナの間隔が正面以外の方向に送信ビームを形成する場合における間隔よりも拡がるように間引くことを特徴とする請求項４に記載のフェーズドアレイアンテナ装置。
【請求項６】
上記移相制御手段が、上記素子アンテナごとの受信信号に対して移相量の制御を行い、
上記走査制御手段が、励振させる素子アンテナを受信信号の波長に基づいて選択し、励振する各素子アンテナの間隔が広くなるように間引いて受信ビームの形成を行う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装置。
【請求項７】
上記アレイアンテナが、方位方向及び仰角方向に関して２次元配置された素子アンテナからなり、
上記走査制御手段が、励振する各素子アンテナの間隔が方位方向及び仰角方向にそれぞれ広くなるように間引いて電子走査を行う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装置。
【請求項８】
上記走査制御手段は、上記走査方向の電子走査ごとに間欠的に間引き走査を行う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装置。
【請求項９】
上記アレイアンテナが、上記走査方向に関して１次元配置された素子アンテナからなり、
上記走査制御手段は、上記アレイアンテナの中央部において間引く割合を端部における割合よりも低くして電子走査を行う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装置。
【請求項１０】
送信信号を上記素子アンテナごとに電力増幅する増幅器に対し、上記素子アンテナごとに電力供給を行う電力供給手段を備え、
上記走査制御手段は、間引く素子アンテナについての電力供給をオフする制御を行う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装置。
【請求項１１】
複数の素子アンテナからなるアレイアンテナにより送信ビームを形成し、所定の走査方向に電子走査するフェーズドアレイアンテナ装置におけるビーム走査制御方法において、
異なる２以上の周波数のうちいずれか１つを選択して送信信号を生成する信号生成ステップと、
上記送信信号を上記各素子アンテナに分配する信号分配ステップと、
信号位相を上記素子アンテナごとに移相する移相器に対し、移相量の制御を行う移相制御ステップと、
励振させる上記素子アンテナを上記送信信号の波長に基づいて選択し、励振する各素子アンテナの間隔が上記走査方向に広くなるように間引いて電子走査を行う走査制御ステップとからなることを特徴とするビーム走査制御方法。
【請求項１２】
複数の素子アンテナからなるアレイアンテナにより送信ビームを形成し、所定の走査方向に電子走査するフェーズドアレイアンテナ装置におけるビーム走査制御方法において、
異なる２以上の周波数のうちいずれか１つを選択して送信信号を生成する信号生成ステップと、
上記送信信号を上記各素子アンテナに分配する信号分配ステップと、
信号位相を上記素子アンテナごとに移相する移相器に対し、移相量の制御を行う移相制御ステップと、
励振する各素子アンテナの間隔が上記走査方向に広くなるように間引いて電子走査を行う走査制御ステップとを備え、
上記信号生成ステップは、励振する各素子アンテナの走査方向の間隔に基づいて、周波数の選択を行うステップであることを特徴とするビーム走査制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フェーズドアレイアンテナ装置及びビーム走査制御方法に係り、さらに詳しくは、複数の素子アンテナからなるアレイアンテナにより送信ビームを形成して電子走査するフェーズドアレイアンテナ装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機などに搭載されるＥＣＭ（Electronic Counter Measure：電子対抗手段）レーダーは、複数の素子アンテナからなるアレイアンテナを用いて送信ビームを形成し、広帯域な電波により電子走査を行っている（例えば、非特許文献１）。この様なフェーズドアレイアンテナ装置では、その有効放射電力Ｐを送信電力Ｐｔ及びアンテナ利得Ｇによって、次式（１０１）により表すことができる。
Ｐ＝Ｐｔ×Ｇ・・（１０１）
【０００３】
この送信電力Ｐｔは、素子アンテナごとに設けられる複数の送信モジュールにおける出力電力Ｐｍｄｌの総和として、次式（１０２）により求めることができる。
Ｐｔ＝ΣＰｍｄｌ・・（１０２）
【０００４】
また、アンテナ利得Ｇは、アレイアンテナの開口面積Ａに比例し、比例係数をＣ１として、次式（１０３）により求めることができる。
Ｇ＝Ｃ１×Ａ・・（１０３）
【０００５】
また、アレイアンテナにより形成される送信ビームのビーム幅Ｂは、アレイアンテナの開口寸法Ｄに反比例し、比例係数をＣ２として、次式（１０４）により表すことができる。
Ｂ＝Ｃ２／Ｄ・・（１０４）
【０００６】
上述した従来のフェーズドアレイアンテナ装置では、アレイアンテナの使用状況に応じて消費電力や発熱量を抑制したい場合、アンテナ開口面を絞って有効放射電力Ｐを減少させなければならない。上式（１０１）によれば、有効放射電力Ｐを減少させるには、アンテナ利得Ｇを減少させるか、或いは、動作する送信モジュール数を少なくして送信電力Ｐｔを減少させることが考えられる。アンテナ利得Ｇを減少させる場合、上式（１０３）により、アレイアンテナの開口面積Ａを減少させる必要があった。しかし、開口面積Ａを減少させると、アレイアンテナの開口寸法Ｄが減少し、上式（１０４）によりビーム幅Ｂが増大してしまう。送信ビームのビーム幅Ｂが走査方向に広くなると、走査方向についての分解能が低下するので、意図しない方向に電波が送信され、他の電波と干渉を起こしてしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、送信ビームのビーム幅Ｂを拡げないようにするために、開口面積Ａを一定に保持したまま、動作する送信モジュール数を減少させることが考えられる。すなわち、励振する各素子アンテナの間隔が走査方向に広くなるように間引いて電子走査することが考えられる。しかし、励振する素子アンテナの間隔が広くなると、可視領域（visible region）内に不要波となるグレーティングローブが生じるので、メインローブの利得が低下するとともに、主軸以外の方向にもビームが形成されてしまうという問題があった。
【特許文献１】特開２００２−１５８５２８号公報
【特許文献２】特開２００１−２４４２１号公報
【非特許文献１】レロイ・ビー・ブラント（Leroy B.Brunt）著「アプライドＥＣＭ（AppliedECM）」、１９７８年、Ｖｏｌ．１、ｐ．２１０、Ｆｉｇ．４１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した通り、従来のフェーズドアレイアンテナ装置では、可視領域内にグレーティングローブが生じ、メインローブの利得が低下するとともに、主軸以外の方向にもビームが形成されるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、他の電波と意図しない干渉を起こすことなく、アレイアンテナの使用状況に応じて消費電力及び発熱量を抑制することができるフェーズドアレイアンテナ装置及びビーム走査制御方法を提供することを目的としている。特に、可視領域内にグレーティングローブが生じることなく、有効放射電力を減少させることができるフェーズドアレイアンテナ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によるフェーズドアレイアンテナ装置は、複数の素子アンテナからなるアレイアンテナにより送信ビームを形成し、所定の走査方向に電子走査するフェーズドアレイアンテナ装置であって、異なる２以上の周波数のうちいずれか１つを選択して送信信号を生成する信号生成手段と、上記送信信号を上記各素子アンテナに分配する信号分配手段と、信号位相を上記素子アンテナごとに移相する移相器に対し、移相量の制御を行う移相制御手段と、励振させる上記素子アンテナを上記送信信号の波長に基づいて選択し、励振する各素子アンテナの間隔が上記走査方向に広くなるように間引いて電子走査を行う走査制御手段により構成される。
【００１１】
この様な構成によれば、励振させる素子アンテナが送信信号の波長に基づいて選択され、走査方向に関し各素子アンテナを間引いて電子走査が行われるので、アレイアンテナの使用状況に応じて消費電力及び発熱量を抑制することができる。特に、励振する各素子アンテナの間隔を送信信号の波長に応じて決定するので、可視領域内にグレーティングローブが生じるのを抑制することができる。
【００１２】
また、本発明によるフェーズドアレイアンテナ装置は、複数の素子アンテナからなるアレイアンテナにより送信ビームを形成し、所定の走査方向に電子走査するフェーズドアレイアンテナ装置であって、異なる２以上の周波数のうちいずれか１つを選択して送信信号を生成する信号生成手段と、上記送信信号を上記各素子アンテナに分配する信号分配手段と、信号位相を上記素子アンテナごとに移相する移相器に対し、移相量の制御を行う移相制御手段と、励振する各素子アンテナの間隔が上記走査方向に広くなるように間引いて電子走査を行う走査制御手段とを備え、上記信号生成手段が、励振する各素子アンテナの間隔に基づいて周波数の選択を行うように構成される。
【００１３】
この様な構成によれば、生成する送信信号の周波数が励振する各素子アンテナの走査方向の間隔に基づいて選択され、走査方向に関する間引き電子走査が行われるので、アレイアンテナの使用状況に応じて消費電力及び発熱量を抑制することができる。特に、励振する各素子アンテナの走査方向の間隔に応じて送信信号の周波数を決定するので、可視領域内にグレーティングローブが生じるのを抑制することができる。
【００１４】
本発明によるビーム走査制御方法は、複数の素子アンテナからなるアレイアンテナにより送信ビームを形成し、所定の走査方向に電子走査するフェーズドアレイアンテナ装置におけるビーム走査制御方法であって、異なる２以上の周波数のうちいずれか１つを選択して送信信号を生成する信号生成ステップと、上記送信信号を上記各素子アンテナに分配する信号分配ステップと、信号位相を上記素子アンテナごとに移相する移相器に対し、移相量の制御を行う移相制御ステップと、励振させる上記素子アンテナを上記送信信号の波長に基づいて選択し、励振する各素子アンテナの間隔が上記走査方向に広くなるように間引いて電子走査を行う走査制御ステップとからなる。
【００１５】
また、本発明によるビーム走査制御方法は、複数の素子アンテナからなるアレイアンテナにより送信ビームを形成し、所定の走査方向に電子走査するフェーズドアレイアンテナ装置におけるビーム走査制御方法であって、異なる２以上の周波数のうちいずれか１つを選択して送信信号を生成する信号生成ステップと、上記送信信号を上記各素子アンテナに分配する信号分配ステップと、信号位相を上記素子アンテナごとに移相する移相器に対し、移相量の制御を行う移相制御ステップと、励振する各素子アンテナの間隔が上記走査方向に広くなるように間引いて電子走査を行う走査制御ステップとを備え、上記信号生成ステップが、励振する各素子アンテナの間引き後における間隔に基づいて周波数の選択を行うステップであるように構成される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によるフェーズドアレイアンテナ装置及びビーム走査制御方法によれば、励振させる素子アンテナが送信信号の波長に基づいて選択され、走査方向に関し各素子アンテナを間引いて電子走査が行われるので、他の電波と意図しない干渉を起こすことなく、アレイアンテナの使用状況に応じて消費電力及び発熱量を抑制することができる。特に、励振する各素子アンテナの間隔を送信信号の波長に応じて決定するので、可視領域内にグレーティングローブが生じるのを抑制することができ、有効放射電力を減少させることができる。
【００１７】
また、生成する送信信号の周波数が励振する各素子アンテナの走査方向の間隔に基づいて選択され、走査方向に関する間引き電子走査が行われるので、他の電波と意図しない干渉を起こすことなく、アレイアンテナの使用状況に応じて消費電力及び発熱量を抑制することができる。特に、励振する各素子アンテナの走査方向の間隔に応じて送信信号の周波数を決定するので、可視領域内にグレーティングローブが生じるのを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるフェーズドアレイアンテナ装置の概略構成の一例を示したブロック図である。本実施の形態によるフェーズドアレイアンテナ装置１は、複数の素子アンテナ２からなるアレイアンテナにより送信ビームを形成し、所定の走査方向に電子走査するビーム走査型のアンテナ装置であり、航空機などに搭載されるＥＣＭレーダーに適用することができる。
【００１９】
このフェーズドアレイアンテナ装置１では、送信ビームのビーム幅を拡げないようにするために、アレイアンテナの開口面積を一定に保持したまま、励振する各素子アンテナ２の数を少なくする間引き走査の制御が行われる。その際、送信信号の波長に基づいて、励振させる素子アンテナ２の選択が行われる。
【００２０】
フェーズドアレイアンテナ装置１は、素子アンテナ２、送信モジュール３、モジュール電源４、分配給電回路５、送信信号生成部６、主制御部７及びモジュール制御部１０により構成される。
【００２１】
各素子アンテナ２は、所定の走査方向に設けられた空中線素子であり、アレイアンテナを構成している。ここでは、電子走査における走査方向を方位方向（水平方向）とし、各素子アンテナ２は方位方向に沿って直線状に設けられるものとする。また、各素子アンテナ２は等間隔で１次元配置され、アレイアンテナの開口面における素子数の密度分布が一定となっている。
【００２２】
送信モジュール３は、素子アンテナ２ごとに設けられ、送信信号について信号位相の移相や電力増幅を行っている。各送信モジュール３の動作に必要な電力は、モジュール電源４によりそれぞれ供給される。分配給電回路５は、送信信号を電力分配し、各送信モジュール３に対する給電を行っている。
【００２３】
送信信号生成部６は、送信信号を生成する信号発生器であり、広帯域な送信信号の出力を行っている。この送信信号は、異なる２以上の周波数のうちいずれか１つを選択して生成される。送信信号における周波数の選択は、主制御部７による指示に基づいて行われる。
【００２４】
例えば、ユーザによる操作入力に基づいて適切な周波数が指示される。この様にして生成された送信信号は、分配給電回路５に順次に出力され、各送信モジュール３に分配される。分配後の送信信号は、それぞれ各送信モジュール３により素子アンテナ２を介して空間中へ放射される。
【００２５】
モジュール制御部１０は、各送信モジュール３に対し、移相量の制御や間引き走査の制御を行っており、移相制御部８及び走査制御部９からなる。移相制御部８は、送信信号における信号位相の移相量を送信モジュール３ごとに制御している。これにより、送信ビームが形成され、方位方向の所定のビーム走査範囲について電子走査を行うことができる。
【００２６】
走査制御部９は、励振する各素子アンテナ２の間隔が走査方向に広くなるように間引いて電子走査する間引き走査の制御を行っている。この間引き走査の制御は、主制御部７による指示に基づいて行われ、励振させる素子アンテナ２、すなわち、送信モジュール３が選択される。つまり、動作させる送信モジュール３を選択指定することにより、全ての送信モジュール３を動作させる場合に比べ、励振する各素子アンテナ２の間隔を方位方向について拡げることができる。励振（動作）させる送信モジュール３の選択は、送信信号の波長に基づいて行われる。
【００２７】
一般に、放射電波の結合（カップリング）による影響を考慮すれば、各素子アンテナ２の間隔は、可能な限り広い方が良い。一方、ビーム走査において可視領域の範囲、すなわち、送信ビームの形成方向Ａｚ±９０°の範囲内にグレーティングローブが生じないようにするには、各素子アンテナ２の間隔（素子アンテナ２間の距離）ｄｘ１が、次式（１）を満たさなければならない。
ｄｘ１≦λ１／（１＋ｓｉｎＡｚ０）・・（１）
【００２８】
上式（１）において、送信信号の周波数における上限（使用上限周波数）に対応する波長（最短波長）をλ１とし、アレイアンテナの正面方向（開口面に垂直な方向）に対する最大ビーム走査角をＡｚ０としている。
【００２９】
これらのことから、通常、アレイアンテナの開口面における各素子アンテナ２の間隔ｄｘ１は、ｄｘ１＝λ１／（１＋ｓｉｎＡｚ０）となるように定められる。例えば、送信信号の周波数を使用上限周波数の１／２倍に下げると、波長は最短波長λ１の２倍となるので、最大ビーム走査角Ａｚ０が一定であれば、各素子アンテナ２の間隔をｄｘ１の２倍に拡げることができる。この場合、素子アンテナ２の間隔を元の間隔ｄｘ１の２倍に拡げても、式（１）が満たされるので、可視領域の範囲内にグレーティングローブが生じるのを防止することができる。
【００３０】
そこで、走査制御部９は、アレイアンテナの使用状況に応じて消費電力及び発熱量を抑制するために、送信信号の波長に基づいて素子アンテナ２の間隔を決定し、励振させる素子アンテナ２を選択する。つまり、間引き可能な送信モジュール３が、式（１）に基づいて判別される。励振させる素子アンテナ２を間引くことにより、励振する各素子アンテナ２の間隔が拡がっても、式（１）が満たされれば、可視領域内にグレーティングローブを生じることなく、消費電力及び発熱量を抑制することができる。
【００３１】
具体的には、２以上の整数をｍとして、間引き走査時における送信信号の波長λ２が、次式（２）を満たす場合、励振する各素子アンテナ２の間隔をｄｘ１のｍ倍とすることができる。
λ２≧ｍλ１・・（２）
【００３２】
すなわち、方位方向に等間隔で配置されている各素子アンテナ２のうち、ｍ個に１個の割合で一様に間引く動作が行われる。この様な間引き走査は、方位方向のビーム走査ごとに繰り返し行われる。
【００３３】
図２は、図１のフェーズドアレイアンテナ装置における要部詳細の一例を示したブロック図であり、送信モジュール３及び素子アンテナ２が示されている。この送信モジュール３は、増幅器１１、移相器１２及び制御回路１３からなる。
【００３４】
増幅器１１は、送信信号を電力増幅するためのアンプ回路であり、増幅後の送信信号を素子アンテナ２へ出力している。移相器１２は、信号位相を移相するための位相シフト回路であり、分配給電回路５から入力された送信信号を所定の移相量だけ移相して増幅器１１へ出力している。
【００３５】
制御回路１３は、モジュール制御部１０による指示に基づいて、ビーム走査のための移相量の制御や、増幅器１１を含む送信モジュール３の動作をオンオフする制御を行っている。これらの回路は、モジュール電源４から供給される電力により動作する。
【００３６】
図３は、図１のフェーズドアレイアンテナ装置における間引き動作の一例を示した図であり、動作させる送信モジュール３を間引いてビーム走査が行われる様子が示されている。アレイアンテナの開口面に垂直な方向（Ａｚ＝０°）に対し、送信ビームの形成方向（ビーム指向方位）をＡｚとすると、ビーム走査範囲は、−Ａｚ０≦Ａｚ≦Ａｚ０となっている。
【００３７】
例えば、送信信号の波長λ２が最短波長λ１の３倍以上となる場合（ｍ＝３）、励振する各素子アンテナ２の間隔ｄｘ２がｄｘ１の３倍（ｄｘ２＝３×ｄｘ１）に拡がるように、各送信モジュール３をオンオフさせる制御が行われる。すなわち、全ての送信モジュール３のうち、オン状態となる送信モジュール（励振モジュール）は３個に１個の割合となり、オフ状態となる送信モジュール（非励振モジュール）は３個に２個の割合となる。
【００３８】
図４のステップＳ１０１〜Ｓ１０７は、図１のフェーズドアレイアンテナ装置における間引き動作の一例を示したフローチャートである。まず、主制御部７は、間引き走査を開始させるための操作入力が行われると、送信信号生成部６に対して送信信号の周波数を指示する（ステップＳ１０１）。
【００３９】
送信信号生成部６は、主制御部７による指示に基づいて周波数を選択し、送信信号を生成する（ステップＳ１０２，Ｓ１０３）。次に、走査制御部９は、主制御部７により指示された周波数に基づき励振させる素子アンテナ２の間隔ｄｘ２を決定し、励振モジュールを選択する（ステップＳ１０４）。
【００４０】
次に、間引き後の各励振モジュールにより送信ビームが形成され、方位方向に電子走査される（ステップＳ１０５，Ｓ１０６）。この間引き走査は、間引き走査を終了させるための操作入力が行われるまで繰り返し行われる（ステップＳ１０７）。
【００４１】
本実施の形態によれば、励振させる素子アンテナ２が送信信号の波長λ２に基づいて選択され、方位方向に関し各素子アンテナ２を間引いて電子走査が行われるので、アレイアンテナの使用状況に応じて消費電力及び発熱量を抑制することができる。特に、励振する各素子アンテナ２の間隔を送信信号の波長λ２に応じて決定するので、可視領域内にグレーティングローブが生じることなく、有効放射電力を低減することができる。また、間引き走査では、アレイアンテナの開口面積が変わらないので、開口寸法も変わらず、送信ビームのビーム幅が増加することはない。従って、意図しない方向に電波が送信され、他の電波と干渉を起こすのを防止することができる。
【００４２】
また、２以上のフェーズドアレイアンテナ装置１を用いて、互いに異なる方位方向に同時にビーム走査させるレーダーシステムの場合、各アレイアンテナ装置における消費電力や発熱量を抑制することができるので、同時に稼動させることができるアレイアンテナ装置の数を増加させることができる。従って、レーダーシステムの電源容量や冷却性能が低い場合であっても、広い範囲を効果的にカバーすることができる。
【００４３】
なお、本実施の形態では、送信信号の波長に基づいて励振させる素子アンテナ２が選択される場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、励振する素子アンテナ２の間隔に基づいて送信信号の周波数（又は波長）を選択するようなものであっても良い。
【００４４】
例えば、励振させる素子アンテナ２がユーザによる操作入力に基づいて選択され、励振する各素子アンテナ２の走査方向における間隔、すなわち、間引く割合が指示される。この素子アンテナ２間隔の指示に基づいて、送信信号生成部６が送信信号における周波数の選択を行い、間引き走査が行われる。この様な構成によっても、アレイアンテナの使用状況に応じて消費電力及び発熱量を抑制することができる。特に、励振する各素子アンテナ２の走査方向の間隔に応じて送信信号の周波数を決定するので、可視領域内にグレーティングローブが生じるのを抑制することができる。
【００４５】
実施の形態２．
実施の形態１では、励振させる素子アンテナの選択（間引き）が送信信号の波長に基づいて行われる場合の例について説明した。間引き可能な素子アンテナ２の判別が送信信号の波長λ２に応じて行われるので、波長λ２が最短波長λ１に近い場合には、間引きができないケースが生じると考えられる。これに対し、本実施の形態では、送信信号の波長λ２が最短波長λ１に近い場合であっても、間引き走査が行えるようにするために、励振させる素子アンテナ２の選択を送信信号の波長λ２と送信ビームの形成方向とに基づいて行う場合について説明する。
【００４６】
本実施の形態によるフェーズドアレイアンテナ装置では、走査制御部９が、送信信号の波長λ２及び送信ビームの形成方向（ビーム指向方位）に基づいて、励振させる素子アンテナ２の選択を行っている。すなわち、方位方向のビーム走査におけるビーム指向方位に応じて間引き可能な素子アンテナ２が判別され、間引き走査が行われる。
【００４７】
具体的には、ビーム指向方位Ａｚが、次式（３）を満たす範囲内において、各素子アンテナ２のうち、ｍ個に１個の割合で励振させる間引き動作が行われる。
λ２／（１＋ｓｉｎＡｚ）≧ｍλ１／（１＋ｓｉｎＡｚ０）・・（３）
【００４８】
例えば、アレイアンテナの正面方向（Ａｚ＝０°）に送信ビームを形成する場合において励振する各素子アンテナ２の間隔が、正面以外の方向に送信ビームを形成する場合における間隔よりも拡がるように間引きが行われる。つまり、方位方向のビーム走査におけるビーム指向方位に応じて間引き可能な素子アンテナ２の選択が行われ、特に、ビーム指向方位がアレイアンテナの正面方向となるときに、間引く割合を正面以外の方向のときよりも高くする制御が行われる。
【００４９】
本実施の形態によれば、送信信号の周波数が使用上限周波数に近い場合であっても、有効放射電力が大きいアンテナ正面方向近傍におけるビーム走査時に、間引き走査を行うことができるので、ビーム幅を変化させることなく消費電力及び発熱量を効果的に減少させることができる。
【００５０】
実施の形態３．
実施の形態１では、送信ビームを形成して方位方向に間引き走査が行われる場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、目標による反射エコーを受信し、受信ビームについて間引き走査を行う場合について説明する。
【００５１】
図５は、本発明の実施の形態３によるフェーズドアレイアンテナ装置の概略構成の一例を示したブロック図である。本実施の形態によるフェーズドアレイアンテナ装置２０は、目標による反射エコーを受信して方位探知を行うレーダーであり、素子アンテナ２、送受信モジュール２１、モジュール電源４、分配合成給電回路２２、送受切替部２３、送信信号生成部６、主制御部７、モジュール制御部１０、受信部２４及び方位探知処理部２５により構成される。
【００５２】
送受信モジュール２１は、素子アンテナ２を介して受信した信号について、信号位相の移相や電力増幅を行っている。分配合成給電回路２２は、各送受信モジュール２１からの受信信号を合成し、送受切替部２３への出力を行っている。送受切替部２３は、送信信号生成部６からの送信信号を分配合成給電回路２２へ出力するとともに、分配合成給電回路２２からの受信信号を受信部２４へ出力する処理を行っている。
【００５３】
モジュール制御部１０は、素子アンテナ２ごとの受信信号に対して移相量の制御を行うとともに、励振させる素子アンテナ２を受信信号の波長に基づいて選択し、励振する各素子アンテナ２の間隔が広くなるように間引いて受信ビームの形成を行っている。
【００５４】
方位探知処理部２５は、受信部２４から主制御部７を介して入力される受信信号から目標方位を識別する処理を行っている。この目標方位の識別処理は、受信ビームの形成方位や、受信信号の振幅、位相などの受信情報に基づいて各種方法により行われる。例えば、振幅比較方式やモノパルス方式による到来方位の識別方法を適用することができる。
【００５５】
振幅比較方式による到来方位識別では、アレイアンテナの開口面を２分割し、異なる方位に送信ビームが同時に形成される。これらの送信ビームによる反射エコーから受信ビームを形成し、受信信号における分割面間の振幅差から到来方位が判別される。また、モノパルス方式による到来方位識別では、アレイアンテナの開口面を２分割し、開口面ごとの受信信号に基づく和信号（Σ信号）及び差信号（Δ信号）の振幅位相特性から到来方位が判別される。
【００５６】
図６は、図５のフェーズドアレイアンテナ装置における要部詳細の一例を示したブロック図であり、送受信モジュール２１及び素子アンテナ２が示されている。この送受信モジュール２１は、送信用増幅器２７、受信用増幅器２８、移相器１２、制御回路１３及び切替器２６からなる。
【００５７】
送信用増幅器２７は、送信信号を電力増幅するためのアンプ回路であり、受信用増幅器２８は、受信信号を電力増幅するためのアンプ回路である。切替器２６は、素子アンテナ２側及び移相器１２側にそれぞれ設けられ、送信信号及び受信信号を対応する増幅器２７及び２８へ割り振る処理を行っている。すなわち、移相器１２により出力された送信信号は、移相器１２側の切替器２６を介して送信用増幅器２７へ伝送され、増幅後、素子アンテナ２側の切替器２６を介して素子アンテナ２へ出力される。一方、素子アンテナ２からの受信信号は、素子アンテナ２側の切替器２６を介して受信用増幅器２８へ伝送され、増幅後、移相器１２側の切替器２６を介して移相器１２へ出力される。なお、その他の構成は、図１のフェーズドアレイアンテナ装置１（実施の形態１）と同様である。
【００５８】
本実施の形態によれば、目標による反射エコーを受信して目標方位を探知する際に、受信ビームについて実施の形態１と同様な間引き走査を行うことができるので、探知精度を低下させることなく、消費電力や発熱量を効果的に低減させることができる。特に、受信ビームのビーム幅が広がることによる方位識別の精度劣化を抑制することができる。
【００５９】
実施の形態４．
実施の形態１では、各素子アンテナ２が方位方向に１次元配置され、方位方向にビーム走査が行われる場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、各素子アンテナ２が方位方向及び仰角方向に関して２次元配置され、それぞれの方向についてビーム走査を行う場合について説明する。
【００６０】
本実施の形態によるフェーズドアレイアンテナ装置では、各素子アンテナ２が方位方向及び仰角方向に沿って平面状に設けられる。すなわち、アレイアンテナの開口面において素子数の密度分布が一定となるように配置されている。この様に２次元配置された各素子アンテナ２を用いて、方位方向及び仰角方向にそれぞれ間引き走査が行われる。
【００６１】
本実施の形態によれば、水平面（方位方向）内におけるビーム幅と、垂直面（仰角方向）内におけるビーム幅とを増大させることなく、消費電力及び発熱量を効果的に低減することができる。
【００６２】
実施の形態５．
実施の形態１では、間引き走査がビーム走査ごとに繰り返される場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、間引き走査を走査方向のビーム走査ごとに間欠的に行う場合について説明する。
【００６３】
本実施の形態によるフェーズドアレイアンテナ装置では、間引き走査が方位方向のビーム走査ごとに所定の周期で間欠的に行われる。すなわち、間引き走査が行われる周期と、全ての素子アンテナ２を励振させる電子走査（通常走査）が行われる複数の周期とが繰り返される。例えば、ビーム走査において２回に１回の割合で間引き走査が行われる。本実施の形態によれば、通常走査と間引き走査が繰り返されるので、覆域の低下を抑制させながら消費電力や発熱量を効果的に低減することができる。
【００６４】
なお、所定の周期で間引き走査を行わせる代わりに、ランダムに間引き走査を行わせても良い。すなわち、通常走査及び間引き走査を適宜行わせるようなものであっても良い。
【００６５】
また、実施の形態１〜５では、励振させる素子アンテナ２が送信信号の波長に基づいて選択される場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、励振させる素子アンテナ２をランダムに選択するようなものであっても良い。すなわち、乱数に基づいて素子アンテナ２を選択し、間引き走査を行うようなものであっても良い。この様にすれば、走査制御を簡素化することができる。
【００６６】
実施の形態６．
実施の形態１では、励振させる素子アンテナ２が走査方向に一様に間引かれる場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、アレイアンテナの中央部において間引く割合を端部における割合よりも低くして電子走査を行う場合について説明する。
【００６７】
本実施の形態によるフェーズドアレイアンテナ装置では、走査方向に関し、励振させる素子アンテナ２を間引く割合がアレイアンテナの中央部において端部における割合よりも低くする走査制御が行われる。すなわち、励振する各素子アンテナ２の間隔が、アレイアンテナの開口面における中央部において端部における間隔よりも密となるような間引きが行われる。具体的には、励振密度がアレイアンテナの中央部で高くなるように（テーパー分布）、励振させる素子アンテナ２の選択が行われる。
【００６８】
図７（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態６によるフェーズドアレイアンテナ装置における間引き動作の一例を示した図であり、図７(ａ)には、アレイアンテナ３１により形成された送信ビーム３２が示され、図７(ｂ)には、アレイアンテナ３１の中央部３３において間引き動作される送信モジュール３の様子が模式的に示されている。
【００６９】
図８（ａ）及び（ｂ）は、フェーズドアレイアンテナ装置における通常走査時の動作の一例を示した図であり、図８(ａ)には、アレイアンテナ３１により形成された送信ビーム３４が示され、図８(ｂ)には、アレイアンテナ３１の中央部３５において動作される送信モジュール３の様子が模式的に示されている。
【００７０】
励振密度がテーパー分布となる間引き走査時は、通常走査時と比較すれば、送信ビームのビーム幅Ｂが変わらず、消費電力や発熱量が半分に減少している。これにより、ビーム幅を増大させることなく、消費電力及び発熱量を低減することができるとともに、励振密度のテーパー分布によって低サイドローブのアンテナパターンが実現されるので、意図しない方向への電波放射をさらに低減させることができる。
【００７１】
実施の形態７．
実施の形態３では、１つのモジュール電源４により各送受信モジュール２１に対して電力供給が行われる場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、素子アンテナ２ごとに電力供給を行う複数の電源モジュールを設ける場合について説明する。
【００７２】
図９は、本発明の実施の形態７によるフェーズドアレイアンテナ装置の構成例を示したブロック図である。本実施の形態によるフェーズドアレイアンテナ装置４０は、図５のフェーズドアレイアンテナ装置２０（実施の形態３）と比較すれば、送受信モジュール２１ごとに電源モジュール４１が設けられている点で異なる。
【００７３】
フェーズドアレイアンテナ装置４０では、各電源モジュール４１がモジュール制御部１０によりオンオフ制御され、各送受信モジュール２１がオンオフされる。送受信モジュール２１ごとに電源をオンオフするので、各送受信モジュール２１の間引き走査時における待機電力を削減することができる。また、電源故障に対するアレイアンテナの信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施の形態１によるフェーズドアレイアンテナ装置の概略構成の一例を示したブロック図である。
【図２】図１のフェーズドアレイアンテナ装置における要部詳細の一例を示したブロック図である。
【図３】図１のフェーズドアレイアンテナ装置における間引き動作の一例を示した図である。
【図４】図１のフェーズドアレイアンテナ装置における間引き動作の一例を示したフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態３によるフェーズドアレイアンテナ装置の概略構成の一例を示したブロック図である。
【図６】図５のフェーズドアレイアンテナ装置における要部詳細の一例を示したブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態６によるフェーズドアレイアンテナ装置における間引き動作の一例を示した図である。
【図８】フェーズドアレイアンテナ装置における通常走査時の動作の一例を示した図である。
【図９】本発明の実施の形態７によるフェーズドアレイアンテナ装置の構成例を示したブロック図である。
【符号の説明】
【００７５】
１，２０，４０  フェーズドアレイアンテナ装置、２  素子アンテナ、
３  送信モジュール、４  モジュール電源、５  分配給電回路、６  送信信号生成部、
７  主制御部、８  移相制御部、９  走査制御部、１０  モジュール制御部、
１１  増幅器、１２  移相器、１３  制御回路、２１  送受信モジュール、
２２  分配合成給電回路、２３  送受切替部、２４  受信部、２５  方位探知処理部、
２６  切替器、２７  送信用増幅器、２８  受信用増幅器、４１  電源モジュール
【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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【図９】
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