(57)【要約】 【課題】  原点及び原点近傍の同一座標上に配置されるアンテナ素子へ与える位相が複雑であっても、その位相制御が容易なレーダ装置及びアレーアンテナを提供する。【解決手段】  レーダ装置は、アレーアンテナ、送信部、受信部、位相制御部及び信号処理部を具備する。アレーアンテナは、アンテナ素子と送受信モジュールとが予め設定された数だけ整列されて成る第１及び第２のサブアレーアンテナを複数備え、アンテナ開口の中心線近傍では、第１及び第２のサブアレーが混同して配置される。送信部は、送信信号を生成してアレーアンテナへ出力する。受信部は、アレーアンテナで受信された受信信号に対して受信処理を行う。位相制御部は、第１のサブアレーと、第２のサブアレーとが逆位相となり、アンテナ開口でのΔ信号の振幅分布がアンテナ開口の中心線近傍で小さくなるように送受信モジュールを制御する。信号処理部は、受信信号から所望信号を取得する処理を行う。【選択図】図１
2012207992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ素子と、前記アンテナ素子から送信される送信信号及び前記アンテナ素子で受信される受信信号の位相を制御する送受信モジュールとが予め設定された数だけ整列されて成る第１及び第２のサブアレーアンテナを複数備え、前記複数の第１及び第２のサブアレーアンテナが形成するアンテナ開口の中心線及び中心線近傍では、前記第１及び第２のサブアレーアンテナが混同して配置されるアレーアンテナと、
送信信号を生成し、前記送信信号を無線周波数帯に変換して前記アレーアンテナへ出力する送信部と、
前記アレーアンテナで受信された前記受信信号に対して受信処理を行う受信部と、
前記第１のサブアレーアンテナの送受信モジュールの位相と、前記第２のサブアレーアンテナの送受信モジュールの位相とが逆位相となり、前記アンテナ開口におけるΔ信号の振幅分布が前記アンテナ開口の中心線及び中心線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位相制御部と、
前記送信部で生成される前記送信信号の生成タイミングを指示し、前記受信部での受信処理後の受信信号から所望信号を取得するための処理を行う信号処理部と
を具備することを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
前記アレーアンテナは、前記第１及び第２のサブアレーアンテナ単位でアンテナ素子が間引かれることを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項３】
アンテナ素子と、前記アンテナ素子から送信される送信信号及び前記アンテナ素子で受信される受信信号の位相を制御する送受信モジュールとが予め設定された数だけ整列されて成る複数の第１及び第２のサブアレーアンテナと、
供給される送信信号を分配して前記サブアレーアンテナへ出力し、前記サブアレーアンテナからの受信信号を合成してΔ信号を生成する分配／合成部と
を具備することを特徴とするアレーアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、複数のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナと、このアレーアンテナを備えるレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、レーダ装置では、例えば、縦方向（エレベーション方向、以下ではＥＬ方向と記す）の差信号であるΔＥＬ信号を受信しようとする場合、アレーアンテナのアンテナ開口の上半分のアンテナ素子の位相を０度に設定し、下半分のアンテナ素子の位相を１８０度に設定する。ただし、アンテナ素子の位相をこのように設定することで、アンテナ開口全体の振幅分布は一様となり、サイドローブレベルが高くなる。
【０００３】
そこで、ΔＥＬ信号のサイドローブレベルを低減するため、原点及び原点近傍のＥＬ方向の同一座標上に配置されるアンテナ素子の位相が混同して逆位相となるように、アンテナ素子の位相を制御する技術が提案されている。これにより、原点及び原点近傍のＥＬ方向の同一座標上のアンテナ素子の振幅が相殺され、ΔＥＬ信号のサイドローブレベルが低減されることとなる。
【０００４】
しかしながら、原点及び原点近傍のＥＬ方向の同一座標上に配置されるアンテナ素子へ与える位相が複雑になるほど位相制御が困難になるという問題がある。なお、この問題は、横方向（アジマス方向、以下ではＡＺ方向と記す）の差信号であるΔＡＺ信号を受信する場合でも同様に生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３３２８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のように、従来のレーダ装置では、原点及び原点近傍の同一座標上に配置されるアンテナ素子の位相が混同して逆位相となるように、アンテナ素子の位相を制御するが、アンテナ素子へ与える位相が複雑になるほど位相制御が困難になるという問題がある。
【０００７】
そこで、目的は、原点及び原点近傍の同一座標上に配置されるアンテナ素子へ与える位相が複雑であっても、その位相制御が容易なレーダ装置及びこのレーダ装置で用いられるアレーアンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態によれば、レーダ装置は、アレーアンテナ、送信部、受信部、位相制御部及び信号処理部を具備する。アレーアンテナは、アンテナ素子と、前記アンテナ素子から送信される送信信号及び前記アンテナ素子で受信される受信信号の位相を制御する送受信モジュールとが予め設定された数だけ整列されて成る第１及び第２のサブアレーアンテナを複数備え、前記複数の第１及び第２のサブアレーアンテナが形成するアンテナ開口の中心線及び中心線近傍では、前記第１及び第２のサブアレーアンテナが混同して配置される。送信部は、送信信号を生成し、前記送信信号を無線周波数帯に変換して前記アレーアンテナへ出力する。受信部は、前記アレーアンテナで受信された前記受信信号に対して受信処理を行う。位相制御部は、前記第１のサブアレーアンテナの送受信モジュールの位相と、前記第２のサブアレーアンテナの送受信モジュールの位相とが逆位相となり、前記アンテナ開口におけるΔ信号の振幅分布が前記アンテナ開口の中心線及び中心線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。信号処理部は、前記送信部で生成される前記送信信号の生成タイミングを指示し、前記受信部での受信処理後の受信信号から所望信号を取得するための処理を行う。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係るレーダ装置の機能構成を示すブロック図である。
【図２】図１のアレーアンテナにおけるサブアレーアンテナの配置例、及び、ΔＥＬ信号に対するサブアレーアンテナの位相設定の例を示す図である。
【図３】アンテナ開口の振幅分布の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態に係るレーダ装置の機能構成を示すブロック図である。図１に示すレーダ装置は、アレーアンテナ１０、受信部２０、送信部３０、位相制御部４０、信号処理部５０及び指示部６０を具備する。
【００１２】
アレーアンテナ１０は、複数のサブアレーアンテナ１１及び分配／合成部１２を備える。
【００１３】
サブアレーアンテナ１１は、アンテナ素子１１１−１〜１１１−３及び送受信モジュール１１２−１〜１１２−３を備える。アレーアンテナ１０におけるアンテナ素子は、サブアレーアンテナ１１単位で配置され、サブアレーアンテナ単位でアンテナ素子が間引きされる。なお、本実施形態では、サブアレーアンテナ１１が３個のアンテナ素子と、３個の送受信モジュールを備える場合を例に説明するが、これに限定される訳ではない。例えば、サブアレーアンテナ１１が５個のアンテナ素子と、５個の送受信モジュールを備えていても構わない。
【００１４】
アンテナ素子１１１−１〜１１１−３は、送受信モジュール１１２−１〜１１２−３とそれぞれ接続する。アンテナ素子１１１−１〜１１１−３は、アンテナ開口を形成する。
【００１５】
送受信モジュール１１２−１は、サーキュレータ１１２１、送信増幅器１１２２、受信増幅器１１２３、スイッチ１１２４、第１移相器１１２５及び第２移相器１１２６を有する。なお、送受信モジュール１１２−２，１１２−３は、送受信モジュール１１２−１と同様の構成をしているため、ここでは、送受信モジュール１１２−１について説明する。
【００１６】
サーキュレータ１１２１は、送信増幅器１１２２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１１１−１へ出力するか、アンテナ素子１１１−１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１１２３へ出力するかを切り替える。
【００１７】
送信増幅器１１２２は、スイッチ１１２４から送られてくる送信信号を増幅し、サーキュレータ１１２１へ出力する。
【００１８】
受信増幅器１１２３は、サーキュレータ１１２１から供給される受信信号を低雑音増幅し、スイッチ１１２４及び第２移相器１１２６へ出力する。
【００１９】
スイッチ１１２４は、第１移相器１１２５から供給される送信信号を送信増幅器１１２２へ出力するか、受信増幅器１１２３から供給される受信信号を第１移相器１１２５へ出力するかを切り替える。
【００２０】
第１移相器１１２５は、分配／合成部１２から供給される送信信号の位相を、位相制御部４０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る。第１移相器１１２５は、位相制御した送信信号をスイッチ１１２４を介して送信増幅器１１２２へ出力する。
【００２１】
また、第１移相器１１２５は、受信増幅器１１２３からスイッチ１１２４を介して供給される受信信号の位相を、位相制御部４０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る。第１移相器１１２５は、位相制御した信号を受信信号ＲＳ１として分配／合成部１２へ出力する。
【００２２】
第２移相器１１２６は、受信増幅器１１２３から供給される受信信号の位相を、位相制御部４０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る。第２移相器１１２６は、位相制御した信号を受信信号ＲＳ２として分配／合成部１２へ出力する。
【００２３】
分配／合成部１２は、送信部３０から供給される送信信号を電力分配し、接続される複数のサブアレーアンテナ１１の送受信モジュール１１２−１〜１１２−３へ出力する。
【００２４】
また、分配／合成部１２は、第１移相器１１２５からの受信信号ＲＳ１を合成することで、縦方向（エレベーション方向、以下ではＥＬ方向と記す）の差信号であるΔＥＬ信号を生成する。また、分配／合成部１２は、第２移相器１１２６からの受信信号ＲＳ２を合成することで、和信号であるΣ信号及び横方向（アジマス方向、以下ではＡＺ方向と記す）の差信号であるΔＡＺ信号を生成する。分配／合成部１２は、生成したΔＥＬ信号、Σ信号及びΔＡＺ信号を受信部２０へ出力する。
【００２５】
受信部２０は、分配／合成部１２からΣ信号、ΔＥＬ信号及びΔＡＺ信号を受け取り、これらの信号の周波数をベースバンド帯に変換する。そして、受信部２０は、周波数変換後の信号を増幅し、アナログ−デジタル変換した後、信号処理部５０へ出力する。
【００２６】
送信部３０は、信号処理部５０により指示されたタイミング及び変調方式に従って送信信号を生成する。送信部３０は、生成した送信信号の周波数を無線周波数帯へ変換した後、増幅する。送信部３０は、送信処理を施した送信信号を分配／合成部１２へ出力する。
【００２７】
位相制御部４０は、第１移相器１１２５及び第２移相器１１２６で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１１２５及び第２移相器１１２６へ出力する。このとき、位相制御部４０は、サブアレー毎に第１移相器１１２５及び第２移相器１１２６への制御信号を出力する。
【００２８】
信号処理部５０は、受信部２０で受信処理されたΣ信号、ΔＥＬ信号及びΔＡＺ信号を受け取り、これらから所望の信号を取得するための信号処理を行う。また、信号処理部５０は、送信部３０に対して、送信信号の生成タイミング及び変調方式等を指示する。
【００２９】
指示部６０は、受信部２０及び送信部３０に対し、アレーアンテナ１０の受信動作及び送信動作の切り替えを指示する。
【００３０】
次に、以上のように構成されたレーダ装置におけるアレーアンテナ１０の動作を説明する。図２は、本実施形態に係るレーダ装置のアレーアンテナ１０におけるサブアレーアンテナ１１の配置例、及び、ΔＥＬ信号に対するサブアレーアンテナ１１の位相設定の例を示す図である。
【００３１】
図２に示すアレーアンテナ１０では、アンテナ素子がサブアレーアンテナ１１単位で配置される。また、アレーアンテナ１０では、ΔＥＬ信号を受信可能、かつ、ΔＥＬ信号のサイドローブレベルが低減されるように、サブアレーアンテナ単位でアンテナ素子が間引きされる。
【００３２】
また、図２では、ＥＬ方向における原点及び原点近傍において、ＥＬ方向の同一座標上に、異なる位相が設定されたサブアレーアンテナ１１が混合して配置される。各サブアレーアンテナ１１の位相は、位相制御部４０からの制御信号に応じて第１移相器１１２５及び第２移相器１１２６によって制御される。
【００３３】
ＥＬ方向における原点及び原点近傍において、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、アンテナ開口全体の振幅分布は、原点及び原点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３に示すようになる。図３において、実線は本実施形態によるレーダ装置により取得される振幅分布であり、破線はアンテナ開口面を上下半分に分けて位相差を与える従来のレーダ装置により取得される振幅分布である。図３によれば、本実施形態のレーダ装置により、ΔＥＬ信号の受信が可能であり、かつ、ΔＥＬ信号のサイドローブレベルが低減されることがわかる。
【００３４】
なお、図２では、ΔＥＬ信号を受信する場合を例に説明したが、同様の方法によりΔＡＺ信号を受信することが可能である。
【００３５】
以上のように、本実施形態では、３個のアンテナ素子と、３個の送受信モジュールとによりサブアレーアンテナ１１を形成し、アレーアンテナ１０に配置する。そして、位相制御部４０により、サブアレーアンテナ１１単位で、アンテナ素子の位相を制御するようにしている。これにより、アンテナ素子を１個ずつ接続する必要がなくなるため、アレーアンテナを製造する際の労力が低減される。また、アンテナ素子の位相を１個ずつ制御する必要がなくなるため、原点及び原点近傍のＥＬ方向の同一座標上に配置されるアンテナ素子へ与える位相が複雑であっても、位相制御の労力が低減される。
【００３６】
また、本実施形態では、サブアレーアンテナ１１単位でアンテナ素子を間引きするようにしている。図３に示される通り、サブアレーアンテナ１１単位でアンテナ素子を間引いたとしても、ΔＥＬ信号の受信が可能であり、かつ、ΔＥＬ信号のサイドローブレベルを低減させることが可能である。これにより、どのアンテナ素子を間引くかを１個ずつ検討する必要がなくなり、シンニングの労力が低減される。
【００３７】
したがって、本実施形態に係るレーダ装置によれば、原点及び原点近傍の同一座標上に配置されるアンテナ素子へ与える位相が複雑であっても、その位相制御が容易となる。
【００３８】
なお、上記実施形態では、サブアレーアンテナ１１は、アンテナ素子及び送受信モジュールが一方向に整列されてる場合を例に説明したが、これに限定される訳ではない。例えば、Ｌ字型に整列される場合であっても同様に実施可能である。
【００３９】
実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４０】
１０…アレーアンテナ
１１…サブアレーアンテナ
１２…分配／合成部
１１１−１〜１１１−３…アンテナ素子
１１２−１〜１１２−３…送受信モジュール
１１２１…サーキュレータ
１１２２…送信増幅器
１１２３…受信増幅器
１１２４…スイッチ
１１２５…第１移相器
１１２６…第２移相器
２０…受信部
３０…送信部
４０…位相制御部
５０…信号処理部
６０…指示部
【図１】
2012207992.tif 000003
【図２】
2012207992.tif 000004
【図３】
2012207992.tif 000005