(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの送受共用要素アンテナに、それぞれサーキュレータを接続し、発振器の送信信号を分割して、移相量が等しく符号が反対の移相器を通して各サーキュレータに供給し、各サーキュレータから出力される受信信号を、それぞれ第１，第２の混合器を通して合波して取り出す送受共用フェーズドアレイアンテナであって、
前記第１，第２の混合器は、当該混合器が接続されているサーキュレータからの受信信号と、他のサーキュレータに接続されている移相器の出力信号とを混合するものである送受共用フェーズドアレイアンテナ。
【請求項２】
要素アンテナとサーキュレータとの間に、互いに移相量が等しく符号が反対の第３，第４の移相器がそれぞれ挿入されている請求項１記載の送受共用フェーズドアレイアンテナ。
【請求項３】
中間周波数に相当する周波数の信号を出力する第２の発振器を設け、
各サーキュレータと、第１，第２の移相器との間に、第２の発振器の出力信号と各移相器の出力信号とを混合する第３，第４の混合器をそれぞれ設けている請求項１記載の送受共用フェーズドアレイアンテナ。
【請求項４】
４つの送受共用要素アンテナを四角形の対角点に配置して、それぞれサーキュレータを接続し、発振器の送信信号を分割して、移相量が等しい第１若しくは第２の移相器又は移相量が等しく符号が反対の第３若しくは第４の移相器を通して各サーキュレータに供給し、各サーキュレータから出力される受信信号を、それぞれ第１〜第４の混合器を通して合波して取り出す送受共用フェーズドアレイアンテナであって、
前記第１〜第４の混合器は、当該混合器が接続されているサーキュレータからの受信信号と、対角に接続されている位相量の符号の異なる移相器の出力信号とを混合するものである送受共用フェーズドアレイアンテナ。
【請求項５】
要素アンテナとサーキュレータとの間に、互いに移相量が等しく符号が反対の第５〜第８の移相器がそれぞれ挿入されている請求項４記載の送受共用フェーズドアレイアンテナ。
【請求項６】
中間周波数に相当する周波数の信号を出力する第２の発振器を設け、
各サーキュレータと、第１〜第４の移相器との間に、第２の発振器の出力信号と各移相器の出力信号とを混合する第５〜第８の混合器をそれぞれ設けている請求項４記載の送受共用フェーズドアレイアンテナ。
【請求項７】
２つの送受共用要素アンテナに、それぞれサーキュレータを接続し、発振器の送信信号を分割して、移相量が等しく符号が反対の移相器を通して各サーキュレータに供給し、各サーキュレータから出力される受信信号を、それぞれ第１，第２の混合器を通して合波して取り出す送受共用フェーズドアレイアンテナであって、
前記第１，第２の混合器は、当該混合器が接続されているサーキュレータからの受信信号と、当該サーキュレータに接続されている移相器の出力信号とを混合するものであり、
前記各移相器は、送信時と受信時とで移相の符号を反転するように制御されるものである送受共用フェーズドアレイアンテナ。
【請求項８】
要素アンテナとサーキュレータとの間に、互いに移相量が等しく符号が反対の第３，第４の移相器がそれぞれ挿入されている請求項７記載の送受共用フェーズドアレイアンテナ。
【請求項９】
中間周波数に相当する周波数の信号を出力する第２の発振器を設け、
各サーキュレータと、第１，第２の移相器との間に、第２の発振器の出力信号と各移相器の出力信号とを混合する第３，第４の混合器をそれぞれ設けている請求項７記載の送受共用フェーズドアレイアンテナ。
【請求項１０】
４つの送受共用要素アンテナを四角形の対角点に配置して、それぞれサーキュレータを接続し、発振器の送信信号を分割して、移相量が等しい第１若しくは第２の移相器又は移相量が等しく符号が反対の第３若しくは第４の移相器を通して各サーキュレータに供給し、各サーキュレータから出力される受信信号を、それぞれ第１〜第４の混合器を通して合波して取り出す送受共用フェーズドアレイアンテナであって、
前記第１〜第４の混合器は、当該混合器が接続されているサーキュレータからの受信信号と、当該サーキュレータに接続されている移相器の出力信号とを混合するものであり、
前記各移相器は、送信時と受信時とで移相の符号を反転するように制御されるものである送受共用フェーズドアレイアンテナ。
【請求項１１】
要素アンテナとサーキュレータとの間に、互いに移相量が等しく符号が反対の第５〜第８の移相器がそれぞれ挿入されている請求項１０記載の送受共用フェーズドアレイアンテナ。
【請求項１２】
中間周波数に相当する周波数の信号を出力する第２の発振器を設け、
各サーキュレータと、第１〜第４の移相器との間に、第２の発振器の出力信号と各移相器の出力信号とを混合する第５〜第８の混合器をそれぞれ設けている請求項１０記載の送受共用フェーズドアレイアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気象レーダ、路側ビーコンなどに使用され、指向性を切り換えることのでき、しかも要素アンテナが送信用と受信用を兼ねる送受共用フェーズドアレイアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
フェーズドアレイアンテナは、要素アンテナの給電信号の相対位相を変えることにより、指向性を制御することができるアンテナである。
位相を変えるため、各要素アンテナに、所定の移相量を実現する移相器が挿入される。
【０００３】
図１１は従来のフェーズドアレイアンテナの回路構成図である。各要素アンテナＡ１，Ａ２は、それぞれサーキュレータＣ１，Ｃ２に接続され、サーキュレータＣ１は移相量がθ１の移相器ＰＳａ，ＰＳｂに接続され、サーキュレータＣ２は移相量がθ２の移相器ＰＳｃ，ＰＳｄに接続されている。ＡＭＰは増幅器、ＯＳＣは発振器を表わす。
【０００４】
前記の構成によれば、発振器ＯＳＣから出た高周波信号の位相は、各要素アンテナＡ１，Ａ２から出る時点で（θ１−θ２）だけ差が生じるので、この位相差に相当する角度で電波が発射される。同じ方向から電波を受信したときは、逆に（θ２−θ１）の差が生じるので、移相器ＰＳｃ，ＰＳｄにより、この位相差を吸収して、位相差のない状態にして、合波器により合成する。
【０００５】
なお、図１１の構成では、アンテナ要素の数は、図示の都合上、Ａ１，Ａ２の２つだけ示されているが、２つ以上あってもよいことはもちろんである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
移相器を挿入すると、固有の損失を生じさせるという不利益がある。特に、要素アンテナを送受共用にすると、送信と受信で同じ移相器を２回通るため、損失はより大きくなる。また、移相器は単価が高いため、移相器の数が多いと全体としてコスト高になる。
【０００７】
そこで本発明では、移相器の数を減らすことにより、損失の少ない安価なフェーズドアレイアンテナを実現することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
(1) 本発明のフェーズドアレイアンテナは、２つの送受共用要素アンテナに、それぞれサーキュレータを接続し、発振器の送信信号を分割して、移相量がθの移相器及び移相量が−θの移相器を通して各サーキュレータに供給し、各サーキュレータからの受信信号を、それぞれ混合器を通して合波器に入力し、前記各混合器は、当該混合器が接続されているサーキュレータからの受信信号と、他のサーキュレータに接続されている移相器の出力信号とを混合するものである（請求項１）。
【０００９】
図１を参照しながら説明する。発振器から出る送信信号をcos ωｔで表わす。発振器から出た送信信号cos ωｔは、移相量がθの移相器ＰＳ１を通ればcos(ωｔ+ θ) となり、移相量が−θの移相器ＰＳ２を通ればcos(ωｔ- θ) となる。したがって、各要素アンテナＡ１，Ａ２から出る時点で２θの差が生じるので、この位相差に相当する角度で電波が発射される。同じ方向から電波を受信したときは、受信信号は、混合器ＭＸ２に入る方をcos(ωｔ+ φ) （φは定数）とすれば、混合器ＭＸ1 に入る方はcos(ωｔ-2θ+ φ) となっている。
【００１０】
そこで、混合器ＭＸ1 において、cos(ωｔ-2θ+ φ) と、他方の移相器ＰＳ２を通った信号cos(ωｔ- θ) とを混合（乗算）すると、cos (-θ+ φ) の信号が現れる。また、混合器ＭＸ2 において、cos(ωｔ+ φ) と、他方の移相器ＰＳ１を通った信号cos(ωｔ+ θ) とを混合（乗算）すると、cos  (- θ+ φ) の信号が現れる。したがって、混合器ＭＸ1 と混合器ＭＸ2 に、検波された同一の信号が入ることになり、簡単に合成することができる。
【００１１】
このような構成により、移相器の数を半減することができる。混合器が必要となるが、移相器より安価な部品である。
(2) 請求項１記載の送受共用フェーズドアレイアンテナにおいて、要素アンテナとサーキュレータとの間に、互いに移相量の符号が反対の移相器をそれぞれ挿入してもよい（請求項２）。
【００１２】
図２を参照しながら説明すると、要素アンテナＡ１とサーキュレータＣ１の間に移相量がθ2 の移相器ＰＳ３が挿入され、要素アンテナＡ２とサーキュレータＣ２の間に移相量が−θ2 の移相器ＰＳ４が挿入されている。発振器から出る送信信号をcos ωｔで表わす。発振器から出た送信信号cos ωｔは、移相量がθ1 の移相器ＰＳ１を通ればcos(ωｔ+ θ1)となり、さらに移相器ＰＳ３を通ればcos(ωｔ+ θ1+θ2)となる。cos ωｔは、移相量が−θ1 の移相器ＰＳ２を通ればcos(ωｔ- θ1)となり、さらに移相器ＰＳ４を通ればcos(ωｔ- θ1-θ2)となる。これらの信号は、したがって、各要素アンテナＡ１，Ａ２から出る時点で２( θ1+θ2)の差が生じるので、この位相差に相当する角度で電波が発射される。同じ方向から電波を受信したときは、要素アンテナＡ１が受信した受信信号は、移相器ＰＳ３を通ればcos(ωｔ- θ+ φ) となり、要素アンテナＡ２が受信した受信信号は、移相器ＰＳ４を通ればcos(ωｔ+ θ1+φ) となる。
【００１３】
そこで、混合器ＭＸ1 において、cos(ωｔ- θ1+φ) と、他方の移相器ＰＳ２を通った信号cos(ωｔ- θ1)とを混合（乗算）すると、cos ( φ) の信号が現れる。また、混合器ＭＸ2 において、cos(ωｔ+ θ1+φ) と、他方の移相器ＰＳ１を通った信号cos(ωｔ+ θ1)とを混合（乗算）すると、cos  (φ) の信号が現れる。したがって、混合器ＭＸ1 と混合器ＭＸ2 に、検波された同一の信号が入ることになり、簡単に合成することができる。
【００１４】
以上のように、この構成は、図１の構成と比べて、移相量を２つの移相器で分担しているところが違っている。
(3) 請求項１記載のフェーズドアレイアンテナにおいて、中間周波数に相当する周波数の信号を出力する第２の発振器をさらに設け、各サーキュレータと、第１，第２の移相器との間に、第２の発振器の出力信号と各移相器の出力信号とを混合する第３，第４の混合器をそれぞれ設けてもよい（請求項３）。
【００１５】
この送受共用フェーズドアレイアンテナの原理を図３を参照しながら説明する。発振器から出る送信信号をcos ω1 ｔで表わす。発振器から出た送信信号cos ω1 ｔは、移相量がθ1 の移相器ＰＳ１及び第３の混合器(MX3) を通ればcos(ω1 ｔ+ ω2 ｔ+ θ1)となり、移相量が−θ1 の移相器ＰＳ２及び第４の混合器(MX4) を通ればcos(ω1 ｔ+ ω2 ｔ- θ1)となる。したがって、各要素アンテナＡ１，Ａ２から出る時点で２( θ1+θ2)の差が生じるので、この位相差に相当する角度で電波が発射される。同じ方向から電波を受信したときは、受信信号は、混合器ＭＸ２に入る方をcos(ω1 ｔ+ ω2 ｔ+ θ1+φ) （φは定数）とすれば、混合器ＭＸ1 に入る方はcos(ω1 ｔ+ ω2 ｔ- θ1+φ) となっている。
【００１６】
そこで、混合器ＭＸ1 において、cos(ω1 ｔ+ ω2 ｔ- θ1+φ) と、移相器ＰＳ２を通った信号cos(ω1 ｔ- θ1)とを混合（乗算）すると、cos ( ω2 ｔ+ φ) の信号が現れる。また、混合器ＭＸ2 において、cos(ω1 ｔ+ ω2 ｔ- θ1+φ) と、他方の移相器ＰＳ１を通った信号cos(ω1 ｔ+ θ1)とを混合（乗算）すると、cos ( ω2 ｔ+ φ) の信号が現れる。したがって、混合器ＭＸ1 と混合器ＭＸ2 に、中間周波数ω2 の信号が入ることになり、簡単に合成して、中間周波信号を得ることができる。
【００１７】
以上のように、この構成では、中間周波数に相当する周波数の信号を出力する第２の発振器が用意されていて、合成後に、（ベースバンドの信号でなく）取り扱いの便利な中間周波信号が得られる。
(4) 本発明のフェーズドアレイアンテナは、４つの送受共用要素アンテナを四角形の対角点に配置して、それぞれサーキュレータを接続し、発振器の送信信号を分割して、移相量がθの第１若しくは第２の移相器又は移相量が−θの第３若しくは第４の移相器を通して各サーキュレータに供給し、各サーキュレータから出力される受信信号を、それぞれ第１〜第４の混合器を通して合波して取り出す送受共用フェーズドアレイアンテナであって、前記第１〜第４の混合器は、当該混合器が接続されているサーキュレータからの受信信号と、対角に接続されている位相量の符号の異なる移相器の出力信号とを混合するものである（請求項４）。
【００１８】
この発明の送受共用フェーズドアレイアンテナは、図４に示すとおり、送受共用要素アンテナ数を請求項１記載の２つから４つに拡張したものである。したがって、原理は、(1) で説明したのと全く同様に説明できる。「対角に接続されている位相量の符号の異なる移相器」という意味は、例えば、図４の混合器ＭＸ1 に注目すると、対角上の移相器ＰＳ４という意味である。
【００１９】
本構成を採用することにより請求項１〜３記載のように２次元のビーム制御にとどまらず、３次元例えば天頂、東西南北にビームを振ることが可能になる。
(5) 請求項４記載の送受共用フェーズドアレイアンテナにおいて、要素アンテナとサーキュレータとの間に、互いに移相量が等しく符号が反対の第５〜第８の移相器をそれぞれ挿入してもよい（請求項５）。
【００２０】
この送受共用フェーズドアレイアンテナは、図５に示すとおりの構成を有し、図４の構成と比べて、要素アンテナとサーキュレータとの間に、互いに移相量が等しく符号が反対の移相器ＰＳ５〜ＰＳ８を挿入しているところが違っている。この送受共用フェーズドアレイアンテナの原理は、(2) で説明したのと全く同様に説明できるので、説明を省略する。
【００２１】
(6) 請求項４記載の送受共用フェーズドアレイアンテナにおいて、中間周波数に相当する周波数の信号を出力する第２の発振器を設け、各サーキュレータと、第１〜第４の移相器との間に、第２の発振器の出力信号と各移相器の出力信号とを混合する第５〜第８の混合器をそれぞれ設けてもよい（請求項６）。
この構成では、中間周波数に相当する周波数の信号を出力する第２の発振器が用意されていて、合成後に、取り扱いの便利な中間周波信号が得られる。
【００２２】
(7) 本発明のフェーズドアレイアンテナは、２つの送受共用要素アンテナに、それぞれサーキュレータを接続し、発振器の送信信号を分割して、移相量が等しく符号が反対の移相器を通して各サーキュレータに供給し、各サーキュレータから出力される受信信号を、それぞれ第１，第２の混合器を通して合波して取り出す送受共用フェーズドアレイアンテナであって、前記第１，第２の混合器は、当該混合器が接続されているサーキュレータからの受信信号と、当該サーキュレータに接続されている移相器の出力信号とを混合するものであり、前記各移相器は、送信時と受信時とで移相の符号を反転するように制御されるものである（請求項７）。
【００２３】
図１２および図１３を参照しながら説明する。発振器から出る送信信号をcos ωｔで表わす。発振器から出た送信信号cos ωｔは、移相量がθの移相器ＰＳ１を通りcos(ωｔ+ θ) となり、移相量が−θの移相器ＰＳ２を通りcos(ωｔ- θ) となる。したがって、各要素アンテナＡ１，Ａ２から出る時点で２θの差が生じるので、この位相差に相当する角度で電波が発射される。同じ方向から電波を受信したときは、受信信号は、混合器ＭＸ２に入る方をcos(ωｔ+ φ) （φは定数）とすれば、混合器ＭＸ1 に入る方はcos(ωｔ-2θ+ φ) となっている。
【００２４】
ここで、前記移相器ＰＳ１，ＰＳ２は、送信時と受信時とで移相の符号を反転するように制御される。したがって、受信時には、移相器ＰＳ１の移相量は、反転して−θとなり、移相器ＰＳ２の移相量は、反転してθとなる。図１３は、移相器ＰＳ１の移相反転の様子を図示したもので、送信周期をτPで表し、送信受信を合わせたパルス繰り返し周期をτIPP(IPP: Inter-Pulse Period)で表している。送信周期τPにおいては、移相器ＰＳ１の移相量はθであるが、受信周期（τIPP−τP）においては、移相器ＰＳ１の移相量は−θに反転している。移相器ＰＳ２の移相量はこれとは逆の振る舞いをする。
【００２５】
そこで、受信時に、混合器ＭＸ1 において、cos(ωｔ-2θ+ φ) と、当該移相器ＰＳ１を通った信号cos(ωｔ- θ) とを混合（乗算）すると、cos (-θ+ φ) の信号が現れる。また、混合器ＭＸ2 において、cos(ωｔ+ φ) と、他方の移相器ＰＳ１を通った信号cos(ωｔ+ θ) とを混合（乗算）すると、cos  (- θ+ φ) の信号が現れる。したがって、混合器ＭＸ1 と混合器ＭＸ2 に、検波された同一の信号が入ることになり、簡単に合成することができる。
【００２６】
このような構成により、請求項１記載の構成と比べると、２つの送受共用要素アンテナＡ１，Ａ２の間で、移相器から混合器へケーブルのたすき掛けが不要になる。したがって、アンテナが大きくなった場合、ケーブル長に起因する損失を減らすことができ、また、アンテナ自体の構成も簡単になる。
(8) 請求項７記載の送受共用フェーズドアレイアンテナにおいて、前記要素アンテナとサーキュレータとの間に、互いに移相量が等しく符号が反対の第３，第４の移相器がそれぞれ挿入されていてもよい（請求項８）。
【００２７】
このフェーズドアレイアンテナの構成を図１４に示す。動作原理は、図２を用いて説明したのと同様である。
(9) 請求項７記載の送受共用フェーズドアレイアンテナにおいて、中間周波数に相当する周波数の信号を出力する第２の発振器を設け、各サーキュレータと、第１，第２の移相器との間に、第２の発振器の出力信号と各移相器の出力信号とを混合する第３，第４の混合器をそれぞれ設けていてもよい（請求項９）。
【００２８】
このフェーズドアレイアンテナの構成を図１５に示す。動作原理は、図３を用いて説明したのと同様である。
(10)本発明のフェーズドアレイアンテナは、４つの送受共用要素アンテナを四角形の対角点に配置して、それぞれサーキュレータを接続し、発振器の送信信号を分割して、移相量が等しい第１若しくは第２の移相器又は移相量が等しく符号が反対の第３若しくは第４の移相器を通して各サーキュレータに供給し、各サーキュレータから出力される受信信号を、それぞれ第１〜第４の混合器を通して合波して取り出す送受共用フェーズドアレイアンテナであって、前記第１〜第４の混合器は、当該混合器が接続されているサーキュレータからの受信信号と、当該サーキュレータに接続されている移相器の出力信号とを混合するものであり、前記各移相器は、送信時と受信時とで移相の符号を反転するように制御されるものである（請求項１０）。
【００２９】
この発明の送受共用フェーズドアレイアンテナは、図１６に示すとおりであり、図１２の送受共用要素アンテナ数を４つに拡張したものである。したがって、原理は、(7) で説明したのと全く同様に説明できる。
本構成を採用することにより請求項７〜９記載のように２次元のビーム制御にとどまらず、３次元例えば天頂、東西南北にビームを振ることが可能になる。
【００３０】
(11)請求項１０記載の送受共用フェーズドアレイアンテナにおいて、要素アンテナとサーキュレータとの間に、互いに移相量が等しく符号が反対の第５〜第８の移相器がそれぞれ挿入されていてもよい（請求項１１）。
この発明の構成は、図１４のフェーズドアレイアンテナの構成における送受共用要素アンテナ数を２つから４つに拡張したものとなる。
【００３１】
(12)請求項１０記載の送受共用フェーズドアレイアンテナにおいて、中間周波数に相当する周波数の信号を出力する第２の発振器を設け、各サーキュレータと、第１〜第４の移相器との間に、第２の発振器の出力信号と各移相器の出力信号とを混合する第５〜第８の混合器をそれぞれ設けてもよい（請求項１１）。
この発明の構成は、図１５のフェーズドアレイアンテナの構成における送受共用要素アンテナ数を２つから４つに拡張したものとなる。
【００３２】
なお、本発明は、以上に図示した構成に限られるものではなく、例えば、各図において適宜の位置に増幅器などを挿入することも可能である。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
以下の実施形態では、本発明の要素アンテナ数が４の送受共用フェーズドアレイアンテナを、公知の位相切替マップに適用して、指向性を非連続的に多方向に切り替えることのできるアンテナシステムを実現している。
【００３４】
要素アンテナ数が４の送受共用フェーズドアレイアンテナを４つ用いたシステムを説明する。要素アンテナ数は合計１６個となる。
図６は、１６個の要素アンテナａ〜ｐを等間隔かつ正方形状に配列した状態を示す図である。要素アンテナは、どのような形状、大きさ、偏波、指向性のアンテナでもよく、例えば正方形の反射板の上に立設されたダイポールアンテナでもよく、正方基板に形成されたプリントアンテナやスロットアンテナであってもよい。その他、円偏波のスパイラルアンテナのようなものでもよい。
【００３５】
−第１の実施形態−
図７は、アンテナシステムの接続図を示す。各要素アンテナａ〜ｐに、移相量θ，−θの切替ができる移相器PSa 〜PSp をそれぞれ挿入し、４つずつまとめてサーキュレータＣA 〜ＣD に接続している。また、発振器２の送信信号を分割して、移相量が２θ，−２θの切替ができる移相器PSA 〜PSD を通して各サーキュレータＣA 〜ＣD に供給し、各サーキュレータＣA 〜ＣD からの受信信号を、それぞれ混合器ＭＸA 〜ＭＸD を通してまとめて取り出している。
【００３６】
ここで移相器は、どんな種類のものであってもよく、例えばフェライトを用いたラッチングフェライト移相器やＰＩＮダイオードやＦＥＴのような半導体を用いた移相器でもよい。また、混合器は、ショットキダイオードを用いたダブルバランスドミキサーが一般的だが、どんな種類のものであってもよい。サーキュレータはフェライトを用いているが、この他にＰＩＮダイオードで構成した送受切替器でもよい。
【００３７】
前記各混合器ＭＸA 〜ＭＸD は、当該混合器が接続されているサーキュレータからの受信信号と、その対角位置にある移相器の出力信号とを混合するものである（対角位置の意味については後述）。
制御装置１は、移相器が位相をシフトさせるのに必要な４種類の制御信号Ａ〜Ｄを出力するものである。
【００３８】
なお、制御装置１による信号の切換え方法としては、任意のものを採用でき、例えば、マイクロコンピュータで所定のコード信号を発生してもよく、スイッチ群を設けて信号をオンオフ制御してもよい。また、切換えの方法は、手動でも自動でもよく、自動的に行えば指向性が自動的に切り替わるフェーズドアレイアンテナが得られる。また、目標物から得られる信号の方向に合わせることにより、自動追尾とすることもできる。
【００３９】
図８は、各要素アンテナａ〜ｐのうち、縦横隣接する４つの要素アンテナを要素アンテナ群とした図であり、図９は、縦横隣接する４つの要素アンテナ群を１つの最上層要素アンテナ群とした図である。
図８において、左上、右上、左下、右下という要素アンテナの相対的な位置に対応付けて、移相器PSa 〜PSp に対する４つの制御内容Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに区分している。また、図９において、左上、右上、左下、右下という要素アンテナ群の相対的な位置に対応付けて移相器PSA 〜PSD に対する４つの制御内容Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに区分している（同一符号は同一の制御内容となる）。図９において、左上に対する右下が「対角位置」となり、右上に対する左下が「対角位置」となる。
【００４０】
制御内容Ａ〜Ｄは、具体的には、表１に示したものを採用する。表１で、上段の北、南、東、西、ＵＰは、それぞれ北、南、東、西、頂上向きの指向性を表し、符号「１」は位相遅れ状態（移相器PSa 〜PSp についてはθ、移相器PSA 〜PSD については２θ）を意味し、符号「−１」は位相進み状態（移相器PSa 〜PSp については−θ、移相器PSA 〜PSD については−２θ）を表わす。なお、頂上に指向性を向けるには、すべての移相器を同一位相（１又は−１）とする。
【００４１】
【表１】
0004011230.tif 000002
【００４２】
表１のような位相切替方法については、同一発明者が特許出願しており（特願平９−１２７３８号）、また出願人は、この位相切替方法を採用した製品を販売している（住友電気工業株式会社製  ＢＬレーダ  型番ＳＯＥ−９４００４）。
例えば、北方向に指向性を向けるには、要素アンテナのうち、最も北側に並ぶ要素アンテナａ，ｂ，ｅ，ｆの位相を最も遅らせ、そこから最も南側の列に並ぶ要素アンテナｈ，ｌ，ｏ，ｐに向かって順次等間隔に位相の遅れを少なくしていけばよく、このために種類Ｃの移相器PSC,PSc,PSg,PSk,PSo と種類Ｄの移相器PSD,PSd,PSh,PSl,PSp とを位相進み状態（移相器PSC,PSD は位相が2 θ進み、移相器PSc,PSd,PSg,PSh,PSk,PSl,PSo,PSp は位相がθ進む状態）とし、移相器Ａと移相器Ｂとは位相遅れ（移相器PSA,PSB は位相が2 θ遅れ、移相器PSa,PSb,PSe,PSf,PSi,PSj,PSm,PSn は位相がθ遅れる状態）とすればよい。こうすれば、図１０に示すように、北側の要素アンテナａ，ｂ，ｅ，ｆの位相は３θ遅れ、その次の列の要素アンテナｃ，ｄ，ｇ，ｈの位相は２θ遅れ、その次の列の要素アンテナｉ，ｊ，ｍ，ｎの位相はθ遅れ、南側の要素アンテナｋ，ｌ，ｏ，ｐの位相は遅れがなく、北向けの指向性が実現する。
【００４３】
以上のように、本発明の送受共用フェーズドアレイアンテナを、公知の位相切替方法に適用すれば、指向性を非連続的に多方向に切り換えることができる。
−第２の実施形態−
図１７は、第２の実施形態に係るアンテナシステムの接続図を示す。図７のアンテナシステムとの相違は、各混合器ＭＸA 〜ＭＸD は、当該混合器が接続されているサーキュレータからの受信信号と、当該サーキュレータに接続されている移相器の出力信号とを混合するものであることと、移相器PSA 〜PSD に対する制御内容Ａ′，Ｂ′，Ｃ′，Ｄ′を、移相器PSa 〜PSp に対する制御内容Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄと区別していることである。
【００４４】
すなわち、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、表１を用いて説明したのと同じような変化をさせる。これにより、アンテナシステムの指向性を変化させるとができる。ところが、制御内容Ａ′，Ｂ′，Ｃ′，Ｄ′は、送信の周期と受信の周期とで符号を反転させている。
表２は、制御内容Ａ′，Ｂ′，Ｃ′，Ｄ′の変化の様子を例示したもので、例えば北向きの指向性をとるときは、送信時には、Ａ′，Ｂ′，Ｃ′，Ｄ′はそれぞれＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄと同様、「１」「１」「−１」「−１」の符号をとるが、受信時には、反転させて「−１」「−１」「１」「１」とする。一方、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、送信時受信時ともに不変とする。
【００４５】
【表２】
0004011230.tif 000003
【００４６】
以上のような位相の反転は、例えば移相器PSA 〜PSDにＰＩＮダイオードを使用している場合、ＰＩＮダイオードに対する制御信号をＨｉｇｈとＬｏとで変化させることで簡単に実現することができる。
このような図１７の構成および位相の反転制御を採用することにより、指向性を多方向に切り替えることができるとともに、各混合器ＭＸA 〜ＭＸDに入るケーブルの長さを短くできるので、信号のロスを軽減し、アンテナシステムの構成を簡単にすることができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、混合器を使用することによって、移相器の数を減らした送受共用フェーズドアレイアンテナを実現することができる。
特に、請求項７から請求項１２までの発明によれば、送受共用要素アンテナの間で、移相器から混合器へケーブルのたすき掛けが不要になる。したがって、アンテナが大きくなった場合、ケーブル長に起因する損失を減らすことができ、また、アンテナ自体の構成も簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】２つの送受共用要素アンテナを配置した本発明の送受共用フェーズドアレイアンテナを示す図である。
【図２】図１の送受共用フェーズドアレイアンテナにおいて、要素アンテナとサーキュレータとの間に、互いに移相量の符号が反対の移相器をそれぞれ挿入した送受共用フェーズドアレイアンテナを示す図である。
【図３】中間周波数に相当する周波数の信号を出力する第２の発振器を設け、合成後に中間周波信号が得られる送受共用フェーズドアレイアンテナを示す図である。
【図４】４つの送受共用要素アンテナを四角形の対角点に配置した送受共用フェーズドアレイアンテナを示す図である。図において、▲１▼〜▲１▼等は、線がつながっていることを示す。
【図５】図４の送受共用フェーズドアレイアンテナにおいて、要素アンテナとサーキュレータとの間に、互いに移相量が等しく符号が反対の移相器をそれぞれ挿入した送受共用フェーズドアレイアンテナを示す図である。
【図６】１６個の要素アンテナａ〜ｐを等間隔かつ正方形状に配列した状態を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係るアンテナシステムの接続図を示す。
【図８】各要素アンテナａ〜ｐのうち、縦横隣接する４つの要素アンテナを要素アンテナ群とした図である。
【図９】縦横隣接する４つの要素アンテナ群を１つの最上層要素アンテナ群とした図である。
【図１０】北向けの指向性を実現するための、各要素アンテナの位相状態を説明する図である。
【図１１】従来のフェーズドアレイアンテナの回路構成図である。
【図１２】２つの送受共用要素アンテナを配置し、送信時と受信時とで移相器の符号を反転するようにした本発明の送受共用フェーズドアレイアンテナを示す図である。
【図１３】送信時と受信時とで移相器の符号を反転する様子を図示したグラフである。
【図１４】図１２の送受共用フェーズドアレイアンテナにおいて、要素アンテナとサーキュレータとの間に、互いに移相量の符号が反対の移相器をそれぞれ挿入した送受共用フェーズドアレイアンテナを示す図である。
【図１５】中間周波数に相当する周波数の信号を出力する第２の発振器を設け、合成後に中間周波信号が得られる送受共用フェーズドアレイアンテナを示す図である。
【図１６】４つの送受共用要素アンテナを四角形の対角点に配置し、送信時と受信時とで移相器の符号を反転するようにした送受共用フェーズドアレイアンテナを示す図である。
【図１７】本発明の第２の実施形態に係るアンテナシステムの接続図である。
【符号の説明】
Ａ  アンテナ
Ｃ  サーキュレータ
ＭＸ  混合器
ＰＳ  移相器
【図１】
0004011230.tif 000004
【図２】
0004011230.tif 000005
【図３】
0004011230.tif 000006
【図４】
0004011230.tif 000007
【図５】
0004011230.tif 000008
【図６】
0004011230.tif 000009
【図７】
0004011230.tif 000010
【図８】
0004011230.tif 000011
【図９】
0004011230.tif 000012
【図１０】
0004011230.tif 000013
【図１１】
0004011230.tif 000014
【図１２】
0004011230.tif 000015
【図１３】
0004011230.tif 000016
【図１４】
0004011230.tif 000017
【図１５】
0004011230.tif 000018
【図１６】
0004011230.tif 000019
【図１７】
0004011230.tif 000020