(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子を配列してデジタルビームフォーミング式で電子走査する電子走査アンテナ装置において、
前記複数のアンテナ素子それぞれに対応して設けられ、受信系出力部にＡＺ／ＥＬ切換機能を有する複数の送受信モジュールと、
送信時に前記複数の送受信モジュールに送信信号を出力し、受信時に前記複数の送受信モジュールから出力されるＡＺ／ＥＬ受信信号を入力する送受切換器と、前記複数の送受信モジュールからのＡＺ受信信号、ＥＬ受信信号を合成するＡＺ合成器及びＥＬ合成器と、ＡＺ合成器及びＥＬ合成器から出力されるＡＺ信号及びＥＬ信号を合成し出力するＡＺ／ＥＬ合成用２合成器とを備える分配合成器と
を具備する電子走査アンテナ装置。
【請求項２】
前記送受信モジュールは、集積回路で形成された送受兼用移相器の内部にＡＺ／ＥＬ切換スイッチを備える請求項１記載の電子走査アンテナ装置。
【請求項３】
前記複数の送受信モジュールは、通過モード及び減衰モードに選択制御される減衰アッテネータを備え、最大探知モードで前記複数の送受信モジュールを全て通過モードに設定し、対象物に所定の距離まで近づいた時点で中央部の送受信モジュールを減衰モードに設定される請求項１記載の電子走査アンテナ装置。
【請求項４】
請求項１記載の電子走査アンテナ装置に用いられ、
集積回路で形成された送受兼用移相器の内部にＡＺ／ＥＬ切換スイッチを備える送受信モジュール。
【請求項５】
複数のアンテナ素子を配列してデジタルビームフォーミング式で電子走査する電子走査アンテナ装置に用いられ、
前記複数のアンテナ素子それぞれに対応して設けられる送受信モジュールの受信系出力部でＡＺ／ＥＬ切換処理を行い、
前記複数の送受信モジュールから切換出力されるＡＺ受信信号、ＥＬ受信信号をそれぞれ合成しＡＺ／ＥＬ合成を行う電子走査アンテナ装置のＡＺ／ＥＬ合成出力方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明の実施形態は、電子走査アンテナ装置及びその送受信モジュール及び電子走査アンテナ装置のＡＺ／ＥＬ合成出力方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のデジタルビームフォーミング（ＤＢＦ）式電子走査アンテナ装置では、最大探知モードの場合に、振幅を最大とするために、送受信モジュール内の３ｄＢアッテネータを通過モードに設定する。また、対象物との距離が近づくと測角精度を向上させるため、中央部の送受信モジュール内の３ｄＢアッテネータを減衰モードに設定する。このとき、周辺部と中央部で合成利得の差が３ｄＢ生じるが、中央部の送受信モジュールに３ｄＢアッテネータが入ることで差異は相殺され、レベルは周辺部と中央部で等しくなる。
【０００３】
ただし、アンテナ素子数が増加した場合、分配合成器の出力系統数が増加し、分配合成器の後段にある周波数変換器等の接続に必要なＲＦケーブル数も増加する。さらに、後段にある周波数変換器の入力部にＡＺ方向、ＥＬ方向の切換スイッチが必要となり、装置の小型化に不利となる。
【０００４】
なお、分配合成器内でＡＺ方向、ＥＬ方向のＲＦ切換スイッチを設ける方法があるが、分配合成器内にアクティブ素子を内蔵する必要があり、ＲＦ切換スイッチ用のドライバ回路等追加により、分配合成器への制御用配線追加となり装置が大型化することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−０７９４３４号公報
【特許文献２】特開２０１０−０６８４８２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ＤＢＦ式電子走査アンテナ装置では、アンテナ素子数が増加した場合、分配合成器の出力系統数の増加、ＲＦケーブル数の増加、ＲＦ切換スイッチが必要となり、装置の小型化に逆行する問題があった。
【０００７】
この発明の実施形態の課題は、アンテナ性能向上と低コスト化、ＲＦケーブルの削減を図り、小型化を同時に実現できる電子走査アンテナ装置及びその送受信モジュール及び電子走査アンテナ装置のＡＺ／ＥＬ合成出力方法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、ＤＢＦ式の電子走査アンテナ装置において、前記複数のアンテナ素子それぞれに対応して設けられる送受信モジュールと分配合成器とを備える。複数の送受信モジュールは、受信系出力部にＡＺ／ＥＬ切換機能を有する。分配合成器は、送信時に前記複数の送受信モジュールに送信信号を出力し、受信時に前記複数の送受信モジュールから出力されるＡＺ／ＥＬ受信信号を入力する送受切換器と、前記複数の送受信モジュールからのＡＺ受信信号、ＥＬ受信信号を合成するＡＺ合成器及びＥＬ合成器と、ＡＺ合成器及びＥＬ合成器から出力されるＡＺ信号及びＥＬ信号を合成し出力するＡＺ／ＥＬ合成用２合成器とを備える。これにより、ＤＢＦ用の電子走査アンテナ装置は、性能向上と低コスト化、ＲＦケーブルの削減、分配合成器と周波数変換器等の小型化を同時に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施形態に係るＤＢＦ式電子走査アンテナ装置の出力系統の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１に示す実施形態に係るアンテナ装置のＡＣ列の送受信モジュールと分配合成器の構成を系統別に示すブロック図である。
【図３】図３は、図１に示す実施形態に係るアンテナ装置のＢＣ列の送受信モジュールと分配合成器の構成を系統別に示すブロック図である。
【図４】図４は、図１に示す実施形態に係るアンテナ装置の送受信モジュールの内部系統の構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、従来のＤＢＦ式電子走査アンテナ装置の出力系統の構成を示すブロック図である。
【図６】図６は、従来のＤＢＦ式電子走査アンテナ装置のＡＣ列の送受信モジュールと分配合成器の構成を系統別に示すブロック図である。
【図７】図７は、従来のＤＢＦ式電子走査アンテナ装置のＢＣ列の送受信モジュールと分配合成器の構成を系統別に示すブロック図である。
【図８】図８は、従来のアンテナ装置の送受信モジュールの内部系統の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、実施形態について説明する。  
まず、本実施形態の対象となる従来のＤＢＦ式電子走査アンテナ装置について説明する。
【００１１】
図５に従来のＤＢＦ式電子走査アンテナ装置の出力系統の構成を示す。図５のＡＣ列の分配合成器を含んだ系統図を図６に示し、ＢＣ列の分配合成器を含んだ系統図を図７に示し、図６、図７の送受信モジュールの内部系統を図８に示す。
【００１２】
図５に示すアンテナ装置のＡＣ列では、図６に示すように、ＡＺ方向で４系統合成器（以下、４合成器）４−３、ＥＬ方向でも同様に４合成器４−３の出力を備えている。また、ＢＣ列では、図７示すように、ＡＺ方向で２系統合成器（以下、２合成器）４−４、ＥＬ方向で４合成器４−３の出力を備えている。さらに受信系ＲＦケーブルの数量は、図５に示すように、ＡＺ方向、ＥＬ方向共に各４本となり、合計で８本となる。また、ＡＺ３列最上部のアンテナ素子５から入力された受信ＲＦ信号は、図８に示す送受信モジュール３に入力され、同送受信モジュール３の２次高調波抑圧フィルタ（ＢＥＦ）３−１、サーキュレータ（ＣＩＲ）３−２、リミッタ（ＬＩＭ）３−３、３ｄＢアッテネータ３−９、２個の低雑音増幅器（ＬＮＡ）３−４１，３−４２を通り、送受切換用ＳＰＤＴスイッチ３−５、移相器（ＰＳ）３−６を通って出力される。送受信モジュール３から出力されたＲＦ信号は分配合成器４に入力され、サーキュレータ（ＣＩＲ）４−１、２系統分配器（以下、２分配器）４−２を通り、４合成器４−３に入力されて合成出力される。
【００１３】
ここで、最大探知モードの場合は、振幅を最大とするために、送受信モジュール３内の３ｄＢアッテネータ３−９を通過モードに設定する。また、対象物との距離が近づくと測角精度を向上させるため、中央部の４合成の送受信モジュール３内の３ｄＢアッテネータ３−９を減衰モードに設定する。周辺部と中央部で合成利得の差が３ｄＢ生じるが、中央部の送受信モジュールは３ｄＢアッテネータが入ることで、差異は相殺され、レベルは周辺部と中央部で等しくなる。
【００１４】
なお、３ｄＢアッテネータにより中央部の送受信モジュールの利得は３ｄＢ低下するが、同時に中央部の送受信モジュールの雑音指数は３ｄＢ高くなり、中央部の送受信モジュ−ルと周辺部の送受信モジュールの熱残音出力電力は等しくなるため、信号処理上の問題は発生しない。
【００１５】
図５に示す１２素子のアンテナの場合、分配合成器の出力はＡＺ方向で４系統、ＥＬ方向で４系統必要となり、受信系で合計８系統が必要となり、分配合成器とその後段にある周波数変換器等の接続にＲＦケーブルも８本必要となる。さらに、後段にある周波数変換器の入力部にＡＺ方向、ＥＬ方向のＲＦ切換スイッチが必要となり、装置の小型化に不利となる。
【００１６】
なお、分配合成器内でＡＺ方向、ＥＬ方向のＲＦ切換スイッチを設ける方法があるが、分配合成器内にアクティブ素子を内蔵する必要があり、ＲＦ切換スイッチ用のドライバ回路等の追加により、分配合成器への制御用配線追加となり、結局は装置が大型化することになる。
【００１７】
そこで、本実施形態は、送受信モジュールの受信系出力部にＡＺ方向、ＥＬ方向のＲＦ切換スイッチを設け、分配合成器内にそれぞれのＡＺ合成器とＥＬ合成器を設け、分配合成器の出力部に設けたＡＺ／ＥＬ合成用２合成器でＡＺ受信信号とＥＬ受信信号を合成することにより、ＤＢＦ用電子走査アンテナの性能向上と低コスト化、ＲＦケーブルの削減、分配合成器と周波数変換器等の小型化を同時に実現する。
【００１８】
図１は、本実施形態に係るＤＢＦ式電子走査アンテナ装置の出力系統の構成を示すブロック図、図２は、図１に示す実施形態に係るアンテナ装置のＡＣ列の送受信モジュールと分配合成器の構成を系統別に示すブロック図、図３は、図１に示す実施形態に係るアンテナ装置のＢＣ列の送受信モジュールと分配合成器の構成を系統別に示すブロック図、図４は、図１に示す実施形態に係るアンテナ装置の送受信モジュールの内部系統の構成を示すブロック図である。
【００１９】
図１に示す１２素子のアンテナ装置おいて、ＡＣ列では、図２に示すように、ＡＺ方向で４合成器２−３Ａ、ＥＬ方向でも同様に４合成器２−３Ｃでそれぞれ４素子分の受信信号ＡＺ３，ＥＬ３が合成される。そして、２種類の４合成器２−３の出力ＡＺ３，ＥＬ３がＡＺ／ＥＬ合成用２合成器２−４で合成され、ＡＺ３／ＥＬ３共通出力として分配合成器２から出力される。
【００２０】
また、ＢＣ列では、図３に示すように、ＡＺ方向では２合成器２−２Ｂで２素子分の受信信号ＡＺ１が合成される。さらに、２合成器２−２Ｂの出力とＥＬ方向で２合成された出力ＥＬ１とをＡＺ／ＥＬ合成用２合成器２−４Ｂで合成し、ＡＺ１／ＥＬ１共通出力として分配合成器２から出力される。また、ＥＬ方向では４合成器２−３Ｃで４素子分の受信信号ＥＬ３が合成される。さらに、４合成器２−３Ｃの出力とＡＺ方向で４合成された出力ＡＺ３とをＡＺ／ＥＬ合成用２合成器２−４Ｃで合成し、ＡＺ３／ＥＬ３共通出力として分配合成器２から出力される。したがって、受信系ＲＦケーブルの数量は、図１に示すように、ＡＺ方向、ＥＬ方向が共通となり、受信系で合計４本に半減できる。
【００２１】
また、アンテナ素子５または６から入力された受信ＲＦ信号は、図４に示す送受信モジュール１に入力され、２次高調波抑圧フィルタ（ＢＥＦ）１−１、サーキュレータ（ＣＩＲ）１−２、リミッタ（ＬＩＭ）１−３、３ｄＢアッテネータ１−９、２個の低雑音増幅器（ＬＮＡ）１−４１，１−４２を通り、送受切換用ＳＰＤＴスイッチ（ＳＰＤＴ）１−５、移相器（ＰＳ）１−６、ＡＺ／ＥＬ切換用ＳＰＤＴスイッチ（ＳＰＤＴ）１−１０を通り出力される。ＡＺ／ＥＬ切換用ＳＰＤＴスイッチ（ＳＰＤＴ）１−１０は送受切換用として強要される。
【００２２】
上記送受信モジュール１から出力されたアンテナ素子５の受信ＲＦ信号は、図２に示すように、分配合成器２の４合成器２−３Ａに入力されて合成され、さらにＡＺ／ＥＬ合成用２合成器２−４を通り、分配合成器２から出力される。また、上記送受信モジュール１から出力されたアンテナ素子６の受信ＲＦ信号は、図３に示すように、分配合成器２の２合成器２−２Ｂに入力されて合成され、さらにＡＺ／ＥＬ合成用２合成器２−４Ｂを通り、分配合成器２から出力される。
【００２３】
ここで、最大探知モードの場合は振幅を最大とするために、送受信モジュール１内の３ｄＢアッテネータ１−９を通過モードに設定する。また、対象物に所定の距離まで近づくと測角精度を向上させるため、中央部の４合成の送受信モジュール１内の３ｄＢアッテネータ１−９を減衰モードに設定する。周辺部と中央部で合成利得の差が３ｄＢ生じるが、中央部の送受信モジュール１は３ｄＢアッテネータ１−９が減衰モードに設定されることで、差異は相殺され、レベルは周辺部と中央部で等しくなる。
【００２４】
なお、３ｄＢアッテネータ１−９により中央部の送受信モジュール１の利得は３ｄＢ低下するが、同時に中央部の送受信モジュール１の雑音指数は３ｄＢ高くなるため、中央部の送受信モジュ−ルと周辺部の送受信モジュールの熱残音出力電力は等しくなり、信号処理上の問題は発生しない。
【００２５】
本構成により、分配合成器２とその後段にある周波数変換器等の接続用受信系ＲＦケーブルは４本となり、周波数変換器内にＡＺ／ＥＬ切換機能、または分配合成器２内にＡＺ／ＥＬ切換機能を設ける必要が無く、ＲＦ切換スイッチ用のドライバ回路、分配合成器２への制御用配線も必要無くなり、装置を大幅に小型化することが可能となる。
【００２６】
なお、送受信モジュール１内にＡＺ／ＥＬ切換機能が必要となるが、送受信モジュール１内にある移相器１−６の一部にＡＺ／ＥＬ切換機能を追加することで部品数を増加することなく実現可能となる。通常、移相器１−６はＲＦ切換スイッチで線路を切り換えて位相を切り換える方法が一般的で、ＡＺ／ＥＬ切換スイッチ１−１０を追加した一体型ＭＭＩＣ１−１１の製作は容易であり、実質的に送受信モジュール１の形状、価格には影響しない。またＡＺ／ＥＬ切換制御が追加となるが、通常、送受信モジュール１には位相設定、送受切換、送信受信のＯＮ／ＯＦＦ等の制御があり、同様に送受信モジュール１の形状、価格には影響しない。
【００２７】
以上のように、本実施形態に係る電子走査アンテナ装置によれば、送受信モジュールの受信系出力部にＡＺ方向、ＥＬ方向のＲＦ切換スイッチを設け、分配合成器内にそれぞれのＡＺ合成器とＥＬ合成器を設け、分配合成器の出力部に設けたＡＺ／ＥＬ合成用２合成器でＡＺ受信信号とＥＬ受信信号を合成するようにしているので、アンテナ性能の向上と低コスト化、ＲＦケーブルの削減、分配合成器と周波数変換器等の小型化を同時に実現することができる。
【００２８】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００２９】
１…送受信モジュール、１−１…２次高調波抑圧フィルタ（ＢＥＦ）、１−２…サーキュレータ（ＣＩＲ）、１−３…リミッタ（ＬＩＭ）、１−４１，１−４２…低雑音増幅器（ＬＮＡ）、１−５…送受切換用ＳＰＤＴスイッチ（ＳＰＤＴ）、１−６…移相器（ＰＳ）、１−７…励振増幅器（ＤＲＶ）、１−８…電力増幅器（ＨＰＡ）、１−９…３ｄＢアッテネータ、１−１０…ＡＺ／ＥＬ切換用ＳＰＤＴスイッチ（ＳＰＤＴ）、１−１１…切換スイッチ移相器一体型ＭＭＩＣ、
２…分配合成器、２−１…サーキュレータ、２−２Ｂ…２合成器、２−３Ａ，２−３Ｂ，２−３Ｃ…４合成器、２−４，２−４Ｂ，２−４Ｃ…ＡＺ／ＥＬ合成用２合成器、
３…送受信モジュール、３−１…２次高調波抑圧フィルタ（ＢＥＦ）、３−２…サーキュレータ（ＣＩＲ）、３−３…リミッタ（ＬＩＭ）、３−４１，３−４２…低雑音増幅器（ＬＮＡ）、３−５…送受切換用ＳＰＤＴスイッチ（ＳＰＤＴ）、３−６…移相器（ＰＳ）、３−７…励振増幅器（ＤＲＶ）、３−８…電力増幅器（ＨＰＡ）、３−９…３ｄＢアッテネータ、
４…分配合成器、４−１…サーキュレータ、４−２…２分配器、４−３…４合成器、４−４…２合成器、
５…ＡＺ３列最上部のアンテナ素子、
６…ＡＺ１列最上部のアンテナ素子。
【要約】
【課題】アンテナ性能の向上と低コスト化、ＲＦケーブルの削減、分配合成器と周波数変換器等の小型化を同時に実現する。
【解決手段】実施形態に係るＤＢＦ式電子走査アンテナ装置によれば、前記複数のアンテナ素子それぞれに対応して設けられる送受信モジュールと分配合成器とを備える。複数の送受信モジュールは、受信系出力部にＡＺ／ＥＬ切換機能を有する。分配合成器は、送信時に前記複数の送受信モジュールに送信信号を出力し、受信時に前記複数の送受信モジュールから出力されるＡＺ／ＥＬ受信信号を入力する送受切換器と、前記複数の送受信モジュールからのＡＺ受信信号、ＥＬ受信信号を合成するＡＺ合成器及びＥＬ合成器と、ＡＺ合成器及びＥＬ合成器から出力されるＡＺ信号及びＥＬ信号を合成し出力するＡＺ／ＥＬ合成用２合成器とを備える。
【選択図】図２【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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