(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレイ状に配列される複数のアンテナ素子を備える第１及び第２のアンテナ素子群と、
前記第１及び第２のアンテナ素子群に対応して設けられ、前記第１または第２のアンテナ素子群の複数のアンテナ素子それぞれに接続され、送信時に入力される送信高周波信号に位相調整及び電力増幅を施して前記アンテナ素子に供給し、受信時に前記アンテナ素子から受信高周波信号を入力して電力増幅及び位相調整を施して出力する複数の送受信モジュールを備える第１及び第２の送受信モジュール群と、
前記第１及び第２の送受信モジュール群に対応して設けられ、前記第１または第２の送受信モジュール群の複数の送受信モジュールに接続され、送信時に入出力端から入力される送信高周波信号を前記複数の送受信モジュールに分配供給し、受信時に前記複数の送受信モジュールから出力される複数の受信高周波信号を入力して前記入出力端から合成出力する第１及び第２の電力分配／合成器と、
前記送信高周波信号の初段電力増幅機能と前記受信高周波信号の電力増幅機能を有し、前記送信高周波信号を出力する出力端及び前記受信高周波信号を入力する入力端を有するドライバモジュールと、
前記第１及び第２の電力分配／合成器と前記ドライバモジュールとの間に介在され、送信時には前記ドライバモジュールの出力端が前記第１及び第２の電力分配／合成器の入出力端に接続され、受信時には前記第１及び第２の電力分配／合成器の入出力端が前記ドライバモジュールの入力端に接続されるように、送信時と受信時とで通過位相を切り替えて前記ドライバモジュールと前記電力分配／合成器との接続経路を切り替えるハイブリッド回路と、
前記第１及び第２の送受信モジュール群の複数の送受信モジュールそれぞれの前記位相調整及び電力増幅を、前記複数のアンテナ素子によって形成されるアンテナのビーム指向方向が指示方向となるように制御する制御部とを具備し、
前記制御部は、前記ビーム指向方向の指示方向に対する移相量に前記ハイブリッド回路介在のための位相補正量を加算して前記複数の送受信モジュールそれぞれの移相量を制御することを特徴とするアレイアンテナ装置。
【請求項２】
アレイアンテナ装置の第１及び第２の電力分配／合成器における送受信信号入出力端とドライバモジュールにおける送信信号出力端及び受信信号入力端との間にハイブリッド回路を介在し、送信時には前記送信信号出力端が前記第１及び第２の電力分配／合成器の入出力端に接続され、受信時には前記第１及び第２の電力分配／合成器の入出力端が前記受信信号入力端に接続されるように、送信時と受信時とで前記ハイブリッド回路の通過位相を切り替えて前記ドライバモジュールと前記第１及び第２の電力分配／合成器との接続経路を切り替え、前記第１及び第２の送受信モジュール群の複数の送受信モジュールそれぞれの前記位相調整及び電力増幅を、前記複数のアンテナ素子によって形成されるアンテナのビーム指向方向が指示方向となるように制御するものとし、前記制御は、前記ビーム指向方向の指示方向に対する移相量に前記ハイブリッド回路介在のための位相補正量を加算して前記複数の送受信モジュールそれぞれの移相量を制御することを特徴とするアレイアンテナ装置の薄型化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばレーダ装置や無線通信機器等で用いられ、送信と受信の機能を有するアクティブフェーズドアレイアンテナに係り、特に機体への搭載制約を極小化するための薄型化の要求が厳しい搭載用のアクティブフェーズドアレイアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、航空機等の機体搭載用アンテナにおいては、レーダシステムの高性能化の要求の高まりから、高機能で高性能なアクティブフェーズドアレイ化への要求が高まって来ている。
【０００３】
しかしながら、アクティブフェーズドアレイ化は、従来のパッシブ方式の空中線に比べ、回路構成の複雑化に伴った寸法や質量など装置規模の増大が必然的に生じる。このため、電子装置に対する制約が厳しい機体搭載用レーダにおいては、レーダシステムに望まれる高性能化を実現する上で必要となるアンテナの開口長を確保することは、必ずしもできない状況であった。
【０００４】
このような状況から、機体搭載用のアクティブフェーズドアレイ化においては、特許文献１に示すような薄型層状構造化を図り、機体搭載制約を最小にする手法などが提案されている。しかしながら、従来のアンテナでは、電力分配回路とドライバモジュール間には、送受信の回路系統を分離するためのサーキュレータが必要である。このサーキュレータは空中線の薄型化においては部品高さを決定する大きな要因となり、空中線の薄型化には大きな障害となっていた。
【０００５】
一方、サーキュレータの代わりに、ダイオードを用いたスイッチ等が用いられる場合などがあったが、送信電力増幅器の高出力化や損失の低減化には限界があり、採用するに当たってはアンテナとして大きな制限を受ける状況であった。このため従来技術では、薄型のアンテナを実現するには限界があった。
【特許文献１】特開２０００−２０９０１６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の如く、機体搭載用のアレイアンテナ装置においては、薄型層状構造化や小型・軽量化を実施するのみでは、アンテナ薄型化には限界があった。
【０００７】
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、サーキュレータ等の部品高さに制限されず、且つ電力増幅器の高出力化や切替回路の損失など設計条件の厳しい場合においても、アンテナの薄型化を可能とするアレイアンテナ装置とその薄型化方法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】
【０００８】
上記問題を解決するために、本発明に係るアレイアンテナ装置は、アレイ状に配列される複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子それぞれに接続され、各素子に対する送信及び受信高周波信号を電力増幅する増幅器及び前記送信及び受信高周波信号の位相を調整する移相器を備える複数の送受信モジュールと、前記複数の送受信モジュールに接続され前記送信高周波信号を分配供給し、前記受信高周波信号を合成する電力分配／合成器と、前記電力分配／合成器に接続され、前記送信高周波信号の初段電力増幅機能と前記受信高周波信号の電力増幅機能を有するドライバモジュールと、前記電力分配／合成器と前記ドライバモジュールとの間に介在され、送信時と受信時とで位相を切り替えて前記ドライバモジュールの前記電力分配／合成器に対する送受信端を切り替えるハイブリッド回路とを具備することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係るアレイアンテナ装置の薄型化方法は、アレイアンテナ装置の電力分配／合成器とドライバモジュールとが接続される送受信信号入出力部にハイブリッド回路を接続し、送信時と受信時とで前記ハイブリッド回路の位相を切り替えて前記ドライバモジュールの前記電力分配／合成器に対する送受信端を切り替えることを特徴とする。
【００１０】
すなわち、本発明は、前述した問題に対して、ドライバモジュールと電力分配器との間にハイブリッド回路を配置し、このハイブリッド回路により送信時と受信時とで位相を切り替えることで、ドライバモジュールの送受信端を切り替えることで解決を図るものである。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明によれば、サーキュレータ等の部品高さに制限されず、且つ電力増幅器の高出力化や切替回路の損失など設計条件の厳しい場合においてもアンテナの薄型化を可能とするアレイアンテナ装置とその薄型化方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明に係るアレイアンテナ装置の一実施形態として、機体搭載用のアクティブフェーズドアレイアンテナ装置の構成を示すブロック図である。尚、ここでは説明を簡単にするため、アンテナ素子数ｎをｎ＝８として説明する。
【００１４】
図１において、１１〜１８はアレイアンテナを構成するアンテナ素子であり、各アンテナ素子１１〜１８には、それぞれ送受信モジュール２１〜２８が接続される。これらの送受信モジュール２１〜２８は、アンテナ素子１１〜１８に対する送信及び受信ＲＦ信号を電力増幅する増幅器Ａ１，Ａ２及び送信及び受信ＲＦ信号の位相を調整する移相器Ｂ１，Ｂ２、送受切替用スイッチＣ１，Ｃ２を備える。このうち、第１群の送受信モジュール２１〜２４は４分配／４合成回路３１に接続され、第２群の送受信モジュール２５〜２８は４分配／４合成回路３２に接続される。
【００１５】
上記４分配／４合成回路３１，３２は、送受信モジュール２１〜２４，２５〜２８に対して送信ＲＦ信号を分配供給し、受信ＲＦ信号を合成するもので、その入出力端はそれぞれハイブリッド回路（ＨＹ）４１を介してドライバモジュール５１に接続される。このドライバモジュール５１は、４分配／４合成回路３１，３２に対する送信ＲＦ信号の初段電力増幅機能と受信ＲＦ信号の電力増幅機能を有するもので、その入力端は送信ＲＦ信号を発生する励振機（図示せず）に接続され、出力端は受信ＲＦ信号を受信する受信機（図示せず）に接続される。
【００１６】
上記ハイブリッド回路４１は、送信時と受信時とで位相を切り替えることで、ドライバモジュール５１の４分配／４合成回路３１，３２に対する送受信端を切り替える機能を有する。
【００１７】
また、図１において、制御回路６１は、アンテナ指向方向の指示入力に基づいて上記送受信モジュール２１〜２８に対する位相及び電力制御を行うことでアンテナ指向方向を制御するものである。但し、ここではその位相制御量として、指向方向に応じた移相量に上記ハイブリッド回路４１の挿入による位相補正量を加算することで求める。
【００１８】
すなわち、上記構成によるアクティブフェーズドアレイアンテナ装置では、送信時において、ハイブリッド回路４１及び４分配／４合成回路３１，３２の各素子に対する通過位相を図２（ａ）に示すように設定したとき、送受信モジュール２１〜２８の各素子に対する位相制御量は図２（ｂ）に示すようになる。また、受信時において、ハイブリッド回路４１及び４分配／４合成回路３１，３２の各素子に対する通過位相を図３（ａ）に示すように設定したとき、送受信モジュール２１〜２８の各素子に対する位相制御量は図３（ｂ）に示すようになる。
【００１９】
したがって、上記構成によるアクティブフェーズドアレイアンテナ装置によれば、ドライバモジュール５１と４分配／４合成回路３１，３２との間にハイブリッド回路４１を配置したことにより、このハイブリッド回路４１の位相を送信時と受信時とで切り替えるだけでドライバモジュール５１の送受信端を切り替えることが可能となる。ハイブリッド回路はサーキュレータのような高さはなく、薄型化に最適である。また、ダイオードを用いたスイッチのような大きな損失はなく、送信電力増幅器の高出力化や損失の低減化に十分寄与することができる。
【００２０】
尚、上記実施形態では、アクティブフェーズドアレイアンテナ装置の場合について説明したが、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、パッシブ型等、他のアレイアンテナ装置の場合にも同様に実施可能であり、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、種々の発明を形成することができる。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。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るアレイアンテナ装置として、アクティブフェーズドアレイアンテナ装置の一実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】図１に示すアレイアンテナ装置の送信時の素子通過位相と位相制御量との関係を示す図。
【図３】図１に示すアレイアンテナ装置の受信時の素子通過位相と位相制御量との関係を示す図。
【符号の説明】
【００２２】
１１〜１８…アンテナ素子、２１〜２８…送受信モジュール、３１，３２…４分配／４合成回路、４１…ハイブリッド回路、５１…ドライバモジュール、６１…制御回路。
【図１】
0004956346.tif 000002
【図２】
0004956346.tif 000003
【図３】
0004956346.tif 000004