(57)【要約】【課題】機体の変形に対しアンテナ形状が追従し変形する場合において、この形状変形に伴うアンテナ特性の性能劣化を回避する。【解決手段】飛翔体の機体表面に装着されるアレイアンテナ装置１において、アレイ上に配列される複数のアンテナ素子１１１〜１１ｎそれぞれに対応して設けられる送受信モジュール１２１〜１２ｎに対して、電波照射方向に関する指示値から位相制御信号を生成し供給する走査制御器１４にアンテナ素子それぞれの位置座標を記憶する位置座標記憶回路１４１を設け、当該記憶回路に記憶された位置座標に基づいて位相制御信号を生成するようにした。【選択図】      図１
2009225029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
形状が変形する面に装着されるアレイアンテナ装置において、
アレイ上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対応して設けられ、マイクロ波の受信機能を有し、対応するアンテナ素子の受信信信号の位相を位相制御信号に基づいて可変する複数のモジュールと、
前記複数のアンテナによって形成されるビーム方向に関する指示値から、前記複数のモジュールそれぞれに設定する位相制御信号を生成し供給する走査制御回路部と
を具備し、
前記走査制御回路部は、前記複数のアンテナ素子それぞれの位置座標を記憶する位置座標記憶部を備え、当該記憶部に記憶された位置座標に基づいて前記位相制御信号を生成することを特徴とするアレイアンテナ装置。
【請求項２】
形状が変形する面に装着されるアレイアンテナ装置において、
アレイ上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対応して設けられ、マイクロ波の受信機能を有し、対応するアンテナ素子の受信信号の位相を位相制御信号に基づいて可変する複数のモジュールと、
前記複数のアンテナによって形成されるビーム方向に関する指示値から、前記複数のモジュールそれぞれに設定する位相制御信号を生成し供給する走査制御回路部と
を具備し、
前記走査制御回路部は、前記複数のアンテナ素子それぞれの位置座標の変化に相当する位相補正量を記憶する位相補正量記憶部を備え、当該記憶部に記憶された位相補正量に基づいて前記位相制御信号を補正することを特徴とするアレイアンテナ装置。
【請求項３】
形状が変形する面に装着されるアレイアンテナ装置において、
アレイ上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対応して設けられ、マイクロ波の送信機能を有し、対応するアンテナ素子の送信信号の位相を位相制御信号に基づいて可変する複数のモジュールと、
前記複数のアンテナによって形成されるビーム方向に関する指示値から、前記複数のモジュールそれぞれに設定する位相制御信号を生成し供給する走査制御回路部と
を具備し、
前記走査制御回路部は、前記複数のアンテナ素子それぞれの位置座標を記憶する位置座標記憶部を備え、当該記憶部に記憶された位置座標に基づいて前記位相制御信号を生成することを特徴とするアレイアンテナ装置。
【請求項４】
形状が変形する面に装着されるアレイアンテナ装置において、
アレイ上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対応して設けられ、マイクロ波の送信機能を有し、対応するアンテナ素子の送信信号の位相を位相制御信号に基づいて可変する複数のモジュールと、
前記複数のアンテナによって形成されるビーム方向に関する指示値から、前記複数のモジュールそれぞれに設定する位相制御信号を生成し供給する走査制御回路部と
を具備し、
前記走査制御回路部は、前記複数のアンテナ素子それぞれの位置座標の変化に相当する位相補正量を記憶する位相補正量記憶部を備え、当該記憶部に記憶された位相補正量に基づいて前記位相制御信号を補正することを特徴とするアレイアンテナ装置。
【請求項５】
形状が変形する面に装着されるアレイアンテナ装置において、
アレイ上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対応して設けられ、マイクロ波の送受信機能を有し、対応するアンテナ素子の送受信信号の位相を位相制御信号に基づいて可変する複数のモジュールと、
前記複数のアンテナによって形成されるビーム方向に関する指示値から、前記複数のモジュールそれぞれに設定する位相制御信号を生成し供給する走査制御回路部と
を具備し、
前記走査制御回路部は、前記複数のアンテナ素子それぞれの位置座標を記憶する位置座標記憶部を備え、当該記憶部に記憶された位置座標に基づいて前記位相制御信号を生成することを特徴とするアレイアンテナ装置。
【請求項６】
形状が変形する面に装着されるアレイアンテナ装置において、
アレイ上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対応して設けられ、マイクロ波の送受信機能を有し、対応するアンテナ素子の送受信信号の位相を位相制御信号に基づいて可変する複数のモジュールと、
前記複数のアンテナによって形成されるビーム方向に関する指示値から、前記複数のモジュールそれぞれに設定する位相制御信号を生成し供給する走査制御回路部と
を具備し、
前記走査制御回路部は、前記複数のアンテナ素子それぞれの位置座標の変化に相当する位相補正量を記憶する位相補正量記憶部を備え、当該記憶部に記憶された位相補正量に基づいて前記位相制御信号を補正することを特徴とするアレイアンテナ装置。
【請求項７】
請求項１または５に記載のアレイアンテナ装置と、
前記アレイアンテナ装置のアンテナ素子配列面の形状変化を検出して前記複数のアンテナ素子それぞれの位置座標を検出する位置座標検出装置と、
前記位置座標検出装置で検出される位置座標を前記走査制御回路部の位置座標記憶部に記憶させ、前記走査制御回路部に前記ビーム方向に関する指示値を与えると共に、前記複数のモジュールで得られた受信信号から目標情報を検出する信号処理装置と
を具備することを特徴とするレーダ装置。
【請求項８】
請求項２または６に記載のアレイアンテナ装置と、
前記アレイアンテナ装置のアンテナ素子配列面の形状変化を検出して前記複数のアンテナ素子それぞれの位置座標を検出する位置座標検出装置と、
前記走査制御回路部に前記ビーム方向に関する指示値を与えると共に、前記複数のモジュールで得られた受信信号から目標情報を検出する信号処理装置と
を具備し、
前記信号処理装置は、前記位置座標検出装置で検出される位置座標から前記アンテナ素子配列面の形状変化に伴う特性変化を補正するための前記複数のアンテナ素子それぞれに対する位相補正量を算出する位相補正量算出部を備え、この位相補正量算出結果を前記走査制御回路部の記憶部に記憶させることを特徴とするレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば飛翔体機体表面のような形状が変形する面に装着されるアレイアンテナ装置と、このアレイアンテナ装置を用いた例えば飛翔体搭載用のレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、航空機搭載用レーダ装置においては、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。一方、この種のレーダ装置にあっては、電子装置に対する制約が厳しく、システムに望まれるアンテナ性能を実現するのに必要なアンテナの開口長を確保することは、甚だ困難な状況である。
【０００３】
このようなことから、アンテナを薄型・フレキシブル化し、機体の表面に装着するといったコンセプトのアレイアンテナ装置が提案されている。例えば、航空機搭載用アンテナ装置のアクティブフェーズドアレイ化においては、例えば特許文献１に示すような空中線の小型化を図る手法などが提案されている。
【０００４】
しかしながら、実際に航空機の機体表面は、その飛行時に変形することが知られている。このような、特殊な搭載環境に対応するため、アンテナをフレキシブル化するといった対応が考えられているが、アンテナをフレキシブル化した場合には、機体の変形に追従してアンテナが変形するといった状況が発生し、これによってアンテナの波面がずれてしまい、アンテナの性能が劣化するといった問題があった。
【特許文献１】特開２００１−１８５９３４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の如く、機体表面等にフレキシブルなアレイアンテナ装置を装着するレーダ装置においては、運用時に装着面変形によってアンテナ性能が劣化するといった問題があった。
【０００６】
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、装着面の変形に対しアンテナ形状が追従し変形する場合において、この形状変形に伴うアンテナ特性の性能劣化を回避することのできるアレイアンテナ装置とレーダ装置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】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明に係るアレイアンテナ装置は、（１）または（２）のような特徴的構成を有する。
【０００８】
（１）形状が変形する面に装着されるアレイアンテナ装置において、アレイ上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対応して設けられ、マイクロ波の受信機能を有し、対応するアンテナ素子の受信信信号の位相を位相制御信号に基づいて可変する複数のモジュールと、前記複数のアンテナによって形成されるビーム方向に関する指示値から、前記複数のモジュールそれぞれに設定する位相制御信号を生成し供給する走査制御回路部とを具備し、前記走査制御回路部は、前記複数のアンテナ素子それぞれの位置座標を記憶する位置座標記憶部を備え、当該記憶部に記憶された位置座標に基づいて前記位相制御信号を生成することを特徴とする。
【０００９】
（２）形状が変形する面に装着されるアレイアンテナ装置において、アレイ上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対応して設けられ、マイクロ波の受信機能を有し、対応するアンテナ素子の受信信号の位相を位相制御信号に基づいて可変する複数のモジュールと、前記複数のアンテナによって形成されるビーム方向に関する指示値から、前記複数のモジュールそれぞれに設定する位相制御信号を生成し供給する走査制御回路部とを具備し、前記走査制御回路部は、前記複数のアンテナ素子それぞれの位置座標の変化に相当する位相補正量を記憶する位相補正量記憶部を備え、当該記憶部に記憶された位相補正量に基づいて前記位相制御信号を補正することを特徴とする。
【００１０】
（３）形状が変形する面に装着されるアレイアンテナ装置において、アレイ上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対応して設けられ、マイクロ波の送信機能を有し、対応するアンテナ素子の送信信号の位相を位相制御信号に基づいて可変する複数のモジュールと、前記複数のアンテナによって形成されるビーム方向に関する指示値から、前記複数のモジュールそれぞれに設定する位相制御信号を生成し供給する走査制御回路部とを具備し、前記走査制御回路部は、前記複数のアンテナ素子それぞれの位置座標を記憶する位置座標記憶部を備え、当該記憶部に記憶された位置座標に基づいて前記位相制御信号を生成することを特徴とする。
【００１１】
（４）形状が変形する面に装着されるアレイアンテナ装置において、アレイ上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対応して設けられ、マイクロ波の送信機能を有し、対応するアンテナ素子の送信信号の位相を位相制御信号に基づいて可変する複数のモジュールと、前記複数のアンテナによって形成されるビーム方向に関する指示値から、前記複数のモジュールそれぞれに設定する位相制御信号を生成し供給する走査制御回路部とを具備し、前記走査制御回路部は、前記複数のアンテナ素子それぞれの位置座標の変化に相当する位相補正量を記憶する位相補正量記憶部を備え、当該記憶部に記憶された位相補正量に基づいて前記位相制御信号を補正することを特徴とする。
【００１２】
（５）形状が変形する面に装着されるアレイアンテナ装置において、アレイ上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対応して設けられ、マイクロ波の送受信機能を有し、対応するアンテナ素子の送受信信号の位相を位相制御信号に基づいて可変する複数のモジュールと、前記複数のアンテナによって形成されるビーム方向に関する指示値から、前記複数のモジュールそれぞれに設定する位相制御信号を生成し供給する走査制御回路部とを具備し、前記走査制御回路部は、前記複数のアンテナ素子それぞれの位置座標を記憶する位置座標記憶部を備え、当該記憶部に記憶された位置座標に基づいて前記位相制御信号を生成することを特徴とする。
【００１３】
（６）形状が変形する面に装着されるアレイアンテナ装置において、アレイ上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対応して設けられ、マイクロ波の送受信機能を有し、対応するアンテナ素子の送受信信号の位相を位相制御信号に基づいて可変する複数のモジュールと、前記複数のアンテナによって形成されるビーム方向に関する指示値から、前記複数のモジュールそれぞれに設定する位相制御信号を生成し供給する走査制御回路部とを具備し、前記走査制御回路部は、前記複数のアンテナ素子それぞれの位置座標の変化に相当する位相補正量を記憶する位相補正量記憶部を備え、当該記憶部に記憶された位相補正量に基づいて前記位相制御信号を補正することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係るレーダ装置は、（７）または（８）のような特徴的構成を有する。
【００１５】
（７）（１）または（５）の構成によるアレイアンテナ装置と、前記アレイアンテナ装置のアンテナ素子配列面の形状変化を検出して前記複数のアンテナ素子それぞれの位置座標を検出する位置座標検出装置と、前記位置座標検出装置で検出される位置座標を前記走査制御回路部の位置座標記憶部に記憶させ、前記走査制御回路部に前記ビーム方向に関する指示値を与えると共に、前記複数のモジュールで得られた受信信号から目標情報を検出する信号処理装置とを具備することを特徴とする。
【００１６】
（４）（２）または（６）の構成によるアレイアンテナ装置と、前記アレイアンテナ装置のアンテナ素子配列面の形状変化を検出して前記複数のアンテナ素子それぞれの位置座標を検出する位置座標検出装置と、前記走査制御回路部に前記ビーム方向に関する指示値を与えると共に、前記複数のモジュールで得られた受信信号から目標情報を検出する信号処理装置とを具備し、前記信号処理装置は、前記位置座標検出装置で検出される位置座標から前記アンテナ素子配列面の形状変化に伴う特性変化を補正するための前記複数のアンテナ素子それぞれに対する位相補正量を算出する位相補正量算出部を備え、この位相補正量算出結果を前記走査制御回路部の記憶部に記憶させることを特徴とする。
【００１７】
要するに、本発明に係る（１），（３），（５）のアレイアンテナ装置では、別途検出されるアンテナ素子配列面の位置座標を走査制御部に記憶させておき、各アンテナ素子の位置座標の変化に相当する位相変化分を求めて各モジュールに対する位相制御信号を生成することで、装着面の変形に伴うアンテナ特性の劣化を補償するようにしている。また、（２），（４），（６）のアレイアンテナ装置では、別途検出されるアンテナ素子配列面の位置座標の変化に相当する位相補正量を走査制御部に記憶させておき、当該位相補正量に基づいて位相制御信号を補正することで、装着面の変形に伴うアンテナ特性の劣化を補償するようにしている。
【００１８】
一方、本発明に係る（７）のレーダ装置では、位置座標検出装置によりアンテナ素子配列面の形状変化を検出して前記複数のアンテナ素子それぞれの位置座標を求めて（１）または（５）のアレイアンテナ装置の走査制御回路部に記憶させておくことで、走査制御時に与える位相制御信号に形状変化に伴う位相変化の補正分を含めるようにしている。また、（８）のレーダ装置では、位置座標検出装置によりアンテナ素子配列面の形状変化を検出して前記複数のアンテナ素子それぞれの位置座標を求め、信号処理装置で各素子の位置座標から素子配列面の形状変化に伴う特性変化を補正するための素子それぞれに対する位相補正量を算出し、この位相補正量算出結果を（２），（６）のアレイアンテナ装置の走査制御回路部の記憶部に記憶させておくことで、走査制御時に与える位相制御信号に、形状変化に伴う位相変化の補正分を含めるようにしている。
【００１９】
このような手段を講じることにより、例えば飛翔体の機体表面にアレイアンテナ装置が装着されるレーダ装置は、アンテナ装着面が変形してアンテナ素子位置が変化した場合でも、アンテナ性能劣化の補正を信号処理装置側から行えるようになり、アンテナ装着面の変形に影響されず、安定したアンテナ性能を実現することが可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、装着面の変形に対しアンテナ形状が追従し変形する場合において、この形状変形に伴うアンテナ特性の性能劣化を回避することのできるアレイアンテナ装置とレーダ装置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】
【００２１】
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。
【００２２】
図１は本発明に係る飛翔体搭載用レーダ装置の一実施形態を示すブロック図であり、１はアレイアンテナ装置、２はレーダ信号処理部、３はアンテナ電源、４は素子座標計測装置を示している。
【００２３】
アレイアンテナ装置１において、アンテナ素子１１１〜１１ｎはそれぞれフレキシブル基板（図示せず）にアレイ状に配列される。そのフレキシブル基板には各アンテナ素子１１１〜１１ｎに対応して設けられ、それぞれマイクロ波の送受信及びその位相制御を行う送受信モジュール１２１〜１２ｎと、各送受信モジュール１２１〜１２ｎに送信パルスのマイクロ波を給電すると共に、電源及び制御信号を分配供給するマイクロ波給電回路／電源・制御信号分配供給回路（以下、給電分配回路）１３が形成される。この給電分配回路１３には、走査制御器１４及び電源回路１５が接続される。
【００２４】
上記走査制御器１４は、後述のレーダ信号処理装置２１から与えられる電波照射方向に関する指示値から、送受信モジュール１２１〜１２ｎそれぞれに設定する位相制御信号を生成し供給するものであるが、この制御器１４はさらに上記アンテナ素子１１１〜１１ｎの位置座標を記憶する素子座標記憶回路１４１を備え、この記憶回路１４１に記憶される素子座標に基づいて位相制御信号を生成する。
【００２５】
上記電源回路１５は、アンテナ電源３からの電源供給を受けて給電分配回路１３及び走査制御器１４に駆動電源を供給する。
【００２６】
上記構成によるアレイアンテナ装置１は、パネル状に組み立てられ、航空機の胴体、翼等の曲面に取り付けられる。
【００２７】
上記アレイアンテナ装置１に対し、上記レーダ信号処理装置２は、励振受信部２１において、素子座標計測装置４で計測される素子座標を走査制御器１４に送って記憶回路１４１に記憶させ、走査制御器１４に電波照射方向に関する指示値を与えると共に、レーダ信号処理部２２において、送受信モジュール１２１〜１２ｎで得られた受信信号から目標情報を検出する。
【００２８】
上記素子座標計測装置４は、例えば個々のアンテナ素子の固定部に設けられたセンサによってアンテナ素子配列面の形状変化を検出し、その形状変化から個々の素子の位置座標を求める。
【００２９】
すなわち、上記構成によるレーダ装置では、アンテナ素子配列面の形状変化した状態での各アンテナ素子１１１〜１１ｎの位置座標を走査制御器１４の記憶回路１４１に記憶させ、位相制御信号に形状変化分に対する位相補正分を含まれることにより、形状変化によるアンテナ特性の劣化を防止するようにしている。
【００３０】
ここで、図２及び図３を参照して上記形状変化による位相補正とアンテナ特性について説明する。
【００３１】
図２はアンテナ素子がＸ軸上に間隔ｄで配列され、各アンテナ素子に対する移相量φ(i) を制御することで、ビーム指向方向をＸ軸に直交するＺ軸からビーム指向角θだけ振った場合を示している。この時の各素子のＸ座標はＸi と表現する。
【００３２】
図２に示す一次元のアレイアンテナの場合、ビーム指向角θに対する各素子の移相量φ(i) は次式で表すことができる。  
φ(i) ＝ｋ・Ｘ(i) ・sinθ  
但し、  
ｋ＝２πｆ／Ｖc （ｆ：周波数、Ｖc：光速）  
である。
【００３３】
このうち、Ｘ(i) は一般的には素子間隔ｄと素子番号ｎ(i) を用いて置き換えることで、上記の式は以下の通りとなる。  
φ(i) ＝ｋ・ｄ・ｎ(i) ・sinθ  
この式を見ると分かるように、一定の素子間隔で配列され、素子座標が固定のアレイアンテナの場合、各素子の移相量φは容易に求めることができる。
【００３４】
次に、図２に示した座標系に対し、素子配列面が図３に示すようにＺ方向に変形した場合、ビーム指向角θに対する各素子の移相量φ’(i)は次式に示すようになり、単純な一次元アレイアンテナの場合とは異なる。  
φ(i) ＝ｋ・Ｘ’(i)・sinθ＋ｋ・Ｚ’(i)・cosθ
いま、Ｘ’(i)を変形前の座標Ｘ(i) と変形によって生じたＸ方向の変位量α(i) で表すと、上式は以下の通り変形される。  
φ(i) ＝ｋ・sinθ・（Ｘ’(i)＋α(i) ）＋ｋ・Ｚ(i) ・cosθ  
＝ｋ・Ｘ(i) ・sinθ・＋ｋ・sinθ・α(i)＋ｋ・Ｚ(i) ・cosθ  
この式は、右辺第１項に示す単純な一次元アレイアンテナの場合の式で求まる値と、第２項及び第３項で示す変形によって生じた変位量から求まる値との合算によって移相量φ(i) が求まることを意味している。
【００３５】
以上のことから明らかなように、各アンテナ素子１１１〜１１ｎの配列面変形後の位置座標を計測し、その位置座標に基づいて走査制御信号を生成することで、機体表面の変形に伴うアンテナ特性を補正することが可能となる。
【００３６】
図４は本発明に係る飛翔体搭載用レーダ装置の他の実施形態を示すブロック図である。尚、図４において、図１と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは異なる部分について説明する。
【００３７】
本実施形態では、アレイアンテナ装置１において、走査制御器１４には送受信モジュール１２１〜１２ｎそれぞれに対する位相補正量を記憶する記憶回路１４２を備えるものとする。また、レーダ信号処理装置２のレーダ信号処理部２２において、素子座標計測装置４の計測結果から素子の配列面変形後の各モジュール１２１〜１２ｎそれぞれに対する位相補正量を算出する算出回路２２１を備えるものとする。
【００３８】
すなわち、上記構成によるレーダ装置では、レーダ信号処理装置２側で各アンテナ素子１１１〜１１ｎの配列面変形後の位置座標計測結果から各素子１１１から１１ｎが受ける位相変化量を求め、その補正量を演算してアレイアンテナ装置２の走査制御器１４に記憶させるようにし、走査制御器１４側では電波照射方向に関する指示値から位相制御信号を生成する際に、記憶している位相補正量を加算処理するだけでアンテナ特性を改善することが可能となる。この結果、アレイアンテナ装置２側の計算量が減り、その負荷を軽減することが可能となる。
【００３９】
なお、本発明は、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。例えば、本発明のレーダ装置は、航空機等の飛翔体搭載のものに限らず、例えば車載レーダ装置にも適用可能である。さらに、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。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る飛翔体搭載用レーダ装置の一実施形態を示すブロック図。
【図２】本発明が適用されるアレイアンテナ装置の指向制御原理について説明するための図。
【図３】図２に示すアレイアンテナ構成において、座標系が変形した場合の様子を示す図。
【図４】本発明に係る飛翔体搭載用レーダ装置の他の実施形態を示すブロック図。
【符号の説明】
【００４１】
１…アレイアンテナ装置、１１１〜１１ｎ…アンテナ素子、１２１〜１２ｎ…送受信モジュール、１３…マイクロ波給電回路／電源・制御信号分配供給回路（給電分配回路）、１４…走査制御器、１４１…素子座標記憶回路、１４２…モジュール位相補正量記憶回路、１５…電源回路、２…レーダ信号処理装置、２１…励振受信部、２２…レーダ信号処理部、２２１…モジュール位相補正量算出回路、３…アンテナ電源、４…素子座標計測装置。
【図１】
2009225029.tif 000003
【図２】
2009225029.tif 000004
【図３】
2009225029.tif 000005
【図４】
2009225029.tif 000006