(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の素子アンテナからなるアレーアンテナと、
前記アレーアンテナ設置面上にあって、前記アレーアンテナの端部から距離ｄの点から伸張する板状のフェンスと
からなるアンテナ装置において、
前記アレーアンテナのアレービーム走査角度範囲Ａ，広角サイドローブ抑圧範囲Ｂ，前記広角サイドローブ抑圧範囲Ｂにおける許容サイドローブレベルＣ，前記フェンス存在によるアレーアンテナ主ビーム利得低下許容量Ｄを設定するステップと、
前記アレーアンテナの端部から距離ｄをパラメータとし、当該パラメータの初期値ｄ＝０を設定するステップと、
前記アレーアンテナの主ビームがボアサイト方向を含む特定の角度範囲Ａで走査され、かつ、前記フェンスの設置による前記アレーアンテナの主ビーム利得低下量が前記主ビーム利得低下許容量Ｄ以内であるという条件のもと、前記角度範囲Ａに含まれない特定の広角サイドローブ抑圧範囲Ｂにおける前記アレーアンテナのサイドローブレベルの最悪値がほぼ最小となるように、前記フェンスの前記アレーアンテナ設置面からの長さ、および、フェンスのアレーアンテナ設置面に対する配置角を選ぶ最適化ステップと、
最適化後の広角サイドローブ抑圧範囲Ｂにおける最大サイドローブレベルＥを求めるステップと、
求められた前記最大サイドローブレベルＥが前記許容サイドローブレベルＣ以内にあるか否かを判定するステップと、
前記最大サイドローブレベルＥが前記許容サイドローブレベルＣ以内であれば、最適化を終了するステップと、
前記最大サイドローブレベルＥが前記許容サイドローブレベルＣ以内になければ、前記パラメータｄを増加させて、前記最大サイドローブレベルＥが前記許容サイドローブレベルＣ以内になるまで前記最適化ステップを繰り返すようリターンさせるステップと
を備えたことを特徴とするアンテナ装置の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーダ等の目的に供されるアンテナ装置の設計方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、特開２０００−２５８５２６号公報に開示されたものと同様な従来のアンテナ装置を示す図である。図４において、１は素子アンテナ、２はアレーアンテナ、３はアレーアンテナ設置面、４はフェンス、５は観測方向、７はフェンス上端部である。
【０００３】
次に動作について説明する。フェンス４は、アレーアンテナ２のサイドローブを散乱・回折させる効果があるが、幾何光学的回折理論によれば、一般的に散乱・回折波は散乱体の回折点における入射波の強度に比例することが知られている。図４においては、フェンス４への入射波はアレーアンテナ２のサイドローブ、フェンス４の回折点はフェンス上端部７となる。
【０００４】
図４に示す従来例では、指向性合成により上端部７の近傍へアレーアンテナ２の低サイドローブを形成し、フェンス４からの散乱・回折波を低減している。フェンス４に隠れた広角領域にはアレーアンテナ２からの直接波が存在せず、かつ、フェンス４からの散乱・回折波も小さくなるので、結果としてアレーアンテナ２の広角サイドローブが低減される。
【０００５】
従来のアンテナ装置は以上のように構成され、与えられた形状のフェンス４に対して、アレーアンテナ指向性合成を用いて広角サイドローブを低減するものであった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のアンテナ装置は、広角サイドローブ低減という目的に関して必ずしも最適とは言えない形状のフェンスを採用しており、アレーアンテナ指向性合成等の手段を用いなければ所望の低サイドローブレベルが得られないという問題点があった。
【０００７】
この発明は前記のような課題を解決するためになされたもので、アレーアンテナの主ビーム走査範囲、および、フェンスの設置によるアレーアンテナの主ビーム利得許容低下量が与えられる条件のもと、所望の広角角度範囲で最適の低サイドローブ特性を有するアンテナ装置の設計方法を得ることを目的とするものである。
【０００８】
また、所望の広角角度範囲において所望値以内の低サイドローブ特性が満たされ、アレーアンテナから最小の距離にフェンスを有するアンテナ装置の設計方法を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るアンテナ装置の設計方法は、複数の素子アンテナからなるアレーアンテナと、前記アレーアンテナ設置面上にあって、前記アレーアンテナの端部から距離ｄの点から伸張する板状のフェンスからなるアンテナ装置において、前記アレーアンテナのアレービーム走査角度範囲Ａ，広角サイドローブ抑圧範囲Ｂ，前記広角サイドローブ抑圧範囲Ｂにおける許容サイドローブレベルＣ，前記フェンス存在によるアレーアンテナ主ビーム利得低下許容量Ｄを設定するステップと、前記アレーアンテナの端部から距離ｄをパラメータとし、当該パラメータの初期値ｄ＝０を設定するステップと、前記アレーアンテナの主ビームがボアサイト方向を含む特定の角度範囲Ａで走査され、かつ、前記フェンスの設置による前記アレーアンテナの主ビーム利得低下量が前記主ビーム利得低下許容量Ｄ以内であるという条件のもと、前記角度範囲Ａに含まれない特定の広角サイドローブ抑圧範囲Ｂにおける前記アレーアンテナのサイドローブレベルの最悪値がほぼ最小となるように、前記フェンスの前記アレーアンテナ設置面からの長さ、および、フェンスのアレーアンテナ設置面に対する配置角を選ぶ最適化ステップと、最適化後の広角サイドローブ抑圧範囲Ｂにおける最大サイドローブレベルＥを求めるステップと、求められた前記最大サイドローブレベルＥが前記許容サイドローブレベルＣ以内にあるか否かを判定するステップと、前記最大サイドローブレベルＥが前記許容サイドローブレベルＣ以内であれば、最適化を終了するステップと、前記最大サイドローブレベルＥが前記許容サイドローブレベルＣ以内になければ、前記パラメータｄを増加させて、前記最大サイドローブレベルＥが前記許容サイドローブレベルＣ以内になるまで前記最適化ステップを繰り返すようリターンさせるステップとを備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１を示すアンテナ装置の構成図である。図１において、１は素子アンテナ、２はアレーアンテナ、３はアレーアンテナ設置面、４はフェンス、５は観測方向を示し、アレーアンテナ２は、複数の素子アンテナ１から構成され、観測方向５はアレーアンテナ２の放射特性の観測方向を示す。
【００１２】
図１に示すように、フェンス４は、アレーアンテナ２の端部から距離ｄだけ離間した点に形成され、フェンス４の長さをＴ，アレーアンテナ設置面３とのなす角度をαとする。また、アレーアンテナ２の主ビームは、ボアサイト方向を含む特定の角度範囲Ａで走査され、角度範囲Ａに含まれない特定の広角角度範囲Ｂにおいて、アレーアンテナ２のサイドローブレベルを低減する必要があるとする。
【００１３】
次に動作について説明する。距離ｄはあらかじめ固定されているとし、フェンス４の長さＴおよび角度αをパラメータとする。長さＴと角度αを与え、アレーアンテナ２の主ビームを走査範囲Ａにおいて連続的に走査し、各々の走査方向における広角角度範囲Ｂ内の遠方界をフェンス４の存在下で求めれば、広角角度範囲Ｂ内のサイドローブ最悪値が一意に決定される。広角角度範囲Ｂ内の遠方界はたとえば幾何光学的回折理論を用いた電磁界解析、もしくは実測により求められる。
【００１４】
フェンス４は、アレーアンテナ２の放射パターンに散乱・回折波を与えるので、フェンス４の存在下ではアレーアンテナ２の主ビーム方向利得は変化する。これより、任意にパラメータＴおよびαを与えるとアレーアンテナ２の利得が低下する可能性がある。よって、Ｔおよびαには、アレーアンテナ２の利得低下量が許容値以内であること、という条件を設ける。αの範囲は０度から９０度近傍と元々制限されているが、前記制限はＴの範囲をも制限する。Ｔを長くしていくとフェンス４から反射波存在角度範囲が増して行き、アレーアンテナ２の主ビーム方向にリップルを与えるようになり、リップルの谷においてアレーアンテナ利得は低下する。すなわち、前記アレーアンテナ２の利得低下量が許容値以内（これは零とするのが理想であるが、微小とする）であるという条件下で、Ｔの範囲は制限される。
【００１５】
以上の条件のもと、フェンス４の長さＴおよび角度αをパラメータとし、各々の場合において前記のように広角角度範囲Ｂ内のサイドローブ最悪値が決定される。求めた各々の最悪値を最小とするＴおよびαを有するフェンス４の形状が、フェンス４の最適値であり、これは一意に決定される。
【００１６】
図２は、前記方法で図１のフェンス４の形状を最適化した一例を示す図である。図２において、６は広角サイドローブ抑圧範囲である。図２中、（ａ）はフェンス４が存在しない場合で、アレーアンテナ２の主ビームを正面方向に選んだ場合、（ｂ）は（ａ）においてフェンス４を装荷した場合、（ｃ）はフェンス４が存在しない場合にアレーアンテナ２のビームを走査した場合、（ｄ）は（ｃ）においてフェンス４を装荷した場合のアンテナ装置の放射特性である。本実施の形態１においては、アレーアンテナ２を一様励振分布としており指向性合成に特に工夫は行っていないが、広角サイドローブ抑圧範囲６における広角サイドローブレベルが抑圧されており、この発明の有効性が証明されている。
【００１７】
なお、この発明において、フェンス４は、金属、金網、高誘電率誘電体、およびそれらの複合材料等、電磁波を遮蔽・散乱・回折させる効果がある任意の材料を用いて良い。
【００１８】
さらに、アレーアンテナ２に対して任意の指向性合成アルゴリズムを採用してもこの発明は適用可能である。
【００１９】
以上により、この実施の形態１によれば、主ビーム利得低下が許容範囲であるという条件のもと、所望の広角角度範囲で最適の低サイドローブ特性を有するアンテナ装置を得ることができるという効果がある。
【００２０】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２に係るアンテナ装置を説明するための図であり、図３の方法によりフェンスの形状が決定される。アンテナ装置の構成は、図１と同じとする。
【００２１】
続いて動作について図３に示すアルゴリズムに従って説明する。実施の形態１と同様に、図１におけるアレーアンテナ２のアレービーム走査角度範囲Ａ，広角サイドローブ抑圧範囲Ｂ，フェンス４存在によるアレーアンテナ主ビーム利得低下許容量Ｄを設定し、さらに、追加の条件としてＢにおける許容サイドローブレベルＣを設定する（ステップＳ３０１）。実施の形態１においては、実現可能な最小広角サイドローブレベルを有するフェンス４の形状が与えられたｄのもと決定されるが、本実施の形態２では、さらにｄをパラメータとして、Ｃを実現する最小のｄを有するフェンス４の形状を決定する。
【００２２】
次に、最小のｄを求めるため、まず、ｄ＝０とする（ステップＳ３０２）。ここで、実施の形態１の方法に基づいてフェンス形状を最適化し、最適化後のＢにおける最大サイドローブレベルＥ（最適化された後の最悪値）を求める（ステップＳ３０３）。仮にそれが許容値以内（Ｅ≦Ｃ）ならば、ｄ＝０、すなわちｄが最小である条件のもと解があり、最適化は終了する（ステップＳ３０４，Ｓ３０５）。Ｅ≧Ｃならば、ｄを増加させ、Ｔおよびαの最適化をＥ≦Ｃが満たされるｄまで繰り返す（ステップＳ３０６→Ｓ３０３）。
【００２３】
広角サイドローブ抑圧範囲Ｂにおいてアレーアンテナからの直接波がフェンス４で遮断されるというＴおよびαの条件のもと、ｄを非常に大きく取りフェンス４の外側からアンテナ装置を観測した場合、広角サイドローブ抑圧範囲Ｂにおけるサイドローブレベルはいくらでも小さくなるので、本アルゴリズムは必ず解を有する。さらに、ｄ、Ｔ、αが一意に決定されることも明らかである。
【００２４】
以上により、この実施の形態２によれば、主ビーム利得低下が許容範囲であるという条件のもと、所望の広角角度範囲において所望値以内の低サイドローブ特性が満たされ、最小の設置面積を有するアンテナ装置が得られるという効果がある。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、複数の素子アンテナからなるアレーアンテナと、前記アレーアンテナ設置面上にあって、前記アレーアンテナの端部から距離ｄの点から伸張する板状のフェンスからなるアンテナ装置において、前記アレーアンテナの主ビームがボアサイト方向を含む特定の角度範囲Ａで走査され、かつ、前記フェンスの設置による前記アレーアンテナの主ビーム利得低下量が許容値以内であるという条件のもと、前記角度範囲Ａに含まれない特定の広角角度範囲Ｂにおける前記アレーアンテナのサイドローブレベルの最悪値がほぼ最小となるように、前記フェンスの前記アレーアンテナ設置面からの長さ、および、フェンスのアレーアンテナ設置面に対する配置角を選ぶことにより、アレーアンテナの主ビーム走査範囲、および、フェンスの設置によるアレーアンテナの主ビーム利得許容低下量が与えられる条件のもと、所望の広角角度範囲で最適の低サイドローブ特性を有するアンテナ装置を得ることができる。
【００２６】
また、前記広角角度範囲Ｂにおけるアレーアンテナサイドローブレベルの最悪値が所望値以内であるという条件のもと、前記フェンスのアレーアンテナ端部からの距離ｄをほぼ最小に選ぶことにより、所望の広角角度範囲において所望値以内の低サイドローブ特性が満たされ、アレーアンテナから最小の距離に設置されるフェンスを有するアンテナ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の構成を示す説明図である。
【図２】  この発明の実施の形態１を示すアンテナ装置の放射特性の一例を示す図である。
【図３】  この発明の実施の形態２に係るアンテナ装置におけるパラメータ決定法を示す図である。
【図４】  従来例のアンテナ装置を示す図である。
【符号の説明】
１  素子アンテナ、２  アレーアンテナ、３  アレーアンテナ設置面、４  フェンス、５  観測方向である、６  広角サイドローブ抑圧範囲、７  フェンス上端部。
【図１】
0003742333.tif 000002
【図２】
0003742333.tif 000003
【図３】
0003742333.tif 000004
【図４】
0003742333.tif 000005