(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
最大外形素子寸法Ｄを有する複数個の素子アンテナをＭ周の平面同心円周上に配列した同心円配列アレーアンテナにおいて、１周目の同心円周上に等間隔で配列する素子アンテナ数をｎ１個とし、ｍ周目（ｍ＝１，２・・・Ｍ）の同心円半径ｒｍを上記最大外形素子寸法Ｄ以上のＤ２を用いて次式
【数１】
0003770150.tif 000004
にて算出し、上記算出した２周目以降の同心円周上に次式
【数２】
0003770150.tif 000005
を満たす最大整数ｎｍ個の素子アンテナを等間隔に配列したことを特徴とするアレーアンテナ。
【請求項２】
最大外形素子寸法Ｄを有する複数個の素子アンテナをＭ周の平面同心円周上に配列した同心円配列アレーアンテナにおいて、１周目の同心円周上に等間隔で配列する素子アンテナ数を奇数ｎ１個とし、ｍ周目（ｍ＝１，２・・・Ｍ）の同心円半径ｒｍを上記最大外形素子寸法Ｄ以上のＤ２を用いて次式
【数３】
0003770150.tif 000006
にて算出し、上記算出した２周目以降の同心円周上に次式
【数４】
0003770150.tif 000007
を満たす最大奇数ｎｍ個の素子アンテナを等間隔に配列したことを特徴とするアレーアンテナ。
【請求項３】
最大外形素子寸法Ｄを有する複数個の素子アンテナをＭ周の平面同心円周上の座標を算出し上記座標を任意な曲面上に投影した同心円配列アレーアンテナにおいて、１周目の同心円周上に等間隔で配列する素子アンテナ数を奇数ｎ１個とし、ｍ周目（ｍ＝１，２・・・Ｍ）の同心円半径ｒｍを上記最大外形素子寸法Ｄ以上のＤ２を用いて次式
【数５】
0003770150.tif 000008
にて算出し、上記算出した２周目以降の同心円周上に次式
【数６】
0003770150.tif 000009
を満たす最大奇数ｎｍ個の素子アンテナを等間隔に配列する同心円周上の素子アンテナ座標を算出し、上記算出した素子アンテナ座標を任意な曲面上に投影した座標に素子アンテナを配列したことを特徴とするアレーアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーダや通信に用いられる複数の素子アンテナを配列して形成されるアレーアンテナの分野において、同心円周上に配列したアレーアンテナの広帯域化及び放射特性の改善に有効なアレーアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来のＭ周同心円配列アレーアンテナにおける素子配列図である。１は素子アンテナ、２は１周目の同心円、３は２周目の同心円、４は３周目の同心円、５はｍ周目の同心円、６は１周目の同心円半径ｒ１、７は２周目の同心円半径ｒ２、８は３周目の同心円半径ｒ３、９はｍ周目の同心円半径ｒｍである。
【０００３】
次に動作について説明する。従来のアレーアンテナは、１周目の同心円２の円周上にｎ１個の素子アンテナ１を配列し、２周目の同心円３の円周上に（２×ｎ１）個の素子アンテナ１を配列し、以後ｍ周目の同心円５の円周上に（ｍ×ｎ１）個の素子アンテナ１を配列したものである。この際の１周目の同心円半径６をｒ１とした場合、２周目の同心円半径ｒ２を（２×ｒ１）とし、３周目の同心円半径ｒ３を（３×ｒ１）とし、ｍ周目の同心円半径を（ｍ×ｒｍ）としたものである。
【０００４】
この様に配列された素子アンテナ1により構成されるアレーアンテナにおいて、所望角度方向に等位相波面を形成し、サイドローブレベルを抑圧する励振振幅位相を各素子アンテナ１に設定した場合、所望角度方向に主ビームを持ちサイドローブレベルを抑圧した放射特性を得る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＭ周同心円アレーアンテナでは、ｍ周目の同心円半径ｒｍを１周目の同心円半径のｍ倍とし素子アンテナを配列していたため、所望の角度方向に主ビームを向けるために各素子アンテナ1に供相条件となる位相を設定した場合、同心円間隔の周期性、および素子アンテナ１の周期性配列によりサイドローブの上昇による放射特性の劣化が発生する。特に、同心円間隔が広く、正面から離れた角度に主ビームを向けた場合において、所望の周波数帯においてサイドローブが所望のレベルに抑圧されないという問題点があった。また、広帯域な素子アンテナを用いた場合においては、高い周波数帯での同心円間隔が波長比で広くなるため、素子間隔や同心円間隔の周期性によりサイドローブの上昇を招き放射特性が劣化する。そのため広帯域に渡った低サイドローブ特性を得られないという問題点もあった。
【０００６】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたものであり、同心円半径間隔を素子アンテナ直径と相関のある一定間隔としながら、素子間隔や素子配列の周期性を低下させるようなＭ周の同心円配列アレーアンテナを構成することにより広帯域な周波数に渡って所望のサイドローブ特性を有する放射特性を得ることを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明によるアレーアンテナは、最大外形素子寸法Ｄを有する複数個の素子アンテナをＭ周の平面同心円周上に配列した同心円配列アレーアンテナにおいて、１周目の同心円周上に等間隔で配列する素子アンテナ数をｎ１個とし、ｍ周目（ｍ＝１，２，・・・Ｍ）の同心円半径ｒｍを上記最大外形素子寸法Ｄ以上のＤ２を用いて実施の形態１で示される”数７”にて算出し、上記算出した２周目以降の同心円周上に同実施の形態１で示される”数８”を満たす最大整数ｎｍ個の素子アンテナを等間隔に配列したものである。
【０００８】
第２の発明によるアレーアンテナは、最大外形素子寸法Ｄを有する複数個の素子アンテナをＭ周の平面同心円周上に配列した同心円配列アレーアンテナにおいて、１周目の同心円周上に等間隔で配列する素子アンテナ数を奇数ｎ１個とし、ｍ周目（ｍ＝１，２，・・・Ｍ）の同心円半径ｒｍを上記最大外形素子寸法Ｄ以上のＤ２を用いて”数７”にて算出し、上記算出した２周目以降の同心円周上に”数８”を満たす最大奇数ｎｍ個の素子アンテナを等間隔に配列したものである。
【０００９】
第３の発明によるアレーアンテナは、最大外形素子寸法Ｄを有する複数個の素子アンテナをＭ周の平面同心円周上の座標を算出し、上記座標を任意な曲面上に投影した同心円配列アレーアンテナにおいて、１周目の同心円周上に等間隔で配列する素子アンテナ数を奇数ｎ１個とし、ｍ周目（ｍ＝１，２，・・・Ｍ）の同心円半径ｒｍを上記最大外形素子寸法Ｄ以上のＤ２を用いて”数７”にて算出し、上記算出した２周目以降の同心円周上に”数８”を満たす最大奇数ｎｍ個の素子アンテナを等間隔に配列する同心円周上の素子アンテナ座標を算出し、上記算出した素子アンテナ座標を任意な曲面上に投影した座標に素子アンテナを配列したものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は実施の形態１を示すアレーアンテナの素子配列図であり、１，２，３，４，５，６，７，８，９は従来のアレーアンテナと同一のものである。
【００１１】
次に作用について説明する。１周目の同心円周上に等間隔で配列する最大外形素子寸法Ｄの素子アンテナ数をｎ１個とする。上記最大外形素子寸法Ｄ以上のＤ２を用いてｍ周目（ｍ＝１，２，・・・Ｍ）の同心円半径ｒｍを“数７”により算出し、上記算出された２周目からＭ周目までの同心円半径ｒｍの円周上に“数８”を満たす最大整数ｎｍ個の最大外形素子寸法Ｄを有する素子アンテナ１を等間隔に配列する。
【００１２】
【数７】
0003770150.tif 000002
【００１３】
【数８】
0003770150.tif 000003
【００１４】
この配列された複数個の素子アンテナ１は、所望の角度方向に主ビームを形成し、かつテーラー分布等の低サイドローブビームを形成する励振振幅位相を与えられる。上記励振振幅位相により励振された複数個の素子アンテナ１の合成放射特性は所望の角度方向に主ビームが向き、低サイドローブ特性を有する放射特性となる。
【００１５】
上記低サイドローブビームを形成する励振振幅は密度分布、振幅分布、振幅密度分布のいずれにおいても同様の効果があり、アレーアンテナの放射特性は低サイドローブ特性を有する。
【００１６】
広帯域な素子アンテナを配列した場合においても、同心円間隔を決定するＤ２を最大外形素子寸法Ｄに近づけることによって同心円中心部分から素子アンテナが密に配列されることにより、高い周波数帯においてもサイドローブの上昇を防ぎ、広帯域に渡って低サイドローブ特性を有する放射パターンを形成する。
【００１７】
また、最大外形素子寸法Ｄ以上に設定するＤ２を適宜設定することにより、素子アンテナの外形寸法ばらつき、素子アンテナに接続される給電回路の寸法等を考慮し、素子アンテナの配列を決定することが可能である。
【００１８】
実施の形態２．
図２は実施の形態２を示すアレーアンテナの素子配列図であり、最大外形素子寸法Ｄを有する複数個の素子アンテナをＭ周の平面同心円周上に配列した同心円配列アレーアンテナにおいて、１周目の同心円周上に等間隔で配列する素子アンテナ数を奇数ｎ１個とし、ｍ周目（ｍ＝１，２，・・・Ｍ）の同心円半径ｒｍを上記最大外形素子寸法Ｄ以上のＤ２を用いて上記”数７”にて算出し、上記算出した２周目以降の同心円周上に上記”数８”を満たす最大奇数ｎｍ個の素子アンテナを等間隔に配列した場合について説明する。
【００１９】
この配列において、複数個の素子アンテナ１は所望の角度方向に主ビームを形成し、かつテーラー分布等の低サイドローブビームを形成する励振振幅位相を与えられる。上記励振振幅位相により励振された複数個の素子アンテナ１の合成放射特性は所望の角度方向に主ビームが向き、低サイドローブ特性を有する放射特性となる。また、同心円周上の素子アンテナ数を奇数個にすることにより同心円中心を通るカット面での素子配列のランダム性が増しサイドローブ上昇の抑圧と、コニカルビーム走査時における均一なサイドローブレベルビームを形成することができる。
【００２０】
上記低サイドローブビームを形成する励振振幅は密度分布、振幅分布、振幅密度分布のいずれにおいても同様の効果があり、アレーアンテナの放射特性は低サイドローブ特性を有する。
【００２１】
広帯域な素子アンテナを配列した場合においても、同心円間隔を決定するＤ２を最大外形素子寸法Ｄに近づけることによって同心円中心部分から素子アンテナが密に配列されることにより、高い周波数帯においてもサイドローブの上昇を防ぎ、広帯域に渡って低サイドローブ特性を有する放射パターンを形成する。
【００２２】
また、最大外形素子寸法Ｄ以上に設定するＤ２を適宜設定することにより、素子アンテナの外形寸法ばらつき、素子アンテナに接続される給電回路の寸法等を考慮し、素子アンテナの配列を決定することが可能である。
【００２３】
実施の形態３．
図３は実施の形態３を示すアレーアンテナの素子配列図であり、最大外形素子寸法Ｄを有する複数個の素子アンテナをＭ周の平面同心円周上の座標を算出し、上記算出した座標を任意の曲面上に投影した同心円配列アレーアンテナにおいて、１周目の同心円周上に等間隔で配列する素子アンテナ数を奇数ｎ１個とし、ｍ周目（ｍ＝１，２，・・・Ｍ）の同心円半径ｒｍを上記最大外形素子寸法Ｄ以上のＤ２を用いて上記”数７”にて算出し、上記算出した２周目以降の同心円周上に上記”数８”を満たす最大奇数ｎｍ個の素子アンテナを等間隔に配列する平面同心円周上の素子アンテナ座標を算出し、上記算出した素子アンテナ座標を任意の曲面上に投影した座標に素子アンテナを配列した場合について説明する。
【００２４】
この配列において、任意の曲面上に配列された複数個の素子アンテナ１は所望の角度方向に主ビームを形成し、かつテーラー分布等の低サイドローブビームを形成する励振振幅位相を与えられる。上記励振振幅位相により励振された複数個の素子アンテナ１の合成放射特性は所望の角度方向に主ビームが向き、低サイドローブ特性を有する放射特性となる。また、同心円周上の素子アンテナ数を奇数個にすることにより同心円中心を通るカット面での素子配列のランダム性が増しサイドローブ上昇の抑圧と、コニカルビーム走査時における均一なサイドローブレベルビームを形成することができる。
【００２５】
上記低サイドローブビームを形成する励振振幅は密度分布、振幅分布、振幅密度分布のいずれにおいても同様の効果があり、任意曲面上に形成されたアレーアンテナの放射特性は広帯域に渡って低サイドローブ特性を有する。
【００２６】
広帯域な素子アンテナを配列した場合においても、同心円間隔を決定するＤ２を最大外形素子寸法Ｄに近づけることによって同心円中心部分から素子アンテナが密に配列されることにより、高い周波数帯においてもサイドローブの上昇を防ぎ、広帯域に渡って低サイドローブ特性を有する放射パターンを形成する。
【００２７】
また、最大外形素子寸法Ｄ以上に設定するＤ２を適宜設定することにより、素子アンテナの外形寸法ばらつき、素子アンテナに接続される給電回路の寸法等を考慮し、素子アンテナの配列を決定することが可能である。
【００２８】
【発明の効果】
第１の発明によれば、広帯域に渡って高レベルのサイドローブの発生を抑圧する効果が得られる。また、素子アンテナの外形寸法のばらつき、素子アンテナに接続される給電回路の寸法等を考慮した設計を行なえる効果も得られる。
【００２９】
また、第２の発明によれば、広帯域に渡って高レベルのサイドローブの発生を抑圧する効果が得られる。また、カット面に依存しないビーム走査低サイドローブビームを形成する効果も得られる。また、素子アンテナの外形寸法のばらつき、素子アンテナに接続される給電回路の寸法等を考慮した設計を行なえる効果も得られる。
【００３０】
第３の発明によれば、広帯域に渡って高レベルのサイドローブの発生を抑圧する効果が得られる。また、航空機等の機体表面のような任意形状のアレーアンテナを構成する効果も得られる。また、カット面に依存しないビーム走査低サイドローブビームを形成する効果も得られる。また、素子アンテナの外形寸法のばらつき、素子アンテナに接続される給電回路の寸法等を考慮した設計を行なえる効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１を示すアレーアンテナの素子配列図である。
【図２】  この発明の実施の形態２を示すアレーアンテナの素子配列図である。
【図３】  この発明の実施の形態３を示すアレーアンテナの素子配列図である。
【図４】  従来のアレーアンテナの素子配列図である。
【符号の説明】
１  素子アンテナ、２  １周目の同心円、３  ２周目の同心円、４  ３周目の同心円、５  ｍ周目の同心円、６  １周目の同心円半径、７  ２周目の同心円半径、８  ３周目の同心円半径、９  ｍ周目の同心円半径、１０  任意曲面。
【図１】
0003770150.tif 000010
【図２】
0003770150.tif 000011
【図３】
0003770150.tif 000012
【図４】
0003770150.tif 000013