JPH02166901A - アンテナ・システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は複数個の素子アンテナと各素子アンテナに接
続された移相器によってビームを走査して電波の到来方
向を検出するアンテナ・システムに関するものである。

（従来の技術〕 第３図は例えば文献［アンテナ工学ハンドブック（オー
ム社）ＰＰ１８５〜１８７」に示された従来のモノパル
スアンテナ（アンテナ・システム）の構成を示すブロッ
ク図である。図において、Ａ　Ｉ　、　Ａ　２．−、　
ＡＮは一方のグループに属する素子アンテナ、Ｂｌ、Ｂ
２．・・−、ＢＮは他方のグループに属する素子アンテ
ナ、Ｐａｌ、Ｐａ２゜−−、Ｐ　ａ　Ｎは素子アンテナ
ＡＩ、Ａ２．−．ＡＮに接続されビームの相対的な位相
を設定する移相器（移相手段）　、Ｐｂ　ｌ、　　Ｐｂ
２．−・、ＰｂＮは素子アンテナＢ　１．Ｂ　２．−、
ＢＮに接続された移相器（移相手段）、Ｇａは移相器Ｐ
ａｌ、Ｐａ２．−・、ＰａＮから出力された信号を合成
する合成器（合成手段）、Ｇｂは移相器Ｐｂｌ、Ｐｂ２
゜、ＰｂＮから出力された信号を合成する合成器（合成
手段）である。Ｈｌはハイブリッド回路Ｈに備えられ、
合成器Ｇａの出力信号と合成器Ｇｂの出力信号との和を
とった和信号と、合成器Ｇａの出力信号と合成器Ｇｂの
出力信号との差をとった差信号とを出力する演算手段で
ある。Ｒ１は受信機Ｒに備えられ、演算手段Ｈ１から出
力された和信号と差信号とによって到来電波の方向を検
出する検出手段である。

次に動作について説明する。説明を簡単にするため素子
アンテナＡＩ、Ａ２．・・・、ＡＮ、Ｂｌ。

Ｂ２．・・・、ＢＮは間隔ｄで直線的に配列されている
ものとする。今、ビーム走査角をθ。とする移相器Ｐａ
　１．Ｐａ　２．　・−、ＰａＮおよび移相器Ｐｂｌ、
Ｐｂ２．−．ＰｂＮには第（ｌａ）式および第（ｌｂ）
式で示される移相量ＱＭＲ（ｎ　＝　１〜Ｎ）および移
相量ｑｉ＋ｎ（ｎ＝１〜Ｎ）をそれぞれ与える。

Ｑａｎ＝　　　ｊ　ｋｄｎ　　ｓｉｎθｏ　　　　　　
　　　　−（ｌａ）ｑｂＲ＝　ｊｋｄｎ　　ｓｉｎθｏ
　　　　　　　　　　　−・（ｌｂ）ここでｄｎはｎ番
目素子と第３図に示す基準位置との距離である。次に合
成器Ｇａは移相器Ｐａ　１゜Ｐａ２．・・−、ＰａＮの
出力信号を合成する。同様に合成器Ｇｂは移相器Ｐｂｌ
、Ｐｂ２．−．ＰｂＮの出力信号を合成する。合成器Ｇ
ａの出力信号をＳａとし、合成器Ｇｂの出力信号をｓｂ
とする。

ハイブリッド回路Ｈは、信号Ｓａ、Ｓｂを入力し演算手
段Ｈ１によって和信号ＡＳおよび差信号Ａｄを算出し、
出力端子Σ、Δからそれぞれ第（２ａ）式および第（２
ｂ）式で表される信号ＡＳ、　Ａｄを出力する。

Ａ　Ｓ　＝　Ｓ　ａ　十Ｓ　ｂ　　　　　　　　　　　
　−（２ａ）Ａ　ｄ　＝　Ｓ　ａ　−Ｓ　ｂ　　　　　
　　　　　　　−−（２ｂ）ビーム走査角θ。を変えた
ときの信号ＡＳ、Ａｄの電力値の変化を第４図に示す。

ここで、電波の到来方向をθ、とすると、θ。−θ４で
信号ＡＳのレベルが最大になり、信号Ａｄのレベルが最
小になる。従って、移相器Ｐａｌ、Ｐａ２゜ＰａＮ、Ｐ
ｂｌ、Ｐｂ２．　・−、ＰｂＮの設定を第（１ａ）式お
よび第（ｌｂ）式のθ。の値に応じて変化させ、ＩＡＳ
　ｌ／ｌＡｄ　＋の値が最大となるθ。の値を求めれば
、検出手段Ｒ１により電波の到来方向を検出することが
できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のモノパルスアンテナは上述したように構成されて
おり、ここで備えられる通常の移相器としてはデジタル
移相器が使用され、そのデジタル移相器がｎとット移相
器の場合、最小移相量Ｐ　ｍｉｎは Ｐｍ１ｎ　＝　３６０　”　／　２　’　　　　　　　
　　−−−−（３１となる。例えば５ビフト移相器の場
合、Ｐｓｉｎ　＝１１．２５°となる。したがって、移
相器の設定位相が離散的に変化するため、ビーム走査角
θ。の微小な変化に対しては、上記設定移相が変化しな
い。

即ち、θ。からθ。＋Δにビーム走査角を変えても移相
器の設定位相の変化量が小さく、±（Ｐｍｉｎ／２）以
下の場合には実際にビームが走査できないことになる。

そこで、上記のような問題点を解消するために例えば特
開昭５５−４９００１号公報に示された従来のアンテナ
・システムが知られている。この従来のアンテナ・シス
テムにおいては、位相の設定変更を必要とする移相器の
個数を選択する手段と、選択された移相器を第（３１式
で示した最小移相量Ｐ＋ｗｓｎだけ変える移相量設定手
段とを設けて、ビーム走査方向の設定精度を上げる構成
が示されているが、この構成においては、ビームの走査
きざみは小さくなるが、移相器の移相変化量が最小移相
量Ｐａ１ｎの範囲内では一定量であるため、ビム走査範
囲が限られ、又設定変更する素子の個数が多くなると精
度が劣化するという問題点があった。

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、ビーム走査範囲をきめ細かくし、ビーム走査
方向の設定精度の向上を図り、これにより到来電波の方
向を精度良く検出できるアンテナ・システムを得ること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るアンテナ・システムは、ビーム走査角に
応じて必要な数の素子アンテナＣＩ。

Ｃ２，〜−−、ＣＬａ、Ｄ１．Ｄ２．−、ＤＬｂを複数
個の素子アンテナＡＩ−ＡＮ、Ｂｌ−ＢＮの中から選択
する素子選択手段（素子選択回路ｌ）と、上記選択され
た素子アンテナＣ１，Ｃ２，・−２ＣＬａ、ＤＩ、Ｄ２
．−　ＤＬｂに接続サレｆ、−移相手段（移相器ＰＣ１
，ＰＣ２，−，ＰＣＬａ。

Ｐｄｌ、Ｐｄ２．−・−・、ＰｄＬｂ）の設定位相を、
ビーム走査角、グループ内の素子アンテナの個数および
素子アンテナの電界強度に基づいて制御する選択素子位
相制御手段（ｉ！択素子位相制御回路２）とを備えたこ
とを特徴とするものである。

〔作用〕

素子選択手段（素子選択回路１）は、ビーム走査角に応
じて必要な数の素子アンテナＣ１，Ｃ２゜、ＣＬａ、Ｄ
ｌ、、Ｄ２．−、ＤＬｂを複数個の素子アンテナＡＩ−
ＡＮ、Ｂｌ−ＢＮの中から選択する。選択素子位相制御
手段（選択素子位相制御回路２）は、選択された素子ア
ンテナＣＩ。

Ｃ２，−、ＣＬａ、Ｄ　Ｉ、Ｄ２．−・−、ＤＬｂに接
続された移相手段（移相器ＰＣＩ、ＰＣ２，・−２ＰＣ
Ｌａ、Ｐｄｌ、Ｐｄ２．−、ＰｄＬｂ）の設定位相を、
ビーム走査角、グループ内の素子アンテナの個数および
素子アンテナの電界強度に基づいて制御する。

〔発明の実施例〕

第１図はこの発明の一実施例に係るモノパルスアンテナ
（アンテナ・システム）の構成を示すブロフク図である
。第１図において、第３図に示す構成要素に対応するも
のには同一の符号を付し、その説明を省略する。第１図
において、■はビーム走査角に応じて必要な数の例えば
素子アンテナＣＩ、Ｃ２，−−−，ＣＬａ、Ｄｌ、Ｄ２
．−　　ＤＬｂを複数個の素子アンテナＡ１〜ＡＮ、Ｂ
ｌ〜ＢＮの中から選択する素子選択手段としての素子選
択回路、２は選択された素子アンテナＣ１゜Ｃ２，−、
ＣＬａ、Ｄ　１．Ｄ２．〜．ＤＬｂに接続された移相器
ＰＣＩ、ＰＣ２，−−−，ＰＣＬａ。

Ｐｄ　１．Ｐｄ　２．−、ＰｄＬｂの設定位相を、ビー
ム走査角、グループ内の素子アンテナの個数および素子
アンテナの電界強度に基づいて制御する選択素子位相制
御手段としての選択素子位相制御回路である。なお−１
上記グループとは、合成器Ｇａに接続された移相器Ｐａ
１＝ＰａＮおよび素子アンテナＡｌ〜ＡＮの一方のグル
ープと、合成器Ｇｂに接続された移相器Ｐｂ１−ＰｂＮ
および素子アンテナＢｌ−ＢＮの他方のグループをいう
。

３は素子選択回路ｌおよび選択素子位相制御回路２から
成る精密ビーム制御回路である。第１図の説明では、素
子選択回路１によって、素子アンテナＡ１〜ＡＮの中か
ら素子アンテナＣｌ−ＣＬａが選択され、素子アンテナ
Ｂｌ−ＢＮの中から素子アンテナＤＩ−ＤＬｂが選択さ
れているものとする。

次にこの発明の詳細な説明する。第１図において、素子
アンテナＡｌ、・−、ＡＮと素子アンテナＢｌ、・−、
ＢＮとが対称な構造になっているとき、ハイブリッド回
路ＨのΔ端子の出力信号Ａｄは第（４）式で表される。

ここでＸｉはｉ番目素子アンテナの基準位置からの変位
、ｋは波数、φ目は素子アンテナＢｌ。

ＢＮの設定位相、φ２言よ素子アンテナＡ１．−・。

ＡＮの設定位相、θは観測角、Ｅｉはｉ番目素子アンテ
ナの固有の素子電界である。上記第（４）式の演算は演
算手段Ｈ１で行われる。

上記出力信号Ａｄを最小にする観測角θの方向をθ＝θ
。＋Δθとすると ｓｉｎθ−５ｉｎθ。＝　ｃｏｓθ。Δθ　　　　−（
５１の関係がある。ここでφ目、φ２五、Δθが小さい
と仮定すると出力信号Ａｄは近似的に次のように表され
る。

これにより、ビーム方向の変位Δθは次式で表される。

Δθ；− 〜 ΣＥｉ　（φ目−φ２ム） １１＋１ ・・−（７） 従ってθ。からΔθＳだけビームを変位するには２ｋｃ
ｏｓθ。　ΣＥｉＸｌ 飄１ ・−・・（８） を満足するように、素子アンテナＡｔ、Ａ２゜ＡＮの中
からＬａ個の素子アンテナＣＩ、Ｃ２゜・−、ＣＬａを
素子選択回路１によって選択し、上記素子アンテナＣ１
，Ｃ２，・−・、ＣＬａに接続された移相器ＰＣＩ、Ｐ
Ｃ２，−−，ＰＣＬａの設定位相をφ１□　φ、、・−
・、φＩＬｍとし、素子アンテナＢ　１．　　Ｂ　２．
−、　　ＢＮの中からＬｂ個の素子アンテナＤＩ、Ｄ２
．−・・、ＤＬｂを選択する０選択素子位相制御回路２
は、上記素子アンテナＤ１゜Ｄ　２．−、　　Ｄ　Ｌ　
ｂに接続された移相器Ｐｄｌ。

Ｐｄ２．−、ＰｄＬｂの設定位相をφ２１．φ２ｇ＋・
−１φｔＬｂとすれば、ビーム方向は変位ΔθＳで走査
される。ここで、上記の選択素子アンテナＣＩ、Ｃ２，
−−−、ＣＬａ、ＤＩ、Ｄ２．−・−。

ＤＬｂはビーム走査範囲および走査きざみから予め決定
することも可能であるので、上記素子アンテナＣ１−Ｃ
Ｌａ、ＤＩ　〜ＤＬｂに接続された移相器ＰＣＩ　〜Ｐ
ＣＬａ、Ｐｄ１Ａ−ＰｄＬｂの位相設定の精度を他の移
相器よりビームを正確に走査することもできる。したが
って、受信機Ｒの検出手段Ｒ１は電波の到来方向を精度
良く検出することができる。

このように上記実施例によれば、選択された素子アンテ
ナの位相を第（１１式に示すような通常のビム走査位相
とは別に設定することにより、ビームが強制的に切り換
わり、ビーム走査が正確に行うことができ、また、第２
図のフローチャートに示すように第（８）式によって素
子アンテナを選択しくステップ３１）、第（８）式によ
って素子アンテナの個数および移相設定量φｌｉ＆＋φ
ｔ１を変えることにより（ステップＳ２）、従来例（特
開昭５５−４９００１号°公報）よりも移相設定精度が
向上する。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、ビーム走査角に応じて必
要な数の素子アンテナを複数個の素子アンテナの中から
選択する素子選択手段と、上記選択された素子アンテナ
に接続された移相手段の設定位相を、ビーム走査角、グ
ループ内の素子アンテナの個数および素子アンテナの電
界強度に基づいて制御する選択素子位相制御手段とを設
けて構成したので、一部の素子アンテナの位相を通常の
ビーム走査に対応した設定量とは別に変えることができ
、これによりビーム走査範囲がきめ細かくなり、したが
ってビーム走査方向の設定精度が向上し、到来電波の方
向を精度良く検出できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るアンテナ・システム
の構成を示すブロック図、第２図はこの実施例の動作を
説明するためのフローチャート、第３図は従来のアンテ
ナ・システムの構成を示すブロック図、第４図は従来例
および実施例におけるハイブリッド回路の出力を示す図
である。 Ａ１〜ＡＮ、Ｂｌ−ＢＮ・・・素子アンテナ、Ｃ１〜Ｃ
Ｌａ、ＤＩ〜ＤＬｂ・・・選択された素子アンテナ、Ｐ
ａｌ〜ＰａＮ、Ｐｂｌ〜ＰｂＮ−・・移相器（移相手段
）　、ＰＣ１＝ＰＣＬａ。 Ｐｄｌ〜ＰｄＬｂ・・・選択された移相器、Ｑａ。 Ｇｂ・・・合成器（合成手段）、Ｈｌ・・・演算手段、
Ｒ１・・・検出手段、ｌ・・・素子選択回路（素子選択
手段）、２・・・選択素子位相制御回路（ｉ！択素子位
相制御手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数個の素子アンテナと、上記素子アンテナにそれぞれ
   接続されビームの相対的な位相を設定する複数個の移相
   手段と、上記素子アンテナを含み上記移相手段を偶数個
   にグループ分けし、このグループ分けされた各移相手段
   から出力された信号を合成する偶数個の合成手段と、上
   記各合成手段の出力信号の和をとった和信号と出力信号
   の差をとった差信号とを出力する演算手段と、この演算
   手段から出力された和信号と差信号とによって到来電波
   の方向を検出する検出手段とを備えたアンテナ・システ
   ムにおいて、ビーム走査角に応じて必要な数の素子アン
   テナを上記複数個の素子アンテナの中から選択する素子
   選択手段と、上記選択された素子アンテナに接続された
   移相手段の設定位相を、ビーム走査角、グループ内の素
   子アンテナの個数および素子アンテナの電界強度に基づ
   いて制御する選択素子位相制御手段とを設けたことを特
   徴とするアンテナ・システム。