JPH02253181A - フェーズドアレイレーダ装置 - 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〕 本発明はレーダ装置、特にフェーズドアレイレーダ装置
に関し、より詳しくは円筒状の電子走査アンテナを用い
たフェーズドアレイレーダ装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種のレーダ、すなわち円筒状の電子走査アン
テナを用いるフェーズドアレイレーダは、円形または円
筒状アレイの一部を励振し、スイッチ制御によって１本
の放射ビームを円周方向に走査している。

この方式の従来技術の例を第６図に示す。第６図に示す
従来のフェーズドアレイレーダの例は、円筒状に配列さ
れた２４個のアンテナ素子２０−１〜２０−２４と、８
個のＳ　Ｐ　３　Ｔ　（Ｓｉｎｇｌｅ　Ｐｏ１ｅ３　Ｔ
ｈｒｏｗ）スイッチ２１−１〜２１−８及びバラトラ−
マトリックス２３から成るスイッチマトリックス２４と
、８個の移相器２５−１〜２５−８と、電力分配器２６
と、送受信部２７により構成されている。

以下、第６回のレーダの動作について説明する。

５Ｐ３Ｔスイッチ２１−１〜２１−８が、第６図に示す
接続状態にあるとき（すなわち、各Ｓ　Ｐ　３　Ｔスイ
ッチの３つの切り替え位置のうちの図中左側の切り替え
位置にあるとき）、計２４個のアンテナ素子のうちの８
個のアンテナ素子、すなわちアンテナ素子２０−１〜２
０−８が励振され、アンテナ素子２０−１〜２０−８に
より構成される扇状部分の中心を通る半径方向に、単一
のビームが形成される。

このとき、八ットラーマトリックス２３は、電力分配器
２６の出力電力が所定のアンテナ素子に分配されるよう
に制御される。

移相器２５−１〜２５−８は、主にアンテナ素子２０１
〜２０−２４が円形状に配列されていることによりアン
テナ開口面に生ずる励振移相歪みを補正するために用い
られる。また、電力分配器２６は、均一または所望の電
力分布を各アンテナ素子に与えるためのものである。な
お、第６図においては、スイッチマトリックス２４の移
相器２５−１〜２５−８を制御する制御部は省略しであ
る。また、スイ・ノチマトワックス２４とアンテナ素子
２０−１〜２０−２４間の接続は、繁雑さを避けるため
記載の一部を省略しである。すなわち、２４個のアンテ
ナ素子２０１〜２０−２４は、各５Ｐ３Ｔスイツチ２１
−１〜２１８の３つの切り替え位置に関し、３分割され
るものであって、アンテナ素子２０−１〜２０−８は、
それぞれ上述した図中左側の、またアンテナ素子２０−
９〜２０−１６は図中中央の、更にアンテナ素子２０−
１７〜２０−２４は図中右側の、それぞれの切替端子に
接続されるが、第６図では、この点について、一部図示
が省略されている。

ビーム走査を行うときは、このような接続関係の５Ｐ３
Ｔスイッチ２１−１〜２１−８のスイッチの状態を順次
切り替えて行くと共に、ハットラーマトリックス２３の
中のトランスファスイッチ２２−１〜２２−１２の状態
を制御することにより、移相器２５１〜２５−８の出力
の順序が入れ替わることなく、ビームを円周方向に走査
することができる。また、使用トランスファスイッチに
ついては、トランスファスイッチの機能説明のための第
７図に参照符号２８を付して示すように、外部からの制
御信号により、接続状態を第７図（ａ）と第７図（ｂ）
の何れにも設定できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の円形状のアレイは、任意の方向ニヒーム
を指向できると共に高速でビーム走査できる特徴がある
が、しかし、励振される素子がアンテナ全開口の一部で
あるためにアンテナ開口の利用効率が低いという欠点が
ある。

また、レーダシステムにおいては、任意の方向に臨時に
ビームを指向させ、追尾しながら捜索するなどの機能を
持たせることが重要であるが、第６図に示したものでは
単一のビームが形成され（例えば、既述Ｕたように、ア
ンテナ素子２０−１〜２０−８の扇状部分の中心を通る
半径方向に、単一のビームが形成される）、このように
、単一ビームであるため、全角度範囲を捜索する場合デ
ータレ−１・の向」二には限界があり、上記の特徴、す
なわち高速なビーム走査機能を十分には生かし切れない
という欠点がある。

本発明の目的は、上記欠点を除去し、アンテナ開口を有
効利用し、複数のビームを同時形成することによりデー
タレートを向上させることのできる円筒状のフェーズド
アレイレーダ装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、複数のアンテナ素子と複数の移相器とをそれ
ぞれ組み合わせてなる複数のモジュールと、複数のモジ
ュールに電力を給電するための電力分配器とを備えてな
る複数のコラムアレイを円筒状に配列し、 前記複数のコラムアレイのそれぞれに電力を切り替え及
び分配するスイッチマトリックス及び電力分配器並びに
送受信部を複数備え、 前記移相器と前記スイッチマトリックスを制御してビー
ム走査を行うフェーズドアレイレーダ装置であって、 複数のスイッチマトリックスを選択してコラムアレイに
接続するスイッチと、 複数の送受信部の動作周波数を互いに異なる周波数に設
定する手段とを有することを特徴としている。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は、本発明の一実施例を示すブロック図である。

また、第２図は第１図の実施例のコラムアレイを詳細に
示すブロック図、第３図は第１図の実施例の動作説明の
ための系統図である。なお、第１図、第２図及び第３図
においては、構成要素を全数表すと繁雑になるため、同
一機能のものについては一部記載を省略しである。

第１図に示す実施例では、円筒状に配列された複数のコ
ラムアレイ１−１〜１−Ｎ（ここで、Ｎは正の整数を示
す）と、その給電側に接続された５Ｐ３Ｔスイッチ２−
１〜２−Ｎと、さらにその給電側に第６図に示したと同
様なスイッチマトリックス３−１〜３−３を配置してい
る。

すなわち、スイッチマトリックスは複数設けられており
、本実施例では３個である。また、電力分配器４−１〜
４−３及び送受信部５−１〜５３は、それぞれ上記スイ
ッチマトリックス３−１〜３−３に接続され、３系統の
送受信系を構成している。従って、電力分配器、送受信
部についてもそれぞれ複数設けられており、その個数は
本実施例では３個である。

ビーム制御部６は、第２図に示すようなコラムアレイ内
の複数の移相器１２−１〜１１Ｍ（ここで、Ｍは正の整
数を示す）、第１図に示した５Ｐ３Ｔスイッチ２−１〜
２−Ｎ１スイッチマトリックス３−１〜３−３を制御し
、周波数制御部７は各送受信部５−１〜５−３の動作周
波数を制御するものである。

５Ｐ３Ｔスイッチ２−１〜２−Ｎは、スイッチマトリッ
クス３−１〜３−３のうちの１つを選択してコラムアレ
イに接続するスイッチとして用いられ、このような接続
制御の対称となる各コラムアレイは、複数のアンテナ素
子と複数の移相器とをそれぞれ組み合わせてなる複数の
モジュールとこれら複数のモジュールに電力を給電する
ための電力分配器とを備える構成となっている。

すなわら、第１図に示したコラムアレイ１−１〜１−Ｎ
は、具体的には、それぞれ、第２図に示すように、複数
のアンテナ素子７−１〜７−Ｍと、先に触れた移相器１
２−１〜１２−Ｍと、電力分配器１３とから成り、第１
図のビーム制御部６からの制御信号により、移相器１２
−１〜１２−Ｍの移相が制御部される。

また、前記した周波数制御部７での制御にあたっては、
複数の送受信部５−１〜５−３の動作周波数を互いに異
なるものとなるように制御する。

このように、本実施例では、複数のアンテナ素子と複数
の移相器とをそれぞれ組み合わせてなる複数のモジュー
ルと前記複数のモジュールに電力を給電するための電力
分配器とを備えて成る複数のコラムアレイを円筒状に配
列し前記複数のコラムアレイのそれぞれに電力を切り替
え及び分配するスイッチマトリックスおよび電力分配器
ならびに送受信部を備え前記移相器と前記スイッチマト
リックスを制御してビーム走査を行うフェーズドアレイ
レーダ装置において、複数のスイッチマトリックス３−
１〜３−３と、複数のスイッチマトリックス３−１〜３
−３のうちの１つを選択して各コラムアレイに接続する
スイッチとしての５Ｐ３Ｔスイソヂ２−１〜ｌ−Ｎとス
イッチマトリックス３−１〜３−３および移相器１２−
１〜１２−Ｍを制御する手段としてのビーム制御部６と
、複数の送受信部５−１〜５−３の動作周波数を互いに
異なる周波数に設定する手段としての周波数制御部７と
を有している。

なお、第１図において、参照符号８は信号処理部を、ま
た９は表示部を示す。

次に、第３図をも用いて本実施例の動作について説明す
る。なお、第３図においては、−例としてコラムアレイ
の数Ｎ、５Ｐ３Ｔスイッチの数Ｎを２４としている。

コラムアレイに接続されている５Ｐ３Ｔスイッチ２−１
〜２−２４が、すべて第３図に示す状態、すなわち図中
の左側の切替位置に切り替えられている状態にあるとき
は、第１図の３系統のうちのスイッチマトリックス３−
１にのみ接続されるので、単一ビームが形成される。し
かし、例えば第３図に示した如くコラムアレイ１−１〜
１−８の範囲をスイッチマトリックス３−１に接続し、
２４個のうちの他のコラムアレイ１−９〜１−１６を第
１図のスイッチマトリックス３−２に接続すると共に、
コラムアレイ１−１７〜１−２４を第１０のスイッチマ
トリックス３−３に接続すれば、同時に３本のビームを
形成することができる。すなわち、コラムアレイ側の５
Ｐ３Ｔスイッチ２−１〜２２４は、任意にスイッチマト
リックス３−１〜３３を選択でき、スイッチマトリック
ス３−１〜３３は、任意にコラムアレイ１−１〜１−２
４を選択できるので、ビーム制御部６で接続５Ｐ３Ｔス
イツチ及びスイソチマＩ・ワックスを制御することによ
り、最大３本のビームを同時に形成できる。

なお、第３図中参照符号１０−１〜１０−８は５Ｐ３Ｔ
スイツチ、１４はハットラーマトリックスを示す。この
ようにして、第６図の場合のように単一ビームではなく
、複数のビームを同時形成することができると共に、更
に、下記するような観点から、本実施例のフェーズドア
レイレーダ装置におで、前記複数のスイッチマＩ・ワッ
クスのうち１つを選択するスイッチをそれぞれのコラム
アレイに設け、前記スイッチマトリックス及び移相器を
制御する手段を有すると共に、これに加えて、複数の送
受信部の動作周波数を互いに異なる周波数に設定する周
波数とを有せしめている。

一般に、レーダは電波干渉の回避などのため、複数の動
作周波数を切り替えて設定する機能を持つことが多い。

本実施例では、送受信部５−１〜５−３はいずれもｆ１
〜ｆＫまでのに種の動作周波数を切り替えて設定でき、
さらに、周波数制御部７により３台の送受信部５−１〜
５−３の動作周波数が互いに異なるように設定している
。

周波数制御部７の一例を第４図に示す。周波数制御部７
の機能を示す第４図の例では、３台の送受信部５−１〜
５−３の動作周波数ｆ、〜ｆＫをそれぞれ１ステツプず
つずらして設定した周波数番号メモリ７１を設け、第４
図に示した設定番号（１，，２，・・・、Ｋ）を指定す
ることにより、自動的に３種の相異なる動作周波数（例
えば、設定番号が「ＩＪのときは、ｆｌ、ｆ２．ｆ３）
が選定され、３台の送受信部５−１〜５−３に送出され
る。

さて、本実施例では、既に述べたように、最大３木のビ
ームを同時に形成できるが、この場合、もし３本のビー
ムを同一動作周波数で使うと、隣接ビームによるレーダ
反射信号が当該ビームのサイドローブから混入するので
、擬目標の検出あるいはクラッタなどの不要信号の増加
などを生じ、レーダの性能を著しく低下させることにな
ってしまう。そこで、本実施例では、３木のビームの同
時形成でも、相互に不要な干渉を生じないように、３木
のビームを相異なる周波数で動作させることとしており
、そのため、送受信部５−１〜５−３の動作周波数を上
記のように互いに異ならしめている。

このように、周波数を異なるものとすれば、例えば、送
受信部の受信入力に帯域通過フィルタを設けて当該送受
信部に設定された動作周波数の信号のみを通過させ、他
の動作周波数の信号を阻止することは容易にできるから
、３本のビームの受信信号を互いに分離でき、従って、
前述した擬目標や不要信号を抑圧することができる。

第５Ｍは、複数ビーム同時形成の概念を平面的に示す説
明図で、第５図（ａ）は３本を同時に形成し、かつ、動
作周波数をｆｌ、ｆｚ、ｆ３とした場合の様子を示し、
第５図（ｂ）は２不同時形成の様子を示す。データレ−
Ｉ・は、ビーム幅が一定の場合、ビームの数に比例する
ので、第５図（ａ）（ｂ）は単一ビームに比較してそれ
ぞれ３倍、２倍のデータレートにできる。なお、第５図
において、参照符号３２は励振されているアンテナ開口
を示し、３３は形成されたビーム、すなわち放射ビーム
を示す。

また、本実施例は、アンテナ開口の３分の１を１つの開
口としているので最大のビーム数が３本であるが、５Ｐ
３Ｔスイツチを５Ｐ４Ｔとし、それに対応してスイッチ
マトリックス、分配器及び送受信部を４系統設けること
により、４木のビームを形成することもできる。さらに
、５ＰＫＴスイツチ（ここで、Ｋは正の整数）とに系統
の分配器及び送受信部とを設けるごとにより、Ｋ本のビ
ームを同時形成できる。

更にまた、本実施例によれば、円周方向のスイッチ制御
によるビーム走査だけでなく、移相器制御による垂直方
向のビーム走査ができ、複数本のビームを方位及び高低
方向に高速に走査できる。

本発明は、このように、上記実施例に限定されず、種々
の変形が可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、複数のスイッチ
マトリックスと、そのスイッチマトリックスを選択して
コラムアレイに接続するスイッチと、複数の送受信部と
、その送受信部の動作周波数を互いに異なる動作周波数
に設定する手段とを設けることにより、円筒状の電子走
査アンテナを用いたフェーズドアレイレーダにおいて、
アンテナ開口の有効利用を可能ならしめ、複数のビーム
を同時に形成することができる上、同時形成の場合にお
いても相互に不要な干渉を生じない方位マルチビーム方
式の高データレートのレーダを実現できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は第１
図の実施例のコラムアレイの構成を詳細に示すブロック
図、 第３図は第１図の実施例の動作を説明するための系統図
、 第４図は周波数制御部の一例を示す機能図、第５図は第
１図の実施例における複数ビーム同時形成の概念図、 第６図は従来のフェーズドアレイレーダのブロック図、 第７図はトランスファスイッチの機能説明のための回路
図である。 １〜１〜１−Ｎ・・・コラムアレイ ２−１〜２−Ｎ、１０−１〜１０−１３゜２１−１〜２
Ｉ−８・・・５Ｐ３Ｔスイッチ３−１〜３−３．２４・
・・スイッチマトリンクス ４−１〜４−３．１３．２６・・・電力分配器５−１〜
５−３．２７・・・送受信部 ６・・・・・ビーム制御部 ７・・・・・周波数制御部 ８・・・・・信号処理部 ９・・・・・表示部 １１−１〜１１−Ｍ、２０−１〜２０−２４・・・アン
テナ素子 １２−１〜１２−Ｍ、２５−１〜２５−８・・・移相器 １４、２３・・・バットラーマ１−リックス２２−１〜
２２−１２．２８・・・トランスファスイッチ ３２・・・・・励振されているアンテナ開口３３・・・
・・放射ビーム ７１・・・・・周波数番号メモリ （ｂ） 第 ７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数のアンテナ素子と複数の移相器とをそれぞれ
   組み合わせてなる複数のモジュールと、複数のモジュー
   ルに電力を給電するための電力分配器とを備えてなる複
   数のコラムアレイを円筒状に配列し、 前記複数のコラムアレイのそれぞれに電力を切り替え及
   び分配するスイッチマトリックス及び電力分配器並びに
   送受信部を複数備え、 前記移相器と前記スイッチマトリックスを制御してビー
   ム走査を行うフェーズドアレイレーダ装置であって、 複数のスイッチマトリックスを選択してコラムアレイに
   接続するスイッチと、 複数の送受信部の動作周波数を互いに異なる周波数に設
   定する手段とを有することを特徴とするフェーズドアレ
   イレーダ装置。