JPH06291534A - アレイアンテナ - Google Patents

アレイアンテナ

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JPH06291534A
JPH06291534A JP7686893A JP7686893A JPH06291534A JP H06291534 A JPH06291534 A JP H06291534A JP 7686893 A JP7686893 A JP 7686893A JP 7686893 A JP7686893 A JP 7686893A JP H06291534 A JPH06291534 A JP H06291534A
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distribution
pattern
excitation distribution
array antenna
excitation
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JP7686893A
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Takashi Mayama
崇 真山
Shigeru Suzuki
鈴木  茂
Masaaki Sugano
政昭 菅野
Hiroshi Soga
寛 曽我
Noriaki Miyano
憲明 宮野
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Toshiba Corp
Japan Steel Works Ltd
Technical Research and Development Institute of Japan Defence Agency
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Toshiba Corp
Japan Steel Works Ltd
Technical Research and Development Institute of Japan Defence Agency
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  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明の目的は、曲面形状であっても、満足
なパターンが得られる励振分布を一義的に決定すること
のできるアレイアンテナの提供にある。 【構成】この発明は、複数のアンテナ素子を任意の曲面
上に配置してなるアレイアンテナ装置において、平面ア
レイの場合における所望の励振分布のヌル点間隔よりも
狭いヌル点間隔のパターンを形成するように励振分布を
決定するようにしたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えばコンフォーマ
ルアレイ(取付機体の表面に沿ってアンテナ素子を配列
して構成される)のように、アンテナ素子が曲面状に配
列されるアレイアンテナに関する。
【0002】
【従来の技術】周知のように、平面アレイアンテナにあ
っては、励振分布として図9に示すようなテイラー分布
を選ぶことによって、図10に示すような所望の低サイ
ドローブΣパターン(−40dB以下)を容易に合成す
ることができる。同様に、図11に示すようなベイリス
分布を選ぶことによって、図12に示すような所望の低
サイドローブΔパターン(−30dB以下)が得られ
る。特に、モノパルスレーダ装置では、Δパターンが図
12に示すようにビーム到来方向(この例では30°方
向)でヌルとなる(以下、モノパルスΔパターンと称す
る)ことを利用し、このヌル点検出によって目標方向を
識別している。
【0003】尚、図9、図11において、A(x)は素
子配列、zはボアサイト方向、αはビーム走査方向、P
(x′)はビーム走査方向に対して直角な開口面、W
(x′)は開口面上の励振分布を表している。
【0004】ところで、近年では、コンフォーマルアレ
イのように、曲面状にアンテナ素子を配列して構成され
る曲面アレイアンテナが注目されつつある。しかしなが
ら、このような曲面アンテナの場合、平面アンテナのよ
うに低サイドローブΣパターン、低サイドローブΔパタ
ーン、モノパルスΔパターンを合成することは容易でな
い。
【0005】円弧配列のアレイアンテナを例にとって説
明すると、このアンテナにテイラー分布、ベイリス分布
を励振分布として与えた場合、それぞれ図13、図15
に示すようになる。尚、図13、図15において、励振
分布W(x′)は開口面P(x′)上で素子パターン及
び素子密度を考慮している。
【0006】図13、図15から明らかなように、上記
曲面アレイアンテナでは、励振分布W(x′)がビーム
走査方向αに対して対称にならない。これは、各素子の
法線方向が一致しておらず、素子パターン及び素子配列
が影響を受けて、開口面P(x′)上で放射パターンに
偏りが生じるためである。
【0007】この結果、図13のようにテイラー分布を
励振分布として与えた場合、低サイドローブΣパターン
は例えば図14に示すようになり、所望のサイドローブ
レベル(−40dB以下)を満足しない。また、図15
のようにベイリス分布を励振分布として与えた場合、低
サイドローブ・モノパルスΔパターンは例えば図16に
示すようになり、所望のサイドローブ(−30dB以
下)を満足せず、かつビーム走査方向(この例では30
°方向)でヌルとはならない。したがって、従来のアレ
イアンテナにあっては、曲面形状の場合において、最適
パターンを得るためには励振分布を試行錯誤的に調整す
る必要がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、曲
面形状のアレイアンテナは、各アンテナ素子の法線方向
の不一致によって、開口面上で放射パターンに偏りが生
じるため、平面アレイと同じようにテイラー分布、ベイ
リス分布を励振分布として与えても満足なパターンが得
られず、励振分布を試行錯誤的に調整しなければならな
かった。
【0009】この発明は上記の問題を解決するためにな
されたもので、曲面形状であっても、満足なパターンが
得られる励振分布を一義的に決定することのでき、さら
に所望の方向にヌル点を形成することのできるアレイア
ンテナを提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
にこの発明は、複数のアンテナ素子を任意の曲面上に配
置してなるアレイアンテナにおいて、平面アレイの場合
における所望の励振分布のヌル点間隔よりも狭いヌル点
間隔のパターンを形成するように励振分布を決定するよ
うにしたことを第1の特徴とする。
【0011】複数のアンテナ素子を任意の曲面上に配置
してなるアレイアンテナ装置において、前記複数のアン
テナ素子の位置及び観測点方向のパターンデータに基づ
いて初期励振分布を設定する第1の手段と、この手段で
設定された初期励振分布における左右の分布の観測点方
向の電力比を算出する第2の手段と、前記観測点方向の
電力比から所望の方向でヌルとなる励振分布を算出する
第3の手段とを具備し、前記第3の手段で算出された励
振分布でパターンを形成するようにしたことを第2の特
徴とする。
【0012】
【作用】上記第1の特徴とする構成のアレイアンテナで
は、平面アレイの場合における所望の励振分布、例えば
テイラー分布、ベイリス分布のヌル点間隔よりも狭いヌ
ル点間隔のパターンを形成するように励振分布を決定す
ることにより、開口面上で生じる放射パターンの偏りを
減らし、これによってサイドローブレベルの低減を図
る。
【0013】上記第2の特徴とする構成のアレイアンテ
ナでは、初期励振分布における左右の分布の観測点方向
の電力比を算出し、当該観測点方向の電力比から所望の
方向でヌルとなる励振分布を求め、パターン形成するよ
うにし、これによってΔパターンからヌル点の観測によ
りビーム到来方向を識別できるようにする。
【0014】
【実施例】以下、図1乃至図5を参照してこの発明の実
施例を説明する。
【0015】図1は前述した円弧配列アレイアンテナの
基本的な構成を示すもので、11〜1nはアンテナ素
子、2はアンテナ素子11〜1nに任意の励振分布を与
えるためのデジタルビーム形成器である。この構成にお
いて、低サイドローブΣパターンを得る場合、図2に示
す演算によって上記励振分布を決定する。
【0016】まず、各アンテナ素子11〜1nの位置及
びパターンのデータを読み込み(ステップa)、初期励
振分布として平面アレイの場合と同様のテイラー分布を
与える(ステップb)。
【0017】ここで、平面アレイと円弧配列アレイにつ
いて、それぞれビーム方向から見た開口面積を比較して
みると、図3に示すようになる。図3において、aは平
面アレイの開口変化、bは円弧配列アレイの開口変化を
示しており、それぞれ cosθ、(1+ cosθ)/2で与
えられる。
【0018】平面アレイのヌル点は既知であり、図3中
矢印で示す位置にある。そこで、円弧配列アレイについ
て、平面アレイの場合のヌル点間隔よりも狭い間隔とな
る位置にヌル点を設定し(ステップc)、さらにこのヌ
ル点が得られるように励振分布を修正する(ステップ
d)。具体的に説明すると、平面、円弧配列それぞれの
アレイアンテナの観測点方向に対する開口寸法は Pl(θ)= cosθ Pc(θ)=(1+ cosθ)/2 で表され、平面開口のヌル点位置θn(nはヌル点番
号)は、一般に次式で表される。
【0019】
【数1】
【0020】尚、λは自由空間長、Lは平面開口寸法で
あり、設定サイドローブレベルR′及びn- (n- はテ
イラー分布におけるサイドローブに関するパラメータ)
によって与えられる乗数σ、A、Rは次式で表される。
【0021】
【数2】 平面アレイアンテナの開口寸法Pl(θ)とそのヌル点
位置θ′より、上記円弧配列アレイアンテナのヌル点位
置θn′は次式を満足する。
【0022】
【数3】
【0023】ここで、θ0 ,θ0 ′はそれぞれ観測点方
向を表しており、θ0 =θ0 ′である。よって、上式の
超越方程式を解くことにより、円弧配列のアレイアンテ
ナのヌル点位置θn′を求めることができる。そこで、
求めたヌル点位置θn′を拘束条件付LMS法における
拘束点またはヌル点として設定し、これに基づいて各素
子に与える励振分布を決定する。
【0024】図4は円弧配列アレイアンテナに上記のよ
うにして決定した励振分布(初期励振分布はテイラー分
布)を与えた場合のΣパターンを示すものである。同図
から明らかなように、Σパターンのサイドローブレベル
は所望のレベル(−40dB)まで低減される。このこ
とは、図示しないが、初期励振分布をベイリス分布と
し、上記手法によって励振分布を決定した場合のΔパタ
ーンについても同様である。
【0025】したがって、円弧配列アレイアンテナの励
振分布を上記のように決定して、平面アレイの場合にお
ける所望の励振分布のヌル点間隔よりも狭いヌル点間隔
のパターンを形成すれば、所望の低サイドローブレベル
を実現することができる。
【0026】尚、図4ではビーム走査方向に対して左右
共にヌル点間隔を狭めた場合を示したが、図5に示すよ
うに必要に応じていずれか一方(図5では右側)のヌル
点間隔を狭めるようにしてもよいことは勿論である。
【0027】ところで、モノパルスレーダ装置にあって
は、Δパターンについて、ビーム走査方向に対する開口
面の任意の境界でヌルとする必要がある。これを実現す
るためには、図6に示す手法を用いるとよい。
【0028】まず、各アンテナ素子11〜1nの位置及
びパターンのデータを読み込み(ステップe)、初期励
振分布として平面アレイの場合と同様のベイリス分布を
与える(ステップf)。
【0029】ここで、ビーム走査方向に対する開口面の
任意の境界に関して、初期励振分布における左右の分布
の観測点方向の電力比を算出する(ステップg)。この
電力比を基に、任意の境界を中心に左右の各励振分布の
和が等しくなるように、初期励振分布を修正する(ステ
ップh)。図7を参照して具体的に説明する。
【0030】図7において、円弧配列アレイアンテナに
ベイリス分布を与えたとき、ビーム走査方向α(30°
方向)に対する開口面の任意の境界(図中点線で示す)
に関して、左右の励振分布(各素子に与える給電電力)
をそれぞれW- 、W+ 、各励振分布の和(電力和)をP
- 、P+ とする。この比をkとすると、 k=P- /P+ と表される。これにより、求める左右の励振分布は、 W- =W- W+ =−kW+ となり、左側はそのまま、右側は−k倍とすることによ
って、境界中心の左右の励振分布の和を等しくすること
ができる。
【0031】図8は円弧配列アレイアンテナに上記のよ
うにして決定した励振分布(初期励振分布はベイリス分
布)を与えた場合のΔパターンを示すものである。同図
から明らかなように、開口面の任意の境界において、ビ
ーム走査方向(30°)でヌルとなり、モノパルスレー
ダ装置に使用することができるようになる。
【0032】尚、上記各実施例ではパターン形成方向を
平面的にとらえたが、実際には空間的にとらえる必要が
あることは勿論である。また、この発明の要旨を逸脱し
ない範囲で種々変形しても実施可能なことはいうまでも
ない。
【0033】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、曲面形
状であっても、満足なパターンが得られる励振分布を一
義的に決定することのできるアレイアンテナを提供する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係るアレイアンテナの第1の実施例
として、円弧配列アレイアンテナの基本構成を示す構成
図。
【図2】同実施例の低サイドローブΣ、Δパターン励振
分布算出を説明するためのフローチャート。
【図3】同実施例の円弧配列アレイアンテナの観測点方
向からの開口面積変化を平面アレイと比較して示す特性
図。
【図4】同実施例より得られる励振分布を与えたときの
ビームΣパターンを示すパターン波形図。
【図5】同実施例の他の具体例として、観測点方向から
+30°以上でこの発明を適用した場合のビームΣパタ
ーンを示すパターン波形図。
【図6】この発明に係るアレイアンテナの第2の実施例
として、円弧配列アレイアンテナのモノパルスΔパター
ン励振分布算出を説明するためのフローチャート。
【図7】同実施例の励振分布を示す波形図。
【図8】同実施例より得られる励振分布を与えたときの
ビームΔパターンを示すパターン波形図。
【図9】平面アレイアンテナにテイラー分布を与えた様
子を示す波形図。
【図10】図9の分布より得られるビームΣパターンを
示すパターン波形図。
【図11】平面アレイアンテナにベイリス分布を与えた
様子を示す波形図。
【図12】図11の分布より得られるビームΔパターン
を示すパターン波形図。
【図13】円弧配列アレイアンテナにテイラー分布を与
えた様子を示す波形図。
【図14】図13の分布より得られるビームΣパターン
を示すパターン波形図。
【図15】円弧配列アレイアンテナにベイリス分布を与
えた様子を示す波形図。
【図16】図15の分布より得られるビームΔパターン
を示すパターン波形図。
【符号の説明】 11〜1n…アンテナ素子、2…デジタルビーム形成
器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅野 政昭 神奈川県相模原市東林間8−1−12 サン ハイツ201 (72)発明者 曽我 寛 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝小向工場内 (72)発明者 宮野 憲明 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝小向工場内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数のアンテナ素子を任意の曲面上に配置
    してなるアレイアンテナにおいて、平面アレイの場合に
    おける所望の励振分布のヌル点間隔よりも狭いヌル点間
    隔のパターンを形成するように励振分布を決定するよう
    にしたことを特徴とするアレイアンテナ。
  2. 【請求項2】複数のアンテナ素子を任意の曲面上に配置
    してなるアレイアンテナにおいて、前記複数のアンテナ
    素子の位置及び観測点方向のパターンデータに基づいて
    初期励振分布を設定する第1の手段と、この手段で設定
    された初期励振分布における左右の分布の観測点方向の
    電力比を算出する第2の手段と、前記観測点方向の電力
    比から所望の方向でヌルとなる励振分布を算出する第3
    の手段とを具備し、前記第3の手段で算出された励振分
    布でパターンを形成するようにしたことを特徴とするア
    レイアンテナ。
JP5076868A 1993-04-02 1993-04-02 アレイアンテナ Expired - Lifetime JP2807390B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100399629C (zh) * 2004-04-09 2008-07-02 大唐移动通信设备有限公司 一种曲线形智能天线阵及优化其结构参数的方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04297108A (ja) * 1991-03-13 1992-10-21 Mitsubishi Electric Corp アレーアンテナ励振方法

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