JPH0630407B2 - 電子走査アンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電子走査アンテナに係り、特に複数のアンテナ
素子を環状（例えば円形状）に配列してなる電子走査ア
ンテナに関する。

（従来の技術） 複数のアンテナ素子を円形状に配列してなる電子走査ア
ンテナとしては、従来例えば第４図に示すものが知られ
ている。この電子走査アンテナは、円形状に配列された
２４個のアンテナ素子１１−１〜同１１−２４と、８個
のＳＰ３Ｔ（Single Pole 3 Throw）スイッチ１２−１
〜同１２−８およびバットラーマトリックス１４からな
るスイッチマトリックス１５と、８個の移相器１６−１
〜同１６−８と、電力分配器１７と、送受信部１８とを
備え、スイッチマトリックス１５と移相器１６−１〜同
１６−８は図外の制御部からの指令でもって動作するよ
うになっている。

ここに、バットラーマトリックス１４は、所定数（図示
例では１２個）のトランスファスイッチ１３−１〜同１
３−１２を備える。第５図に示す如く、各トランスファ
スイッチは、２本の入線と２本の出線相互の接続状態
が、前記制御部からの制御信号２０によって、第５図
（ａ）と第５図（ｂ）とのいずれかの状態に変更設定さ
れる。

つまり、バットラーマトリックス１４は、電力分配器１
７の出力電力が所定のアンテナ素子に接続されるように
制御される。そして、移相器１６−１〜同１６−８は、
主に、アンテナ素子１１−１〜同１１−２４が円形状に
配列されていることにより生ずるアンテナ開口面の位相
歪みを補正するため、即ち励振位相を制御するために用
いられている。また、電力分配器１７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。

その結果、ＳＰ３Ｔスイッチ１２−１〜同１２−８が、
第４図に示す状態にあるとき、アンテナ素子１１−１〜
同１１−８が励振されるので、アンテナ素子１１−１〜
同１１−８の中心を通る半径方向に単一のビームが形成
される。

また、ビーム走査を行うときは、ＳＰ３Ｔスイッチ１２
−１〜同１２−８の接続状態を順次切替えて行くととも
に、バットラーマトリックス１４内のトランスファスイ
ッチ１３−１〜同１３−１２の接続状態を切換制御する
ことによって、移相器１６−１〜同１６−８の出力の順
序が入れ替わることなく、ビームの形成方向を円周方向
に移動させ方位方向を走査することができる。

つまり、従来の電子走査アンテナは、円形アレイの１部
を励振して、スイッチ制御によって１本の放射ビームを
形成し、それを円周方向に移動させ、方位方向を走査す
るものである。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、前述した従来の電子走査アンテナにあっては、
任意の方位方向にビームを指向できるととに、高速でビ
ーム走査できる特徴があるが、同時に励振されるアンテ
ナ素子がアンテナ全開口の一部分であるために、アンテ
ナ開口の利用効率が低いという問題点がある。

また、例えばレーダーシステムに適用した場合、任意の
方位方向に瞬時にビームを指向できる特徴を生かし、追
尾しながら捜索するなどの機能をもたせることができ
る。しかし、単一ビームであるため全方位角度範囲を捜
索する場合、データーレート（目標情報の更新時間）の
向上には限界があり、高速なビーム走査機能を生かしき
れないという問題点がある。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたもので、その
目的は、アンテナ開口の有効利用が図れ、データーレー
トを向上させ得る電子走査アンテナを提供することにあ
る。

（問題点を解決するための手段） 前記目的を達成するために、本発明の電子走査アンテナ
は次の如き構成を有する。

即ち、本発明の電子走査アンテナは、環状に配列される
複数のアンテナ素子と；前記複数のアンテナ素子をＭ
（Ｍは自然数）分割して得られるＭ個のアンテナ素子群
のそれぞれのアンテナ素子に電力を分配すべく配置され
るＭ個の電力分配器と；前記Ｍ個の電力分配器と１対１
に対応して設けられその対応する電力分配器の出力を前
記Ｍ個のアンテナ素子群へ切換分配するためのＭ個のス
イッチマトリックスと；前記複数のアンテナ素子と１対
１に対応して設けられ前記Ｍ個のスイッチマトリックス
の１つを選択しその選択したスイッチマトリックスの対
応した出力を１つのアンテナ素子へ伝達するための複数
のスイッチと；前記複数のアンテナ素子と同数個からな
り個々のアンテナ素子の励振位相を制御すべく当該複数
のアンテナ素子と前記複数のスイッチ間、または前記Ｍ
個の電力分配器と前記Ｍ個のスイッチマトリックス間の
いずれかに配置される複数の移相器と；前記Ｍ個のスイ
ッチマトリックスと前記複数のスイッチと前記複数の移
相器をそれぞれ制御する制御手段と；を備えたことを特
徴とするものである。

（作用） 次に、前記の如く構成される本発明の電子走査アンテナ
の作用を説明する。

Ｍは自然数であるが、例えばＭ＝３とする。すると、電
力分配器とスイッチマトリックスはそれぞれ３個とな
る。また、複数のアンテナ素子と１対１に対応して設け
られる複数のスイッチは、それぞれＳＰ３Ｔのスイッチ
からなり、第１の入力には第１のスイッチマトリックス
の対応する出力が、第２の入力には第２のスイッチマト
リックスの対応する出力が、第３の入力には第３のスイ
ッチマトリックスの対応する出力がそれぞれ供給される
ことになり、いずれか１つのスイッチマトリックスの出
力が選択され、それが例えば移相器を介してアンテナ素
子へ伝達されることになる。

そして、３個のスイッチマトリックスは３個の電力分配
器の対応する出力を３個のアンテナ素子群のそれぞれの
アンテナ素子へ切換分配するのであるから、３個のスイ
ッチマトリックスのそれぞれの出力段（前記複数のスイ
ッチ側）にはＳＰ３Ｔのスイッチが１アンテナ素子群の
アンテナ素子数分だけ設けられていることになる。

斯くして、制御手段が３個のスイッチマトリックスと複
数のスイッチと複数の移相器をそれぞれ適宜に制御する
ことによって、第１のアンテナ素子群のみによる１個の
ビームを形成すること、第１および第２のアンテナ素子
群によって２個のビームを形成すること、第１乃至第３
のアンテナ素子群によって３個のビームを形成するこ
と、およびこれらのビームを環状の全方位方向の任意の
方向に指向形成することができる。

このように、本発明の電子走査アンテナによれば、複数
のアンテナ素子をＭ分割したＭ個のアンテナ素子群のそ
れぞれに電力を供給するＭ個の送受信系（給電系）を設
け、１アンテナ素子ごとに給電系を選択できるようにし
たので、同時にＭ個のビームを形成でき、しかもそれら
を全方位方向の任意の方向に指向形成できる。故に、ア
ンテナ開口の有効利用が図れ、データレートを向上させ
ることができ効果がある。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る電子走査アンテナを示
す。なお、第１図では全体構成を詳細に図示すると繁雑
となるので、同一構成の繰り返しとなる部分は一部を省
略した。

この電子走査アンテナは、円形状に配列される複数のア
ンテナ素子１−１〜同１−Ｎと、各アンテナ素子の給電
側に設けられる移相器（２−１〜２−Ｎ）およびその給
電側に設けられるＳＰ３Ｔスイッチ（３−１〜３−Ｎ）
と、ＳＰ３Ｔスイッチ（３−１〜３−Ｎ）の給電側に設
けられ第４図に示したのと同様構成の３個のスイッチマ
トリックス４−１〜同４−３と、この３個のスイッチマ
トリックス４−１〜同４−３の給電側に１対１に対応し
て設けられる３個の電力分配器５−１〜同５−３および
３個の送受信部６−１〜同６−３と、３個のスイッチマ
トリックス４−１〜同４−３と複数のＳＰ３Ｔスイッチ
３−１〜同３−Ｎと複数の移相器２−１〜同２−Ｎをそ
れぞれ制御する制御部７とを基本的に備える。スイッチ
マトリックス４−１〜同４−３、電力分配器５−１〜同
５−３および送受信部６−１〜同６−３は３系統の給電
系（送受信系）を構成し、複数のアンテナ素子１−１〜
同１−Ｎを３分割した３個のアンテナ素子群のそれぞれ
にビームを形成させるようになっている。即ち、Ｎ個の
アンテナ素子（１−１〜１−Ｎ）によるアンテナ全開口
を３分割し、第３図に符号９として示す如く、各分割し
た開口にビームを形成するのである。

次に、第２図を参照してビーム形成動作を説明する。な
お、第２図はアンテナ素子数Ｎを２４とした場合の１ア
ンテナ素子群（アンテナ素子数は８個）と、１つの給電
系とを拡大して示すが、移相器（２−１〜２−２４）側
のＳＰ３Ｔスイッチ（３−１〜３−２４）とスイッチマ
トリックス（４−１〜４−３）のＳＰ３Ｔスイッチ（８
−１〜８−８）との接続関係が理解できるように図示し
てある。

移相器（２−１〜２−２４）側のＳＰ３Ｔスイッチ（３
−１〜３−２４）はそれぞれ３個のスイッチマトリック
ス（４−１〜４−３）の１つを任意に選択でき、スイッ
チマトリックス（４−１〜４−３）のＳＰ３Ｔスイッチ
（８−１〜８−８）は任意にアンテナ素子（１−１〜１
−２４）の１つを選択できるので、制御部７はこれらの
スイッチ群の切換接続動作を相互に干渉しないように制
御する。

例えば、移相器（２−１〜２−２４）側のＳＰ３Ｔスイ
ッチ（３−１〜３−２４）の全ておよびスイッチマトリ
ックス（４−１〜４−３）のＳＰ３Ｔスイッチ（８−１
〜８−８）の全ての切換接続状態が第２図に示す状態だ
とすると、３個のスイッチマトリックス４−１〜同４−
３は、全て、アンテナ素子１−１〜同１−８からなるア
ンテナ素子群を選択するが、アンテナ素子１−１〜同１
−８からなるアンテナ素子群に係るＳＰ３スイッチ３−
１〜同３−８はスイッチマトリックス４−１を選択する
ので、アンテナ素子１−１〜同１−８からなる１つのア
ンテナ素子群が励振され単一ビームが形成される。ま
た、アンテナ素子１−１〜同１−８からなるアンテナ素
子群はスイッチマトリックス４−１に、アンテナ素子１
−９〜同１−１６からなるアンテナ素子群はスイッチマ
トリックス４−２に、アンテナ素子１−１７〜同１−２
４からなるアンテナ素子群はスイッチマトリックス４−
３にそれぞれ接続されるように制御すれば、第３図
（ａ）に示す如く、互いに１２０°離隔した方位方向を
指向する３本のビーム１０が同時に形成される。同様
に、連続する８個のアンテナ素子群の２つを任意に選択
形成することで、第３図（ｂ）に示す如く、任意の方位
方向を指向する２本のビーム１０を同時に形成できる。

このように、本実施例に係る電子走査アンテナによれ
ば、単一ビームから最大３ビームまで任意に形成できる
のである。そして、スイッチ群の制御によってビームの
指向方向を任意に変更設定できるのであり、そのスイッ
チ群をＰＩＮダイオードスイッチ群とすることで、ビー
ムの指向方向の変更設定を高速になし得る。つまり、高
速走査ができるのである。

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。即ち複数のアンテナ素子を３個のアンテナ素子
群に分割使用するようにしているが、アンテナ素子側の
ＳＰ３Ｔスイッチおよびスイッチマトリックス内のＳＰ
３ＴスイッチをＳＰＭＴスイッチ（Ｍは自然数）とし、
スイッチマトリックス，電力分配器および送受信部から
なる送受信系（給電系）をＭ系統設けることによって、
Ｍ本のビームを同時に形成でき、単一ビームから最大Ｍ
本のビームを任意に選択形成できることは以上の説明か
ら容易に推察できる。

なお、移相器２−１〜同２−Ｎの配置位置であるが、本
実施例では、第１図に示す如く、アンテナ素子１−１〜
同１−ＮとＳＰ３Ｔスイッチ３−１〜同３−Ｎ間に設け
てある。これは第４図に示す従来例と同様にスイッチマ
トリックス（４−１〜４−３）と電力分配器（５−１〜
５−３）間に設けても良いことは勿論である。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明の電子走査アンテナによれ
ば、複数のアンテナ素子をＭ分割したＭ個のアンテナ素
子群のそれぞれに電力を供給するＭ個の送受信系（給電
系）を設け、１アンテナ素子ごとに給電系を選択できる
ようにしたので、同時にＭ個のビームを形成でき、しか
もそれらを全方位方向の任意の方向に指向形成できる。

故に、アンテナ開口の有効利用が図れ、データレートを
向上させることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る電子走査アンテナの構
成ブロック図、第２図はビーム形成動作の説明図、第３
図は複数ビーム同時形成の概念図、第４図は従来の電子
走査アンテナの構成ブロック図、第５図はトランスファ
スイッチの動作説明図である。 １−１〜１−Ｎ，１１−１〜１１−２４……アンテナ素
子、２−１〜２−Ｎ，１６−１〜１６−８……移相器、
３−１〜３−Ｎ、８−１〜８−８，１２−１〜１２−８
……ＳＰ３Ｔスイッチ、４−１〜４−３，１５……スイ
ッチマトリックス、５−１〜５−３，１７……電力分配
器、６−１〜６−３，１８……送受信部、７……制御
部、８−９，１４……バットラーマトリックス、９……
励振されているアンテナ開口、１０……形成されたビー
ム、１３−１〜１３−１２……トランスファスイッチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】環状に配列される複数のアンテナ素子と；
   前記複数のアンテナ素子をＭ（Ｍは自然数）分割して得
   られるＭ個のアンテナ素子群のそれぞれのアンテナ素子
   に電力を分配すべく配置されるＭ個の電力分配器と；前
   記Ｍ個の電力分配器と１対１に対応して設けられその対
   応する電力分配器の出力を前記Ｍ個のアンテナ素子群へ
   切換分配するためのＭ個のスイッチマトリックスと；前
   記複数のアンテナ素子と１対１に対応して設けられ前記
   Ｍ個のスイッチマトリックスの１つを選択しその選択し
   たスイッチマトリックスの対応した出力を１つのアンテ
   ナ素子へ伝達するための複数のスイッチと；前記複数の
   アンテナ素子と同数個からなり個々のアンテナ素子の励
   振位相を制御すべく当該複数のアンテナ素子と前記複数
   のスイッチ間、または前記Ｍ個の電力分配器と前記Ｍ個
   のスイッチマトリックス間のいずれかに配置される複数
   の移相器と；前記Ｍ個のスイッチマトリックスと前記複
   数のスイッチと前記複数の移相器をそれぞれ制御する制
   御手段と；を備えたことを特徴とする電子走査アンテ
   ナ。