JPH07112128B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は，電子制御アンテナに用いられる送受信モジ
ュールの消費電力の低減，及びアンテナ装置の重量の低
減に関するものである。

〔従来の技術〕

第８図は従来のアンテナ装置を示す斜視図であり，図に
おいて，（11l）〜（1nm）は素子アンテナ，（２）はこ
の素子アンテナ（１）より構成される開口層，（３は高
周波入力端，（４）は中間周波数入力端，（５）は電源
入力端，（６）は制御信号入力端，（７）は冷媒入力
端，（８）は冷媒出力端，（９）は上記電源入力端
（５）と上記制御信号入力端（６）に接続されるバス
層，（10）は上記冷媒入力端（７）と上記冷媒出力端
（８）に接続される冷却層，（36ll）〜（36nm）はこの
冷却層（10）に装着された送受信モジュール，（37）は
上記高周波入力端（３）と上記中間周波入力端（４）に
接続される給電層，（38ll）〜（38nm）は上記送受信モ
ジュール（36ll）〜（36nm）に接続される受信信号出力
端である。

また，上記送受信モジュール（36）のブロック図を第９
図に示す。

図において，（16a）は高周波入出力端，（17a），（17
e）は送信径路と受信径路を切り換えるスイッチ，（1
8）は高出力増幅器，（19）は低雑音増幅器，（20）は
移相器，（21）は高周波モジュール入力端，（22a），
（22b）はミキサ，（23a），（23b）はそれぞれこれら
ミキサ（22a），（22b）に接続される中間周波増幅器，
（24a），（24b）はそれぞれこれら中間周波増幅器（23
a），（23b）に接続されるフィルタ，（25）は上記ミキ
サ（22b）に接続される中間周波モジュール入力端，（2
6）は上記フィルタ（24b）に接続されるアナログ／ディ
ジタル変換器，（27）はこのアナログ／ディジタル変換
器（26）に接続される電気信号出力端である。

次に動作について説明する。便宜上，送受信モジュール
（36ll）〜（36nl）について説明する。電源入力端
（５）より入力された電源はバス層（９）を通じ，冷却
層（10）を介して送受信モジュール（36ll），〜（36n
l）に供給され送受信モジュール（36ll）〜（36nl）を
動作状態とする。さらに，制御信号を制御信号入力端
（６）に入力しバス層（９）を通じ，冷却層（10）を介
して送受信モジュール（36ll）〜（36nl）に入力するこ
とで送受信モジュール（36ll）〜（36nl）は送信状態あ
るいは受信状態をとる。

まず，送信系について説明する。高周波入力端（３）よ
り入力された高周波は給電層（37）を通じ，バス層
（９）及び冷却層（10）を介して送受信モジュール（36
ll）〜（36nl）の高周波モジュール入力端（21）に供
給，分配される。次いで，送信側にたおれているスイッ
チ（17e）を経由して移相器（20）に入力され，制御信
号により設定された位相に変換されたのち，高出力増幅
器（18）に入力され，増幅される。次いで増幅された高
周波は送信側にたおれているスイッチ（17a）を経由し
て高周波入出力端（16a）より出力される。次いで出力
された高周波は冷却層（10），バス層（９）及び給電層
（37）を介して開口層（２）に送られ，素子アンテナ
（1ll）〜（1nl）より電磁波として空間に放射される。

次に受信系について説明する。到来した電波は素子アン
テナ（1ll）〜（1nl）で受信され，開口層（２）を経由
し，給電層（37），バス層（９）及び冷却層（10）を介
して送受信モジュール（36ll）〜（36nl）の高周波入出
力端（16a）に入力される。送受信モジュールでは，高
周波入出力端（16a）に入力された受信高周波が受信側
にたおれているスイッチ（17a）を経由して低雑音増幅
器（19）に入力された増幅された後，ミキサ（22a）に
送られる。一方，ミキサ（22a）に入力された受信高周
波を中間周波に変換するための高周波が高周波入力端
（３）より入力され給電層（37）を通じ，バス層（９）
及び冷却層（10）を介して送受信モジュール（36ll）〜
（36nl）の高周波モジュール入力端（21）に供給され，
受信側にたおれているスイッチ（17e）を経由してミキ
サ（22a）に入力される。このミキサ（22a）では受信高
周波を高周波とミキングして中間周波に変換し，受信中
間周波として出力される。次いで中間周波増幅器（23
a）に入力された後，フィルタ（24a）に入力され，不要
周波数成分が除去された後，再びミキサ（22b）に送ら
れる。

一方，ミキサ（22b）に送られた受信中間周波をビデオ
信号に変換するための中間周波が，中間周波入力端
（４）に入力され給電層（37）を通じ，バス層（９）及
び冷却層（10）を介して送受信モジュール（36ll）〜
（36nl）の中間周波モジュール入力端（25）に入力さ
れ，ミキサ（22b）に送られる。このミキサ（22b）で
は，受信中間周波が中間周波モジュール入力端（25）よ
り入力された中間周波とミキシングされ，ビデオ信号と
して出力される。次いで，出力されたビデオ信号は中間
周波増幅器（23b）に入力され増幅された後，フィルタ
（24b）に送られ，不要周波数成分が除去される。次い
で，アナログ／ディジタル変換器（26）に入力され，デ
ィジタル信号に変換されて電気信号出力端（27）より出
力され，さらに受信信号として受信信号出力端（38ll）
〜（38nl）より出力される。

また，送受信モジュール（36ll）〜（36nl）は動作時に
発熱するため，温度によって特性が変化する。従って冷
媒入力端（７）より冷媒を入力し，冷却層（10）を通じ
て，送受信モジュール（36ll）〜（36nl）を間接冷却し
一定温度に保ちながら，常に送受信モジュール（36ll）
〜（36nl）が安定した動作をするようにしている。ま
た，冷却層（10）に入力された冷媒は冷媒出力端（８）
より出力される。

（発明が解決しようとする課題〕 従来のアンテナ装置は以上のように構成されているので
ｎ配列方向及びｍ配列方向の両方向（２次元）で受信信
号をディジタル処理できるが，受信ビームの形成におい
てディジタル処理の要求がｍ配列方向（１次元）のみで
よい場合でも,1素子に対応する１モジュール当りの消費
電流が大きく，アンテナ装置全体の全消費電流が非常に
大きくなってしまう。このため，実用に際し，アンテナ
装置全体の全消費電流を小さくすることが必要である。

また，各モジュールごとに全機能が集約されているため
アンテナ装置としての全重量が大きくなり，移動体に搭
載する場合など，アンテナ装置の重量低減が課題であっ
た。

この発明は上記のような課題を解消するためになされた
もので，受信ビームを形成する場合，受信信号のディジ
タル処理がｍ配列方向（１次元）のみでよいアンテナ装
置の全消費電流の低減化を目的としている。又，この発
明は同時に，アンテナ装置の軽量化も目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るアンテナ装置は，送受信モジュールを高
周波の増幅及び位相変換手段を有する副モジュールと，
受信信号を中間周波信号に変換し，さらにディジタル信
号に変換する手段を有する主モジュールの２つのモジュ
ールに分離するとともに，電力ｎ分配合成回路層により
ｎ個の副モジュールに主モジュールを１個対応させた構
成としたものである。

〔作用〕

この発明におけるアンテナ装置は，高周波を増幅及び位
相を変換するｎ個の副モジュールに対し，受信信号を中
間周波信号及びディジタル信号に変換する主モジュール
を１個対応させることにより，（ｎ×ｍ）素子アレーア
ンテナをｎ素子から成るｍ個のサブアレーで構成するこ
とができる。しかも，受信系においてｎ個の副モジュー
ルからの各受信信号を電力ｎ分配合成回路層により電力
合成した後、その合成信号を１個の主モジュールでディ
ジタル信号に変換するため，受信系のハードウェアの量
を従来の約ｎ分の１にすることが可能となる。

〔実施例〕

以下，この発明の一実施例を図について説明する。第１
図及び第２図はそれぞれアンテナ装置を示す斜視図及び
系統図である。図において（１）〜（10）は上記従来ア
ンテナ装置と全く同一のものである。（11ll）〜（11n
m）及び（13l）〜（13m）はそれぞれ冷却層（10）に装
着された副モジュール及び主モジュール，（12）は上記
副モジュール（11ll）〜（11nm）及び上記主モジュール
（13l）〜（13m）に接続される電力ｎ分配合成回路層，
（14）は高周波入力端（３）と高周波入力端（４）及び
上記主モジュール（13l）〜（13m）に接続された主モジ
ュール用給電層，（15l）〜（15m）はバス層（９）に接
続された受信信号入力端である。

次に上記副モジュール（11ll）〜（11nm）及び上記主モ
ジュール（13l）〜（13m）のブロック図をそれぞれ第３
図及び第４図に示す。

それぞれの図において，（16）〜（27）は上記従来アン
テナ装置と全く同一のものである。

次に動作について説明する。便宜上，副モジュール（11
ll）〜（11nl）と主モジュール（13l）について説明す
る。電源入力端（５）より入力された電源はバス層
（９）を通じて副モジュール（11ll）〜（11nl）及び主
モジュール（13l）に供給され，この副モジュール（11l
l）〜（11nl）と主モジュール（13l）を動作状態とす
る。さらに制御信号を制御信号入力端（６）に入力し，
バス層（９）を通じて副モジュール（11ll）〜（11nl）
と主モジュール（13l）に入力することで各モジュール
は送信状態あるいは受信状態をとる。

まず送信系について説明する。高周波入力端（３）より
入力された高周波は主モジュール用給電層（14）を通じ
て主モジュール（13l）の高周波モジュール入力端（2
1）に供給される。次いで送信側にたおれているスイッ
チ（17d）（17c）を通過した後，高周波入出力端（16
c）より出力され，冷却層（10）及びバス層（９）を介
して電力ｎ分配合成回路層（12）に入力される。次い
で，高周波は電力ｎ分配合成回路層（12）によりｎ分配
され、ｎ個の各高周波はバス層（９）及び冷却層（10）
を介して副モジュール（11ll）〜（11nl）に供給，分配
される。各副モジュール（11ll）〜（11nl）では供給・
分配された高周波が高周波入出力端（16b）を通して移
相器（20）に入力され，制御信号により設定された位相
に変換されたのち送信側にたおれているスイッチ（17
b）を経由して高出力増幅器（18）で増幅される。次い
で，増幅された高周波は送信側にたおれているスイッチ
（17a）を経由して高周波入出力端（16a）より出力され
る。各副モジュール（11ll）〜（11nl）の高周波入出力
端（16a）より出力された高周波は冷却層（10），バス
層（９）及び電力ｎ分配合成回路層（12）を介して開口
層（２）の各素子アンテナ（1ll）〜（1nl）に入力さ
れ，電磁波として空間に放射される。

次に受信系について説明する。到来した電磁波は各素子
アンテナ（1ll）〜（1nl）で受信され，開口層（２）を
介して受信高周波として電力ｎ分配合成回路層（12），
バス層（９）及び冷却層（10）を介して各副モジュール
（11ll）〜（1lnl）の高周波入出力端（16a）に入力さ
れる。次いで入力された受信高周波は受信側にたおれて
いるスイッチ（17a）を通過して，低雑音増幅器（19）
に入力され，増幅される。次いで受信側にたおれている
スイッチ（17b）を通過し，さらに制御信号によりｎ配
列方向に関して位相が設定された移相器（20）を通過し
て高周波入出力端（16b）より出力される。各副モジュ
ール（11ll）〜（11nl）の高周波入出力端（16b）より
出力されたｎ個の各受信高周波は冷却層（10）及びバス
層（９）を介して電力ｎ分配合成回路層（12）に入力さ
れ、１個の受信高周波に電力合成される。次いで合成さ
れた受信高周波は再びバス層（９）及び冷却層（10）を
介して主モジュール（13l）の高周波入出力端（16c）に
入力される。次いで入力された受信高周波は受信側にた
おれているスイッチ（17c）を経由してミキサ（22a）に
入力される。一方，この受信高周波をミキサ（22a）で
中間周波に変換するために，高周波が高周波入力端
（３）より入力され主モジュール用給電層（14）を通
り，さらにバス層（９）及び冷却層（10）を介して主モ
ジュール（13l）の高周波モジュール入力端（21）より
入力され，さらに受信側にたおれているスイッチ（17
d）を経由してミキサ（22a）に入力される。次いでこの
高周波と受信高周波がミキサ（22a）でミキシングされ
受信中間周波として中間周波増幅器（23a）に入力さ
れ，増幅される。次いでフィルタ（24a）に入力され，
不要周波数成分が除去された後，再びミキサ（22b）に
送られる。一方，この受信中間周波をミキサ（22b）で
ビデオ信号に変換するために，中間周波が中間周波入力
端（４）より入力され，主モジュール用給電層（14）を
通り，さらにバス層（９）及び冷却層（10）を介して主
モジュール（13l）の中間周波モジュール入力端（25）
より入力された後，ミキサ（22b）に入力される。次い
でこの中間周波と受信中間周波がミキサ（22b）でミキ
シングされ，ビデオ信号として中間周波増幅器（23b）
に入力され，増幅される。次いでフィルタ（24b）に入
力され，不要周波数成分が除去された後，アナログ／デ
ィジタル変換器（26）に入力され，ディジタル信号に変
換されて電気信号出力端（27）より受信信号として出力
される。次いで冷却層（10）を介してバス層（９）に入
力され受信信号出力端（15l）より出力される。従っ
て、アンテナ装置としてはｍ個の主モジュール（13l）
〜（13m）出力されたｍ個の受信信号がバス層（９）を
通じてｍ個の受信信号出力端（15l）〜（15m）より出力
され、図には示していないが、ディジタル位相検波器や
計算機からなる後段の信号処理部にてディジタルビーム
合成される。

また副モジュール（11ll）〜（11nl）と主モジュール
（13l）は動作時に発熱するため，温度によって特性が
変化する。従って，冷媒入力端（７）より冷媒を入力
し，冷媒層（10）を通じて，副モジュール（11ll）〜
（11nl）と主モジュール（13l）を間接冷却し，常に一
定温度に保ちなから常に副モジュール（11ll）〜（11n
l）と主モジュール（13l）が安定した動作をするように
している。

また，冷却層（10）に入力された冷媒は冷媒出力端
（８）より出力される。

次に第５図のように，アンテナ装置の各層の部分を３次
元開口層（28）,3次元バス層（29）,3次元冷却層（3
0）,3次元電力ｎ分配合成回路層（3l）及び３次元給電
層（32）にした場合について説明する。

この場合，アンテナ装置の層構成の部分は３次元の層構
成をしており，このアンテナ装置の３次元開口層（28）
の部分を機体の胴体等の表面形状に合わせて任意に成形
し，さらにその３次元の開口層（28）の形状に合わせ
て，上記３次元電力ｎ分配合成回路層（3l）,3次元給電
層（32）,3次元バス層（29）及び３次元冷却層（30）を
形成することで機体の各表面に沿って任意にアンテナ装
置を構成できるという効果が得られる。

また，このアンテナ装置は，機体等の表面に限らず，用
途に応じた形状及び部分にアンテナ装置を構成すること
ができ，しかも，ビームを走査した場合の利得パターン
を広角度範囲にわたって均一にできるという効果も得ら
れる。

次に，アンテナ装置の受信信号出力端（15l）〜（15m）
又は（38ll）〜（38nm）の代りに，第６図のように受信
光信号出力端（33l）〜（33m）設け，又，第７図のよう
に主モジュール（13l）〜（13m）の内部に電気／光変換
器（34）及び光信号出力端（35）を設けた場合について
説明する。

この場合，受信された信号は主モジュール（13l）〜（1
3m）の電気／光変換器（34）で光信号に変換され，光信
号出力端（35）より受信光信号として出力され，さらに
受信光信号出力端（33l）〜（33m）から出力されるの
で，電気信号のように他から電磁干渉を受けることがな
く，さらに，出力信号の伝送線路上での波形のなまり等
の問題がなくなるという効果がある。

また，このアンテナ装置は，受信信号が光で出力される
ため，信号処理器との距離に無関係にアンテナ装置を配
置できるという効果も得られる。

〔発明の効果〕

以上のように，この発明によれば（ｎ×ｍ）個の送受信
モジュールを高周波の増幅及び位相変換手段を有する
（ｎ×ｍ）個の副モジュールと，受信信号を中間周波信
号及びディジタル信号に変換する手段を有するｍ個の主
モジュールで構成し，しかも、電力ｎ分配合成回路層に
よりｎ個の副モジュールに対し１個のモジュールを接続
することにより、受信系においては、ｎ個の副モジュー
ルからの各受信高周波を電力ｎ分配合成回路層により１
個の受信高周波に電力合成した後、１個の主ジュールで
ディジタル信号に変換できるように構成したので、アン
テナ装置の全消費電流が低減でき，また，軽量化された
アンテナ装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す斜視図，第２図はこ
の発明の一実施例を示す系統図，第３図及び第４図はそ
れぞれこの発明の一実施例の副モジュール及び主モジュ
ールのブロック図，第５図及び第６図はその発明の一実
施例を示す斜視図，第７図はこの発明の一実施例の主モ
ジュールのブロック図，第８図は従来のアンテナ装置を
示す斜視図，第９図は従来のアンテナ装置の送受信モジ
ュールのブロック図である。 （１）は素子アンテナ，（２）は開口層，（３）は高周
波入力端，（４）は中間周波入力端，（５）は電源入力
端，（６）は制御信号入力端，（７）は冷媒入力端，
（８）は冷媒出力端，（９）バス層，（10）は冷却層，
（11）は副モジュール，（12）は電力ｎ分配合成回路
層，（13）は主モジュール，（14）は主モジュール用給
電層，（15）は受信信号出力端，（16）は高周波入出
力，（17）はスイッチ，（18）は高出力増幅器，（19）
は低雑音増幅器，（20）は移相器，（21）は高周波モジ
ュール入力端，（22）はミキサ，（23）は中間周波増幅
器，（24）はフィルタ，（25）は中間周波モジュール入
力端，（26）はアナログ／ディジタル変換器，（27）は
電気信号出力端，（28）は３次元開口層，（29）は３次
元バス層，（30）は３次元冷却層，（31）は３次元電力
ｎ分配合成回路層，（32）は３次元給電層，（33）は受
信光信号出力端，（34）は電気／光変換器，（35）は光
信号出力端，（36）は送受信モジュール，（37）は給電
層，（38）は受信信号出力端。 なお，図中，同一符号は同一，又は相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ｎ×ｍ 但し、n,mは２以上の整数）個
   の送受信モジュールと、（ｎ×ｍ）個の素子アンテナを
   アレー化して形成される開口層と、上記送受信モジュー
   ルに電源及び制御信号を供給するバス層と、上記送受信
   モジュールを冷却する冷却層と、上記送受信モジュール
   に高周波を供給する給電層とから構成されるアンテナ装
   置において、上記（ｎ×ｍ）個の送受信モジュールを、
   高周波の増幅及び位相変換手段を有する（ｎ×ｍ）個の
   副モジュールと、この（ｎ×ｍ）個の副モジュールから
   の受信信号を中間周波信号に変換し、さらにディジタル
   信号に変換する手段を有するｍ個の主モジュールで構成
   し、さらにｎ個の副モジュールに対し主モジュールを１
   個対応させることにより、（ｎ×ｍ）素子アレーをｎ素
   子から成るｍ個のサブアレーで構成したことを特徴とす
   るアンテナ装置。
2. 【請求項２】（ｎ×ｍ 但し、n,mは２以上の整数）個
   の送受信モジュールと、（ｎ×ｍ）個の素子アンテナを
   アレー化して形成される開口層と、上記送受信モジュー
   ルに電源及び制御信号を供給するバス層と、上記送受信
   モジュールを冷却する冷却層と、上記送受信モジュール
   に高周波を供給する給電層とから構成されるアンテナ装
   置において、上記（ｎ×ｍ）個の送受信モジュールを、
   高周波の増幅及び位相変換手段を有する（ｎ×ｍ）個の
   副モジュールと、この（ｎ×ｍ）個の副モジュールから
   の受信信号を中間周波信号に変換し、さらにディジタル
   信号に変換する手段を有するｍ個の主モジュールで構成
   し、さらにｎ個の副モジュールに対し、主モジュールを
   １個対応させることにより、（ｎ×ｍ）素子アレーをｎ
   素子から成るｍ個のサブアレーで構成し、さらに各層を
   ３次元開口層、３次元バス層、３次元冷却層、３次元電
   力ｎ分配合成回路層及び３次元給電層で構成したことを
   特徴とするアンテナ装置。
3. 【請求項３】（ｎ×ｍ 但し、n,mは２以上の整数）個
   の送受信モジュールと、（ｎ×ｍ）個の素子アンテナを
   アレー化して形成される開口層と、上記送受信モジュー
   ルに電源及び制御信号を供給するバス層と、上記送受信
   モジュールを冷却する冷却層と、上記送受信モジュール
   に高周波を供給する給電層とから構成されるアンテナ装
   置において、上記（ｎ×ｍ）個の送受信モジュールを、
   高周波の増幅及び位相変換手段を有する（ｎ×ｍ）個の
   副モジュールと、この（ｎ×ｍ）個の副モジュールから
   の受信信号を中間周波信号及びディジタル信号に変換
   し、さらに光信号に変換する手段を有するｍ個の主モジ
   ュールで構成し、さらにｎ個の副モジュールに対し主モ
   ジュールを１個対応させることにより、（ｎ×ｍ）素子
   アレーをｎ素子から成るｍ個のサブアレーで構成し、さ
   らに各層を３次元開口層、３次元バス層、３次元冷却
   層、３次元電力ｎ分配合成回路層及び３次元給電層を構
   成したことを特徴とするアンテナ装置。