JPH07112129B2 - 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，レーダに使用する装置に関し，更に詳しく
はレーダの送信系にフェーズドアレイ方式を，受信系に
ディジタルビームフォーミング方式を採用したレーダ装
置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のこの種のアンテナ装置の構成例を第３図に示す。
第３図において，（１）は素子アンテナ，（２）は小型
送受信器，（４）は全体として受信信号変換器，（５）
は分配器，（６）は送受信号切換器，（７）は周波数変
換器，（８）は帯域制限ろ波器，（９）はアナログ／デ
ィジタル変換器，（10）は電気／光変換器，（11）は信
号処理器，（12）は入力端子。

第４図は第３図に示した小型送受信器（２）の内部構成
例であり，第４図において，（13）は位相器，（14）は
送受切換器，（15）は高出力増幅器，（16）は低雑音増
幅器，（17）および（18）は入出力端子である。

第５図は第３図に示した送受信号切換器（６）の内部構
成例であり，第４図において，（19）は切換器，（20）
は入力端子，（21）は入出力端子，（22）および（23）
は出力端子である。

第３図から第５図を用いて従来のアンテナ装置の動作を
説明する。

外部装置から送信信号と局発信号が時分割信号となって
入力端子（12）に入力された信号は，分配器（５）を経
て複数個からなる受信信号交換器（４）の送受信信号切
換器（６）に入力される。送受信号切換器（６）は，第
５図に示す構成となっており，入力端子（20）に入力さ
れた上記信号は，送信時に２個の切換器（19a,19b）が
送信信号に同期して切換えられ，送信信号のみ入出力端
子（21）に出力される。一方，受信時は，局発信号に同
期して上記切換器（19a,19b）が切り換えられて出力端
子（23）に局発信号のみ出されると同時に，入出力端子
（21）からの受信信号は切換（19b）によって受信信号
を出力端子（22）に出力される。

送受信号切換器（６）により分離された送信信号は，小
型送受信器（２−1a）に入力される。小型送受信器（２
−1a）は第４図に示す通りに構成されており，入出力端
子（17）に入力された送信信号は，送受切換器（14a）
を経て，移相器（13）に入力され，所要の透過位相とな
る様にディジタル的に制御された後，高出力増幅器（1
5）で増幅し，送受切換器（14b）を経て，入出力端子
（18）に出力される。この入出力端子（18）に接続され
た素子アンテナ（１−1a）を経て送信信号が空間に放射
される。アンテナ装置は複数個の受信信号変換器（４−
1a〜４−Nm），小型送受信器（２−1a〜２−Nm），素子
アンテナ（１−1a〜１−Nm）を具備して構成されている
ため，小型送受信器（２−1a〜２−Nm）に内蔵された移
相器（13）を制御することにより，送信信号（送信電
波）の位相面揃え，所要する方向に送信信号の電力を集
中させることができる。

〔このように空間で各素子アンテナからの送信電波を合
成し，送信電波に指向性を持たせるレーダ方式をフェー
ズドアレイレーダと言う〕 一方，素子アンテナ（１−1a）から入力された受信信号
は，小型送受信器（２−1a）に内蔵された送受切換器
（14b）を経て，低雑音増幅器（16）で増幅された後，
送受切換器（14a）を経て，入出力端子（17）に出力さ
れ，受信信号変換器（４−1a）に入力される。受信信号
変換器（４−1a）に内蔵された送受信号切換器（６）の
動作により，この受信信号は入力端子（12）から入力さ
れ，分配器（５）で分配された局発信号と同期して，そ
れぞれ周波数変換器（７）に入力される。この周波数変
換器（７）において，受信信号と局発信号が混合され
て，中間周波数受信信号に変換される。混合によって生
じる不要波を除去する帯域制限ろ波器（８）を経て，こ
の受信信号はアナログ／ディジタル変換器（９）でデジ
タル信号に，さらに電気／光変換器（10）で光デジタル
受信信号に変換されて，受信処理器（11）に入力され
る。アンテナ装置は，これらの機能を持つ回路系が送信
側と同様に複数個具備されており，それぞれの受信信号
変換器（４−1a〜４−Nm）からの，それぞれの光デジタ
ル受信信号は，信号処理器（11）に入力される。信号処
理器（11）は高速演算により瞬時に各素子アンテナ（１
−1a〜１−Nm）からの入力信号を合成し，希望する受信
電波の一方向を形成する。

〔このように各素子アンテナからの受信信号を高速信号処理して瞬時に受信電力を合成するレーダ方式をディジタルビームフォーミングという〕

このディジタルビームフォーミングレーダは，各アンテ
ナ素子からの入力信号に容易に重み付けができる。従っ
て素子アンテナを，例えば航空機の機体表面等，任意の
形状面に配列した場合，その受信信号を合成して得られ
る受信アンテナパターン特性に発生するサイドローブレ
ベルを容易に抑制でき，理想的なアンテナパターンを形
成できる。

なお，上記回路構成において，電気／光変換器（10）は
アナログ／ディジタル変換器（９）により高速デジタル
信号換した場合，この信号を歪ませることなく信号処理
器（11）に伝送させるために是非とも必要であるとと
も，小型軽量化がはかれる。

〔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
が，回路規模が大きいこと，高速に信号処理を行うため
に必要なアナログ／ディジタル変換器（９）および電気
／光変換器（10）の消費電力が大きいこと等があり，重
量，寸法制限および消費電力制限が厳しい航空機に搭載
することが困難となるという課題があった。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は，上記のような課題を解決するためになされ
たものであり，小型送受信器（２）に内蔵された移相器
（13）を送受共用とし，送受信ともフェーズドアレイア
ンテナとするとともに，素子アンテナ（１−1a〜１−N
m）をブロック化し，このブロック毎に受信信号をディ
ジタルビームフォーミング処理ができるようにしたもの
である。

〔作 用〕

この発明におけるアンテナ装置は，素子アンテナを例え
ば縦方向にブロック分けし，そのブロック毎に受信信号
変換器を設けることにより受信信号変換器の台数を大幅
に削減でき，小型，低消費電力化されたアンテナ装置を
構成することができる。

〔実施例〕

以下にこの発明の実施例を第１図，第２図について説明
する。図において（３）は給電回路である。

外部装置から送信信号と局発信号が時分割信号となって
入力端子（12）に入力された信号は，従来例と同じく受
信信号変換器（４）において，送信信号および局発信号
に分離され，送信信号は給電回路（３）に，局発信号は
周波数変換器（７）にそれぞれ出力される。

受信信号変換器（４−１）から出力された送信信号は給
電回路（３−１）に入力される。この給電回路（３−
１）は，素子アンテナの配列に従って，例えば縦方向
（あるいは横方向）に複数個給電できる様にブロック化
して構成されおり，送信信号を分割して給電回路（３−
１）に接続された複数個の小型送受信器（２−1a〜２−
1m）に入力される。小型送受信器（２）は，第２図に示
す様に構成されており，送信信号は従来例と同じく移相
器（13）により，送信信号の透過位相を制御し，高出力
増幅器（15）で増幅された後，小型送受信器（２）から
出力され，素子アンテナ（１−1a〜１−1m）を経て空間
に放射される。

このブロック化された素子アンテナ（１−1a−１−1m）
を複数個配列した素子アンテナ（１−1a〜１−Nm）から
放射された，それぞれの送信信号（送信電波）の位相を
揃え所要する方向に電力を集中するフェーズドアレイが
構成できる。

一方，素子アンテナから入射された受信信号は，それぞ
れの素子アンテナ（１−1a〜１−Nm）に接続された小型
送受信器（２−1a〜２−Nm）に入力され，第２図に示す
送受切換器（14b）に入力される。この送受切換器（14
b）により，受信タイミングに同期させて，低雑音増幅
器（16）に入力され，低雑音増幅された後，送受切換器
（14a）を経て，移相器（13）に入力される。この移相
器（13）により，受信信号の透過位相を制御した後，給
電回路（３−１〜３−Ｎ）に入力される。この給電回路
（３−１〜３−Ｎ）は送信系と同様，素子アンテナ（１
−1a〜１−Nm）の配列に従って，列ごとにブロック分け
されており，例えば給電回路（３−１）には，素子アン
テナ（１−1a〜１−Na）に入射された受信信号が，小型
送受信器（２−1a〜２−Na）に内蔵された移相器（13）
により，所要する方向の受信信号を素子アンテナ（１−
1a〜１−Na）の配列方向に従って合成でき，受信信号の
一次元のフェーズドアレイレーダが構成できる。給電回
路（３−１〜３−Ｎ）で合成された受信信号は各ブロッ
クに対応する受信信号変換器（４−１〜４−Ｎ）に入力
され，従来例と同様に，周波数変換，帯域制限，アナロ
グ／ディジタル変換，電気／光変換され，光デジタル信
号として，それぞれ信号処理器（11）に入力される。こ
の信号処理器（11）において，ブロック間すなわち素子
アンテナ（１−1a〜１−Na）ブロックから素子アンテナ
（１−Nm〜１−Nm）ブロック間で，前述の一次元フェー
ズドアレイレーダと直交する受信信号間で，一次元ディ
ジタルビームフォーミング処理され所要の受信波が得ら
れる。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によるアンテナ装置は，複数個の
素子アンテナをブロック分けし、そのブロック毎に受信
信号変換器を設けることにより受信信号変換器の台数を
減らすことができ、回路規模の減少による小型，軽量化
および消費電力を支配するアナログ／ディジタル変換
器，電気／光変換器減少にともなう低消費電力化ができ
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す図，第２図はこの発明
に使用する小型送受信器の構成図，第３図は従来のアン
テナ装置を説明する図，第４図は従来のアンテナ装置に
使用する小型送受信器の構成図，第５図は受信信号変換
器に使用する送受信号切換器を説明する図である。 図において，（１）は素子アンテナ，（２）は小型送受
信器，（３）は給電回路，（４）は受信信号変換器，
（５）は分配器，（６）は送受信号切換器，（７）は周
波数変換器，（８）は帯域制限ろ波器，（９）はアナロ
グ／ディジタル変換器，（10）は電気／光変換器，（1
1）は信号処理器，（12）は入力端子，（13）は移相
器，（14）は送受切換器，（15）は高出力増幅器，（1
6）は低雑音増幅器，（17）および（18）は入出力端子
である。 なお，図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】任意形状の面上に配列された複数個の送受
   信共用の素子アンテナと、上記複数個の素子アンテナに
   それぞれ接続され、外部装置から受信信号変換器の送受
   切換器、給電回路を順に介して送受信器に送り込まれる
   送信信号と上記素子アンテナの受信信号とを移相制御す
   る送受共用の移相器および上記送信信号を上記移相器を
   介して上記素子アンテナに出力し、かつ上記素子アンテ
   ナの受信信号を上記移相器を介して給電回路に出力する
   ように動作する送受切換器とを有する複数個の送受信器
   と、上記複数個の素子アンテナおよび上記送受信器を複
   数個のブロックに分割し、その分割されたブロック毎の
   送受信器の送受切換器に接続される複数個の給電回路
   と、上記複数個の給電回路にそれぞれ接続され、上記外
   部装置からの送信信号を上記給電回路へ出力し、上記給
   電回路からの受信信号を周波数変換器に出力するように
   動作する送受切換器、上記給電回路からの受信信号を中
   間周波数に変換する周波数変換器、上記周波数変換器の
   出力信号をディジタル信号に変換するアナログ・ディジ
   タル変換器および上記ディジタル信号を光信号に変換す
   る電気・光変換器とを有する複数個の受信信号変換器
   と、上記複数個の受信信号変換器で変換された光信号を
   ディジタルビームフォーミング処理し、所要の受信波を
   得るための信号処理器とを具備したことを特徴とするア
   ンテナ装置。