JPH08274531A - 空間給電方式のフェーズドアレイアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】２次アンテナの指向性パターンの自由度が高
く、電力効率のよいビーム合成を行える空間給電方式の
フェーズドアレイアンテナ装置を提供する。 【構成】励振部３からの電力は、サーキュレータ５を介
して分配合成器６に供給され、各送受信モジュール４１
〜４ｍに分配供給され、増幅と位相制御が行なわれ、対
応する１次側アンテナ素子５１〜５ｍから２次側アンテ
ナ部１に向けて放射されることによりビームが空間にて
合成される。この空間合成されたビームは、２次側アン
テナ部１の給電側アンテナ素子３１〜３ｎにて受信さ
れ、送受信モジュール１１〜１ｎにて信号増幅と位相制
御とが行なわれた後、放射側アンテナ素子２１〜２ｎか
ら空間に放射される。一方、受信信号は、観測対象から
のレーダエコーより送信信号とは全く逆の順序追って生
成され、サーキュレータ５を介して受信器４に供給され
るようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、レーダ装置、通信装
置等に用いられる空間給電方式のフェーズドアレイアン
テナ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】多数のアンテナ素子と移相器とを平面状
に配設したフェーズドアレイアンテナ装置に給電を行な
う場合、給電線路による給電方式ではその構成が極めて
複雑になるため、他の有効な給電方式として空間給電方
式がある。以下、図４を参照して、従来の空間給電方式
のフェーズドアレイアンテナ装置を説明する。

【０００３】まず送信時には、送信器７は、送信信号を
サーキュレータ５を介して１次アンテナであるホーンア
ンテナ８に供給する。そして、ホーンアンテナ８から２
次アンテナである２次側アンテナ部１に上記送信信号を
放射する。

【０００４】２次側アンテナ部１は、給電側アンテナ素
子３１〜３ｎ（ｎは自然数）と、送受信モジュール１１
〜１ｎと、放射側アンテナ素子２１〜２ｎとで構成され
るアクティブフェーズドアレイアンテナである。２次側
アンテナ部１の給電側アンテナ素子３１〜３ｎは、上記
送信信号を受信し、空間給電がなされる。さらに、給電
側アンテナ素子３１〜３ｎは、受信した上記送信信号を
それぞれ送受信モジュール１１〜１ｎに出力する。

【０００５】送受信モジュール１１〜１ｎは、上記送信
信号の信号増幅と位相制御とを行ない、放射側アンテナ
素子２１〜２ｎに出力する。そして、この放射側アンテ
ナ素子２１〜２ｎは、それぞれ送受信モジュール１１〜
１ｎの上記送信信号制御に応じた強度と方向にビームを
放射する。

【０００６】一方、受信時には、放射側アンテナ素子２
１〜２ｎにて受信した受信信号が送信時とは逆の経路を
たどり、サーキュレータ５を介して受信器４に供給され
る。このような構成により、従来の空間給電方式のフェ
ーズドアレイアンテナ装置は、給電線路による給電方式
の装置に比べ、簡単な構成で各アンテナ素子に給電を行
なうことを可能にしている。

【０００７】しかしながら、上記構成による従来の空間
給電方式のフェーズドアレイアンテナ装置では、上述し
たように１次アンテナとしてホーンアンテナ８を用いて
いるため、以下に説明するような問題が生じる。

【０００８】図５は、受信モノパルス測角を行なう場合
のホーンアンテナ８の指向性パターンの和ビーム（送信
時および受信時）と差ビーム（受信時）を２次元で示す
ものである。ホーンアンテナ８の指向性パターンは、ホ
ーンの形状により決定され、通常、この図に示すように
幅の広いペンシルビーム形状となる。

【０００９】このため、送信時には、２次アンテナの送
受信モジュール１１〜１ｎの入力レベルが中央部から周
辺部になるに従って低下し、場合によっては中央部と周
辺部との入力レベル差が送受信モジュール１１〜１ｎの
許容範囲を超えてしまい、所望する２次アンテナの指向
性パターンが得られなくなる虞があった。

【００１０】一方、受信時には、２次アンテナの放射側
のサイドローブを低下させるために振幅分布をテイラー
分布やチェビシェフ分布とする必要があるが、ペンシル
ビーム形状であると実現が困難である。

【００１１】さらに、受信時には、２次アンテナのビー
ム幅を狭めるためには、２次アンテナ面上の振幅分布を
極力一様にする必要があるが、ペンシルビーム形状で実
現すると、スピルオーバが大きいために利得が低下する
ばかりか、２次アンテナのサイドローブに影響を及ぼす
虞があった。

【００１２】以上のように、１次アンテナの指向性パタ
ーンがペンシルビーム形状であるために、２次アンテナ
の指向性パターンの自由度が極めて低いという問題があ
った。

【００１３】また、送信器７には、通常電子管を用いる
が、信頼性を向上させるために固体化送信素子を用いる
ことがある。しかしながら、固体化送信素子では、多数
の固体化モジュールの出力を合成器により合成するた
め、合成損が生じる。このため、固体化送信素子を用い
た送信器では、送信電力を損失するという問題があっ
た。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の空間給電方式のフェーズドアレイアンテナ装置で
は、１次アンテナの指向性パターンがペンシルビーム形
状であるために、２次アンテナの指向性パターンの自由
度が極めて低いという問題があった。また、固体化送信
素子を用いた送信器では、送信電力を損失するという問
題があった。

【００１５】この発明は上記の問題を解決すべくなされ
たもので、２次アンテナの指向性パターンの自由度が高
く、なおかつ送信電力を損失することなくビームを合成
することが可能な空間給電方式のフェーズドアレイアン
テナ装置を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明に係る空間給電方式のフェーズドアレイ
アンテナ装置は、それぞれ送受信モジュールを備える複
数のアンテナ素子をアレイ状に配列した２次アンテナ部
に対し、１次アンテナ部により空間を通じて給電を行な
う空間給電方式のフェーズドアレイアンテナ装置におい
て、１次アンテナ部を、それぞれ送受信モジュールを備
える複数のアンテナ素子をアレイ状に配列したフェーズ
ドアレイアンテナとしたことを特徴とする。

【００１７】

【作用】上記構成による空間給電方式のフェーズドアレ
イアンテナ装置では、１次アンテナ部が送信信号を送受
信モジュールにて信号制御し、そして、この信号制御に
応じたビームを空間にて合成し、２次アンテナ部に対し
空間給電することにより、２次アンテナ部の指向性パタ
ーンを制御することを可能としている。

【００１８】

【実施例】まず、図１を参照してこの発明に係る空間給
電方式のフェーズドアレイアンテナ装置の一実施例を説
明する。図１はこの発明に係る空間給電方式のフェーズ
ドアレイアンテナ装置の構成を示すもので、ここではレ
ーダに用いられるものとする。

【００１９】励振部３からの電力は、サーキュレータ５
を介して１次側アンテナ部２に供給される。この１次側
アンテナ部２は、分配合成器６と、送受信モジュール４
１〜４ｍと、１次側アンテナ素子５１〜５ｍとで構成さ
れるアクティブフェーズドアレイアンテナである。

【００２０】この分配合成器６は、励振部３から電力が
供給され、この電力をｍ分配（ｍは自然数）して、それ
ぞれ送受信モジュール４１〜４ｍに供給する。送受信モ
ジュール４１〜４ｍは、それぞれ分配合成器６の出力を
増幅するとともに位相制御し、対応する１次側アンテナ
素子５１〜５ｍに出力する。１次側アンテナ素子５１〜
５ｍは、それぞれ対応する送受信モジュール４１〜４ｍ
の出力する信号を対峙する２次側アンテナ部１に向けて
放射する。

【００２１】２次側アンテナ部１は、給電側アンテナ素
子３１〜３ｎ（ｎは自然数）と、送受信モジュール１１
〜１ｎと、放射側アンテナ素子３１〜３ｎとで構成され
るアクティブフェーズドアレイアンテナである。

【００２２】給電側アンテナ素子３１〜３ｎは、１次側
アンテナ素子５１〜５ｍによって空間に放射された信号
を受信し、それぞれ送受信モジュール１１〜１ｎに出力
する。送受信モジュール１１〜１ｎは、それぞれ給電側
アンテナ素子３１〜３ｎにて受信した上記送信信号を増
幅するとともに位相制御し、放射側アンテナ素子２１〜
２ｎに出力する。放射側アンテナ素子２１〜２ｎは、そ
れぞれ送受信モジュール１１〜１ｎの出力を空間に放射
する。

【００２３】一方、受信時には、放射側アンテナ素子２
１〜２ｎにて受信した受信信号を送信時とは逆の経路に
より、サーキュレータ５を介して受信器４に供給する。
以下、上記構成における空間給電方式のフェーズドアレ
イアンテナ装置の動作を説明する。励振部３からの電力
は、サーキュレータ５を介して分配合成器６に供給さ
れ、この分配合成器６により各送受信モジュール４１〜
４ｍに分配供給される。その後、分配供給された各信号
はそれぞれ送受信モジュール４１〜４ｍにて増幅と位相
制御が行なわれ、対応する１次側アンテナ素子５１〜５
ｍから２次側アンテナ部１に向けて放射されることによ
りビームが空間にて合成される。

【００２４】そして、この空間合成されたビームは、給
電側アンテナ素子３１〜３ｎにて受信され、送受信モジ
ュール１１〜１ｎに供給され、信号増幅と位相制御とが
行なわれる。そして、放射側アンテナ素子２１〜２ｎか
ら上記信号制御に応じた強度と方向に放射される。

【００２５】一方、受信信号は、観測対象からのレーダ
エコーより送信信号とは全く逆の順序追って生成され、
サーキュレータ５を介して受信器４に供給される。すな
わち、上記構成の空間給電方式のフェーズドアレイアン
テナ装置では、１次側アンテナ部２において送信信号お
よび受信信号が送受信モジュール４１〜４ｍにて増幅と
位相制御とが行なわれているため、振幅や位相を任意の
開口分布に設定することができる。また、指向性形状と
開口分布とがフーリエ変換の関係であることより、所望
する指向性形状を逆フーリエ変換して求まる開口分布に
設定すれば、所望する指向性形状に設定することができ
る。

【００２６】このため、送信時の１次側アンテナ部２の
指向性形状を、例えば図２（ａ）に示すような２次側ア
ンテナ部１の入力レベルが一定になる指向性形状に設定
することができる。この指向性形状の指向角に対する特
性が例えば図３（ａ）に示すような特性であったとす
る。この特性を得るためには、上述したように、１次側
アンテナ部２の開口分布を、図３（ａ）に示す１次側ア
ンテナ部２の指向性形状を逆フーリエ変換して求められ
る開口分布に設定すればよい。

【００２７】同様に、受信時の１次側アンテナ部２の指
向性形状を、例えば図２（ｂ）に示すような２次側アン
テナ部１のビーム幅が狭くなる指向性形状に設定するこ
とができる。この特性は、スピルオーバが小さく、なお
かつ２次側アンテナ部１の給電側の振幅レベルが略一定
の特性で、指向角に対する特性が例えば図３（ｂ）に示
すような特性であったとする。この特性を得るために
は、上記送信時と同様に、前述のフーリエ変換の関係を
利用し、１次側アンテナ部２の開口分布を、図３（ｂ）
に示す１次側アンテナ部２の指向性形状を逆フーリエ変
換して求められる開口分布に設定すればよい。

【００２８】さらに、同様にして、２次側アンテナ部１
のサイドローブを低減させるために、２次側アンテナ部
１の放射側の振幅分布をテイラー分布やチェビシェフ分
布となるように、１次側アンテナ部２の指向性形状を設
定することができる。

【００２９】また、１次側アンテナ部２は、アクティブ
フェーズドアレイアンテナであるため、送受信モジュー
ル４１〜４ｍの出力を空間にて合成することができる。
このため、従来の装置のような合成器における合成損が
ないため、効率よく合成することができる。

【００３０】したがって、上記構成の空間給電方式のフ
ェーズドアレイアンテナ装置によれば、２次アンテナの
指向性パターンの自由度が高く、なおかつ電力効率のよ
いビーム合成を行うことができる。

【００３１】尚、この発明は上記実施例に限定されるも
のではない。例えば、上記実施例では、２次側アンテナ
部１をアクティブフェーズドアレイアンテナとして構成
したが、パッシブフェーズドアレイアンテナとしても、
同様の効果を得られる。その他、この発明の要旨を逸脱
しない範囲で種々の変形を施しても同様に実施可能であ
ることはいうまでもない。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
２次アンテナの指向性パターンの自由度が高く、なおか
つ電力効率のよいビーム合成を行うことが可能な空間給
電方式のフェーズドアレイアンテナ装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る空間給電方式のフェーズドアレ
イアンテナ装置の一実施例の構成を示す図。

【図２】上記実施例の１次側アンテナ部の指向性形状の
設定例を示す図。

【図３】上記実施例の１次側アンテナ部の指向角に対す
る指向性形状の設定例を示す図。

【図４】従来の空間給電方式のフェーズドアレイアンテ
ナ装置の構成を示す図。

【図５】従来の空間給電方式のフェーズドアレイアンテ
ナ装置の１次側アンテナ部の指向性形状を示す図。

【符号の説明】

１…２次側アンテナ部 ２…１次側アンテナ部 ３…励振部 ４…受信器 ５…サーキュレータ ６…分配合成器 ７…送信器 ８…ホーンアンテナ １１〜１ｎ，４１〜４ｍ…送受信モジュール ２１〜２ｎ…放射側アンテナ素子 ３１〜３ｎ…給電側アンテナ素子 ５１〜５ｍ…１次側アンテナ素子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれ送受信モジュールを備える複数
   のアンテナ素子をアレイ状に配列した２次アンテナ部に
   対し、１次アンテナ部により空間を通じて給電を行なう
   空間給電方式のフェーズドアレイアンテナ装置におい
   て、 前記１次アンテナ部は、それぞれ送受信モジュールを備
   える複数のアンテナ素子をアレイ状に配列したフェーズ
   ドアレイアンテナであることを特徴とする空間給電方式
   のフェーズドアレイアンテナ装置。
2. 【請求項２】 前記１次アンテナ部の送受信モジュール
   は、少なくとも送受信信号の位相を制御することを特徴
   とする請求項１に記載の空間給電方式のフェーズドアレ
   イアンテナ装置。
3. 【請求項３】 前記１次アンテナ部の送受信モジュール
   は、送受信信号の位相と振幅とを制御することを特徴と
   する請求項１に記載の空間給電方式のフェーズドアレイ
   アンテナ装置。