JPH11186829A - アクティブフェーズドアレイアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーダと広帯域送信との共用が可能なアクテ
ィブフェーズドアレイアンテナを提供する。 【解決手段】 複数の素子アンテナ１０１と、その素子
アンテナ１０１ごとに設けられ、素子アンテナ１０１へ
の送信信号および素子アンテナ１０１からの受信信号を
増幅および位相制御を行う送受信モジュール１０２と、
分配合成器とを備え、送受信モジュール１０２が、狭帯
域電力増幅器２０５と、広帯域電力増幅器２０３と、広
帯域電力増幅器２０３のみを用いて送信信号を広帯域で
出力する第１の状態および狭帯域電力増幅器２０５を用
いて送信信号を狭帯域で出力する第２の状態とを切り換
えるスイッチ２０４および２０６とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アクティブフェー
ズドアレイアンテナに関し、特に、レーダおよび広帯域
送信の共用が可能なアクティブフェーズドアレイアンテ
ナに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のアクティブフェーズドア
レイアンテナは、特開平４−３５２０３号公報に開示さ
れているように、単一の周波数帯域のみで使用可能に設
計された送受信モジュールが用いられている。

【０００３】図８は、従来の送受信モジュールの構成を
示す図であり、送受信モジュール８００は、移相器８０
１、スイッチ８０２および８０４、高出力増幅器８０３
および低雑音増幅器８０５を備えている。

【０００４】励振信号を送信する場合は、入出力端子２
０９から入力された励振信号が移相器８０１によって所
望の位相に制御され高出力増幅器８０３で増幅された
後、素子アンテナへ出力される。受信時には、素子アン
テナで受信した受信信号が低雑音増幅器８０５で増幅さ
れた後、移相器８０１を通って位相制御されて入出力端
子２０９から出力される。スイッチ８０２および８０４
は、送信時および受信時に応じて伝送ラインを切り換え
る。

【０００５】図９は、この送受信モジュールが適用され
たアクティブフェーズドアレイアンテナの構成を示す図
であり、このアンテナは、低域用と高域用の２つの周波
数帯域で共用することができる。

【０００６】低域用の系統は、低域用給電回路９０１、
低域用送受信モジュール９０２および低域用素子アンテ
ナ９０３により構成されており、一方、高域用の系統
も、高域用給電回路９０４、高域用送受信モジュール９
０５および高域用素子アンテナ９０６により構成されて
いる。すなわち、高域用と低域用とで、それぞれ別々の
素子アンテナ、送受信モジュールおよび給電回路が必要
となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】レーダの場合、高周波
電力を放射し、目標物からの反射電力を受信するため、
２ｗａｙ（往復）分の電力が必要となる。そのため、送
受信モジュールの電力増幅器を狭帯域のものとし高出力
を得る必要がある。一方、広帯域送信の場合は、相手目
標に対して広帯域電波を放射する目的で使用されるた
め、広い帯域で高周波電力を出力する必要がある。

【０００８】したがって、狭帯域に設計されているレー
ダ用の送受信モジュールは、広帯域を必要とするものに
は使用できない。

【０００９】また、広帯域送信では、相手目標に対して
広帯域電波を放射するだけであるため、１ｗａｙ（往
路）分の電力だけでよく、レーダのように高出力が必要
とされない。したがって、低出力の広帯域電力増幅器を
使用することが可能であるが、レーダの場合、高出力が
必要とされるため、低出力の広帯域電力増幅器を用いて
送受信モジュールを構成すると、非常に多くの増幅器が
必要となり、装置が大型化してしまう。

【００１０】したがって、レーダ用と広帯域送信用とで
それぞれに適した別々のアンテナを用意する必要があ
り、装置の大型化、高コスト化を招いている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明のアクティブフェーズドアレイアンテナ
は、複数の素子アンテナと、その素子アンテナごとに設
けられ、素子アンテナへの送信信号および素子アンテナ
からの受信信号を増幅および位相制御を行う送受信モジ
ュールと、送受信モジュールへの高周波信号の分配およ
び送受信モジュールからの高周波信号の合成を行う分配
合成器とを備えるアクティブフェーズドアレイアンテナ
であって、送受信モジュールが、狭帯域電力増幅器と、
広帯域電力増幅器と、広帯域電力増幅器のみを用いて送
信信号を広帯域で出力する第１の状態および狭帯域電力
増幅器を用いて送信信号を狭帯域で出力する第２の状態
とを切り換える切換手段とを備えるものである。

【００１２】これにより、第１の状態では、広帯域送信
として、また、第２の状態では、レーダとして共用する
ことが可能となる。

【００１３】また、広帯域電力増幅器と狭帯域電力増幅
器とを直列に接続することによって、第２の状態、すな
わち、レーダ送信時には、より高出力の信号を出力する
ことが可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、本発明の一実施形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００１５】本発明の第１の実施形態では、送受信モジ
ュールの送信系に狭帯域電力増幅器と広帯域電力増幅器
が設けられる。そして、スイッチを操作することによ
り、送信側最終段の電力増幅器として狭帯域電力増幅器
あるいは広帯域電力増幅器のいずれかを選択切り換えす
る。レーダとして用いる場合には、最終段に狭帯域電力
増幅器が接続されるように、また、広帯域送信用として
用いる場合には、最終段に広帯域電力増幅器が接続され
るように、スイッチを切り換えるものである。

【００１６】図１は、本実施形態のアクティブフェーズ
ドアレイアンテナの構成を示す図であり、送受信モジュ
ール１０２は、複数の素子アンテナ１０１それぞれに設
けられ、各素子アンテナ１０１へ送られる送信信号およ
び各素子アンテナ１０１で受信された受信信号を増幅お
よび位相制御する。分配合成器１０３は、各送受信モジ
ュール１０２への高周波（ＲＦ）信号の分配および送受
信モジュール１０２からのＲＦ信号の合成を行う。

【００１７】レーダ用送受信機１０６からのレーダ用送
信信号は、分配合成器１０３に入力され、各送受信モジ
ュール１０２に分配されて増幅および位相制御された
後、素子アンテナ１０１から放射される。一方、素子ア
ンテナ１０１を介して送受信モジュール１０２で受信さ
れ増幅された受信信号は、分配合成器１０３で合成され
た後、レーダ用送受信機１０６へ送られる。

【００１８】また、広帯域送信用送信機１０５からの広
帯域送信用送信信号が分配合成器１０３に入力され、各
送受信モジュール１０２で増幅および位相制御され素子
アンテナ１０１から放射される。

【００１９】分配合成器１０３とレーダ用送受信機１０
６または広帯域送信用送信機１０５との伝送ラインは切
換スイッチ１０４で切り換えられる。

【００２０】図２は、本発明の第１の実施形態のアクテ
ィブフェーズドアレイアンテナに適用される送受信モジ
ュールの構成を示す図であり、送受信の切り換えを行う
スイッチ２０２と、位相制御するための移相器２０１
と、広帯域送信用およびレーダ用として用いられる広帯
域電力増幅器２０３と、レーダ用の最終段電力増幅器と
して用いられる狭帯域電力増幅器２０５とを備える。さ
らに、狭帯域電力増幅器２０５をバイパスするために用
いられるスイッチ２０４およびスイッチ２０６と、送信
信号と受信信号の伝送ラインを切り分けるサーキュレー
タ２０７と、受信信号用の低雑音増幅器２０８とを備え
る。なお、狭帯域電力増幅器２０５および広帯域電力増
幅器２０３は、図３に示すように異なった特性を有して
いる。

【００２１】本実施形態の送受信モジュールをレーダ用
として使用する場合には、入出力端子２０９から入力さ
れた励信信号が移相器２０１を通って広帯域電力増幅器
２０３および狭帯域電力増幅器２０５の双方で増幅され
た後、サーキュレータ２０７を通って、素子アンテナ１
０１から放射される。その際、スイッチ２０４およびス
イッチ２０６は、図２中、ａ側に切り換えられている。

【００２２】素子アンテナ１０１で受信された受信信号
は、サーキュレータ２０７で受信伝送ラインに入り、低
雑音増幅器２０８で増幅される。さらに、移相器２０１
を通って入出力端子２０９へ出力される。なお、スイッ
チ２０２は、送受信の切り換えを行うものであり、ａ側
に切り換えられている状態の場合には、送信、ｂ側に切
り換えられている場合には、受信が行われることにな
る。

【００２３】一方、本実施形態の送受信モジュール１０
２を広帯域送信用として使用する場合には、スイッチ２
０４および２０６は、共に図２中、ｂ側に切り換えられ
る。そして、入出力端子２０９から入力された励振信号
は、移相器２０１を通って広帯域電力増幅器２０３によ
って増幅された後、狭帯域電力増幅器２０５を介するこ
となく、サーキュレータ２０７を通って素子アンテナ１
０１から放射される。

【００２４】このように、送受信モジュールをレーダ用
として用いる場合には、広帯域電力増幅器および狭帯域
電力増幅器の双方により励振信号を増幅し、一方、広帯
域送信用として用いる場合には、広帯域電力増幅器のみ
により励振信号を増幅するように構成することによっ
て、レーダと広帯域送信とで共用可能となる。そして、
このような送受信モジュールをフェーズドアレイアンテ
ナに備えることによって、レーダと広帯域送信とで共用
することができる。

【００２５】また、図２を参照すると、レーダ用として
送受信モジュールを用いる場合、広帯域電力増幅器２０
３と狭帯域電力増幅器２０５とが直列で接続されてい
る。したがって、励振信号は、２つの増幅器で増幅され
ることになるため、レーダとしての高出力性能を向上さ
せることができる。

【００２６】なお、本実施形態では、広帯域電力増幅器
と狭帯域電力増幅器とを直列に接続させているが、これ
らを並列に接続し、レーダ用として用いる場合には、狭
帯域電力増幅器のみを、また、広帯域送信用として用い
る場合には、広帯域電力増幅器のみを用いるようにスイ
ッチ等で切り換える構成とすることも可能である。

【００２７】レーダと広帯域送信との切り換え、すなわ
ち、スイッチ２０２、２０４および２０６の切り換え
は、オペレータの選択による切り換えあるいは外部から
入力されるタイミング信号による自動切り換えのいずれ
でもかまわない。ここで、レーダと広帯域送信との自動
切り換えのタイミングは、図４に示すように、レーダと
広帯域送信とが重ならないよう設定される。

【００２８】次に、本発明の第２の実施形態について図
５および図６を参照して説明する。

【００２９】図５は、本実施形態で適用される送受信モ
ジュールの構成を示す図であり、前述の図２に示された
送受信モジュールの構成と重複する部分の詳細な説明は
省略する。

【００３０】図５を参照すると、スイッチ５０１には、
切換点が３つ備えられており、スイッチ５０１がａ側に
切り換えられている場合には、スイッチ２０６もａ側に
切り換えられ、入出力端子２０９から入力された励振信
号は、狭帯域高出力で送信される。一方、スイッチ５０
１がｂ側に切り換えられている場合には、スイッチ２０
６もｂ側に切り換えられ、励振信号は、広帯域で出力さ
れる。また、スイッチ５０１がｃ側に切り換えられてい
る場合には、終端器５０２により送信電力は吸収され、
送信モジュール１０２からは励振信号は送信されない。

【００３１】図６は、図５に示す送受信モジュールを適
用したアクティブフェーズドアレイアンテナの構成を示
す図であり、送信モジュールとして図５に示す構成のも
のを適用する点以外は、前述の図１に示す構成と同様で
あるため、重複部分の説明は省略する。

【００３２】本実施形態では、アクティブフェーズドア
レイアンテナがレーダとして機能する場合には、全ての
送受信モジュール１０２において、スイッチ５０１およ
び２０６がａ側に切り換えられている。そして、入出力
端子２０９から入力される励振信号は、広帯域電力増幅
器２０３および狭帯域電力増幅器２０５の双方で増幅さ
れた後、素子アンテナ１０１から放射される。レーダ受
信時の動作は、前述の第１の実施形態と同様であるため
説明は省略する。

【００３３】一方、アクティブフェーズドアレイアンテ
ナが広帯域送信として機能する場合には、図６中、中央
に配列されている複数の素子アンテナ６０１に接続され
た斜線が施されている送受信モジュール６０２では、ス
イッチ５０１および２０６はｂ側に切り換えられる。し
たがって、これらの送受信モジュール６０２では、入出
力端子２０９から入力される励振信号は、広帯域電力増
幅器２０５で増幅された後、素子アンテナ６０１から放
射される。また、図６中、周辺部分に配列されている素
子アンテナ１０１に接続された斜線が施されていない送
受信モジュール１０２では、スイッチ５０１はｃ側に切
り換えられる。すなわち、周辺部分に配列された送受信
モジュール１０２からは信号が送信されないようにスイ
ッチ５０１が切り換えられる。

【００３４】この結果、広帯域送信として機能する場
合、アクティブフェーズドアレイアンテナの開口が小さ
くなり、アンテナパターンのビーム幅が広がる。したが
って、一度に広角度の範囲への妨害を行うことができ
る。

【００３５】また、レーダとして機能する場合には、全
ての素子アンテナ１０１でレーダ送信が行われるため、
レーダビームの指向性が低下することはない。

【００３６】このように、各々の素子アンテナに与える
送信電力を送受信モジュールを制御することによって変
化させることにより、用途毎に適した所望のビーム幅の
パターンを得ることができる。

【００３７】次に、本発明の第３の実施形態について図
７を参照して説明する。

【００３８】本実施形態において、レーダ用の送信時
は、スイッチ７０１〜７０６の全てがａ側に切り換えら
れている。入出力端子２０９から入力される励振信号
は、移相器２０１でビーム走査に必要な所望の位相に制
御され、広帯域電力増幅器２０３および狭帯域電力増幅
器２０５で増幅された後、素子アンテナ１０１から放射
される。最終段の電力増幅器が狭帯域であるため、レー
ダとしての狭帯域高出力の送信が行うことができる。

【００３９】また、広帯域の送信時は、スイッチ７０
１、スイッチ７０２、スイッチ７０５およびスイッチ７
０６がａ側に切り換えられ、スイッチ７０３およびスイ
ッチ７０４はｂ側に切り換えられる。入出力端子２０９
から入力される励振信号は、移相器２０１で位相制御さ
れ、広帯域電力増幅器２０３で増幅された後、狭帯域電
力増幅器２０５のバイパスラインを通って、素子アンテ
ナ１０１へ出力される。最終段の電力増幅器が広帯域で
あるため、広帯域送信用としての広帯域出力を行うこと
ができる。

【００４０】また、レーダ用の受信時は、スイッチ７０
１、スイッチ７０２、スイッチ７０５およびスイッチ７
０６がｂ側に切り換えられる。素子アンテナ１０１で受
信された受信信号は、低雑音増幅器２０８で増幅された
後、移相器２０１で位相制御され、可変減衰器７０７で
振幅制御されて入出力端子２０９から出力される。

【００４１】受信信号のレベルを可変減衰器７０７によ
り制御することによって、受信信号の感度を最適なもの
とすることができ、より正確に目標を検出することが可
能となる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明のアクティ
ブフェーズドアレイアンテナでは、送受信モジュール内
に狭帯域電力増幅器および広帯域電力増幅器を設け、最
終段の電力増幅器として狭帯域と広帯域とのどちらか選
択した方に切り換えるために、狭帯域高出力および広帯
域出力の送信を１つのアンテナで行うことができる。こ
れにより、本発明のアクティブフェーズドアレイアンテ
ナでは、レーダと広帯域送信とで共用することが可能と
なり、装置の小型化、低コスト化および多機能化を実現
している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態のアクティブフェーズ
ドアレイアンテナの構成を示す図である。

【図２】図１における送受信モジュールの構成を示す図
である。

【図３】図２における広帯域電力増幅器および狭帯域電
力増幅器の特性を示す図である。

【図４】本発明の第１の実施形態におけるレーダと広帯
域送信との切り換えタイミングを示すタイミングチャー
トである。

【図５】本発明の第２の実施形態のアクティブフェーズ
ドアレイアンテナにおける送受信モジュールの構成を示
す図である。

【図６】本発明の第２の実施形態のアクティブフェーズ
ドアレイアンテナの構成を示す図である。

【図７】本発明の第３の実施形態のアクティブフェーズ
ドアレイアンテナにおける送受信モジュールの構成を示
す図である。

【図８】従来のアクティブフェーズドアレイアンテナに
おける送受信モジュールの構成を示す図である。

【図９】従来のアクティブフェーズドアレイアンテナの
構成を示す図である。

【符号の説明】

１０１ 素子アンテナ １０２ 送受信モジュール １０３ 分配合成器 １０４ 切換スイッチ １０５ 広帯域送信用送信機 １０６ レーダ用送受信機 ２０１ 移相器 ２０２、２０４、２０６ スイッチ ２０３ 広帯域電力増幅器 ２０５ 狭帯域電力増幅器 ２０７ サーキュレータ ２０８ 低雑音増幅器 ２０９ 入出力端子 ５０１ スイッチ ５０２ 終端器 ６０１ 素子アンテナ ６０２ 送受信モジュール ７０１、７０２、７０３、７０４、７０５、７０６
スイッチ ７０７ 可変減衰器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋村 隆行 千葉県木更津市祇園４−29−12 (72)発明者 門脇 保紀 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の素子アンテナと、前記素子アンテ
   ナごとに設けられ、前記素子アンテナへの送信信号およ
   び前記素子アンテナからの受信信号を増幅および位相制
   御を行う送受信モジュールと、前記送受信モジュールへ
   の高周波信号の分配および前記送受信モジュールからの
   高周波信号の合成を行う分配合成器とを備えるアクティ
   ブフェーズドアレイアンテナであって、 前記送受信モジュールは、 狭帯域電力増幅器と、 広帯域電力増幅器と、 前記広帯域電力増幅器のみを用いて前記送信信号を広帯
   域で出力する第１の状態および前記狭帯域電力増幅器を
   用いて前記送信信号を狭帯域で出力する第２の状態とを
   切り換える切換手段とを備えることを特徴とするアクテ
   ィブフェーズドアレイアンテナ。
2. 【請求項２】 前記狭帯域増幅器および前記広帯域電力
   増幅器は直列に接続され、 前記第２の状態では、前記送信信号は、前記広帯域電力
   増幅器および前記狭帯域電力増幅器の双方で増幅される
   ことを特徴とする前記請求項１に記載のアクティブフェ
   ーズドアレイアンテナ。
3. 【請求項３】 前記第１の状態では、前記素子アンテナ
   から広帯域電波が出力され、 前記第２の状態では、前記素子アンテナからレーダ用電
   波が出力されることを特徴とする前記請求項１または２
   に記載のアクティブフェーズドアレイアンテナ。
4. 【請求項４】 前記送受信モジュールは、 前記素子アンテナからの受信信号の信号レベルを最適な
   レベルに変換する可変減衰器をさらに備えることを特徴
   とする前記請求項１に記載のアクティブフェーズドアレ
   イアンテナ。
5. 【請求項５】 複数の素子アンテナと、前記素子アンテ
   ナごとに設けられ、前記素子アンテナへの送信信号およ
   び前記素子アンテナからの受信信号を増幅および位相制
   御を行う送受信モジュールと、前記送受信モジュールへ
   の高周波信号の分配および前記送受信モジュールからの
   高周波信号の合成を行う分配合成器とを備えるアクティ
   ブフェーズドアレイアンテナであって、 前記送受信モジュールは、 前記送信信号を広帯域で出力する手段と、 前記送信信号を狭帯域高出力で出力する手段と、 前記送信信号を広帯域で出力する第１の状態、前記送信
   信号を狭帯域高出力で出力する第２の状態あるいは前記
   送信信号を出力しない第３の状態の何れかを選択する切
   換手段とを備えることを特徴とするアクティブフェーズ
   ドアレイアンテナ。
6. 【請求項６】 前記素子アンテナから広帯域電波を出力
   する場合に、 複数の配列された前記素子アンテナのうち、中心部分に
   配列された前記素子アンテナに接続された前記送受信モ
   ジュールは、前記切換手段により前記第１の状態あるい
   は前記第２の状態が選択され、 前記素子アンテナのうち、周辺部分に配列された前記素
   子アンテナに設けられる前記送受信モジュールは、前記
   切換手段により前記第３の状態が選択されることを特徴
   とする前記請求項４に記載のアクティブフェーズドアレ
   イアンテナ。