JPS60102001A - アレイアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 不発明はレーダ等に用いられるマルチビームアレイアン
テナの改良に関する。

三次元レニダなど、目標の距離、方位および高度の正確
な′ｌｌｆ錨ケ必要とするレーダにおいて、方位および
高度情ルの精度はアンテナの特性に依存するところが大
きい、ごのため、前−記レーダのアンテナとしては尖鋭
な指間特性を持ったペンシルビームアレイアンテナが適
しており、これ全高速度で所定の空間全走査する方式が
広く用いられている。しかしながら、この単一ビームに
よる走査方式は７９「足の空間を走査するために、木質
的にある時間全必要とするから、レーダの１袋な性能の
一つである日ｅ＋Ｍ＋°ｉ様の更新速度に対し制約を生
ずることになる。

上ｔｊ１２　ｆｌｉｌｌ約を解決する手段としては、同
一アンテナで同時に複数ビームを形成するマルチビーム
アンテナ方式が優れており、このアンテナ方式に適した
ビーム形成法の一つとしてマトリックス給電回路方式が
良く知られている。本方式については［アンテナ工学ハ
ンドブ、り」、電子通信学会遍。

オーム社刊Ｐ　、　２２３やｒＭｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｓ
ｃａｎｎｉｎｇＡｎｔｅ＋ＩＬｎａｓ、　Ｒ，Ｃ，Ｈａ
ｎｓｅｎ編、　Ａｃａｄｅｍｉｃ１’ｒｅｓｓ（１９６
６）刊、　ｖｏｌ、　Ｉ、　Ｐ、２４７〜Ｐ、２５８に
述べられているが、以下、Ｍ１図〜第３図を参照して詳
細に説明する。

第１図は従来のマトリックス給電回路方式による８素子
、２マルチビームアレイアンテナの例でアリ、マルチビ
ームボー）１１．１２と、方向性結合器３１ａ〜３１ｈ
および３２ａ〜３２ｈ′ｔ−含む第１の直列給電線路２
１．２２と、放射素子５ａ〜５ｈと、上記第１＋７）直
列給電線路の方向性結合器と上記放射素子と全相互に結
合する第２の直列給電線路４ａ〜４ｈと、終端器６ａ〜
６ｊとで溝底されている。第２図は第１図に示すアンテ
ナにより形成されるビームの概念図である。

まず上記アンテナの基本動作を説明すると、第１図にお
いて、ビームボー）１１における人力電力は直列給電線
路２１の方向性結合器３１８〜３１ｈによって順次放射
素子５８〜５ｈへ分配され第２図に示すビームｌ’に形
成する。また、ビームボート１２における入力電力は直
列給電線路２２の方向性結合器３２３〜３２ｈによって
順次放射素子５３〜５ｈへ分配され第２図に示すビーム
２を形成する。

つぎに、ビームボート１２における入力電力の給電回路
内における流れについては、上記基本動作に加え以下に
示−ｒ動作音も考慮する必要がある。

すなわち、ビームボート１２の入力電力は方向性結合器
３２ａ〜３２ｈにより第２の直列給電線路４ａ〜４ｈへ
結合され放射素子５ａ〜５ｈ２励振するが、その一部は
方向性結合器３１８〜３１ｈを介して第１の直列給電線
路２１へ漏洩し、さらに第１の直列給電線路の方向性結
合器３１ａ〜３１ｈをフｒして放射素子５ｂ〜５ｈ２励
振する。前記漏洩電力は原理的に第１ＣＤ給電腺路２１
によって決まるビーム方向、丁なわち、ビーム１の方向
に放射されるから、この放射ビームはビームボート１２
金励振して形成するビーム２ｖｃ対してはスプリアスロ
ープとなる。

前記スプリアスロープと主ビームとのレベル差（Ｌｓ）
ｌＩ′ｉ、たとえば、方向性結合器の結合度がすべて等
しい場合、前記公知貸料ｊＭｉｃｒｏｗａｖｅＳｃａｎ
ｎｉｎｇ　ＡｎｔｅｎｎａｓＪ　Ｐ２５４　によれば近
似的に次式で表わされることが示されている。

ＬＳ（ｄＢ）ンｚ０１ｏｇｔｏ（４πｂ７ｗ）・・・・
・・・・・　（１）ここで％ｂは電力半値幅で正規化し
た放射ビーム１お工び２のビーム間隔であり、Ｅは給電
回路の効率である。たとえば、ビーム間隔を電力半値幅
に等しく設足しく　ｂ＝１　）、給電回路の効率を７５
％（Ｅ＝０．７５）とすると前記第（１３式よりＬｓ　
＝２４．５ｄＥとなる。すなわち、第３図にボすように
ビーム２の主ビームレベルに対し、スプリアスロープ２
ａがビーム１の方向に発生し、そのレベルは主ビームに
対し−２４，５ｄＢとなる。

一般に、レーダアンテナは低サイドローブかつ、高効率
であることが要求されるから、この要求を満たすには前
記第（１）式に示す関係から、ビーム間隔す會大きくす
る必要がある。しかしながら、ビーム間隔り’４拡大す
ると、必然的に両ピニムの中間の角度方向におけるアン
テナ利得すなわち、クロスオーバレベルか吐下すること
になる７５）ら、この方向においてレーダ・システム所
璧イ麓域ｆｆ１Ｊ杉成できなくなるという問題音生ずる
。

したがって、従来技術によるマド１ノックス給電回路方
式のマルチビームアレイアンテナでは、スプリアスロー
プレベルと隣接ビーム間のクロスオーバレベルとの間に
制約関係があるとい５欠点力ｉあった・ 不発明の目的は、前記欠点を解決し、スズ１ノアスロー
プレベルを抑圧し、かつ隣接ビーム［…のクロスオーバ
レベルを高く、設定司゛ロヒなマトリックス給電回路方
式のマルチビームアレイアンテナを提供することにある
。

本発明は置数の放射素子と、複数の方向１生結合器を含
む同時形成ビーム数に等しい仮数の第１の直列給電線路
と％Ａｉｌ記複数の放射素子と庁［己複数の方向性給金
器と全相互に接続する複数の第２の直列給電線路とを含
むマルチビームアレイアンテナにおいて、前記第２の直
列給電線路の前６己放射素子側出力端子と前ｊ１１放射
素子との間に位相ＦＪｉＪ整手段を設け、開口位相分布
が共相励振時の分布に比べ開口中央部に対し対称的に偏
位した分布となるように上記位相調整手段を設足してい
る。

次に不発明の実施例について図面を参照して説明する。

第４図は不発明の第１の実施例全８索子２マルチビーム
アレイアンテナについて示した回路図である。不発明の
第１の実施例は、マルチビームボー）１１．１２と、複
数の方向性結合器３１ａ〜３１ｈおよび３２ａ〜３２ｈ
　全含みマルチビーム数に等しい数の第１の直列給電線
路２１．２２と、上記方向性結合器全相互に接続する第
２の直列給電線路４３〜４ｈと、放射素子５ａ〜５ｈと
、遅延線路７ａ〜７ｈで成る位相調整手段と、終端器６
８〜６ｊとから構成されている。

同図において、ビームポート１１および１２への入力電
力は、従来技術による場合と同様の原理にて、それぞれ
第２図のビームｌおよび２となって空間に放射される。

ただし、前記両ビームのビーム間隔は前述したスプリア
スロープレベルが所定値以下となるよりに設足されてい
る。たとえば。

前記第（１）式を参照すると、給電回路の効率が７５％
（Ｅ　〜０．７５　）　ＣＤ　’ｆＪ　合、スフリアス
ロープレベル（Ｌｓａｔ　３０ｄＢ以上抑圧するには、
放射素子を共相励振したとき、すなわち第４図に示す遅
延線７ａ〜７ｈの線路長をすべて号しくしたときの放射
ビーム電力半値幅の２倍（ｂ＝２）’を両ビームのビー
ム間隔とすれば良いことが判る・第５図はに第４図にボ
丁アンデナ３の放射指同特性凶である。同図において、
ビーム１−１および２−１は第４図に示す遅延線路７ａ
〜７ｂｃ／）綜路長全すべて等しくした場合の相同特性
であり、ビーム間隔ｂｋ’ｃカ半値幅の２倍とすること
によりスプリアスロープ２−１　ａ　ｋ−３０ｄＢ以下
に抑圧している。

しかるに、アンテナ３の遅延線路７ａ〜７ｈは線路長を
任意に設足できるから、不実施例では、前記勝路長を１
ノ旧」中央部の遅延線路７ｄ、７ｅにおいて最も短く、
開口の両端に近づくに伴い順次長くなるよう上下対称的
に設定している。この結果、開口上の励振位相分布は、
共相励振分布から偏位全受け、しｄ口中央部に対して両
端に近づくほど位相が遅れた上下対称分布となるから、
この位相分布形状を調整することにより、放射ビーム幅
金共相励振時のビーム幅より拡大することができる。た
とえば、ビーム幅拡大に適した位相分布形状としては余
弦状の分布等が知られている。この場合、開口上の位相
偏位分布は開口中央部に対し対称的に与えるから、ビー
ム方向は何ら影参ヲ受けずビーム幅のみが拡大される・ また、第４図において、遅延線路７ａ〜７ｈはビーム１
および２の双方に対し共通の位相偏位分布全与えるから
、第５図に示すように１両ビーム共ビーム１−２および
２−２のように等しく拡大される。この結果スプリアス
ロープを抑圧し、がっ、両ビームのクロスオーバレベル
ヲ高めたマルチビーム全形成することができる。

第６図は本発明の第２の失施例金記１の実施例と同様８
累子２マルチビームアレイアンテナについて示した回路
図である０本発明の第２の実施例は、まず第１の実施例
と同様マルチビームボート１１．１２と、方向性結合器
３１ａ〜３１１１および３２ａ〜３２ｈを含む第１の直
列給電線路２１．２２と、上記方向性結合器全相互に接
続する第２の直列給電線路４　ａ　〜４　ｈと、放！Ｊ
　＝ｒｉ子５ａ〜５ｈと、遅延線路７ａ〜７ｈで成る第
１の位相調整手段と、終端器６ａ〜６ｊとｔ含み、さら
に、前記第ｌの位相調整手段と直列に接続された遅延線
路８ａ〜８ｈで成る第２の位相調整手段とで構成される
。

この場合、前記第２の位相調整手段である遅延線路８ａ
〜８ｈの線路長はビームポート１１から各出力端子９ａ
〜９ｈまでの崖路長がもしくなるように調整されている
。したがって、不アンテナは各出力端子９ａ〜９１ｍＩ
Ｃおける端子間位相差が動作周波数の変化によらずほぼ
一定とな一す、放射ビーム方向の周波数による変化が前
記第１（１）実施例で示したアンテナに比べて著しく小
さくなるとい９利点を有することは良く知られている。

しかしながら、第２の実施例においてもマトリ、クス給
電回路自体の動作は従来技術と同様であるから、仮に第
６図の遅延線路７ａ〜７ｈ２等線路長にすると、従来技
術の欠点であったスプリアスｏ　−７’レベルと隣Ｈビ
ームのクロスオーバレベルとの間の制約関係全回避でき
なくなる。しかるに、第２の実施例においては、給電回
路の谷出力端子９ａ〜９ｈと放射素子５ａ〜５ｈとの間
に遅延線路７ａ〜７ｈで成る第１の位相調整手段を設け
ているから、これらの線路長金弟１の実施例と同様開口
中央部において最も短く、開口の両端に近づくに伴い順
次長くなるよう上下対称的に設定することにエフ、共相
励振分布から偏位した開口位相分布全夾現できる。この
結果、ビーム幅は両ビーム共に共相励振時のビーム幅よ
り拡大されるため、第１の実施例にて述べたと同様の設
計原理によりスプリアスロープを抑圧し、がっ５両ビー
ムのクロスオーバレベルを高めたマルチビームを形成す
ることができる。

なお、前記両実施例においては開口位相の共相励振から
の偏位分布として開口中央部に対して両端が遅れた分布
を与えているが、これとは逆に。

開口中央部に対して両端が進んだ分布によってもビーム
幅會共相励振時に比べて拡大できる。また、前記両実施
例において、第１の実施例における位相調整手段および
第２の実施例におりる第１の位相調整手段として遅延線
路を使用しているが１本発明はこれら位相調整手段全遅
延線路に限定するものではなく、ディジタル移相器等信
の手段によってもよいことは勿論である。さらに１両実
施例は共ＩＣ，２マルチビーム、８素子のアレイアンテ
ナについて示したが、不発明は上記マルチビーム数や放
射素子数に限定して適用されるものではなく、任意の値
に対して適用し有るものであることも勿論である。

以上、説明したように、不発明はマトリックス給電回路
方式を用いたマルチビームアレイアンテナにおいて、マ
トリ、クス給電回路の放射素子側出力端子と放射素子と
の間に位相調整手段を設け。

開口位相分布が共相励振時の分布に比べ、開口中央部に
対し対称的に偏位した分布となるように上記位相調整手
１父全調整することにより、マトリックス給電回路に伴
うスプリアスロープを抑圧し。

かつ、隣接ビームのクロスオーバレベル＋高＜ｖ足でき
るという効果全有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術によるマトリックス給電回路を用いた
２マルチビームアレイアンテナの回路図、第２図はマル
チビーム形成概念図、第３図は従来技術による放射指向
特性図、第４図は本発明の第１の実施例を示すアレイア
ンテナ回路図、第５図はこの人力４例による放射指向特
性図、第６図は不発明の第２の実施例を示すアレイアン
テナ回路図である。 ４ａ〜４ｈ・・・・・・第２の面列給電路、５ａ〜５１
１・・・・・・放射素子、６ａ〜６ｊ・・・・・・終端
器、７ａ〜７ｈ。 ８ａ〜８ｈ・・・・・・遅延線路、９ａ〜９ｈ・・・・
・・出力端子、３１ａ〜３１ｈ、３２ａ〜３２ｈ・・・
・・方間性結合ｉ、１１．１２・・・・・・マルチビー
ムポート。 代理人　弁理士　内　原　ｍｌ’ｌ’：、、：：：’　
”、　’ｉ又□、／′ 阜　１　図 、　可及 茶４　に 輿５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数の放射素子と、複数の方向性結合器を含む同時形成
   ビーム数に等しい複数の第１の直列給電線路と、前記複
   数の放射素子と前記複数の方向性結合器とを相互に接続
   する複数の第２の１１列給電線路とを含むマルチビーム
   アレイアンテナにおいて、前記第２の直列給電線路の前
   記放射素子側出力端子と前記放射素子との間に位相調整
   手段全段け、開口位相分布が共相励振時の分布に比べ開
   口中央部に対して対称的に偏位した分布となるよう上記
   位相調整手段全設定していること全特徴とづ−るアレイ
   アンテナｉｔｔ。