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JP2005150958A - Array antenna - Google Patents

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JP2005150958A
JP2005150958A JP2003382904A JP2003382904A JP2005150958A JP 2005150958 A JP2005150958 A JP 2005150958A JP 2003382904 A JP2003382904 A JP 2003382904A JP 2003382904 A JP2003382904 A JP 2003382904A JP 2005150958 A JP2005150958 A JP 2005150958A
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Japan
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transmission
phase
reception
signal
predetermined
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Pending
Application number
JP2003382904A
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Japanese (ja)
Inventor
Junichiro Suzuki
潤一郎 鈴木
Taihei Nakada
大平 中田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an array antenna capable of reducing increase in side lobe level caused by variations in the characteristics of components, without increasing the cost at manufacturing or without causing troubles in the operation. <P>SOLUTION: When a phase amount is set for each of a plurality of antenna elements constituting an array, a phase amount calculated, by adding or subtracting an offset amount to or from a predetermined phase amount is set. Consequently, increase in the side-lobe level of an antenna array caused by the variations in the characteristics of components is reduced electrically, while keeping original components, as they are, without replacing or redesigning them. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、複数のアンテナ素子を配列したアレイアンテナ装置に関する。   The present invention relates to an array antenna apparatus in which a plurality of antenna elements are arranged.

複数のアンテナ素子を配列し、各アンテナ素子毎に励振振幅及び位相を制御することによって電気的に所望するビームパターンを形成するアレイアンテナ装置は、従来よりレーダシステム等において活用されている。この種のアンテナ装置の構成の一例が、非特許文献1に示されている。   An array antenna device that forms a desired beam pattern electrically by arranging a plurality of antenna elements and controlling the excitation amplitude and phase for each antenna element has been conventionally used in radar systems and the like. An example of the configuration of this type of antenna device is shown in Non-Patent Document 1.

図6は、この非特許文献1に示された、従来のアレイアンテナ装置の構成の一例を示す図である。なお、アンテナは送受信可逆であるので、ここでは送信の場合について説明する。この図6に示されたアレイアンテナ装置50は、特定方向に一定の間隔で配列された複数(n)個のアンテナ素子511〜51nと、送信信号源54からの送信信号を複数(n)個のアンテナ素子511〜51nに給電する給電回路53と、この給電回路53と各アンテナ素子511〜51nとの間に各アンテナ素子511〜51nに対応して設けられ、各アンテナ素子511〜51nに供給される送信信号の位相を変化させる移相器521〜52nとを備えている。   FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a configuration of a conventional array antenna device disclosed in Non-Patent Document 1. In FIG. Since the antenna is reciprocal for transmission and reception, the case of transmission will be described here. The array antenna apparatus 50 shown in FIG. 6 includes a plurality (n) of (n) antenna elements 511 to 51n arranged at a constant interval in a specific direction and a plurality (n) of transmission signals from the transmission signal source 54. The power feeding circuit 53 that feeds power to the antenna elements 511 to 51n, and the power feeding circuit 53 and the antenna elements 511 to 51n are provided corresponding to the antenna elements 511 to 51n and supplied to the antenna elements 511 to 51n. Phase shifters 521 to 52n that change the phase of the transmitted signal.

次に、このアレイアンテナ装置50の動作を説明する。送信信号源54から供給された送信信号は、給電回路53によって複数(n)個に分配され、各移相器521〜52nで位相制御を受けた後、対応して接続された各アンテナ素子511〜51nに供給される。さらに、送信信号は、各アンテナ素子511〜51nから空間に放射され、空間的に合成されることによりビームが形成される。そして、このときに形成されるビーム形状は、それぞれのアンテナ素子511〜51nに供給される送信信号の励振振幅及び位相により制御される。   Next, the operation of the array antenna apparatus 50 will be described. The transmission signals supplied from the transmission signal source 54 are distributed into a plurality (n) by the power feeding circuit 53, subjected to phase control by the phase shifters 521 to 52n, and then connected to the corresponding antenna elements 511. To 51n. Furthermore, a transmission signal is radiated | emitted to space from each antenna element 511-51n, and a beam is formed by being combined spatially. The beam shape formed at this time is controlled by the excitation amplitude and phase of the transmission signal supplied to each of the antenna elements 511 to 51n.

上述のように構成したアレイアンテナ装置50において、送信信号源54からの送信信号を給電回路53で複数(n)個に分配する際に、仮に、等分にn分配することにより各アンテナ素子511〜51nへ供給される送信信号の励振振幅を等しくした場合、すなわち励振振幅を一様分布とした場合には、形成されるビームの第1サイドローブのレベルは、n=16とすると、主ビームに対して約−13.5dBとなる。   In the array antenna apparatus 50 configured as described above, when the transmission signal from the transmission signal source 54 is distributed to a plurality (n) of signals by the power feeding circuit 53, each antenna element 511 is temporarily divided into n. When the excitation amplitudes of the transmission signals supplied to .about.51n are made equal, that is, when the excitation amplitudes are uniformly distributed, the level of the first side lobe of the formed beam is assumed to be n = 16. Is about -13.5 dB.

一般に、レーダシステム等では、様々な運用上の必要性に応じて、低サイドローブ特性を有するアンテナ装置が要求される。このため、さらに低いサイドローブレベルを必要とする場合には、各アンテナ素子の励振振幅を一様分布とせず、アンテナ素子配列の中央部で高く、周辺部で低い、例えばテイラー分布となるように重み付けする(例えば、非特許文献2参照。)。すなわち、アレイアンテナ装置50においては、給電回路53から各アンテナ素子511〜51nへの送信信号の分配比にテイラー分布を適用したり、あるいは給電回路53と各アンテナ素子511〜51nとの間にそれぞれ異なる減衰率の減衰器または異なる増幅率の増幅器を付加してアンテナ素子の励振振幅に分布を与えるといった方法により、サイドローブレベルの低いビーム特性を得ている。
吉田孝監修、「改訂レーダ技術」、社団法人電子情報通信学会、平成8年10月1日、第123頁 吉田孝監修、「改訂レーダ技術」、社団法人電子情報通信学会、平成8年10月1日、第134頁
In general, a radar system or the like requires an antenna device having a low sidelobe characteristic according to various operational needs. For this reason, when a lower sidelobe level is required, the excitation amplitude of each antenna element is not uniformly distributed, but is high in the central part of the antenna element array and low in the peripheral part, for example, Taylor distribution. Weighting is performed (for example, see Non-Patent Document 2). That is, in the array antenna device 50, a Taylor distribution is applied to the distribution ratio of transmission signals from the power feeding circuit 53 to the antenna elements 511 to 51n, or between the power feeding circuit 53 and the antenna elements 511 to 51n, respectively. A beam characteristic with a low sidelobe level is obtained by adding an attenuator having a different attenuation factor or an amplifier having a different amplification factor to give a distribution to the excitation amplitude of the antenna element.
Supervised by Takashi Yoshida, “Revised Radar Technology”, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, October 1, 1996, p. 123 Supervised by Takashi Yoshida, “Revised Radar Technology”, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, October 1, 1996, p. 134

ところで、このようなアレイアンテナ装置を構成する各種マイクロ波回路部品等は、振幅通過特性や位相通過特性といった、アレイアンテナ装置にとって重要な特性に関して個体間で特性にばらつきがあり、また、その経年変化も否めない。従って、設計段階においては、アレイアンテナ装置の特性に影響を及ぼすこれら諸要因を十分考慮した設計がなされる。   By the way, various microwave circuit components that constitute such an array antenna device have variations in characteristics among individuals with respect to characteristics important for the array antenna device, such as amplitude passing characteristics and phase passing characteristics. I can't deny it. Therefore, in the design stage, a design is made in which these various factors affecting the characteristics of the array antenna apparatus are sufficiently taken into consideration.

しかしながら、アレイアンテナ装置製造後あるいは運用開始後において、ビーム形状、特にサイドローブレベルが装置運用上許容できないレベルとなることがある。特に、各アンテナ素子毎に送信信号を増幅する増幅器等のアクティブ素子を設けたアクティブ型のアレイアンテナ装置では、構成品の振幅・位相特性の変動やばらつきによる影響が顕著である。   However, the beam shape, particularly the side lobe level, may be at an unacceptable level for the operation of the apparatus after the manufacture or operation of the array antenna apparatus. In particular, in an active array antenna apparatus in which an active element such as an amplifier that amplifies a transmission signal is provided for each antenna element, the influence due to fluctuations and variations in the amplitude and phase characteristics of the components is significant.

このような場合には、対象構成品の特性改善や交換、あるいは設計の見直しといった対処が必要となり、装置製造におけるコスト増大の大きな要因になっていた。また、装置運用中においては、その運用の中断を余儀なくされるなど、装置運用に重大な支障を与えていた。   In such a case, it is necessary to take measures such as improving the characteristics and replacement of the target component or reviewing the design, which has been a major factor in increasing the cost of manufacturing the device. In addition, during the operation of the apparatus, the operation is seriously hindered, such as being forced to interrupt the operation.

本発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり、装置製造時のコストを増大させることなく、また、装置運用に支障を与えることなく、構成品の特性変動やばらつきに起因するサイドローブレベルの上昇を低減させることのできるアレイアンテナ装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above-mentioned circumstances, and does not increase the cost of manufacturing the apparatus, and does not hinder the operation of the apparatus. An object of the present invention is to provide an array antenna apparatus capable of reducing an increase in lobe level.

上記目的を達成するために、第1の発明のアレイアンテナ装置は、特定方向に配列された複数のアンテナ素子と、これら複数のアンテナ素子に対応して設けられた複数の移相器と、これら複数の移相器に所定の振幅分布で送信信号を分配するとともに前記複数の移相器からの受信信号を所定の振幅分布で合成する分配合成器とを備え、前記複数の移相器に対して所定の移相量を設定して所定の方向に指向した送信ビーム及び受信ビームを形成するときに、前記所定の移相量に対して所定のオフセット量を前記配列の順序に従って交互に増減させて設定することを特徴とする。   In order to achieve the above object, an array antenna apparatus according to a first invention includes a plurality of antenna elements arranged in a specific direction, a plurality of phase shifters provided corresponding to the plurality of antenna elements, A distribution synthesizer that distributes a transmission signal to a plurality of phase shifters with a predetermined amplitude distribution and synthesizes reception signals from the plurality of phase shifters with a predetermined amplitude distribution; When a predetermined phase shift amount is set to form a transmission beam and a reception beam directed in a predetermined direction, a predetermined offset amount is alternately increased or decreased according to the arrangement order with respect to the predetermined phase shift amount. It is characterized by setting.

また、第2の発明のアレイアンテナ装置は、特定方向に配列された複数のアンテナ素子と、これら複数のアンテナ素子に対応して設けられ、送信信号及び受信信号を増幅するとともにこれら送信信号及び受信信号の位相を制御する複数の送受信モジュールと、これら複数の送受信モジュールに所定の振幅分布で送信信号を分配するとともに前記複数の送受信モジュールからの受信信号を所定の振幅分布で合成する分配合成器とを備え、前記複数の送受信モジュールに対して所定の移相量を設定して所定の方向に指向した送信ビーム及び受信ビームを形成するときに、前記所定の移相量に対して所定のオフセット量を前記配列の順序に従って交互に増減させて設定することを特徴とする。   The array antenna apparatus of the second invention is provided corresponding to the plurality of antenna elements arranged in a specific direction and the plurality of antenna elements, amplifies the transmission signal and the reception signal, and transmits and receives the transmission signal and reception signal. A plurality of transmission / reception modules for controlling the phase of the signal, a distribution synthesizer for distributing the transmission signals to the plurality of transmission / reception modules with a predetermined amplitude distribution and combining the reception signals from the plurality of transmission / reception modules with a predetermined amplitude distribution; A predetermined offset amount with respect to the predetermined phase shift amount when a predetermined phase shift amount is set for the plurality of transmission / reception modules to form a transmission beam and a reception beam directed in a predetermined direction. Are set by alternately increasing or decreasing according to the order of the arrangement.

本発明によれば、構成品の特性変動やばらつきに起因するアレイアンテナ装置のサイドローブレベルの上昇を、当初の構成品のまま、簡易な位相制御により電気的に低減しているので、装置製造時のコスト増大を抑えることができるとともに、サイドローブレベル改善の際にも装置運用への影響を軽減したアレイアンテナ装置を得ることができる。   According to the present invention, since the increase in the side lobe level of the array antenna device due to the characteristic fluctuations and variations of the components is electrically reduced by simple phase control with the original components, the device manufacture It is possible to obtain an array antenna apparatus that can suppress an increase in cost and reduce the influence on the operation of the apparatus even when the side lobe level is improved.

以下に、本発明に係るアレイアンテナ装置を実施するための最良の形態について、図1乃至図5を参照して説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out an array antenna apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図1は、本発明に係るアレイアンテナ装置の第1の実施例を示すブロック図である。このアレイアンテナ装置1は、アレイアンテナ11、複数(n)個の移相器121〜12n、分配合成器13、及びビーム制御器14から構成されている。   FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of an array antenna apparatus according to the present invention. The array antenna device 1 includes an array antenna 11, a plurality (n) of phase shifters 121 to 12n, a distribution synthesizer 13, and a beam controller 14.

アレイアンテナ11は、特定の方向に配列された複数(n)個のアンテナ素子111〜11nからなり、各アンテナ素子111〜11nは、対応して設けられた複数(n)個の移相器121〜12nに接続されている。そして、各移相器121〜12nからの送信信号を空間に放射するとともに、到来信号を受信して各移相器121〜12nに送出する。本実施例では、各アンテナ素子111〜11nは、一次元で等間隔に配列されているものとしている。   The array antenna 11 includes a plurality (n) of antenna elements 111 to 11n arranged in a specific direction, and each of the antenna elements 111 to 11n includes a plurality of (n) phase shifters 121 provided correspondingly. To 12n. And while transmitting the transmission signal from each phase shifter 121-12n to space, an incoming signal is received and it transmits to each phase shifter 121-12n. In this embodiment, the antenna elements 111 to 11n are arranged in a one-dimensional manner at equal intervals.

複数(n)個の移相器121〜12nは、ビーム制御器14からの位相制御信号に基づいて分配合成器13からの送信信号の位相を制御し、対応して接続されたアレイアンテナ11の各アンテナ素子111〜11nに送出する。また、ビーム制御器14からの位相制御信号に基づいて、対応して接続されたアレイアンテナ11の各アンテナ素子111〜11nで受信した受信信号の位相を制御し、分配合成器13に送出する。   A plurality (n) of phase shifters 121 to 12 n control the phase of the transmission signal from the distribution synthesizer 13 based on the phase control signal from the beam controller 14, and the array antennas 11 connected correspondingly. It sends out to each antenna element 111-11n. Further, based on the phase control signal from the beam controller 14, the phase of the received signal received by each of the antenna elements 111 to 11n of the array antenna 11 connected correspondingly is controlled and transmitted to the distribution synthesizer 13.

分配合成器13は、前段に接続された送受信器等(図示せず)からの送信源信号を、ビーム制御器14からの振幅制御信号に基づいた振幅分布で分配し、複数(n)個の移相器121〜12nに送出する。また、複数(n)個の移相器121〜12nからの受信信号を、ビーム制御器14からの振幅制御信号に基づいた振幅分布で合成し、合成受信信号として後段に接続された送受信器等(図示せず)に送出する。   The distribution synthesizer 13 distributes a transmission source signal from a transmitter / receiver or the like (not shown) connected to the previous stage in an amplitude distribution based on the amplitude control signal from the beam controller 14, and a plurality (n) of them. Send to phase shifters 121-12n. Also, a received signal from a plurality (n) of phase shifters 121 to 12n is synthesized with an amplitude distribution based on an amplitude control signal from the beam controller 14, and a transmitter / receiver connected to a subsequent stage as a synthesized received signal, etc. (Not shown).

ビーム制御器14は、所定の送信ビーム及び受信ビームを形成し走査するために必要な振幅分布及び位相量を算出し、振幅制御信号、及び位相制御信号として、それぞれ分配合成器13、及び各移相器121〜12nに送出する。   The beam controller 14 calculates an amplitude distribution and a phase amount necessary for forming and scanning a predetermined transmission beam and reception beam, and the distribution synthesizer 13 and each of the shift synthesizers 13 are used as an amplitude control signal and a phase control signal, respectively. Send to phasers 121 to 12n.

次に、上述のように構成した本発明に係るアレイアンテナ装置の動作について、図1乃至図3を参照して説明する。なお、アンテナは送受可逆であるので、送信の場合を詳細に説明する。   Next, the operation of the array antenna apparatus according to the present invention configured as described above will be described with reference to FIGS. Since the antenna is reciprocal for transmission and reception, the case of transmission will be described in detail.

まず、送信の場合、ビーム制御器14における振幅制御信号及び位相制御信号の生成について説明する。ビーム制御器14においては、送信ビームを形成するために必要な、各アンテナ素子111〜11nに対する振幅分布及び位相量が、複素ウェイトW(1≦i≦n)として式(1)のように表現され、算出される。

Figure 2005150958
First, in the case of transmission, generation of an amplitude control signal and a phase control signal in the beam controller 14 will be described. In the beam controller 14, the amplitude distribution and the phase amount for each of the antenna elements 111 to 11n necessary for forming the transmission beam are expressed as complex weights W i (1 ≦ i ≦ n) as shown in Expression (1). Expressed and calculated.
Figure 2005150958

ここに、A(1≦i≦n)は、i番目のアンテナ素子11iに対する励振振幅、λは送信信号の波長、dはアンテナ素子111〜11nの配列の間隔、θは送信ビームの指向角である。 Here, A i (1 ≦ i ≦ n) is the excitation amplitude for the i-th antenna element 11i, λ is the wavelength of the transmission signal, d is the spacing between the arrangements of the antenna elements 111 to 11n, and θ is the directivity angle of the transmission beam. It is.

本発明においては、所望する低サイドローブ特性を得るために、式(1)のθに対して所定のオフセット量αをアンテナ素子111〜11nの配列の順序に従って交互に増減させている。すなわち、配列の第1番目(n=1)をオフセット量αだけ増加させて(θ+α)とすると、第2番目は(θ−α)となり、以下、各アンテナ素子111〜11nに対する複素ウェイトWは、式(2)及び式(3)のように表わされる。

Figure 2005150958
Figure 2005150958
In the present invention, in order to obtain a desired low sidelobe characteristic, the predetermined offset amount α is alternately increased or decreased according to the arrangement order of the antenna elements 111 to 11n with respect to θ in the equation (1). That is, when the first sequence (n = 1) is increased by the offset amount alpha and by (θ + α), the second is (θ-α), and the following complex weight W i for each antenna element 111~11n Is expressed as in equations (2) and (3).
Figure 2005150958
Figure 2005150958

ビーム制御器14からは、上記の式(2)及び式(3)に従って、複素ウェイトWのA(1≦i≦n)が振幅制御信号として分配合成器13に、また、(θ+α)または(θ−α)が位相制御信号として対応する配列位置の各移相器121〜12nに、それぞれ送出される。 From the beam controller 14, A i (1 ≦ i ≦ n) of the complex weight W i is sent to the distribution synthesizer 13 as an amplitude control signal according to the above equations (2) and (3), and (θ + α) Or ((theta)-(alpha)) is each sent to each phase shifter 121-12n of the arrangement position corresponding as a phase control signal.

このようにして、送信ビームを形成するための振幅分布及び位相量が設定された後に、送信源信号が分配合成器13に入力されると、分配合成器13においては、振幅制御信号に基づいた振幅分布で、この送信源信号がn分配され、対応して接続された各移相器121〜12nに送出される。各移相器121〜12nでは、これら分配された信号は位相制御信号に基づいて位相制御され、送信信号となって対応して接続された各アンテナ素子111〜11nに供給される。そして、これら送信信号は各アンテナ素子111〜11nから空間に放射され、低サイドローブ特性を有する所望の送信ビームが空間的に合成される。   When the transmission source signal is input to the distribution synthesizer 13 after the amplitude distribution and the phase amount for forming the transmission beam are set in this way, the distribution synthesizer 13 is based on the amplitude control signal. This transmission source signal is distributed in n with an amplitude distribution, and is sent to the corresponding phase shifters 121 to 12n. In each of the phase shifters 121 to 12n, these distributed signals are phase-controlled based on the phase control signal, and are supplied to the corresponding antenna elements 111 to 11n that are connected correspondingly as transmission signals. These transmission signals are radiated into the space from the antenna elements 111 to 11n, and a desired transmission beam having a low sidelobe characteristic is spatially synthesized.

一方、受信の場合、式(2)及び式(3)に従って、所望する低サイドローブ特性の受信ビームを形成するためのオフセット量αを含む複素ウェイトW(1≦i≦n)がビーム制御器14において算出され、振幅制御信号及び位相制御信号として、それぞれ分配合成器13及び移相器121〜12nに送出される。そして、各アンテナ素子111〜11nで受信された受信信号は、対応して接続された移相器121〜12nにおいて位相制御信号に基づいて位相制御された後に、分配合成器13において振幅制御信号に基づいた振幅分布で合成され、合成受信信号となって後段に送出される。 On the other hand, in the case of reception, a complex weight W i (1 ≦ i ≦ n) including an offset amount α for forming a reception beam having a desired low sidelobe characteristic is subjected to beam control according to Equations (2) and (3). Is calculated by the device 14 and sent to the distribution synthesizer 13 and the phase shifters 121 to 12n as an amplitude control signal and a phase control signal, respectively. The received signals received by the antenna elements 111 to 11n are subjected to phase control based on the phase control signal in the corresponding phase shifters 121 to 12n, and then converted to amplitude control signals in the distribution synthesizer 13. Based on the amplitude distribution based on this, it is sent to the subsequent stage as a composite received signal.

上述のように構成したアレイアンテナ装置10のビームパターンの一例を図2に示す。図2は、アンテナ素子数(n)は16個、アンテナ素子間隔は半波長、ビーム半値幅は7.5度、分配合成器13における振幅分布は一様分布、オフセット量αを約2.25度としたときのビームパターンをシミュレーションにより描いたものである。オフセットなし(図2の細線)のビームパターンは式(1)によるものであり、オフセットあり(図2の太線)のビームパターンは式(2)及び式(3)によるものである。   An example of the beam pattern of the array antenna apparatus 10 configured as described above is shown in FIG. In FIG. 2, the number (n) of antenna elements is 16, the antenna element interval is half wavelength, the beam half width is 7.5 degrees, the amplitude distribution in the distribution synthesizer 13 is uniform, and the offset amount α is about 2.25. This is a simulation of the beam pattern. The beam pattern without an offset (thin line in FIG. 2) is based on Expression (1), and the beam pattern with an offset (thick line in FIG. 2) is based on Expression (2) and Expression (3).

オフセット量αを含めた位相制御を行なうことにより、図2においては、第1サイドローブレベルを約2.4dB低下させることができる。   By performing the phase control including the offset amount α, the first side lobe level can be lowered by about 2.4 dB in FIG.

また、オフセット量αと第1サイドローブレベル低下量との関係を図3に示す。図3は、振幅分布が一様分布の場合における、オフセット量αをビーム半値幅で正規化した値と、第1サイドローブレベル低下量との関係をシミュレーションによりグラフ化したものである。図2の事例のように、ビーム半値幅が7.5度でオフセット量を約2.25度とすると、正規化した値は0.3となり、図3によれば約2.4dBの第1サイドローブレベル低下量を得ることができる。また、この図3から所望する第1サイドローブレベル低下量を得るためのオフセット量αを導出することができる。   FIG. 3 shows the relationship between the offset amount α and the first side lobe level reduction amount. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the value obtained by normalizing the offset amount α with the half width of the beam and the first side lobe level reduction amount when the amplitude distribution is uniform. As in the case of FIG. 2, when the beam half width is 7.5 degrees and the offset amount is about 2.25 degrees, the normalized value is 0.3, and according to FIG. 3, the first value of about 2.4 dB is obtained. A side lobe level reduction amount can be obtained. Further, an offset amount α for obtaining a desired first side lobe level reduction amount can be derived from FIG.

以上説明したように、本実施例においては、アレイを構成する複数個の各アンテナ素子に対する位相量を設定する際に、所定の位相量に対してオフセット量を加算あるいは減算するという、簡易な手順を付加して算出した位相量を設定することにより、サイドローブレベルを低下させている。このため、構成品の特性変動や特性のばらつき等に起因するアレイアンテナ装置のサイドローブレベルの上昇を、該当構成品の交換や再設計等をすることなく、当初の構成品のまま電気的に低減できるので、装置製造時のコスト増大を抑えることができるとともに、運用中断等による装置運用への影響を軽減したアレイアンテナ装置を得ることができる。   As described above, in this embodiment, when setting the phase amount for each of the plurality of antenna elements constituting the array, a simple procedure of adding or subtracting the offset amount with respect to the predetermined phase amount. The side lobe level is lowered by setting the phase amount calculated by adding. For this reason, the increase in the side lobe level of the array antenna device due to the characteristic variation or characteristic variation of the component can be electrically maintained without replacing or redesigning the corresponding component. Therefore, it is possible to obtain an array antenna apparatus that can suppress an increase in cost at the time of manufacturing the apparatus and reduce the influence on the operation of the apparatus due to operation interruption or the like.

図4は、本発明に係るアレイアンテナ装置の第2の実施例を示すブロック図である。この第2の実施例のアレイアンテナ装置2の各部について、図1の第1の実施例の各部と同一の部分は同一の符号で示し、その説明は省略する。第2の実施例が第1の実施例と異なる点は、複数(n)個の移相器121〜12nに換えて、複数(n)個の送受信モジュール151〜15nとした点である。以下、図4を参照して、その相違点のみを説明する。   FIG. 4 is a block diagram showing a second embodiment of the array antenna apparatus according to the present invention. In each part of the array antenna apparatus 2 of the second embodiment, the same parts as those of the first embodiment of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The second embodiment differs from the first embodiment in that a plurality (n) of transmission / reception modules 151 to 15n are used instead of the plurality of (n) phase shifters 121 to 12n. Hereinafter, only the difference will be described with reference to FIG.

図4において、複数(n)個の送受信モジュール151〜15nは、分配合成器13で分配された送信源信号を電力増幅し、ビーム制御器14からの位相制御信号に基づいて位相制御を行なった後、対応して接続されたアレイアンテナ11の各アンテナ素子111〜11nに送信信号として送出する。また、対応して接続されたアレイアンテナ11の各アンテナ素子111〜11nで受信した受信信号を低雑音増幅し、ビーム制御器14からの位相制御信号に基づいて位相制御を行なった後、分配合成器13に送出する。   In FIG. 4, a plurality (n) of transmission / reception modules 151 to 15 n amplify the power of the transmission source signal distributed by the distribution synthesizer 13 and perform phase control based on the phase control signal from the beam controller 14. Then, it transmits as a transmission signal to each antenna element 111-11n of the array antenna 11 connected correspondingly. In addition, the received signals received by the antenna elements 111 to 11n of the array antennas 11 connected in a corresponding manner are amplified with low noise, phase control is performed based on the phase control signal from the beam controller 14, and then distribution and synthesis are performed. To the device 13.

ここで、複数(n)個の送受信モジュール151〜15nのそれぞれは、本実施例においては、例えば図5のブロック図に示すように、送受信の切換を行なうサーキュレータ1511、受信信号を低雑音増幅する低雑音増幅器1512、増幅された受信信号の位相を制御する受信用移相器1513、送信信号を電力増幅する電力増幅器1514、及び増幅された送信信号の位相を制御する送信用移相器1515から構成されている。   Here, each of the plurality (n) of transmission / reception modules 151 to 15n, in the present embodiment, for example, as shown in the block diagram of FIG. From the low noise amplifier 1512, the reception phase shifter 1513 for controlling the phase of the amplified reception signal, the power amplifier 1514 for power amplification of the transmission signal, and the transmission phase shifter 1515 for controlling the phase of the amplified transmission signal It is configured.

次に、この図4のように構成したアレイアンテナ装置の動作について、図4及び図5を参照して説明する。まず、送信の場合、ビーム制御器14において、式(2)及び式(3)に基づいて、送信ビームを形成するための複素ウェイトWが、低サイドローブ特性を得るためのオフセット量αを含めて算出される。そして、この算出結果に基づいて振幅制御信号及び位相制御信号が生成されて、それぞれ分配合成器13、及び対応する配列位置の各送受信モジュール151〜15nに送られ、送信ビームの形成に必要な振幅分布及び位相量が設定される。 Next, the operation of the array antenna apparatus configured as shown in FIG. 4 will be described with reference to FIGS. First, in the case of transmission, the beam controller 14, based on equation (2) and (3), complex weight W i for forming a transmission beam, the offset amount α to obtain a low sidelobe It is calculated including it. Based on this calculation result, an amplitude control signal and a phase control signal are generated and sent to the distribution synthesizer 13 and the respective transmission / reception modules 151 to 15n at the corresponding array positions, and the amplitude required for forming the transmission beam. Distribution and phase amount are set.

その後、送信源信号が分配合成器13に入力されると、分配合成器13においては、この送信源信号が振幅制御信号に基づいた振幅分布でn分配され、対応して接続された各送受信モジュール151〜15nに送出される。各送受信モジュール151〜15nでは、これら分配された各信号は電力増幅器1514で電力増幅された後、送信用移相器1515により位相制御信号に基づいて位相制御され、送信信号となって対応して接続された各アンテナ素子111〜11nに供給される。そして、これら送信信号は、各アンテナ素子111〜11nから空間に放射され、低サイドローブ特性を有する所望の送信ビームが空間的に合成される。   Thereafter, when the transmission source signal is input to the distribution synthesizer 13, the distribution synthesizer 13 distributes the transmission source signal by n with an amplitude distribution based on the amplitude control signal, and each of the transmission / reception modules connected correspondingly. 151 to 15n. In each of the transmission / reception modules 151 to 15n, each of the distributed signals is power amplified by the power amplifier 1514, and then phase-controlled by the transmission phase shifter 1515 based on the phase control signal to be a transmission signal. It is supplied to each of the connected antenna elements 111 to 11n. These transmission signals are radiated into the space from the antenna elements 111 to 11n, and a desired transmission beam having a low sidelobe characteristic is spatially synthesized.

一方、受信の場合も同様に、ビーム制御器14において、式(2)及び式(3)に従って算出された、受信ビームを形成するための複素ウェイトWに基づいて、振幅制御信号及び位相制御信号が生成される。これらの制御信号は、それぞれ分配合成器13及び送受信モジュール151〜15nに送出され、受信ビームの形成に必要な振幅分布及び位相量が設定される。 On the other hand, as in the case of reception, the beam controller 14, equation (2) and is calculated according to equation (3), based on the complex weight W i for forming a receive beam, the amplitude control signal and phase control A signal is generated. These control signals are sent to the distribution synthesizer 13 and the transmission / reception modules 151 to 15n, respectively, and the amplitude distribution and the phase amount necessary for forming the reception beam are set.

この後に、各アンテナ素子111〜11nで受信された受信信号は、対応して接続された各送受信モジュール151〜15nにおいて低雑音増幅器1512により低雑音増幅され、さらに、位相制御信号に基づいて受信用移相器1513により位相制御されて、分配合成器13に送出される。そして、分配合成器13において振幅制御信号に基づいた振幅分布で合成され、合成受信信号となって後段に送出される。   Thereafter, the received signals received by the respective antenna elements 111 to 11n are amplified by the low noise amplifier 1512 in the corresponding transmitting / receiving modules 151 to 15n, and further received for reception based on the phase control signal. The phase is controlled by the phase shifter 1513 and sent to the distribution synthesizer 13. Then, the signal is synthesized by the distribution synthesizer 13 with the amplitude distribution based on the amplitude control signal, and is sent to the subsequent stage as a synthesized received signal.

以上説明したように、本実施例においても、第1の実施例と同様に、アレイを構成する複数個の各アンテナ素子に対する位相量を設定する際に、所定の移相量に対してオフセット量を加算あるいは減算した位相量を設定することにより、サイドローブレベルを低下させている。このため、構成品の特性変動や特性のばらつき等に起因するアレイアンテナ装置のサイドローブレベルの上昇を、該当構成品の交換や再設計等をすることなく、当初の構成品のまま電気的に低減できるので、装置製造時のコスト増大を抑えることができるとともに、運用中断等による装置運用への影響を軽減したアレイアンテナ装置を得ることができる。   As described above, in this embodiment, as in the first embodiment, when setting the phase amount for each of the plurality of antenna elements constituting the array, the offset amount with respect to the predetermined phase shift amount. The side lobe level is lowered by setting the phase amount obtained by adding or subtracting. For this reason, the increase in the side lobe level of the array antenna device due to the characteristic variation or characteristic variation of the component can be electrically maintained without replacing or redesigning the corresponding component. Therefore, it is possible to obtain an array antenna apparatus that can suppress an increase in cost at the time of manufacturing the apparatus and reduce the influence on the operation of the apparatus due to operation interruption or the like.

なお、上述した2つの実施例のいずれにおいても、振幅分布は一様分布のほかに、例えば、アンテナ素子配列の中心部に重み付けがされたテイラー分布などにしても良い。また、アンテナ素子の数やその配列の間隔、あるいはビーム半値幅等は、アレイアンテナ装置に対する要求により、種々の選択が可能である。さらに、これら実施例の構成を、例えば方位方向と仰角方向との両方向に適用して2次元に構成するなど、種々の拡張も可能である。   In any of the two embodiments described above, the amplitude distribution may be a Taylor distribution weighted at the center of the antenna element array, for example, in addition to the uniform distribution. The number of antenna elements, the spacing between the arrays, the beam half width, and the like can be selected in various ways according to the requirements for the array antenna apparatus. Furthermore, various expansions are possible, for example, the configurations of these embodiments are applied in both the azimuth direction and the elevation direction to form a two-dimensional configuration.

本発明に係るアレイアンテナ装置の第1の実施例を示すブロック図。The block diagram which shows the 1st Example of the array antenna apparatus which concerns on this invention. 図1のアレイアンテナ装置のビームパターンの一例を示す図。The figure which shows an example of the beam pattern of the array antenna apparatus of FIG. 振幅分布が一様分布の場合における、オフセット量αと第1サイドローブレベル低下量との関係の一例を示す図。The figure which shows an example of the relationship between offset amount (alpha) and 1st side lobe level fall amount in case amplitude distribution is uniform distribution. 本発明に係るアレイアンテナ装置の第2の実施例を示すブロック図。The block diagram which shows the 2nd Example of the array antenna apparatus which concerns on this invention. 図4のアレイアンテナ装置における送受信モジュールの一例を示すブロック図。The block diagram which shows an example of the transmission / reception module in the array antenna apparatus of FIG. 従来のアレイアンテナ装置の一例を示すブロック図。The block diagram which shows an example of the conventional array antenna apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1、2 アレイアンテナ装置
11 アレイアンテナ
13 分配合成器
14 ビーム制御器
121〜12n 移相器
151〜15n 送受信モジュール
1511 サーキュレータ
1512 低雑音増幅器
1513 受信用移相器
1514 電力増幅器
1515 送信用移相器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Array antenna apparatus 11 Array antenna 13 Distribution combiner 14 Beam controller 121-12n Phase shifter 151-15n Transmission / reception module 1511 Circulator 1512 Low noise amplifier 1513 Reception phase shifter 1514 Power amplifier 1515 Transmission phase shifter

Claims (3)

特定方向に配列された複数のアンテナ素子と、
これら複数のアンテナ素子に対応して設けられた複数の移相器と、
これら複数の移相器に所定の振幅分布で送信信号を分配するとともに前記複数の移相器からの受信信号を所定の振幅分布で合成する分配合成器とを備え、
前記複数の移相器に対して所定の移相量を設定して所定の方向に指向した送信ビーム及び受信ビームを形成するときに、前記所定の移相量に対して所定のオフセット量を前記配列の順序に従って交互に増減させて設定することを特徴とするアレイアンテナ装置。
A plurality of antenna elements arranged in a specific direction;
A plurality of phase shifters provided corresponding to the plurality of antenna elements;
A distribution synthesizer that distributes a transmission signal to the plurality of phase shifters with a predetermined amplitude distribution and combines reception signals from the plurality of phase shifters with a predetermined amplitude distribution,
When a predetermined phase shift amount is set for the plurality of phase shifters to form a transmission beam and a reception beam directed in a predetermined direction, a predetermined offset amount is set with respect to the predetermined phase shift amount. An array antenna apparatus characterized by being set by alternately increasing / decreasing in accordance with the arrangement order.
特定方向に配列された複数のアンテナ素子と、
これら複数のアンテナ素子に対応して設けられ、送信信号及び受信信号を増幅するとともにこれら送信信号及び受信信号の位相を制御する複数の送受信モジュールと、
これら複数の送受信モジュールに所定の振幅分布で送信信号を分配するとともに前記複数の送受信モジュールからの受信信号を所定の振幅分布で合成する分配合成器とを備え、
前記複数の送受信モジュールに対して所定の移相量を設定して所定の方向に指向した送信ビーム及び受信ビームを形成するときに、前記所定の移相量に対して所定のオフセット量を前記配列の順序に従って交互に増減させて設定することを特徴とするアレイアンテナ装置。
A plurality of antenna elements arranged in a specific direction;
A plurality of transmission / reception modules that are provided corresponding to the plurality of antenna elements, amplify the transmission signal and the reception signal, and control the phase of the transmission signal and the reception signal;
A distribution synthesizer that distributes transmission signals with a predetermined amplitude distribution to the plurality of transmission / reception modules and synthesizes reception signals from the plurality of transmission / reception modules with a predetermined amplitude distribution,
When a predetermined phase shift amount is set for the plurality of transmission / reception modules to form a transmission beam and a reception beam directed in a predetermined direction, a predetermined offset amount is arranged with respect to the predetermined phase shift amount. The array antenna apparatus is characterized in that it is set by increasing / decreasing alternately according to the order.
前記複数の送受信モジュールの各々は、送信及び受信で信号経路を切り換えるサーキュレータと、
このサーキュレータからの受信信号を増幅して出力する受信増幅器と、
この受信増幅器からの出力信号の位相を制御して出力する第1の移相器と、
送信信号を電力増幅して出力する電力増幅器と、
この電力増幅器からの出力信号の位相を制御して前記サーキュレータに出力する第2の移相器と
を備えたことを特徴とする請求項2に記載のアレイアンテナ装置。
Each of the plurality of transmission / reception modules includes a circulator that switches a signal path by transmission and reception;
A receiving amplifier that amplifies and outputs the received signal from the circulator;
A first phase shifter for controlling and outputting the phase of the output signal from the receiving amplifier;
A power amplifier that amplifies and outputs a transmission signal; and
The array antenna apparatus according to claim 2, further comprising a second phase shifter that controls a phase of an output signal from the power amplifier and outputs the phase to the circulator.
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