JP3076784B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】この発明はレーダシステムに
用いられるコンフォーマルアレーアンテナに関するもの
である。 【０００２】 【従来の技術】図５は従来のアンテナ装置を示す構成図
であり、図において、１は半球上に複数個の素子を設け
たコンフォーマルアレーアンテナ、２は上記コンフォー
マルアレーアンテナ１を構成する半球の構造用基体、３
₁ 〜３_n は上記構造用基体に沿って配列されたｎ個の素
子、４₁ 〜４_n は上記素子３₁ 〜３_n に接続するｎ本の
信号線、５は上記信号線４₁ 〜４_n に接続するマイクロ
波ビーム形成回路である。図６は上記コンフォーマルア
レーアンテナ１を構成する素子３₁ 〜３_n の構成図であ
り例として３₁ について示すものであり、６₁ は素子ア
ンテナである。 【０００３】次に動作について説明する。マイクロ波電
力はコンフォーマルアレーアンテナ１の半球の構造用基
体２に沿って配列された素子３₁ 〜３_n の素子アンテナ
６₁〜６_n により受信され、信号線４₁ 〜４_n を経由し
マイクロ波ビーム形成回路５に伝送されマイクロ波移相
器、マイクロ波可変減衰器、マイクロ波スイッチ、マイ
クロ波結合器等を用いてマイクロ波信号のまま合成され
ビームを形成する。 【０００４】 【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のでアンテナのビームは半
空間にわたり任意に形成できるが、移相器、減衰器、ス
イッチ結合器、分配器等のマイクロ波部品を用いて多く
のビームを構成する場合、形状損失が大きくなり、限ら
れた数のビームしか同時に合成できなかった。また、レ
ーダ装置の一部として使用し半空間における或る所望の
方向にビームを向けた場合を想定すると、コンフォーマ
ルアレーアンテナ１の素子３₁ 〜３_n のうち、その所望
の方向から見て影になる部分の素子は有効に利用できな
くなり、特に半球の天頂方向からのビーム走査角が９０
゜に近づくと半数近くの素子は有効に使用されなくな
る。 【０００５】また、コンフォーマルアレーアンテナ１の
素子アンテナ６₁ 〜６_n として直線偏波のアンテナを使
用した場合、任意の方向から見た場合のコンフォーマル
アレーアンテナ１上の素子アンテナ６₁ 〜６_n 間の偏波
面が互いに異なるため交差偏波成分が発生する。 【０００６】また、多数の信号線を使用するので信号線
間の電磁干渉が発生し、形状が大きくなるなどの問題点
があった。 【０００７】この発明は上記のような問題を解消するた
めになされたもので同時に複数の多ビームを合成できる
とともに、全素子を常時有効に使用することが可能であ
り各々の素子アンテナ６₁ 〜６_n の偏波の違いによる交
差偏波、電磁干渉の問題を解決できるアンテナ装置を得
ることを目的とする。 【０００８】 【課題を解決するための手段】第一の発明によるアンテ
ナ装置は、素子アンテナ、上記素子アンテナに接続され
送受信を切換える送受切換器、送信部、及び受信部とを
有した複数の素子であって、上記送信部が伝送されたマ
イクロ波信号を位相制御する位相制御器、及び上記送受
切換器に接続され上記位相制御器で位相制御されたマイ
クロ波信号を増幅し、上記送受切換器を介して上記素子
アンテナに送信する第一の増幅器を有し、かつ上記受信
系が上記送受切換器に接続され上記送受切換器を介して
上記素子アンテナで受信されたマイクロ波信号を増幅す
る第二の増幅器、及び上記第二の増幅器で増幅されたマ
イクロ波信号を位相と振幅情報を含むディジタル信号に
変換するアナログディジタル変換器を有して成る複数の
素子と、航空機の表面あるいは艦船の表面等少なくとも
一部に曲面を有して与えられた形状の構造用基体と、上
記各々の素子を上記構造用基体に沿って複数個配列して
成るコンフォーマルアレーアンテナ部と、マイクロ波信
号を分配するマイクロ波電力分配器と、上記マイクロ波
電力分配器で分配された各マイクロ波信号を上記各々の
素子の位相制御器にそれぞれ伝送する複数本の送信系信
号線と、上記各々の素子のアナログディジタル変換器か
ら供給されるディジタル信号をそれぞれ伝送する複数本
の受信系信号線と、上記コンフォーマルアレーアンテナ
部から離間して配置され上記各々の受信系信号線で伝送
されるディジタル信号を合成し、ビームを形成するディ
ジタルビーム形成回路とを具備したものである。 【０００９】 【００１０】 【００１１】 【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態を図について説明する。図１において、１は
半球上に複数個の素子を設けたコンフォーマルアレーア
ンテナ、２は上記コンフォーマルアレーアンテナ１を構
成する半球の構造用基体、３₁ 〜３_n は上記構造用基体
２に沿って配列されたｎ個の素子、７₁ 〜７_n は上記素
子３₁ 〜３_n の送信系に接続する送信系信号線、８は上
記送信系信号線７₁〜７_n に接続するマイクロ波電力分
配器、９₁ 〜９_n は上記素子３₁ 〜３_n の受信系に接続
する受信系信号線、１０は上記受信系信号線９₁ 〜９_n
に接続するディジタルビーム形成回路である。図２は本
アンテナ装置における信号の流れを示す構成図であり、
３₁ 〜３_n は素子、６₁ 〜６_n は素子アンテナ、１１₁
〜１１_n は送受切換器、１２₁ 〜１２_n は上記送受切換
器１１₁ 〜１１_n に接続する送信系、１３₁ 〜１３_n は
上記送信系１２₁ 〜１２_n を構成する高出力増幅器、１
４₁ 〜１４_n は上記送信系を構成する位相制御器、７₁
は上記送信系１２₁ 〜１２_n に接続する送信系信号線、
８は上記送信系信号線に接続するマイクロ波電力分配
器、１５₁ 〜１５_n は上記送受切換器１１₁ 〜１１_n に
接続する受信系、１６₁ 〜１６_n は上記受信系１５₁ 〜
１５_n を構成する低雑音増幅器、１７₁ 〜１７_n は上記
受信系１５₁ 〜１５_n を構成するアナログディジタル変
換器、９₁ 〜９_n は上記受信系１５₁ 〜１５_n に接続す
る受信系信号線、１０は受信系信号線に接続するディジ
タルビーム形成回路である。 【００１２】次に動作について説明する。マイクロ波電
力分配器８に入力されたマイクロ波信号は所望の振幅、
位相を持つｎ端子の出力に分配され送信系信号線７₁ 〜
７_nを経由して素子３₁ 〜３_n の送信系１２₁ 〜１２_n
へ伝送される。マイクロ波信号は素子３₁ 〜３_n の送信
系１２₁ 〜１２_n の位相制御器１４₁ 〜１４_n において
所望のアンテナビームを形成する様に位相変化を受け高
電力増幅器１３₁ 〜１３_n において増幅された後、送受
切換器１１₁ 〜１１_n を経由してコンフォーマルアレー
アンテナ１の構造用基体２に取り付けられた素子アンテ
ナ６₁ 〜６_n から空間に放射される。空間に放射された
マイクロ波信号は目標で反射し再び素子アンテナ６₁ 〜
６_n で受信され、送受切換器１１₁ 〜１１_n を経由して
素子３₁〜３_n の受信系１５₁ 〜１５_n に伝送される。
受信系１５₁ 〜１５_n に入力したマイクロ波信号は低雑
音増幅器１６₁ 〜１６_n で増幅される。低雑音増幅器１
６₁ 〜１６_n で増幅されたマイクロ波信号は直接または
ＩＦに変換されその出力はアナログディジタル変換器１
７₁ 〜１７_n により位相と振幅の情報を含むディジタル
信号に変換される。ディジタル信号は受信系信号線９₁
〜９_n を伝送されディジタルビーム形成回路１０で個別
フーリエ変換、高速フーリエ変換、Ｗｉｎｏｇｒａｄフ
ーリエ変換等の技術を使用してマイクロ波信号としてで
はなくディジタル信号としてビーム合成される。従って
各素子３₁ 〜３_n からの信号を任意のビーム形状に応じ
てディジタル的に複数個並列処理することが可能とな
る。また、半球面上に配列された全ての素子３₁ 〜３_n
からの情報を常時有効に処理できるため半空間全ての方
向からの情報が常時得られる。従って送信波のアンテナ
ビームの方向に依らず、半空間における任意の方向に複
数の受信ビームを向けることにより、全素子の常時有効
利用が可能になる。 【００１３】また素子アンテナ６₁ 〜６_n として直線偏
波のものを使用しても送信信号の偏波と目標から反射さ
れた受信信号の偏波は各素子アンテナ６₁ 〜６_n ごとに
考えれば同一であり、素子３₁ 〜３_n の段階で目標から
の信号を位相と振幅情報を含むディジタル信号に変換し
ておきこれをディジタルビーム形成回路１０で合成する
ので素子間の偏波の違いによる交差偏波の問題は解決さ
れる。 【００１４】なお、上記実施の形態では、コンフォーマ
ルアレーアンテナ１として半球形状の構造用基体２を使
用したが、これに限定したものではなく、艦船、航空機
ミサイル、陸上用車両、衛星、地上レーダサイト等の構
造物の外側及び円柱、球、円錐等の一部またはこれらを
複合した形状の曲面の一部または複数箇所を有する形状
であってもよい。偏波については、直線偏波に限定する
ことなく、円偏波も使用可能である。 【００１５】また、上記実施の形態において素子３₁ 〜
３_n とマイクロ波電力分配回路８及びディジタルビーム
形成回路１０との信号の伝送に光信号を用いた場合につ
いても同様の動作を期待できる。 【００１６】図３は素子３₁ 〜３_n とマイクロ波電力分
配回路８及びディジタルビーム形成回路１０との信号の
伝送を光信号を用いた場合についての実施態様を示すも
ので、マイクロ波電力分配器８の出力端に光変調器１８
_n+1 〜１８_2nを付加しマイクロ波信号を光信号に変換し
光ファイバー１９_n+1 〜１９_2nにより素子３₁ 〜３_nの
送信系１２₁ 〜１２_n に付加された光復調器２０_n+1 〜
２０_2nまで信号を伝送しここで光信号からマイクロ波信
号に変換している。受信の場合は素子３₁ 〜３_n の受信
系１５₁ 〜１５_n に付加された光変調器１８₁ 〜１８_n
によりディジタル信号を電気信号から光信号に変換し、
光ファイバー１９₁ 〜１９_n によりディジタルビーム形
成回路１０の前に付加された光復調器２０₁ 〜２０_n に
より再びディジタル電気信号に変換している。この図３
によれば、機器間の信号の伝送を光信号を使用して行っ
ているので、信号線間の電磁干渉の問題が解決され、光
ファイバーを使用しているので信号線系を小形化でき
る。 【００１７】ここで受信系のマイクロ波信号（受信信
号）をＡ／Ｄ変換後光伝送する理由について以下に説明
する。レーダでは何百Ｋｍもの遠方の小目標から、近距
離の大きな山まで幅広い信号レベルを扱う必要があり、
そのダイナミックレンジは通常１００ｄＢ程度となる。
これらの信号は雑音レベルの上下にわたり存在する。雑
音レベル以下の信号に対してもコヒーレント積分等によ
り信号を抽出可能でありこの場合は白色雑音であること
を想定している。本発明においても個々のチャンネルは
この条件を満たす必要があり広ダイナミックレンジを有
する信号伝送系が必要になる。しかしながら、一般に光
系のダイナミックレンジは通常のレーザーの出力の制限
（１０ｄＢｍ程度）による上限とレーザ固有の雑音（シ
ョット雑音または量子雑音）による下限が存在し１２５
ｄＢｃ／Ｈｚ程度でありレーダの帯域を数ＭＨｚ（例え
ば５ＭＨｚ）とすると５０〜６０ｄＢ（５８ｄＢ）とな
ってしまう。従って、これらの欠点を補い光伝送の利点
を生かすには、信号を一度Ａ／Ｄ変換し、ディジタル信
号に変換した後伝送を行うことが必要となる。これによ
り、ダイナミックレンジを広げたままで入力信号の雑音
成分及びそれ以下の信号も含んだまま信号の伝送が可能
となる。 【００１８】図４は信号の伝送に光信号を用いた他の実
施態様を示すものでアナログディジタル変換器１７₁ 〜
１７_n の位置を光復調器２０₁ 〜２０_n とディジタルビ
ーム形成回路１０の間にした場合の例であり上記実施態
様例と同様の動作を期待できる。図においてマイクロ波
信号は光変調器１８₁ 〜１８_n において直接またはＩＦ
に変換されて光信号に変換され光ファイバー１９₁ 〜１
９_n を経由して光復調器２０₁ 〜２０_n に伝送される。
この光信号は光復調器２０₁ 〜２０_n により復調されア
ナログディジタル変換器１７₁ 〜１７_n において直接ま
たはＩＦに変換された後ディジタル信号に変換される。 【００１９】 【発明の効果】以上のように、この発明によれば、コン
フォーマルアレーアンテナ部の各素子における受信系で
マイクロ波信号をディジタル信号に変換し、伝送した後
ディジタルビーム形成回路で任意に合成できるので、従
来のコンフォーマルアレーアンテナ及び平面アレーアン
テナでは実現できなかった複数種多ビーム同時形成、全
素子の常時有効利用が可能となり、特に、送信波のアン
テナビームの方向に依らず、曲面における任意の方向に
複数の受信ビームを向けることにより、広い角度領域ま
で複数多種のビームの同時形成が可能となる。また、送
信部及び受信部をそれぞれ同一の素子内に有しているた
め、交差偏波の問題も解決できる。さらに、コンフォー
マルアレーアンテナ部から離間して配置され、受信系信
号線によって接続されるディジタルビーム形成回路と、
送信系信号線によって接続されるマイクロ波電力分配器
とを備え、コンフォーマルアレーアンテナ部で受信され
位相と振幅情報を含むディジタル信号に変換された信号
を受信信号線で伝送することにより、コンフォーマルア
レーアンテナ部におけるディジタルビーム形成を可能と
するとともに、信号線間の電磁干渉、受信信号線の増大
を抑えて受信信号線の小型化を実現することが可能とな
る。 【００２０】

【図面の簡単な説明】 【図１】 この発明の実施の形態１によるアンテナ装置
を示す構成図である。 【図２】 この発明によるアンテナ装置の機器間の接続
図である。 【図３】 信号伝送系に光信号を使用した場合のこの発
明の実施の形態１を示す機器間の接続図である。 【図４】 信号伝送系に光信号を使用した場合のこの発
明の他の実施例を示す機器間の接続図である。 【図５】 従来のアンテナ装置を示す構成図である。 【図６】 従来のアンテナ装置の素子の構成図である。 【符号の説明】 １ コンフォーマルアレーアンテナ、２ 構造用基体、
３ 素子、４ 信号線、５ マイクロ波ビーム形成回
路、６ 素子アンテナ、７ 送信系信号線、８マイクロ
波電力分配器、９ 受信系信号線、１０ディジタルビー
ム形成回路、１１ 送受切換器、１２ 送信系、１３
高電力増幅器、１４ 位相制御器、１５受信系、１６
低雑音増幅器、１７ アナログディジタル変換器、１８
光変調器、１９ 光ファイバー、２０ 光復調器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片木 孝至 鎌倉市上町屋325番地 三菱電機株式会 社 鎌倉製作所内 (56)参考文献 特開 昭59−193603（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−8197（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−147667（ＪＰ，Ａ) 1982 ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ ＤＩＧＥＳＴ Ａ ＮＴＥＮＮＡＳ ＡＮＤ ＰＲＯＰＡＧ ＡＴＩＯＮ，ＶＯＬＵＭＥ ２，Ｐ431 −434，ＡＮ ＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＡ Ｌ ＡＲＲＡＹ−ＡＮＴＥＮＮＡ ＷＩ ＴＨ ＤＩＧＩＴＡＬ ＢＥＡＭ−ＦＯ ＲＭＩＮＧ ＦＯＲ ＡＤＶＡＮＣＥＤ ＲＡＤＡＲ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ Ｓ ＩＥＥ ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧＳ Ｖ ＯＬ．127，Ｐｔ．Ｆ．Ｎｏ．４，ＡＵ ＧＵＳＴ 1980，ＰＰ257−265，Ｄｉｇ ｉｔａｌ Ｂｅａｍ ｆｏｒｍｉｎｇ ｆｏｒ ｓｏｎａｒ ｓｙｓｔｅｍｓ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01Q 21/20 G01S 7/02 G01S 7/03 H01Q 3/30 H01Q 23/00

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．素子アンテナ、上記素子アンテナに接続され送受信
   を切換える送受切換器、送信部、及び受信部とを有した
   複数の素子であって、上記送信部が伝送されたマイクロ
   波信号を位相制御する位相制御器、及び上記送受切換器
   に接続され上記位相制御器で位相制御されたマイクロ波
   信号を増幅し、上記送受切換器を介して上記素子アンテ
   ナに送信する第一の増幅器を有し、かつ上記受信系が上
   記送受切換器に接続され上記送受切換器を介して上記素
   子アンテナで受信されたマイクロ波信号を増幅する第二
   の増幅器、及び上記第二の増幅器で増幅されたマイクロ
   波信号を位相と振幅情報を含むディジタル信号に変換す
   るアナログディジタル変換器を有して成る複数の素子
   と、 航空機の表面あるいは艦船の表面等少なくとも一部に曲
   面を有して与えられた形状の構造用基体と、上記各々の
   素子を上記構造用基体に沿って複数個配列して成るコン
   フォーマルアレーアンテナ部と、 マイクロ波信号を分配するマイクロ波電力分配器と、 上記マイクロ波電力分配器で分配された各マイクロ波信
   号を上記各々の素子の位相制御器にそれぞれ伝送する複
   数本の送信系信号線と、 上記各々の素子のアナログディジタル変換器から供給さ
   れるディジタル信号をそれぞれ伝送する複数本の受信系
   信号線と、上記コンフォーマルアレーアンテナ部から離間して配置
   され 上記各々の受信系信号線で伝送されるディジタル信
   号を合成し、ビームを形成するディジタルビーム形成回
   路とを具備したことを特徴とするアンテナ装置。