JP2010200166A - Array antenna - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、複数のサブアレイを有するアレイアンテナに関する。 The present invention relates to an array antenna having a plurality of subarrays.
特許文献1に開示されるように、フェーズドアレイアンテナのコスト削減手法の一つとしてサブアレイ化が知られている。サブアレイ化したアクティブフェーズドアレイアンテナではビーム位相制御がサブアレイ単位でなされることから、各アンテナ素子の位相量の誤差が周期性を持ちサイドローブを生じさせる。特に、サブアレイの位相中心の間隔がアンテナ素子間よりも広いとその影響が大きい。その対策としてサブアレイのサイズをいくつかに異ならせランダムに配置することも、特許文献1において既に知られている。
As disclosed in
しかしながら複数のサブアレイをランダムに配置すると、付随する送受信モジュールや移相モジュールをもランダムに配置しなくてはならない。よって送信信号を各モジュールに分配供給する分配回路、各モジュールからの受信信号を合成する合成回路、各モジュールへの電源・制御信号の分配回路などの回路種別が増えて構成が複雑化したり、製造性が劣化するという不具合がある。 However, if a plurality of subarrays are arranged at random, the accompanying transmission / reception modules and phase shift modules must be arranged at random. Therefore, the number of circuit types increases, such as a distribution circuit that distributes and supplies transmission signals to each module, a synthesis circuit that synthesizes reception signals from each module, and a distribution circuit that distributes power and control signals to each module. There is a problem that the performance deteriorates.
サブアレイ化はフェーズドアレイアンテナのコスト低減策として有効ではあるが、サイドローブを生じやすく、却ってその対策にコストがかかることもある。
この発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、サイドローブ対策とコスト削減との両立を図ったアレイアンテナを提供することにある。
Although sub-arraying is effective as a cost reduction measure for a phased array antenna, side lobes are likely to occur, and the measure may be costly.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an array antenna that achieves both sidelobe countermeasures and cost reduction.
上記目的を達成するためにこの発明の一態様によれば、複数のアンテナ素子を備えるサブアレイを2次元に配列したアレイアンテナにおいて、前記複数のサブアレイを、サブアレイごとの位相中心の位置を1次元に投影した間隔が前記アンテナ素子の間隔と同等であるという条件下で規則的に配列したことを特徴とするアレイアンテナが提供される。 In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, in an array antenna in which subarrays each having a plurality of antenna elements are two-dimensionally arranged, the plurality of subarrays are arranged in a one-dimensional position of the phase center for each subarray. An array antenna is provided that is regularly arranged under the condition that projected intervals are equal to the intervals of the antenna elements.
このような手段を講じることにより、サブアレイが規則的に配列されるが、その位相中心の間隔はアンテナ素子の間隔とほぼ同等という条件が満たされる。これによりサードローブの発生を抑圧することができるとともに、サブアレイを規則的に配列することで装置構成の煩雑化を防止することができる。すなわちサブアレイ配置に規則性を持たせることで構成の複雑化や製造性の劣化を防止しつつも、アンテナ性能の劣化を防止することもできるようになる。 By taking such means, the subarrays are regularly arranged, but the condition that the interval between the phase centers is substantially equal to the interval between the antenna elements is satisfied. As a result, the occurrence of third lobes can be suppressed, and the arrangement of the subarrays can be regularly arranged to prevent complication of the apparatus configuration. That is, by providing regularity to the subarray arrangement, it is possible to prevent deterioration of antenna performance while preventing complication of configuration and deterioration of manufacturability.
この発明によれば、サイドローブ対策とコスト削減との両立を図ったアレイアンテナを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an array antenna that achieves both sidelobe countermeasures and cost reduction.
図1は、この発明に係わるアレイアンテナの実施の形態を示す図である。このアレイアンテナはサブアレイ611〜6mnと、サブアレイ611〜6mn毎に送受信信号の増幅および位相制御を行う送受信モジュール511〜5mnとを備える。サブアレイ611〜6mnは、複数のアンテナ素子7111〜71nNと分配合成器811〜81nとを備える。各送受信モジュール511〜5mnへの送受信信号、駆動電源、および制御信号は、高周波・電源・制御給電回路41〜4m、高周波信号分配合成回路10、電源・制御信号分配回路20および、送受信装置1、走査制御器2、電源ユニット3から供給される。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an array antenna according to the present invention. This array antenna includes
図1において、送受信装置1から出力される送信信号は高周波信号分配合成器10から高周波・電源・制御給電回路41〜4mに分配供給される。さらに、高周波・電源・制御給電回路41〜4mを介して各送受信モジュール511〜5mnに分配供給される。送受信モジュール511〜5mnは、電源・制御信号分配回路20、および高周波・電源・制御給電回路41〜4mは送信信号の増幅利得と走査制御器2からの位相制御信号を送受信モジュール511〜5mnに与える。送受信モジュール511〜5mnはこれらの制御を受けて送信信号の利得および位相制御を行う。
In FIG. 1, a transmission signal output from the transmission /
電源ユニット3は、位相制御信号と同様の経路、すなわち電源・制御信号分配回路および高周波・電源・制御給電回路を介して送受信モジュール511〜5mnに駆動電源を供給する。送受信モジュール511〜5mnにおいて増幅および位相制御された送信信号はサブアレイ611〜6mnに入力され、分配合成器811〜81nを介してアンテナ素子7111〜71nMから空間へ放射される。受信信号も上記とほぼ同様の経路を辿る。
The
図2は、この発明に関わるサブアレイ611〜6mnの配置の一例を示す図である。各サブアレイに接続される送受信モジュールは1個であるので、送受信信号の位相制御はサブアレイ単位となる。サブアレイの位相中心位置を図中の(■)に示す。
この実施形態では、サブアレイの位相中心位置における位相制御量を算出し、その位相中心位置をアンテナ素子間隔dと同等になるように、各サブアレイを配置する。アンテナ素子の位置は図中(○)で示され、この配列を1次元に投影すると間隔はdである。一方、サブアレイの位相中心位置を1次元に投影すると、図2においてはその間隔が、アンテナ素子間隔と同じdとなっている。
FIG. 2 is a diagram showing an example of the arrangement of
In this embodiment, the phase control amount at the phase center position of the subarray is calculated, and each subarray is arranged so that the phase center position is equal to the antenna element interval d. The position of the antenna element is indicated by (◯) in the figure, and when this array is projected in one dimension, the interval is d. On the other hand, when the phase center position of the subarray is projected in a one-dimensional manner, the interval in FIG. 2 is d which is the same as the antenna element interval.
しかも、図2におけるサブアレイの配列は、規則性を持っている。図2においては5つのサブアレイを斜めに配列して1つのブロックとし、このブロックを規則的に並べるという構成をとっている。これによりサブアレイの位相中心位置にある送受信モジュールの配置も規則的(同じ間隔)になり、送受信モジュールへ信号を供給する高周波・電源・制御給電回路41〜4mが1種別でよくなる。また、配線による場合は配線が複雑になることを防止できる。つまり、ブロックごとに移相器への制御線や給電ケーブルなどをまとめて引き回すことが可能になり、完全にランダムな配置に比べて配線の煩雑さを格段に少なくすることができる。図2では縦方向への規則性が現れている。
Moreover, the arrangement of the subarrays in FIG. 2 has regularity. In FIG. 2, five subarrays are arranged diagonally to form one block, and the blocks are regularly arranged. As a result, the arrangement of the transmission / reception modules at the phase center position of the sub-array is also regular (same intervals), and only one type of high-frequency / power /
図3は、比較のためサブアレイ611〜6mnの配置の既知の例を示す図である。図3においてはサブアレイの配置、およびサイズ(アンテナ素子が4個または2個)も不規則になっている。このことから配線ケーブルの配置や支持機構の構成などが複雑になり、コストが嵩みやすい。
FIG. 3 is a diagram showing a known example of the arrangement of the
これに対しこの実施形態では、サブアレイのサイズを統一化するとともに、各サブアレイを規則的に配列するが、その位相中心の位置をアンテナ素子間隔と同等にするという条件を満たしたうえでサブアレイを配列するようにしている。従って構成の簡易化というメリットを得られ、かつ、サブアレイ化による位相誤差を分散してサイドローブを低減することが可能になる。 In contrast, in this embodiment, the size of the subarray is standardized and each subarray is regularly arranged. However, the subarray is arranged after satisfying the condition that the position of the phase center is equal to the antenna element interval. Like to do. Therefore, it is possible to obtain a merit that the configuration is simplified, and it is possible to reduce the side lobes by distributing the phase error due to the subarray.
つまり既存の技術では、各サブアレイの位相中心の位置をアンテナ素子間隔と同等にするという条件が考慮されていない。よって、規則的な配置ではサイドローブが高まり、ランダム配置ではコストが嵩むという、相反する事情があった。この実施形態によればこれらの双方を解決し、サイドローブ対策とコスト削減との両立を図ったアレイアンテナを提供することが可能となる。 In other words, the existing technology does not consider the condition that the position of the phase center of each subarray is equal to the antenna element interval. Therefore, there are conflicting circumstances that the side lobe is increased in the regular arrangement and the cost is increased in the random arrangement. According to this embodiment, it is possible to provide an array antenna that solves both of these and achieves both sidelobe countermeasures and cost reduction.
なお、この発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えばこの実施形態ではサブアレイに4つのアンテナ素子を設け、そのサイズを統一したが、これは必須条件ではない。要するにサブアレイの位相中心の間隔とアンテナ素子間隔とが同等であれば良い。すなわちサイズの異なるサブアレイが混在していても上記の条件を満たせば目的は達成される。 The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in this embodiment, four antenna elements are provided in the subarray and the sizes thereof are unified, but this is not a necessary condition. In short, it suffices if the interval between the phase centers of the subarrays is equal to the interval between the antenna elements. That is, even if sub-arrays having different sizes are mixed, the object can be achieved if the above conditions are satisfied.
また、図2には1素子分ずつずらした配列を示したが、上記条件の満たされる範囲であれば何素子分ずらしてもよい。さらに、図2では縦方向のサブアレイ位相中心間隔が変わらないようにすれば横方法に規則的である必要はない。また図2において縦方向でなく横方向にサブアレイ化しても良い。さらに、図2ではアンテナ素子を1次元配列したサブアレイを示したが、例えばアンテナ素子を縦横2個ずつ2次元状に配列したサブアレイを用いても、同様の効果を得られる。 Further, FIG. 2 shows an array shifted by one element, but any number of elements may be shifted as long as the above condition is satisfied. Further, in FIG. 2, the horizontal method does not need to be regular if the vertical subarray phase center interval is not changed. Further, in FIG. 2, subarrays may be formed in the horizontal direction instead of the vertical direction. Further, FIG. 2 shows a subarray in which antenna elements are arranged one-dimensionally, but the same effect can be obtained by using, for example, a subarray in which two antenna elements are arranged two-dimensionally in the vertical and horizontal directions.
さらに、フェーズドアレイアンテナのコスト低減のためにシンニング配列(または間引き配列)と呼ばれる手法がある。これは、複数のアンテナ素子に対して1つの送受信モジュールを接続するサブアレイ化手法に対して、アレイ状に配列されたアンテナ素子の中から性能に影響しない範囲でアンテナ素子と送受信モジュールの組をランダムに間引くことで、送受信モジュール数を削減する手法である。このような形態のアレイアンテナについてもまったく同様の思想を適用できる。すなわち図2の構成からサブアレイを適宜間引けば、シンニング配列を実現できる。 Furthermore, there is a technique called a thinning array (or thinning array) for reducing the cost of the phased array antenna. This is because, in contrast to the sub-array method in which one transmission / reception module is connected to a plurality of antenna elements, the antenna element / transmission / reception module pair is randomly selected from the arrayed antenna elements in a range that does not affect the performance. This is a technique for reducing the number of transmission / reception modules by thinning out the data. The same idea can be applied to such an array antenna. That is, a thinning arrangement can be realized by thinning out the subarrays as appropriate from the configuration of FIG.
さらに、サブアレイごとに得られた受信信号をディジタル信号に変換して、これらディジタル信号を合成して所望の複数ビームを形成するDBF(Digital Beam Forming)アンテナについても、本願発明を適用することができる。 Furthermore, the present invention can also be applied to a DBF (Digital Beam Forming) antenna that converts a received signal obtained for each subarray into a digital signal and combines these digital signals to form a desired plurality of beams. .
さらに、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。 Furthermore, the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment.
10…高周波信号分配合成回路、20…電源・制御信号分配回路、1…送受信装置、2…走査制御器、3…電源ユニット、41〜4m…高周波・電源・制御給電回路、511〜5mn…送受信モジュール、611〜6mn…サブアレイ、7111〜71nN…アンテナ素子、811〜81n…分配合成器
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記複数のサブアレイを、サブアレイごとの位相中心の位置を1次元に投影した間隔が前記アンテナ素子の間隔と同等であるという条件下で規則的に配列したことを特徴とするアレイアンテナ。 In an array antenna in which subarrays each having a plurality of antenna elements are two-dimensionally arranged,
An array antenna, wherein the plurality of subarrays are regularly arranged under a condition that an interval in which a position of a phase center for each subarray is projected in one dimension is equal to an interval between the antenna elements.
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