JP2558112B2 - Antenna device - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 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。The present invention relates to a conformal array antenna used in a radar system.
第3図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,
(31)〜(3n)は上記構造用基体に沿って配列されたn
個の素子,(41)〜(4n)は上記素子(31)〜(3n)に
接続するn本の信号線,(5)は上記信号線(41)〜
(4n)に接続するマイクロ波ビーム形成回路である。第
4図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)〜(3n)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。FIG. 3 is a block diagram showing a conventional antenna device. In FIG. 3, (1) is a conformal array antenna having a plurality of elements provided on a hemisphere, and (2) is the conformal array antenna (1). Hemispherical structural substrate,
(3 1 ) to (3 n ) are n arranged along the structural substrate.
Elements, (4 1 ) to (4 n ) are n signal lines connected to the elements (3 1 ) to (3 n ), and (5) is the signal line (4 1 ) to
Microwave beam forming circuit connected to (4 n ). FIG. 4 is a block diagram of the elements (3 1 ) to (3 n ) constituting the conformal array antenna (1), and as an example (3 1 )
(6 1 ) is an element antenna.
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)〜(3n)の素子ア
ンテナ(61)〜(6n)により受信され,信号線(41)〜
(4n)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。Next, the operation will be described. Microwave power is received by the element antennas (6 1 ) to (6 n ) of the elements (3 1 ) to (3 n ) arranged along the hemispherical structural substrate (2) of the conformal array antenna (1). Signal line (4 1 ) ~
The beam is transmitted to the microwave beam forming circuit (5) via (4 n ) and is synthesized as a microwave signal using a microwave phase shifter, microwave variable attenuator, microwave switch, microwave combiner, etc. To form.
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所望
の方向にビームを向けた場合を想定すると,所望の方向
からコンフォーマルアレーアンテナ(1)を見た場合,
素子(31)〜(3n)のうち影になる部分の素子は有効に
利用できなくなり,特に天頂方向からの走査角が90゜に
近づくと半数近くの放射素子は有効に使用されなくな
る。Since the conventional antenna device is configured as described above, the beam of the antenna can be arbitrarily formed over the half space, but many antenna components such as phase shifters, attenuators, switch couplers, and distributors are used. When constructing a beam, the shape loss increased and only a limited number of beams could be combined at the same time. Further, assuming that the beam is directed to a desired direction by being used as a part of the radar device, when the conformal array antenna (1) is viewed from the desired direction,
Of the elements (3 1 ) to (3 n ), the elements in the shaded areas cannot be effectively used. Especially, when the scanning angle from the zenith direction approaches 90 °, nearly half of the radiating elements are not effectively used.
また,マイクロ波信号伝送用にマイクロ波ケーブルを
使用しているため小形化がむずかしく,線路間の電磁干
渉などの問題点があった。In addition, because microwave cables are used for microwave signal transmission, miniaturization is difficult, and there are problems such as electromagnetic interference between lines.
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,小
形で線路間の電磁干渉の問題をなくしたアンテナ装置を
得ることを目的とする。The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is possible to combine a plurality of multiple beams at the same time and to use all the elements effectively at all times. The object is to obtain an antenna device that eliminates problems.
この発明に係るアンテナ装置は,各素子(31)〜
(3n)に低雑音増幅器,アナログディジタル変換器,光
変調器を付加し素子の出力をディジタルの光信号として
取り出し光復調器との間を光ファイバーにて結び光復調
器の出力をディジタルビーム形成回路にて合成するもの
である。The antenna device according to the present invention, the elements (3 1) -
A low noise amplifier, an analog-digital converter, and an optical modulator are added to (3 n ), the output of the element is extracted as a digital optical signal, and the output of the optical demodulator is connected by an optical fiber to form a digital beam. It is synthesized by a circuit.
この発明においては,ディジタルビーム形成回路で各
素子(31)〜(3n)からの位相振幅情報を含むディジタ
ル信号を並列に任意に合成して処理できるため,同時に
複数多ビームを合成することが可能となり全素子(31)
〜(3n)を有効に使用することを可能にし,信号の伝送
に光ファイバーを使用しているため信号伝送系を小形化
でき電磁干渉の問題も解消される。In the present invention, since the digital beam forming circuit can arbitrarily combine and process the digital signals including the phase amplitude information from the respective elements (3 1 ) to (3 n ) in parallel, it is possible to combine a plurality of multiple beams at the same time. Enables all elements (3 1 )
~ (3 n ) can be effectively used, and since optical fibers are used for signal transmission, the signal transmission system can be downsized and the problem of electromagnetic interference can be solved.
以下,この発明の一実施例を図について説明する。第
1図において(1)は半球上にn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)〜(3n)は上記構造用基体(2)に沿って配列さ
れたn個の素子,(71)〜(7n)は上記素子(31)〜
(3n)に接続する光ファイバー,(81)〜(8n)は上記
光ファイバーに接続する光復調器,(9)は上記光復調
器(81)〜(8n)の出力を合成するディジタルビーム形
成回路である。第2図はコンフォーマルアレーアンテナ
(1)を構成する素子(31)〜(3n)の構成図であり例
として素子(31)について示すものであり(61)は素子
アンテナ,(101)は上記素子アンテナ(61)に接続す
る低雑音増幅器,(111)は上記低雑音増幅器(101)に
接続するアナログディジタル変換器,(121)は上記ア
ナログディジタル変換器(111)に接続する光変調器で
ある。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 1, (1) is a conformal array antenna in which n elements are provided on a hemisphere, (2) is a hemispherical structural base constituting the conformal array antenna (1),
(3 1) to (3 n) are the structural base (2) arranged along the n-number of elements, (7 1) to (7 n) is the element (3 1) -
Optical fiber to be connected to (3 n), (8 1 ) ~ (8 n) is an optical demodulator connected to said optical fiber, combining the outputs of the (9) is the optical demodulator (8 1) ~ (8 n) It is a digital beam forming circuit. FIG. 2 is a block diagram of the elements (3 1 ) to (3 n ) configuring the conformal array antenna (1), and shows the element (3 1 ) as an example (6 1 ) is the element antenna, 10 1 ) is a low noise amplifier connected to the element antenna (6 1 ), (11 1 ) is an analog-digital converter connected to the low noise amplifier (10 1 ), and (12 1 ) is the analog-digital converter ( 11 This is an optical modulator connected to 1 ).
次に動作について説明する。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
(31)〜(3n)の素子アンテナ(61)〜(6n)で受信さ
れたマイクロ波信号は低雑音増幅器(101)〜(10n)で
増幅される。低雑音増幅器(101)〜(10n)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(111)〜(11n)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
ジタル信号は光変調器(121)〜(12n)により光信号に
変換され光ファイバー(71)〜(7n)を経由して光復調
器(81)〜(8n)に伝送される。光復調器(81)〜
(8n)において光信号からディジタル電気信号に復調さ
れたディジタル信号はディジタルビーム形成回路(9)
において個別フーリエ変換,高速フーリエ変換,Winogra
d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)〜(3n)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多数並列処理するこ
とが可能となる。また,全ての素子(31)〜(3n)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。また伝送線路として光ファイ
バーを使用しているため伝送線路間の電磁干渉の問題が
解決され,信号線の形状も小形化できる。Next, the operation will be described. Microwave signals received by the element antennas (6 1 ) to (6 n ) of the elements (3 1 ) to (3 n ) mounted on the structural substrate (2) of the conformal array antenna (1) have low noise. It is amplified by the amplifiers (10 1 ) to (10 n ). The microwave signal amplified by the low noise amplifier (10 1 ) to (10 n ) is directly or converted to IF and its output contains the phase and amplitude information by the analog-digital converter (11 1 ) to (11 n ). Converted to digital signal. The digital signal is transmitted to the optical demodulator via (8 1) to (8 n) optical fiber is converted into an optical signal (7 1) to (7 n) by an optical modulator (12 1) to (12 n) It Optical demodulator (8 1 ) ~
The digital signal demodulated from the optical signal to the digital electric signal in (8 n ) is a digital beam forming circuit (9).
Individual Fourier transform, fast Fourier transform, Winogra
Beams are combined as digital signals rather than as microwave signals using techniques such as d Fourier transform. Therefore, it is possible to digitally to multiple number parallel processing in accordance with any beam shape the signals from the elements (3 1) ~ (3 n ). In addition, since information from all elements (3 1 ) to (3 n ) can be processed effectively at all times, information from all directions in the half space can be obtained at all times. Moreover, since the optical fiber is used as the transmission line, the problem of electromagnetic interference between the transmission lines can be solved and the shape of the signal line can be made smaller.
なお,上記実施例ではコンフォーマルアレーアンテナ
(1)として半球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。Although the hemisphere is used as the conformal array antenna (1) in the above-mentioned embodiment, the invention is not limited to this, and the outer side and the cylinder of structures such as ships, aircraft, missiles, land vehicles, satellites and ground radar sites. , A sphere, a cone or the like, or a curved surface having a combination thereof may have a part or a plurality of points.
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。Regarding polarized waves, circular polarized waves can be used without being limited to linear polarized waves.
ここでマイクロ波信号(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。Here, the reason for optically transmitting the microwave signal (received signal) after A / D conversion will be described below.
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125dBc/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事が必要となる。
これにより、ダイナミックレンジを広げたままで入力信
号の雑音成分およ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。Radar needs to handle a wide range of signal levels from a small target of hundreds of kilometers to a large mountain at a short distance, and its dynamic range is usually about 100 dB. These signals exist above and below the noise level. A signal below the noise level can be extracted by coherent integration or the like, and in this case, it is assumed to be white noise. Also in the present invention, each channel needs to satisfy this condition and a signal transmission system having a wide dynamic range is required. However, in general, the dynamic range of the optical system has an upper limit due to the limitation of the output of a normal laser (about 10 dBm) and a lower limit due to laser-specific noise (shot noise or quantum noise), and is about 125 dBc / Hz. 50-60 dB at MHz (eg 5 MHz)
(58dB). Therefore, in order to make up for these disadvantages and take advantage of the advantages of optical transmission, it is necessary to perform A / D conversion on the signal once and then convert it into a digital signal before transmission.
As a result, it becomes possible to transmit a signal while expanding the dynamic range and also including a noise component of the input signal and a signal below the noise component.
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(1)のマイクロ波信号をディジタル信号
に変換し,ディジタルビーム形成回路(6)で合成する
ので,従来のコンフォーマルアレーアンテナでは実現で
きなかった複数種の多ビーム同時形成,全素子の有効利
用が可能となり,伝送線路として光ファイバー(71)〜
(7n)を使用しているので電磁干渉の大幅低減,伝送線
路の小形化が実現できる。As described above, according to the present invention, since the microwave signal of the conformal array antenna (1) is converted into a digital signal and is combined by the digital beam forming circuit (6), it can be realized by the conventional conformal array antenna. multibeam simultaneous formation of which was not more enables effective use of all the elements, an optical fiber as a transmission line (71) -
Since (7 n ) is used, electromagnetic interference can be greatly reduced and the transmission line can be made smaller.
第1図はこの発明の一実施例によるアンテナ装を示す構
成図,第2図はこの発明によるアンテナ装置の素子の構
成図,第3図は従来のアンテナ装置を示す構成図,第4
図は従来のアンテナ装置の素子の構成図である。 (1)はコンフォーマルアレーアンテナ,(2)は構造
用基体,(31)〜(3n)は素子,(41)〜(4n)は信号
線,(5)はマイクロ波ビーム形成回路,(61)〜
(6n)は素子アンテナ,(71)〜(7n)は光ファイバ
ー,(81)〜(8n)は光復調器,(9)はディジタルビ
ーム形成回路,(101)〜(10n)は低雑音増幅器,(11
1)〜(11n)はアナログディジタル変換器,(121)〜
(12n)は光変調器である。 なお,図中,同一符号は同一,又は相当部分を示す。FIG. 1 is a configuration diagram showing an antenna device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a configuration diagram of elements of an antenna device according to the present invention, FIG. 3 is a configuration diagram showing a conventional antenna device, and FIG.
The figure is a block diagram of an element of a conventional antenna device. (1) is a conformal array antenna, (2) is a structural substrate, (3 1 ) to (3 n ) are elements, (4 1 ) to (4 n ) are signal lines, and (5) is microwave beam forming. Circuit, (6 1 ) ~
(6 n) is the antenna elements, (7 1) to (7 n) is an optical fiber, (8 1) to (8 n) of optical demodulator (9) is a digital beam forming circuit (10 1) to (10 n ) is a low noise amplifier, (11
1 ) to (11 n ) are analog-to-digital converters, (12 1 ) to
(12 n ) is an optical modulator. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 折目 晋啓 鎌倉市上町屋325番地 三菱電機株式会 社鎌倉製作所内 (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55−151279(JP,A) 特開 昭55−8197(JP,A) 特開 昭57−123704(JP,A) 米国特許4216475(US,A) 電子通信学会編「アンテナ工学ハンド ブック」(昭59−7−10)オーム社P. 199〜200 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shinkei Fukumi 325 Kamimachiya, Kamakura City Mitsubishi Electric Corporation Kamakura Manufacturing (72) Inventor Takashi Kataki 325 Kamimachi, Kamakura Mitsubishi Electric Corporation Kamakura In-house (56) Reference JP-A-55-151279 (JP, A) JP-A-55-8197 (JP, A) JP-A-57-123704 (JP, A) US Pat. No. 4216475 (US, A) Electronic communication Academic Society "Antenna Engineering Handbook" (SHO 59-7-10) Ohmsha P. 199-200
Claims (1)
れた形状の構造用基体、マイクロ波信号を受信する素子
アンテナとこの素子アンテナで受信されたマイクロ波信
号を増幅する低雑音増幅器とこの低雑音増幅器で増幅さ
れたマイクロ波信号を、位相と振幅の情報を含むディジ
タル信号に変換するアナログディジタル変換器とこのア
ナログディジタル変換器で変換されたディジタル信号を
光信号を変換する光変換器とからなる素子とを具備し、
上記素子を上記構造用基体に沿って複数個配列して構成
したコンフォーマルアレーアンテナと、上記複数個の素
子にそれぞれ接続され、上記光変調器からの光信号を伝
送する複数個の光ファイバーと、上記複数個の光ファイ
バーにそれぞれ接続され、上記光信号をディジタル信号
に復調する複数個の光復調器と、上記複数個の光復調器
のディジタル出力信号を合成し、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。1. A structural substrate having a given shape such as a surface of an aircraft or a surface of a ship, an element antenna for receiving a microwave signal, a low noise amplifier for amplifying a microwave signal received by the element antenna, and a low noise amplifier for amplifying the microwave signal. From an analog-digital converter that converts the microwave signal amplified by the noise amplifier into a digital signal containing phase and amplitude information, and an optical converter that converts the digital signal converted by this analog-digital converter into an optical signal. And an element
A conformal array antenna configured by arranging a plurality of the elements along the structural base, a plurality of optical fibers connected to the plurality of elements, respectively, for transmitting an optical signal from the optical modulator, A plurality of optical demodulators respectively connected to the plurality of optical fibers for demodulating the optical signals into digital signals, and a digital beam forming circuit for combining the digital output signals of the plurality of optical demodulators to form a beam. An antenna device comprising:
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62025865A JP2558112B2 (en) | 1987-02-06 | 1987-02-06 | Antenna device |
US07/147,721 US4922257A (en) | 1987-01-27 | 1988-01-25 | Conformal array antenna |
EP88101116A EP0276817B1 (en) | 1987-01-27 | 1988-01-26 | Conformal array antenna |
DE88101116T DE3884974T2 (en) | 1987-01-27 | 1988-01-26 | Shaped antenna group. |
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JP62025865A JP2558112B2 (en) | 1987-02-06 | 1987-02-06 | Antenna device |
Publications (2)
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JP2558112B2 true JP2558112B2 (en) | 1996-11-27 |
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