JP4686652B2 - アレイアンテナ - Google Patents

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Description

本発明はアレイアンテナに関する。特に、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）レーダ等に使用するアレイアンテナであって、簡易な機構により、低コストでアレイアンテナから放射されるビーム方向及び、アレイアンテナで受信するビーム方向を制御できる電子走査アレイアンテナに関する。
従来の代表的な方法である位相走査方式を図１に示す。
電子走査の代表的な方式である位相走査方式では、複数のアンテナ素子３０５〜３０８にそれぞれ移相器３０１〜３０４を接続し、各移相器３０１〜３０４に一個の移相制御器３１１を接続する。そして、移相制御器３１１により移相量を制御してビーム走査している。
移相器３０１〜３０４としては制御が容易なデジタル移相器を用いるのが一般的である。
この従来の位相走査方式では、インパルス発生器３１０で発生した広帯域信号を電力分配器３０９で分配して各素子３０５〜３０８へ供給していた。
通常のレーダの周波数帯域は狭いので、電力分配器３０９および移相器３０１〜３０４のバラツキは大きくなく、製作が容易であった。
しかし、ＵＷＢレーダのような占有帯域が５００ＭＨｚ以上もあり、移相量がフラットな移相器は製作が困難であり、かつ、移相器の制御が複雑であった。
また、従来の位相走査方式でＵＷＢレーダを構成する場合、高価な移相器を使用することに加え部品点数が多く高コストになるおそれがあった。
特開２００２−２７１１２６号公報
本発明は、占有帯域が５００ＭＨｚ以上もあるＵＷＢレーダとして採用できる電子走査アレイアンテナであって、簡易な機構により、低コストでアレイアンテナから放射されるビーム方向及び、アレイアンテナで受信するビーム方向を制御できる電子走査アレイアンテナを提供することを目的にしている。
この発明では、占有帯域が５００ＭＨｚ以上もあるＵＷＢレーダとして採用できる電子走査アレイアンテナにおいて、電子走査アレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子のそれぞれにインパルス発生器を接続した。
そして、前記各アンテナ素子に接続されている各インパルス発生器への送信トリガ時間を変化させる。これによって、等価的にアンテナから放射される電波の位相を変化させる。
また、この発明では、前述した構成において、送信トリガの繰返し間隔を変化させることによりアレイアンテナから放射されるビームの方向を制御する。
各アンテナ素子に接続されている各インパルス発生器への送信トリガタイミングを変化させる手段として、送信トリガパルスの周波数を変化させる方式を採用できる。また、パルスポジションを変化させる方式も採用できる。
すなわち、この発明では、電子走査アレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子にそれぞれインパルス発生器を接続した。そして、当該複数のインパルス発生器における各インパルス発生器への送信トリガタイミングを変化させる。これによって、等価的にアンテナから放射される電波の位相を変化させた。
送信トリガタイミングを変化させる手段としては、送信トリガパルスの周波数を変化させる方式、又は、パルスポジションを変化させる方式を採用した。
本発明では、これにより、電子走査アレイアンテナから放射されるビームの方向を制御している。
具体的には、電子走査アレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子に、従来の移相器の代わりにインパルス発生器をそれぞれ接続した。
そして、インパルス発生タイミングをコントロールするため、送信トリガを各アンテナ素子間に接続した遅延線を介してアレイ片端から供給する構成にした。
送信トリガの繰返し間隔が変わると、各アンテナ素子へ供給される送信トリガは、遅延線を通る数に比例して遅れる。これを利用しビーム方向を変化させた。
遅延線と各アンテナ素子に接続しているインパルス発生器を使い、送信トリガ間隔を変化させてビームを制御する簡単な構成で、かつ、低コストに、ＵＷＢアレイアンテナのビーム制御回路を実現させた。
また、パルスポジションを変化させた送信トリガパルスを遅延線に送り込み、各素子の送信トリガが所望のタイミングとなった時にスイッチをＯＮしてインパルス発生器を作動させビームを制御する方式にした。
これによって、簡単な構成で、かつ、低コストでＵＷＢアレイアンテナのビーム制御回路を実現させた。
すなわち、請求項１記載の発明は、
電子走査アレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子がそれぞれインパルス発生器を介して一個のトリガ発生器に接続されており、
前記トリガ発生器と各インパルス発生器との間にそれぞれ異なる数の遅延線が配備され、
前記各アンテナ素子への入力に時間差が生じることにより電子走査アレイアンテナから放射されるビーム方向が制御されることを特徴とした電子走査アレイアンテナである。
請求項２記載の発明は、
電子走査アレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子がそれぞれ相関検波回路またはサンプリング回路を介して一個のトリガ発生器に接続されており、
前記トリガ発生器と各相関検波回路または各サンプリング回路との間にそれぞれ異なる数の遅延線が配備され、
前記各アンテナ素子への入力に時間差が生じることにより電子走査アレイアンテナで受信するビーム方向が制御されることを特徴とした電子走査アレイアンテナである。
請求項３記載の発明は、
電子走査アレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子がそれぞれインパルス発生器介して一個のトリガ発生器に接続されていると共に、前記複数のアンテナ素子がそれぞれ相関検波回路またはサンプリング回路を介して前記トリガ発生器に接続されており、
前記トリガ発生器と各インパルス発生器との間にそれぞれ異なる数の遅延線が配備されると共に、前記トリガ発生器と各相関検波回路または各サンプリング回路との間にそれぞれ異なる数の遅延線が配備され、
前記各アンテナ素子への入力に時間差が生じることにより電子走査アレイアンテナから放射されるビーム方向が制御されるとともに、
前記各アンテナ素子への入力に時間差が生じることにより電子走査アレイアンテナで受信するビーム方向が制御される
ことを特徴とした電子走査アレイアンテナである。
請求項４記載の発明は、
前記トリガ発生器を可変周波数トリガ発生器としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の電子走査アレイアンテナである。
請求項５記載の発明は、
ＯＮ／ＯＦＦ切り替え制御信号の指示により前記各インパルス発生器への入力をＯＮ／ＯＦＦ切り替え制御するスイッチを前記各インパルス発生器の入力側に配備したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の電子走査アレイアンテナである。
請求項６記載の発明は、
電子走査アレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子にそれぞれインパルス発生器が接続され、
当該各インパルス発生器が、クロック発生器からクロックパルスの入力を受ける一個のパルスポジション変調器に接続され、
前記パルスポジション変調器と各インパルス発生器との間にそれぞれ異なる数の遅延線が配備され、
前記各アンテナ素子への入力に時間差が生じることにより電子走査アレイアンテナから放射されるビーム方向が制御されることを特徴とした電子走査アレイアンテナである。
請求項７記載の発明は、
電子走査アレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子にそれぞれ相関検波回路またはサンプリング回路が接続され、
当該各相関検波回路または各サンプリング回路が、クロック発生器からクロックパルスの入力を受ける一個のパルスポジション変調器に接続され、
前記パルスポジション変調器と各相関検波回路または各サンプリング回路との間にそれぞれ異なる数の遅延線が配備され、
前記各アンテナ素子への入力に時間差が生じることにより電子走査アレイアンテナで受信するビーム方向が制御されることを特徴とした電子走査アレイアンテナである。
請求項８記載の発明は、
前記パルスポジション変調器には複数の遅延線が直列に接続されており、当該複数の遅延線が前記パルスポジション変調器に直列に接続されている配線の終端あるいは途中に位相比較器が接続されており、当該位相比較器が接続されている位置におけるトリガ信号の位相と、前記クロック発生器が出力する信号の位相とを当該位相比較器で比較し、当該位相比較器での比較結果を前記クロック発生器に入力する、あるいは、当該位相比較器での比較結果を、前記パルスポジション変調器に対してパルスポジション制御信号を入力するパルスポジション制御器に入力することを特徴とした請求項７記載の電子走査アレイアンテナである。
請求項９記載の発明は、
前記インパルス発生器の出力に狭帯域のフィルタが挿入されていることを特徴とする請求項１、請求項３、又は、請求項６記載の電子走査アレイアンテナである。
請求項１０記載の発明は、
前記相関検波回路内のインパルス発生出力またはサンプリング回路内のインパルス発生出力に狭帯域のフィルタが挿入されていることを特徴とする請求項２、請求項４、又は、請求項７記載の電子走査アレイアンテナである。
本発明によれば、簡易な機構により、低コストでアレイアンテナから放射されるビーム方向及び、アレイアンテナで受信するビーム方向を制御できる電子走査アレイアンテナを提供することができる。
従来のアレイアンテナにおける位相走査方式の一例を説明する図。 本発明のＵＷＢ電子走査アレイアンテナの構成の一例をあらわす図。 図２図示の実施例においてビームの指向方向を正面方向から変えた動作原理を説明する図。 本発明のＵＷＢ電子走査アレイアンテナに採用されるインパルス発生器の構成の一例を説明する図。 本発明のＵＷＢ電子走査アレイアンテナの構成の他の例を表す図。 本発明のＵＷＢ電子走査アレイアンテナに採用される相関検波器の構成の一例を説明する図。 電子走査送信アレイアンテナに図２図示の実施例を、電子走査受信アレイアンテナに図５の実施例を採用した構成の本発明のＵＷＢ電子走査アレイアンテナの構成の一例を表す図。 本発明のＵＷＢ電子走査アレイアンテナの他の構成の一例を表す図。 図８図示の実施例の構成を変更した本発明のＵＷＢ電子走査アレイアンテナの構成の一例を表す図。 図９図示のＵＷＢ電子走査アレイアンテナの動作を説明する図。 図９図示のＵＷＢ電子走査アレイアンテナの他の動作を説明する図。 本発明のＵＷＢ電子走査アレイアンテナに採用されるパルスポジション変調器の構成の一例を説明する図。 本発明のＵＷＢ電子走査アレイアンテナの他の構成を表す図。 本発明のＵＷＢ電子走査アレイアンテナの更に他の構成を表す図。 図１４図示の実施例の動作を説明する図。 図９図示のＵＷＢ電子走査アレイアンテナの他の実施例を説明する図。 本発明のＵＷＢ電子走査アレイアンテナにより行うビームの方向制御の一例を説明する図。 本発明のＵＷＢ電子走査アレイアンテナにより行うビームの方向制御の他の例を説明する図。 図１８図示の実施例により制御されたビーム方向の一例を説明する図。 本発明のＵＷＢ電子走査アレイアンテナにより行うビームの方向制御の他の例を説明する図。 図２０図示の方式におけるアンテナパターンの一例を説明する図。 本発明のＵＷＢ電子走査アレイアンテナにより行うビームの方向制御の他の例を説明する図。 本発明のＵＷＢ電子走査アレイアンテナにより行うビームの方向制御の他の例を説明する図。 図２３図示のＵＷＢ電子走査アレイアンテナの動作を説明する図。 図１４図示のＵＷＢ電子走査アレイアンテナの動作を説明する図。
本発明の電子走査アレイアンテナは、電子走査アレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子がそれぞれインパルス発生器を介して一個のトリガ発生器に接続されているものである。
前記トリガ発生器と各インパルス発生器との間にそれぞれ異なる数の遅延線が配備されている。
これによって、本発明の電子走査アレイアンテナでは、前記各アンテナ素子への入力に時間差が生じることにより電子走査アレイアンテナから放射されるビーム方向が制御される。
すなわち、本発明の電子走査アレイアンテナでは、アレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子に、それぞれインパルス発生器が接続されている。そして、隣接するアンテナ素子間が遅延線でつながれており、送信トリガ入力が片端から入力されている。
このようなアレイアンテナの構成で、送信トリガ間隔を変えることにより、各アンテナ素子に入力される送信トリガの時間差から、発射されるインパルス波の発射タイミングを変化させる。これによって、アレイアンテナから放射されるビームの方向を制御する。
前記において、インパルス発生器に代えて、相関検波回路またはサンプリング回路を使用することもできる。これによって、前記各アンテナ素子への入力に時間差が生じることにより電子走査アレイアンテナで受信するビーム方向を制御する受信用のアレイアンテナにすることができる。
すなわち、各アンテナ素子に入力される受信信号を受信トリガ信号で相関検波、または、サンプリングを行うアレイアンテナの構成において、受信トリガ間隔を変えることによりアレイアンテナの受信ビーム方向を制御する。
なお、電子走査アレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子がそれぞれインパルス発生器を介して一個のトリガ発生器に接続されていて、送信トリガ間隔を変えることにより、各アンテナ素子に入力される送信トリガの時間差から、アレイアンテナから放射されるビーム方向を制御する前述した構成と、前記インパルス発生器に代えて、相関検波回路またはサンプリング回路が使用されていて受信トリガ間隔を変えることによりアレイアンテナの受信ビーム方向を制御する前述した構成とを組み合わせた電子走査アレイアンテナにすることもできる。
以上の本発明の電子走査アレイアンテナにおいて、前記トリガ発生器を可変周波数トリガ発生器にすることができる。
これによって送信トリガの繰り返し周波数を変えることにより、各アンテナ素子に入力される送信トリガに時間差を与える。これによって、前記各インパルス発生器から発射されるインパルス波の発射タイミングを変化させ、アレイアンテナから放射されるビームの方向を制御する。
また、以上の本発明の電子走査アレイアンテナにおいて、ＯＮ／ＯＦＦ切り替え制御信号の指示により前記各インパルス発生器への入力をＯＮ／ＯＦＦ切り替え制御するスイッチが前記各インパルス発生器の入力側に配備されている構成にすることもできる。
これによって遅延線からのトリガ信号をスイッチ制御し、送信波に変調をかけるものである。
本発明が提案する他の電子走査アレイアンテナは、電子走査アレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子にそれぞれインパルス発生器が接続され、当該各インパルス発生器が、クロック発生器からクロックパルスの入力を受ける一個のパルスポジション変調器に接続されているものである。
この場合は、前記パルスポジション変調器と各インパルス発生器との間にそれぞれ異なる数の遅延線が配備される。
これによって、前記各アンテナ素子への入力に時間差が生じることにより電子走査アレイアンテナから放射されるビーム方向が制御される。
すなわち、アレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子の各アンテナ素子にインパルス発生器を接続し、隣接するアンテナ素子間を遅延線でつなぎ、送信トリガパルスを片端から入力するアレイアンテナの構成において、送信トリガの繰り返し周波数を変えるものである。
これによって送信トリガの繰り返し周波数を変えることにより、各アンテナ素子に入力される送信トリガに時間差を与える。これによって、前記各インパルス発生器から発射されるインパルス波の発射タイミングを変化させ、アレイアンテナから放射されるビームの方向を制御する。
かかる本発明の電子走査アレイアンテナにおいても、前記インパルス発生器に代えて、それぞれ、相関検波回路またはサンプリング回路を使用する形態にすることができる。これによって、各アンテナ素子への入力に時間差が生じることにより電子走査アレイアンテナで受信するビーム方向を制御するものである。
すなわち、前述した可変周波数トリガ発生器のかわりにパルスポジション変調器を用いて、周波数を変えるのではなく、送信トリガパルスの位置をパルスポジション変調器で変えるものである。
これによって、各アンテナ素子に入力される送信トリガのタイミングを調整するものである。すなわち、前記各インパルス発生器から発射されるインパルス波の発射タイミングを変化させ、アレイアンテナから放射されるビームの方向を制御するものである。
なお、この場合、前記パルスポジション変調器には複数の遅延線が直列に接続されており、当該複数の遅延線が前記パルスポジション変調器に直列に接続されている配線の終端あるいは途中に位相比較器が接続されており、当該位相比較器が接続されている位置におけるトリガ信号の位相と、前記クロック発生器が出力する信号の位相とを当該位相比較器で比較し、当該位相比較器での比較結果を前記クロック発生器に入力する、あるいは、当該位相比較器での比較結果を、前記パルスポジション変調器に対してパルスポジション制御信号を入力するパルスポジション制御器に入力する構成にすることもできる。
前記位相比較器により、遅延線の終端あるいは途中から取り出したトリガ信号とクロック発生器の信号との位相関係を検出し、遅延線の温度等による遅延量の変化に対し一定の位相関係になるようクロック発生器の周波数またはパルスポジション制御器によりパルスポジションを制御するものである。
また、前記本発明の電子走査アレイアンテナにおいて、前記インパルス発生器の出力に狭帯域のフィルタが挿入されている形態にすることができる。あるいは、前記相関検波回路内のインパルス発生出力またはサンプリング回路内のインパルス発生出力に狭帯域のフィルタが挿入されている形態にすることができる。
これによって、インパルス波を振動させ、連続波に変換した後、スィッチにより振幅変調し送信するものである。
あるいは、ミキサのローカルに連続波を入力し、ダウンコンバータとして動作させるものである。
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態につき、いくつかの実施例を用いて説明する。なお、以下の実施例では、アンテナ素子の数を４個、等の場合で説明しているがアンテナ素子数がこれらに限定されないことは言うまでもない。
本発明のＵＷＢ電子走査アレイアンテナの構成の一例を図２に示す。
この実施例は、インパルス発生器を使用した送信用のＵＷＢ電子走査アレイアンテナの一例を説明するものである。
４個のアンテナ素子１０５〜１０８のそれぞれに、図１図示の従来例における移相器３０１〜３０８の代わりにインパルス発生器１０１〜１０４を接続している。
４個のインパルス発生器１０１〜１０４のそれぞれは、共通する一個のトリガ発生器に接続されている（不図示）。
この実施例では、トリガ発生器（不図示）に複数の遅延線１１３〜１１５が直列に接続されている。そして、トリガ発生器（不図示）に複数の遅延線１１３〜１１５が直列に接続されている配線の異なる位置に各インパルス発生器１０１〜１０４が接続されている。
これによって、各インパルス発生器１０１〜１０４からのインパルス発生タイミングがコントロールされている。すなわち、送信トリガを各アンテナ素子１０５〜１０８間に接続した遅延線１１３〜１１５を介してアレイの片端から供給し、他方に終端器１１６が配備されている構成にしている。
各インパルス発生器１０１〜１０４の構成の一例を図４に示す。図４図示の例では、送信トリガは２分配され、一方は、ＡＮＤ回路５０１に入力される。他方は、信号線路を長くした遅延線５０３からＮＯＴ回路５０２を介してＡＮＤ回路に入力される。そして、ＡＮＤ回路出力から遅延時間に相当するパルス幅のインパルスが出力される。
このように簡単な回路でインパルス波を発生できる。ここでは、ロジック回路を使用したが、ステップリカバリーダイオードを用いたインパルス発生器でもよい。
送信トリガの繰返し間隔が変わると、各アンテナ素子１０５〜１０８へ供給される送信トリガは、遅延線１１３〜１１５を通る数に比例して遅れる。これを利用して各アンテナ素子１０５〜１０８から放射されるビーム方向を変化させるものである。すなわち、送信トリガ間隔が変わることによりインパルス波が放射される方向を変化させるものである。
図示の実施例では、遅延線１１３〜１１５は、送信トリガの１周期分遅延されるようにした。これにより、各アンテナ素子１０５〜１０８への送信トリガが周期遅れでも同タイングでインパルス波が放射されることになる。これによって、図２図示のように、正面方向にビームが向いている送信トリガ状態になる。
ビームの指向方向を正面方向から変えた動作原理を図３に示す。送信トリガの周期を長くし、ビームの方向を変えている。送信タイミング周期が長くなると、送信トリガの入力側のアンテナ素子４０５を基準に考えると、より離れたアンテナ素子４０８になる程、送信トリガタイミングが早くなる。これによって、より離れたアンテナ素子４０８になる程、インパルス波の発生タイミングが早く、アンテナ面でインパルス波形４０９〜４１２が順に進み、指向方向が変わる。
遅延線４１３〜４１５と各アンテナ素子４０５〜４０８にそれぞれ接続されているインパルス発生器４０１〜４０４を使用して、送信トリガ間隔を変化させビームを制御するものである。
このように、簡単な構成で、かつ、低コストなＵＷＢアレイアンテナのビーム制御回路を実現できる。
なお、ここでは、インパルス発生器で動作説明したが、類似の機能を有する逓倍器でも同様の動作が可能となり、置き換え可能である。
本発明のＵＷＢ電子走査アレイアンテナの構成の他の例を図５に示す。
この実施例は、実施例１におけるインパルス発生器に代えて相関検波器を使用した受信用のＵＷＢ電子走査アレイアンテナの一例を説明するものである。
４個のアンテナ素子２０５〜２０８のそれぞれに、図１図示の従来例における移相器３０１〜３０８の代わりに相関検波器２０１〜２０４を接続している。
４個の相関検波器２０１〜２０４のそれぞれは、共通する一個のトリガ発生器に接続されている（不図示）。
この実施例では、トリガ発生器（不図示）に複数の遅延線２１３〜２１５が直列に接続されている。そして、トリガ発生器（不図示）に複数の遅延線２１３〜２１５が直列に接続されている配線の異なる位置に各相関検波器２０１〜２０４が接続されている。
すなわち、受信トリガを各アンテナ素子２０５〜２０８間に接続した遅延線２１３〜２１５を介してアレイの片端から供給し、他方に終端器２１７を配備した構成にしている。これによって、各相関検波器２０１〜２０４に入力される受信トリガのタイミングがコントロールされている。
相関検波器２０１〜２０４は、各アンテナ素子２０５〜２０８から受信した受信信号を、受信トリガでシーケンシャルサンプリングし、ビデオ帯に周波数変換してビデオ帯電力合成器２１６に送る。
相関検波器２０１〜２０４の構成の一例を図６に示す。図６図示の実施形態では内部にＡＮＤ回路６０２、ＮＯＴ回路６０３および遅延線６０４で構成されたインパルス発生器が配備されている。このインパルス発生器の出力をミキサ６０１のローカルに入力し相関検波をしている。
なお、ここでは相関検波の手段としてミキサを使用したがミキサの代わりにＡＤ変換器を使用しＡＤ変換のサンプリングパルスとしてインパルス発生器の出力パルスをＡＤ変換器に入力しても同様の効果が得られる。
この実施例におけるビデオ帯電力合成器２１６は、図１図示の従来例で採用されているＲＦ帯電力分配器３０９に比べると周波数が低いので容易に製作できる。
電子走査送信アレイアンテナに実施例１を、電子走査受信アレイアンテナに実施例２を採用した構成の、本発明のＵＷＢ電子走査アレイアンテナの一例を図７に示す。
図示の実施形態では、４個のアンテナ素子７１３〜７１６は、送受信共用とするために、それぞれサーキューレータ７０９〜７１２で信号を分離している。
信号処理・制御部７２５からビーム方向の制御信号をトリガ発生器７２４に送り、指示された送信ビーム方向および受信ビーム方向になるような送信トリガ間隔および受信トリガ間隔を発生させる。
トリガ発生器７２４に複数の遅延線ａ７１７〜７１９が直列に接続されている。そして、トリガ発生器７２４に複数の遅延線ａ７１７〜７１９が直列に接続されている配線の異なる位置に各インパルス発生器７０１〜７０４が接続されている。
これによって、各インパルス発生器７０１〜７０４からのインパルス発生タイミングがコントロールされている。すなわち、送信トリガを各アンテナ素子７１３〜７１６間に接続した遅延線ａ７１７〜７１９を介してアレイの片端から供給し、他方に終端器７２４が配備されている構成にしている。
また、トリガ発生器７２４に複数の遅延線ｂ７２０〜７２２が直列に接続されている。そして、トリガ発生器７２４に複数の遅延線ｂ７２０〜７２２が直列に接続されている配線の異なる位置に各相関検波器７０５〜７０８が接続されている。
すなわち、受信トリガを各アンテナ素子７１３〜７１６間に接続した遅延線ｂ７２０〜７２２を介してアレイの片端から供給し、他方に終端器７２５を配備した構成にしている。これによって、各相関検波器７０５〜７０８に入力される受信トリガのタイミングがコントロールされている。
送信トリガ信号は、遅延線ａ７１７〜７１９を介してインパルス発生器７０１〜７０４に送られ、インパルス波がアンテナ素子７１３〜７１６から放射される。
逆に受信では、送信方向からの信号を受信するため、受信ビーム方向を送信ビーム方向に一致するよう受信トリガを発生させる。
相関検波器７０５〜７０８は、各アンテナ素子７１３〜７１６から受信した受信信号を、受信トリガでシーケンシャルサンプリングし、ビデオ帯に周波数変換して電力合成器７２３に送る。
シーケンシャルサンプリングをするためには、送信間隔より長い間隔でサンプリングする必要があるため送信用の遅延線ａ７１７〜７１９と受信系の遅延線ｂ７２０〜７２２の遅延量は異ならせている。
本発明のＵＷＢ電子走査アレイアンテナの構成の一例を図８に示す。
この実施例は、実施例１と同じく、インパルス発生器を使用した送信用のＵＷＢ電子走査アレイアンテナの一例を説明するものである。
実施例１と同じく、４個のアンテナ素子８０１〜８０４のそれぞれに、図１図示の従来例における移相器３０１〜３０８の代わりにインパルス発生器８０５〜８０８を接続している。
４個のインパルス発生器８０５〜８０８のそれぞれは、共通する一個のトリガ発生器に接続されている。この実施例では、トリガ発生器として、可変周波数トリガ発生器８１７を採用している。
図示の実施形態では、可変周波数トリガ発生器８１７はトリガ周波数制御器８１８によって制御される。
ビーム方向コマンドを受けたトリガ周波数制御器８１８は、ビームを向けたい方向に相当する送信トリガ間隔になるように可変周波数トリガ発生器８１７の送信トリガ周波数を制御する。
この実施例では、送信トリガ間隔が変わることによりインパルス波が放射される方向が変化する。
可変周波数トリガ発生器８１７に複数の遅延線８１３〜８１５が直列に接続されている。そして、可変周波数トリガ発生器８１７に複数の遅延線８１３〜８１５が直列に接続されている配線の異なる位置に各インパルス発生器８０５〜８０８が接続されている。
すなわち、インパルス発生タイミングをコントロールするため、可変周波数トリガ発生器８１７より送信トリガを各アンテナ素子８０１〜８０４間に接続した遅延線８１３〜８１５を介してアレイ片端から供給し、他方に終端器８１６を配備した構成にしている。
これによって、各インパルス発生器８０５〜８０８からのインパルス発生タイミングがコントロールされている。
送信トリガの繰返し間隔が変わると、各アンテナ素子８０１〜８０４に接続されている各インパルス発生器８０５〜８０８へ供給される送信トリガは、遅延線８１３〜８１５を通る数に比例して遅れる。これを利用してビーム方向を変化させる。
繰返し間隔の１周期が、各遅延線８１３〜８１５の遅延量と一致している場合、各アンテナ素子８０１〜８０４への送信トリガが周期遅れでも同タイングでインパルス波が放射され、ビームは正面方向を向く。
一方、送信タイミング周期が長くなると、送信トリガの入力側の素子を基準に考えると、より離れた素子になる程、送信トリガタイミングが早くなり、インパルス波の発射タイミングが早くなる。これによって、アンテナ面でインパルス波形が順に進んで指向方向が変わる。送信タイミング周期が短くなると、指向方向は逆方向を向くことになる。
このように、実施例１で説明したように、遅延線８１３〜８１５と各アンテナ素子８０１〜８０４に接続されているインパルス発生器８０５〜８０８を使い、送信トリガ間隔を変化させビームを制御する。簡単な構成で、かつ、低コストなＵＷＢアレイアンテナのビーム制御回路を実現している。
図示の実施例では、図１図示の構成に加えて、インパルス発生器８０５〜８０８の入力に送信トリガをＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチ（ＳＷ）８０９〜８１２を設けている。これによって、通信情報にしたがい、制御信号（ＳＷコマンド）でインパルス波のＯＮ／ＯＦＦが可能になり、ＡＳＫ変調（ＯＯＫ）通信が実現できる。
すなわち、スイッチＳＷ８０９〜８１２は、通信情報により生成された制御信号（ＳＷコマンド）を受けてインパルス発生器８０５〜８０８の入力の送信トリガをＯＮ／ＯＦＦする。これにより通信情報にしたがって、ＡＳＫ変調（ＯＯＫ）されたインパルス波がアンテナ素子８０１〜８０４から放射される。
また、スイッチＳＷ８０９〜８１２をある周期で定期的にＯＮ／ＯＦＦすることにより、送信トリガの繰返し周波数が高い場合でも、インパルスの送信間隔を遅くすることができる。
これにより、遅延線８１３〜８１５に入力する送信トリガ周波数を可能な限り高くできるため、遅延量の少ない遅延線を使用することができ。そこで、遅延量誤差、温度変化の少ない遅延線を使用することができる。
インパルス発生器８０５〜８０８に関しては、実施例１で図４を用いて説明したインパルス発生器１０１〜１０４の構成と同様のものを使用することができる。すなわち、実施例１で図４を用いて説明した簡単な回路でインパルス波を発射することができる。なお実施例１で説明したように、ロジック回路ではなく、ステップリカバリーダイオードを用いたインパルス発生器でもよい。
図９図示の実施例は、図８図示の実施例において採用されていた可変周波数トリガ発生器８１７に代えて、クロック発生器９１９と、パルスポジション変調器９１７を採用したものである。
すなわち、図９図示の実施例は、図８図示の実施例において採用されていた可変周波数トリガ発生器８１７、トリガ周波数制御器８１８に代えて、パルスポジション変調器９１７、パルスポジション制御器９１８およびクロック発生器９１９を使用した送信用のＵＷＢ電子走査アレイアンテナである。
実施例１と同じく、４個のアンテナ素子９０１〜９０４のそれぞれに、図１図示の従来例における移相器３０１〜３０８の代わりにインパルス発生器９０５〜９０８をそれぞれ接続している。
４個のインパルス発生器９０５〜９０８のそれぞれは、共通する一個のパルスポジション変調器９１７に接続されている。このパルスポジション変調器９１７に複数の遅延線９１３〜９１５が直列に接続されている。そして、パルスポジション変調器９１７に複数の遅延線９１３〜９１５が直列に接続されている配線の異なる位置に各インパルス発生器９０５〜９０８が接続されている。
すなわち、インパルス発生タイミングをコントロールするため、パルスポジション変調器９１７より送信トリガを各アンテナ素子９０１〜９０４間に接続した遅延線９１３〜９１５を介してアレイ片端から供給し、他方に終端器９１６を配備した構成にしている。
これによって、各インパルス発生器９０５〜９０８からのインパルス発生タイミングがコントロールされている。
実施例４（図８）の送信トリガ周波数可変方式ではトリガ周波数を変えると送信キャリア周波数も変化する。
しかし、本実施例（図９）では、クロック周波数が一定であり、キャリア周波数も変化しない。さらにパルスポジション変調器９１７でパルスポジション変調をすることにより、パルス位置変調を実現することができ、情報通信が可能となる利点がある。
パルスポジション変調器９１７で微細にパルス位置を制御することにより遅延線９１３〜９１５の誤差補正が可能となる。また、全てのアンテナ素子９０１〜９０４の中から指定したアンテナ素子群について部分的に制御された送信トリガを与えることができる。そこで、複数のアンテナ素子９０１〜９０４の中の一部を分割して別の方向にビームを向けるように制御することが可能である。
アンテナ素子９０１〜９０４で受信波の位相を１８０度変えることもできるため容易にモノパルス方向探知アンテナとしても使用可能となる利点もある。
この実施例の送信用のＵＷＢ電子走査アレイアンテナの動作を図１０及び図１１を参照して説明する。
図１０は主にビーム方向を変向する動作の説明である。図１１はＡＳＫ変調動作の説明である。
図１０中のパルス番号（図１０において「クロック番号」と表示されている）は遅延線ＤＬを直列配置した伝送路の端（♯１の位置）にパルスポジション変調器９１７から入力されるパルスの番号である。
図１０において、パルス番号（図１０において「クロック番号」と表示されている）は、入力された順番を表しており１番が最初に入力されたパルスである。入力されたパルスは遅延線ＤＬを通り♯１から♯４の方向に伝達して行く。
なお、♯１〜♯４のスイッチＳＷはＳＷコマンドを受けて同時にＯＮ／ＯＦＦし、♯１〜♯４の各アンテナ素子はスイッチＳＷがＯＮとなっていた場合、到来したパルスの立上がりで送信インパルスを発生するものとする。
ビームを正面方向へ向ける場合、パルス番号１から４に示すように遅延線ＤＬの遅延量と同じ時間間隔で各パルスを入力する。
パルス番号１のパルスが♯４に到達したとき、♯３にはパルス番号２が、♯２にはパルス番号３のパルスがそれぞれ同時に到達し、♯１には今まさにパルス番号４が入力されたタイミングとなる。
このタイミング（図のパルス番号４の横に示すスイッチＳＷ ＯＮタイミングの丸印）で全てのスイッチＳＷをＯＮとすると♯１〜♯４の各アンテナ素子からは送信インパルスが同時に放射される。したがってビームは正面方向を向くことになる。
次にビームを左方向（♯１方向）に向ける場合を説明する。パルス番号５から８に示すようにパルスを遅延線ＤＬの遅延量よりわずかΔＴ長い時間間隔（パルスの位置を後ろにずらす）で入力する。ΔＴより遅延線ＤＬの遅延量が十分大きいので♯１にパルス番号７が入力し終わった時点では、まだ、♯４にはパルス番号５のパルスは到達していない。しかし、♯１にパルス番号７が入力し終わった時点からパルス番号８が入力終了するまでの間にパルス番号５のパルスが♯４に最初に到達し、続いて♯３にはパルス番号６が、♯２にはパルス番号７がそれぞれ僅かΔＴずつ遅れて到達し、最後に♯１にパルス番号８が入力される。
♯１にパルス番号７が入力し終わった時点からパルス番号８が入力終了するまでの間（図のパルス番号８の横に示すスイッチＳＷ ＯＮタイミングの丸印）、全てのスイッチＳＷをＯＮとすると♯１〜♯４の各アンテナ素子からは送信インパルスが♯４、♯３、♯２、♯１の順序でΔＴずつ遅れて放射される。したがってビームは左方向（♯１方向）を向くことになる。
次にビームを右方向（＃４方向）に向ける場合を説明する。パルス番号９から１２に示すようにパルスを遅延線ＤＬの遅延量よりわずかΔＴ短い時間間隔（パルスの位置を前にずらす）で入力する。
♯１にパルス番号１２の立ち上がりが入力された時点では、まだ、♯４〜♯２にはパルス番号９〜１１のパルスは到達していない。しかし、♯１にパルス番号１２の立ち上がりが入力された後からパルス番号１３が入力されるまでの間にパルス番号１１のパルスが♯２に最初に到達し、続いて♯３にはパルス番号１０が、＃４にはパルス番号９がそれぞれ僅かΔＴずつ遅れて到達する。
したがって、♯１にパルス番号１１が入力され終わった時点からパルス番号１２が入力終了するまでの間（図のパルス番号１２の横に示すスイッチＳＷ ＯＮタイミングの丸印）、全てのスイッチＳＷをＯＮとすると♯１〜♯４の各アンテナ素子からは送信インパルスが♯１、♯２、♯３、♯４の順序でΔＴずつ遅れて放射される。したがってビームは右方向（＃４方向）を向くことになる。
以上のように、ビーム方向に対応する遅延タイミングの送信トリガが準備された時点で一斉にスイッチＳＷをＯＮとして各アンテナ素子に送信トリガを掛けるので、実際にアンテナから放射される電波（アレイアンテナとしての合成波）の時間間隔はスイッチＳＷのＯＮの間隔で決定される。図１０におけるスイッチＳＷ ＯＮの間隔はパルス番号４、８、１２、１６と４パルス毎の定間隔となっている。
このように本発明においてトリガパルスのポジションを変更する方法は、トリガ周波数可変する方式が、ビーム方向を変化させるため、トリガ周波数を変えるとキャリア周波数が、変化するのに対し、ビーム方法を変化させるため、パルスの位置を変えてもキャリア周波数が一定で変わらないという利点がある。
次に変調（ＡＳＫ）の動作を図１１を参照して説明する。
ビームを左方向（＃１方向）に向けている場合を例として説明する。各パルスは遅延線ＤＬの遅延量よりわずかΔＴ長い時間間隔（パルスの位置を後ろにずらす）で入力している。
図示の実施例ではパルス番号４、５、７、８、１１、１５、１６（それぞれの横に示すスイッチＳＷ ＯＮタイミングの丸印）のタイミングで全てのスイッチＳＷをＯＮとし、その他のタイミングはＯＦＦとしている。図１１において「クロック番号」として表示されている数字がパルス番号である。
パルス番号４のスイッチＳＷをＯＮするタイミングを例として、スイッチＳＷをＯＮする詳細なタイミングを説明する。
♯１にパルス番号３が入力し終わった時点からパルス番号４が入力終了するまでの間、全てのスイッチＳＷをＯＮとするように動作する。そこで、♯１〜♯４の各アンテナ素子からは送信インパルスが♯４、♯３、♯２、♯１の順序でΔＴずつ遅れて放射される。
したがってビームが左方向（＃１方向）へ向いたインパルス波が送信される。
同様に前述のパルス番号５、７、８、１１、１５、１６のタイミングでもビームが左方向（＃１方向）へ向いたインパルス波が送信される。
したがって、この例では、パルス番号４のタイミングを先頭にしてパルス番号１７までの間に１１０１１００１０００１１０という２値の情報が送信されることになる。
以上のように動作するので通信情報にしたがって、ＳＷコマンドによりスイッチＳＷをＯＮ／ＯＦＦすることにより、ＡＳＫ変調（ＯＯＫ）されたインパルス波がアンテナから放射される。
次に、パルスポジション変調器９１７の構成例を、図１２に示す。
各遅延線セクションは遅延線１２１１〜１２１５と切り替えスイッチＳＷ１２０１〜１２１０で構成されている。
各スイッチがaのポジションにある場合は、遅延線を迂回し、直通とし、スイッチがｂのポジションにある場合だけ遅延線を通るように動作する。
したがって、各遅延線セクションＤＬ１からＤＬ５に付属しているスイッチＳＷ１２０１〜１２１０をコントロール信号にて、個別に制御することにより、ＤＬ１からＤＬ５の各遅延線１２１１〜１２１５の任意の組み合わせ（０から最大ＤＬ１からＤＬ５の総和）の遅延量が得られる。
ここでは、遅延線を使用したが、ＬＣＲや半導体を用いた遅延要素、ロジックのゲートの遅延を利用した要素など方式は問わない。
このように動作するので、クロック発生器９１９から入力されたクロックパルスをパルス毎にコントロール信号にて、遅延量を変えることができ、パルスポジション変調器９１７として動作する。
本発明のＵＷＢ電子走査アレイアンテナの構成の他の例を図１３に示す。
この実施例は、実施例５（図９）におけるインパルス発生器９０５〜９０８に代えて相関検波器１３０５〜１３０８を使用した受信用のＵＷＢ電子走査アレイアンテナの一例を説明するものである。
実施例２と同じく、４個のアンテナ素子１３０１〜１３０４のそれぞれに、図１図示の従来例における移相器３０１〜３０８の代わりに相関検波器１３０５〜１３０８をそれぞれ接続している。
４個の相関検波器１３０５〜１３０８のそれぞれは、共通する一個のパルスポジション変調器１３１７に接続されている。このパルスポジション変調器１３１７に複数の遅延線１３１３〜１３１５が直列に接続されている。そして、パルスポジション変調器１３１７に複数の遅延線１３１３〜１３１５が直列に接続されている配線の異なる位置に各相関検波器１３０５〜１３０８が接続されている。
すなわち、受信トリガを各アンテナ素子１３０１〜１３０４間に接続した遅延線１３１３〜１３１５を介してアレイの片端から供給し、他方に終端器１３１６が配備されている構成にしている。これによって、各相関検波器１３０５〜１３０８に入力される受信トリガのタイミングがコントロールされている。
パルスポジション変調器１３１７には実施例５（図９）で説明したように、パルスポジション制御器１３１８およびクロック発生器１３１９が接続されている。
相関検波器１３０５〜１３０８は、受信信号を受信トリガでシーケンシャルサンプリングして、ビデオ帯に周波数変換する。
各＃１〜＃４の相関検波器１３０５〜１３０８に入力する受信トリガの発生タイミングに時間差を付けることにより、受信アンテナであるアンテナ素子１３０１〜１３０４の指向性を変えることができる。
受信トリガの発生タイミングは、先に図１０を用いて説明した動作原理と同様である。パルスポジション変調器１３１７から遅延線１３１３〜１３１５の伝送路に入力するパルスの間隔（パルス位置）を変えることにより制御する。
各＃１〜＃４に時間差のある受信トリガが準備されたタイミングでスイッチＳＷ１３０９〜１３１２をＯＮすることにより、時間差のある受信トリガが相関検波器１３０５〜１３０８に入力される。これによって、受信信号をシーケンシャルサンプリングすることにより、指向性を持ったビデオ帯信号を得ることができる。
なお、このような実施例で使用するビデオ帯電力合成器は、図１図示の従来例で使用されていたＲＦ帯電力分配器に比べると周波数が低いので容易に製作できることは実施例２で説明した通りである。
相関検波器１３０５〜１３０８の構成としては、図６を用いて実施例２で説明したものと同様のものを採用できる。相関検波の手段としてミキサの代わりにＡＤ変換器を使用しＡＤ変換のサンプリングパルスとしてインパルス発生器の出力パルスをＡＤ変換器に入力しても同様の効果が得られることも実施例２で説明した通りである。
図１４は、インパルス発生器の出力にバンドパスフィルタを付け、その出力をＯＮ／ＯＦＦするスイッチを設けた送信用のＵＷＢ電子走査アレイアンテナの一例を説明するものである。
４個のアンテナ素子１４０１〜１４０４のそれぞれに、バンドパスフィルタ１４０９〜１４１２及び、スイッチＳＷ１４０５〜１４０８を介して、インパルス発生器１４１３〜１４１６がそれぞれ接続されている。
図９の実施例と同じく、４個のインパルス発生器１４１３〜１４１６のそれぞれは、共通する一個のパルスポジション変調器１４２１に接続されている。
このパルスポジション変調器１４２４に複数の遅延線１４１７〜１４１９が直列に接続されている。そして、パルスポジション変調器１４２１に複数の遅延線１４１７〜１４１９が直列に接続されている配線の異なる位置に各インパルス発生器１４１３〜１４１６が接続されている。
すなわち、インパルス発生タイミングをコントロールするため、パルスポジション変調器１４２１より送信トリガを各アンテナ素子１４０１〜１４０４間に接続した遅延線１４１７〜１４１９を介してアレイ片端から供給し、他方に終端器１４２０を配備した構成にしている。
これによって、各インパルス発生器１４１３〜１４１６からのインパルス発生タイミングがコントロールされている。
なお、図９の実施例と同じく、パルスポジション変調器１４２１に対しては、パルスポジション制御器１４２２およびクロック発生器１４２３が接続されている。
図１４図示の本実施例の動作を図１５（ａ）〜（ｄ）および図２５を参照して説明する。
インパルス発生器１４１３〜１４１は、６実施例１において図４を用いて説明した構成からなるものである。インパルス発生器１４１３〜１４１６から出力された送信インパルス波形の周波数軸上のスペクトラムは図１５(ａ)、（ｂ）に示すように一定間隔で高調波が出現している。
送信インパルスをこの高調波の一つの周波数に合った中心周波数のバンドパスフィルタ１４０９〜１４１２に通すと図１５（ｃ）図示のようにこの周波数の連続波となる。
この連続波をスイッチＳＷ１４０５〜１４０８でＯＮ／ＯＦＦすると図１５（ｄ）のようなＡＳＫ変調波形が得られる。
この連続波はトリガパルスのパルス位置により位相を制御できるので、パルスポジション変調器１４２１により、アンテナの指向性を変えることができる。
ビーム方向を左方向（＃１方向）に向けて連続波を送信する場合の動作を図２５を参照して説明する。
各パルスは遅延線（DL）１４１７〜１４１９の遅延量よりわずかΔＴ長い時間間隔（パルスの位置を後ろにずらす）で入力する。パルスがアンテナ素子１４０１〜１４０４（＃１〜＃４）へ向けて通過するとき各インパルス発生器（ＩＧ）１４１３〜１４１６にトリガがかかり、発生したインパルスはバンドパスフィルタ１４０９〜１４１２により連続波となる。
各トリガパルスの各インパルス発生器へのトリガタイミングは遅延線ＤＬの遅延量よりパルス間隔が長いため、クロック番号１のパルスが＃４に到達してトリガをかけた後に順次わずかの遅れをもって＃３、＃２、＃１にトリガがかかる。
トリガの遅れによりバンドパスフィルタ出力の連続波の位相も遅れるため、ビームは左方向（♯１方向）を向くことになる。
この時、スイッチＳＷ１４０５〜１４０８をクロック番号４から１６の間、ＯＮするとその間ビーム方向を左方向（＃１方向）むけて連続波が送信される。
また、ＳＷコマンドにしたがいスイッチＳＷ１４０５〜１４０８でＯＮ／ＯＦＦすることでＡＳＫ変調が可能となる。
図１６は、図９図示の送信用のＵＷＢ電子走査アレイアンテナの他の実施例を説明するものである。
４個のアンテナ素子１６０１〜１６０４のそれぞれにインパルス発生器１６０５〜１６０８がそれぞれ接続されている。
４個のインパルス発生器１６０５〜１６０８のそれぞれは、共通する一個のパルスポジション変調器１６１７にそれぞれスイッチＳＷ１６０９〜１６１２を介して接続されている。
パルスポジション変調器１６１７に複数の遅延線１６１３〜１６１５が直列に接続されている。そして、パルスポジション変調器１６１７に複数の遅延線１６１３〜１６１５が直列に接続されている配線の異なる位置に各インパルス発生器１６０５〜１６０８が接続されている。
パルスポジション変調器１６１７には、図９の実施例と同じく、パルスポジション制御器１６１８と、クロック発生器１６１９とが接続されている。
遅延線１６１３〜１６１５がパルスポジション変調器１６１７に直列に接続されている配線の終端に位相比較器１６１６が接続されている。
位相比較器１６１６は、又、クロック発生器１６１９からの入力を受けるようになっている。
この実施例では、位相比較器１６１６が接続されている位置におけるトリガ信号の位相と、クロック発生器１６１９が出力する信号の位相とを位相比較器１６１６で比較する。
すなわち、周波数制御が可能なクロック発生器１６１９と位相比較器１６１６を設け、遅延線伝送路の最終出力とクロック発生器１６１９の出力を位相比較している。これによって、遅延線１６１３〜１６１５の温度変化等による遅延量の変化を検出し、クロック発生器１６１９の周波数の制御を行い遅延時間の補正を行うようにしたものである。
この実施例では、例えば、遅延線１６１３〜１６１５の伝送路の最終出力とクロック発生器１６１９の出力を位相比較器１６１６にて位相比較する。その位相関係の変化を検出し、一定の位相関係になるようクロック発生器１６１９の周波数の制御を行う。
これにより遅延線１６１３〜１６１５の温度変化等による遅延量の変化に対し遅延時間の補正を行うことができる。
また、パルスポジションを変更し一定の位相関係になるよう、位相比較器１６１６からパルスポジション制御器１６１８を制御しても同等の効果がえられる。この場合には、パルスポジション変調器１６１７に対してパルスポジション制御信号を入力するパルスポジション制御器１６１８に対して位相比較器１６１６での比較結果を入力する。
本発明のＵＷＢ電子走査アレイアンテナにより行うビームの方向制御について、図１７を参照して説明する。
♯１から♯１６はアンテナ、インパルス発生器、およびスイッチＳＷで構成されたアンテナ素子１７０１〜１７１６である。この実施例では４素子を横一列に配置し、その４素子をさらに縦方向に４段重ねて配置している。
各段の入力に仰角（Ｅｌ）方向にビームを変えるため遅延線制御器１７３７で制御される４本の可変遅延線１７３３〜１７３６を置いている。
４本の可変遅延線１７３３〜１７３６のそれぞれに複数（３本）の遅延線（ＤＬ）１７１７〜１７２８が直列に接続されている。そして、各可変遅延線１７３３〜１７３６に（３本）の遅延線（ＤＬ）１７１７〜１７２８が直列に接続されている配線の異なる位置に各インパルス発生器を介して各アンテナ素子１７０１〜１７１６が接続されている。
すなわち、インパルス発生タイミングをコントロールするため、送信トリガを各アンテナ素子１７０１〜１７１６間に接続した遅延線（ＤＬ）１７１７〜１７２８を介してアレイ片端から供給し、他方に終端器１７２９〜１７３２を配備した構成にしている。
このように構成されているので、可変周波数トリガ発生器１７３８でトリガ周波数を変化させて、方位（Ａｚ）方向にビームを変化させると同時に、各段の可変遅延線１７３３〜１７３６の遅延量を制御することにより仰角（Ｅｌ）方向にビームを変化させることができる。
♯１から♯１６内のスイッチＳＷはＡＳＫ変調または送信間隔調整のため使用される。
本発明のＵＷＢ電子走査アレイアンテナにより行う他のビームの方向制御について、図１８を参照して説明する。
この実施例では、♯１から♯１６のアンテナ素子１８０１〜１８１６を遅延線１８１７〜１８３１で従属接続している。なお、♯１から♯１６はアンテナ、インパルス発生器、スイッチＳＷで構成されたアンテナ素子１８０１〜１８１６である。
遅延線１８１７〜１８３１の伝送路の入力に接続されたパルスポジション変調器１８３３から生成される送信トリガパルスの位置で各素子の送信タイミングを個別に任意に決定することができる。
また、ビームの方向は各素子♯１から♯１６の送信タイミングを変えることにより決まるので、各素子にビームの方向に相当する送信トリガパルスが到達した時にＳＷコマンドでスイッチＳＷをＯＮすれば、任意方向に電波を発射することができる。
本実施例では遅延線１８１７〜１８３１の伝送路の終端の出力とクロック発生器１８３４の出力を位相比較器１８３２に入力してその位相関係の変化を検出し、一定の位相関係になるようにクロック発生器１８３４の周波数の制御を行う。
これにより遅延線１８１７〜１８３１の温度変化等による遅延量の変化に対し遅延時間の補正を行うことができ、より精度の高い安定したビーム方向の決定、通信が可能となる。
以上のようになされているので、図１９に示すように、従属接続されたアンテナ素子の部分、図のアンテナ面１９０１とアンテナ面１９０２毎に異なったビーム方向、図のビーム方向１９０３ビーム方向と１９０４を設定することも可能である。
また、このパルスポジションを制御する方法によると、各アンテナ素子の配置は定間隔で直線的配置に限定されることはなく、不定間隔な配置、平面状に配置するプラナアレイにおいてアンテナ素子を曲線的に配置してもビーム方向の制御が可能となる利点がある。
本発明のＵＷＢ電子走査アレイアンテナにより行う他のビームの方向制御について、図２０、図２１を参照して説明する。
これは、図2の実施例1のアンテナ数を倍にして、中心の遅延線を可変遅延線２０３１に置き換えたものである。
実施例１と同じ構成の、8個のアンテナ素子２００１〜２００８に対してそれぞれインパルス発生器２００９〜２０１６が接続されている。この８個のインパルス発生器２００９〜２０１６は、それぞれ、スイッチＳＷ２０１７〜２０２４、複数の遅延線２０２５〜２０３０、可変遅延線２０３１を介して、共通する１個のトリガ発生器２０３２に接続されている。この実施例では、可変遅延線２０３１は、遅延線制御回路２０３５で制御されている。
この実施例では、実施例１と同じで送信トリガ周波数を変えることによりビームの方向を変えている。
可変遅延線２０３１の遅延量を遅延線２０２５〜２０３０と同じに設定した場合は、実施例１と同じ動作をする。
実施例１と異なるところは、可変遅延線２０３１の遅延量を送信周波数のλ/2となる時間遅延を遅延線の遅延量に加算することである。こうすることにより、アンテナ素子２００１〜２００４（＃１〜＃４）からビーム方向θ１に送信される波面の比べ、アンテナ素子２００５〜２００８（アンテナ＃５〜＃8）からビーム方向θ１に送信される波面の位相がλ／２異なることになる。
位相で表現すると１８０度異なることになり、ビーム方向θ１でアンテナ利得が落ち込むことになる。
図２１にアンテナパターンを用いてこの動作を説明する。
図２１図中のアンテナパターン１は、実施例１と同じでビーム方向θ１方向で最大利得が得られている。それと比較して図中アンテナパターン２は、ビーム方向θ１方向で利得が急激に落ち込む。このアンテナパターンの急激な落ち込みは、レーダの方向探知に用いることができる。例えば、このアンテナをレーダの送信アンテナに用いた場合、可変遅延線２０３１を可変遅延線制御器２０３５で切り替えることにより、ビーム方向θ１で最大出力と最小出力が得られ、レーダの目標から反射してくる受信レベルも最大値と最小値とになる。
受信レベルが最大となる方位で、かつ最小値を取る方位を測定することにより詳細に目標方位を見つけることができる特徴がある。このように、モノパルスアンテナとしても使用可能である。
本実施例で可変遅延線２０３１の遅延量を送信周波数のλ／２2となる時間遅延を遅延線の遅延量に減算しても同じであることは言うまでもない。
本発明のＵＷＢ電子走査アレイアンテナにより行う他のビームの方向制御について、図２２を参照して説明する。
この実施例は、実施例９(図１７)における可変遅延線１７３３〜１７３６及び可変遅延線制御器１７３７に代えて、信号分配器２２３６と遅延線２２３３〜２２３５を使用した送信用UWB電子走査アレイアンテナの一例を説明するものである。
実施例９(図１７)と同じく、４個のアンテナ素子を横一列に配置し、その４個のアンテナ素子をさらに縦方向に４段重ねて配置している。♯１から♯１６はアンテナ、インパルス発生器、およびスイッチＳＷで構成されたアンテナ素子２２０１〜２２１６である。
実施例９(図１７)では、各段の入力に仰角（Ｅｌ）方向にビームを変えるため遅延線制御器１７３７で制御される４本の可変遅延線１７３３〜１７３６を使用した。この実施例では、可変遅延線１７３３〜１７３６及び可変遅延線制御器１７３７に代えて、信号分配器２２３６と遅延線２２３３〜２２３５を使用した。
信号分配器２２３６からの入力を受ける遅延線２２３３〜２２３５のそれぞれに複数（３本）の遅延線（ＤＬ）２２１７〜２２２８が直列に接続されている。そして、遅延線２２３３〜２２３５のそれぞれの遅延線（ＤＬ）２２１７〜２２２８が直列に接続されている配線の異なる位置に各インパルス発生器を介して各アンテナ素子２２０１〜２２１６が接続されている。
すなわち、インパルス発生タイミングをコントロールするため、送信トリガを各アンテナ素子２２０１〜２２１６間に接続した遅延線（ＤＬ）２２１７〜２２２８を介してアレイ片端から供給し、他方に終端器２２２９〜２２３２を配備した構成にしている。
可変周波数トリガ発生器２２３７からの信号を信号分配器２２３６で分配し、遅延線２２３３〜２２３５に入力する。
2段目から４段目までに配備されている延線２２３３〜２２３５は、仰角（Ｅｌ）方向にビームを変えるために使用される。
実施例９（図１７）では、仰角（Ｅｌ）を変えるため、各段へ可変遅延線１７３３〜１７３６を用い、遅延量を制御することにより実現した。本実施例では、遅延線２２３３〜２２３５の遅延量によりビーム方向を変えている。
所定の遅延差を持たせた遅延線２２３３〜２２３５の遅延量に応じて、各段のトリガタイミングが異なるので仰角（Ｅｌ）が変わることになる。
このとき、方位（Ａｚ）を変えるためトリガ周波数制御器２２３８によりトリガ周波数を変えると、同時に仰角（Ｅｌ）も変わることになり、遅延線２２３３〜２２３５の遅延量は、遅延線２２１７〜２２２８の数分の１にし、方位（Ａｚ）に比べ仰角（Ｅｌ）の変化率を抑えている。
遅延線２２３３〜２２３５は、トリガ周波数で仰角（Ｅｌ）が一定に変わるように遅延量を決める。仰角（Ｅｌ）を大きく変向するためには、トリガ周波数を大きく変える必要があるが、トリガ周波数を大きく変えると方位（Ａｚ）はさらに大きく変わりすぎ使えない。
しかし、方位（Ａｚ）は、トリガ間隔（１／トリガ周波数）が遅延線の遅延量の整数分の１で繰り返して正面方向を向く周期性がある。
一方、仰角（Ｅｌ）も、同様であるが遅延線２２３３〜２２３５の遅延量は、遅延線２２１７〜２２２８に比べ短いので、正面方向を向くトリガ繰り返し周期が長い。つまり、ビームが正面方向を向く、方位（Ａｚ）のトリガ繰り返し周期より仰角（Ｅｌ）のトリガ繰り返し周期は長いので、トリガ繰り返し周期を任意に選択すればビームを方位（Ａｚ）及び仰角（Ｅｌ）を設定することが可能となる。
このように、可変遅延線１７３３〜１７３６を用いなくても、トリガ周波数を大きく（トリガ周波数の数倍まで）変えることにより仰角（Ｅｌ）及び方位（Ａｚ）を変えることができる特徴がある。
本発明のＵＷＢ電子走査アレイアンテナにより行う他のビームの方向制御について、図２３、図２４を参照して説明する。
この実施例では実施例１３の遅延線の代わりに電圧で遅延量を制御可能な電圧可変遅延線を使用し、遅延線に入力するトリガパルスのトリガ間隔は一定とし、電圧可変遅延線の遅延量を増減させることにより各アンテナ素子の送信タイミングを制御している。
４個のアンテナ素子２３０１〜２３０４のそれぞれにインパルス発生器２３０５〜２３０８が接続されている。
４個のインパルス発生器２３０５〜２３０８のそれぞれは、スイッチＳＷ２３０９〜２３１２を介して電圧可変遅延線２３１３〜２３１５に接続されている。
固定トリガ発生器２３１７に複数の電圧可変遅延線２３１３〜２３１５が直列に接続されている。電圧可変遅延線２３１３〜２３１５は共通の可変電源２３１８に接続されている。送信トリガを直列接続した電圧可変遅延線２３１３〜２３１５の片端から供給し、他方に終端器２２３６を配備した構成にしている。
可変電源２３１８から、電圧可変遅延線２３１３〜２３１５に供給する電圧を変化させることによりインパルス発生器２３０５〜２３０８からのインパルス発生タイミングが制御される。
図２４において、パルス番号（図２４において「クロック番号」と表示されている）は、入力された順番を表しており１番が最初に入力されたパルスである。入力されたパルスは電圧可変遅延線２３１３〜２３１５を通りアンテナ素子２３０１〜２３０４（♯１〜♯４）の方向に伝達して行く。
本実施例の場合、固定トリガ発生器２３１７から電圧可変遅延線２３１３〜２３１５に入力するトリガパルスのトリガ間隔は一定としている。
ビームを正面方向へ向ける場合の電圧可変遅延線２３１３〜２３１５の遅延量を基準とし、ビームを左方向（♯１方向）に向ける場合は遅延量を減少させ、ビームを右方向（＃４方向）に向ける場合は遅延量を増加させる。このようにして、伝送するパルスの伝達時間を変えることによりパルスポジションを変化させるのと同等の効果を得ている。
図示の実施形態では、電圧可変遅延線２３１３〜２３１５の遅延量の増減は可変電圧２３１８により制御している。
ビームを正面方向へ向ける場合、電圧可変遅延線２３１３〜２３１５の遅延量は基準値で各遅延線の遅延量は入力パルス間隔と同じため、パルス番号（クロック番号）１から４に示すようにパルス番号１のパルスが♯４に到達したとき、♯３にはパルス番号２が、♯２にはパルス番号３が、♯１にはパルス番号４が同時に到達する。
このタイミング（図のパルス番号４の横に示すスイッチＳＷ ＯＮタイミングの丸印）で全てのスイッチＳＷをＯＮとすると♯１〜♯４の各アンテナ素子からは送信インパルスが同時に放射される。したがってビームは正面方向を向くことになる。
次にビームを左方向（♯１方向）に向ける場合を説明する。この場合、パルス番号５から８の間、電圧可変遅延線２３１３〜２３１５の遅延量を基準値より減少させるよう制御する。
したがって、パルス番号５から８に示すようにパルスの進む速度が速くなり、♯４にはパルス番号５のパルスが最初に到達し、続いて♯３、パルス番号６が、♯２にはパルス番号７が、♯１にはパルス番号８がそれぞれ僅かΔＴずつ遅れて到達する。
このタイミング（図のパルス番号８の横に示すスイッチＳＷ ＯＮタイミングの丸印）で全てのスイッチＳＷをＯＮとすると♯１〜♯４の各アンテナ素子からは送信インパルスが♯４、♯３、♯２、♯１の順序でΔＴずつ遅れて放射される。したがってビームは左方向（♯１方向）を向くことになる。
次にビームを右方向（＃４方向）に向ける場合を説明する。この場合、パルス番号９から１２の間、電圧可変遅延線２３１３〜２３１５の遅延量を基準値より増加させるよう制御する。したがって、パルス番号９から１２に示すようにパルスの進む速度が遅くなり、♯１にパルス番号１２が最初に到達し、続いて♯２にパルス番号１１が、♯３にはパルス番号１０が、＃４にはパルス番号９がそれぞれ僅かΔＴずつ遅れて到達する。
このタイミング（図のパルス番号１２の横に示すスイッチＳＷ ＯＮタイミングの丸印）で全てのスイッチＳＷをＯＮとすると♯１〜♯４の各アンテナ素子からは送信インパルスが♯１、♯２、♯３、♯４の順序でΔＴずつ遅れて放射される。したがってビームは右方向（＃４方向）を向くことになる。
以上のように、本実施例では、遅延線に入力するトリガパルスのトリガ間隔は一定として、電圧可変遅延線の遅延量を制御することにより、トリガパルスのポジションを変更する方法と同等の効果を得ることができる。
以上、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態、実施例を説明したが、本発明はこれらに限られるものではなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々の形態に変更可能である。
 産業上の利用の可能性
本発明によれば、以下に示す効果が発揮される。
１）高価な広帯域移相器が不要である
２）移相器のコントローラが不要になる
３）送信トリガ間隔でビーム方向を走査でき、制御が簡単になる
４）部品点数が少なく、低価格が可能になる
５）パルスポジション方式の場合、ビーム方向を変えても送信キャリア周波数は一定になる
６）通信へ応用が可能である。遅延量の少ない遅延線を使って構成することが可能である。各アンテナ素子に対して個別の位相制御が可能なため、直線状に配置するリニアアレイだけでなく、平面状に配置するプラナアレイおよび等間隔アレイだけでなく、不等間隔アレイにも適用可能である。
そこで、本発明によるＵＷＢ電子走査アレイアンテナ及びこれに採用されているビーム方向制御方式は、自動車の衝突防止レーダ、進入監視レーダ、イメージングレーダ及びＲＦＩＤシステムなどに広く応用可能である。

Claims (10)

  1. 電子走査アレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子がそれぞれインパルス発生器を介して一個のトリガ発生器に接続されており、
    前記トリガ発生器と各インパルス発生器との間にそれぞれ異なる数の遅延線が配備され、
    前記各アンテナ素子への入力に時間差が生じることにより電子走査アレイアンテナから放射されるビーム方向が制御されることを特徴とした電子走査アレイアンテナ。
  2. 電子走査アレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子がそれぞれ相関検波回路またはサンプリング回路を介して一個のトリガ発生器に接続されており、
    前記トリガ発生器と各相関検波回路または各サンプリング回路との間にそれぞれ異なる数の遅延線が配備され、
    前記各アンテナ素子への入力に時間差が生じることにより電子走査アレイアンテナで受信するビーム方向が制御されることを特徴とした電子走査アレイアンテナ。
  3. 電子走査アレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子がそれぞれインパルス発生器介して一個のトリガ発生器に接続されていると共に、前記複数のアンテナ素子がそれぞれ相関検波回路またはサンプリング回路を介して前記トリガ発生器に接続されており、
    前記トリガ発生器と各インパルス発生器との間にそれぞれ異なる数の遅延線が配備されると共に、前記トリガ発生器と各相関検波回路または各サンプリング回路との間にそれぞれ異なる数の遅延線が配備され、
    前記各アンテナ素子への入力に時間差が生じることにより電子走査アレイアンテナから放射されるビーム方向が制御されるとともに、
    前記各アンテナ素子への入力に時間差が生じることにより電子走査アレイアンテナで受信するビーム方向が制御される
    ことを特徴とした電子走査アレイアンテナ。
  4. 前記トリガ発生器を可変周波数トリガ発生器としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の電子走査アレイアンテナ。
  5. ＯＮ／ＯＦＦ切り替え制御信号の指示により前記各インパルス発生器への入力をＯＮ／ＯＦＦ切り替え制御するスイッチを前記各インパルス発生器の入力側に配備したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の電子走査アレイアンテナ。
  6. 電子走査アレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子にそれぞれインパルス発生器が接続され、
    当該各インパルス発生器が、クロック発生器からクロックパルスの入力を受ける一個のパルスポジション変調器に接続され、
    前記パルスポジション変調器と各インパルス発生器との間にそれぞれ異なる数の遅延線が配備され、
    前記各アンテナ素子への入力に時間差が生じることにより電子走査アレイアンテナから放射されるビーム方向が制御されることを特徴とした電子走査アレイアンテナ。
  7. 電子走査アレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子にそれぞれ相関検波回路またはサンプリング回路が接続され、
    当該各相関検波回路または各サンプリング回路が、クロック発生器からクロックパルスの入力を受ける一個のパルスポジション変調器に接続され、
    前記パルスポジション変調器と各相関検波回路または各サンプリング回路との間にそれぞれ異なる数の遅延線が配備され、
    前記各アンテナ素子への入力に時間差が生じることにより電子走査アレイアンテナで受信するビーム方向が制御されることを特徴とした電子走査アレイアンテナ。
  8. 前記パルスポジション変調器には複数の遅延線が直列に接続されており、当該複数の遅延線が前記パルスポジション変調器に直列に接続されている配線の終端あるいは途中に位相比較器が接続されており、当該位相比較器が接続されている位置におけるトリガ信号の位相と、前記クロック発生器が出力する信号の位相とを当該位相比較器で比較し、当該位相比較器での比較結果を前記クロック発生器に入力する、あるいは、当該位相比較器での比較結果を、前記パルスポジション変調器に対してパルスポジション制御信号を入力するパルスポジション制御器に入力することを特徴とした請求項７記載の電子走査アレイアンテナ。
  9. 前記インパルス発生器の出力に狭帯域のフィルタが挿入されていることを特徴とする請求項１、請求項３、又は、請求項６記載の電子走査アレイアンテナ。
  10. 前記相関検波回路内のインパルス発生出力またはサンプリング回路内のインパルス発生出力に狭帯域のフィルタが挿入されていることを特徴とする請求項２、請求項４、又は、請求項７記載の電子走査アレイアンテナ。
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