JPH05107335A - Active phased array radar aerial device - Google Patents
Active phased array radar aerial deviceInfo
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- JPH05107335A JPH05107335A JP3299859A JP29985991A JPH05107335A JP H05107335 A JPH05107335 A JP H05107335A JP 3299859 A JP3299859 A JP 3299859A JP 29985991 A JP29985991 A JP 29985991A JP H05107335 A JPH05107335 A JP H05107335A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、アクティブフェーズド
アレイレーダ空中線装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an active phased array radar antenna.
【０００２】[0002]
【従来の技術】航空管制用レーダ分野においては、管制
対象航空機数の増加，システム運用の継続性或いは有事
発生の際の即応性等，ニーズの多様化もあり空中線装置
の電子走査化が時代のすう勢となっている。例えば、Ｓ
ＳＲ（二次監視レーダ）においては、電子走査空中線装
置の試作例も報告されているが、このＳＳＲではシステ
ム利得の余裕もあることから、一般にバトラーマトリッ
クス等の走査方式を用いたパッシブ型電子走査空中線が
採用されている。一方、高電力送信が必要なＡＳＲ（空
港監視レーダ）等の一次レーダにおいては、前記パッシ
ブ型電子走査空中線では給電回路の損失が大きいため、
経済性及び構成機器の実現性から、アクティブフェーズ
ドアレイ型電子走査空中線が採用される。2. Description of the Related Art In the field of radar for air traffic control, there are diversifying needs such as an increase in the number of aircraft subject to air traffic control, continuity of system operation, and responsiveness in the event of an emergency. It is becoming popular. For example, S
In SR (Secondary Surveillance Radar), a prototype of an electronic scanning antenna device has been reported. However, since this SSR has a margin of system gain, a passive electronic scanning using a scanning method such as Butler matrix is generally used. The antenna is used. On the other hand, in a primary radar such as ASR (Airport Surveillance Radar) that requires high power transmission, the loss of the power feeding circuit is large in the passive electronic scanning antenna.
The active phased array type electronic scanning antenna is adopted because of its economical efficiency and feasibility of components.
【０００３】このようなＡＳＲ等の一次レーダ型空中線
では、一般に−20ｄＢ以下の低サイドローブが要求され
る。系の損失を最少にしてサイドローブを抑圧する技術
としてペンシルビーム空中線で採用される細線化法もあ
るが、垂直面cosec2θパターンを必要とするＡＳＲの空
中線への適用は困難である。したがって、サイドローブ
抑圧のためには、給電電力を放射素子毎に変えて供給す
る必要がある。A primary radar type antenna such as ASR is generally required to have a low side lobe of -20 dB or less. Although there is a thinning method adopted in the pencil beam antenna as a technique for suppressing the side lobe by minimizing the system loss, it is difficult to apply the ASR to the antenna which requires a vertical plane cosec 2 θ pattern. Therefore, in order to suppress the side lobe, it is necessary to change the power supply power for each radiating element.
【０００４】即ち、ＡＳＲは垂直面cosec2θ，水平面狭
ビームパターンを 360°円周上に走査することから、図
４に示すように、水平パターンの対象性を維持するため
に放射素子１０１を円周状に配列した円筒アレイ型のも
のが採用される。そして、この種の空中線に用いられる
高周波電力増幅器は、低電力のものを除きＣ級増幅が一
般であり、電力を任意に増減することが困難であるた
め、放射素子１０１と電力増幅器１０３の間に可変減衰
器１０２を接続し、この可変減衰器１０２を制御して電
力制御を行っている。That is, since the ASR scans a 360 degree circle on a vertical plane cosec 2 θ and a horizontal plane narrow beam pattern, as shown in FIG. 4, the radiating element 101 is used to maintain the symmetry of the horizontal pattern. A cylindrical array type arrayed in a circle is adopted. The high-frequency power amplifier used for this type of antenna is generally class C amplification except for low-power ones, and it is difficult to arbitrarily increase or decrease the power. Therefore, between the radiating element 101 and the power amplifier 103. A variable attenuator 102 is connected to and the variable attenuator 102 is controlled to control power.
【０００５】この場合、低サイドローブパターン形成の
ための給電分布として、テーラ分布やチェビシェフ分布
が知られており、例えば、−30ｄＢ以下のサイドローブ
レベルを実現するためには、最大放射電力と最小放射電
力との比は16：１となる。したがって、所要のサイドロ
ーブレベルを実現するため、電力増幅器１０３では図４
のＡに相当する電力を発生させ、これを可変減衰器１０
２によって同図の斜線部位に相当する電力を諸費させて
いる。このため、−30ｄＢのサイドローブレベルを実現
するための消費電力は、全発生消費電力の60％にも達す
ることになる。In this case, the Taylor distribution and the Chebyshev distribution are known as the power distribution for forming the low sidelobe pattern. For example, in order to realize the sidelobe level of -30 dB or less, the maximum radiated power and the minimum radiated power are required. The ratio to radiated power is 16: 1. Therefore, in order to realize the required side lobe level, the power amplifier 103 is configured as shown in FIG.
Of electric power corresponding to A of the variable attenuator 10 is generated.
2, the electric power corresponding to the shaded area in FIG. Therefore, the power consumption for realizing the side lobe level of -30 dB reaches 60% of the total generated power consumption.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上述したように、アク
ティブフェーズドアレイ型空中線の実現は、放射素子に
接続される電力増幅器の低電力化にかかっており、しか
も低サイドローブレベル化を実現しつつ電力増幅器の低
電力化を図らなければならないといった問題がある。本
発明の目的は、システム上要求されるサイドローブレベ
ルを維持し、かつ低電力化を達成し、もってＡＳＲ等の
一次レーダの電子化空中線装置の実用化を図ることにあ
る。As described above, the realization of the active phased array antenna depends on the reduction of the power of the power amplifier connected to the radiating element, and at the same time, the reduction of the side lobe level is realized. There is a problem that it is necessary to reduce the power consumption of the power amplifier. It is an object of the present invention to maintain the sidelobe level required in the system and to achieve low power consumption, and thus to commercialize an electronic antenna for a primary radar such as ASR.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明のアクティブフェ
ーズドアレイレーダ空中線装置は、受信用可変減衰器と
送信用可変減衰器とを夫々独立して設け、かつこれらを
独立して制御可能に構成する。又、送信用可変減衰器
は、ロングレンジとショートレンジの各運用時に夫々独
立に制御可能に構成する。An active phased array radar antenna apparatus according to the present invention is provided with a receiving variable attenuator and a transmitting variable attenuator independently, and these can be controlled independently. .. Further, the variable attenuator for transmission is configured to be independently controllable during long range and short range operations.
【０００８】[0008]
【作用】本発明によれば、送信時には比較的高いレベル
のサイドローブパターンを許容して可変減衰器による電
力消費を小ならしめ、受信時には可変減衰器による電力
消費を許容して低レベルのサイドローブパターンを得る
ようにする。又、覆域が小さく所要送信電力も少ないシ
ョートレンジでは可変減衰器による電力消費を許容して
低レベルのサイドローブパターンを得るようにし、覆域
が大きく所要送信電力も大きいロングレンジでは可変減
衰器による電力消費を小さくしてやや高レベルのサイド
ローブパターンを得る。According to the present invention, the side lobe pattern of a relatively high level is allowed at the time of transmission to reduce the power consumption by the variable attenuator, and the power consumption by the variable attenuator is allowed at the time of reception to allow the low level side. Try to get a robe pattern. Also, in the short range where the coverage area is small and the required transmission power is small, the power consumption by the variable attenuator is allowed to obtain a low level sidelobe pattern, and in the long range where the coverage area is large and the required transmission power is large, the variable attenuator is used. To obtain a slightly higher level of sidelobe pattern.
【０００９】[0009]
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明に係るアクティブフェーズドアレイレ
ーダ空中線装置の空中線モジュール内部ブロック図、図
２は空中線の動作を説明するための概念構成図である。
図２に示すように、複数個の放射素子１〜９は円周状に
配置されており、有効セクタ内に配置された複数の放射
素子２〜８が方位３０における有効開口Ｈを構成する。
各放射素子１〜９には空中線モジュール１０が夫々接続
され、更に各空中線モジュール１０は電力分配合成器１
１、サーキュレータ１２を介して信号源１３と接続され
ている。又、サーキュレータ１２には受信装置１４が分
岐接続されている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an internal block diagram of an antenna module of an active phased array radar antenna apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a conceptual configuration diagram for explaining the operation of the antenna.
As shown in FIG. 2, the plurality of radiating elements 1 to 9 are circumferentially arranged, and the plurality of radiating elements 2 to 8 arranged in the effective sector form an effective aperture H in the azimuth 30.
An antenna module 10 is connected to each of the radiating elements 1 to 9, and each antenna module 10 is connected to the power distributor / combiner 1
1, connected to the signal source 13 via the circulator 12. Further, a receiving device 14 is branched and connected to the circulator 12.
【００１０】空中線モジュール１０は、図１に示すよう
に、放射素子に接続されたサーキュレータ２０１と、こ
のサーキュレータ２０１に接続された送信用可変減衰器
２０２及び電力増幅器２０３と、前記サーキュレータ２
０１の他の端子に接続されたリミッタ２０４及び低雑音
増幅器２０５と、受信用可変減衰器２０８と、移相器２
０６とで構成される。そして、移相器２０６を電力増幅
器２０３と受信用可変減衰器２０８、及び低雑音増幅器
２０５に選択的に接続し、更に電力分配合成器１１に対
して切換接続するための送受切換スイッチ２０７を有
し、このスイッチ２０７を送信側Ｔ0 〜Ｔ2 と、受信側
Ｒ0〜Ｒ2 に切り換えるように構成している。As shown in FIG. 1, the antenna module 10 includes a circulator 201 connected to a radiating element, a transmission variable attenuator 202 and a power amplifier 203 connected to the circulator 201, and the circulator 2.
01, the limiter 204 and the low noise amplifier 205, the receiving variable attenuator 208, and the phase shifter 2
And 06. The phase shifter 206 is selectively connected to the power amplifier 203, the reception variable attenuator 208, and the low noise amplifier 205, and further has a transmission / reception changeover switch 207 for switching connection to the power distribution / combiner 11. However, the switch 207 is configured to switch between the transmission side T 0 to T 2 and the reception side R 0 to R 2 .
【００１１】この構成によれば、送信時には、信号発生
源１３で発生された高周波信号はサーキュレータ１２を
介して電力分配合成器１１に供給され、各空中線モジュ
ール１０に等電力分配される。そして、各モジュール１
０では、送受切換スイッチ２０７はＴ0 〜Ｔ2 側に接続
されており、電力分配合成器１１から供給された高周波
信号は、送受切換スイッチ２０７の接点Ｔ0 ，Ｔ1 を介
して移相器２０６に供給され、有効開口において等位相
面を構成するよう位相制御される。位相制御された高周
波信号は、送受切換スイッチ２０７の接点Ｔ2 を介して
電力増幅器２０３に供給されて図２に示すＰmax に相当
する値まで増幅され、更に送信用可変減衰器２０２によ
って有効開口Ｈにおける配置位置に従って減衰された後
サーキュレータ２０１を介して対応する放射素子へと供
給される。放射素子１〜９は、図３の斜線で示した垂直
覆域を満足するようにパターン形成して空間に電力を放
射する。According to this structure, at the time of transmission, the high frequency signal generated by the signal generation source 13 is supplied to the power distribution / combiner 11 via the circulator 12, and the power is equally distributed to each antenna module 10. And each module 1
At 0, the transmission / reception changeover switch 207 is connected to the T 0 to T 2 side, and the high frequency signal supplied from the power distribution / combiner 11 is transferred through the contacts T 0 , T 1 of the transmission / reception changeover switch 207 to the phase shifter. It is supplied to 206 and is phase-controlled so as to form an equiphase surface in the effective aperture. The phase-controlled high-frequency signal is supplied to the power amplifier 203 via the contact T 2 of the transmission / reception changeover switch 207, amplified to a value corresponding to Pmax shown in FIG. 2, and further transmitted by the transmission variable attenuator 202. After being attenuated in accordance with the arrangement position in, the corresponding radiating element is supplied through the circulator 201. The radiating elements 1 to 9 are patterned so as to satisfy the vertical coverage indicated by the diagonal lines in FIG. 3 and radiate the electric power to the space.
【００１２】一方、受信時には、送受切換スイッチ２０
７はＲ0 〜Ｒ2 側に接続されている。放射素子で受信さ
れた信号は、サーキュレータ２０１，リミッタ２０４を
通過した後低雑音増幅器２０５によって増幅され、送受
切換スイッチ２０７の接点Ｒ1 を介して移相器２０６に
供給される。移相器２０６において有効開口Ｈにおいて
等位相面を構成するように位相制御された後、接点Ｒ2
を介して受信用可変減衰器２０８において有効開口Ｈに
おける配置に従って減衰される。このように、空中線モ
ジュール１０によって振幅、位相制御された受信信号
は、電力分配合成器１１によって合成され、サーキュレ
ータ１２を介して受信装置１４へと送信される。On the other hand, at the time of reception, the transmission / reception changeover switch 20
7 is connected to the R 0 to R 2 side. The signal received by the radiating element passes through the circulator 201 and the limiter 204, is amplified by the low noise amplifier 205, and is supplied to the phase shifter 206 via the contact R 1 of the transmission / reception changeover switch 207. In the phase shifter 206, after the phase is controlled so as to form an equiphase surface in the effective opening H, the contact R 2
Is attenuated in the receiving variable attenuator 208 in accordance with the arrangement in the effective aperture H. In this way, the received signals whose amplitude and phase are controlled by the antenna module 10 are combined by the power distribution combiner 11 and transmitted to the receiving device 14 via the circulator 12.
【００１３】次に、図３を参照してショートレンジとロ
ングレンジの概念を説明する。ショートレンジ３０１で
は、グランドクラッタ，シークラッタ等のクラッタ３０
６による影響が大きいためヒット数を上げてクラッタ抑
圧を行う必要があるが、空中線のサイドローブパターン
のレベルが高いとクラッタ抑圧効果が低下する。一方、
ロングレンジ３０２では地表３０７が球面であるため、
クラッタ３０６は見通し線３０５の範囲外となり、空中
線のサイドローブパターンのレベルが高くてもクラッタ
３０６そのものが存在せず、支障はない。一般に、空中
線の設置位置が２０海里を越えるとクラッタの影響は殆
ど無視することができる。Next, the concept of short range and long range will be described with reference to FIG. In the short range 301, clutter 30 such as grand clutter and sea clutter
Since the influence of 6 is great, it is necessary to increase the number of hits to suppress clutter, but if the level of the sidelobe pattern of the antenna is high, the clutter suppression effect decreases. on the other hand,
In the long range 302, the ground surface 307 is spherical,
The clutter 306 is outside the range of the line of sight 305, and even if the level of the side lobe pattern of the antenna is high, the clutter 306 itself does not exist and there is no problem. Generally, if the installation position of the antenna exceeds 20 nautical miles, the influence of clutter can be almost ignored.
【００１４】したがって、ショートレンジでは総放射電
力を下げてもサイドローブパターンを抑圧するために、
空中線の有効開口Ｈ内の励振電力が図２の実線２０のよ
うになるように、送信用可変減衰器２０２の動作を制御
する。一方、ロングレンジでは、やや高いレベルのサイ
ドローブパターンを許容しても覆域を伸ばすために空中
線の有効開口Ｈ内の励振電力を図２の鎖線２１のように
なるように、送信用可変減衰器２０２を制御する。Therefore, in the short range, in order to suppress the side lobe pattern even if the total radiated power is lowered,
The operation of the transmission variable attenuator 202 is controlled so that the excitation power within the effective aperture H of the antenna becomes as shown by the solid line 20 in FIG. On the other hand, in the long range, the excitation power in the effective aperture H of the antenna is varied as shown by the chain line 21 in FIG. 2 in order to extend the coverage even if a slightly higher level sidelobe pattern is allowed. The device 202 is controlled.
【００１５】又、受信時は、アクティブフェーズドアレ
イ空中線の場合、空中線利得は低雑音増幅器の前で定義
されることから、有効開口Ｈ内の励振電力分布が図２の
実線２０のようになるように、受信用可変減衰器２０８
を制御する。尚、本発明ではロングレンジにおいて高い
サイドローブを許容しており、そのままではターゲット
像が不鮮明となるが、これはＭＤＦ（マルチ・ドップラ
・フィルタ）等の信号処理技術を併用することによって
解決することができる。Further, at the time of reception, in the case of the active phased array antenna, the antenna gain is defined before the low noise amplifier, so that the excitation power distribution in the effective aperture H becomes as shown by the solid line 20 in FIG. In addition, the variable attenuator for reception 208
To control. In the present invention, a high side lobe is allowed in the long range, and the target image becomes unclear as it is, but this can be solved by using a signal processing technique such as MDF (multi-Doppler filter). You can
【００１６】[0016]
【発明の効果】以上説明したように本発明は、送信用可
変減衰器と受信用可変減衰器を夫々送信時と受信時で独
立に制御して空中線の有効開口内の電力分布を変化させ
ることで、送信時にはサイドローブパターンを許容する
ものの可変減衰器による電力消費を小さくして低電力化
を可能とし、受信時には可変減衰器による電力消費を許
容するものの低レベルのサイドローブパターンを得るこ
とができる。又、送信用可変減衰器をショートレンジと
ロングレンジの各運用時に独立して制御することで、ロ
ングレンジの場合は利得を優先させ、ショートレンジの
場合はサイドローブ特性を優先させることができる。As described above, according to the present invention, the transmission variable attenuator and the reception variable attenuator are independently controlled during transmission and reception, respectively, to change the power distribution in the effective aperture of the antenna. Thus, a side lobe pattern is allowed at the time of transmission, but the power consumption by the variable attenuator is reduced to enable lower power consumption, and a power consumption by the variable attenuator is allowed at the time of reception, but a low level side lobe pattern can be obtained. it can. Further, by controlling the variable attenuator for transmission independently during each operation of the short range and the long range, the gain can be prioritized in the long range and the side lobe characteristic can be prioritized in the short range.
【００１７】これにより、優れた総合性能を有するレー
ダシステムを経済性と両立させることができる。例え
ば、ＡＳＲ用の円筒アレー形アクティブフェーズドアレ
イレーダ空中線の場合には、ショートレンジにおける送
信サイドローブレベル及び受信サイドローブレベルを各
々−23ｄＢとし、ロングレンジにおける送信サイドロー
ブレベルを−15ｄＢとして場合、サイドローブレベル制
御を行わない場合と比較して、 1.7ｄＢの送信電力の低
減が可能となる。As a result, the radar system having excellent overall performance can be made compatible with the economical efficiency. For example, in the case of a cylindrical array type active phased array radar antenna for ASR, if the transmission side lobe level and the reception side lobe level in the short range are −23 dB and the transmission side lobe level in the long range is −15 dB, the side The transmission power can be reduced by 1.7 dB as compared to the case where the lobe level control is not performed.
【図１】本発明の空中線装置で用いられる空中線モジュ
ールのブロック構成図である。FIG. 1 is a block configuration diagram of an antenna module used in an antenna device of the present invention.
【図２】本発明の空中線装置の概略構成とその電力分布
を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of an antenna device of the present invention and its power distribution.
【図３】ショートレンジとロングレンジの覆域を示す図
である。FIG. 3 is a diagram showing coverage areas of a short range and a long range.
【図４】従来の空中線装置の概略構成とその電力分布を
示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional antenna device and its power distribution.
１〜９ 放射素子 １０ 空中線モジュール １１ 電力分配合成器 １３ 信号源 １４ 受信装置 ２０２ 送信用可変減衰器 ２０３ 電力増幅器 ２０５ 低雑音増幅器 ２０６ 移相器 ２０７ 送受切換スイッチ ２０８ 受信用可変減衰器 1-9 Radiating element 10 Antenna module 11 Power distribution synthesizer 13 Signal source 14 Receiving device 202 Transmission variable attenuator 203 Power amplifier 205 Low noise amplifier 206 Phase shifter 207 Transmission / reception changeover switch 208 Reception variable attenuator
Claims (2)
射素子と、これら放射素子に夫々接続されて放射素子に
供給する信号電力や放射素子で受信した信号電力を制御
する空中線モジュールとを備えるアクティブフェーズド
アレイレーダ空中線において、前記空中線モジュールに
は送信用可変減衰器と受信用可変減衰器とを独立して設
け、かつこれらの減衰器を送信時と受信時とで夫々独立
に制御し得るように構成したことを特徴とするアクティ
ブフェーズドアレイレーダ空中線装置。1. A plurality of radiating elements arranged circumferentially or linearly, and an antenna module connected to each of these radiating elements to control signal power supplied to the radiating element and signal power received by the radiating element. In the active phased array radar antenna, the antenna module is provided with a transmission variable attenuator and a reception variable attenuator independently, and these attenuators are independently controlled during transmission and reception. An active phased array radar antenna apparatus characterized by being configured to obtain.
ロングレンジの各運用時に夫々独立して制御するように
構成してなる請求項１のアクティブフェーズドアレイレ
ーダ空中線装置。2. The active phased array radar antenna according to claim 1, wherein the variable attenuator for transmission is configured to be independently controlled during each operation of the short range and the long range.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3299859A JPH05107335A (en) | 1991-10-19 | 1991-10-19 | Active phased array radar aerial device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3299859A JPH05107335A (en) | 1991-10-19 | 1991-10-19 | Active phased array radar aerial device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05107335A true JPH05107335A (en) | 1993-04-27 |
Family
ID=17877815
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3299859A Pending JPH05107335A (en) | 1991-10-19 | 1991-10-19 | Active phased array radar aerial device |
Country Status (1)
| Country | Link |
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