JPH05152826A - 電子ビーム走査アンテナ装置 - Google Patents

電子ビーム走査アンテナ装置

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JPH05152826A
JPH05152826A JP3340433A JP34043391A JPH05152826A JP H05152826 A JPH05152826 A JP H05152826A JP 3340433 A JP3340433 A JP 3340433A JP 34043391 A JP34043391 A JP 34043391A JP H05152826 A JPH05152826 A JP H05152826A
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beam scanning
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antenna device
electron beam
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電子ビーム走査アンテナ装置において、ビー
ム切換時の位相とびを小さくすることを目的とする。 【構成】 素子アンテナ5,可変移相器6,スイッチ1
0,合成分配器11及び必要に応じて付加される増幅器
により構成されるアンテナ部12と、可変移相器を制御
しビームを所定の方向に指向させるビーム制御部9とを
備え、指向方向に応じて使用する素子アンテナの組合せ
を選択するようにしたので、位相とびの精度に応じて素
子の組合せを決定でき、簡単な構成で位相とびを小さく
できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、レーダや衛星通信ア
ンテナに使用される電子ビーム走査アンテナ装置に関
し、特にそのビーム制御技術の改良を図ったものに関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】図5は、例えば方位角方向全周を覆域と
する電子ビーム走査アンテナ装置を、アンテナ面4面で
構成し、指向方位角方向に応じて面を切り換える、従来
タイプのアンテナ構造例であり、そのブロック構成を図
6に示す。
【0003】図5において、1はアンテナ面1、2はア
ンテナ面2、3はアンテナ面3、4はアンテナ面4、5
はそれぞれのアンテナ面を構成する素子アンテナであ
る。
【0004】また、図6において、6は素子アンテナに
対し位相量を設定する可変移相器、7は切換器を介して
入力された送信信号を各可変移相器に分配する合成分配
器、8はビーム制御部からの切換信号に応じて送信信号
を各アンテナ面に供給する切換器、9は切換器に対し切
換信号を発生するビーム制御部である。
【0005】次に動作について説明する。ビーム制御部
9によってアンテナが指向すべきビームの方向が決定さ
れるが、方位角方向については0〜360°をアンテナ
面1〜面4で分担し、0〜90°の場合は面1、90〜
180°の場合は面2、180〜270°の場合は面
3、270〜360°の場合は面4でそれぞれカバーす
る。仰角方向は簡単のため、各面それぞれ1面でビーム
走査することにより覆域をカバーできるものとする。
【0006】面1〜面4の切換えはビーム制御部9で指
向方向決定時に定められているので、切換器8を制御す
ることにより所望の面を選択する。選択した面におい
て、ビーム走査は各素子アンテナ5の位相量を可変移相
器によって設定し、図7に示すようにターゲット方向か
らの電波に対して波面が直交するように各素子アンテナ
に到達距離差分の位相差を与えることによって行う。
【0007】このように、各アンテナ面の移相器制御と
4面のアンテナ面選択により、全方位角覆域をカバーす
ることができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来の電子ビーム走査
アンテナ装置は以上のように構成されているので、図7
に示すように、例えば面1と面2において、ターゲット
方向が面1,面2に対して等距離となる方向からずれる
(Δθ)と、2面の合成位相中心間距離(d)に対して
位相誤差(Δφ)を生じる。この場合、Δφ=dsin Δ
θである。通常、ビーム制御部よりの指令値とターゲッ
ト方向とは種々の要因による指向誤差が発生するため、
面切換時に、上記位相誤差による位相とびが発生する
が、これは特に、位相同期を必要とするコヒーレント通
信方式において問題となり、同方式においては位相とび
が大きくなると、ビーム誤り率の劣化や同期はずれなど
を引き起こしてしまうという問題点があった。
【0009】また、合成位相中心間距離dを小さくする
ためにアンテナを小さくしたり、面分割を増やしたりす
ると、1面でのアンテナ利得が低下し、所定の性能が得
られないという問題点があった。
【0010】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、指向誤差が発生しても、アン
テナ利得を低下させることなく、位相とびを小さく抑え
ることができる電子ビーム走査アンテナ装置を得ること
を目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明に係る電子ビー
ム走査アンテナ装置は、ビーム指向方向に応じて使用す
る素子アンテナの組合せを変え、組合せに対応した位相
量を各素子アンテナの可変移相器に与えてビーム走査す
ることにより、位相とびを小さく抑えるようにしたもの
である。
【0012】また、この発明に係る電子ビーム走査アン
テナ装置は、全覆域に対して、方位角及び仰角の合成ベ
クトル方向がビーム方向に対して最適となる素子アンテ
ナの組合せを選択するようにビーム制御を行なうように
したものである。
【0013】さらに、この発明に係る電子ビーム走査ア
ンテナ装置は、複数の素子アンテナからなる素子ブロッ
クを1単位としてビーム切換を行なうようにしたもので
ある。
【0014】
【作用】この発明におけるアンテナ装置は、素子アンテ
ナの組合せを変えて指向方向を変化させるため、各組合
せ毎の合成位相中心間距離を短くすることができ、これ
によって位相とびを小さくするように作用する。
【0015】また、この発明におけるアンテナ装置は、
全覆域に対して、方位角及び仰角の合成ベクトル方向が
ビーム方向に対して最適となる素子アンテナの組合せを
選択するようにビーム制御を行なうため、全覆域にわた
って位相とび及び利得低下を小さくするように作用す
る。
【0016】さらに、この発明におけるアンテナ装置
は、複数の素子アンテナからなる素子ブロックを1単位
としてビーム切換を行なうため、アンテナを、所要位相
とび量に応じて複数の平面から構成した多面体アンテナ
にすることができ、合成分配器のスイッチ数も少なくて
すむため、製造が極めて容易になるように作用する。
【0017】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図1はこの発明の一実施例による電子ビーム走査
アンテナ装置を示す。図において、12は円錐台形のア
ンテナ部であり、5はアンテナ部に取付けられた素子ア
ンテナである。
【0018】図2はそのブロック構成を示す。図2にお
いて、10は素子アンテナの信号をON/OFFするス
イッチ、11は全素子アンテナに対してスイッチ出力を
合成分配する合成分配器、9はビーム指向方向に対して
素子アンテナの組合せを決定し、スイッチをON/OF
Fするとともに、可変移相器の位相量設定を行うビーム
制御部である。
【0019】次に動作について説明する。ビーム制御部
9によってアンテナが指向すべきビームの方向が決定さ
れるが、アンテナ利得等を満足する素子数n個の素子ア
ンテナ5を、ビーム方向に対して最適な組合せ(ビーム
方向に最も近い組合せ)として選択し、その素子アンテ
ナの信号を端子に接続するように合成分配器11のスイ
ッチ10をビーム制御部9よりON/OFFする。さら
に、選択された素子アンテナにより、ビームを所望の方
向に指向させるため、図3に示すように、各素子アンテ
ナに到達距離差分の位相差をビーム制御部9より可変移
相器6に位相量として設定する。
【0020】この場合、n個の素子アンテナの組合せを
1素子毎に変えて選択するが、例えば、ビーム1は素子
アンテナ1〜n、ビーム2は素子アンテナ2〜n+1、
ビーム3は素子アンテナ3〜n+2、…というように組
合せを変えてゆけば、ビーム切換時の合成位相中心間距
離d′は図3に示す通り、素子アンテナ間隔まで短くす
ることができる。従って、指向誤差(Δθ)があって
も、ビーム切換時の位相とびを小さく抑えることができ
る。さらに、この場合、選択した素子アンテナに対して
ビームの走査範囲が少なくてすむので、ビーム走査によ
るアンテナ利得低下量も小さくすることができる。
【0021】図4にビーム1とビーム2の素子アンテナ
組合せにおけるスイッチ動作例を示す。このスイッチマ
トリクスは全ビームに対して予めビーム制御部9で記憶
しておけば良い。
【0022】なお、上記実施例では、方位角方向のみに
ビーム切換を行うものを示したが、図8に示すように、
全覆域に対して、方位角及び仰角の合成ベクトル方向が
ビーム方向に対して最適となる素子アンテナの組合せを
選択し、ビーム切換を行ってもよく、上記実施例と同様
の効果を奏し、全覆域にわたって位相とび及び利得低下
の小さいアンテナ装置を構成することができる。
【0023】また、上記実施例では、素子アンテナ1つ
ずつの分解能でn個の素子アンテナ組合せを行うものを
示したが、必要な位相とび量に応じて組合せは必ずしも
1素子ずつである必要はなく、複数の素子から構成した
素子ブロック13を1単位としてビーム切換を行っても
よい。
【0024】図9の実施例では、ビーム1は素子ブロッ
ク1〜4、ビーム2は素子ブロック2〜5、ビーム3は
素子ブロック3〜6、…というような組合せでビーム切
換を行っている。
【0025】さらに、この場合は、上記実施例に示した
ように、アンテナ形状は円錐台や半球状である必要はな
く、図9に示すように、所要位相とび量に応じて複数の
平面から構成した多面体アンテナにすることができ、合
成分配器のスイッチ数も少なくてすむため、製造が極め
て容易になる。
【0026】なお、上記実施例では、アンテナ部は増幅
器を有していないが、利得、電力、雑音温度などの観点
からアンテナ部に増幅器を設けてもよく、上記実施例と
同様の効果を奏する。
【0027】
【発明の効果】以上のように、この発明に係る電子ビー
ム走査アンテナ装置によれば、ビーム指向方向に応じて
使用する素子アンテナの組み合わせを選択するように構
成したので、簡単な構成でビーム切換時の位相とびが小
さいアンテナを得られ、また、所要精度に応じた構成を
選択できる効果がある。
【0028】また、この発明に係る電子ビーム走査アン
テナ装置によれば、全覆域に対して、方位角及び仰角の
合成ベクトル方向がビーム方向に対して最適となる素子
アンテナの組合せを選択するようにビーム制御を行なう
ように構成したので、全覆域にわたって位相とび及び利
得低下を小さくできる効果がある。
【0029】さらに、この発明に係る電子ビーム走査ア
ンテナ装置によれば、複数の素子アンテナからなる素子
ブロックを1単位としてビーム切換を行なうように構成
したので、アンテナを、所要位相とび量に応じて複数の
平面から構成した多面体アンテナにすることができ、合
成分配器のスイッチ数も少なくてすむため、製造が極め
て容易になる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例による電子ビーム走査アン
テナ装置を示す構成図である。
【図2】この発明の一実施例による電子ビーム走査アン
テナ装置を示すブロック図である。
【図3】この発明の一実施例による電子ビーム走査アン
テナ装置の位相誤差を示す図である。
【図4】この発明の一実施例による素子アンテナ組み合
わせにおけるスイッチ動作例を示す図である。
【図5】従来の電子ビーム走査アンテナ装置を示す構成
図である。
【図6】従来の電子ビーム走査アンテナ装置を示すブロ
ック図である。
【図7】従来の電子ビーム走査アンテナの位相誤差を示
す図である。
【図8】この発明の他の実施例による電子ビーム走査ア
ンテナ装置を示す構成図である。
【図9】この発明のさらに他の実施例による電子ビーム
走査アンテナ装置を示す構成図である。
【符号の説明】
1 アンテナ面1 2 アンテナ面2 3 アンテナ面3 4 アンテナ面4 5 素子アンテナ 6 可変移相器 7 合成分配器 8 切換器 9 ビーム制御部 10 スイッチ 11 合成分配器 12 アンテナ部 13 素子ブロック
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年9月18日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0004
【補正方法】変更
【補正内容】
【0004】また、図6において、6は素子アンテナに
対し位相量を設定する可変移相器、7は切換器を介して
入力された送(受)信信号を各可変移相器に分配(合
成)する合成分配器、8はビーム制御部からの切換信号
に応じて送(受)信信号を各アンテナ面に供給する切換
器、9は切換器に対し切換信号を発生するビーム制御部
である。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0008
【補正方法】変更
【補正内容】
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来の電子ビーム走査
アンテナ装置は以上のように構成されているので、図7
に示すように、例えば面1と面2において、ターゲット
方向が面1,面2に対して等距離となる方向からずれる
(Δθ)と、2面の合成位相中心間距離(d)に対して
位相誤差(Δφ)を生じる。この場合、Δφ=dsin Δ
θである。通常、ビーム制御部よりの指令値とターゲッ
ト方向とは種々の要因による指向誤差が発生するため、
面切換時に、上記位相誤差による位相とびが発生する
が、これは特に、位相同期を必要とするコヒーレント通
信方式において問題となり、同方式においては位相とび
が大きくなると、ビット誤り率の劣化や同期はずれなど
を引き起こしてしまうという問題点があった。
【手続補正3】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図1
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【手続補正4】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図3
【補正方法】変更
【補正内容】
【図3】
【手続補正5】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図5
【補正方法】変更
【補正内容】
【図5】
【手続補正6】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図7
【補正方法】変更
【補正内容】
【図7】

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フェイズドアレイを用いて、各素子アン
    テナの位相量を変化させることにより、ビームを電子的
    に可動させるアンテナ装置において、 所定の覆域をカバーしうる素子アンテナ,可変移相器,
    スイッチ,合成分配器及び必要に応じて付加される増幅
    器により構成されるアンテナ部と、 スイッチを制御してビーム指向方向に応じて使用する素
    子アンテナの組合せを選択するとともに可変移相器を制
    御してビームを所望の方向に指向させるビーム制御部と
    を備えたことを特徴とする電子ビーム走査アンテナ装
    置。
  2. 【請求項2】 上記ビーム制御部は、全覆域に対して、
    方位角及び仰角の合成ベクトル方向がビーム方向に対し
    て最適となる素子アンテナの組合せを選択することを特
    徴とする請求項1記載の電子ビーム走査アンテナ装置。
  3. 【請求項3】 上記ビーム制御部は、複数の素子アンテ
    ナからなる素子ブロックを1単位としてビーム切換を行
    なうことを特徴とする請求項1記載の電子ビーム走査ア
    ンテナ装置。
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