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JP5025564B2 - Array antenna, array antenna arrangement method, adaptive antenna, radio wave direction detection device - Google Patents
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Description

この発明は、レーダなどに用いられるアレーアンテナ、アレーアンテナの配置方法、アレーアンテナを備えるアダプティブアンテナおよび電波方向探知装置に関するものである。   The present invention relates to an array antenna used for a radar or the like, an array antenna arrangement method, an adaptive antenna including an array antenna, and a radio wave direction detecting device.

従来、スパイラルアンテナやログペリアンテナに代表される広帯域アンテナは、広い周波数範囲で有効な利得を有するが、有効範囲の最低周波数に応じたアンテナ径を有する必要があり、このアンテナを用いてアレーアンテナを構成する場合、高域周波数においてグレーティングローブ(Grating Lobe)を生じる問題がある。グレーティングローブを生じるとアダプティブアンテナでは抑圧性能が低下し、電波方向探知装置では真の方向を識別できず誤差が増大する課題があった。このようなグレーティングローブを抑圧するためにアンテナを不等間隔に配置することが有効であるが、アンテナ間隔をさらに大きくする必要があり、単位面積あたりのアンテナ数が減少し、開口効率が低下する課題があった(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, broadband antennas typified by spiral antennas and log-peri antennas have an effective gain in a wide frequency range, but they must have an antenna diameter corresponding to the lowest frequency in the effective range. In the case of the configuration, there is a problem that a grating lobe is generated at a high frequency. When the grating lobe is generated, the suppression performance of the adaptive antenna is lowered, and the radio wave direction detection device cannot identify the true direction, which increases the error. In order to suppress such grating lobes, it is effective to arrange the antennas at unequal intervals, but it is necessary to further increase the antenna interval, the number of antennas per unit area is reduced, and the aperture efficiency is reduced. There was a problem (for example, refer to Patent Document 1).

特開2004−56706号公報JP 2004-56706 A

従来の広帯域アンテナのアレーアンテナでは、低域の周波数に対応したアンテナ径の大きなアンテナを用いる必要があり、高域の周波数ではグレーティングローブを生じる課題があった。また、不等間隔配置を用いる方式でもアンテナ間隔が増大し、開口効率が低下する課題があった。   In the conventional array antenna of the wideband antenna, it is necessary to use an antenna having a large antenna diameter corresponding to a low frequency, and there is a problem that a grating lobe is generated at a high frequency. Further, even in a system using unequal spacing, there is a problem that the antenna spacing increases and the aperture efficiency decreases.

この発明の目的は、グレーティングローブを抑圧し、開口効率が低下しないアレーアンテナを提供することである。   An object of the present invention is to provide an array antenna that suppresses grating lobes and does not reduce aperture efficiency.

この発明は、異なるアンテナ径を有する複数の広帯域アンテナの位相中心が一次元軸上に配置されるアレーアンテナであって、上記複数の広帯域アンテナは、上記軸上において隣接する2つの上記位相中心間の間隔が上記軸のいずれか一方の端から他方の端に向かうに従い順に一定の増加量で増加するように配置され、上記位相中心間の間隔に応じたアンテナ径の上記広帯域アンテナを配置し、上記増加量と上記軸上の位相中心間の間隔の平均値との比からなるシフト率が1つの上記軸に配置された上記広帯域アンテナの数から1を減算した値の逆数となるように設定することを特徴とするアレーアンテナである。
The present invention is an array antenna in which phase centers of a plurality of broadband antennas having different antenna diameters are arranged on a one-dimensional axis, and the plurality of broadband antennas are arranged between two phase centers adjacent to each other on the axis. Is arranged so as to increase in order by a constant increase amount from one end of the axis toward the other end, and the broadband antenna having an antenna diameter according to the interval between the phase centers is arranged, The shift rate consisting of the ratio of the increase amount and the average value of the distance between the phase centers on the axis is set to be the reciprocal of the value obtained by subtracting 1 from the number of the broadband antennas arranged on one axis. This is an array antenna.

この発明に係るアレーアンテナの効果は、アンテナ径の異なる広帯域アンテナを不等間隔に配置することでグレーティングローブを抑圧することができると共に、アンテナ径の異なる広帯域アンテナを充填するように配置することで開口効率のよい広帯域なアレーアンテナを構成することができることである。   The effect of the array antenna according to the present invention is that it is possible to suppress the grating lobes by arranging the wideband antennas having different antenna diameters at unequal intervals, and to arrange the wideband antennas having different antenna diameters to be filled. A wide-band array antenna with good aperture efficiency can be configured.

実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係るアレーアンテナの正面図である。
この発明の実施の形態1に係るアレーアンテナ1は、図1に示すように、アンテナ径が異なる複数の広帯域アンテナから構成される。広帯域アンテナには、低域の周波数に対応できる最もアンテナ径の大きい低域広帯域アンテナ2、中域の周波数に対応できるアンテナ径が中間の中域広帯域アンテナ3、高域の周波数に対応できるアンテナ開口の小さい高域広帯域アンテナ4が含まれる。ここでは、広帯域アンテナの代表としてスパイラルアンテナをモデルとして広帯域アンテナの外形を円で示している。
Embodiment 1 FIG.
1 is a front view of an array antenna according to Embodiment 1 of the present invention.
As shown in FIG. 1, an array antenna 1 according to Embodiment 1 of the present invention is composed of a plurality of wideband antennas having different antenna diameters. The wide-band antenna includes a low-frequency wide-band antenna 2 with the largest antenna diameter that can handle low-frequency frequencies, an intermediate-frequency broadband antenna 3 that can handle medium-frequency frequencies, and an antenna aperture that can handle high-frequency frequencies. Are included. Here, as a representative of the broadband antenna, a spiral antenna is used as a model, and the outer shape of the broadband antenna is indicated by a circle.

図2は、スパイラルアンテナの利得の周波数特性を模式的に示したものである。
ここで、低域周波数をF、中域周波数をF、高域周波数をFで表す。
スパイラルアンテナは、図2に示すように、低域周波数Fよりも高い周波数においてほぼ一定なゲインを有することができる広帯域アンテナである。逆に、低域周波数Fより低い周波数においては十分なゲインが得られないので、低域周波数Fが必要な帯域の下端周波数よりも低くなるようにアンテナを設計しなければならない。スパイラルアンテナの場合、低域周波数Fはアンテナの半径をrとすると式(1)で与えられる。ここで、c=3×10(m/s)は光速度である。
FIG. 2 schematically shows the frequency characteristics of the gain of the spiral antenna.
Here, representing the lower frequency F L, a midrange frequency F M, the high-pass frequency F H.
Spiral antenna, as shown in FIG. 2, a wideband antenna may have a substantially constant gain at frequencies higher than the low frequency F L. Conversely, since the low frequency F L sufficient gain can not be obtained at lower frequencies, it must be designed antenna to be lower than the band lower frequency of required low frequency F L. In the case of a spiral antenna, the low frequency F L is given by equation (1) where r is the radius of the antenna. Here, c = 3 × 10 8 (m / s) is the speed of light.

Figure 0005025564
Figure 0005025564

式(1)では、スパイラルアンテナの円周長が低域周波数Fにおける波長と一致していることを意味している。必要な帯域の下端周波数をFLNで表せば、式(2)に示すように低域周波数Fを下端周波数FLNより低く設定する必要がある。 In equation (1) means that the circumferential length of the spiral antenna is coincident with the wavelength in the low frequency F L. Expressed the lower frequency of the necessary bandwidth F LN, it is necessary to set the lower frequency F L lower than the lower frequency F LN as shown in equation (2).

Figure 0005025564
Figure 0005025564

式(2)より、下端周波数FLNを低くするためには下端周波数FLNに応じてアンテナ径を大きくする必要がある。このような広帯域アンテナを用いてアレーアンテナを構成する場合、図8に示すような三角配置を用いるのが一般的である。この三角配置を用いると横方向のアンテナ間隔を狭めることができると共にアンテナを密に配置でき、開口効率を良くすることができるため採用されている。例えば、低域周波数Fの電波を受信する場合、波長λは、λ=c/F=2πrであるから、横方向のアンテナの位相中心(この場合は円の中心である。なお、アンテナの位置は断りのない限り位相中心の位置を意味する)間の間隔はアンテナの半径r程度にすることができ、波長の2π分の1にできるので、半波長よりも十分小さくすることができる。従って、グレーティングローブを生じる心配がない。しかし、同じアンテナを用いて、例えば低域周波数Fの10倍の周波数の電波を受信する場合を考えると、波長は10分の1となり、アンテナ間隔は1.7λ程度に増大してしまう。アンテナ間隔が増大すると所望とする方向以外でも同じ位相状態となるため、メインローブと同じゲインを持ついわゆるグレーティングローブを生じてしまう。 From equation (2), in order to lower the lower frequency F LN, it is necessary to increase the antenna size in accordance with the lower frequency F LN. When an array antenna is configured using such a broadband antenna, a triangular arrangement as shown in FIG. 8 is generally used. When this triangular arrangement is used, the distance between the antennas in the horizontal direction can be reduced, the antennas can be arranged densely, and the aperture efficiency can be improved. For example, when receiving a radio wave having a low frequency F L , the wavelength λ is λ = c / F L = 2πr, and therefore the phase center of the antenna in the horizontal direction (in this case, the center of the circle. (The position of the position means the position of the phase center unless otherwise noted). The distance between them can be about the radius r of the antenna and can be reduced to 1/2 of the wavelength, so that it can be made sufficiently smaller than the half wavelength. . Therefore, there is no fear of generating a grating lobe. However, using the same antenna, for example, considering a case of receiving a radio wave of 10 times the frequency of the low frequency F L, wavelength becomes 1/10, the antenna spacing increases to about 1.7Ramuda. When the antenna interval is increased, the same phase state is obtained in directions other than the desired direction, so that a so-called grating lobe having the same gain as the main lobe is generated.

例えば、このようなグレーティングローブを生じるアレーアンテナを用いて受信する場合を考えると、メインローブ以外の方向からも不要な電波を受信してしまうという課題があり、送信時にも他の通信から見て干渉源となってしまう課題がある。
また、アダプティブアンテナに適用した場合には、グレーティングローブ方向から干渉波が到来する場合メインローブも抑圧してしまう結果となり、S/N比を大きく低下してしまうという問題がある。
また、電波到来方向探知装置に適用すると、受信位相状態が同じであるグレーティングローブが存在すると、真の方向と対応するグレーティングローブ方向を識別できないという課題を生じてしまう。
For example, when receiving using an array antenna that generates such a grating lobe, there is a problem that unnecessary radio waves are received from directions other than the main lobe. There is a problem that becomes an interference source.
Further, when applied to an adaptive antenna, when an interference wave arrives from the grating lobe direction, the main lobe is also suppressed, and there is a problem that the S / N ratio is greatly reduced.
Further, when applied to a radio wave arrival direction detection device, if there are grating lobes having the same reception phase state, there arises a problem that the grating lobe direction corresponding to the true direction cannot be identified.

そこで、従来このようなグレーティングローブを抑圧するためアンテナを不等間隔に配置することが有効であることが知られている。しかし、有効にグレーティングローブを抑圧するためにはアンテナを大きくばらつかせる必要があり、例えば図9に示すようにアンテナ間隔が増大し、単位面積あたりのアンテナ数が減少してしまうことになる。このため、アンテナを配置できる面積に限定がある場合にはアンテナ数減少によるアンテナ利得の低下が課題となる。   Therefore, it has been conventionally known that it is effective to arrange the antennas at unequal intervals in order to suppress such grating lobes. However, in order to effectively suppress the grating lobes, the antennas need to be largely dispersed. For example, as shown in FIG. 9, the antenna interval increases, and the number of antennas per unit area decreases. For this reason, when the area which can arrange | position an antenna is limited, the fall of the antenna gain by the number of antenna reduction becomes a subject.

そこで、この発明の実施の形態1に係るアレーアンテナでは、図1に示すように、アンテナ径の異なるスパイラルアンテナを不等間隔配置となるように配置する。単位面積内に効率的にアンテナを配置するため、まずアンテナ径の大きい低域広帯域アンテナ2を不等間隔に配置可能な領域内に配置する。それから、アンテナ径が中間の中域広帯域アンテナ3を低域広帯域アンテナ2を配置した隙間に不等間隔に充填されるように配置する。最後に最もアンテナ径の小さい高域広帯域アンテナ4を低域広帯域アンテナ2および中域広帯域アンテナ3の隙間に充填されるように不等間隔に配置する。なお、この発明の実施の形態1に係るアレーアンテナでは、3種類のアンテナ径が異なる広帯域アンテナを用いているが、アンテナ径が2種類でも良いし、アンテナ径が4種類以上でももちろん良い。   Therefore, in the array antenna according to Embodiment 1 of the present invention, as shown in FIG. 1, spiral antennas having different antenna diameters are arranged so as to be arranged at unequal intervals. In order to efficiently arrange the antenna within the unit area, first, the low-frequency wideband antenna 2 having a large antenna diameter is arranged in a region where it can be arranged at unequal intervals. Then, the mid-band broadband antenna 3 having an intermediate antenna diameter is arranged so as to be filled at unequal intervals in the gaps in which the low-band broadband antenna 2 is arranged. Finally, the high-frequency broadband antenna 4 having the smallest antenna diameter is arranged at unequal intervals so as to fill the gap between the low-frequency broadband antenna 2 and the mid-frequency broadband antenna 3. In the array antenna according to Embodiment 1 of the present invention, three types of wideband antennas having different antenna diameters are used. However, two antenna diameters may be used, and naturally, four or more antenna diameters may be used.

このようにアンテナ径の異なる広帯域アンテナを不等間隔に配置することでグレーティングローブを抑圧することができると共に、アンテナ径の異なる広帯域アンテナを充填するように配置することで開口効率のよい広帯域なアレーアンテナを構成することができる。   In this way, wideband antennas with different antenna diameters can be arranged at unequal intervals to suppress grating lobes, and wideband antennas with high aperture efficiency can be suppressed by placing wideband antennas with different antenna diameters. An antenna can be configured.

なお、ここでは広帯域アンテナとしてスパイラルアンテナを用いて構成しているが、広帯域アンテナとしてログペリアンテナを用いて構成しても良い。   Here, a spiral antenna is used as the broadband antenna, but a log-peri antenna may be used as the broadband antenna.

図5は、アンテナ径の異なる複数の広帯域アンテナで構成されるアレーアンテナを用いたビームフォーマを示す図である。なお、図5では、低域広帯域アンテナ2、中域広帯域アンテナ3および高域広帯域アンテナ4をまとめて広帯域アンテナ10と付記する。
ビームフォーマ11は、3種類のアンテナ径の複数の広帯域アンテナ10から構成されるアレーアンテナ1、各広帯域アンテナ10からの信号に位相および振幅を制御する複素荷重を乗じる乗算器5、各乗算器5の出力を合成する合成器6を備える。
そして、ビームフォーマ11が3種類のアンテナ径の複数の広帯域アンテナ10を不等間隔に配置したアレーアンテナ1を用いることにより、受信時にはグレーティングローブを抑圧することができるので不要信号の受信量を減少させることができる。また、このビームフォーマ11を送信に用いるときにはグレーティングローブによる不要放射量を減少させることができる。
FIG. 5 is a diagram showing a beamformer using an array antenna composed of a plurality of wideband antennas having different antenna diameters. In FIG. 5, the low-frequency broadband antenna 2, the mid-frequency broadband antenna 3, and the high-frequency broadband antenna 4 are collectively referred to as a broadband antenna 10.
The beamformer 11 includes an array antenna 1 including a plurality of wideband antennas 10 having three types of antenna diameters, a multiplier 5 that multiplies a signal from each wideband antenna 10 by a complex load that controls phase and amplitude, and each multiplier 5. Is provided.
The beamformer 11 uses the array antenna 1 in which a plurality of wideband antennas 10 having three types of antenna diameters are arranged at unequal intervals, so that grating lobes can be suppressed during reception, thereby reducing the amount of unnecessary signals received. Can be made. Further, when this beam former 11 is used for transmission, the amount of unnecessary radiation due to the grating lobe can be reduced.

図6は、3種類のアンテナ径の複数の広帯域アンテナで構成されるアレーアンテナを用いたアダプティブアンテナを示す図である。なお、図6では図5と同様に、低域広帯域アンテナ2、中域広帯域アンテナ3および高域広帯域アンテナ4をまとめて広帯域アンテナ10と付記する。
アダプティブアンテナ12は、3種類のアンテナ径の複数の広帯域アンテナ10から構成されるアレーアンテナ1、広帯域アンテナ10からの受信信号の振幅および位相を制御し、その合成信号において干渉波を抑圧するように自動的に制御する適応信号処理手段7を備える。
干渉波を抑圧する場合にはそのアンテナパターンにおいて干渉波の入射方向にナルが形成されることになる。そして、アレーアンテナがグレーティングローブを持つ場合には、メインローブと受信位相特性の等しい方位が存在していることとなり、たとえばグレーティングローブの方向から干渉波が入射する場合にはメインローブ方向にもナルを形成することと等価であるので、所望波も抑圧して結果的にS/N比を低下させる課題がある。
しかし、この発明の実施の形態1に係るアレーアンテナ1のように3種類のアンテナ径の複数の広帯域アンテナ10を不等間隔に配置したものをアダプティブアンテナ12に適用すると、グレーティングローブを抑圧することができるので、性能劣化を生じる干渉波の入射方向をなくすことができる。
また、開口効率を高めてゲインを向上することが出来るので、より高いS/N比で受信することができる。
FIG. 6 is a diagram showing an adaptive antenna using an array antenna composed of a plurality of wideband antennas having three types of antenna diameters. In FIG. 6, as in FIG. 5, the low-frequency broadband antenna 2, the mid-frequency broadband antenna 3, and the high-frequency broadband antenna 4 are collectively referred to as a broadband antenna 10.
The adaptive antenna 12 controls the amplitude and phase of the received signal from the array antenna 1 and the wideband antenna 10 composed of a plurality of wideband antennas 10 having three types of antenna diameters, and suppresses interference waves in the combined signal. Adaptive signal processing means 7 for automatically controlling is provided.
When the interference wave is suppressed, a null is formed in the incident direction of the interference wave in the antenna pattern. When the array antenna has a grating lobe, there is an orientation having the same reception phase characteristics as the main lobe. For example, when an interference wave is incident from the grating lobe direction, the main lobe direction is also null. Therefore, there is a problem in that the desired wave is suppressed and the S / N ratio is consequently reduced.
However, when the array antenna 1 according to Embodiment 1 of the present invention in which a plurality of wideband antennas 10 having three different antenna diameters are arranged at unequal intervals is applied to the adaptive antenna 12, the grating lobe is suppressed. Therefore, the incident direction of the interference wave that causes performance degradation can be eliminated.
Further, since the gain can be improved by increasing the aperture efficiency, it is possible to receive with a higher S / N ratio.

図7は、3種類のアンテナ径の複数の広帯域アンテナで構成されるアレーアンテナを用いた電波方向探知装置の構成を示す図である。なお、図7では図5と同様に、低域広帯域アンテナ2、中域広帯域アンテナ3および高域広帯域アンテナ4をまとめて広帯域アンテナ10と付記する。
電波方向探知装置13は、3種類のアンテナ径の複数の広帯域アンテナ10から構成されるアレーアンテナ1、広帯域アンテナ10からの受信信号を用いて電波到来方向を探知する電波方向探知手段8を備える。
電波方向探知手段8として様々な方式が提案されているが、Multiple Signal Classification(MUSIC)アルゴリズムに代表されるように原理的には到来方向のアレーアンテナの受信位相特性を検出することで到来方向を求めている。このため、グレーティングローブを生じると真の方向以外に偽像を生じるため誤検出を引き起こし性能低下の要因となる。
しかし、これに対し、本発明の複数のアンテナ径の異なる広帯域アンテナ不等間隔に配置したアレーアンテナ1を電波方向探知装置13に適用した場合には、グレーティングローブを抑圧することができるので、真の到来方向以外に生じる偽像のため引き起こされる誤検出を回避することができ、有効に真の方位を探知することができる。
また、開口効率を高めてゲインを向上することが出来るので、より高い精度で電波方向を探知できる。
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a radio wave direction detecting device using an array antenna including a plurality of wideband antennas having three types of antenna diameters. In FIG. 7, similarly to FIG. 5, the low-frequency broadband antenna 2, the mid-frequency broadband antenna 3, and the high-frequency broadband antenna 4 are collectively referred to as a broadband antenna 10.
The radio wave direction detection device 13 includes an array antenna 1 composed of a plurality of wide band antennas 10 having three types of antenna diameters, and a radio wave direction detection unit 8 that detects a radio wave arrival direction using received signals from the wide band antenna 10.
Various methods have been proposed as the radio wave direction detecting means 8, but in principle the arrival direction is detected by detecting the reception phase characteristic of the array antenna in the arrival direction as represented by the Multiple Signal Classification (MUSIC) algorithm. Looking for. For this reason, when a grating lobe is generated, a false image is generated in a direction other than the true direction, thereby causing erroneous detection and causing performance degradation.
However, when the array antenna 1 arranged at unequal intervals of a plurality of wideband antennas having different antenna diameters according to the present invention is applied to the radio wave direction detecting device 13, the grating lobe can be suppressed. Therefore, it is possible to avoid false detection caused by a false image generated in a direction other than the arrival direction, and to detect the true direction effectively.
In addition, since the gain can be improved by increasing the aperture efficiency, the radio wave direction can be detected with higher accuracy.

実施の形態2.
図8は、この発明の実施の形態2に係るアレーアンテナの正面図である。
この発明の実施の形態2に係るアレーアンテナ1Bは、2種類のアンテナ径の広帯域アンテナから構成されるものであり、広帯域アンテナは、低域の周波数に対応できるアンテナ径の大きい方の低域広帯域アンテナ2、中域の周波数に対応できるアンテナ径の小さい方の中域広帯域アンテナ3を含んでいる。そして、グレーティングローブを有効に抑圧できる不等間隔配置方法として、参考文献1(平田和史、他4名、「グレーティングローブを抑圧する分散アレーアンテナの配置方法」、信学技報A・P2005−15、電子情報通信学会、2005年5月、p.35−40)に示された定量シフト配置法を縦方向および横方向に適用している。
定量シフト配置は、有効にグレーティングローブを抑圧できるとともに、最適なシフト量をアンテナ数や視野角(グレーティングローブを生じない角度)の条件から容易に設計することができる。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 8 is a front view of an array antenna according to Embodiment 2 of the present invention.
The array antenna 1B according to the second embodiment of the present invention is composed of wideband antennas having two types of antenna diameters. The wideband antenna is a low-frequency wideband with a larger antenna diameter that can correspond to a low-frequency. The antenna 2 includes a middle-band wideband antenna 3 having a smaller antenna diameter that can correspond to a mid-frequency. Further, as an unequal interval arrangement method that can effectively suppress grating lobes, Reference Document 1 (Kazufumi Hirata and four others, “Distribution array antenna arrangement method for suppressing grating lobes”, IEICE Tech. 15, the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, May 2005, p. 35-40), the quantitative shift arrangement method is applied in the vertical direction and the horizontal direction.
The fixed shift arrangement can effectively suppress the grating lobe and can easily design an optimum shift amount from the conditions of the number of antennas and the viewing angle (an angle at which no grating lobe is generated).

ここでは、簡単のため図8の最下段の横1段に並べられた低域広帯域アンテナ2を例として定量シフト配置について説明する。この横1段では4つの低域広帯域アンテナ2は、3種類のアンテナ間隔で配置されている。アンテナ間隔は、図8の低域広帯域アンテナ2に関し、左端から順に一定のシフト量δずつ増加している。これら3つのアンテナ間隔の平均をdとすると、アンテナ間隔は左端からd−δ、d、d+δとなる。このように一定のシフト量δずつアンテナ間隔を増加させる配置方法を定量シフト配置とよぶ。また、式(3)に示すようにシフト量δとアンテナ間隔の平均dの比をシフト率(S)とよぶ。 Here, for the sake of simplicity, the quantitative shift arrangement will be described by taking the low-frequency wideband antennas 2 arranged in one horizontal row at the bottom of FIG. 8 as an example. In this horizontal one stage, the four low-frequency wideband antennas 2 are arranged at three types of antenna intervals. The antenna interval is increased by a certain shift amount δ h in order from the left end with respect to the low-frequency wideband antenna 2 of FIG. When the average of these three antenna intervals is d 0 , the antenna intervals are d 0 −δ h , d 0 , d 0 + δ h from the left end. Thus the arrangement method of increasing the antenna apart by a predetermined shift amount [delta] h is called a quantitative shift arrangement. Further, as shown in the equation (3), the ratio of the shift amount δ h and the average d 0 of the antenna interval is called a shift rate (S r ).

Figure 0005025564
Figure 0005025564

定量シフト配置では、シフト量δによって視野角が決定され、グレーティングローブを抑圧する最適なシフト率Sはアンテナ数によって決定される。従って、必要な視野角に従ってシフト量δの条件が求まり、この条件の元で最適なシフト率Sとなるように設計する。最適なシフト率Sの導出に関しては説明を省略するが、参考文献1に記載されている通りアンテナ数Mとするとき式(4)で与えられる。 Quantitative shift arrangement, the viewing angle is determined by the shift amount [delta] h, the optimal shift ratio S r to suppress the grating lobes is determined by the number of antennas. Therefore, a condition for the shift amount δ h is determined according to the required viewing angle, and the design is made so that the optimum shift rate S r is obtained under this condition. With respect to the derivation of optimum shift ratio S r is omitted, given by equation when be as the number of antennas M, which is described in Reference 1 (4).

Figure 0005025564
Figure 0005025564

例えば図8のケースでは、アンテナ数Mが4であるのでシフト率Sは1/3となる。図8の横方向にアンテナ径が十分にあるため、低域広帯域アンテナ2を配置すれば、有効にグレーティングローブを抑圧できる。また、開口効率を上げるためにアンテナを増加させることも可能である。 For example, in the case of FIG. 8, since the number M of antennas is 4, the shift rate Sr is 1/3. Since the antenna diameter is sufficient in the horizontal direction of FIG. 8, the grating lobe can be effectively suppressed by arranging the low-frequency wideband antenna 2. It is also possible to increase the number of antennas in order to increase the aperture efficiency.

次に、定量シフト配置を適用して複数の広帯域アンテナを縦方向および横方向の2次元に配置することについて説明する。図8は、縦方向および横方向にそれぞれ定量シフト配置となるように2次元グリッドを形成し、2次元グリッドの交点上に広帯域アンテナを配置した例を示している。横方向のアンテナ間隔については既に説明したが、同様に縦方向にも定量シフト配置を適用でき、縦方向の一定のシフト量をδ、アンテナ間隔の平均をdとする。このとき、横方向と同様に、縦方向の最適なシフト率Sは式(5)で与えられる。 Next, description will be given of arranging a plurality of wideband antennas in two dimensions in the vertical direction and the horizontal direction by applying the quantitative shift arrangement. FIG. 8 shows an example in which a two-dimensional grid is formed so as to have a fixed shift arrangement in the vertical direction and the horizontal direction, and a broadband antenna is arranged at the intersection of the two-dimensional grid. Although the lateral direction of the antenna interval has already been described, similarly can be applied to quantitative shift vertically arranged, fixed shift amount in the vertical direction [delta] y, the average of the antenna interval is d l. At this time, similarly to the transverse direction, the optimal shift ratio S r of the vertical direction is given by equation (5).

Figure 0005025564
Figure 0005025564

最適な設計を行うと、例えば図8の縦方向に示すようにアンテナ間隔を狭くする必要があり、低域広帯域アンテナ2を全てのグリッドの交点上に配置できない場合がある。その場合には、図8の最下段の直上の段に中域広帯域アンテナ3を配置するように構成しても良い。この場合、開口効率を減少させることなくグレーティングローブを抑圧できる。   When an optimum design is performed, for example, the antenna interval needs to be narrowed as shown in the vertical direction of FIG. In that case, the mid-band broadband antenna 3 may be arranged immediately above the lowermost stage in FIG. In this case, the grating lobe can be suppressed without reducing the aperture efficiency.

また、低域広帯域アンテナ2のアンテナ径がさらに大きく、2つ以上のグリッドの交点上に1つの低域広帯域アンテナ2が占有する場合があり得る。このような場合、図9に示すように、その交点には低域広帯域アンテナ2を配置しないようにしてもよい。図9に示すように広帯域アンテナを2次元に配置する場合には、横方向および縦方向への射影として全てのグリッド上にアンテナが配置されるようにすればよい。例えば、図9に示したアレーアンテナを用いて電波方向探知装置を構成する場合には、アジマス方向およびエレベーション方向の何れについてもグレーティングローブを抑圧できるように設計できるので偽像による方向探知誤差を生じることなく電波の到来方向を探知できる効果がある。
また、開口効率を上げるために、図9の隙間にアンテナ径の小さい広帯域アンテナを不等間隔に充填するように配置してもよい。
In addition, the antenna diameter of the low-frequency wideband antenna 2 may be larger, and one low-frequency wideband antenna 2 may occupy an intersection of two or more grids. In such a case, as shown in FIG. 9, the low-frequency wideband antenna 2 may not be arranged at the intersection. As shown in FIG. 9, when the broadband antenna is two-dimensionally arranged, the antennas may be arranged on all grids as a projection in the horizontal direction and the vertical direction. For example, when the radio wave direction detecting device is configured using the array antenna shown in FIG. 9, it can be designed to suppress the grating lobe in both the azimuth direction and the elevation direction, so that the direction detection error due to the false image is reduced. There is an effect that the direction of arrival of radio waves can be detected without occurring.
Further, in order to increase the aperture efficiency, a wide-band antenna having a small antenna diameter may be filled in the gaps in FIG.

以上説明したように、実施の形態2のアレーアンテナでは、広帯域アンテナを定量シフト配置に基づいて配置することで有効にグレーティングローブを抑圧できる効果を有する。また、アンテナ径の異なる広帯域アンテナを定量シフト配置を用いた2次元グリッド上に形成し、その交点上に配置するので、最適なシフト率で配置できると共に、開口効率が低下しない効果がある。   As described above, the array antenna according to the second embodiment has an effect that the grating lobe can be effectively suppressed by arranging the broadband antenna based on the quantitative shift arrangement. In addition, since wide-band antennas having different antenna diameters are formed on a two-dimensional grid using a quantitative shift arrangement and arranged on the intersection, it is possible to arrange with an optimum shift rate and not to lower the aperture efficiency.

この発明の実施の形態1に係るアレーアンテナの正面図である。It is a front view of the array antenna which concerns on Embodiment 1 of this invention. スパイラルアンテナの利得の周波数特性を模式的に示したものである。The frequency characteristic of the gain of a spiral antenna is typically shown. 広帯域アンテナを三角配置したアレーアンテナの正面図である。It is a front view of the array antenna which arranged the broadband antenna in the triangle. アンテナ間隔をばらつかせて広帯域アンテナを配置したアレーアンテナの正面図である。FIG. 3 is a front view of an array antenna in which wideband antennas are arranged with varying antenna intervals. 3種類のアンテナ径の複数の広帯域アンテナで構成されるアレーアンテナを用いたビームフォーマを示す図である。It is a figure which shows the beam former using the array antenna comprised by the several wideband antenna of three types of antenna diameters. 3種類のアンテナ径の複数の広帯域アンテナで構成されるアレーアンテナを用いたアダプティブアンテナを示す図である。It is a figure which shows the adaptive antenna using the array antenna comprised by the several wideband antenna of three types of antenna diameters. 3種類のアンテナ径の複数の広帯域アンテナで構成されるアレーアンテナを用いた電波方向探知装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the radio wave direction detection apparatus using the array antenna comprised with the several wideband antenna of three types of antenna diameters. この発明の実施の形態2に係るアレーアンテナの正面図である。It is a front view of the array antenna which concerns on Embodiment 2 of this invention. 図8の低域広帯域アンテナのアンテナ径を大きくしたときのアレーアンテナの正面図である。It is a front view of an array antenna when the antenna diameter of the low-frequency wideband antenna of FIG. 8 is increased.

符号の説明Explanation of symbols

1、1B アレーアンテナ、2 低域広帯域アンテナ、3 中域広帯域アンテナ、4 高域広帯域アンテナ、5 乗算器、6 合成器、7 適応信号処理手段、8 電波方向探知手段、10 広帯域アンテナ、11 ビームフォーマ、12 アダプティブアンテナ、13 電波方向探知装置。   1, 1B array antenna, 2 low-band wideband antenna, 3 mid-band wideband antenna, 4 high-band wideband antenna, 5 multiplier, 6 combiner, 7 adaptive signal processing means, 8 radio wave direction detecting means, 10 wideband antenna, 11 beam Former, 12 adaptive antenna, 13 radio wave direction detecting device.

Claims (5)

異なるアンテナ径を有する複数の広帯域アンテナの位相中心が一次元軸上に配置されるアレーアンテナであって、
上記複数の広帯域アンテナは、上記軸上において隣接する2つの上記位相中心間の間隔が上記軸のいずれか一方の端から他方の端に向かうに従い順に一定の増加量で増加するように配置され、
上記位相中心間の間隔に応じたアンテナ径の上記広帯域アンテナを配置し、
上記増加量と上記軸上の位相中心間の間隔の平均値との比からなるシフト率が1つの上記軸に配置された上記広帯域アンテナの数から1を減算した値の逆数となるように設定する
ことを特徴とするアレーアンテナ。
An array antenna in which phase centers of a plurality of wideband antennas having different antenna diameters are arranged on a one-dimensional axis,
The plurality of broadband antennas are arranged such that an interval between two phase centers adjacent to each other on the axis increases in order as the distance increases from one end of the axis to the other end,
Place the broadband antenna of the antenna diameter according to the interval between the phase centers ,
The shift rate consisting of the ratio of the increase amount and the average value of the distance between the phase centers on the axis is set to be the reciprocal of the value obtained by subtracting 1 from the number of the broadband antennas arranged on one axis. An array antenna.
並行する複数の第1の軸と上記第1の軸に直交するとともに並行する複数の第2の軸との交点に、異なるアンテナ径を有する複数の広帯域アンテナの位相中心が配置されるアレーアンテナであって、
上記複数の広帯域アンテナは、上記第1の軸上において隣接する2つの上記位相中心間の間隔が上記第1の軸のいずれか一方の端から他方の端に向かうに従い順に一定の第1の増加量で増加するとともに上記第2の軸上において隣接する2つの上記位相中心間の間隔が上記第2の軸のいずれか一方の端から他方の端に向かうに従い順に一定の第2の増加量で増加するように配置され、
上記位相中心間の間隔に応じたアンテナ径の上記広帯域アンテナを配置し、
上記第1の増加量と上記第1の軸上の位相中心間の間隔の平均値との比からなる第1のシフト率が1つの上記第1の軸に配置された上記広帯域アンテナの数から1を減算した値の逆数となるように設定するとともに、上記第2の増加量と上記第2の軸上の位相中心間の間隔の平均値との比からなる第2のシフト率が1つの上記第2の軸に配置された上記広帯域アンテナの数から1を減算した値の逆数となるように設定する
ことを特徴とするアレーアンテナ。
An array antenna in which phase centers of a plurality of wideband antennas having different antenna diameters are arranged at intersections between a plurality of parallel first axes and a plurality of second axes orthogonal to and parallel to the first axis. There,
In the plurality of wideband antennas, the interval between two phase centers adjacent to each other on the first axis is a constant first increase in order from one end of the first axis toward the other end. As the distance between two phase centers adjacent on the second axis increases from one end of the second axis toward the other end, the second increase amount increases in order. Arranged to increase,
Place the broadband antenna of the antenna diameter according to the interval between the phase centers ,
The first shift rate, which is the ratio of the first increase amount and the average value of the distance between the phase centers on the first axis, is calculated from the number of the broadband antennas arranged on one first axis. A reciprocal of the value obtained by subtracting 1 is set, and a second shift rate consisting of a ratio between the second increase amount and the average value of the intervals between the phase centers on the second axis is one. An array antenna, wherein the array antenna is set to be a reciprocal of a value obtained by subtracting 1 from the number of the wideband antennas arranged on the second axis .
並行するとともに小さい間隔から大きい間隔に順に一定の第1の増加量で大きくなる間隔により離間する複数の第1の軸と、上記第1の軸に直交し且つ並行するとともに小さい間隔から大きい間隔に順に一定の第2の増加量で大きくなる間隔により離間する複数の第2の軸との交点に、異なるアンテナ径を有する複数の広帯域アンテナの位相中心を配置するアレーアンテナの配置方法であって、
上記第1の増加量と上記第の軸が離間する間隔の平均値との比が1つの上記第の軸上に配置された上記広帯域アンテナの数から1を減算した値の逆数となるように上記第1の増加量または上記第の軸が離間する間隔を設定し、
上記第2の増加量と上記第の軸が離間する間隔の平均値との比が1つの上記第の軸上に配置された上記広帯域アンテナの数から1を減算した値の逆数となるように上記第2の増加量または上記第の軸が離間する間隔を設定し、
最初に上記交点上に最も大きなアンテナ径を有する上記広帯域アンテナを配置し、次に上記支点の間隔に応じて小さいアンテナ径の広帯域アンテナを配置することを特徴とするアレーアンテナの配置方法。
A plurality of first axes that are parallel to each other and spaced apart from each other by a constant first increasing amount in order from a small interval to a large interval, and are orthogonal to and parallel to the first axis and from a small interval to a large interval An array antenna arrangement method that arranges phase centers of a plurality of wideband antennas having different antenna diameters at intersections with a plurality of second axes that are separated by an interval that increases in order by a constant second increase amount,
The ratio between the first increase amount and the average value of the distance at which the first axis is separated is the reciprocal of the value obtained by subtracting 1 from the number of the wideband antennas arranged on one second axis. And setting an interval for separating the first increase amount or the first axis,
The ratio of the second increase amount and the average value of the interval at which the second axis is separated is the reciprocal of the value obtained by subtracting 1 from the number of the wideband antennas arranged on one first axis. Set the second increase amount or the interval at which the second shaft is separated,
An array antenna arrangement method comprising: firstly arranging the broadband antenna having the largest antenna diameter on the intersection, and then arranging a broadband antenna having a small antenna diameter according to the distance between the fulcrums.
上記請求項1または2に記載されたアレーアンテナを備えたことを特徴とするアダプティブアンテナ。 An adaptive antenna comprising the array antenna according to claim 1 or 2 . 上記請求項1または2に記載されたアレーアンテナを備えたことを特徴とする電波方向探知装置。 A radio wave direction detecting device comprising the array antenna according to claim 1 or 2 .
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