フェーズドアレーアンテナ
【課題】 増幅器に入力されるマイクロ波を増幅する際に増幅器の非線形効果により高調波が発生し、その発生した高調波が特定の角度方向に高いレベルで放射されるのを抑圧したフェーズドアレーアンテナを得る。
【解決手段】 複数の素子アンテナ１と、各々の素子アンテナ１に接続される増幅器８、９と移相器６を有するフェーズドアレーアンテナにおいて、各々の素子アンテナ１と増幅器８、９とを接続する伝送線路の長さを、ランダム化した構成とする。
【解決手段】 複数の素子アンテナ１と、各々の素子アンテナ１に接続される増幅器８、９と移相器６を有するフェーズドアレーアンテナにおいて、各々の素子アンテナ１と増幅器８、９とを接続する伝送線路の長さを、ランダム化した構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各素子アンテナに接続される移相器と増幅器を有し、移相器の設定位相を適宜可変することにより所望の指向性を得るフェーズドアレーアンテナの、高調波抑圧に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フェーズドアレーアンテナの高調波を抑圧するためのアンテナ構成として、アンテナの前面に周波数選択板を設置してアンテナから放射される高調波を除去するものが知られている（例えば特許文献１参照）。このフェーズドアレーアンテナでは、各素子アンテナと各素子アンテナに接続される増幅器との間が同一構成となっている。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１２０７２８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
フェーズドアレーアンテナにおいて、増幅器に入力されるマイクロ波を増幅する際に増幅器の非線形効果により高調波が発生し、その発生する高調波の位相値は基本波の位相値と同一となる。
一般的なフェーズドアレーアレーアンテナは、増幅器から素子アンテナまでの距離を等しくしているため、素子アンテナから放射される高調波は基本波と同様に等位相となる波面を形成し、特定の角度方向に指向性を有する。この指向性は基本波の指向角度に対して、２倍波は約1/2の指向角度、３倍波は約1/3の指向角度、ｍ倍波は約１／ｍの指向角度となり、特定の角度方向に高いレベルの高調波が放射されるという問題があった。
【０００５】
また、従来例のように周波数選択板を設置する場合、数ｍの大きなアンテナを製造することが難しくなり、また基本波の周波数帯域の広いレーダでは、広帯域な周波数選択板の性能が十分取れない為に、高調波の抑圧が不十分となる問題もあった。
【０００６】
ここで、従来のアンテナ構成における高調波の放射メカニズムについて具体的に説明する。図４は、４素子のフェーズドアレーアンテナの構成図であり、φ１ａ乃至φ４ａは各増幅器出力の位相値、φ１ｒ乃至φ４ｒは素子アンテナ出力の位相値であり、Ｌは各伝送線路２の長さ、Ｄは素子アンテナ間隔、θｍは基本波の指向角度、θＨは高調波の指向角度である。
【０００７】
この際、基本波の周波数を１ＧＨｚ（波長約３００ｍｍ）、素子アンテナ間隔Ｄを１５０ｍｍ、φ１ａを０度、φ２ａを９０度、φ３ａを１８０度、φ４ａを２７０度、自由空間での伝送線路長Ｌを７５ｍｍとする。この場合において、基本波は伝送線路２にて９０度位相が回転するため、各素子アンテナから放射される基本波の位相値φ１ｒは９０度、φ２ｒは１８０度、φ３ｒは２７０度、φ４ｒは０度となる。すなわち、各素子アンテナでの励振位相差φｄは９０度間隔となり、基本波の指向角度θｍは４５度となる。
【０００８】
同様に、２倍の高調波である２ＧＨｚ（波長約１５０ｍｍ）のφ１ａ乃至φ４ａは基本波と同一であるが、伝送線路２での位相回転量は基本波の２倍である１８０度となる。よって、各素子アンテナから放射される２倍の高調波の位相値φ１ｒは１８０度、φ２ｒは２７０度、φ３ｒは０度、φ４ｒは９０度となる。すなわち、各素子アンテナ間の励振位相差は９０度間隔となり、２倍の高調波の指向角度θＨは１４．４７度となり、基本波の約１／２の指向角度となって、特定の指向角度θＨに高いレベルの高調波が放射されてしまう。
【０００９】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、フェーズドアレーアンテナから放射される高調波を、簡易な構造で抑圧することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明によるフェーズドアレーアンテナは、複数の素子アンテナと、各々の素子アンテナに接続される増幅器および移相器を有したモジュールとを備え、各々の素子アンテナとモジュール間を接続する伝送線路の長さを、相互にランダム化したものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、簡易な構成で、放射される高調波を抑圧するフェーズドアレーアンテナを得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１はこの発明に係る実施の形態１によるフェーズドアレーアンテナの構成を示す図である。図において、フェーズドアレーアンテナは、複数の素子アンテナ１と、複数のＲＦモジュール３と、給電回路４とを備えて構成される。ＲＦ（Radio Frequency）モジュール３は素子アンテナ１に接続される。伝送線路２は、各々の素子アンテナ１とＲＦモジュール３との間にそれぞれ接続され、各々の長さが相互にランダム化（一様乱数値に設定）されている。給電回路４は複数のＲＦモジュールに接続される。
【００１３】
図２はＲＦモジュール３の構成を示す図である。ＲＦモジュール３は、移相器６、スイッチ７、送信用増幅器８、受信用増幅器９から構成される。端子５はＲＦモジュール３の給電回路４に接続される。端子１０はＲＦモジュール３の伝送線路２に接続される。送信用増幅器８は端子５から入力される送信信号を高出力増幅する。受信用増幅器９は端子１０から入力される受信信号を低雑音増幅する。スイッチ７は送信及び受信を切り替える。移相器６は端子５から入力される送信信号の位相を可変する。
【００１４】
このように構成されたフェーズドアレーアンテナにおいて、給電回路４に基本波を入力しアンテナより電波を放射する場合について説明を行なう。
給電回路４に入力されたマイクロ波は、複数のＲＦモジュール３ａ乃至３ｎに分配される。各ＲＦモジュール３において、給電回路４に接続される端子５から入力されたマイクロ波は移相器６にてアレー指向性に適した位相値となるように位相を可変される。この移相器６にて位相を可変されたマイクロ波は、送信増幅器８に接続されるように切り替えられたスイッチ７ａを介して、送信用増幅器８へ伝送される。送信用増幅器８は、マイクロ波を所望の送信電力へ増幅し、スイッチ７ｂを介して伝送線路２に接続される端子１０へ送出する。ＲＦモジュール３から出力されたマイクロ波は伝送線路２を介して素子アンテナ１へ伝送され、素子アンテナ１から空間へ放射される。各素子アンテナ１から放射されるマイクロ波は、前述の通り各ＲＦモジュール３の移相器６にてアレー指向性に適した位相値とされており、所望の角度方向に指向性を有する放射パターンとなる。
【００１５】
ここで、送信用増幅器８にて基本波を増幅する際に、増幅器の非線形効果により高調波が発生する。この高調波の発生時の位相値は基準波と同一であり、ＲＦモジュール３から伝送線路２を介して素子アンテナ１へ伝送される。前述の伝送線路２は各伝送線路長をランダム化している為、素子アンテナ間の励振位相差もランダムとなり、特定の角度方向に高いレベルの高調波が送信されなくなる。
【００１６】
従来例（図４）と同様に、これについて具体的に説明する。図３は４素子のフェーズドアレーアンテナの構成図であり、Ｌ１乃至Ｌ４は長さをランダム化した伝送線路長であり、それ以外は図４に示した従来例と同一である。すなわち、φ１ａ乃至φ４ａは各増幅器出力の位相値、φ１ｒ乃至φ４ｒは素子アンテナ出力の位相値であり、Ｄは素子アンテナ間隔、θｍは基本波の指向角度である。また、伝送線路長Ｌ１は５０ｍｍ、Ｌ２は７５ｍｍ、Ｌ３は２００ｍｍ、Ｌ４は３００ｍｍとし、φ１ａは３００度、φ２ａは０度、φ３ａは３００度、φ４ａは２７０度となるように各ＲＦモジュール内の移相器６の位相値を設定する。このように、各増幅器出力の位相値が、０度から３６０度の間で一様ランダム分布となるように、各素子アンテナ１に接続される伝送線路２の伝送線路長を、それぞれ設定する。
【００１７】
この場合、各伝送線路での位相回転量はＬ１では６０度、Ｌ２では９０度、Ｌ３では３００度、Ｌ４では３６０度である為、基本波のφ１ｒは０度、φ２ｒは９０度、φ３ｒは１８０度、φ４ｒは２７０度となり、各素子アンテナでの励振位相差は９０度間隔となり、基本波の指向角度θｍは４５度となる。
【００１８】
同様に高調波である２倍波（２ＧＨｚ）の伝送線路２での位相回転量は基本波の２倍となり、Ｌ１では１２０度、Ｌ２では１８０度、Ｌ３では４８０度、Ｌ４では７２０度である為、基本波のφ１ｒは６０度、φ２ｒは１８０度、φ３ｒは６０度、φ４ｒは２７０度となり、各素子アンテナでの励振位相差が一定とならず、特定の角度方向に指向性は持たない。これにより、高いレベルの高調波が送信されなくなる。３倍波（３ＧＨｚ）、４倍波（４ＧＨｚ）でも、同様に素子アンテナでの励振位相差は一定とならない。
【００１９】
以上のような構成とすることにより、各々の素子アンテナ１とＲＦモジュール３とを接続する伝送線路２の線路長をランダム化することにより、放射される高調波を抑圧するアンテナ構成を得ることができる。
【００２０】
また、実施の形態１では伝送線路２の長さをランダムとしているが、各伝送線路での部分に遅延線路或いは位相器等による等価的に伝送線路長を変えることが可能なマイクロ波回路を用いた構成でも同様な効果が得られることは言うまでもない。
【００２１】
さらに、放射される基本波と高調波との電力レベル差がＲＦモジュールから出力される上記電力レベル差よりも下がる為、ＲＦモジュールから出力される高調波のスペックを下げることが可能となり、抑圧フィルタにおける通過帯域や制限帯域等の仕様を緩和したり、安価にする効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施の形態１を示すフェーズドアレーアンテナの構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１のフェーズドアレーアンテナを構成するＲＦモジュールの構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１による４素子フェーズドアレーアンテナの構成図である。
【図４】従来の４素子フェーズドアレーアンテナの構成図である。
【符号の説明】
【００２３】
１ 素子アンテナ、２ 伝送線路、３ ＲＦモジュール、４ 給電回路、５ モジュール給電回路側端子、６ 位相器、７ スイッチ、８ 送信用増幅器、９ 受信用増幅器、１０ モジュール素子アンテナ側端子。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各素子アンテナに接続される移相器と増幅器を有し、移相器の設定位相を適宜可変することにより所望の指向性を得るフェーズドアレーアンテナの、高調波抑圧に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フェーズドアレーアンテナの高調波を抑圧するためのアンテナ構成として、アンテナの前面に周波数選択板を設置してアンテナから放射される高調波を除去するものが知られている（例えば特許文献１参照）。このフェーズドアレーアンテナでは、各素子アンテナと各素子アンテナに接続される増幅器との間が同一構成となっている。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１２０７２８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
フェーズドアレーアンテナにおいて、増幅器に入力されるマイクロ波を増幅する際に増幅器の非線形効果により高調波が発生し、その発生する高調波の位相値は基本波の位相値と同一となる。
一般的なフェーズドアレーアレーアンテナは、増幅器から素子アンテナまでの距離を等しくしているため、素子アンテナから放射される高調波は基本波と同様に等位相となる波面を形成し、特定の角度方向に指向性を有する。この指向性は基本波の指向角度に対して、２倍波は約1/2の指向角度、３倍波は約1/3の指向角度、ｍ倍波は約１／ｍの指向角度となり、特定の角度方向に高いレベルの高調波が放射されるという問題があった。
【０００５】
また、従来例のように周波数選択板を設置する場合、数ｍの大きなアンテナを製造することが難しくなり、また基本波の周波数帯域の広いレーダでは、広帯域な周波数選択板の性能が十分取れない為に、高調波の抑圧が不十分となる問題もあった。
【０００６】
ここで、従来のアンテナ構成における高調波の放射メカニズムについて具体的に説明する。図４は、４素子のフェーズドアレーアンテナの構成図であり、φ１ａ乃至φ４ａは各増幅器出力の位相値、φ１ｒ乃至φ４ｒは素子アンテナ出力の位相値であり、Ｌは各伝送線路２の長さ、Ｄは素子アンテナ間隔、θｍは基本波の指向角度、θＨは高調波の指向角度である。
【０００７】
この際、基本波の周波数を１ＧＨｚ（波長約３００ｍｍ）、素子アンテナ間隔Ｄを１５０ｍｍ、φ１ａを０度、φ２ａを９０度、φ３ａを１８０度、φ４ａを２７０度、自由空間での伝送線路長Ｌを７５ｍｍとする。この場合において、基本波は伝送線路２にて９０度位相が回転するため、各素子アンテナから放射される基本波の位相値φ１ｒは９０度、φ２ｒは１８０度、φ３ｒは２７０度、φ４ｒは０度となる。すなわち、各素子アンテナでの励振位相差φｄは９０度間隔となり、基本波の指向角度θｍは４５度となる。
【０００８】
同様に、２倍の高調波である２ＧＨｚ（波長約１５０ｍｍ）のφ１ａ乃至φ４ａは基本波と同一であるが、伝送線路２での位相回転量は基本波の２倍である１８０度となる。よって、各素子アンテナから放射される２倍の高調波の位相値φ１ｒは１８０度、φ２ｒは２７０度、φ３ｒは０度、φ４ｒは９０度となる。すなわち、各素子アンテナ間の励振位相差は９０度間隔となり、２倍の高調波の指向角度θＨは１４．４７度となり、基本波の約１／２の指向角度となって、特定の指向角度θＨに高いレベルの高調波が放射されてしまう。
【０００９】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、フェーズドアレーアンテナから放射される高調波を、簡易な構造で抑圧することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明によるフェーズドアレーアンテナは、複数の素子アンテナと、各々の素子アンテナに接続される増幅器および移相器を有したモジュールとを備え、各々の素子アンテナとモジュール間を接続する伝送線路の長さを、相互にランダム化したものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、簡易な構成で、放射される高調波を抑圧するフェーズドアレーアンテナを得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１はこの発明に係る実施の形態１によるフェーズドアレーアンテナの構成を示す図である。図において、フェーズドアレーアンテナは、複数の素子アンテナ１と、複数のＲＦモジュール３と、給電回路４とを備えて構成される。ＲＦ（Radio Frequency）モジュール３は素子アンテナ１に接続される。伝送線路２は、各々の素子アンテナ１とＲＦモジュール３との間にそれぞれ接続され、各々の長さが相互にランダム化（一様乱数値に設定）されている。給電回路４は複数のＲＦモジュールに接続される。
【００１３】
図２はＲＦモジュール３の構成を示す図である。ＲＦモジュール３は、移相器６、スイッチ７、送信用増幅器８、受信用増幅器９から構成される。端子５はＲＦモジュール３の給電回路４に接続される。端子１０はＲＦモジュール３の伝送線路２に接続される。送信用増幅器８は端子５から入力される送信信号を高出力増幅する。受信用増幅器９は端子１０から入力される受信信号を低雑音増幅する。スイッチ７は送信及び受信を切り替える。移相器６は端子５から入力される送信信号の位相を可変する。
【００１４】
このように構成されたフェーズドアレーアンテナにおいて、給電回路４に基本波を入力しアンテナより電波を放射する場合について説明を行なう。
給電回路４に入力されたマイクロ波は、複数のＲＦモジュール３ａ乃至３ｎに分配される。各ＲＦモジュール３において、給電回路４に接続される端子５から入力されたマイクロ波は移相器６にてアレー指向性に適した位相値となるように位相を可変される。この移相器６にて位相を可変されたマイクロ波は、送信増幅器８に接続されるように切り替えられたスイッチ７ａを介して、送信用増幅器８へ伝送される。送信用増幅器８は、マイクロ波を所望の送信電力へ増幅し、スイッチ７ｂを介して伝送線路２に接続される端子１０へ送出する。ＲＦモジュール３から出力されたマイクロ波は伝送線路２を介して素子アンテナ１へ伝送され、素子アンテナ１から空間へ放射される。各素子アンテナ１から放射されるマイクロ波は、前述の通り各ＲＦモジュール３の移相器６にてアレー指向性に適した位相値とされており、所望の角度方向に指向性を有する放射パターンとなる。
【００１５】
ここで、送信用増幅器８にて基本波を増幅する際に、増幅器の非線形効果により高調波が発生する。この高調波の発生時の位相値は基準波と同一であり、ＲＦモジュール３から伝送線路２を介して素子アンテナ１へ伝送される。前述の伝送線路２は各伝送線路長をランダム化している為、素子アンテナ間の励振位相差もランダムとなり、特定の角度方向に高いレベルの高調波が送信されなくなる。
【００１６】
従来例（図４）と同様に、これについて具体的に説明する。図３は４素子のフェーズドアレーアンテナの構成図であり、Ｌ１乃至Ｌ４は長さをランダム化した伝送線路長であり、それ以外は図４に示した従来例と同一である。すなわち、φ１ａ乃至φ４ａは各増幅器出力の位相値、φ１ｒ乃至φ４ｒは素子アンテナ出力の位相値であり、Ｄは素子アンテナ間隔、θｍは基本波の指向角度である。また、伝送線路長Ｌ１は５０ｍｍ、Ｌ２は７５ｍｍ、Ｌ３は２００ｍｍ、Ｌ４は３００ｍｍとし、φ１ａは３００度、φ２ａは０度、φ３ａは３００度、φ４ａは２７０度となるように各ＲＦモジュール内の移相器６の位相値を設定する。このように、各増幅器出力の位相値が、０度から３６０度の間で一様ランダム分布となるように、各素子アンテナ１に接続される伝送線路２の伝送線路長を、それぞれ設定する。
【００１７】
この場合、各伝送線路での位相回転量はＬ１では６０度、Ｌ２では９０度、Ｌ３では３００度、Ｌ４では３６０度である為、基本波のφ１ｒは０度、φ２ｒは９０度、φ３ｒは１８０度、φ４ｒは２７０度となり、各素子アンテナでの励振位相差は９０度間隔となり、基本波の指向角度θｍは４５度となる。
【００１８】
同様に高調波である２倍波（２ＧＨｚ）の伝送線路２での位相回転量は基本波の２倍となり、Ｌ１では１２０度、Ｌ２では１８０度、Ｌ３では４８０度、Ｌ４では７２０度である為、基本波のφ１ｒは６０度、φ２ｒは１８０度、φ３ｒは６０度、φ４ｒは２７０度となり、各素子アンテナでの励振位相差が一定とならず、特定の角度方向に指向性は持たない。これにより、高いレベルの高調波が送信されなくなる。３倍波（３ＧＨｚ）、４倍波（４ＧＨｚ）でも、同様に素子アンテナでの励振位相差は一定とならない。
【００１９】
以上のような構成とすることにより、各々の素子アンテナ１とＲＦモジュール３とを接続する伝送線路２の線路長をランダム化することにより、放射される高調波を抑圧するアンテナ構成を得ることができる。
【００２０】
また、実施の形態１では伝送線路２の長さをランダムとしているが、各伝送線路での部分に遅延線路或いは位相器等による等価的に伝送線路長を変えることが可能なマイクロ波回路を用いた構成でも同様な効果が得られることは言うまでもない。
【００２１】
さらに、放射される基本波と高調波との電力レベル差がＲＦモジュールから出力される上記電力レベル差よりも下がる為、ＲＦモジュールから出力される高調波のスペックを下げることが可能となり、抑圧フィルタにおける通過帯域や制限帯域等の仕様を緩和したり、安価にする効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施の形態１を示すフェーズドアレーアンテナの構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１のフェーズドアレーアンテナを構成するＲＦモジュールの構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１による４素子フェーズドアレーアンテナの構成図である。
【図４】従来の４素子フェーズドアレーアンテナの構成図である。
【符号の説明】
【００２３】
１ 素子アンテナ、２ 伝送線路、３ ＲＦモジュール、４ 給電回路、５ モジュール給電回路側端子、６ 位相器、７ スイッチ、８ 送信用増幅器、９ 受信用増幅器、１０ モジュール素子アンテナ側端子。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の素子アンテナと、各々の素子アンテナに接続される増幅器および移相器を有したモジュールとを備え、
各々の素子アンテナとモジュール間を接続する伝送線路の長さを、相互にランダム化したことを特徴とするフェーズドアレーアンテナ。
【請求項１】
複数の素子アンテナと、各々の素子アンテナに接続される増幅器および移相器を有したモジュールとを備え、
各々の素子アンテナとモジュール間を接続する伝送線路の長さを、相互にランダム化したことを特徴とするフェーズドアレーアンテナ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−１１８３１７（Ｐ２００９−１１８３１７Ａ）
【公開日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２９０８１９（Ｐ２００７−２９０８１９）
【出願日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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