JP2007081824A - Antenna device and monopulse radar device using the antenna device - Google Patents

Abstract

Translated fromJapanese

【課題】装置を小型化することができ、小スペースでも設置可能とする。
【解決手段】基本モードで動作する第１のアンテナエレメント部２１と、この第１のアンテナエレメント部２１を囲むような環状パターン構造を有し、高次モードで動作するアンテナエレメント部２２とから構成される。第１及び第２のアンテナエレメント部２１，２２を同一周波数により動作させ、第１のアンテナエレメント部２１によりΣビーム、第２のアンテナエレメント部２２によりΔビームを形成させる。
【選択図】図２An apparatus can be reduced in size and can be installed even in a small space.
A first antenna element section 21 that operates in a basic mode and an antenna element section 22 that has an annular pattern structure surrounding the first antenna element section 21 and operates in a higher-order mode. Is done. The first and second antenna element units 21 and 22 are operated at the same frequency, and a Σ beam is formed by the first antenna element unit 21 and a Δ beam is formed by the second antenna element unit 22.
[Selection] Figure 2

Description

Translated fromJapanese

この発明は、例えば、レーダ装置等の電波機器におけるアンテナ装置とそのアンテナ装置を用いたモノパルスレーダ装置に関する。  The present invention relates to an antenna device in a radio wave device such as a radar device and a monopulse radar device using the antenna device.

モノパルス方式は、追尾レーダの測角方式として広く用いられている方式である。モノパルス方式は、一部が重なり合った２個のアンテナビームを１組として用い、和ビーム（Σビーム）と差ビーム（Δビーム）によって角度誤差（アンテナ正面方向からのずれ）を検出するものである（例えば、特許文献１を参照。）。
特開平４−３３２８９０号公報The monopulse method is a method widely used as a tracking radar angle measurement method. In the monopulse method, two antenna beams that are partially overlapped are used as one set, and an angle error (deviation from the antenna front direction) is detected by a sum beam (Σ beam) and a difference beam (Δ beam). (For example, see Patent Document 1).
JP-A-4-332890

ところが、従来、ΣビームとΔビームを得るために、少なくとも２つのアンテナ装置が必要であった。このため、十分な設置スペースを確保する必要があった。  However, conventionally, in order to obtain the Σ beam and the Δ beam, at least two antenna devices are necessary. For this reason, it was necessary to ensure a sufficient installation space.

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、装置を小型化することができ、小スペースでも設置可能とするアンテナ装置とそのアンテナ装置を用いたモノパルスレーダ装置を提供することにある。  The present invention has been made paying attention to the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an antenna device that can be downsized and installed in a small space, and a monopulse radar device using the antenna device. It is to provide.

上記目的を達成するためにこの発明に係わるアンテナ装置は、基板と、前記基板に形成される第１のアンテナ素子パターンと、前記基板に、前記第１のアンテナ素子パターンの周囲に沿って環状に形成される第２のアンテナ素子パターンと、第１のアンテナ素子パターンに設けられる第１の給電点と、第２のアンテナ素子パターンに設けられる第２の給電点とを具備するものである。  In order to achieve the above object, an antenna device according to the present invention includes a substrate, a first antenna element pattern formed on the substrate, and an annular shape around the first antenna element pattern on the substrate. A second antenna element pattern to be formed, a first feeding point provided in the first antenna element pattern, and a second feeding point provided in the second antenna element pattern are provided.

また、このアンテナ装置を用いたモノパルスレーダ装置は、和ビームと差ビームとから角度誤差を検出するモノパルスレーダ装置であって、基板に第１のアンテナ素子パターンと前記第１のアンテナ素子パターンの周囲に沿った環状の第２のアンテナ素子パターンとを形成し、前記第１のアンテナ素子パターン、第２のアンテナ素子パターンにはそれぞれ第１の給電点、第２の給電点を形成してなるアンテナ装置と、前記第１及び第２の給電点に同時に給電して前記第１のアンテナ素子パターンで前記和ビームを、前記第２のアンテナ素子パターンで前記差ビームを同時に形成する給電手段とを具備する。  A monopulse radar apparatus using this antenna apparatus is a monopulse radar apparatus that detects an angle error from a sum beam and a difference beam, and includes a first antenna element pattern and a surrounding area of the first antenna element pattern on a substrate. An annular second antenna element pattern extending along the first antenna element pattern, and an antenna formed by forming a first feeding point and a second feeding point in the first antenna element pattern and the second antenna element pattern, respectively. And a feeding means for simultaneously feeding the first and second feeding points to simultaneously form the sum beam with the first antenna element pattern and the difference beam with the second antenna element pattern. To do.

上記構成によるアンテナ装置とそのアンテナ装置を用いたモノパルスレーダ装置では、１つのアンテナ装置によって、和ビームと差ビームとを同時に形成させることが可能となる。これにより、従来、少なくとも２つのアンテナ装置が必要であった場合と比較すると、アンテナ装置の数を削減することができる。  In the antenna device having the above-described configuration and the monopulse radar device using the antenna device, the sum beam and the difference beam can be simultaneously formed by one antenna device. As a result, the number of antenna devices can be reduced as compared with the case where at least two antenna devices are conventionally required.

したがってこの発明によれば、装置を小型化することができ、小スペースでも設置可能とするアンテナ装置とそのアンテナ装置を用いたモノパルスレーダ装置を提供することができる。  Therefore, according to the present invention, it is possible to provide an antenna device that can be miniaturized and can be installed even in a small space, and a monopulse radar device using the antenna device.

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図1は、この発明に係わるモノパルスレーダ装置の一実施形態を示すブロック図である。図１において、アンテナ装置１１は、詳細は後述するが、同一基板上に和ビーム（Σビーム）と差ビーム（Δビーム）を同時に形成するための２つのアンテナ素子部を備え、それぞれのアンテナ素子部で受けた信号を別個に出力することができるようになされている。このアンテナ装置１１で得られた２つの受信信号は一方がΣビーム、他方がΔビームとして送受信機１２に送られる。この送受信機１２は、レーダ送信信号を生成してアンテナ装置１１に送ると共に、上記アンテナ装置１１からのΣ／Δビーム信号を入力し、送信周波数に基づいてレーダエコー成分を検波し、受信データとして出力する。この受信データは信号処理部１３に入力され、ここで和ビーム（Σビーム）と差ビーム（Δビーム）によるターゲットの角度誤差が算出される。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a monopulse radar apparatus according to the present invention. In FIG. 1, theantenna device 11 includes two antenna element units for simultaneously forming a sum beam (Σ beam) and a difference beam (Δ beam) on the same substrate. The signal received by the unit can be output separately. Two reception signals obtained by theantenna device 11 are sent to thetransceiver 12 as one Σ beam and the other as a Δ beam. The transmitter /receiver 12 generates a radar transmission signal and sends it to theantenna device 11, inputs a Σ / Δ beam signal from theantenna device 11, detects a radar echo component based on the transmission frequency, and receives it as received data. Output. This received data is input to thesignal processing unit 13 where the angle error of the target due to the sum beam (Σ beam) and the difference beam (Δ beam) is calculated.

上記アンテナ装置１１は、少なくとも２つ以上の出力端をもち、一方の出力端からはΣビームを、他方の出力端からはΔビームを出力する。この機能を実現するアンテナ装置の一例として、図２に誘電体基板を用いたマイクロストリップパッチアンテナを示す。本装置の特徴は、基本モードで動作する第１のアンテナエレメント部２１と、このアンテナエレメント部２１を囲むような環状のパターン構造を有し、高次モードで動作する第２のアンテナエレメント部２２とから構成される。  Theantenna device 11 has at least two or more output ends, and outputs a Σ beam from one output end and a Δ beam from the other output end. As an example of an antenna device that realizes this function, FIG. 2 shows a microstrip patch antenna using a dielectric substrate. This apparatus is characterized by a firstantenna element section 21 that operates in the basic mode, and a secondantenna element section 22 that has an annular pattern structure surrounding theantenna element section 21 and operates in a higher-order mode. It consists of.

また、第１のアンテナエレメント部２１は、出力端１１−ａに、第２のアンテナエレメント部２２には出力端１１−ｂにそれぞれ、給電点２３、給電点２４の位置で接続される。  The firstantenna element portion 21 is connected to the output end 11-a, and the secondantenna element portion 22 is connected to the output end 11-b at the positions of thefeeding point 23 and thefeeding point 24, respectively.

次に、このように構成されたアンテナ装置１１が形成する放射パターンについて説明する。
図２に示した第１のアンテナエレメント部２１が基本モードで動作する周波数をｆａとする。この場合、第２のアンテナエレメント部２２では、第１のアンテナエレメント部２１よりも外周の辺が長いため、同一周波数ｆａで使用する場合、高次モードで動作する。Next, the radiation pattern formed by theantenna device 11 configured as described above will be described.
The frequency at which the firstantenna element unit 21 shown in FIG. 2 operates in the fundamental mode is denoted by fa. In this case, the secondantenna element portion 22 has a longer outer peripheral side than the firstantenna element portion 21, and therefore operates in a higher-order mode when used at the same frequency fa.

図３（ａ）に、このアンテナ装置１１が形成する放射パターンの例を示す。図３（ｂ）は、実現したいビームパターンを示す図である。基本モードで動作する第１のアンテナエレメント部２１からはパターン３１が形成される。これは、図中３３のΣビームに相当する。また、高次モードで動作する第２のアンテナエレメント部２２からはパターン３２が形成される。これは、図中３４のΔビームに相当する。  FIG. 3A shows an example of a radiation pattern formed by theantenna device 11. FIG. 3B shows a beam pattern to be realized. Apattern 31 is formed from the firstantenna element portion 21 operating in the basic mode. This corresponds to theΣ beam 33 in the figure. Apattern 32 is formed from the secondantenna element portion 22 operating in the higher order mode. This corresponds to theΔ beam 34 in the figure.

図４は、比較のため従来のモノパルスレーダ装置の一例を示すブロック図である。また、図５に、図４に示すアンテナ装置４１が形成するビームパターンを示す。従来では、２つのアンテナ装置４１を１組として、図５（ａ）に示すように図中５１の２個のビームパターンを形成している。そして、方向性結合器のようなビーム形成回路４２を用いることで、図５（ｂ）に示すような図中５２のΣビームと図中５３のΔビームを得ていた。このため、少なくとも２つのアンテナ装置を１組として、所定の距離を隔てて配列する必要があった。  FIG. 4 is a block diagram showing an example of a conventional monopulse radar device for comparison. FIG. 5 shows a beam pattern formed by theantenna device 41 shown in FIG. Conventionally, twoantenna devices 41 are formed as a set, and twobeam patterns 51 in the figure are formed as shown in FIG. Then, by using abeam forming circuit 42 such as a directional coupler, 52 Σ beam in the figure and 53 Δ beam in the figure are obtained as shown in FIG. 5B. For this reason, it is necessary to arrange at least two antenna devices as a set with a predetermined distance therebetween.

これに対し、上記実施形態によれば、基本モードで動作する第１のアンテナエレメント部２１と、このアンテナエレメント部２１を囲むような環状のパターン構造を有し、高次モードで動作する第２のアンテナエレメント部２２とから構成される１個のアンテナ装置１１を用い、第１及び第２のアンテナエレメント部２１，２２を同一周波数により動作させ、第１のアンテナエレメント部２１によりΣビーム、第２のアンテナエレメント部２２によりΔビームを形成させるものである。このように構成することで、１つのアンテナ装置でΣビームとΔビームを得ることが可能となる。よって、このアンテナ装置１１を用いることで、レーダ装置等を小型化することができ、小スペースでも設置可能となる。  On the other hand, according to the above-described embodiment, the firstantenna element unit 21 that operates in the basic mode and the annular pattern structure that surrounds theantenna element unit 21 and operates in the higher-order mode The first and secondantenna element units 21 and 22 are operated at the same frequency using oneantenna device 11 composed of theantenna element unit 22 and the firstantenna element unit 21 uses the Σ beam, A Δ beam is formed by the twoantenna element portions 22. With this configuration, it is possible to obtain a Σ beam and a Δ beam with one antenna device. Therefore, by using thisantenna device 11, the radar device or the like can be reduced in size and can be installed in a small space.

また、例えば、方位、高低の両方について角度誤差を検出する場合には、従来４つのアンテナ装置を必要としたが、この発明のアンテナ装置を適用すれば２つのアンテナ装置を用いることで実現することができ、このアンテナ装置を適用することにより、従来よりも小スペースで同等のアレイアンテナを形成することが可能である。  In addition, for example, when detecting an angle error for both azimuth and elevation, four antenna devices have been conventionally required. However, if the antenna device of the present invention is applied, it can be realized by using two antenna devices. By applying this antenna device, it is possible to form an equivalent array antenna in a smaller space than in the past.

なお、この発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、アンテナ装置として、誘電体基板によるマイクロストリップパッチアンテナを例として挙げたが、誘電体基板を用いないパッチアンテナ等、他のアンテナ装置で複数のエレメントを持つ構成とすることで、同様の効果が得られる。その他にも、アンテナ装置の形状や給電点の配置等についても、この発明の要旨に逸脱しない範囲で種々に変形できるものとする。  The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, a microstrip patch antenna using a dielectric substrate is given as an example of the antenna device. However, other antenna devices such as a patch antenna that does not use a dielectric substrate are configured to have a plurality of elements. Thus, the same effect can be obtained. In addition, the shape of the antenna device and the arrangement of the feeding points can be variously modified without departing from the gist of the present invention.

要するにこの発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。  In short, the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment.

この発明に係わるモノパルスレーダ装置の一実施形態を示すブロック図。The block diagram which shows one Embodiment of the monopulse radar apparatus concerning this invention.この発明に係わるアンテナ装置の一実施形態を示す構成図。The block diagram which shows one Embodiment of the antenna device concerning this invention.図２に示すアンテナ装置が形成する放射パターンを示す図。The figure which shows the radiation pattern which the antenna apparatus shown in FIG. 2 forms.従来のモノパルスレーダ装置の一実施形態を示すブロック図。The block diagram which shows one Embodiment of the conventional monopulse radar apparatus.図４に示すアンテナ装置が形成する放射パターンを示す図。The figure which shows the radiation pattern which the antenna apparatus shown in FIG. 4 forms.

符号の説明Explanation of symbols

１１…アンテナ装置、１２…送受信機、１３…信号処理部、２１…第１のアンテナエレメント部、２２…第２のアンテナエレメント部、２３…給電点、２４…給電点、３１…基本モードでの放射パターン（第１のアンテナエレメント部）、３２…高次モードでの放射パターン（第２のアンテナエレメント部）、３３…Σビーム、３４…Δビーム。  DESCRIPTION OFSYMBOLS 11 ... Antenna apparatus, 12 ... Transmitter / receiver, 13 ... Signal processing part, 21 ... 1st antenna element part, 22 ... 2nd antenna element part, 23 ... Feeding point, 24 ... Feeding point, 31 ... Basic mode Radiation pattern (first antenna element portion), 32... High-order mode radiation pattern (second antenna element portion), 33... Σ beam, 34.

Claims (3)

Translated fromJapanese

基板と、
前記基板に形成される第１のアンテナ素子パターンと、
前記基板に、前記第１のアンテナ素子パターンの周囲に沿って環状に形成される第２のアンテナ素子パターンと、
第１のアンテナ素子パターンに設けられる第１の給電点と、
第２のアンテナ素子パターンに設けられる第２の給電点と
を具備することを特徴とするアンテナ装置。A substrate,
A first antenna element pattern formed on the substrate;
A second antenna element pattern formed in a ring shape around the first antenna element pattern on the substrate;
A first feeding point provided in the first antenna element pattern;
An antenna device comprising: a second feeding point provided in a second antenna element pattern. 和ビームと差ビームとから角度誤差を検出するモノパルスレーダ装置であって、
基板に第１のアンテナ素子パターンと前記第１のアンテナ素子パターンの周囲に沿った環状の第２のアンテナ素子パターンとを形成し、前記第１のアンテナ素子パターン、第２のアンテナ素子パターンにはそれぞれ第１の給電点、第２の給電点を形成してなるアンテナ装置と、
前記第１及び第２の給電点に同時に給電して前記第１のアンテナ素子パターンで前記和ビームを、前記第２のアンテナ素子パターンで前記差ビームを同時に形成する給電手段と
を具備することを特徴とするモノパルスレーダ装置。A monopulse radar device that detects an angular error from a sum beam and a difference beam,
A first antenna element pattern and an annular second antenna element pattern along the periphery of the first antenna element pattern are formed on a substrate. The first antenna element pattern and the second antenna element pattern include An antenna device that forms a first feeding point and a second feeding point, respectively;
Feeding means for simultaneously feeding the first and second feeding points to simultaneously form the sum beam with the first antenna element pattern and the difference beam with the second antenna element pattern; A characteristic monopulse radar device. 前記アンテナ装置を２つ以上配列してアレイアンテナとして動作する構成とし、
前記給電手段は、前記アンテナ装置ごとに前記和ビームと前記差ビームとを同時に形成することを特徴とする請求項２記載のモノパルスレーダ装置。Two or more antenna devices are arranged to operate as an array antenna,
3. The monopulse radar apparatus according to claim 2, wherein the feeding unit simultaneously forms the sum beam and the difference beam for each antenna apparatus.

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