JP2011064584A - アレーアンテナ装置及びレーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可視領域の広域化を図りつつ、アンテナ素子の素子間隔を広くすることのできるアレーアンテナ装置及びこのアレーアンテナ装置を用いてターゲットを検知するレーダ装置を提供する。
【解決手段】当該レーダ装置１にて使用される電波の波長をλとした場合に、送信アンテナ素子１４ａ〜１４ｅの素子間隔Ｄｔを波長λの「０．９倍」に設定し、受信アンテナ素子１５ａ〜１５ｃの素子間隔Ｄｒを波長λの「１．５倍」に設定することで、送信アンテナ素子１４ａ〜１４ｅの素子間隔Ｄｔ及び受信アンテナ素子１５ａ〜１５ｃの素子間隔Ｄｒには「素子間隔Ｄｒ＝素子間隔Ｄｔ×１．５」との関係を設定した。
【選択図】図１

Description

本発明は、グレーティングローブを抑圧可能なアレーアンテナ装置及びこのアレーアンテナ装置を用いてメインローブの走査範囲内に位置するターゲットを検知するレーダ装置に関する。

従来、この種のアレーアンテナ装置及びレーダ装置としては、例えば特許文献１に記載の技術が知られている。この特許文献１に記載の技術では、レーダ装置は、複数のアンテナ素子により構成した送信アレーアンテナと、この送信アレーアンテナに接続した送信処理部と、複数のアンテナ素子により構成した受信アレーアンテナと、この受信アレーアンテナに接続した受信処理部とを有して構成されるアレーアンテナ装置を備える。そして、このレーダ装置は、被グレーティング抑圧側である送信アレーアンテナのグレーティングローブの方位とグレーティング抑圧側である受信アレーアンテナのヌル点の方位とが一致する送受合成指向性をもって、メインローブの走査範囲内に位置するターゲットを検知する。なお、送受合成指向性とは、被グレーティング抑圧側の指向性及びグレーティング抑圧側の指向性が合成された指向性である。被グレーティングローブ抑圧側のグレーティングローブの方位とグレーティングローブ抑圧側のヌル点の方位とが一致する送受合成指向性となることから、被グレーティング抑圧側のグレーティングローブの方位における感度を抑制しつつ、メインローブの走査範囲内に位置するターゲットを検知することができるようになる。

特許第４１４７４４７号公報

ところで、被グレーティング抑圧側は、単一のグレーティングローブのみを有するのではなく、複数のグレーティングローブを有しており、グレーティング抑圧側も、メインローブだけでなく、複数のグレーティングローブを有している。また、被グレーティング抑圧側のローブ間も、グレーティング抑圧側のローブ間も、それぞれ、同一の方位間隔である。なお、これら複数のグレーティングローブを、メインローブの方位から近い順に、１次のグレーティングローブ、２次のグレーティングローブ、・・・、Ｎ次のグレーティングローブとし、第１グレーティングローブ、第２グレーティングローブ、・・・、第Ｎグレーティングローブとも記載する。

上記特許文献１に記載の技術では、被グレーティング抑圧側の第１グレーティングローブの方位は、グレーティング抑圧側のメインローブと第１グレーティングローブとの間にあるヌル点の方位と一致する。そのため、送受合成指向性において、被グレーティング抑圧側の第１グレーティングローブの方位の感度を抑制することが可能である。

しかしながら、上記特許文献１に明文にて記載されていないが、グレーティング抑圧側のローブ間の方位間隔は被グレーティング抑圧側のローブ間の方位間隔の「２倍」である（特許文献１の図２参照）。そのため、上記特許文献１に記載の技術では、被グレーティング抑圧側の第２グレーティングローブの方位は、グレーティング抑圧側の第１グレーティングローブの方位と一致し、送受合成指向性において、被グレーティング抑圧側の第２グレーティングローブの方位の感度を抑制することができなくなってしまう。したがって、被グレーティング抑圧側の第２グレーティングローブの方位が可視領域に含まれると、ターゲットの誤検知を招くことが懸念される。

こうした懸念を払拭するには、被グレーティング抑圧側の第２グレーティングローブの方位とグレーティング抑圧側の第１グレーティングローブの方位とが可視領域内で一致しないように、アンテナ素子の素子間隔を狭く設定することが考えられる。具体的には、可視領域を例えば「±９０度」とすると、この可視領域内で互いのグレーティングローブの方位が一致しないようにするには、グレーティング抑圧側のアンテナ素子の素子間隔を、使用電波の波長λの「２分の１」以下に設定すればよい。

しかしながら、グレーティング抑圧側のアンテナ素子の素子間隔をこのような狭い間隔に設定することは物理的に困難であり、その結果、グレーティングが発生しないように可視領域自体を狭くせざるを得なくなる。可視領域自体を狭くすると、ターゲットの検知範囲が狭くなってしまう。このように、上記特許文献１に記載の技術には、依然として、改善の余地が残されている。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、可視領域の広域化を図りつつ、アンテナ素子の素子間隔を広くすることのできるアレーアンテナ装置及びこのアレーアンテナ装置を用いてターゲットを検知するレーダ装置を提供することにある。

こうした目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、アレーアンテナ装置は、送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナのうち、一方のグレーティングローブの方位と他方のヌル点の方位またはサイドローブの一部とが一致し、且つ、他方のグレーティングローブの方位と一方のヌル点の方位またはサイドローブの一部とが一致する送受合成指向性を有する構成とした。

アレーアンテナ装置としての上記構成によれば、送信アレーアンテナのグレーティングローブは、受信アレーアンテナのヌル点またはサイドローブによって抑圧されるようになり、同様に、受信アレーアンテナのグレーティングローブは、送信アレーアンテナのヌル点またはサイドローブによって抑圧されるようになる。

詳しくは後述するが、このことは、送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナのうち、一方のアレーアンテナの第２グレーティングローブの方位と他方のアレーアンテナの第１グレーティングローブの方位とが一致しないことを意味しており、被グレーティング抑圧側の第２グレーティングローブの方位とグレーティング抑圧側の第１グレーティングローブの方位とが一致する上記従来技術とは異なる。

そしてこの差異により、上記構成による送受合成指向性は、上記従来技術と比較して、グレーティングが発生する方位がメインローブの方位からより離れるようになり、可視領域内でグレーティングが発生し難くなる。したがって、上記構成によれば、アンテナ素子の素子間隔を狭くすることなく可視領域の広域化を図ることができるようになる。

請求項２に記載の発明によれば、「Ｄｔ＜Ｄｒ＜Ｄｔ×２」に設定されていることから、詳しくは後述するが、一方の第１グレーティングローブの方位は他方の第１グレーティングローブ及び第２グレーティングローブの方位間となる。ここで、他方のアレーアンテナは、第１グレーティングローブ及び第２グレーティングローブの方位間に、複数のサイドローブ及び複数のヌル点を有している。そのため、一方の第１グレーティングローブは、他方のヌル点またはサイドローブによって抑圧されるようになる。同様に、一方のアレーアンテナは、メインローブと第１グレーティングローブの方位間に、複数のサイドローブ及び複数のヌル点を有している。そのため、他方の第１グレーティングローブは、一方のヌル点またはサイドローブによって抑圧されるようになる。さらに同様に、一方のアレーアンテナは、第１グレーティングローブを基準としてメインローブから離れる方位にも、複数のサイドローブ及び複数のヌル点を有している。そのため、他方の第２グレーティングローブは、一方のヌル点またはサイドローブによって抑圧されるようになる。

また、請求項２に記載の発明によれば、「Ｄｔ＜λ／ｓｉｎθ」に設定されていることから、詳しくは後述するが、走査範囲を「±θ」とした場合にも、この可視領域内にグレーティングを発生させないようにすることができるようになる。

請求項３に記載の発明によれば、走査範囲を「±９０度」とした場合に、素子間隔Ｄｔ及び素子間隔Ｄｒは、「Ｄｒ＝Ｄｔ×１．５」、且つ、「Ｄｔ＜λ」に設定されていることから、詳しくは後述するが、一方の第１グレーティングローブの方位は、他方の第１グレーティングローブの方位と第２グレーティングローブの方位との中央の方位に一致することになる。ここで、他方のアレーアンテナは、第１グレーティングローブ及び第２グレーティングローブの方位間に複数のサイドローブを有しており、これら複数のサイドローブのうち最もピークの低いサイドローブを上記中央の方位に有している。そのため、一方の第１グレーティングローブは、他方の最もピークの低いサイドローブによって抑圧されるようになる。したがって、上記請求項３の発明によれば、抑圧量を最大にすることができるようになる。

なお、請求項１〜３のいずれかに記載の構成において、請求項４に記載の発明のように、前記受信アレーアンテナの少なくとも一部の素子の位相を制御するための移相器をさらに備え、前記受信側指向性制御部は、前記移相器を用いて前記受信アレーアンテナの指向性を制御するとよい。

あるいは、 請求項１〜３のいずれかに記載の構成において、請求項５に記載の発明のように、前記受信アレーアンテナの少なくとも一部の素子の位相を制御するための切替スイッチをさらに備え、前記受信側指向性制御部は、前記切替スイッチを用いて前記受信アレーアンテナの指向性を制御するとよい。

一方、上記目的を達成するため、請求項６に記載の発明では、上記請求項１〜５のいずれか一項に記載のアレーアンテナ装置と、送信アレーアンテナから送信された電波が対象物によって反射され、受信アレーアンテナによって受信された受信信号に基づいて、対象物を検知する対象物検知部とを備えることとした。これにより、レーダ装置は、アレーアンテナ装置を用いて、対象物（ターゲット）を検知することができるようになる。

本発明に係るアレーアンテナ装置を含むレーダ装置の一実施の形態について、その全体構成を示すブロック図である。 アレーファクタＡＦ（ｕ）の一例を示す図である。 メインローブの方位を「４５度」とした場合におけるアレーファクタＡＦ（θ）の一例を示す図である。 グレーティングローブの発生原理の説明において、送信アレーアンテナＡＴの指向性の一例及び受信アレーアンテナＡＲの指向性の一例をそれぞれ示す図である。 グレーティングローブの抑圧手法の説明において、送信アレーアンテナＡＴの指向性及び受信アレーアンテナＡＲの指向性を合成した送受合成指向性の一例を示す図である。 本実施の形態において、送信アレーアンテナ１４の指向性の一例及び受信アレーアンテナ１５の指向性の一例を破線及び実線にてそれぞれ示す図である。 本実施の形態において、送信アレーアンテナ１４の指向性及び受信アレーアンテナ１５の指向性が合成された送受合成指向性の一例を示す図である。 本実施の形態の変形例について、その全体構成を示すブロック図である。 本実施の形態の他の変形例について、その全体構成を示すブロック図である。 本実施の形態のその他の変形例について、その全体構成を示すブロック図である。

以下、本発明に係るアレーアンテナ装置を含むレーダ装置の一実施の形態について、図１〜図７を参照して説明する。図１は、本実施の形態のアレーアンテナ装置を含むレーダ装置１について、その全体構成を示すブロック図である。はじめに、この図１を参照して、レーダ装置１の構成及び機能について説明する。

図１に示されるように、レーダ装置１は、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと記載）１０と、発振器１１と、電力分配器１２と、送信側移相器１３と、送信アレーアンテナ１４と、受信アレーアンテナ１５と、受信側移相器１６と、混合器（ミキサ）１７と、Ａ／Ｄ変換器１８とを備えて構成されている。

発振器１１の前段にはマイコン１０が接続されており、発振器１１の後段には電力分配器１２が接続されている。発振器１１は、マイコン１０によって指定される周波数帯（例えばミリ波帯）で発振するとともに三角波状に変化する高周波信号を生成し、その生成した高周波信号を電力分配器１２に出力する。

電力分配器１２の後段には、送信側移相器１３を介して送信アレーアンテナ１４が接続されている。また、電力分配器１２には混合器１７が接続されている。電力分配器１２は、発振器１１から入力された高周波信号を送信信号Ｓ及びローカル信号Ｌに電力分配し、その送信信号Ｓを送信側移相器１３を介して送信アレーアンテナ１４に出力するとともに、そのローカル信号Ｌを混合器１７に出力する。

送信側移相器１３は、送信アレーアンテナ１４と電力分配器１２との間に介在しているとともにマイコン１０に接続されている。ここで、送信アレーアンテナ１４は、図示しない平面上（アンテナ面上）に一定間隔にて配列された複数（例えば「５個」）の送信アンテナ素子１４ａ〜１４ｅを有して構成されている。送信側移相器１３は、マイコン１０の指示に従って、電力分配器１２から送信アンテナ素子１４ａ〜１４ｅに入力される送信信号Ｓの位相量をそれぞれ設定する。

送信アレーアンテナ１４は、電力分配器１２から送信側移相器１３を介して入力される送信信号Ｓ（電気信号）を送信ビーム（電波）として、各送信アンテナ素子１４ａ〜１４ｅから外部に向けて放射する。この送信ビームの方位は、各送信アンテナ素子１４ａ〜１４ｅに入力される送信信号Ｓの位相量によって決定される。なお、この送信ビームの方位は送信アレーアンテナ１４のアンテナ面を基準としており、詳しくは、アンテナ面に垂直な方位を「０度」とし、平行な方位を「±９０度」としている。送信アレーアンテナ１４は、送信アンテナ素子１４ａ〜１４ｅ毎に送信信号の位相が制御されることにより、所望の方位範囲に送信ビームを放射することができる。すなわち、送信アレーアンテナ１４はその指向性が可変である。

一方、受信アレーアンテナ１５は、図示しない平面上に一定間隔にて配列された複数（例えば「３個」）の受信アンテナ素子１５ａ〜１５ｃを有して構成されており、これら受信アンテナ素子１５ａ〜１５ｃは、受信側移相器１６を介して混合器１７に接続されている。ここで、上記送信アレーアンテナ１４から放射された送信ビーム（電波）がターゲットによって反射されると、受信アレーアンテナ１５の各受信アンテナ素子１５ａ〜１５ｃはその反射ビーム（電波）を受信し、その受信した反射ビームを受信信号（電気信号）Ｒとして受信側移相器１６に出力する。受信側移相器１６は、マイコン１０の指示に従って、受信アンテナ素子１５ａ〜１５ｃから入力された受信信号Ｒの位相量を設定した上で混合器１７へ出力する。

混合器１７は、その前段に接続された受信側移相器１６から受信信号Ｒが入力され、その後段にはＡ／Ｄ変換器１８を介してマイコン１０が接続されている。また、混合器１７は、受信側移相器１６から入力された受信信号Ｒと電力分配器１２から入力されたローカル信号Ｌとを混合（同期検波）することでベースバンド信号を取り出し、その取り出したベースバンド信号をＡ／Ｄ変換器１８によってデジタル信号に変換した上で、マイコン１０に出力する。

受信アレーアンテナ１５への上記反射ビームの入射方位は、各受信アンテナ素子１５ａ〜１５ｃから出力される受信信号Ｒの位相量（差）によって決定される。なお、この反射ビームの入射方位は受信アレーアンテナ１５のアンテナ面を基準としており、詳しくは、アンテナ面に垂直な入射方向を「０度」とし、平行な入射方向を「±９０度」としている。受信アレーアンテナ１５は、受信アンテナ素子１５ａ〜１５ｃ毎に受信信号Ｒの位相が制御されることにより、所望の方位範囲から反射ビームを受信することができる。

マイコン１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ、Ｉ／Ｏ等（いずれも図示せず）よりなるマイクロコンピュータを主体として構成されるとともに、Ａ／Ｄ変換器１８を介して混合器１７から取り込んだベースバンド信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を実行するための演算処理装置（例えば、ＤＳＰ（Digital SignalProcessor））を備え、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムを実行することで各種の処理を実行するものである。

マイコン１０は、まず、「−９０度」から「＋９０度」までのターゲットの検知範囲内でメインローブの放射角度を走査しつつ、送信アレーアンテナ１４から送信波を放射する（したがって、ターゲットの検知範囲が特許請求の範囲に記載の走査範囲に相当する）。この検知範囲内にターゲットが位置すると、送信アレーアンテナ１４から放射された送信波が反射され、その反射波が受信アレーアンテナ１５にて受信される。マイコン１０は、受信アレーアンテナ１５にて受信した受信信号Ｒの強度が判定閾値以上であるか否かを判定し、その強度が判定閾値以上である旨判定した場合、受信信号Ｒの位相差を用いてターゲットの方位を検知する。このように、レーダ装置１は、いわゆる電子スキャン方式を採用している。なお、このマイコン１０が特許請求の範囲に記載の対象物検知部に相当する。また、本実施の形態では、送信アレーアンテナ１４のアンテナ面と受信アレーアンテナ１５のアンテナ面は平行とされており、ターゲットの検知範囲を「−９０度」から「＋９０度」までとしている。

以下、グレーティングローブの発生原理について説明する。アレーアンテナの伝達関数であるアレーファクタＡＦは、各波源の振幅Ａｎ、アンテナ素子の素子間隔ｄ、メインローブの方位θ_０、及びアンテナ素子数Ｎを用いて、下式（１）にて表される。

なお、アレーアンテナは、メインローブ、グレーティングローブ、サイドローブ、ヌル点等を周期的に有する。このうち、グレーティングローブとは、メインローブとほぼ同じピークを有するローブであり、サイドローブとは、メインローブ及びグレーティングローブと比較して低いピークを有するローブである。これら各ローブは、アンテナ素子の素子間隔によって定まる一定の幅を有しており、本実施の形態では、ピークを含みそのピークから例えば「１０ｄＢ」低い方位範囲をメインローブとし、ピークを含みそのピークから例えば「１０ｄＢ」低い方位範囲をグレーティングローブとし、ピークを含みそのピークから例えば「５ｄＢ」低い方位範囲をサイドローブとする。ただし、「１０ｄＢ」や「５ｄＢ」等に限らず、各ローブが互いに重なり合わず識別可能な方位範囲とすればよい。また、ヌル点とは、ゲインの急激な落ち込みが生じる方位であり、ローブ間に生じる。

ここで、下式（２）に示す新たな変数ｕを定義する。また、説明の簡略化のため、Ａｎを「１」とすると、上式（１）は下式（３）として表される。

図２に、素子間隔ｄを例えば波長λと同一に設定するとともにアンテナ素子の素子数Ｎを「５」に設定した場合のアレーファクタＡＦ（ｕ）を示す。

この図２に示されるように、アレーファクタＡＦ（ｕ）は、メインローブＭＬ、第１グレーティングローブＧＬ１、及び第２グレーティングローブＧＬ２を周期「２π」にて有する。また、上式（３）には指数関数が用いられている。したがって、図２及び上式（３）から、アレーファクタＡＦ（ｕ）は変数ｕに対して周期「２π」の関数となっていることが分かる。

また、メインローブＭＬの方位θ_０を「π／４（＝４５度）」とした場合を考える。このとき、変数ｕの取り得る範囲は下式（４）にて表される。このような変数ｕの範囲を可視領域という。また、この可視領域は、図２中に矢印にて示す範囲である。

上式（２）から、変数ｕの取り得る範囲（すなわち可視領域）は素子間隔ｄが大きいほど広くなることが分かる。一方、グレーティングローブの方位θＧＬは、上式（２）の右辺が「±２πｍ（ｍ＝１，２，３，・・・）」となる方位であり、下式（５）が成立する方位である。従って、素子間隔ｄが大きいほどグレーティングローブが可視領域に入り易くなることが分かる。なお、下式（６）は、下式（５）を方位θについて解いた式である。ちなみに、メインローブの方位θＭＬは、「ｍ＝０」とした下式（５）が成立する方位である。

図３に、図２の横軸を方位θに変えたアレーファクタＡＦ（θ）を示す。なお、図３では、メインローブの方位θ_０を「π／４（＝４５度）」に設定している。

この図３に示されるように、アレーファクタＡＦ（θ）は、メインローブＭＬの方位θＭＬを「４５度」としたとき、第１グレーティングローブを方位θＧＬ１（＝「−１７度」）に有する。

以下、可視領域内においてグレーティングが発生することを抑制する抑制方法について、送信アレーアンテナをＡＴ及び受信アレーアンテナをＡＲとして説明する。

まず、特許文献１に記載の従来技術に相当する技術として、送信アレーアンテナＡＴのローブ間の方位間隔を受信アレーアンテナＡＲのローブ間の方位間隔の２倍とする場合について説明する。

具合的には、送信アレーアンテナＡＴ及び受信アレーアンテナＡＲにて使用される電波の波長をλとした場合に、例えば、送信アレーアンテナＡＴを構成する送信アンテナ素子の素子間隔Ｄｔを「波長λの２倍と同一」に設定し、且つ、受信アレーアンテナＡＲを構成する受信アンテナ素子の素子間隔Ｄｒを「波長λと同一」に設定したとする。換言すれば、送信アンテナ素子の素子間隔Ｄｔ及び受信アンテナ素子の素子間隔Ｄｒに「Ｄｔ＝Ｄｒ×２．０」との関係を設定したとする。

このように設定すると、送信アレーアンテナＡＴのメインローブＴ：ＭＬを「方位θ_０＝４５度（＝ＡＳＩＮ（１／√２））」に有するとした場合、上式（６）から、第１グレーティングローブＴ：ＧＬ１を「方位θＴＧＬ１＝１２度（＝ＡＳＩＮ（−１／４＋１／√２））」に有し、第２グレーティングローブＴ：ＧＬ２を「方位θＴＧＬ２＝−１７度（＝ＡＳＩＮ（−１＋１／√２））」に有することになる。また、受信アレーアンテナＡＲのメインローブＲ：ＭＬを「方位θ_０＝４５度（＝ＡＳＩＮ（１／√２））」に有するとした場合、上式（６）から、第１グレーティングローブＲ：ＧＬ１を「方位θＲＧＬ１＝−１７度（＝ＡＳＩＮ（−１＋１／√２））」に有することになる。したがって、送信アンテナ素子の素子間隔Ｄｔ及び受信アンテナ素子の素子間隔Ｄｒに「Ｄｔ＝Ｄｒ×２．０」との関係を設定することで、受信アレーアンテナＡＲのローブ間の方位間隔は、確かに、送信アレーアンテナＡＴのローブ間の方位間隔の「２倍」となることが分かる。なお、「ＡＳＩＮ」は正弦関数の逆関数を示す。

この従来技術に相当する技術では、「−１７度」において、送信アレーアンテナＡＴの第２グレーティングローブの方位θＴＧＬ２が、受信アレーアンテナＡＲの第１グレーティングローブθＲＧＬ１と一致するため、可視領域（−９０度〜９０度）においてグレーティングが発生する。すなわち、送受合成指向性において、送信アレーアンテナＡＴの第２グレーティングローブの方位θＴＧＬ２の感度を抑圧することができなくなり、ターゲットの誤検知を招いてしまう。

そこで、本抑制方法では、送信アレーアンテナＡＴのローブ間の方位間隔を受信アレーアンテナＡＲのローブ間の方位間隔の２倍とならないように設定する。

具体的には、送信アレーアンテナＡＴ及び受信アレーアンテナＡＲにて使用される電波の波長をλとした場合に、例えば、送信アレーアンテナＡＴを構成する送信アンテナ素子の素子間隔Ｄｔを「波長λと同一」に設定し、受信アレーアンテナＡＲを構成する受信アンテナ素子の素子間隔Ｄｒを「波長λの１．５倍と同一」に設定する。換言すれば、送信アンテナ素子の素子間隔Ｄｔ及び受信アンテナ素子の素子間隔Ｄｒに「Ｄｒ＝Ｄｔ×１．５」との関係を設定したとする。

このように設定すると、送信アレーアンテナＡＴのメインローブＴ：ＭＬを「方位θ_０＝４５度（＝ＡＳＩＮ（１／√２））」に有する場合、上式（６）から、第１グレーティングローブＴ：ＧＬ１を「方位θＴＧＬ１＝−１７度（＝ＡＳＩＮ（−１＋１／√２））」に有することになる。また、受信アレーアンテナＡＲのメインローブＲ：ＭＬを「方位θ_０＝４５度（＝ＡＳＩＮ（１／√２））」に有する場合、上式（６）から、第１グレーティングローブＲ：ＧＬ１を「方位θＲＧＬ１＝２度（＝ＡＳＩＮ（−２／３＋１／√２））」、第２グレーティングローブＲ：ＧＬ２を「方位θＲＧＬ２＝−３９度（＝ＡＳＩＮ（−４／３＋１／√２））」に有することになる。ちなみに、図４は、送信アレーアンテナＡＴの指向性及び受信アレーアンテナＡＲの指向性を破線及び実線にてそれぞれ示したものである。

したがって、送信アンテナ素子の素子間隔Ｄｔ及び受信アンテナ素子の素子間隔Ｄｒに「Ｄｔ＝Ｄｒ×１．５」との関係を設定することで、送信アレーアンテナＡＴのローブ間の方位間隔は、確かに、受信アレーアンテナＡＲのローブ間の方位間隔の「１．５倍」となる。さらに、送信アレーアンテナＡＴの第１グレーティングローブＴ：ＧＬ１の方位θＴＧＬ１は、受信アレーアンテナＡＲの第１グレーティングローブＲ：ＧＬ１の方位θＲＧＬ１の方位と第２グレーティングローブＲ：ＧＬ２の方位θＲＧＬ２の方位との中央の方位に一致することが分かる。

また、図４に実線にて示されるように、受信アレーアンテナＡＲは、第１グレーティングローブＲ：ＧＬ１及び第２グレーティングローブＲ：ＧＬ２の方位間に「３つ」のサイドローブ及び「４つ」のヌル点を有している。受信アレーアンテナＡＲは、これら「３つ」のサイドローブのうち最もピークの低いサイドローブを上記中央の方位に有している。そのため、送信アレーアンテナＡＴの第１グレーティングローブＴ：ＧＬ１は、受信アレーアンテナＡＲの最もピークの低いサイドローブによって抑圧されるようになる。したがって、送信アンテナ素子の素子間隔Ｄｔ及び受信アンテナ素子の素子間隔Ｄｒに「Ｄｔ＝Ｄｒ×１．５」との関係を設定することで、送信アレーアンテナＡＴの第１グレーティングローブの抑圧量を最大にすることができるようになる。

また、図４に破線にて示されるように、送信アレーアンテナＡＴは、メインローブＴ：ＭＬ及び第１グレーティングローブＴ：ＧＬ１の方位間に「３つ」のサイドローブ及び「４つ」のヌル点を有している。そのため、受信アレーアンテナＡＲの第１グレーティングローブＲ：ＧＬ１は、送信アレーアンテナＡＴのサイドローブ及びヌル点によって抑圧されるようになる。

同様に、送信アレーアンテナＡＴは、第１グレーティングローブＴ：ＧＬ１の方位を基準として、メインローブＴ：ＭＬから離れる方位にも、「３つ」のサイドローブ及び「３つ」のヌル点を有している。そのため、受信アレーアンテナＡＲの第２グレーティングローブＲ：ＧＬ２は、送信アレーアンテナＡＴのサイドローブ及びヌル点によって抑圧されるようになる。

したがって、送信アンテナ素子の素子間隔Ｄｔ及び受信アンテナ素子の素子間隔Ｄｒに「Ｄｔ＝Ｄｒ×１．５」との関係を設定することで、送信アレーアンテナＡＴの第１グレーティングローブＴ：ＧＬ１の抑圧量を最大にすることができるようになる。また、送信アレーアンテナＡＴのメインローブＴ：ＭＬ及び第１グレーティングローブＴ：ＧＬ１間にあるサイドローブ及びヌル点によって、受信アレーアンテナＡＲの第１グレーティングローブＲ：ＧＬ１を抑圧することができるようになる。またさらに、送信アレーアンテナＡＴの第１グレーティングローブＴ：ＧＬ１を基準としてメインローブＴ：ＭＬから離れる方位にあるサイドローブ及びヌル点によって、受信アレーアンテナＡＲの第２グレーティングローブＲ：ＧＬ２を抑圧することができるようになる。

なお、図５に、送信アレーアンテナＡＴの指向性及び受信アレーアンテナＡＲの指向性が合成された送受合成指向性を示す。この図５に示されるように、送受合成指向性は、送信アレーアンテナＡＴの第１グレーティングローブＴ：ＧＬ１の方位θＴＧＬ１と受信アレーアンテナＡＲのヌル点の方位またはサイドローブの方位とが一致し、且つ、受信アレーアンテナＡＲの第１グレーティングローブＲ：ＧＬ１の方位θＲＧＬ１及び第２グレーティングローブＲ：ＧＬ２の方位θＲＧＬ２と送信アレーアンテナＡＴのヌル点の方位またはサイドローブの方位とが一致する送受合成指向性となっている。

換言すれば、送信アレーアンテナＡＴの第１グレーティングローブＴ：ＧＬ１は、受信アレーアンテナＡＲのヌル点またはサイドローブによって「１０ｄＢ」程度抑圧されており、同様に、受信アレーアンテナＡＲの第１グレーティングローブＲ：ＧＬ１及び第２グレーティングローブＲ：ＧＬ２は、送信アレーアンテナＡＴのヌル点またはサイドローブによって「１０ｄＢ」程度抑圧されている。

ただし、送信アレーアンテナＡＴの素子間隔Ｄｔ及び受信アレーアンテナＡＲの素子間隔Ｄｒを上述のように「Ｄｒ＝Ｄｔ×１．５」に設定すると、受信アレーアンテナＡＲの図示しない第３グレーティングローブＲ：ＧＬ３の方位と送信アレーアンテナ１４の図示しない第２グレーティングローブＴ：ＧＬ２の方位とが一致する。そのため、送受合成指向性においてグレーティングローブが発生する。

このグレーティングローブの発生した方位が可視領域内に入ると、ターゲットを誤検知してしまう恐れがある。可視領域内にグレーティングローブが生じることを回避するには、送信アレーアンテナＡＴの素子間隔Ｄｔを、送信アレーアンテナ１４の第２グレーティングローブＴ：ＧＬ２が可視領域に入らない間隔とする必要がある。具体的には、下式（７）を満足するように、送信アレーアンテナＡＴの素子間隔Ｄｔを設定する必要がある。ちなみに、上式（７）は、上式（２）及び上式（５）において、メインローブの方位を可視領域の一方の端の方位、すなわち「方位θ_０＝９０度」とし、送信アレーアンテナ１４の第２グレーティングローブＴ：ＧＬ２が可視領域の他方の端に生じる条件、すなわち、「ｍ＝２」、「方位θ＝−９０度」を代入することで得られる。

上式（７）から、送信アレーアンテナＡＴの素子間隔Ｄｔを「Ｄｔ＜λ」と設定すれば、可視領域内でグレーティングが発生することを回避することができるようになる。

なお、送信アンテナ素子の素子間隔Ｄｔ及び受信アンテナ素子の素子間隔Ｄｒには「Ｄｒ＝Ｄｔ×１．５」との関係があるため、送信アレーアンテナＡＴの第１グレーティングローブＴ：ＧＬ１が受信アレーアンテナＡＲのサイドローブによって抑圧される抑圧量は最大である。

しかしながら、「Ｄｒ＝Ｄｔ×１．５」との関係に限らず、「Ｄｔ＜Ｄｒ＜Ｄｔ×２」の関係を設定してもよい。これによっても、素子間隔Ｄｔに設定された送信アレーアンテナＡＴの第１グレーティングローブＴ：ＧＬ１の方位は、素子間隔Ｄｒに設定された受信アレーアンテナＡＲの第１グレーティングローブＲ：ＧＬ１及び第２グレーティングローブＲ：ＧＬ２の方位間となるため、送信アレーアンテナＡＴの第１グレーティングローブＴ：ＧＬ１を、受信アレーアンテナＡＲのヌル点またはサイドローブによって抑圧することができる。

以上説明したグレーティングローブの抑圧手法を踏まえ、図６及び図７を参照して、本実施の形態についてさらに説明する。なお、図６は、送信アレーアンテナ１４の指向性及び受信アレーアンテナ１５の指向性を実線及び破線にてそれぞれ示す図であり、図７は、これら送信アレーアンテナ１４の指向性及び受信アレーアンテナ１５の指向性が合成された送受合成指向性を示す図である。

本実施の形態では、送信アンテナ素子１４ａ〜１４ｅの素子間隔Ｄｔ及び受信アンテナ素子１５ａ〜１５ｃの素子間隔Ｄｒには「素子間隔Ｄｒ＝素子間隔Ｄｔ×１．５」との関係を設定した。

これにより、図６に示されるように、送信アレーアンテナ１４の第１グレーティングローブＴ：ＧＬ１の方位θＴＧＬ１は、受信アレーアンテナ１５の第１グレーティングローブＲ：ＧＬ１の方位θＲＧＬ１及び第２グレーティングローブＲ：ＧＬ２の方位θＲＧＬ２との間の方位となる。

すなわち、送信アレーアンテナ１４の第１グレーティングローブＴ：ＧＬ１の方位θＴＧＬ１と受信アレーアンテナＡＲのヌル点の方位またはサイドローブの方位とが一致し、且つ、受信アレーアンテナ１５の第１グレーティングローブＲ：ＧＬ１の方位θＲＧＬ１及び第２グレーティングローブＲ：ＧＬ２の方位θＲＧＬ２と送信アレーアンテナＡＴのヌル点の方位またはサイドローブの方位とが一致するようになる。

そして、送受合成指向性では、図７に示されるように、送信アレーアンテナ１４の第１グレーティングローブＴ：ＧＬ１が受信アレーアンテナＡＲのヌル点またはサイドローブによって「１０ｄＢ」程度抑圧され、同様に、受信アレーアンテナ１５の第１グレーティングローブＲ：ＧＬ１及び第２グレーティングローブＲ：ＧＬ２は、送信アレーアンテナ１４のヌル点またはサイドローブによって「１０ｄＢ」程度抑圧されるようになる。

また、本実施の形態では、当該レーダ装置１にて使用される電波の波長をλとした場合に、送信アンテナ素子１４ａ〜１４ｅの素子間隔Ｄｔを波長λの「０．９倍」に設定し、受信アンテナ素子１５ａ〜１５ｃの素子間隔Ｄｒを波長λの「１．３５倍」に設定した。これにより、上述した「素子間隔Ｄｔ＜波長λ」を満足するため、可視領域（±９０度）内でグレーティングが発生することが回避されるようになる。

なお、背景技術の欄に記載した特許文献１に記載の技術では、グレーティングが可視領域（±９０度）内で発生しないようにするには、素子間隔Ｄｔを波長λの「２分の１」以下に設定しなければならなかったが、本実施の形態では、素子間隔Ｄｔが波長λより小さければ、素子間隔Ｄｔを２分の１よりも広く設定することができるので、送信アレーアンテナ１５をより容易に構成することができるようになる。

ちなみに、レーダ装置１の送信側移相器１３及び受信側移相器１６が特許請求の範囲に記載の送信側指向性制御部及び受信側指向性制御部にそれぞれ相当する。

なお、本発明に係るレーダ装置１は、上記実施の形態にて例示した構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々に変形して実施することが可能である。すなわち、上記実施の形態を適宜変更した例えば次の形態として実施することもできる。

上記実施の形態では、送信アレーアンテナ１４は、「５個」の送信アンテナ素子１４ａ〜１４ｅを有して構成されていたが、送信アンテナ素子の数はこれに限らない。送信アンテナ素子の数については、必要に応じて増減してよい。同様に、上記実施の形態では、受信アレーアンテナ１５は、「３個」の受信アンテナ素子１５ａ〜１５ｃを有して構成されていたが、受信アンテナ素子の数はこれに限らない。受信アンテナ素子の数については、必要に応じて増減してよい。

上記実施の形態では、送信側移相器１３は、送信アンテナ素子１４ａ〜１４ｅに入力される複数の送信信号Ｓの位相量をそれぞれ設定することで送信アレーアンテナ１４の指向性を設定していたが、送信アレーアンテナ１４を構成する複数の送信アンテナ素子１４ａ〜１４ｅすべての位相量を設定しなくてもよい。例えば、図１に対応する図として図８に示すレーダ装置１ａのように、送信アンテナ素子１４ａ〜１４ｅのうち、送信アンテナ素子１４ａの位相量を基準として、他の送信アンテナ素子１４ｂ〜１４ｅの位相量を設定してもよい。ちなみに、この場合、送信アンテナ素子１４ａの位相を制御する必要がないことから、送信側移相器１３ａは送信アンテナ素子１４ａに対し移相器を有していない。このように、複数の送信アンテナ素子１４ａ〜１４ｅの少なくとも一部の素子の位相を制御することでも、送信アレーアンテナ１４の指向性を制御することはできる。

上記実施の形態では、受信側移相器１６は、受信アンテナ素子１５ａ〜１５ｃに入力される複数の受信信号Ｒの位相量をそれぞれ設定することで受信アレーアンテナ１５の指向性を設定していたが、受信アレーアンテナ１５を構成する複数の受信アンテナ素子１５ａ〜１５ｃすべての位相量を設定しなくてもよい。例えば、図１に対応する図として図８に示すレーダ装置１ａのように、受信アンテナ素子１５ａ〜１５ｃのうち、受信アンテナ素子１５ａの位相量を基準として、他の受信アンテナ素子１５ｂ及び１５ｃの位相量を設定してもよい。ちなみに、この場合、受信アンテナ素子１５ａの位相を制御する必要がないことから、受信側移相器１６ａは受信アンテナ素子１５ａに対し移相器を有していない。このように、複数の受信アンテナ素子１５ａ〜１５ｃの少なくとも一部の素子の位相を制御することでも、受信アレーアンテナ１５の指向性を制御することはできる。

また、受信アレーアンテナ１５の指向性を制御するにあたり、受信側移相器１６ａを用いることにも限らない。他に例えば、図１及び図８に対応する図として、図９に示すレーダ装置１ｂのように、受信アレーアンテナ１５の指向性を制御するにあたり、切替スイッチ１６ｂを用いて周知のＤＢＦ(Digital BeamForming)等のデジタル処理を行ってもよい。これによっても、受信アレーアンテナ１５の指向性を制御することができる。

さらに、送信アレーアンテナ１４の指向性を制御するにあたり、送信側移相器１３ａを用いることにも限らない。他に例えば、図１、図８、及び図９に対応する図として、図１０に示すレーダ装置１ｃのように、送信アレーアンテナ１４の指向性を制御するにあたり、周知のバトラーマトリクス等の位相回路網１３１及び切替スイッチ１３２を用いてもよい。詳しくは、送信アレーアンテナ１４が５種類の指向性を有するように位相回路網１３１を構成し、その５種類の指向性を切替スイッチ１３２にて切り替える。さらに、受信アレーアンテナ１５が送信アレーアンテナ１４の５種類の指向性に対応する指向性を有するように、切替スイッチ１６ｂを構成してもよい。これによっても、送信アレーアンテナ１４の指向性を制御することができる。

上記実施の形態では、送信アレーアンテナ１４は、複数の送信アンテナ素子が平面上に配列された平面アンテナとして構成されていたが、これに限らない。送信アレーアンテナ１４は、アレーアンテナであればよく、複数の送信アンテナ素子が平面上に配列されていなくてもよい。同様に、上記実施の形態では、受信アレーアンテナ１５は、複数の受信アンテナ素子が平面上に配列された平面アンテナとして構成されていたが、これに限らない。受信アレーアンテナ１５は、アレーアンテナであればよく、複数の受信アンテナ素子が平面上に配列されていなくてもよい。

上記実施の形態では、送信アンテナ素子１４ａ〜１４ｅの素子間隔Ｄｔ及び受信アンテナ素子１５ａ〜１５ｃの素子間隔Ｄｒには「素子間隔Ｄｒ＝素子間隔Ｄｔ×１．５」との関係を設定したが、これに限らず、「素子間隔Ｄｔ＜素子間隔Ｄｒ＜素子間隔Ｄｔ×２」との関係が設定されていればよい。

上実施の形態では、当該レーダ装置１にて使用される電波の波長をλとした場合に、送信アンテナ素子１４ａ〜１４ｅの素子間隔Ｄｔが波長λの「０．９倍」に設定されていたが、これに限らず、素子間隔Ｄｔを波長λの「０．９９倍」や「０．５倍」に設定してもよい。要は、「素子間隔Ｄｔ＜波長λ」に設定されていればよい。

上記実施の形態では、送信アレーアンテナ１４及び受信アレーアンテナ１５の走査範囲を「±９０度」と設定していたため、「素子間隔Ｄｔ＜波長λ」に設定されていたが、走査範囲を「±９０度」に設定しなくてもよい。送信アレーアンテナ１４及び受信アレーアンテナ１５の走査範囲を「±θ」とした場合、「素子間隔Ｄｔ＜波長λ／ｓｉｎθ」に設定すればよい。

上記実施の形態では、便宜上、送信アレーアンテナ１４から放射されるメインローブの方位を「４５度」に固定して説明したが、「−９０度」から「９０度」まで、送信アレーアンテナ１４のメインローブを走査することは可能であり、送信アレーアンテナ１４のメインローブの方位に、受信アレーアンテナ１５のヌル点及びサイドローブの方位を追従させることが可能である。

１…レーダ装置、１０…マイクロコンピュータ（対象物検知部）、１１…発振器、１２…電力分配器、１３、１３ａ…送信側移相器（送信側指向性制御部、指向性制御部）、１４…送信アレーアンテナ、１４ａ〜１４ｅ…送信アンテナ素子、１５…受信アレーアンテナ、１５ａ〜１５ｃ…受信アンテナ素子、１６、１６ａ…受信側移相器（受信側指向性制御部、指向性制御部）、１６ｂ…切替スイッチ、１７…混合器、１８…Ａ／Ｄ変換器、１３１…移相回路網、１３２…切替スイッチ

Claims (6)

1. 複数の送信アンテナ素子からなる送信アレーアンテナと、
   これら複数の送信アンテナ素子の少なくとも一部の素子の位相を制御することにより、前記送信アレーアンテナの指向性を制御する送信側指向性制御部と、
   複数の受信アンテナ素子からなる受信アレーアンテナと、
   これら複数の受信アンテナ素子の少なくとも一部の素子の位相を制御することにより、前記受信アレーアンテナの指向性を制御する受信側指向性制御部とを備えるアレーアンテナ装置であって、
   前記送信アレーアンテナ及び前記受信アレーアンテナのうち、一方のグレーティングローブの方位と他方のヌル点の方位またはサイドローブの一部とが一致し、且つ、他方のグレーティングローブの方位と一方のヌル点の方位またはサイドローブの一部とが一致する送受合成指向性を有し、この送受合成指向性にて走査範囲を走査することを特徴とするアレーアンテナ装置。
2. 請求項１に記載のアレーアンテナ装置において、
   前記複数の送信アンテナ素子及び前記複数の受信アンテナ素子のうち、一方の素子間隔Ｄｔ及び他方の素子間隔Ｄｒは、当該アレーアンテナ装置にて使用する電波の波長をλとし、前記送信アレーアンテナ及び前記受信アレーアンテナの前記走査範囲を「±θ」とした場合に、「Ｄｔ＜Ｄｒ＜Ｄｔ×２」、且つ、「Ｄｔ＜λ／ｓｉｎθ」に設定されていることを特徴とするアレーアンテナ装置。
3. 請求項２に記載のアレーアンテナ装置において、
   前記走査範囲を「±９０度」とした場合に、前記素子間隔Ｄｔ及び前記素子間隔Ｄｒは、「Ｄｒ＝Ｄｔ×１．５」、且つ、「Ｄｔ＜λ」に設定されていることを特徴とするアレーアンテナ装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のアレーアンテナ装置において、
   前記受信アレーアンテナの少なくとも一部の素子の位相を制御するための移相器をさらに備え、
   前記受信側指向性制御部は、前記移相器を用いて前記受信アレーアンテナの指向性を制御することを特徴とするアレーアンテナ装置。
5. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のアレーアンテナ装置において、
   前記受信アレーアンテナの少なくとも一部の素子の位相を制御するための切替スイッチをさらに備え、
   前記受信側指向性制御部は、前記切替スイッチを用いて前記受信アレーアンテナの指向性を制御することを特徴とするアレーアンテナ装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のアレーアンテナ装置と、
   前記送信アレーアンテナから送信された電波が対象物によって反射され、前記受信アレーアンテナによって受信された受信信号に基づいて、対象物を検知する対象物検知部とを備えることを特徴とするレーダ装置。

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