JP2012120144A - アレーアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】素子アンテナが波長の数倍から数十倍の間隔で配置されていても全てのグレーティングローブを十分に抑圧するアレーアンテナ装置を得る。
【解決手段】アレーアンテナ装置は、複数の素子アンテナを等間隔かつ一直線上に配置して構成される送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナを備え、互いに素な整数をＭ、Ｎとし、受信アレーアンテナの素子アンテナは、素子アンテナのアレー素子パターンにおける第１ヌル発生角近傍に、受信アレーアンテナのアレーファクタの第Ｍグレーティングローブを有するよう、整数Ｍに波長を乗算し第１ヌル発生角で除算した商で配置され、送信アレーアンテナの素子アンテナは、送信アレーアンテナのアレーファクタの第Ｎグレーティングローブの発生角度が第Ｍグレーティングローブの発生角と一致するよう、整数Ｎに受信アレーアンテナの素子アンテナの間隔を乗算し整数Ｍで除算した商からなる間隔で配置される。
【選択図】図１

Description

この発明は、レーダ装置に備えられる送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナから構成されるアレーアンテナ装置に関し、特に送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナを構成する素子アンテナが波長に対して十分広い間隔で配列されるアレーアンテナ装置に関するものである。

アレーアンテナ装置において、素子アンテナの配列間隔ｄが波長λよりも大きい場合、アレーアンテナ装置の指向角度θが−π／２を超え、π／２未満の可視領域内にグレーティングローブが発生する。グレーティングローブが発生する指向角度θ_ｇは、ビーム走査角度θ_ｓと零を除く整数ｋを用いてθ_ｇ＝ｓｉｎ^−１（ｋλ／ｄ＋ｓｉｎθ_ｓ）で表される。

送信アレーアンテナと受信アレーアンテナを備えるレーダ装置では、送信アレーパターンと受信アレーパターンの積パターンで装置の特性が決定される。送信アレーパターンにおけるグレーティングローブ発生角度θ_ｇｔと受信アレーパターンにおけるグレーティングローブ発生角度θ_ｇｒとが近い位置にある場合、積パターンにおいて高レベルのグレーティングローブが発生する。この場合、目標からのレーダ反射波をメインローブ方向で受信したか、グレーティングローブ方向で受信したかの区別が曖昧になり、目標が存在する方向を誤検出する問題が生じる。

このように、可視領域内の高レベルのグレーティングローブの存在は、レーダ装置の性能の悪化を招く。そこで、グレーティングローブを可視領域内に発生させないためには、素子間隔ｄをλに対して十分小さくすれば良い。
しかし、素子アンテナや送受信モジュールの物理寸法がλに対して非常に大きい場合や、コスト低減のため素子アンテナ及び送受信モジュールを間引く必要がある場合など、ｄがλよりも大きくならざるを得ない場合がある。

これらのような場合、積パターンにおけるグレーティングローブレベルを抑圧する手法として、送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの素子アンテナを互いに異なる間隔で配列し、送信アレーパターン及び受信アレーパターンのグレーティングローブ発生角度を違える手法が一般的に知られている。
また、積パターンのグレーティングローブレベルを効果的に抑圧する手法として、受信パターンのグレーティングローブ発生角度において、送信パターンの相対電力が落ち込んだ形状とする手法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−２３１０４０号公報

ところで、近年のレーダ装置において、目標探知能力の向上及び運用の柔軟性を得るため、複数の素子アンテナまたはサブアレーアンテナを波長の数倍から数十倍の間隔で配置し、それらのパターンを合成する手法が盛んに検討されている。送信素子アンテナ及び受信素子アンテナ間隔が波長の数十倍となる規模のアレーアンテナ装置では、送信アレーパターン及び受信アレーパターンにおいて、可視領域内に高レベルのグレーティングローブが非常に密な間隔で多数発生する。そのため、送信アレーパターン及び受信アレーパターンの積パターンにおいて、高レベルのグレーティングローブが発生し、レーダ装置の探知性能が悪化する問題がある。

レーダ装置の探知性能改善のため、積パターンにおけるグレーティングローブのレベルを抑圧する必要がある。しかしながら、送信アレーパターン及び受信アレーパターンにおけるグレーティングローブが非常に密な間隔で多数存在している場合、それらの発生角度を違える従来の抑圧手法では、全てのグレーティングローブを十分に抑圧することができないという課題がある。

この発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、素子アンテナが波長の数倍から数十倍の間隔で配置されていても全てのグレーティングローブを十分に抑圧するアレーアンテナ装置を得ることを目的とする。

この発明に係るアレーアンテナ装置は、複数の素子アンテナを等間隔かつ一直線上に配置して構成される送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナを備えるアレーアンテナ装置において、互いに素な整数をＭ、Ｎとし、前記受信アレーアンテナの素子アンテナは、前記素子アンテナのアレー素子パターンにおける第１ヌル発生角近傍に、前記受信アレーアンテナのアレーファクタにおける第Ｍグレーティングローブを有するよう、前記整数Ｍに波長を乗算し前記第１ヌル発生角で除算した商からなる間隔で配置され、前記送信アレーアンテナの素子アンテナは、前記送信アレーアンテナのアレーファクタにおける第Ｎグレーティングローブの発生角度が前記第Ｍグレーティングローブの発生角度と一致するよう、前記整数Ｎに前記受信アレーアンテナの素子アンテナの間隔を乗算し前記整数Ｍで除算した商からなる間隔で配置される。

また、複数のサブアレーアンテナを等間隔かつ一直線上に配置して構成する送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナを備えるアレーアンテナ装置において、サブアレーパターンがグレーティングローブを有し、互いに素な整数をＭ、Ｎとし、零を除く整数をｋとし、前記受信アレーアンテナのアレーファクタにおける第ｋＭグレーティングローブの発生角度と第（ｋ＋１）Ｍグレーティングローブの発生角度の中間に前記サブアレーパターンの第１グレーティングローブが発生するよう、受信サブアレーは前記整数Ｍに（ｋ＋１／２）と波長を乗算し、前記サブアレーパターンの第１グレーティングローブ発生角度で除算した商からなる間隔で配置され、送信サブアレーは、前記送信アレーアンテナの第Ｎグレーティングローブの発生角度が前記受信アレーアンテナの第Ｍグレーティングローブの発生角度と一致するよう、前記整数Ｎに前記受信サブアレーの間隔を乗算し前記整数Ｍで除算した商からなる間隔で配置される。

この発明に係るアレーアンテナ装置は、送信アレーパターンと受信アレーパターンにおける一部のグレーティングローブを除き発生角度を違え、且つ、グレーティングローブの重なる角度をアレー素子パターンにおけるヌル発生角度に合わせる、またはサブアレーパターンにおけるグレーティングローブが発生する角度範囲外とすることで、送受積パターンにおける可視領域内のグレーティングローブレベルを十分に抑圧した探知性能の良いレーダ装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１におけるアレーアンテナ素子の配列の一例を示した模式図である。 図１の受信アレーアンテナにおけるアレーファクタを示した図である。 図１の送信アレーアンテナにおけるアレーファクタを示した図である。 図１の送信及び受信アレーアンテナにおけるアレーファクタの積を示した図である。 図１の素子アンテナにおけるアレー素子パターンを示した図である。 図１の送信及び受信アレーアンテナにおけるアレーパターンの積を示した図である。 本発明の実施の形態２におけるサブアレーの構成と配列の一例を示した模式図である。 本発明の実施の形態３におけるアレーアンテナ素子の配列の一例を示した模式図である。 図８の受信アレーアンテナにおけるアレーファクタを示した図である。 図８の送信アレーアンテナにおけるアレーファクタを示した図である。 図８の送信及び受信アレーアンテナにおけるアレーファクタの積を示した図である。 図８の素子アンテナにおけるアレー素子パターンを示した図である。 図８の送信及び受信アレーアンテナにおけるアレーパターンの積を示した図である。 本発明の実施の形態６に係るアレーアンテナ装置の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナのそれぞれのサブアレーの、Ｍ＝５、Ｎ＝３の場合の配列の一例を示した模式図である。 サブアレーのそれぞれを構成する素子アンテナの配列の一例を示した模式図である。 図１４の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナを備えるレーダ装置におけるサブアレーパターンを示した図である。 図１４の受信アレーアンテナのアレーファクタを示す図である。 図１４の送信アレーアンテナのアレーファクタを示す図である。 図１７で示した受信アレーアンテナのアレーファクタと図１８で示した送信アレーアンテナのアレーファクタを積算した結果を示す図である。 送信アレーパターンと受信アレーパターンの積パターンを示す図である。 本発明の実施の形態７に係るアレーアンテナ装置の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナのそれぞれのサブアレーのサブアレーパターンを示す図である。 本発明の実施の形態７に係る受信アレーアンテナのアレーファクタを示す図である。 本発明の実施の形態７に係る送信アレーアンテナのアレーファクタを示す図である。 図２２で示した受信アレーアンテナのアレーファクタと図２３で示した送信アレーアンテナのアレーファクタとを積算した結果を示す図である。 送信アレーパターンと受信アレーパターンの積パターンを示す。

以下、本発明のアレーアンテナ装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るアレーアンテナ装置の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナのそれぞれの素子アンテナの配列の一例を示した模式図である。
本発明の実施の形態１に係るアレーアンテナ装置は、図１に示すように、受信アレーアンテナの素子アンテナ１ａ、１ｂ、１ｃ、・・・及び送信アレーアンテナの素子アンテナ２ａ、２ｂ、２ｃ、・・・を備えている。

受信アレーアンテナの素子アンテナ１ａ、１ｂ、１ｃ、・・・は、間隔ｄ_ｒで等間隔かつ一直線上に配列されている。また、送信アレーアンテナの素子アンテナ２ａ、２ｂ、２ｃ、・・・は間隔ｄ_ｔで等間隔かつ一直線上に配列されている。そして、受信アレーアンテナの素子アンテナ１ａ、１ｂ、１ｃ、・・・と送信アレーアンテナの素子アンテナ２ａ、２ｂ、２ｃ、・・・は並列に配列されている。
間隔ｄ_ｔと間隔ｄ_ｒは、互いに素な正数Ｍ、Ｎを用いて関係式（１）で表される。Ｍ＝５、Ｎ＝３の場合を一例として図１に示す。

ｄ_ｔ＝Ｎ×ｄ_ｒ÷Ｍ （１）

素子アンテナが等間隔かつ一直線上に配列されたアレーアンテナのアレーファクタにおいて、グレーティングローブが発生する角度θ_ｇは、素子アンテナの配列間隔ｄ、ビーム走査角度θ_Ｓおよび零を除く整数ｋを用いると、導出式（２）で表される。特に間隔ｄがｋλに対して非常に大きい場合、導出式（３）で近似できる。

θ_ｇ＝ｓｉｎ^−１（ｋλ／ｄ＋ｓｉｎθ_ｓ） （２）
θ_ｇ＝ｋλ＋θ_ｓ （３）

図１における受信アレーアンテナのアレーファクタを図２に、送信アレーアンテナのアレーファクタを図３に示す。
間隔ｄ_ｔと間隔ｄ_ｒの関係式（１）及びθ_ｇの導出式（２）、（３）より、送信アレーアンテナのアレーファクタの第１グレーティングローブは、受信アレーアンテナのアレーファクタの第１グレーティングローブと第２グレーティングローブの間に存在する。
送信アレーアンテナのアレーファクタの第２グレーティングローブは、受信アレーアンテナのアレーファクタの第３グレーティングローブと第４グレーティングローブの間に存在する。
また、送信アレーアンテナのアレーファクタの第３グレーティングローブは、受信アレーアンテナのアレーファクタの第５グレーティングローブと同じ角度に存在する。正の整数ｍを用いると、送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナのアレーファクタのグレーティングローブが重なる重畳角度±θ_０ｍは、式（４）で表される。

θ_０ｍ＝ｍＭλ／ｄ_ｒ＝ｍＮλ／ｄ_ｔ （４）

図４に、図２に示した受信アレーアンテナのアレーファクタと図３に示した送信アレーアンテナのアレーファクタとを積算した結果を示す。重畳角度±θ_０に、高レベルのグレーティングローブが残存する。

そして、送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナのアレー素子パターンのヌル発生角度が、式（４）で表される重畳角度±θ_０ｍと同一又は十分に近い値となるように設定する。
図５は、ｍ＝１、Ｍ＝５、Ｎ＝３の場合の重畳角度±θ_０１において第１ヌルが発生するアレー素子パターンの一例を示す。

図６に、以上の条件を全て満たす送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナを備えるレーダ装置における、送信アレーパターンと受信アレーパターンの積パターンを示す。
図６では、ｍ＝１、Ｍ＝５、Ｎ＝３の場合の重畳角度θ_０１に存在するグレーティングローブレベルが大きく抑圧され、またメインローブの周囲に存在する他のグレーティングローブについてもレベルが十分抑圧されており、本発明によって素子間隔を決定した送信及び受信アレーアンテナを備えるレーダ装置は、高い探知性能を有することができる。

実施の形態２．
図７（ａ）は、本発明の実施の形態２に係るアレーアンテナ装置の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナのそれぞれのサブアレーの配列の一例を示した模式図である。図７（ｂ）は、サブアレーのそれぞれの素子アンテナの配列の一例を示した模式図である。
本発明の実施の形態２に係るアレーアンテナ装置は、受信サブアレー１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、・・・から構成される受信アレーアンテナ及び送信サブアレー２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、・・・から構成される送信アレーアンテナを備える。
受信サブアレー１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、・・・は、間隔ｄ_ｒで等間隔かつ一直線上に配列されている。また、送信サブアレー２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、・・・は間隔ｄ_ｔで等間隔かつ一直線上に配列されている。そして、受信サブアレー１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、・・・と送信サブアレー２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、・・・は並列に配列されている。

受信アレーアンテナのアレーファクタの特定のグレーティングローブと送信アレーアンテナのアレーファクタの特定のグレーティングローブが重なる重畳角度±θ_０ｍは式（４）で表される。

各受信サブアレー１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、・・・と各送信サブアレー２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、・・・は、すべて同じく複数の素子アンテナ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、・・・から構成され、素子アンテナ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、・・・は、間隔ｄ_ｓで等間隔かつ一直線上に配列されている。素子アンテナ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、・・・は、受信サブアレー１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、・・・及び送信サブアレー２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、・・・と並列に配列されている。

サブアレーのアレー素子パターンの第１ヌル発生角度±θ_０１は、素子数Ｎ_ｓ、素子間隔ｄ_ｓとすると、式（５）で表される。

θ_０１＝λ／（Ｎ_ｓ×ｄ_ｓ） （５）

そこで、第１ヌル発生角度±θ_０１が重畳角度±θ_０ｍと同一または十分に近い値になるように素子数Ｎ_ｓや素子間隔ｄ_ｓを調整する。
また、実施の形態１のように受信アレーアンテナの間隔ｄ_ｒや送信アレーアンテナの間隔ｄ_ｔを調整して、第１ヌル発生角度±θ_０１が重畳角度±θ_０ｍと同一または十分に近い値になるようにしても良い。
なお、上述の受信アレーアンテナと送信アレーアンテナはともにサブアレーにより構成しているが、一方だけをサブアレーで構成しても良い。

本発明の実施の形態２に係るアレーアンテナ装置は、上述の実施の形態１に係るアレーアンテナ装置と同じ効果を奏するとともに、受信アレーアンテナまたは送信アレーアンテナの一方または両方をサブアレーで構成し、そのサブアレーを複数の素子アンテナで構成することにより、アレー素子パターンの第１ヌル発生角度±θ_０１を独自に調整できるため、送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの素子間隔の設計自由度が増す。

実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３に係るアレーアンテナ装置の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナのそれぞれの素子アンテナの配列の一例を示した模式図である。
本発明の実施の形態３に係るアレーアンテナ装置は、図８に示すように、受信アレーアンテナの素子アンテナ１ａ、１ｂ、１ｃ、・・・及び送信アレーアンテナの素子アンテナ２ａ、２ｂ、２ｃ、・・・を備えている。

受信アレーアンテナの素子アンテナ１ａ、１ｂ、１ｃ、・・・は、間隔ｄ_ｒ ^’で等間隔かつ一直線上に配列されている。また、送信アレーアンテナの素子アンテナ２ａ、２ｂ、２ｃ、・・・は間隔ｄ_ｔ ^’で等間隔かつ一直線上に配列されている。そして、受信アレーアンテナの素子アンテナ１ａ、１ｂ、１ｃ、・・・と送信アレーアンテナの素子アンテナ２ａ、２ｂ、２ｃ、・・・は並列に配列されている。

間隔ｄ_ｔ ^’と間隔ｄ_ｒ ^’は、式（６）で表される関係にある。この実施の形態３は実施の形態１の中の一例であり、正の整数ｎを用いると、Ｍ＝（２ｎ−１）、Ｎ＝２の場合である。ｎ＝３の場合を一例として図８に示す。

ｄ_ｔ ^’＝（２ｎ−１）ｄ_ｒ ^’／２ （６）

図８における受信アレーアンテナのアレーファクタの一例を図９に、送信アレーアンテナのアレーファクタの一例を図１０に示す。
送信アレーアンテナのアレーファクタの第１グレーティングローブは、間隔ｄ_ｔ ^’と間隔ｄ_ｒ ^’の関係式（６）及びθ_ｇの導出式（２）より、受信アレーアンテナのアレーファクタの第２グレーティングローブと第３グレーティングローブの中間に存在する。
また、送信アレーアンテナのアレーファクタの第２グレーティングローブは、受信アレーアンテナのアレーファクタの第５グレーティングローブと同じ角度に存在する。送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナのアレーファクタのグレーティングローブが重なる重畳角度±θ_０ｍは、整数ｍを用いて、式（７）で表される。

θ_０ｍ＝ｍ（２ｎ−１）λ／ｄ_ｒ ^’＝２ｍλ／ｄ_ｔ ^’ （７）

図１１に、図９に示した受信アレーアンテナのアレーファクタと図１０に示した送信アレーアンテナのアレーファクタとを積算した結果を示す。
このように、関係式（６）を満足する間隔ｄ_ｔ ^’と間隔ｄ_ｒ ^’で送信アレーアンテナと受信アレーアンテナを配列することにより、送信アレーアンテナのアレーファクタの第１グレーティングローブレベルを最も大きく抑制することができる。特にグレーティングローブ幅が広い場合に有効である。
但し、ｍ＝１の場合の重畳角度θ_０１には、実施の形態１と同様、高レベルのグレーティングローブが残存する。

そこで、重畳角度θ_０ｍを送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナのアレー素子パターンのヌル発生角度と同一、または十分近い値になるように間隔ｄ_ｔ ^’と間隔ｄ_ｒ ^’を設定する。
図１２に、ｍ＝１且つｎ＝３の場合の重畳角度θ_０１において第１ヌルが発生するアレー素子パターンの一例を示す。

図１３に、以上の条件を全て満たす送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナを備えるレーダ装置における、送信アレーパターンと受信アレーパターンの積パターンを示す。 図１３では、図１１に示したθ_０１＝±５λ／ｄ_ｒ ^’＝±２λ／ｄ_ｔ ^’の角度に存在するグレーティングローブレベルが大きく抑圧され、さらにメインローブの周囲に存在する他のグレーティングローブについてもレベルが十分に抑圧されている。
本発明によって素子間隔を決定した送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナを備えるレーダ装置は、高い探知性能を有することができる。

実施の形態４．
本発明の実施の形態１に係るアレーアンテナ装置では送信アレーアンテナと受信アレーアンテナのアレー素子パターンの第１ヌル発生角に対して十分近い角度に送信アレーファクタ及び受信アレーファクタのグレーティングローブが発生しているのに対して、本発明の実施の形態４に係るアレーアンテナ装置では送信アレーアンテナと受信アレーアンテナのアレー素子パターンの第１ヌル発生角に対して広角側の角度に送信アレーファクタ及び受信アレーファクタのグレーティングローブが発生している。

すなわち、送信アレーアンテナと受信アレーアンテナのアレー素子パターンの第１ヌル発生角をθ_０１、第１ヌル発生角θ_０１に対して広角側の角度θ_０、受信アレーアンテナの素子アンテナの間隔をｄ_ｒ、送信アレーアンテナの素子アンテナの間隔をｄ_ｔ、２つの整数をＭ、Ｎ、波長をλとし、間隔ｄ_ｒがｄ_ｒ＝Ｍλ／θ_０＜Ｍλ／θ_０１の関係を、且つ、間隔ｄ_ｔがｄ_ｔ＝Ｎ×ｄ_ｒ／Ｍの関係を満たすように設定されている。

このように、本発明の実施の形態４に係るアレーアンテナ装置は、第１ヌル発生角に対して十分遠い角度に送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナのアレーファクタのグレーティングローブが発生し、素子アンテナパターンのサイドローブレベルを十分低くすることにより、送信アレーパターンと受信アレーパターンの積パターンにおける全てのグレーティングローブレベルを抑圧することができ、高い探知性能を備えたレーダ装置が得られる。
そして、実施の形態１または２に係るアレーアンテナ装置と比べて送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの素子アンテナの配列設計自由度が増す。

なお、実施の形態４の送信アレーアンテナと受信アレーアンテナの素子アンテナの代りに、複数の素子アンテナから構成されるサブアレーから送信アレーアンテナと受信アレーアンテナが構成されている場合にも、上述の技術思想を適用することができる。
すなわち、送信アレーアンテナと受信アレーアンテナのサブアレーの第１ヌル発生角に対して十分遠い角度に送信アレーファクタ及び受信アレーファクタのグレーティングローブを発生すれば良い。

実施の形態５．
本発明の実施の形態３に係るアレーアンテナ装置では送信アレーアンテナと受信アレーアンテナのアレー素子パターンの第１ヌル発生角に対して十分近い角度に送信アレーファクタ及び受信アレーファクタのグレーティングローブが発生しているのに対して、本発明の実施の形態５に係るアレーアンテナ装置では送信アレーアンテナと受信アレーアンテナのアレー素子パターンの第１ヌル発生角に対して広角側の角度に送信アレーファクタ及び受信アレーファクタのグレーティングローブが発生している。

すなわち、送信アレーアンテナと受信アレーアンテナのアレー素子パターンの第１ヌル発生角をθ_０１、第１ヌル発生角θ_０１に対して広角側の角度θ_０、受信アレーアンテナの素子アンテナの間隔をｄ_ｒ ^’、送信アレーアンテナの素子アンテナの間隔をｄ_ｔ ^’、整数をｎ、波長をλとし、間隔ｄ_ｒ ^’がｄ_ｒ ^’＝２λ／θ_０＜２λ／θ_０１の関係を、且つ、間隔ｄ_ｔ ^’がｄ_ｔ ^’＝（２ｎ−１）×ｄ_ｒ ^’／２の関係を満たすように設定されている。

このように、本発明の実施の形態５に係るアレーアンテナ装置は、第１ヌル発生角に対して十分遠い角度に送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナのアレーファクタのグレーティングローブが発生し、素子アンテナパターンのサイドローブレベルを十分低くすることにより、送信アレーパターンと受信アレーパターンの積パターンにおける全てのグレーティングローブレベルを抑圧することができ、高い探知性能を備えたレーダ装置が得られる。
そして、実施の形態３に係るアレーアンテナ装置と比べて送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの素子アンテナの配列設計自由度が増す。

なお、実施の形態５の送信アレーアンテナと受信アレーアンテナの素子アンテナの代りに、複数の素子アンテナから構成されるサブアレーから送信アレーアンテナと受信アレーアンテナが構成されている場合にも、上述の技術思想を適用することができる。
すなわち、送信アレーアンテナと受信アレーアンテナのサブアレーの第１ヌル発生角に対して十分遠い角度に送信アレーファクタ及び受信アレーファクタのグレーティングローブを発生すれば良い。

実施の形態６．
本発明の実施の形態２に係るアレーアンテナ装置では、サブアレーアンテナを構成するアンテナ素子の間隔ｄ_Ｓが波長λに対して十分狭く、サブアレーパターンにグレーティングローブを生じないのに対し、本発明の実施の形態６に係るアレーアンテナ装置では、アンテナ素子の間隔ｄＳ’’が大きく、サブアレーパターンにグレーティングローブを生じる。
サブアレーパターンの第１グレーティングローブ発生角度θ_ｇＳは、サブアレーを構成するアンテナ素子の間隔ｄＳ’’を用いて式（８）で表される。

θ_ｇＳ＝ｓｉｎ^−１（λ／ｄ_Ｓ’’） （８）

互いに素な整数Ｍ、Ｎ、零を除く整数ｋ、受信サブアレー間隔ｄ_Ｒ’’を用いて、受信アレーアンテナのアレーファクタにおける第ｋＭグレーティングローブの発生角度はθ_ｇｋＭ＝ｓｉｎ^−１（ｋＭλ／ｄ_Ｒ’’）、第（ｋ＋１）Ｍグレーティングローブの発生角度はθ_{ｇ（ｋ＋１）Ｍ}＝ｓｉｎ^−１（（ｋ＋１）Ｍλ／ｄ_Ｒ’’）であり、θ_ｇｋＭとθ_{ｇ（ｋ＋１）Ｍ}の中間にθ_ｇＳが存在する場合、受信サブアレー間隔ｄ_Ｒ’’は、θ_ｇＳ＝（θ_ｇｋＭ＋θ_{ｇ（ｋ＋１）Ｍ}）／２の関係式より求まる式（９）で表される。

ｄ_Ｒ’’≒（ｋ＋１／２）Ｍｄ_Ｓ’’≒（ｋ＋１／２）Ｍλ／θ_ｇＳ （９）

送信アレーファクタの第Ｎグレーティングローブの発生角度が受信アレーファクタの第Ｍグレーティングローブの発生角度と一致するよう、送信サブアレー間隔ｄ_Ｔ’’を定めると間隔ｄ_Ｔ’’は式（１０）で表される。

ｄ_Ｔ’’＝（ｋ＋１／２）Ｎｄ_Ｓ’’＝（ｋ＋１／２）Ｎλ／θ_ｇＳ （１０）

また、サブアレーパターンの第１グレーティングローブの両隣のヌルの発生角度間隔はサブアレーを構成する素子数Ｎ_Ｓ’’を用いて、ｓｉｎ^−１（２λ／（Ｎ_Ｓ’’ｄ_Ｓ’’））と表されるので、受信アレーファクタの第ｋＭグレーティングローブと第（ｋ＋１）Ｍグレーティングローブがサブアレーパターンの第１グレーティングローブに隣接する２つのヌル発生角度の間に生じないための条件は、２λ／（Ｎ_Ｓ’’ｄ_Ｓ’’）＜Ｍλ／ｄ_Ｒ’’より式（１１）で表される。

ｋ＜（Ｎ_Ｓ’’−１）／２ （１１）

図１４は、本発明の実施の形態６に係るアレーアンテナ装置の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナのそれぞれのサブアレーの、Ｍ＝５、Ｎ＝３の場合の配列の一例を示した模式図である。図１５は、サブアレーのそれぞれを構成する素子アンテナの配列の一例を示した模式図である。

Ｍ＝５、Ｎ＝３であり、式（９）、（１０）、（１１）の条件を全て満たす送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナを備えるレーダ装置におけるサブアレーパターンを図１６に、受信アレーアンテナのアレーファクタを図１７に、送信アレーアンテナのアレーファクタを図１８に示す。サブアレーパターンの第１グレーティングローブがθ_ｇＳ＝ｓｉｎ^−１（λ／ｄ_Ｓ’’）の角度に発生している。

図１９に図１７で示した受信アレーアンテナのアレーファクタと図１８で示した送信アレーアンテナのアレーファクタを積算した結果を示す。Ｍ、Ｎと整数ｋを用いてｓｉｎ^−１（ｋＭλ／ｄ_Ｒ’’）＝ｓｉｎ^−１（ｋＮλ／ｄ_Ｔ’’）の角度にグレーティングローブが発生している。

図２０に送信アレーパターンと受信アレーパターンの積パターンを示す。図１６のサブアレーパターンの第１グレーティングローブに隣接する２つのヌル発生角度の間に，図１９の送信及び受信アレーファクタの積のグレーティングローブを生じないように送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナを構成することで、可視領域内でメインローブ以外のグレーティングローブレベルが十分抑圧されており、本発明によって素子間隔を決定した送信及び受信アレーアンテナを備えるレーダ装置は高い探知性能を有することができる。

実施の形態７．
本発明の実施の形態６に係るアレーアンテナ装置では、受信及び送信アレーファクタの積の隣り合うグレーティングローブの発生角度の中間にサブアレーパターンの第１グレーティングローブが発生し、かつ受信及び送信アレーファクタの積のグレーティングローブはサブアレーパターンの第１グレーティングローブが発生する角度範囲外に生じるのに対して、本発明の実施の形態７に係るアレーアンテナ装置では、受信アレーアンテナと送信アレーアンテナのアレーファクタの積パターンのグレーティングローブがサブアレーパターンの第１グレーティングローブの両隣のヌルが生じる角度と同じ角度に生じている。

実施の形態７ではサブアレーを構成するアンテナ素子数Ｎ_Ｓ’’’は奇数であり、サブアレーを構成するアンテナ素子の間隔ｄＳ’’’を用いて、サブアレーパターンは角度θ_ｇＳ＝ｓｉｎ^−１（λ／ｄ_Ｓ’’’）に第１グレーティングローブを生じている。
また、第１グレーティングローブに隣接するヌルの、アレー正面に近い方の発生角度はｓｉｎ^−１（（Ｎ_Ｓ’’’−１）／Ｎ_Ｓ’’’×λ／ｄ_Ｓ’’’）と表され、これと間隔ｄ_Ｒ’’’で配置された受信アレーのアレーファクタの第ｋＭグレーティングローブが発生する角度θ_ｇｋＭ＝ｓｉｎ^−１（ｋＭλ／ｄ_Ｒ’’’）とが等しく、かつ第１グレーティングローブに隣接するもう一方のヌルの発生角度はｓｉｎ^−１（（Ｎ_Ｓ’’’＋１）／Ｎ_Ｓ’’’×λ／ｄ_Ｓ’’’）と表され、これと受信アレーアンテナのアレーファクタの第（ｋ＋１）Ｍグレーティングローブが発生する角度θ_ｇｋＭ＝ｓｉｎ^−１（（ｋ＋１）Ｍλ／ｄ_Ｒ’’’）とが等しいことから、受信サブアレーの間隔ｄ_Ｒ’’’は式（１２）で表される。

ｄ_Ｒ’’’＝ＭＮ_Ｓ’’’×ｄ_Ｓ’’’／２ （１２）

送信アレーのアレーファクタの第Ｎグレーティングローブの発生角度が受信アレーアンテナのアレーファクタの第Ｍグレーティングローブの発生角度と一致するように送信サブアレー間隔ｄ_Ｔ’’’を定めると、ｄ_Ｔ’’’は式（１３）で表される。

ｄ_Ｔ’’’＝ＮＮ_Ｓ’’’×ｄ_Ｓ’’’／２ （１３）

Ｍ＝５、Ｎ＝３であり、式（１２）、（１３）の条件を満たす送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナを備えるレーダ装置におけるサブアレーパターンを図２１に、受信アレーアンテナのアレーファクタを図２２に、送信アレーアンテナのアレーファクタを図２３に示す。サブアレーパターンの第１グレーティングローブがθ_ｇＳ＝ｓｉｎ^−１（λ／ｄ_Ｓ’’’）の角度に発生している。

図２４に図２２で示した受信アレーアンテナのアレーファクタと図２３で示した送信アレーアンテナのアレーファクタとを積算した結果を示す。Ｍ、Ｎと整数ｋを用いてｓｉｎ^−１（ｋＭλ／ｄ_Ｒ’’）＝ｓｉｎ^−１（ｋＮλ／ｄ_Ｔ’’）の角度にグレーティングローブが発生している。

図２５に送信アレーパターンと受信アレーパターンの積パターンを示す。図２１のサブアレーパターンの第１グレーティングローブの両隣のヌルの発生角度と図２４の送信及び受信アレーファクタの積のグレーティングローブ発生角度を一致させるように送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナを構成することで、可視領域内でメインローブ以外のグレーティングローブレベルが十分抑圧されており、本発明によって素子間隔を決定した送信及び受信アレーアンテナを備えるレーダ装置は高い探知性能を有することができる。

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 素子アンテナ、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ 素子アンテナ、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ 受信サブアレー、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ 送信サブアレー、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ 素子アンテナ。

Claims (10)

1. 複数の素子アンテナを等間隔かつ一直線上に配置して構成される送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナを備えるアレーアンテナ装置において、
   互いに素な整数をＭ、Ｎとし、
   前記受信アレーアンテナの素子アンテナは、前記素子アンテナのアレー素子パターンにおける第１ヌル発生角近傍に、前記受信アレーアンテナのアレーファクタにおける第Ｍグレーティングローブを有するよう、前記整数Ｍに波長を乗算し前記第１ヌル発生角で除算した商からなる間隔で配置され、
   前記送信アレーアンテナの素子アンテナは、前記送信アレーアンテナのアレーファクタにおける第Ｎグレーティングローブの発生角度が前記第Ｍグレーティングローブの発生角度と一致するよう、前記整数Ｎに前記受信アレーアンテナの素子アンテナの間隔を乗算し前記整数Ｍで除算した商からなる間隔で配置されることを特徴とするアレーアンテナ装置。
2. 整数をｎとし、
   前記受信アレーアンテナの素子アンテナは、前記素子アンテナのアレー素子パターンにおける第１ヌル発生角近傍に、前記受信アレーアンテナのアレーファクタにおける第（２ｎ−１）グレーティングローブを有するよう、前記整数（２ｎ−１）に波長を乗算し前記第１ヌル発生角で除算した商からなる間隔で配置され、
   前記送信アレーアンテナの素子アンテナは、前記送信アレーアンテナのアレーファクタにおける第２グレーティングローブの発生角度が前記第（２ｎ−１）グレーティングローブの発生角度と一致するよう、整数２に前記受信アレーアンテナの素子アンテナの間隔を乗算し前記整数（２ｎ−１）で除算した商からなる間隔で配置されることを特徴とする請求項１に記載のアレーアンテナ装置。
3. 等間隔かつ一直線上に配置される複数の素子アンテナを有する複数のサブアレーを等間隔かつ一直線上に配置して構成する送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナを備えるアレーアンテナ装置において、
   互いに素な整数をＭ、Ｎとし、
   前記受信アレーアンテナのサブアレーは、前記サブアレーのアレー素子パターンにおける第１ヌル発生角近傍に、前記受信アレーアンテナのアレーファクタにおける第Ｍグレーティングローブを有するよう、前記整数Ｍに波長を乗算し前記第１ヌル発生角で除算した商からなる間隔で配置され、
   前記送信アレーアンテナのサブアレーは、前記送信アレーアンテナのアレーファクタにおける第Ｎグレーティングローブの発生角度が前記第Ｍグレーティングローブの発生角度と一致するよう、前記整数Ｎに前記受信アレーアンテナのサブアレーの間隔を乗算し前記整数Ｍで除算した商からなる間隔で配置されることを特徴とするアレーアンテナ装置。
4. 整数をｎとし、
   前記受信アレーアンテナのサブアレーは、前記サブアレーのアレー素子パターンにおける第１ヌル発生角近傍に、前記受信アレーアンテナのアレーファクタにおける第（２ｎ−１）グレーティングローブを有するよう、前記整数（２ｎ−１）に波長を乗算し前記第１ヌル発生角で除算した商からなる間隔で配置され、
   前記送信アレーアンテナのサブアレーは、前記送信アレーアンテナのアレーファクタにおける第２ｍグレーティングローブの発生角度が前記第（２ｎ−１）グレーティングローブの発生角度と一致するよう、整数２に前記受信アレーアンテナのサブアレーの間隔を乗算し前記整数（２ｎ−１）で除算した商からなる間隔で配置されることを特徴とする請求項３に記載のアレーアンテナ装置。
5. 複数の素子アンテナを等間隔かつ一直線上に配置して構成される送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナを備えるアレーアンテナ装置において、
   互いに素な整数をＭ、Ｎとし、
   前記受信アレーアンテナの素子アンテナは、前記素子アンテナのアレー素子パターンにおける第１ヌル発生角より広角側の角度に、前記受信アレーアンテナのアレーファクタにおける第Ｍグレーティングローブを有するよう、前記整数Ｍに波長を乗算し前記広角側の角度で除算した商からなる間隔で配置され、
   前記送信アレーアンテナの素子アンテナは、前記送信アレーアンテナのアレーファクタにおける第Ｎグレーティングローブの発生角度が前記第Ｍグレーティングローブの発生角度と一致するよう、前記整数Ｎに前記受信アレーアンテナの素子アンテナの間隔を乗算し前記整数Ｍで除算した商からなる間隔で配置されることを特徴とするアレーアンテナ装置。
6. 整数をｎとし、
   前記受信アレーアンテナの素子アンテナは、前記素子アンテナのアレー素子パターンにおける第１ヌル発生角より広角側の角度に、前記受信アレーアンテナのアレーファクタにおける第（２ｎ−１）グレーティングローブを有するよう、前記整数（２ｎ−１）に波長を乗算し前記広角側の角度で除算した商からなる間隔で配置され、
   前記送信アレーアンテナの素子アンテナは、前記送信アレーアンテナのアレーファクタにおける第２グレーティングローブの発生角度が前記第（２ｎ−１）グレーティングローブの発生角度と一致するよう、整数２に前記受信アレーアンテナの素子アンテナの間隔を乗算し前記整数（２ｎ−１）で除算した商からなる間隔で配置されることを特徴とする請求項５に記載のアレーアンテナ装置。
7. 等間隔かつ一直線上に配置される複数の素子アンテナを有する複数のサブアレーを等間隔かつ一直線上に配置して構成する送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナを備えるアレーアンテナ装置において、
   互いに素な整数をＭ、Ｎとし、
   前記受信アレーアンテナのサブアレーは、前記サブアレーのアレー素子パターンにおける第１ヌル発生角より広角側の角度に、前記受信アレーアンテナのアレーファクタにおける第Ｍグレーティングローブを有するよう、前記整数Ｍに波長を乗算し前記広角側の角度で除算した商からなる間隔で配置され、
   前記送信アレーアンテナのサブアレーは、前記送信アレーアンテナのアレーファクタにおける第Ｎグレーティングローブの発生角度が前記第Ｍグレーティングローブの発生角度と一致するよう、前記整数Ｎに前記受信アレーアンテナのサブアレーの間隔を乗算し前記整数Ｍで除算した商からなる間隔で配置されることを特徴とするアレーアンテナ装置。
8. 整数をｎとし、
   前記受信アレーアンテナのサブアレーは、前記サブアレーのアレー素子パターンにおける第１ヌル発生角より広角側の角度に、前記受信アレーアンテナのアレーファクタにおける第（２ｎ−１）グレーティングローブを有するよう、前記整数（２ｎ−１）に波長を乗算し前記広角側の角度で除算した商からなる間隔で配置され、
   前記送信アレーアンテナのサブアレーは、前記送信アレーアンテナのアレーファクタにおける第２グレーティングローブの発生角度が前記第（２ｎ−１）グレーティングローブの発生角度と一致するよう、整数２に前記受信アレーアンテナのサブアレーの間隔を乗算し前記整数（２ｎ−１）で除算した商からなる間隔で配置されることを特徴とする請求項７に記載のアレーアンテナ装置。
9. 複数のサブアレーアンテナを等間隔かつ一直線上に配置して構成する送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナを備えるアレーアンテナ装置において、サブアレーパターンが第１グレーティングローブを有し、
   互いに素な整数をＭ、Ｎとし、零を除く整数をｋとし、
   前記受信アレーアンテナのアレーファクタにおける第ｋＭグレーティングローブの発生角度と第（ｋ＋１）Ｍグレーティングローブの発生角度の中間に前記サブアレーパターンの第１グレーティングローブが発生し、且つ前記第ｋＭグレーティングローブと前記第（ｋ＋１）Ｍグレーティングローブが前記第１グレーティングローブに隣接する２つのヌル発生角度の間に生じないよう、前記受信サブアレーは前記整数Ｍに（ｋ＋１／２）と波長を乗算し、前記サブアレーパターンの第１グレーティングローブ発生角度で除算した商からなる間隔で配置され、前記送信サブアレーアンテナは、前記送信アレーアンテナの第Ｎグレーティングローブの発生角度が前記受信アレーアンテナの第Ｍグレーティングローブの発生角度と一致するよう、前記整数Ｎに前記受信サブアレーアンテナの間隔を乗算し前記整数Ｍで除算した商からなる間隔で配置されることを特徴とするアレーアンテナ装置。
10. サブアレーアンテナを奇数個の素子アンテナで構成し、前記サブアレーアンテナを等間隔かつ一直線上に配置して構成する送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナを備えるアレーアンテナ装置において、前記サブアレーパターンが第１グレーティングローブを有する場合、
    互いに素な整数をＭ、Ｎとし、零を除く整数をｋとし、
    前記サブアレーパターンの第１グレーティングローブに隣接するヌル発生角度のメインローブに近い方において、前記受信アレーアンテナのアレーファクタにおける第ｋＭグレーティングローブの発生角度と、前記送信アレーアンテナのアレーファクタにおける第ｋＮグレーティングローブの発生角度とが一致し、前記第１グレーティングローブに隣接する広角側のヌル発生角度において、前記受信アレーアンテナのアレーファクタにおける第（ｋ＋１）Ｍグレーティングローブの発生角度と、前記送信アレーアンテナのアレーファクタにおける第（ｋ＋１）Ｎグレーティングローブの発生角度とが一致するよう、前記受信サブアレーアンテナは前記整数Ｍに前記サブアレーアンテナを構成する素子アンテナ数と前記素子アンテナの間隔とを乗算し２で除算した商からなる間隔で配置され、前記送信サブアレーアンテナは前記整数Ｎに前記受信サブアレーアンテナの間隔を乗算し前記整数Ｍで除算した商からなる間隔で配置されることを特徴とするアレーアンテナ装置。

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