アレーアンテナ装置及びレーダ装置
【課題】複数の素子アンテナの間隔を波長λよりも大きくする場合でも、積パターンのグレーティングローブレベルを十分に抑圧することができるようにする。
【解決手段】基準点Ａから等しい角度間隔φ1で放射状に延びている半直線Ｌ1a，Ｌ1b，Ｌ1c，…と、基準点Ａを中心とする１以上の同心円Ｃとの交点に送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，…が配置され、基準点Ａを中心として、半直線Ｌ1a，Ｌ1b，Ｌ1c，…が角度間隔φ1の４分の１の角度だけ回転されている位置にある半直線Ｌ2a，Ｌ2b，Ｌ2c，…と、基準点Ａを中心とする１以上の同心円Ｃとの交点に受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，…が配置されている。
【解決手段】基準点Ａから等しい角度間隔φ1で放射状に延びている半直線Ｌ1a，Ｌ1b，Ｌ1c，…と、基準点Ａを中心とする１以上の同心円Ｃとの交点に送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，…が配置され、基準点Ａを中心として、半直線Ｌ1a，Ｌ1b，Ｌ1c，…が角度間隔φ1の４分の１の角度だけ回転されている位置にある半直線Ｌ2a，Ｌ2b，Ｌ2c，…と、基準点Ａを中心とする１以上の同心円Ｃとの交点に受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，…が配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナを構成している素子アンテナが波長よりも大きな間隔で２次元的に配置されているアレーアンテナ装置と、そのアレーアンテナ装置を実装しているレーダ装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーダ装置では、製造コストの低減や、狭ビーム化による目標探知性能の向上を図るため、複数の素子アンテナ又はサブアレーアンテナを波長λの数倍規模の間隔で２次元的に配置し、複数の素子アンテナ又はサブアレーアンテナのパターンを合成するようにしている。
これにより、従来よりも少ない素子アンテナ又はサブアレーアンテナの数で、等価的に大きな開口の平面アレーアンテナ（アレーアンテナ装置）を実現する手法が盛んに検討されている。
しかし、少数の送信素子アンテナ及び受信素子アンテナが波長λより大きな間隔で配置されて構成されている平面アレーアンテナでは、送信アレーパターン及び受信アレーパターンに対して、高レベルのグレーティングローブが密な間隔で多数発生することが知られている。
【０００３】
即ち、複数の素子アンテナが平面上に配置されて構成されるアレーアンテナにおいて、波長λよりも大きな間隔で素子アンテナが配置される場合、２次元的な角度を表す変数をθ，φとすると、−π／２＜θ＜π／２、かつ、−π／２＜φ＜π／２で表される可視領域内にグレーティングローブが発生することが知られている。
【０００４】
ここで、送信アレーアンテナと受信アレーアンテナを備えているレーダ装置では、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によって、レーダ装置の方向探知性能を評価することができる。
例えば、送信アレーパターンのグレーティングローブの発生角度（θgt，φgt）と、受信アレーパターンのグレーティングローブの発生角度（θgr，φgr）とが近い位置にある場合、上記の積パターンにも高レベルのグレーティングローブが発生する。
この場合、探知目標からのレーダ反射波の到来方向が積パターンのメインローブ方向であるのか、グレーティングローブ方向であるのかの区別が曖昧になり、レーダ反射波の到来方向を誤検出してしまう問題が生じる。
【０００５】
このように、可視領域内に発生する高レベルのグレーティングローブは、レーダ装置の性能を劣化させてしまうことになる。
グレーティングローブを可視領域内に発生させないようにするためには、複数の素子アンテナの間隔を波長λより十分小さくすればよいが、素子アンテナの物理寸法が波長λよりも大きい場合や、低コスト化を図るために、素子アンテナを間引いて配置数を減らす必要がある場合などでは、複数の素子アンテナの間隔を波長λよりも大きくせざるを得ない。
【０００６】
複数の素子アンテナの間隔を波長λよりも大きくする場合であっても、上記の積パターンのグレーティングローブレベルを抑圧する手法として、送信アレーパターンに生じるグレーティングローブの発生角度と、受信アレーパターンに生じるグレーティングローブの発生角度とを違える手法が一般的に知られている。
この手法は、送信アレーパターンに生じるグレーティングローブに隣接するヌル点の間に、受信アレーパターンに生じるグレーティングローブに隣接するヌル点が存在しないように、送信素子アンテナの配置間隔と受信素子アンテナの配置間隔を決定するものである。
【０００７】
また、送信アレーパターン（または、受信アレーパターン）のヌル点又はその近傍に、受信アレーパターン（または、送信アレーパターン）のグレーティングローブが発生するように、送信素子アンテナ及び受信素子アンテナの配置間隔を決定することにより、積パターンのグレーティングローブレベルを抑圧する手法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１１０３３５号公報（段落番号［００１５］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のアレーアンテナ装置は以上のように構成されているので、複数の素子アンテナの間隔を波長λよりも大きくする場合、積パターンのグレーティングローブレベルを抑圧する必要があるが、送信アレーパターンに生じるグレーティングローブの発生角度と、受信アレーパターンに生じるグレーティングローブの発生角度とを違える手法や、送信アレーパターンのヌル点又はその近傍に、受信アレーパターンのグレーティングローブが発生するように、送信素子アンテナ及び受信素子アンテナの配置間隔を決定する手法では、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課題があった。
【００１０】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、複数の素子アンテナの間隔を波長λよりも大きくする場合でも、積パターンのグレーティングローブレベルを十分に抑圧することができるアレーアンテナ装置を得ることを目的とする。
また、この発明は、上記のアレーアンテナ装置を実装しているレーダ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係るアレーアンテナ装置は、複数の送信素子アンテナが平面上に２次元的に配置されて構成されている送信アレーアンテナと、複数の受信素子アンテナが平面上に２次元的に配置されて構成されている受信アレーアンテナとを備え、その平面上の任意の基準点から等しい角度間隔で放射状に延びている複数の第１の半直線と、その基準点を中心とする１以上の同心円との交点に送信素子アンテナが配置され、その基準点を中心として、複数の第１の半直線が上記角度間隔の４分の１の角度だけ回転されている位置にある複数の第２の半直線と、その基準点を中心とする１以上の同心円との交点に受信素子アンテナが配置されているようにしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、平面上の任意の基準点から等しい角度間隔で放射状に延びている複数の第１の半直線と、その基準点を中心とする１以上の同心円との交点に送信素子アンテナが配置され、その基準点を中心として、複数の第１の半直線が上記角度間隔の４分の１の角度だけ回転されている位置にある複数の第２の半直線と、その基準点を中心とする１以上の同心円との交点に受信素子アンテナが配置されているように構成したので、複数の素子アンテナの間隔を波長よりも大きくする場合でも、積パターンのグレーティングローブレベルを十分に抑圧することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１によるアレーアンテナ装置における素子アンテナの配置例を示すアンテナ配置図である。
【図２】ビーム走査角度が（ｕ0，ｖ0）＝（０, ０）であるとき、メインローブの最も近くに生じるグレーティングローブをｕ−ｖ空間上に模式的に示す説明図である。
【図３】図２における送信アレーパターンのグレーティングローブに対して、受信アレーパターンのグレーティングローブを追記している説明図である。
【図４】図１に示す送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃに対して、ｃｏｓθで表される指向性が与えられた場合のアレーパターンを示す説明図である。
【図５】図１に示す受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃに対して、ｃｏｓθで表される指向性が与えられた場合のアレーパターンを示す説明図である。
【図６】図４の送信アレーパターンと図５の受信アレーパターンとの積パターンを示す説明図である。
【図７】Ｍ＝５、Ｎ＝１、Ｒ1＝３．０λである場合の５個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅと、５個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅの配置例を示すアンテナ配置図である。
【図８】図７のように配置されている送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅによる送信アレーパターンを示す説明図である。
【図９】図７のように配置されている受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅによる受信アレーパターンを示す説明図である。
【図１０】図７の送信アレーパターンと図９の受信アレーパターンとの積パターンを示す説明図である。
【図１１】Ｍ＝３、Ｎ＝２、Ｒ1＝１．５λ、Ｒ2＝３．０λである場合の６個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆと、６個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆの配置例を示すアンテナ配置図である。
【図１２】図１１のように配置されている送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆによる送信アレーパターンを示す説明図である。
【図１３】図１１のように配置されている受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆによる受信アレーパターンを示す説明図である。
【図１４】図１２の送信アレーパターンと図１３の受信アレーパターンとの積パターンを示す説明図である。
【図１５】この発明の実施の形態２によるアレーアンテナ装置における素子アンテナの配置例を示すアンテナ配置図である。
【図１６】図１５の位置関係にある送信素子アンテナ及び受信素子アンテナによるアレーパターンの積パターンを示す説明図である。
【図１７】この発明の実施の形態３によるアレーアンテナ装置における素子アンテナの配置例を示すアンテナ配置図である。
【図１８】図１７の位置関係にある送信素子アンテナ及び受信素子アンテナによるアレーパターンの積パターンを示す説明図である。
【図１９】この発明の実施の形態４によるアレーアンテナ装置における素子アンテナの配置例を示すアンテナ配置図である。
【図２０】図１９の位置関係にある送信素子アンテナ及び受信素子アンテナによるアレーパターンの積パターンを示す説明図である。
【図２１】この発明の実施の形態５によるアレーアンテナ装置における素子アンテナの配置例を示すアンテナ配置図である。
【図２２】図２１の位置関係にある送信素子アンテナ及び受信素子アンテナによるアレーパターンの積パターンを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
この実施の形態１では、複数の送信素子アンテナが平面上に２次元的に配置されて構成されている送信アレーアンテナと、複数の受信素子アンテナが平面上に２次元的に配置されて構成されている受信アレーアンテナとを備えているアレーアンテナ装置について説明する。
図１はこの発明の実施の形態１によるアレーアンテナ装置における素子アンテナの配置例を示すアンテナ配置図である。
【００１５】
図１において、半直線Ｌ1a，Ｌ1b，Ｌ1cは平面上の任意の基準点Ａから等しい角度間隔φ1で放射状に延びている第１の半直線である。
半直線Ｌ2a，Ｌ2b，Ｌ2cは基準点Ａを中心として、半直線Ｌ1a，Ｌ1b，Ｌ1cが角度間隔φ1の４分の１の角度φ2だけ回転されている位置にある第２の半直線である。
Ｃは基準点Ａを中心とする同心円である。
【００１６】
送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃは半直線Ｌ1a，Ｌ1b，Ｌ1cと同心円Ｃの交点に配置されており、送信アレーアンテナを構成している。
受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃは半直線Ｌ2a，Ｌ2b，Ｌ2cと同心円Ｃの交点に配置されており、受信アレーアンテナを構成している。
【００１７】
図１では、半直線Ｌ1a，Ｌ1b，Ｌ1c及び半直線Ｌ2a，Ｌ2b，Ｌ2cの本数が３本、同心円Ｃの数を１として、送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ及び受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃを３個ずつ配置している例を示しているが、半直線Ｌ1a，Ｌ1b，Ｌ1c，…及び半直線Ｌ2a，Ｌ2b，Ｌ2c，…の本数をＭ本（Ｍは３以上の整数）、同心円Ｃの数をＮ（Ｎは正の整数）とすることで、Ｍ×Ｎ個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，…と、Ｍ×Ｎ個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，…とを配置するようにしてもよい。
【００１８】
以下、アレーアンテナ装置における素子アンテナの配置について具体的に説明する。
Ｍ×Ｎ個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，…は、φ1＝３６０度／Ｍの角度間隔で放射状に延びているＭ本の半直線Ｌ1a，Ｌ1b，Ｌ1c，…と、半径が整数倍で拡大するＮ個の同心円Ｃ（Ｒ1，Ｒ2＝２Ｒ1，…，ＲN＝ＮＲ1の同心円）との交点に配置される。
一方、Ｍ×Ｎ個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，…は、基準点Ａを中心として、半直線Ｌ1a，Ｌ1b，Ｌ1c…が、φ2＝３６０度／４Ｍの角度だけ回転されている位置にあるＭ本の半直線Ｌ2a，Ｌ2b，Ｌ2c，…と、半径が整数倍で拡大するＮ個の同心円Ｃ（Ｒ1，Ｒ2＝２Ｒ1，…，ＲN＝ＮＲ1の同心円）との交点に配置される。
【００１９】
例えば、３個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃと、３個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃとを半径Ｒ1が１．５λの同心円Ｃ上に配置する場合（Ｍ＝３、Ｎ＝１、Ｒ1＝１．５λの場合）、３個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，と３個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃの位置関係は図１のようになる。
【００２０】
ここで、図１の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃからなる正三角形配列の送信アレーアンテナのアレーパターンには、下記の式（１）及び式（２）が成立する角度グレーティングローブが発生する。
ただし、ｍ，ｎは任意の整数であるが、ｍとｎの和は常に偶数である。
また、θ0，φ0はビーム走査角度を表す記号である。
【００２１】
ここで、ｕ＝ｓｉｎθｃｏｓφ、v＝ｓｉｎθｓｉｎφで表される２つの変数ｕ，ｖを基底とする２次元平面を考えると、グレーティングローブの発生角度（ｕgt, ｖgt）は、下記の式（３）及び式（４）で表される。
【００２２】
図２はビーム走査角度が（ｕ0，ｖ0）＝（０, ０）であるとき、メインローブの最も近くに生じるグレーティングローブをｕ−ｖ空間上に模式的に示す説明図である。
ｕ−ｖ空間において、６本のグレーティングローブは、メインローブを中心とする半径２λ／３Ｒ1の円周上に等間隔に発生する。
【００２３】
一方、図１の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃからなる正三角形配列は、送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃからなる正三角形配列を、基準点Ａを中心として、φ2＝３６０度／４Ｍ回転させたものである。
したがって、ｕ−ｖ空間上での受信アレーパターンのグレーティングローブの発生角度は、図２に示している送信アレーパターンのグレーティングローブの発生角度を、メインローブを中心として、角度φ2ずつ回転させたものとなる。
図３は図２における送信アレーパターンのグレーティングローブに対して、受信アレーパターンのグレーティングローブを追記している説明図である。
【００２４】
図３から明らかなように、送信アレーパターンのグレーティングローブと受信アレーパターンのグレーティングローブが、半径２λ／３Ｒ1の円周上に交互に等間隔に発生するため、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のメインローブ近傍に生じるグレーティングローブが効果的に抑圧され、方向探知性能がよいレーダ装置（アレーアンテナ装置から信号を空間に放射させる一方、そのアレーアンテナ装置の受信信号に基づいて目標を探知する装置）を得ることができる。
【００２５】
図４は図１に示す送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃに対して、ｃｏｓθで表される指向性が与えられた場合のアレーパターンを示す説明図である。
メインローブは、図４に示すように、（ｕ，ｖ）＝（０，０）の角度に生じており、その周囲に多数のグレーティングローブが発生している。
図５は図１に示す受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃに対して、ｃｏｓθで表される指向性が与えられた場合のアレーパターンを示す説明図である。
図５の場合でも、多数のグレーティングローブが認められるが、それらの発生角度は、図４に表されているグレーティングローブと相違している。
図６は図４の送信アレーパターンと図５の受信アレーパターンとの積パターンを示す説明図である。
【００２６】
送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，…及び受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，…の数に応じて、整数Ｍ，Ｎの値を適切に選択することにより、その素子数に応じた適切な素子配置を決定することができる。
【００２７】
図７はＭ＝５、Ｎ＝１、Ｒ1＝３．０λである場合の５個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅと、５個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅの配置例を示すアンテナ配置図である。
図８は図７のように配置されている送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅによる送信アレーパターンを示す説明図である。
図９は図７のように配置されている受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅによる受信アレーパターンを示す説明図である。
図８及び図９から明らかなように、多数のグレーティングローブを生じていることが分かる。
図１０は図８の送信アレーパターンと図９の受信アレーパターンとの積パターンを示す説明図である。
図１０から明らかなように、メインローブ周辺のグレーティングローブが効果的に抑圧されていることが分かる。
【００２８】
図１１はＭ＝３、Ｎ＝２、Ｒ1＝１．５λ、Ｒ2＝３．０λである場合の６個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆと、６個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆの配置例を示すアンテナ配置図である。
図１２は図１１のように配置されている送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆによる送信アレーパターンを示す説明図である。
図１３は図１１のように配置されている受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆによる受信アレーパターンを示す説明図である。
図１２及び図１３から明らかなように、多数のグレーティングローブを生じていることが分かる。
図１４は図１２の送信アレーパターンと図１３の受信アレーパターンとの積パターンを示す説明図である。
図１４から明らかなように、メインローブ周辺のグレーティングローブが効果的に抑圧されていることが分かる。
【００２９】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、平面上の任意の基準点Ａから等しい角度間隔φ1で放射状に延びている半直線Ｌ1a，Ｌ1b，Ｌ1c，…と、その基準点Ａを中心とする１以上の同心円Ｃとの交点に送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，…が配置され、その基準点Ａを中心として、半直線Ｌ1a，Ｌ1b，Ｌ1c，…が角度間隔φ1の４分の１の角度だけ回転されている位置にある半直線Ｌ2a，Ｌ2b，Ｌ2c，…と、その基準点Ａを中心とする１以上の同心円Ｃとの交点に受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，…が配置されているように構成したので、複数の素子アンテナの間隔を波長λよりも大きくする場合でも、送信アレーパターンと受信アレーパターンとの積パターンのグレーティングローブレベルを十分に抑圧することができる効果を奏する。
【００３０】
この実施の形態１では、図１のアレーアンテナ装置がレーダ装置に搭載されるものを想定しているが、図１のアレーアンテナ装置がレーダ装置に搭載されるものに限るものではなく、図１のアレーアンテナ装置がレーダ装置以外の装置に搭載されていてもよい。
【００３１】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、Ｍ×Ｎ個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，…と、Ｍ×Ｎ個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，…とを配置しているアレーアンテナ装置を示したが、半直線Ｌ1a，Ｌ1b，Ｌ1c，…及び半直線Ｌ2a，Ｌ2b，Ｌ2c，…の本数をＭ本（Ｍは３以上の整数）、送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，…を配置するための同心円Ｃの数をＮt（Ｎは正の整数）、受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，…配置するための同心円Ｃの数をＮr（Ｎは正の整数）とすることで、Ｍ×Ｎt個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，…と、Ｍ×Ｎr個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，…とを配置するようにしてもよい。
【００３２】
この場合、Ｍ×Ｎt個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，…は、φ1＝３６０度／Ｍの角度間隔で放射状に延びているＭ本の半直線Ｌ1a，Ｌ1b，Ｌ1c，…と、半径が整数倍で拡大するＮt個の同心円Ｃ（Ｒ1，Ｒ2＝２Ｒ1，…，ＲNt＝ＮtＲ1の同心円）との交点に配置される。
一方、Ｍ×Ｎr個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，…は、基準点Ａを中心として、半直線Ｌ1a，Ｌ1b，Ｌ1c…が、φ2＝３６０度／４Ｍの角度だけ回転されている位置にあるＭ本の半直線Ｌ2a，Ｌ2b，Ｌ2c，…と、半径が整数倍で拡大するＮr個の同心円Ｃ（Ｒ1，Ｒ2＝２Ｒ1，…，ＲNr＝ＮrＲ1の同心円）との交点に配置される。
【００３３】
例えば、Ｍ＝３、Ｎt＝２、Ｎr＝３、Ｒ1＝１．５λとして、６個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆと、９個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈ，２ｉとを配置する場合、６個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆと、９個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈ，２ｉとの位置関係は図１５のようになる。
図１６は図１５の位置関係にある送信素子アンテナ及び受信素子アンテナによるアレーパターンの積パターンを示す説明図である。
図１６から明らかなように、メインローブ周辺のグレーティングローブが効果的に抑圧されていることが分かる。
【００３４】
このように、送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，…と、受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，…との配置数が異なる場合でも、配置数が同数である場合と同様に、複数の素子アンテナの間隔を波長λよりも大きくする場合でも、送信アレーパターンと受信アレーパターンとの積パターンのグレーティングローブレベルを十分に抑圧することができる効果を奏する。
【００３５】
実施の形態３．
上記実施の形態２では、送信素子アンテナ１を配置する最小の同心円Ｃの半径と、受信素子アンテナ２を配置する最小の同心円Ｃの半径とが共にＲ1で等しいもの示したが、最小の同心円Ｃの半径が異なっていてもよい。
【００３６】
即ち、Ｍ×Ｎt個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，…については、φ1＝３６０度／Ｍの角度間隔で放射状に延びているＭ本の半直線Ｌ1a，Ｌ1b，Ｌ1c，…と、半径が整数倍で拡大するＮt個の同心円Ｃ（Ｒt1，Ｒt2＝２Ｒt1，…，ＲtNt＝ＮtＲt1の同心円）との交点に配置するようにする。
一方、Ｍ×Ｎr個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，…については、基準点Ａを中心として、半直線Ｌ1a，Ｌ1b，Ｌ1c…が、φ2＝３６０度／４Ｍの角度だけ回転されている位置にあるＭ本の半直線Ｌ2a，Ｌ2b，Ｌ2c，…と、半径が整数倍で拡大するＮr個の同心円Ｃ（Ｒr1≠Ｒt1，Ｒr2＝２Ｒr1，…，ＲrNr＝ＮrＲr1の同心円）との交点に配置するようにする。
【００３７】
例えば、Ｍ＝３、Ｎt＝２、Ｎr＝２、Ｒt1＝１．５λ、Ｒr1＝１．７λとして、６個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆと、６個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆとを配置する場合、６個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆと、６個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆとの位置関係は図１７のようになる。
図１８は図１７の位置関係にある送信素子アンテナ及び受信素子アンテナによるアレーパターンの積パターンを示す説明図である。
図１８から明らかなように、メインローブ周辺のグレーティングローブが効果的に抑圧されていることが分かる。
【００３８】
このように、送信素子アンテナ１を配置する最小の同心円Ｃの半径と、受信素子アンテナ２を配置する最小の同心円Ｃの半径とが異なる場合、「半径が一致している」という条件を外すことができるため、設計の自由度を高めることができる。
【００３９】
実施の形態４．
上記実施の形態２，３では、Ｍ×Ｎt個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，…を半径Ｒt1の整数倍で拡大する同心円上に配置し、Ｍ×Ｎr個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，…を半径Ｒr1の整数倍で拡大する同心円上に配置するものを示したが、Ｍ×Ｎt個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，…を半径Ｒt1の非整数倍で拡大する同心円上に配置し、Ｍ×Ｎr個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，…を半径Ｒr1の非整数倍で拡大する同心円上に配置するようにしてもよい。
【００４０】
即ち、Ｍ×Ｎt個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，…については、φ1＝３６０度／Ｍの角度間隔で放射状に延びているＭ本の半直線Ｌ1a，Ｌ1b，Ｌ1c，…と、半径がＲt1，Ｒt2，…，ＲtNtであるＮt個の同心円Ｃとの交点に配置するようにする。
一方、Ｍ×Ｎr個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，…については、基準点Ａを中心として、半直線Ｌ1a，Ｌ1b，Ｌ1c…が、φ2＝３６０度／４Ｍの角度だけ回転されている位置にあるＭ本の半直線Ｌ2a，Ｌ2b，Ｌ2c，…と、半径がＲr1，Ｒr2，…，ＲrNrの同心円との交点に配置するようにする。
【００４１】
例えば、Ｍ＝３、Ｎt＝２、Ｎr＝２、Ｒt1＝１．５λ、Ｒt2＝２．２５λ、Ｒr1＝１．５λ、Ｒr2＝３．７５λとして、６個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆと、６個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆとを配置する場合、６個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆと、６個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆとの位置関係は図１９のようになる。
図２０は図１９の位置関係にある送信素子アンテナ及び受信素子アンテナによるアレーパターンの積パターンを示す説明図である。
図２０から明らかなように、メインローブ周辺のグレーティングローブが効果的に抑圧されていることが分かる。
【００４２】
このように、半径が非整数倍で拡大している同心円上に送信素子アンテナ１及び受信素子アンテナ２を配置する場合、「同心円の半径が整数倍で拡大している」という条件を外すことができるため、設計の自由度を高めることができる。
【００４３】
実施の形態５．
上記実施の形態１〜４では、送信素子アンテナ１及び受信素子アンテナ２を基準点Ａに配置していないものを示したが、送信素子アンテナ１又は受信素子アンテナ２のいずれか一方、または、両方を基準点Ａに配置するようにしてもよく、設計の自由度を高めることができる。
【００４４】
例えば、Ｍ＝３、Ｎt＝１、Ｎr＝２、Ｒt1＝１．５λ、Ｒr1＝１．５λとして、４個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ（送信素子アンテナ１ａは基準点Ａに配置する）と、６個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆとを配置する場合、４個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄと、６個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆとの位置関係は図２１のようになる。
図２２は図２１の位置関係にある送信素子アンテナ及び受信素子アンテナによるアレーパターンの積パターンを示す説明図である。
図２２から明らかなように、メインローブ周辺のグレーティングローブが効果的に抑圧されていることが分かる。
【００４５】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ 送信素子アンテナ、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｇ，２ｉ 受信素子アンテナ。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナを構成している素子アンテナが波長よりも大きな間隔で２次元的に配置されているアレーアンテナ装置と、そのアレーアンテナ装置を実装しているレーダ装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーダ装置では、製造コストの低減や、狭ビーム化による目標探知性能の向上を図るため、複数の素子アンテナ又はサブアレーアンテナを波長λの数倍規模の間隔で２次元的に配置し、複数の素子アンテナ又はサブアレーアンテナのパターンを合成するようにしている。
これにより、従来よりも少ない素子アンテナ又はサブアレーアンテナの数で、等価的に大きな開口の平面アレーアンテナ（アレーアンテナ装置）を実現する手法が盛んに検討されている。
しかし、少数の送信素子アンテナ及び受信素子アンテナが波長λより大きな間隔で配置されて構成されている平面アレーアンテナでは、送信アレーパターン及び受信アレーパターンに対して、高レベルのグレーティングローブが密な間隔で多数発生することが知られている。
【０００３】
即ち、複数の素子アンテナが平面上に配置されて構成されるアレーアンテナにおいて、波長λよりも大きな間隔で素子アンテナが配置される場合、２次元的な角度を表す変数をθ，φとすると、−π／２＜θ＜π／２、かつ、−π／２＜φ＜π／２で表される可視領域内にグレーティングローブが発生することが知られている。
【０００４】
ここで、送信アレーアンテナと受信アレーアンテナを備えているレーダ装置では、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によって、レーダ装置の方向探知性能を評価することができる。
例えば、送信アレーパターンのグレーティングローブの発生角度（θgt，φgt）と、受信アレーパターンのグレーティングローブの発生角度（θgr，φgr）とが近い位置にある場合、上記の積パターンにも高レベルのグレーティングローブが発生する。
この場合、探知目標からのレーダ反射波の到来方向が積パターンのメインローブ方向であるのか、グレーティングローブ方向であるのかの区別が曖昧になり、レーダ反射波の到来方向を誤検出してしまう問題が生じる。
【０００５】
このように、可視領域内に発生する高レベルのグレーティングローブは、レーダ装置の性能を劣化させてしまうことになる。
グレーティングローブを可視領域内に発生させないようにするためには、複数の素子アンテナの間隔を波長λより十分小さくすればよいが、素子アンテナの物理寸法が波長λよりも大きい場合や、低コスト化を図るために、素子アンテナを間引いて配置数を減らす必要がある場合などでは、複数の素子アンテナの間隔を波長λよりも大きくせざるを得ない。
【０００６】
複数の素子アンテナの間隔を波長λよりも大きくする場合であっても、上記の積パターンのグレーティングローブレベルを抑圧する手法として、送信アレーパターンに生じるグレーティングローブの発生角度と、受信アレーパターンに生じるグレーティングローブの発生角度とを違える手法が一般的に知られている。
この手法は、送信アレーパターンに生じるグレーティングローブに隣接するヌル点の間に、受信アレーパターンに生じるグレーティングローブに隣接するヌル点が存在しないように、送信素子アンテナの配置間隔と受信素子アンテナの配置間隔を決定するものである。
【０００７】
また、送信アレーパターン（または、受信アレーパターン）のヌル点又はその近傍に、受信アレーパターン（または、送信アレーパターン）のグレーティングローブが発生するように、送信素子アンテナ及び受信素子アンテナの配置間隔を決定することにより、積パターンのグレーティングローブレベルを抑圧する手法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１１０３３５号公報（段落番号［００１５］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のアレーアンテナ装置は以上のように構成されているので、複数の素子アンテナの間隔を波長λよりも大きくする場合、積パターンのグレーティングローブレベルを抑圧する必要があるが、送信アレーパターンに生じるグレーティングローブの発生角度と、受信アレーパターンに生じるグレーティングローブの発生角度とを違える手法や、送信アレーパターンのヌル点又はその近傍に、受信アレーパターンのグレーティングローブが発生するように、送信素子アンテナ及び受信素子アンテナの配置間隔を決定する手法では、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課題があった。
【００１０】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、複数の素子アンテナの間隔を波長λよりも大きくする場合でも、積パターンのグレーティングローブレベルを十分に抑圧することができるアレーアンテナ装置を得ることを目的とする。
また、この発明は、上記のアレーアンテナ装置を実装しているレーダ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係るアレーアンテナ装置は、複数の送信素子アンテナが平面上に２次元的に配置されて構成されている送信アレーアンテナと、複数の受信素子アンテナが平面上に２次元的に配置されて構成されている受信アレーアンテナとを備え、その平面上の任意の基準点から等しい角度間隔で放射状に延びている複数の第１の半直線と、その基準点を中心とする１以上の同心円との交点に送信素子アンテナが配置され、その基準点を中心として、複数の第１の半直線が上記角度間隔の４分の１の角度だけ回転されている位置にある複数の第２の半直線と、その基準点を中心とする１以上の同心円との交点に受信素子アンテナが配置されているようにしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、平面上の任意の基準点から等しい角度間隔で放射状に延びている複数の第１の半直線と、その基準点を中心とする１以上の同心円との交点に送信素子アンテナが配置され、その基準点を中心として、複数の第１の半直線が上記角度間隔の４分の１の角度だけ回転されている位置にある複数の第２の半直線と、その基準点を中心とする１以上の同心円との交点に受信素子アンテナが配置されているように構成したので、複数の素子アンテナの間隔を波長よりも大きくする場合でも、積パターンのグレーティングローブレベルを十分に抑圧することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１によるアレーアンテナ装置における素子アンテナの配置例を示すアンテナ配置図である。
【図２】ビーム走査角度が（ｕ0，ｖ0）＝（０, ０）であるとき、メインローブの最も近くに生じるグレーティングローブをｕ−ｖ空間上に模式的に示す説明図である。
【図３】図２における送信アレーパターンのグレーティングローブに対して、受信アレーパターンのグレーティングローブを追記している説明図である。
【図４】図１に示す送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃに対して、ｃｏｓθで表される指向性が与えられた場合のアレーパターンを示す説明図である。
【図５】図１に示す受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃに対して、ｃｏｓθで表される指向性が与えられた場合のアレーパターンを示す説明図である。
【図６】図４の送信アレーパターンと図５の受信アレーパターンとの積パターンを示す説明図である。
【図７】Ｍ＝５、Ｎ＝１、Ｒ1＝３．０λである場合の５個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅと、５個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅの配置例を示すアンテナ配置図である。
【図８】図７のように配置されている送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅによる送信アレーパターンを示す説明図である。
【図９】図７のように配置されている受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅによる受信アレーパターンを示す説明図である。
【図１０】図７の送信アレーパターンと図９の受信アレーパターンとの積パターンを示す説明図である。
【図１１】Ｍ＝３、Ｎ＝２、Ｒ1＝１．５λ、Ｒ2＝３．０λである場合の６個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆと、６個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆの配置例を示すアンテナ配置図である。
【図１２】図１１のように配置されている送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆによる送信アレーパターンを示す説明図である。
【図１３】図１１のように配置されている受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆによる受信アレーパターンを示す説明図である。
【図１４】図１２の送信アレーパターンと図１３の受信アレーパターンとの積パターンを示す説明図である。
【図１５】この発明の実施の形態２によるアレーアンテナ装置における素子アンテナの配置例を示すアンテナ配置図である。
【図１６】図１５の位置関係にある送信素子アンテナ及び受信素子アンテナによるアレーパターンの積パターンを示す説明図である。
【図１７】この発明の実施の形態３によるアレーアンテナ装置における素子アンテナの配置例を示すアンテナ配置図である。
【図１８】図１７の位置関係にある送信素子アンテナ及び受信素子アンテナによるアレーパターンの積パターンを示す説明図である。
【図１９】この発明の実施の形態４によるアレーアンテナ装置における素子アンテナの配置例を示すアンテナ配置図である。
【図２０】図１９の位置関係にある送信素子アンテナ及び受信素子アンテナによるアレーパターンの積パターンを示す説明図である。
【図２１】この発明の実施の形態５によるアレーアンテナ装置における素子アンテナの配置例を示すアンテナ配置図である。
【図２２】図２１の位置関係にある送信素子アンテナ及び受信素子アンテナによるアレーパターンの積パターンを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
この実施の形態１では、複数の送信素子アンテナが平面上に２次元的に配置されて構成されている送信アレーアンテナと、複数の受信素子アンテナが平面上に２次元的に配置されて構成されている受信アレーアンテナとを備えているアレーアンテナ装置について説明する。
図１はこの発明の実施の形態１によるアレーアンテナ装置における素子アンテナの配置例を示すアンテナ配置図である。
【００１５】
図１において、半直線Ｌ1a，Ｌ1b，Ｌ1cは平面上の任意の基準点Ａから等しい角度間隔φ1で放射状に延びている第１の半直線である。
半直線Ｌ2a，Ｌ2b，Ｌ2cは基準点Ａを中心として、半直線Ｌ1a，Ｌ1b，Ｌ1cが角度間隔φ1の４分の１の角度φ2だけ回転されている位置にある第２の半直線である。
Ｃは基準点Ａを中心とする同心円である。
【００１６】
送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃは半直線Ｌ1a，Ｌ1b，Ｌ1cと同心円Ｃの交点に配置されており、送信アレーアンテナを構成している。
受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃは半直線Ｌ2a，Ｌ2b，Ｌ2cと同心円Ｃの交点に配置されており、受信アレーアンテナを構成している。
【００１７】
図１では、半直線Ｌ1a，Ｌ1b，Ｌ1c及び半直線Ｌ2a，Ｌ2b，Ｌ2cの本数が３本、同心円Ｃの数を１として、送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ及び受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃを３個ずつ配置している例を示しているが、半直線Ｌ1a，Ｌ1b，Ｌ1c，…及び半直線Ｌ2a，Ｌ2b，Ｌ2c，…の本数をＭ本（Ｍは３以上の整数）、同心円Ｃの数をＮ（Ｎは正の整数）とすることで、Ｍ×Ｎ個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，…と、Ｍ×Ｎ個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，…とを配置するようにしてもよい。
【００１８】
以下、アレーアンテナ装置における素子アンテナの配置について具体的に説明する。
Ｍ×Ｎ個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，…は、φ1＝３６０度／Ｍの角度間隔で放射状に延びているＭ本の半直線Ｌ1a，Ｌ1b，Ｌ1c，…と、半径が整数倍で拡大するＮ個の同心円Ｃ（Ｒ1，Ｒ2＝２Ｒ1，…，ＲN＝ＮＲ1の同心円）との交点に配置される。
一方、Ｍ×Ｎ個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，…は、基準点Ａを中心として、半直線Ｌ1a，Ｌ1b，Ｌ1c…が、φ2＝３６０度／４Ｍの角度だけ回転されている位置にあるＭ本の半直線Ｌ2a，Ｌ2b，Ｌ2c，…と、半径が整数倍で拡大するＮ個の同心円Ｃ（Ｒ1，Ｒ2＝２Ｒ1，…，ＲN＝ＮＲ1の同心円）との交点に配置される。
【００１９】
例えば、３個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃと、３個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃとを半径Ｒ1が１．５λの同心円Ｃ上に配置する場合（Ｍ＝３、Ｎ＝１、Ｒ1＝１．５λの場合）、３個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，と３個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃの位置関係は図１のようになる。
【００２０】
ここで、図１の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃからなる正三角形配列の送信アレーアンテナのアレーパターンには、下記の式（１）及び式（２）が成立する角度グレーティングローブが発生する。
ただし、ｍ，ｎは任意の整数であるが、ｍとｎの和は常に偶数である。
また、θ0，φ0はビーム走査角度を表す記号である。
【００２１】
ここで、ｕ＝ｓｉｎθｃｏｓφ、v＝ｓｉｎθｓｉｎφで表される２つの変数ｕ，ｖを基底とする２次元平面を考えると、グレーティングローブの発生角度（ｕgt, ｖgt）は、下記の式（３）及び式（４）で表される。
【００２２】
図２はビーム走査角度が（ｕ0，ｖ0）＝（０, ０）であるとき、メインローブの最も近くに生じるグレーティングローブをｕ−ｖ空間上に模式的に示す説明図である。
ｕ−ｖ空間において、６本のグレーティングローブは、メインローブを中心とする半径２λ／３Ｒ1の円周上に等間隔に発生する。
【００２３】
一方、図１の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃからなる正三角形配列は、送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃからなる正三角形配列を、基準点Ａを中心として、φ2＝３６０度／４Ｍ回転させたものである。
したがって、ｕ−ｖ空間上での受信アレーパターンのグレーティングローブの発生角度は、図２に示している送信アレーパターンのグレーティングローブの発生角度を、メインローブを中心として、角度φ2ずつ回転させたものとなる。
図３は図２における送信アレーパターンのグレーティングローブに対して、受信アレーパターンのグレーティングローブを追記している説明図である。
【００２４】
図３から明らかなように、送信アレーパターンのグレーティングローブと受信アレーパターンのグレーティングローブが、半径２λ／３Ｒ1の円周上に交互に等間隔に発生するため、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のメインローブ近傍に生じるグレーティングローブが効果的に抑圧され、方向探知性能がよいレーダ装置（アレーアンテナ装置から信号を空間に放射させる一方、そのアレーアンテナ装置の受信信号に基づいて目標を探知する装置）を得ることができる。
【００２５】
図４は図１に示す送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃに対して、ｃｏｓθで表される指向性が与えられた場合のアレーパターンを示す説明図である。
メインローブは、図４に示すように、（ｕ，ｖ）＝（０，０）の角度に生じており、その周囲に多数のグレーティングローブが発生している。
図５は図１に示す受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃに対して、ｃｏｓθで表される指向性が与えられた場合のアレーパターンを示す説明図である。
図５の場合でも、多数のグレーティングローブが認められるが、それらの発生角度は、図４に表されているグレーティングローブと相違している。
図６は図４の送信アレーパターンと図５の受信アレーパターンとの積パターンを示す説明図である。
【００２６】
送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，…及び受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，…の数に応じて、整数Ｍ，Ｎの値を適切に選択することにより、その素子数に応じた適切な素子配置を決定することができる。
【００２７】
図７はＭ＝５、Ｎ＝１、Ｒ1＝３．０λである場合の５個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅと、５個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅの配置例を示すアンテナ配置図である。
図８は図７のように配置されている送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅによる送信アレーパターンを示す説明図である。
図９は図７のように配置されている受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅによる受信アレーパターンを示す説明図である。
図８及び図９から明らかなように、多数のグレーティングローブを生じていることが分かる。
図１０は図８の送信アレーパターンと図９の受信アレーパターンとの積パターンを示す説明図である。
図１０から明らかなように、メインローブ周辺のグレーティングローブが効果的に抑圧されていることが分かる。
【００２８】
図１１はＭ＝３、Ｎ＝２、Ｒ1＝１．５λ、Ｒ2＝３．０λである場合の６個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆと、６個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆの配置例を示すアンテナ配置図である。
図１２は図１１のように配置されている送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆによる送信アレーパターンを示す説明図である。
図１３は図１１のように配置されている受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆによる受信アレーパターンを示す説明図である。
図１２及び図１３から明らかなように、多数のグレーティングローブを生じていることが分かる。
図１４は図１２の送信アレーパターンと図１３の受信アレーパターンとの積パターンを示す説明図である。
図１４から明らかなように、メインローブ周辺のグレーティングローブが効果的に抑圧されていることが分かる。
【００２９】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、平面上の任意の基準点Ａから等しい角度間隔φ1で放射状に延びている半直線Ｌ1a，Ｌ1b，Ｌ1c，…と、その基準点Ａを中心とする１以上の同心円Ｃとの交点に送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，…が配置され、その基準点Ａを中心として、半直線Ｌ1a，Ｌ1b，Ｌ1c，…が角度間隔φ1の４分の１の角度だけ回転されている位置にある半直線Ｌ2a，Ｌ2b，Ｌ2c，…と、その基準点Ａを中心とする１以上の同心円Ｃとの交点に受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，…が配置されているように構成したので、複数の素子アンテナの間隔を波長λよりも大きくする場合でも、送信アレーパターンと受信アレーパターンとの積パターンのグレーティングローブレベルを十分に抑圧することができる効果を奏する。
【００３０】
この実施の形態１では、図１のアレーアンテナ装置がレーダ装置に搭載されるものを想定しているが、図１のアレーアンテナ装置がレーダ装置に搭載されるものに限るものではなく、図１のアレーアンテナ装置がレーダ装置以外の装置に搭載されていてもよい。
【００３１】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、Ｍ×Ｎ個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，…と、Ｍ×Ｎ個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，…とを配置しているアレーアンテナ装置を示したが、半直線Ｌ1a，Ｌ1b，Ｌ1c，…及び半直線Ｌ2a，Ｌ2b，Ｌ2c，…の本数をＭ本（Ｍは３以上の整数）、送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，…を配置するための同心円Ｃの数をＮt（Ｎは正の整数）、受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，…配置するための同心円Ｃの数をＮr（Ｎは正の整数）とすることで、Ｍ×Ｎt個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，…と、Ｍ×Ｎr個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，…とを配置するようにしてもよい。
【００３２】
この場合、Ｍ×Ｎt個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，…は、φ1＝３６０度／Ｍの角度間隔で放射状に延びているＭ本の半直線Ｌ1a，Ｌ1b，Ｌ1c，…と、半径が整数倍で拡大するＮt個の同心円Ｃ（Ｒ1，Ｒ2＝２Ｒ1，…，ＲNt＝ＮtＲ1の同心円）との交点に配置される。
一方、Ｍ×Ｎr個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，…は、基準点Ａを中心として、半直線Ｌ1a，Ｌ1b，Ｌ1c…が、φ2＝３６０度／４Ｍの角度だけ回転されている位置にあるＭ本の半直線Ｌ2a，Ｌ2b，Ｌ2c，…と、半径が整数倍で拡大するＮr個の同心円Ｃ（Ｒ1，Ｒ2＝２Ｒ1，…，ＲNr＝ＮrＲ1の同心円）との交点に配置される。
【００３３】
例えば、Ｍ＝３、Ｎt＝２、Ｎr＝３、Ｒ1＝１．５λとして、６個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆと、９個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈ，２ｉとを配置する場合、６個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆと、９個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈ，２ｉとの位置関係は図１５のようになる。
図１６は図１５の位置関係にある送信素子アンテナ及び受信素子アンテナによるアレーパターンの積パターンを示す説明図である。
図１６から明らかなように、メインローブ周辺のグレーティングローブが効果的に抑圧されていることが分かる。
【００３４】
このように、送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，…と、受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，…との配置数が異なる場合でも、配置数が同数である場合と同様に、複数の素子アンテナの間隔を波長λよりも大きくする場合でも、送信アレーパターンと受信アレーパターンとの積パターンのグレーティングローブレベルを十分に抑圧することができる効果を奏する。
【００３５】
実施の形態３．
上記実施の形態２では、送信素子アンテナ１を配置する最小の同心円Ｃの半径と、受信素子アンテナ２を配置する最小の同心円Ｃの半径とが共にＲ1で等しいもの示したが、最小の同心円Ｃの半径が異なっていてもよい。
【００３６】
即ち、Ｍ×Ｎt個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，…については、φ1＝３６０度／Ｍの角度間隔で放射状に延びているＭ本の半直線Ｌ1a，Ｌ1b，Ｌ1c，…と、半径が整数倍で拡大するＮt個の同心円Ｃ（Ｒt1，Ｒt2＝２Ｒt1，…，ＲtNt＝ＮtＲt1の同心円）との交点に配置するようにする。
一方、Ｍ×Ｎr個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，…については、基準点Ａを中心として、半直線Ｌ1a，Ｌ1b，Ｌ1c…が、φ2＝３６０度／４Ｍの角度だけ回転されている位置にあるＭ本の半直線Ｌ2a，Ｌ2b，Ｌ2c，…と、半径が整数倍で拡大するＮr個の同心円Ｃ（Ｒr1≠Ｒt1，Ｒr2＝２Ｒr1，…，ＲrNr＝ＮrＲr1の同心円）との交点に配置するようにする。
【００３７】
例えば、Ｍ＝３、Ｎt＝２、Ｎr＝２、Ｒt1＝１．５λ、Ｒr1＝１．７λとして、６個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆと、６個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆとを配置する場合、６個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆと、６個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆとの位置関係は図１７のようになる。
図１８は図１７の位置関係にある送信素子アンテナ及び受信素子アンテナによるアレーパターンの積パターンを示す説明図である。
図１８から明らかなように、メインローブ周辺のグレーティングローブが効果的に抑圧されていることが分かる。
【００３８】
このように、送信素子アンテナ１を配置する最小の同心円Ｃの半径と、受信素子アンテナ２を配置する最小の同心円Ｃの半径とが異なる場合、「半径が一致している」という条件を外すことができるため、設計の自由度を高めることができる。
【００３９】
実施の形態４．
上記実施の形態２，３では、Ｍ×Ｎt個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，…を半径Ｒt1の整数倍で拡大する同心円上に配置し、Ｍ×Ｎr個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，…を半径Ｒr1の整数倍で拡大する同心円上に配置するものを示したが、Ｍ×Ｎt個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，…を半径Ｒt1の非整数倍で拡大する同心円上に配置し、Ｍ×Ｎr個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，…を半径Ｒr1の非整数倍で拡大する同心円上に配置するようにしてもよい。
【００４０】
即ち、Ｍ×Ｎt個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，…については、φ1＝３６０度／Ｍの角度間隔で放射状に延びているＭ本の半直線Ｌ1a，Ｌ1b，Ｌ1c，…と、半径がＲt1，Ｒt2，…，ＲtNtであるＮt個の同心円Ｃとの交点に配置するようにする。
一方、Ｍ×Ｎr個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，…については、基準点Ａを中心として、半直線Ｌ1a，Ｌ1b，Ｌ1c…が、φ2＝３６０度／４Ｍの角度だけ回転されている位置にあるＭ本の半直線Ｌ2a，Ｌ2b，Ｌ2c，…と、半径がＲr1，Ｒr2，…，ＲrNrの同心円との交点に配置するようにする。
【００４１】
例えば、Ｍ＝３、Ｎt＝２、Ｎr＝２、Ｒt1＝１．５λ、Ｒt2＝２．２５λ、Ｒr1＝１．５λ、Ｒr2＝３．７５λとして、６個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆと、６個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆとを配置する場合、６個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆと、６個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆとの位置関係は図１９のようになる。
図２０は図１９の位置関係にある送信素子アンテナ及び受信素子アンテナによるアレーパターンの積パターンを示す説明図である。
図２０から明らかなように、メインローブ周辺のグレーティングローブが効果的に抑圧されていることが分かる。
【００４２】
このように、半径が非整数倍で拡大している同心円上に送信素子アンテナ１及び受信素子アンテナ２を配置する場合、「同心円の半径が整数倍で拡大している」という条件を外すことができるため、設計の自由度を高めることができる。
【００４３】
実施の形態５．
上記実施の形態１〜４では、送信素子アンテナ１及び受信素子アンテナ２を基準点Ａに配置していないものを示したが、送信素子アンテナ１又は受信素子アンテナ２のいずれか一方、または、両方を基準点Ａに配置するようにしてもよく、設計の自由度を高めることができる。
【００４４】
例えば、Ｍ＝３、Ｎt＝１、Ｎr＝２、Ｒt1＝１．５λ、Ｒr1＝１．５λとして、４個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ（送信素子アンテナ１ａは基準点Ａに配置する）と、６個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆとを配置する場合、４個の送信素子アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄと、６個の受信素子アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆとの位置関係は図２１のようになる。
図２２は図２１の位置関係にある送信素子アンテナ及び受信素子アンテナによるアレーパターンの積パターンを示す説明図である。
図２２から明らかなように、メインローブ周辺のグレーティングローブが効果的に抑圧されていることが分かる。
【００４５】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ 送信素子アンテナ、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｇ，２ｉ 受信素子アンテナ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の送信素子アンテナが平面上に２次元的に配置されて構成されている送信アレーアンテナと、複数の受信素子アンテナが平面上に２次元的に配置されて構成されている受信アレーアンテナとを備えているアレーアンテナ装置において、
上記平面上の任意の基準点から等しい角度間隔で放射状に延びている複数の第１の半直線と、上記基準点を中心とする１以上の同心円との交点に上記送信素子アンテナが配置され、
上記基準点を中心として、上記複数の第１の半直線が上記角度間隔の４分の１の角度だけ回転されている位置にある複数の第２の半直線と、上記基準点を中心とする１以上の同心円との交点に上記受信素子アンテナが配置されている
ことを特徴とするアレーアンテナ装置。
【請求項２】
送信素子アンテナが配置される１以上の同心円の半径が任意の値の整数倍で順次拡大され、受信素子アンテナが配置される１以上の同心円の半径が任意の値の整数倍で順次拡大されていることを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ装置。
【請求項３】
送信素子アンテナが配置される１以上の同心円の数及び半径と、受信素子アンテナが配置される１以上の同心円の数及び半径とが一致していることを特徴とする請求項１または請求項２記載のアレーアンテナ装置。
【請求項４】
送信素子アンテナ又は受信素子アンテナの少なくとも一方が基準点に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のアレーアンテナ装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載のアレーアンテナ装置を実装しており、上記アレーアンテナ装置から信号を空間に放射させる一方、上記アレーアンテナ装置の受信信号に基づいて目標を探知するレーダ装置。
【請求項１】
複数の送信素子アンテナが平面上に２次元的に配置されて構成されている送信アレーアンテナと、複数の受信素子アンテナが平面上に２次元的に配置されて構成されている受信アレーアンテナとを備えているアレーアンテナ装置において、
上記平面上の任意の基準点から等しい角度間隔で放射状に延びている複数の第１の半直線と、上記基準点を中心とする１以上の同心円との交点に上記送信素子アンテナが配置され、
上記基準点を中心として、上記複数の第１の半直線が上記角度間隔の４分の１の角度だけ回転されている位置にある複数の第２の半直線と、上記基準点を中心とする１以上の同心円との交点に上記受信素子アンテナが配置されている
ことを特徴とするアレーアンテナ装置。
【請求項２】
送信素子アンテナが配置される１以上の同心円の半径が任意の値の整数倍で順次拡大され、受信素子アンテナが配置される１以上の同心円の半径が任意の値の整数倍で順次拡大されていることを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ装置。
【請求項３】
送信素子アンテナが配置される１以上の同心円の数及び半径と、受信素子アンテナが配置される１以上の同心円の数及び半径とが一致していることを特徴とする請求項１または請求項２記載のアレーアンテナ装置。
【請求項４】
送信素子アンテナ又は受信素子アンテナの少なくとも一方が基準点に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のアレーアンテナ装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載のアレーアンテナ装置を実装しており、上記アレーアンテナ装置から信号を空間に放射させる一方、上記アレーアンテナ装置の受信信号に基づいて目標を探知するレーダ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１３−９８８３５（Ｐ２０１３−９８８３５Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４１１５２（Ｐ２０１１−２４１１５２）
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【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２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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