レーダ用アンテナ装置
【課題】柔軟な配置を可能とする複数のアンテナからなる多面レーダシステムを構築でき、小型軽量化を実現するとともに、故障発生時にもアンテナ毎に対応可能なレーダ用アンテナ装置を提供する。
【解決手段】交流電圧源１からの交流電圧を直流電圧に変換して供給するＡＣＤＣコンバータ１１と、直流電圧に基づきパルス電流を生成するとともにパルス状の高周波信号の送受信を行う複数のアンテナ１４，１５，１６とを備え、ＡＣＤＣコンバータ１１は、複数のアンテナの各々に電力を分配する複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃを有し、複数のアンテナの各々は、パルス状の高周波信号の送受信を制御する複数のＲＦモジュール１３と、複数のＲＦモジュール１３に対応して設けられるとともに各々の一端が対応する前記ＲＦモジュール１３に接続され各々の他端が複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃのいずれかに接続された複数のＤＣＤＣコンバータ１２とを有する。
【解決手段】交流電圧源１からの交流電圧を直流電圧に変換して供給するＡＣＤＣコンバータ１１と、直流電圧に基づきパルス電流を生成するとともにパルス状の高周波信号の送受信を行う複数のアンテナ１４，１５，１６とを備え、ＡＣＤＣコンバータ１１は、複数のアンテナの各々に電力を分配する複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃを有し、複数のアンテナの各々は、パルス状の高周波信号の送受信を制御する複数のＲＦモジュール１３と、複数のＲＦモジュール１３に対応して設けられるとともに各々の一端が対応する前記ＲＦモジュール１３に接続され各々の他端が複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃのいずれかに接続された複数のＤＣＤＣコンバータ１２とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダ用アンテナの多面接続が可能であり小型で信頼性の高いレーダ用アンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばレーダ用アンテナ装置において電力を供給する電源装置は、パルス送出時に負荷装置（送信電力増幅器等）に発生する過大なパルス電流の影響で電源電圧に変動が生じないように、出力安定化対策が施されている。その一つに、負荷装置との距離をプラグイン等の手段によって極力短くして損失を低減すると共に、負荷装置への出力部に大容量で且つ高周波特性の優れた電解コンデンサを配置する方法がある。
【０００３】
しかしながら、この様な従来の方式では電源装置と負荷装置とを近接して配置する必要があるために、そのレイアウトに制約を受けるようになり、装置全体の形状や構成に対して影響を与える。
【０００４】
図６は、従来のレーダ用アンテナ装置の構成を示すものである。図６に示すように、このレーダ用アンテナ装置は、交流電圧源１と、交流電圧源１に接続された３つのアンテナ３０ａ，３０ｂ，３０ｃとから構成される。
【０００５】
また、アンテナ３０ａは、パルス電源２２ａ、インタフェース回路２４ａ、及びｎ個のＲＦモジュール２６ａ−１〜２６ａ−ｎから構成される。アンテナ３０ｂとアンテナ３０ｃとは、それぞれアンテナ３０ａと同様の構成を有する。各アンテナは、複数（任意の数ｎ）のＲＦモジュール及び対応する複数の素子アンテナにより例えばフェーズドアレイアンテナを構成する。
【０００６】
パルス電源２２ａは、交流電圧源１により出力された交流電圧を直流電圧に変換してモジュールに必要な安定化した電圧を生成するとともに、図示されない大容量のコンデンサーバンクを有するインタフェース回路２４ａを介してＲＦモジュール２６ａ−１〜２６ａ−ｎに対しパルス電流を出力する。
【０００７】
このパルス電流は、図６に示すように送信パルス幅が数μｓ〜百数十μｓの矩形波であり、また、ｎの数にもよるがピーク電流は数百〜数千Ａの大電流となる。したがって、各ＲＦモジュールに入力される電圧は、大きく低下したものとなるため、パルス電源２２ａにおいて電圧を上げるとともに、パルス電源２２ａ−各ＲＦモジュール間の距離を最短にして接続する必要がある。パルス電源２２ａと各ＲＦモジュールとの間の電源配線が持つインダクタンスやプラグインコネクタの接触抵抗等によって過渡的な電圧降下が生じ、各ＲＦモジュールの特性に影響を与えるからである。
【０００８】
また、パルス電源２２ｂ，２２ｃは、パルス電源２２ａと同様であり、それぞれアンテナ３０ｂ，３０ｃに設けられ、必要なパルス電流を供給する。
【０００９】
特許文献１には、送受信モジュールの故障時にアンテナの運転を停止することなく交換可能であり、ＤＣ／ＤＣ電源の個数を削減し、コスト、重量、故障率を低くしたフェーズドアレイアンテナについて記載されている。
【００１０】
このフェーズドアレイアンテナは、マトリクス状に配置された複数の素子アンテナ、複数の素子アンテナのそれぞれに１つずつ直結され、接続された素子アンテナに対して位相の異なる高周波電力を送受信する送受信モジュール、複数の送受信モジュールの内の複数個が接続されるとともに、接続された複数個の送受信モジュールに対して共通の電源を供給するＤＣ／ＤＣ複合電源を備えたものである。
【００１１】
このフェーズドアレイアンテナによれば、複数の送受信モジュールに対して１つのＤＣ／ＤＣ複合電源を配置することで、電源装置の個数を減らすことができる。また、これによりアンテナ素子間隔からくる寸法制限が緩和されるという効果が得られる。
【特許文献１】特開２００３−３０９４２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、図６に示すレーダ用アンテナ装置では、供給電力の損失を低減して必要なパルス電流を確保するために、各パルス電源と各ＲＦモジュールとを近接して配置する必要があるため、そのレイアウトに制約を与え、装置全体の形状や構成に対して影響を与えるばかりでなく、その動作特性にも直接的に影響し、高精度の信頼性に富む装置を実現することが困難となる。また、多面レーダシステムを構築する場合において、電圧降下によるレーダの性能劣化を防止するために、各アンテナにパルス電源が必要であり且つ大型のコンデンサを必要とするため、アンテナ装置が大型化するという問題点がある。
【００１３】
また、特許文献１に記載のフェーズドアレイアンテナを多面レーダに適用した場合には、ＡＣ／ＤＣコンバータが全てのレーダのアンテナに対して電力を供給することとなる。ここで、仮にレーダ１面が故障して短絡等の事故が生じた場合には、ＡＣ／ＤＣコンバータの電圧が極端に下がり、故障したレーダ以外のレーダに対しても十分な電力供給が行われないため、結果として全てのレーダが使用不能に陥る可能性も考えられる。
【００１４】
本発明は上述した従来技術の問題点を解決するもので、柔軟な配置を可能とする複数のアンテナからなる多面レーダシステムを構築でき、小型軽量化を実現するとともに、故障発生時にもアンテナ毎に対応可能なレーダ用アンテナ装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係るレーダ用アンテナ装置は、上記課題を解決するために、交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換して供給するＡＣ／ＤＣコンバータ部と、前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部により供給された直流電圧に基づきパルス電流を生成するとともに前記パルス電流を使用してパルス状の高周波信号の送信を行う複数のアンテナとを備え、前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部は、前記複数のアンテナの各々に対する電力を分配する複数のスイッチ回路を有し、前記複数のアンテナの各々は、前記パルス状の高周波信号の送受信を制御する複数のＲＦモジュールと、前記複数のＲＦモジュールに対応して設けられるとともに各々の一端が対応する前記ＲＦモジュールに接続され各々の他端が前記複数のスイッチ回路のいずれかに接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ＡＣ／ＤＣコンバータ部に対して各アンテナがＤＣ／ＤＣコンバータを備えるため、柔軟な配置を可能とする複数のアンテナからなる多面レーダシステムを構築でき、小型軽量化を実現するとともに、故障発生時にもアンテナ毎にスイッチ回路による電力供給を停止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明のレーダ用アンテナ装置の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
最初に本発明の実施例１のレーダ用アンテナ装置の構成について説明する。図１は、本発明の実施例１のレーダ用アンテナ装置の構成を示すブロック図である。なお、本実施例において説明するレーダ用アンテナ装置は、３つのアンテナを例にとったものである。図１に示すように、本発明のレーダ用アンテナ装置は、交流電圧源１と、ＡＣＤＣコンバータ１１と、複数のアンテナ１４，１５，１６とから構成される。
【００１９】
交流電圧源１は、本発明の交流電源に対応し、交流電圧をＡＣＤＣコンバータ１１に対して出力する。
【００２０】
ＡＣＤＣコンバータ１１は、本発明のＡＣ／ＤＣコンバータ部に対応し、交流電源１からの交流電圧を直流電圧に変換して供給する。具体的には、ＡＣＤＣコンバータ１１は、絶縁型のＡＣ／ＤＣコンバータであり、整流平滑回路２と、コンバータ部３と、複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃからなるスイッチ回路群４とを有する。
【００２１】
整流平滑回路２は、交流電圧源１により出力された交流電圧を整流して直流電圧に変換し、さらに平滑化してコンバータ部３に出力する。
【００２２】
コンバータ部３は、整流平滑回路２により平滑化された直流電圧を交流電源系から絶縁された所定の電圧に変換して安定化する。また、このコンバータ部３は、後述する複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃの各々に対して制御信号を出力することにより、各スイッチ回路のオン／オフを制御する。操作人は、外部操作等により予め当該制御信号を設定することができるものとし、例えばレーダのアンテナ３面全てを使う場合には、複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃの全てがオン状態となるように制御信号を設定すればよい。
【００２３】
スイッチ回路群４を構成する複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃは、コンバータ部３により出力された制御信号に基づき、複数のアンテナ１４，１５，１６の各々に対する電力供給を分配する。スイッチ回路群４の詳細については後述する。
【００２４】
複数のアンテナ１４，１５，１６は、ＡＣＤＣコンバータ１１からＭｍ離れた位置に配置され、ＡＣＤＣコンバータ１１により供給された直流電圧に基づきパルス電流を生成するとともにパルス電流を使用してパルス状の高周波信号の送信を行う。本発明の特徴の１つとして、複数のアンテナ１４，１５，１６は、ＡＣＤＣコンバータからある程度（Ｍｍ）離れた位置に配置することが可能であるため、各アンテナの設置位置の許容範囲が広く、柔軟なアンテナ配置が可能であることが挙げられる。
【００２５】
具体的な構成として、複数のアンテナ１４，１５，１６の各々は、パルス状の高周波信号の送受信を制御する複数のＲＦモジュールと複数のＤＣ／ＤＣコンバータとを有する。例えば、アンテナ１４は、複数（本実施例においてはｎ個）のＲＦモジュール１３ａ−１〜１３ａ−ｎと、複数（本実施例においてはｎ個）のＤＣＤＣコンバータ１２ａ−１〜１２ａ−ｎとを有する。アンテナ１５，１６も同様に、それぞれ複数のＲＦモジュールと複数のＤＣ／ＤＣコンバータとを有する。
【００２６】
複数のＲＦモジュール１３ａ−１〜１３ａ−ｎは、パルス状の高周波信号の送受信を制御する。具体的には、複数のＲＦモジュール１３ａ−１〜１３ａ−ｎは、ＤＣＤＣコンバータ１２ａ−１〜１２ａ−ｎにより出力されたパルス電流を使用してパルス状の高周波信号の送信を行い、あるいはパルス状の高周波信号を受信する。
【００２７】
ＤＣＤＣコンバータ１２ａ−１〜１２ａ−ｎは、複数のＲＦモジュール１３ａ−１〜１３ａ−ｎに対応して設けられるとともに、各々の一端が対応するＲＦモジュールに接続され各々の他端が複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃのいずれかに接続される。本実施例においては、アンテナ１４の有するＤＣＤＣコンバータ１２ａ−１〜１２ａ−ｎは、スイッチ回路４ａに接続されている。また、アンテナ１５の有するＤＣＤＣコンバータ１２ｂ−１〜１２ｂ−ｎは、スイッチ回路４ｂに接続されている。また、アンテナ１６の有するＤＣＤＣコンバータ１２ｃ−１〜１２ｃ−ｎは、スイッチ回路４ｃに接続されている。
【００２８】
また、本実施例においては、いずれのアンテナにおいても、搭載されたＲＦモジュールの数はｎ個であるが、必ずしも全てのアンテナのＲＦモジュールの数を同じにする必要は無く、任意の数でよい。
【００２９】
複数のＤＣＤＣコンバータ１２ａ−１〜１２ａ−ｎの各々は、入力にパルス電流対応のコンデンサを備えてブリッジ形コンバータを構成し、ＡＣＤＣコンバータ１１により生成された直流電圧をＲＦモジュール１３ａ−１〜１３ａ−ｎに必要な電圧に変換するとともに、パルス電流に対応した電流を供給する。ＤＣＤＣコンバータ１２ｂ−１〜１２ｂ−ｎ，１２ｃ−１〜１２ｃ−ｎも同様である。
【００３０】
ここで、スイッチ回路群４の構成について詳述する。図２は、本発明の実施例１のレーダ用アンテナ装置におけるスイッチ回路群４の詳細な構成を示すブロック図である。また、図３は、本発明の実施例１のレーダ用アンテナ装置におけるスイッチ回路群４の実装例を示す図である。なお、図２、図３におけるスイッチ回路群４は、本発明に使用されるスイッチ回路群４の一般的な構成として説明するため、１台の電源に対して切り換える負荷回路が２系統の場合を示しており、スイッチ回路を２つしか有していないが、実際にはスイッチ回路の数は負荷（アンテナ）の数に依存するものとする。したがって、図１に示すような３つのアンテナを有するレーダ用アンテナに用いられる場合には、スイッチ回路群４の有するスイッチ回路の数は３つとなり、さらに多くのアンテナを有する場合にはアンテナの数に応じたスイッチ回路を備えるものとする。また、スイッチ回路群４は、複数の電源と複数の負荷回路を接続した構成に対しても適用可能である。
【００３１】
図２に示すように、スイッチ回路群４は、入力＋側電極用端子（バスバー）５と、入力−側電極用端子（バスバー）６と、出力＋側電極用端子（バスバー）７ａ，７ｂと、出力−側電極用端子（バスバー）８ａ，８ｂと、半導体スイッチ制御回路９ａ，９ｂと、半導体スイッチ１０ａ，１０ｂとから構成される。
【００３２】
ここで、バスバーとは、電源供給ラインに替わって使用される細長い棒状の金属であり、放熱効果やシールド効果に優れ、低インピーダンスにより電圧ドロップも低く抑えられる。
【００３３】
入力＋側電極用端子（バスバー）５は、複数の半導体スイッチ１０ａ，１０ｂに対して共通の入力側端子であり、コンバータ部３のプラス側に接続され、コンバータ部３により出力された直流電圧が入力される。
【００３４】
また、出力−側電極用端子（バスバー）８ａ，８ｂは、入力−側電極用端子（バスバー）６を介してコンバータ部３のマイナス側に接続されている。出力−側電極用端子（バスバー）８ａ，８ｂと入力−側電極用端子（バスバー）６とは、印刷基板１０の−パターンを介して低インピーダンスで接続されている。
【００３５】
また、出力＋側電極用端子（バスバー）７ａ，７ｂは、それぞれ複数の半導体スイッチ１０ａ，１０ｂに接続され、出力−側電極用端子（バスバー）８ａ，８ｂとともに直流電圧を負荷１７ａ，１７ｂに対して供給する。
【００３６】
複数の半導体スイッチ制御回路９ａ，９ｂは、本発明の制御部に対応し、複数の半導体スイッチ１０ａ，１０ｂに対応して設けられるとともに、外部（ここではコンバータ部３）から入力された制御信号に基づき対応する半導体スイッチのオン／オフを制御する。
【００３７】
複数の半導体スイッチ１０ａ，１０ｂは、いずれも入力＋側電極用端子（バスバー）５に印刷基板１９の＋パターンを介して接続されており、自己の半導体スイッチのオン／オフにより、複数の負荷１７ａ，１７ｂ（図１においては、アンテナ１４，１５，１６）の各々に対するＡＣＤＣコンバータ１１内部で変換された直流電圧の出力を分配する。
【００３８】
なお、図１に示す複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃの各々は、半導体スイッチ制御回路と半導体スイッチとを有する。すなわち本明細書において、１つのスイッチ回路は、例えば図２に示す半導体スイッチ制御回路９ａと半導体スイッチ１０ａとから構成されるものとする。
【００３９】
ここで、従来使用されていたスイッチ回路について簡潔に述べる。従来のスイッチ回路は、電源の出力を複数の負荷に供給する場合に、一旦端子板などで受け、リレー等の機械接点か又はＳＳＲの様な固体化素子によりオン／オフを行っていた。このため、従来のスイッチ回路は、端子板や切り換えスイッチが大きく配線も太いため、実現するために広い実装スペースを必要としていた。また従来のスイッチ回路は、配線の加工の手間や組み込みに相当な時間を必要とし、配線を行う者の配線の技量により電圧のドロップ量が異なるといった問題や負荷電流のノイズによる誤動作の危険性が存在した。
【００４０】
これに対し、本発明におけるスイッチ回路群４は、電源（コンバータ部３）の出力を接続する入力＋側電極用端子（バスバー）５と電流を流したときの電圧ドロップを低く抑えられる端子（バスバー）と複数の切換用の半導体スイッチ１０ａ，１０ｂを印刷基板上に配置して一体化したものであり、回路の小型化と安定性向上を目的としている。
【００４１】
図３に示すように、スイッチ回路群４の各部品は、印刷ユニット（印刷基板）１９上に配置されている。この印刷ユニット１９は、厚みのあるパターンやバスバーを使用して＋側電極と−側電極とを低インピ−ダンスに構成する。また、半導体スイッチ１０ａ，１０ｂは、通電時の損失が発生しても放熱できる機構部品を装備しており、筐体１８に取り付けられることによる空冷、あるいは筐体１８に伝導することによって排熱可能な構造を有する。さらに、スイッチ回路群４における各端子（バスバー）は、銅コアやバスバーを使用して低インピーダンス化してあるのみならず、入出力線を接続するためのネジタップ等が設けてある。
【００４２】
すなわち図１においては、複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃの各々は、同一の印刷基板上に配線パターンにより実装され一体化したものである。スイッチ回路群４は、配線パターンによる配線レスであるため、電圧のドロップ量が配線を行う者の技量に左右されることも無く、小型で動作安定性の高い高品質のスイッチ回路となる。
【００４３】
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を図１を用いて説明する。まず、交流電圧源１は、交流電圧をＡＣＤＣコンバータ１１に対して出力する。ＡＣＤＣコンバータ１１は、交流電源１からの交流電圧を直流電圧に変換し、複数のアンテナ１４，１５，１６の各々に対して供給する。
【００４４】
ＡＣＤＣコンバータ１１内部の動作について述べる。整流平滑回路２は、交流電圧源１により出力された交流電圧を整流して直流電圧に変換し、さらに平滑化してコンバータ部３に出力する。コンバータ部３は、整流平滑回路２により平滑化された直流電圧を交流電源系から絶縁された所定の電圧に変換して安定化する。また、このコンバータ部３は、複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃの各々に対して制御信号を出力することにより、各スイッチ回路のオン／オフを制御する。
【００４５】
スイッチ回路群４を構成する複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃは、コンバータ部３により出力された制御信号に基づき、複数のアンテナ１４，１５，１６の各々に電力を供給する。
【００４６】
具体的には、外部（コンバータ部３）から制御信号が入力されると、図２に示す半導体スイッチ制御回路９ａ，９ｂは、半導体スイッチ１０ａ，１０ｂを駆動する。半導体スイッチ制御回路９ａ，９ｂは、それぞれ半導体スイッチ１０ａ，１０ｂとペアで個別に制御が可能である。半導体スイッチ１０ａ，１０ｂのオンにより、コンバータ部３から入力された電流は、入力＋側電極用端子（バスバー）５を介して印刷基板１９の＋パターンを流れ、オン状態の半導体スイッチを通過し、その後出力＋側電極用端子（バスバー）７ａあるいは７ｂを介して負荷１７ａあるいは１７ｂに流れる。
【００４７】
すなわち、図１に示す本発明のスイッチ回路群４は、コンバータ部３からの制御信号により自己の有する複数の半導体スイッチのオン／オフを個別に制御するので、アンテナ１４，１５，１６のうち任意のアンテナに電流を供給することができる。
【００４８】
図４は、本実施例のレーダ用アンテナ装置における各部の電流波形を示す図である。図４の最下段に示すように、ＡＣＤＣコンバータ１１のスイッチ回路群４から各アンテナに対して流れる電流は、ＡＣＤＣコンバータ１１の最大出力電流で制限されるため急峻な大電流とはならず、複数のＤＣＤＣコンバータ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ内部の入力に配置された図示されないコンデンサの充電状態に応じて緩やかな波形となる。このコンデンサは、各ＲＦモジュールが要求するパルス電流の周波数に合わせて放電するため、ＡＣＤＣコンバータ１１から各アンテナに対して流れる電流も当該周波数に応じた波形となる。ＡＣＤＣコンバータ１１の出力電圧を高くすることにより、ＤＣＤＣコンバータ内部に配置されたコンデンサは、各ＲＦモジュールへのパルス電流を供給することが可能となる。したがって、ＡＣＤＣコンバータ１１は、急峻なパルス大電流を供給する必要がない。なお、１ＤＣＤＣコンバータあたりに必要な電流を数Ａとすると、各アンテナはｎ個のＤＣＤＣコンバータを備えているため、図４の最下段に示すように、ＡＣＤＣコンバータ１１から各アンテナに対して流れる電流のピーク値は、数Ａ×ｎの値となる。
【００４９】
複数のアンテナ１４，１５，１６は、ＡＣＤＣコンバータ１１からＭｍ離れた位置に配置され、ＡＣＤＣコンバータ１１により供給された直流電圧に基づきパルス電流を生成するとともにパルス電流を使用してパルス状の高周波信号の送信を行う。
【００５０】
複数のアンテナ１４，１５，１６をＡＣＤＣコンバータ１１からある程度（Ｍｍ）離れた位置に配置することができる理由は、ＡＣＤＣコンバータ１１による急峻なパルス大電流の供給が不要だからである。ＡＣＤＣコンバータ１１と各アンテナとの間の配線による電圧降下は、各アンテナに実装されたＤＣＤＣコンバータ１２ａ，１２ｂ，１２ｃにより補正される。
【００５１】
複数のＤＣＤＣコンバータ１２ａ−１〜１２ａ−ｎの各々は、ＡＣＤＣコンバータ１１により生成された直流電圧をＲＦモジュール１３ａ−１〜１３ａ−ｎに必要な電圧に変換するとともに、パルス電流に対応した電流を供給する。ＤＣＤＣコンバータ１２ｂ−１〜１２ｂ−ｎ，１２ｃ−１〜１２ｃ−ｎも同様である。
【００５２】
各ＤＣＤＣコンバータ内の入力に設けられたコンデンサを通過した後の電流波形は、図４の中段に示すように矩形波となる。この際のピーク電流は、数Ａであるが、各ＤＣＤＣコンバータは、電圧を下げて各ＲＦモジュールが必要な電流値（本実施例においてはピーク値で数十Ａ）を確保した後に各ＲＦモジュールに対して出力する。
【００５３】
大型レーダのアンテナ１面の送信出力電力は、ピーク電力で数ｋＷにおよぶ。レーダ側ＲＦ素子の効率は約２５％程度であるため、ＤＣＤＣコンバータのピーク電力は数十ｋＷとなり、ピーク電流は数千Ａとなる。このため、ＲＦモジュールをたとえば、百列に分割し、１列ごとにＤＣＤＣコンバータを実装すると１列ごとのパルス電流は数十Ａとなる。したがって、１モジュールあたりのＤＣＤＣコンバータ・ＲＦモジュール間電流は、図４の最上段に示すように数十Ａのピーク値を有する矩形波となる。
【００５４】
複数のＲＦモジュール１３ａ−１〜１３ａ−ｎは、パルス状の高周波信号の送受信を制御する。具体的には、複数のＲＦモジュール１３ａ−１〜１３ａ−ｎは、ＤＣＤＣコンバータ１２ａ−１〜１２ａ−ｎにより出力されたパルス電流を使用してパルス状の高周波信号の送信を行い、あるいはパルス状の高周波信号を受信する。複数のＲＦモジュール１３ｂ−１〜１３ｂ−ｎとＲＦモジュール１３ｃ−１〜１３ｃ−ｎも同様である。
【００５５】
さらに、各アンテナに複数のＲＦモジュールに対応する複数のＤＣＤＣコンバータ部を配置したことで、ＡＣＤＣコンバータ１１と複数のアンテナ１４，１５，１６を離して実装することができるため、１台のＡＣＤＣコンバータ１１に対して数台のアンテナ（本実施例においては３台のアンテナ１４，１５，１６）を接続し、運用することが可能となる。また、いずれかのアンテナが異常となった場合には、操作人等は、コンバータ部３出力に設けたスイッチにより、当該異常のアンテナを切り離し、他のアンテナで運用を継続することができる。
【００５６】
上述のとおり、本発明の実施例１の形態に係るレーダ用アンテナ装置によれば、ＡＣＤＣコンバータ１１に対して各アンテナがＤＣ／ＤＣコンバータを備えるため、柔軟な配置を可能とする複数のアンテナからなる多面レーダシステムを構築でき、小型軽量化を実現するとともに、故障発生時にもアンテナ毎にスイッチ回路により、故障アンテナの分離ができる。
【００５７】
ＡＣＤＣコンバータ１１と各アンテナとの間の配線による電圧降下は、各アンテナに実装されたＤＣＤＣコンバータ１２ａ，１２ｂ，１２ｃにより補正されるので、レーダの性能劣化を防止することができる。
【００５８】
また、ＡＣＤＣコンバータ１１と各アンテナとは、分離し距離を置いて柔軟に配置することが可能であるため、指向性を有する各アンテナをお互いの幅域を補完し合うように設置することができる。
【００５９】
したがって、１台のＡＣＤＣコンバータ１１に対して数台のレーダ用アンテナ（本実施例においてはアンテナ１４，１５，１６）を接続可能な多面レーダシステムを構築することができる。
【００６０】
また、いずれかのアンテナが異常となった場合には、操作人等は、コンバータ部３出力に設けたスイッチにより、当該異常のアンテナを切り離し、他のアンテナで運用を継続することができる。したがって、仮にレーダ１面が故障して短絡等の事故が生じた場合においても、ＡＣＤＣコンバータ１１の電圧が極端に下がり、全てのレーダが使用不能に陥るといった事態を回避することができる。またメンテナンスの際にも、任意のアンテナを切り離すことが可能である。
【００６１】
また、ＡＣＤＣコンバータ１１内に設けたスイッチ回路群４は、大電流を必要とする複数の負荷回路（アンテナ１４，１５，１６）に対し、スイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃをオン／オフすることにより個別に電流を供給することができる。さらに、複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃの各々は、同一の印刷基板１９上に低インピーダンスの配線パターンにより実装され一体化したものであるため、配線の技量により電圧のドロップ量が異なるといった問題や負荷電流のノイズによる誤動作の危険性が存在せず、配線レスであり小型でありながら動作安定性の高い高品質のスイッチ回路となる。
【実施例２】
【００６２】
図５は、本発明の実施例２のレーダ用アンテナ装置の構成を示すブロック図である。まず、本実施の形態の構成を説明する。なお、図５において、図１における構成要素と同一ないし均等のものは、前記と同一符号を以て示し、重複した説明を省略する。実施例１の構成と異なる点は、ＡＣＤＣコンバータ１１内のスイッチ回路群４の後段に電流検出部２０が設けられている点である。
【００６３】
電流検出部２０は、複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃの各々から出力された電流量を検出し、検出した電流量をスイッチ回路群４に出力する。なお、図５において、電流検出部２０は、１つであるように描かれているが、必ずしも１つとする必要はない。複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃのそれぞれに対応して、３つの電流検出部を設けてもよい。その場合に各電流検出部は、自己の対応するスイッチ回路の出力した電流値を検出し、当該自己の対応するスイッチ回路に対して検出した電流量を出力する。
【００６４】
複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃの各々は、電流検出部２０により検出された電流量を判断し所定値以上の場合は、複数のアンテナ１４，１５，１６の各々に対する電力供給を停止する。
【００６５】
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。基本的には実施例１の作用と同様である。異なる点として、電流検出部２０は、複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃの各々から出力された電流量を検出し、検出結果をスイッチ回路群４に出力する。
【００６６】
複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃの各々は、各スイッチ回路が出力した電流量を電流検出部２０により検出し、その値が所定値以上であるか否かを判断し、所定値以上である場合には、当該所定値以上の電流を出力しているスイッチ回路をオフにし、電力供給を停止する。いずれかのレーダ１面が故障して短絡等の事故が生じた場合には、当該短絡が生じたアンテナに対して大電流が流れるため、本実施例における複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃの各々は、当該短絡を迅速に察知して、当該短絡が生じたアンテナに対する電力供給を停止する。
【００６７】
なお、電流検出部２０は、複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃの各々から出力された電流量を検出するとともに、当該電流量が所定値以上であるか否かを判断する構成とすることもできる。この場合には、電流検出部２０は、当該電流量が所定値以上である場合にのみ停止を求める旨の制御信号を出力する。複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃの各々は、電流検出部２０により出力された制御信号に基づき、大電流を出力しているスイッチ回路をオフにし、短絡事故が生じたアンテナに対する電力供給を停止する。
【００６８】
上述のとおり、本発明の実施例２の形態に係るレーダ用アンテナ装置によれば、実施例１の効果に加え、いずれかのアンテナが故障等により短絡等の事故を生じた場合においても、迅速に短絡を察知して当該事故を生じたアンテナに対する電力供給を停止するので、ＡＣＤＣコンバータ１１の電圧が極端に下がり、全てのレーダが使用不能に陥るといった事態を迅速に回避することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明に係るレーダ用アンテナ装置は、アンテナ用ＲＦ素子を使用した複数の大型レーダ（アンテナ）による多面レーダシステムに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施例１の形態のレーダ用アンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１の形態のレーダ用アンテナ装置におけるスイッチ回路群の詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施例１の形態のレーダ用アンテナ装置におけるスイッチ回路群の実装例を示す図である。
【図４】本発明の実施例１の形態のレーダ用アンテナ装置における各部の電流波形を示す図である。
【図５】本発明の実施例２の形態のレーダ用アンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【図６】従来のレーダ用アンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【００７１】
状況を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ 交流電圧源
２ 整流平滑回路
３ コンバータ部
４ スイッチ回路群
４ａ，４ｂ，４ｃ スイッチ回路
５ 入力＋側電極用端子（バスバー）
６ 入力−側電極用端子（バスバー）
７ａ，７ｂ 出力＋側電極用端子（バスバー）
８ａ，８ｂ 出力−側電極用端子（バスバー）
９ａ，９ｂ 半導体スイッチ制御回路
１０ａ，１０ｂ 半導体スイッチ
１１ ＡＣＤＣコンバータ
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ ＤＣＤＣコンバータ
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ ＲＦモジュール
１４，１５，１６ アンテナ
１７ａ，１７ｂ 負荷
１８ 筐体
１９ 印刷ユニット
２０ 電流検出部
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ パルス電源
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ インタフェース回路
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ ＲＦモジュール
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ アンテナ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダ用アンテナの多面接続が可能であり小型で信頼性の高いレーダ用アンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばレーダ用アンテナ装置において電力を供給する電源装置は、パルス送出時に負荷装置（送信電力増幅器等）に発生する過大なパルス電流の影響で電源電圧に変動が生じないように、出力安定化対策が施されている。その一つに、負荷装置との距離をプラグイン等の手段によって極力短くして損失を低減すると共に、負荷装置への出力部に大容量で且つ高周波特性の優れた電解コンデンサを配置する方法がある。
【０００３】
しかしながら、この様な従来の方式では電源装置と負荷装置とを近接して配置する必要があるために、そのレイアウトに制約を受けるようになり、装置全体の形状や構成に対して影響を与える。
【０００４】
図６は、従来のレーダ用アンテナ装置の構成を示すものである。図６に示すように、このレーダ用アンテナ装置は、交流電圧源１と、交流電圧源１に接続された３つのアンテナ３０ａ，３０ｂ，３０ｃとから構成される。
【０００５】
また、アンテナ３０ａは、パルス電源２２ａ、インタフェース回路２４ａ、及びｎ個のＲＦモジュール２６ａ−１〜２６ａ−ｎから構成される。アンテナ３０ｂとアンテナ３０ｃとは、それぞれアンテナ３０ａと同様の構成を有する。各アンテナは、複数（任意の数ｎ）のＲＦモジュール及び対応する複数の素子アンテナにより例えばフェーズドアレイアンテナを構成する。
【０００６】
パルス電源２２ａは、交流電圧源１により出力された交流電圧を直流電圧に変換してモジュールに必要な安定化した電圧を生成するとともに、図示されない大容量のコンデンサーバンクを有するインタフェース回路２４ａを介してＲＦモジュール２６ａ−１〜２６ａ−ｎに対しパルス電流を出力する。
【０００７】
このパルス電流は、図６に示すように送信パルス幅が数μｓ〜百数十μｓの矩形波であり、また、ｎの数にもよるがピーク電流は数百〜数千Ａの大電流となる。したがって、各ＲＦモジュールに入力される電圧は、大きく低下したものとなるため、パルス電源２２ａにおいて電圧を上げるとともに、パルス電源２２ａ−各ＲＦモジュール間の距離を最短にして接続する必要がある。パルス電源２２ａと各ＲＦモジュールとの間の電源配線が持つインダクタンスやプラグインコネクタの接触抵抗等によって過渡的な電圧降下が生じ、各ＲＦモジュールの特性に影響を与えるからである。
【０００８】
また、パルス電源２２ｂ，２２ｃは、パルス電源２２ａと同様であり、それぞれアンテナ３０ｂ，３０ｃに設けられ、必要なパルス電流を供給する。
【０００９】
特許文献１には、送受信モジュールの故障時にアンテナの運転を停止することなく交換可能であり、ＤＣ／ＤＣ電源の個数を削減し、コスト、重量、故障率を低くしたフェーズドアレイアンテナについて記載されている。
【００１０】
このフェーズドアレイアンテナは、マトリクス状に配置された複数の素子アンテナ、複数の素子アンテナのそれぞれに１つずつ直結され、接続された素子アンテナに対して位相の異なる高周波電力を送受信する送受信モジュール、複数の送受信モジュールの内の複数個が接続されるとともに、接続された複数個の送受信モジュールに対して共通の電源を供給するＤＣ／ＤＣ複合電源を備えたものである。
【００１１】
このフェーズドアレイアンテナによれば、複数の送受信モジュールに対して１つのＤＣ／ＤＣ複合電源を配置することで、電源装置の個数を減らすことができる。また、これによりアンテナ素子間隔からくる寸法制限が緩和されるという効果が得られる。
【特許文献１】特開２００３−３０９４２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、図６に示すレーダ用アンテナ装置では、供給電力の損失を低減して必要なパルス電流を確保するために、各パルス電源と各ＲＦモジュールとを近接して配置する必要があるため、そのレイアウトに制約を与え、装置全体の形状や構成に対して影響を与えるばかりでなく、その動作特性にも直接的に影響し、高精度の信頼性に富む装置を実現することが困難となる。また、多面レーダシステムを構築する場合において、電圧降下によるレーダの性能劣化を防止するために、各アンテナにパルス電源が必要であり且つ大型のコンデンサを必要とするため、アンテナ装置が大型化するという問題点がある。
【００１３】
また、特許文献１に記載のフェーズドアレイアンテナを多面レーダに適用した場合には、ＡＣ／ＤＣコンバータが全てのレーダのアンテナに対して電力を供給することとなる。ここで、仮にレーダ１面が故障して短絡等の事故が生じた場合には、ＡＣ／ＤＣコンバータの電圧が極端に下がり、故障したレーダ以外のレーダに対しても十分な電力供給が行われないため、結果として全てのレーダが使用不能に陥る可能性も考えられる。
【００１４】
本発明は上述した従来技術の問題点を解決するもので、柔軟な配置を可能とする複数のアンテナからなる多面レーダシステムを構築でき、小型軽量化を実現するとともに、故障発生時にもアンテナ毎に対応可能なレーダ用アンテナ装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係るレーダ用アンテナ装置は、上記課題を解決するために、交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換して供給するＡＣ／ＤＣコンバータ部と、前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部により供給された直流電圧に基づきパルス電流を生成するとともに前記パルス電流を使用してパルス状の高周波信号の送信を行う複数のアンテナとを備え、前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部は、前記複数のアンテナの各々に対する電力を分配する複数のスイッチ回路を有し、前記複数のアンテナの各々は、前記パルス状の高周波信号の送受信を制御する複数のＲＦモジュールと、前記複数のＲＦモジュールに対応して設けられるとともに各々の一端が対応する前記ＲＦモジュールに接続され各々の他端が前記複数のスイッチ回路のいずれかに接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ＡＣ／ＤＣコンバータ部に対して各アンテナがＤＣ／ＤＣコンバータを備えるため、柔軟な配置を可能とする複数のアンテナからなる多面レーダシステムを構築でき、小型軽量化を実現するとともに、故障発生時にもアンテナ毎にスイッチ回路による電力供給を停止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明のレーダ用アンテナ装置の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
最初に本発明の実施例１のレーダ用アンテナ装置の構成について説明する。図１は、本発明の実施例１のレーダ用アンテナ装置の構成を示すブロック図である。なお、本実施例において説明するレーダ用アンテナ装置は、３つのアンテナを例にとったものである。図１に示すように、本発明のレーダ用アンテナ装置は、交流電圧源１と、ＡＣＤＣコンバータ１１と、複数のアンテナ１４，１５，１６とから構成される。
【００１９】
交流電圧源１は、本発明の交流電源に対応し、交流電圧をＡＣＤＣコンバータ１１に対して出力する。
【００２０】
ＡＣＤＣコンバータ１１は、本発明のＡＣ／ＤＣコンバータ部に対応し、交流電源１からの交流電圧を直流電圧に変換して供給する。具体的には、ＡＣＤＣコンバータ１１は、絶縁型のＡＣ／ＤＣコンバータであり、整流平滑回路２と、コンバータ部３と、複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃからなるスイッチ回路群４とを有する。
【００２１】
整流平滑回路２は、交流電圧源１により出力された交流電圧を整流して直流電圧に変換し、さらに平滑化してコンバータ部３に出力する。
【００２２】
コンバータ部３は、整流平滑回路２により平滑化された直流電圧を交流電源系から絶縁された所定の電圧に変換して安定化する。また、このコンバータ部３は、後述する複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃの各々に対して制御信号を出力することにより、各スイッチ回路のオン／オフを制御する。操作人は、外部操作等により予め当該制御信号を設定することができるものとし、例えばレーダのアンテナ３面全てを使う場合には、複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃの全てがオン状態となるように制御信号を設定すればよい。
【００２３】
スイッチ回路群４を構成する複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃは、コンバータ部３により出力された制御信号に基づき、複数のアンテナ１４，１５，１６の各々に対する電力供給を分配する。スイッチ回路群４の詳細については後述する。
【００２４】
複数のアンテナ１４，１５，１６は、ＡＣＤＣコンバータ１１からＭｍ離れた位置に配置され、ＡＣＤＣコンバータ１１により供給された直流電圧に基づきパルス電流を生成するとともにパルス電流を使用してパルス状の高周波信号の送信を行う。本発明の特徴の１つとして、複数のアンテナ１４，１５，１６は、ＡＣＤＣコンバータからある程度（Ｍｍ）離れた位置に配置することが可能であるため、各アンテナの設置位置の許容範囲が広く、柔軟なアンテナ配置が可能であることが挙げられる。
【００２５】
具体的な構成として、複数のアンテナ１４，１５，１６の各々は、パルス状の高周波信号の送受信を制御する複数のＲＦモジュールと複数のＤＣ／ＤＣコンバータとを有する。例えば、アンテナ１４は、複数（本実施例においてはｎ個）のＲＦモジュール１３ａ−１〜１３ａ−ｎと、複数（本実施例においてはｎ個）のＤＣＤＣコンバータ１２ａ−１〜１２ａ−ｎとを有する。アンテナ１５，１６も同様に、それぞれ複数のＲＦモジュールと複数のＤＣ／ＤＣコンバータとを有する。
【００２６】
複数のＲＦモジュール１３ａ−１〜１３ａ−ｎは、パルス状の高周波信号の送受信を制御する。具体的には、複数のＲＦモジュール１３ａ−１〜１３ａ−ｎは、ＤＣＤＣコンバータ１２ａ−１〜１２ａ−ｎにより出力されたパルス電流を使用してパルス状の高周波信号の送信を行い、あるいはパルス状の高周波信号を受信する。
【００２７】
ＤＣＤＣコンバータ１２ａ−１〜１２ａ−ｎは、複数のＲＦモジュール１３ａ−１〜１３ａ−ｎに対応して設けられるとともに、各々の一端が対応するＲＦモジュールに接続され各々の他端が複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃのいずれかに接続される。本実施例においては、アンテナ１４の有するＤＣＤＣコンバータ１２ａ−１〜１２ａ−ｎは、スイッチ回路４ａに接続されている。また、アンテナ１５の有するＤＣＤＣコンバータ１２ｂ−１〜１２ｂ−ｎは、スイッチ回路４ｂに接続されている。また、アンテナ１６の有するＤＣＤＣコンバータ１２ｃ−１〜１２ｃ−ｎは、スイッチ回路４ｃに接続されている。
【００２８】
また、本実施例においては、いずれのアンテナにおいても、搭載されたＲＦモジュールの数はｎ個であるが、必ずしも全てのアンテナのＲＦモジュールの数を同じにする必要は無く、任意の数でよい。
【００２９】
複数のＤＣＤＣコンバータ１２ａ−１〜１２ａ−ｎの各々は、入力にパルス電流対応のコンデンサを備えてブリッジ形コンバータを構成し、ＡＣＤＣコンバータ１１により生成された直流電圧をＲＦモジュール１３ａ−１〜１３ａ−ｎに必要な電圧に変換するとともに、パルス電流に対応した電流を供給する。ＤＣＤＣコンバータ１２ｂ−１〜１２ｂ−ｎ，１２ｃ−１〜１２ｃ−ｎも同様である。
【００３０】
ここで、スイッチ回路群４の構成について詳述する。図２は、本発明の実施例１のレーダ用アンテナ装置におけるスイッチ回路群４の詳細な構成を示すブロック図である。また、図３は、本発明の実施例１のレーダ用アンテナ装置におけるスイッチ回路群４の実装例を示す図である。なお、図２、図３におけるスイッチ回路群４は、本発明に使用されるスイッチ回路群４の一般的な構成として説明するため、１台の電源に対して切り換える負荷回路が２系統の場合を示しており、スイッチ回路を２つしか有していないが、実際にはスイッチ回路の数は負荷（アンテナ）の数に依存するものとする。したがって、図１に示すような３つのアンテナを有するレーダ用アンテナに用いられる場合には、スイッチ回路群４の有するスイッチ回路の数は３つとなり、さらに多くのアンテナを有する場合にはアンテナの数に応じたスイッチ回路を備えるものとする。また、スイッチ回路群４は、複数の電源と複数の負荷回路を接続した構成に対しても適用可能である。
【００３１】
図２に示すように、スイッチ回路群４は、入力＋側電極用端子（バスバー）５と、入力−側電極用端子（バスバー）６と、出力＋側電極用端子（バスバー）７ａ，７ｂと、出力−側電極用端子（バスバー）８ａ，８ｂと、半導体スイッチ制御回路９ａ，９ｂと、半導体スイッチ１０ａ，１０ｂとから構成される。
【００３２】
ここで、バスバーとは、電源供給ラインに替わって使用される細長い棒状の金属であり、放熱効果やシールド効果に優れ、低インピーダンスにより電圧ドロップも低く抑えられる。
【００３３】
入力＋側電極用端子（バスバー）５は、複数の半導体スイッチ１０ａ，１０ｂに対して共通の入力側端子であり、コンバータ部３のプラス側に接続され、コンバータ部３により出力された直流電圧が入力される。
【００３４】
また、出力−側電極用端子（バスバー）８ａ，８ｂは、入力−側電極用端子（バスバー）６を介してコンバータ部３のマイナス側に接続されている。出力−側電極用端子（バスバー）８ａ，８ｂと入力−側電極用端子（バスバー）６とは、印刷基板１０の−パターンを介して低インピーダンスで接続されている。
【００３５】
また、出力＋側電極用端子（バスバー）７ａ，７ｂは、それぞれ複数の半導体スイッチ１０ａ，１０ｂに接続され、出力−側電極用端子（バスバー）８ａ，８ｂとともに直流電圧を負荷１７ａ，１７ｂに対して供給する。
【００３６】
複数の半導体スイッチ制御回路９ａ，９ｂは、本発明の制御部に対応し、複数の半導体スイッチ１０ａ，１０ｂに対応して設けられるとともに、外部（ここではコンバータ部３）から入力された制御信号に基づき対応する半導体スイッチのオン／オフを制御する。
【００３７】
複数の半導体スイッチ１０ａ，１０ｂは、いずれも入力＋側電極用端子（バスバー）５に印刷基板１９の＋パターンを介して接続されており、自己の半導体スイッチのオン／オフにより、複数の負荷１７ａ，１７ｂ（図１においては、アンテナ１４，１５，１６）の各々に対するＡＣＤＣコンバータ１１内部で変換された直流電圧の出力を分配する。
【００３８】
なお、図１に示す複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃの各々は、半導体スイッチ制御回路と半導体スイッチとを有する。すなわち本明細書において、１つのスイッチ回路は、例えば図２に示す半導体スイッチ制御回路９ａと半導体スイッチ１０ａとから構成されるものとする。
【００３９】
ここで、従来使用されていたスイッチ回路について簡潔に述べる。従来のスイッチ回路は、電源の出力を複数の負荷に供給する場合に、一旦端子板などで受け、リレー等の機械接点か又はＳＳＲの様な固体化素子によりオン／オフを行っていた。このため、従来のスイッチ回路は、端子板や切り換えスイッチが大きく配線も太いため、実現するために広い実装スペースを必要としていた。また従来のスイッチ回路は、配線の加工の手間や組み込みに相当な時間を必要とし、配線を行う者の配線の技量により電圧のドロップ量が異なるといった問題や負荷電流のノイズによる誤動作の危険性が存在した。
【００４０】
これに対し、本発明におけるスイッチ回路群４は、電源（コンバータ部３）の出力を接続する入力＋側電極用端子（バスバー）５と電流を流したときの電圧ドロップを低く抑えられる端子（バスバー）と複数の切換用の半導体スイッチ１０ａ，１０ｂを印刷基板上に配置して一体化したものであり、回路の小型化と安定性向上を目的としている。
【００４１】
図３に示すように、スイッチ回路群４の各部品は、印刷ユニット（印刷基板）１９上に配置されている。この印刷ユニット１９は、厚みのあるパターンやバスバーを使用して＋側電極と−側電極とを低インピ−ダンスに構成する。また、半導体スイッチ１０ａ，１０ｂは、通電時の損失が発生しても放熱できる機構部品を装備しており、筐体１８に取り付けられることによる空冷、あるいは筐体１８に伝導することによって排熱可能な構造を有する。さらに、スイッチ回路群４における各端子（バスバー）は、銅コアやバスバーを使用して低インピーダンス化してあるのみならず、入出力線を接続するためのネジタップ等が設けてある。
【００４２】
すなわち図１においては、複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃの各々は、同一の印刷基板上に配線パターンにより実装され一体化したものである。スイッチ回路群４は、配線パターンによる配線レスであるため、電圧のドロップ量が配線を行う者の技量に左右されることも無く、小型で動作安定性の高い高品質のスイッチ回路となる。
【００４３】
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を図１を用いて説明する。まず、交流電圧源１は、交流電圧をＡＣＤＣコンバータ１１に対して出力する。ＡＣＤＣコンバータ１１は、交流電源１からの交流電圧を直流電圧に変換し、複数のアンテナ１４，１５，１６の各々に対して供給する。
【００４４】
ＡＣＤＣコンバータ１１内部の動作について述べる。整流平滑回路２は、交流電圧源１により出力された交流電圧を整流して直流電圧に変換し、さらに平滑化してコンバータ部３に出力する。コンバータ部３は、整流平滑回路２により平滑化された直流電圧を交流電源系から絶縁された所定の電圧に変換して安定化する。また、このコンバータ部３は、複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃの各々に対して制御信号を出力することにより、各スイッチ回路のオン／オフを制御する。
【００４５】
スイッチ回路群４を構成する複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃは、コンバータ部３により出力された制御信号に基づき、複数のアンテナ１４，１５，１６の各々に電力を供給する。
【００４６】
具体的には、外部（コンバータ部３）から制御信号が入力されると、図２に示す半導体スイッチ制御回路９ａ，９ｂは、半導体スイッチ１０ａ，１０ｂを駆動する。半導体スイッチ制御回路９ａ，９ｂは、それぞれ半導体スイッチ１０ａ，１０ｂとペアで個別に制御が可能である。半導体スイッチ１０ａ，１０ｂのオンにより、コンバータ部３から入力された電流は、入力＋側電極用端子（バスバー）５を介して印刷基板１９の＋パターンを流れ、オン状態の半導体スイッチを通過し、その後出力＋側電極用端子（バスバー）７ａあるいは７ｂを介して負荷１７ａあるいは１７ｂに流れる。
【００４７】
すなわち、図１に示す本発明のスイッチ回路群４は、コンバータ部３からの制御信号により自己の有する複数の半導体スイッチのオン／オフを個別に制御するので、アンテナ１４，１５，１６のうち任意のアンテナに電流を供給することができる。
【００４８】
図４は、本実施例のレーダ用アンテナ装置における各部の電流波形を示す図である。図４の最下段に示すように、ＡＣＤＣコンバータ１１のスイッチ回路群４から各アンテナに対して流れる電流は、ＡＣＤＣコンバータ１１の最大出力電流で制限されるため急峻な大電流とはならず、複数のＤＣＤＣコンバータ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ内部の入力に配置された図示されないコンデンサの充電状態に応じて緩やかな波形となる。このコンデンサは、各ＲＦモジュールが要求するパルス電流の周波数に合わせて放電するため、ＡＣＤＣコンバータ１１から各アンテナに対して流れる電流も当該周波数に応じた波形となる。ＡＣＤＣコンバータ１１の出力電圧を高くすることにより、ＤＣＤＣコンバータ内部に配置されたコンデンサは、各ＲＦモジュールへのパルス電流を供給することが可能となる。したがって、ＡＣＤＣコンバータ１１は、急峻なパルス大電流を供給する必要がない。なお、１ＤＣＤＣコンバータあたりに必要な電流を数Ａとすると、各アンテナはｎ個のＤＣＤＣコンバータを備えているため、図４の最下段に示すように、ＡＣＤＣコンバータ１１から各アンテナに対して流れる電流のピーク値は、数Ａ×ｎの値となる。
【００４９】
複数のアンテナ１４，１５，１６は、ＡＣＤＣコンバータ１１からＭｍ離れた位置に配置され、ＡＣＤＣコンバータ１１により供給された直流電圧に基づきパルス電流を生成するとともにパルス電流を使用してパルス状の高周波信号の送信を行う。
【００５０】
複数のアンテナ１４，１５，１６をＡＣＤＣコンバータ１１からある程度（Ｍｍ）離れた位置に配置することができる理由は、ＡＣＤＣコンバータ１１による急峻なパルス大電流の供給が不要だからである。ＡＣＤＣコンバータ１１と各アンテナとの間の配線による電圧降下は、各アンテナに実装されたＤＣＤＣコンバータ１２ａ，１２ｂ，１２ｃにより補正される。
【００５１】
複数のＤＣＤＣコンバータ１２ａ−１〜１２ａ−ｎの各々は、ＡＣＤＣコンバータ１１により生成された直流電圧をＲＦモジュール１３ａ−１〜１３ａ−ｎに必要な電圧に変換するとともに、パルス電流に対応した電流を供給する。ＤＣＤＣコンバータ１２ｂ−１〜１２ｂ−ｎ，１２ｃ−１〜１２ｃ−ｎも同様である。
【００５２】
各ＤＣＤＣコンバータ内の入力に設けられたコンデンサを通過した後の電流波形は、図４の中段に示すように矩形波となる。この際のピーク電流は、数Ａであるが、各ＤＣＤＣコンバータは、電圧を下げて各ＲＦモジュールが必要な電流値（本実施例においてはピーク値で数十Ａ）を確保した後に各ＲＦモジュールに対して出力する。
【００５３】
大型レーダのアンテナ１面の送信出力電力は、ピーク電力で数ｋＷにおよぶ。レーダ側ＲＦ素子の効率は約２５％程度であるため、ＤＣＤＣコンバータのピーク電力は数十ｋＷとなり、ピーク電流は数千Ａとなる。このため、ＲＦモジュールをたとえば、百列に分割し、１列ごとにＤＣＤＣコンバータを実装すると１列ごとのパルス電流は数十Ａとなる。したがって、１モジュールあたりのＤＣＤＣコンバータ・ＲＦモジュール間電流は、図４の最上段に示すように数十Ａのピーク値を有する矩形波となる。
【００５４】
複数のＲＦモジュール１３ａ−１〜１３ａ−ｎは、パルス状の高周波信号の送受信を制御する。具体的には、複数のＲＦモジュール１３ａ−１〜１３ａ−ｎは、ＤＣＤＣコンバータ１２ａ−１〜１２ａ−ｎにより出力されたパルス電流を使用してパルス状の高周波信号の送信を行い、あるいはパルス状の高周波信号を受信する。複数のＲＦモジュール１３ｂ−１〜１３ｂ−ｎとＲＦモジュール１３ｃ−１〜１３ｃ−ｎも同様である。
【００５５】
さらに、各アンテナに複数のＲＦモジュールに対応する複数のＤＣＤＣコンバータ部を配置したことで、ＡＣＤＣコンバータ１１と複数のアンテナ１４，１５，１６を離して実装することができるため、１台のＡＣＤＣコンバータ１１に対して数台のアンテナ（本実施例においては３台のアンテナ１４，１５，１６）を接続し、運用することが可能となる。また、いずれかのアンテナが異常となった場合には、操作人等は、コンバータ部３出力に設けたスイッチにより、当該異常のアンテナを切り離し、他のアンテナで運用を継続することができる。
【００５６】
上述のとおり、本発明の実施例１の形態に係るレーダ用アンテナ装置によれば、ＡＣＤＣコンバータ１１に対して各アンテナがＤＣ／ＤＣコンバータを備えるため、柔軟な配置を可能とする複数のアンテナからなる多面レーダシステムを構築でき、小型軽量化を実現するとともに、故障発生時にもアンテナ毎にスイッチ回路により、故障アンテナの分離ができる。
【００５７】
ＡＣＤＣコンバータ１１と各アンテナとの間の配線による電圧降下は、各アンテナに実装されたＤＣＤＣコンバータ１２ａ，１２ｂ，１２ｃにより補正されるので、レーダの性能劣化を防止することができる。
【００５８】
また、ＡＣＤＣコンバータ１１と各アンテナとは、分離し距離を置いて柔軟に配置することが可能であるため、指向性を有する各アンテナをお互いの幅域を補完し合うように設置することができる。
【００５９】
したがって、１台のＡＣＤＣコンバータ１１に対して数台のレーダ用アンテナ（本実施例においてはアンテナ１４，１５，１６）を接続可能な多面レーダシステムを構築することができる。
【００６０】
また、いずれかのアンテナが異常となった場合には、操作人等は、コンバータ部３出力に設けたスイッチにより、当該異常のアンテナを切り離し、他のアンテナで運用を継続することができる。したがって、仮にレーダ１面が故障して短絡等の事故が生じた場合においても、ＡＣＤＣコンバータ１１の電圧が極端に下がり、全てのレーダが使用不能に陥るといった事態を回避することができる。またメンテナンスの際にも、任意のアンテナを切り離すことが可能である。
【００６１】
また、ＡＣＤＣコンバータ１１内に設けたスイッチ回路群４は、大電流を必要とする複数の負荷回路（アンテナ１４，１５，１６）に対し、スイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃをオン／オフすることにより個別に電流を供給することができる。さらに、複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃの各々は、同一の印刷基板１９上に低インピーダンスの配線パターンにより実装され一体化したものであるため、配線の技量により電圧のドロップ量が異なるといった問題や負荷電流のノイズによる誤動作の危険性が存在せず、配線レスであり小型でありながら動作安定性の高い高品質のスイッチ回路となる。
【実施例２】
【００６２】
図５は、本発明の実施例２のレーダ用アンテナ装置の構成を示すブロック図である。まず、本実施の形態の構成を説明する。なお、図５において、図１における構成要素と同一ないし均等のものは、前記と同一符号を以て示し、重複した説明を省略する。実施例１の構成と異なる点は、ＡＣＤＣコンバータ１１内のスイッチ回路群４の後段に電流検出部２０が設けられている点である。
【００６３】
電流検出部２０は、複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃの各々から出力された電流量を検出し、検出した電流量をスイッチ回路群４に出力する。なお、図５において、電流検出部２０は、１つであるように描かれているが、必ずしも１つとする必要はない。複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃのそれぞれに対応して、３つの電流検出部を設けてもよい。その場合に各電流検出部は、自己の対応するスイッチ回路の出力した電流値を検出し、当該自己の対応するスイッチ回路に対して検出した電流量を出力する。
【００６４】
複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃの各々は、電流検出部２０により検出された電流量を判断し所定値以上の場合は、複数のアンテナ１４，１５，１６の各々に対する電力供給を停止する。
【００６５】
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。基本的には実施例１の作用と同様である。異なる点として、電流検出部２０は、複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃの各々から出力された電流量を検出し、検出結果をスイッチ回路群４に出力する。
【００６６】
複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃの各々は、各スイッチ回路が出力した電流量を電流検出部２０により検出し、その値が所定値以上であるか否かを判断し、所定値以上である場合には、当該所定値以上の電流を出力しているスイッチ回路をオフにし、電力供給を停止する。いずれかのレーダ１面が故障して短絡等の事故が生じた場合には、当該短絡が生じたアンテナに対して大電流が流れるため、本実施例における複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃの各々は、当該短絡を迅速に察知して、当該短絡が生じたアンテナに対する電力供給を停止する。
【００６７】
なお、電流検出部２０は、複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃの各々から出力された電流量を検出するとともに、当該電流量が所定値以上であるか否かを判断する構成とすることもできる。この場合には、電流検出部２０は、当該電流量が所定値以上である場合にのみ停止を求める旨の制御信号を出力する。複数のスイッチ回路４ａ，４ｂ，４ｃの各々は、電流検出部２０により出力された制御信号に基づき、大電流を出力しているスイッチ回路をオフにし、短絡事故が生じたアンテナに対する電力供給を停止する。
【００６８】
上述のとおり、本発明の実施例２の形態に係るレーダ用アンテナ装置によれば、実施例１の効果に加え、いずれかのアンテナが故障等により短絡等の事故を生じた場合においても、迅速に短絡を察知して当該事故を生じたアンテナに対する電力供給を停止するので、ＡＣＤＣコンバータ１１の電圧が極端に下がり、全てのレーダが使用不能に陥るといった事態を迅速に回避することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明に係るレーダ用アンテナ装置は、アンテナ用ＲＦ素子を使用した複数の大型レーダ（アンテナ）による多面レーダシステムに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施例１の形態のレーダ用アンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１の形態のレーダ用アンテナ装置におけるスイッチ回路群の詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施例１の形態のレーダ用アンテナ装置におけるスイッチ回路群の実装例を示す図である。
【図４】本発明の実施例１の形態のレーダ用アンテナ装置における各部の電流波形を示す図である。
【図５】本発明の実施例２の形態のレーダ用アンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【図６】従来のレーダ用アンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【００７１】
状況を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ 交流電圧源
２ 整流平滑回路
３ コンバータ部
４ スイッチ回路群
４ａ，４ｂ，４ｃ スイッチ回路
５ 入力＋側電極用端子（バスバー）
６ 入力−側電極用端子（バスバー）
７ａ，７ｂ 出力＋側電極用端子（バスバー）
８ａ，８ｂ 出力−側電極用端子（バスバー）
９ａ，９ｂ 半導体スイッチ制御回路
１０ａ，１０ｂ 半導体スイッチ
１１ ＡＣＤＣコンバータ
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ ＤＣＤＣコンバータ
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ ＲＦモジュール
１４，１５，１６ アンテナ
１７ａ，１７ｂ 負荷
１８ 筐体
１９ 印刷ユニット
２０ 電流検出部
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ パルス電源
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ インタフェース回路
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ ＲＦモジュール
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ アンテナ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換して供給するＡＣ／ＤＣコンバータ部と、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部により供給された直流電圧に基づきパルス電流を生成するとともに前記パルス電流を使用してパルス状の高周波信号の送受信を行う複数のアンテナとを備え、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部は、前記複数のアンテナの各々に電力を分配する複数のスイッチ回路を有し、
前記複数のアンテナの各々は、
前記パルス状の高周波信号の送受信を制御する複数のＲＦモジュールと、
前記複数のＲＦモジュールに対応して設けられるとともに各々の一端が対応する前記ＲＦモジュールに接続され各々の他端が前記複数のスイッチ回路のいずれかに接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、
を有することを特徴とするレーダ用アンテナ装置。
【請求項２】
前記複数のスイッチ回路の各々から出力された電流量を検出する電流検出部を備え、
前記複数のスイッチ回路の各々は、前記電流検出部により検出された電流量に基づき前記複数のアンテナの各々に対する電力供給を停止することを特徴とする請求項１記載のレーダ用アンテナ装置。
【請求項３】
前記複数のスイッチ回路の各々は、同一の印刷基板上に配線パターンにより実装され一体化したものであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のレーダ用アンテナ装置。
【請求項４】
前記複数のスイッチ回路の各々は、
前記複数のアンテナの各々に対する前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部内部で変換された直流電圧の出力を分配する複数の半導体スイッチと、
前記複数の半導体スイッチに対応して設けられるとともに外部から入力された制御信号に基づき対応する前記半導体スイッチのオン／オフを制御する複数の制御部と、
を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のレーダ用アンテナ装置。
【請求項１】
交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換して供給するＡＣ／ＤＣコンバータ部と、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部により供給された直流電圧に基づきパルス電流を生成するとともに前記パルス電流を使用してパルス状の高周波信号の送受信を行う複数のアンテナとを備え、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部は、前記複数のアンテナの各々に電力を分配する複数のスイッチ回路を有し、
前記複数のアンテナの各々は、
前記パルス状の高周波信号の送受信を制御する複数のＲＦモジュールと、
前記複数のＲＦモジュールに対応して設けられるとともに各々の一端が対応する前記ＲＦモジュールに接続され各々の他端が前記複数のスイッチ回路のいずれかに接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、
を有することを特徴とするレーダ用アンテナ装置。
【請求項２】
前記複数のスイッチ回路の各々から出力された電流量を検出する電流検出部を備え、
前記複数のスイッチ回路の各々は、前記電流検出部により検出された電流量に基づき前記複数のアンテナの各々に対する電力供給を停止することを特徴とする請求項１記載のレーダ用アンテナ装置。
【請求項３】
前記複数のスイッチ回路の各々は、同一の印刷基板上に配線パターンにより実装され一体化したものであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のレーダ用アンテナ装置。
【請求項４】
前記複数のスイッチ回路の各々は、
前記複数のアンテナの各々に対する前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部内部で変換された直流電圧の出力を分配する複数の半導体スイッチと、
前記複数の半導体スイッチに対応して設けられるとともに外部から入力された制御信号に基づき対応する前記半導体スイッチのオン／オフを制御する複数の制御部と、
を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のレーダ用アンテナ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１２２０５１（Ｐ２０１０−１２２０５１Ａ）
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９５６１４（Ｐ２００８−２９５６１４）
【出願日】平成２０年１１月１９日（２００８．１１．１９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１９日（２００８．１１．１９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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