CN102301533A - 阵列天线及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
阵列天线具有:多个第一天线元件,其以预定的元件间隔排列在基板的平面上;多个第二天线元件,其和上述第一天线元件的排列方向相平行地以上述元件间隔排列在上述平面;第一供电电路,其通过在上述平面中在第一分支点分支的线路向各个上述第一天线元件供电;和第二供电电路,其通过在上述平面中在第二分支点分支的线路向各个上述第二天线元件供电,上述第二分支点在上述排列方向上相对于上述第一分支点偏移预定距离。
Description
技术领域
本发明涉及一种改善阵列天线的旁瓣特性的技术。
背景技术
在点对点系统等无线系统中,使用例如抛物面天线或阵列天线。
如图1所示,一般的阵列天线由设置在印刷电路板上的多个天线元件、向该天线元件供电的供电电路构成。该图中的圆圈是天线元件,连接各天线元件的实线是构成供电电路的线路(微波传输带线路)。如该图所示,天线元件在印刷电路板上以点阵状排列。
在具有上述构成的阵列天线中,在印刷电路板上与最大辐射方向(主瓣方向)不同的方向上会产生无用的辐射(栅瓣)。如果该辐射较强,则旁瓣特性会恶化。
在图1中,设定包含X轴和Y轴的X-Y平面与纸面相平行,Z轴在与X-Y平面垂直的方向上。该Z轴方向为主瓣方向。然后,将所有的天线元件以及供电电路的线路设置在X-Y平面上的印刷电路板上。并且,天线元件在X轴方向上按列配置,多个列在Y轴方向上排列配置。该X轴方向为天线元件的排列方向。
如图2所示,考虑将天线元件以元件间隔d排列在基板的平面上的情况。在该图中,包含X轴和Z轴的X-Z平面与纸面相平行,Y轴在与X-Z平面垂直的方向上。
其中,元件间隔d比辐射波的半波长更大的情况下在主瓣方向(Z轴方向)的主束之外也会产生无用的辐射束。具体地,在满足下面(1)式的θn方向上产生无用辐射。
sinθn=sinθ0+nλ/d…(1)
在上述(1)式中θ0是主束(主瓣)的方向、θn是无用辐射的方向、n是自然数、d是元件间隔(无用辐射的波源的间隔)。
例如,n=1、θ0=0、d=1.4×λ的情况下θn可以用(2)式计算。
θn=arcsin(1/1.4)=45(deg)…(2)
即,在这种情况下从主瓣方向观察时在45度的方向上发生无用辐射。
在图2中示出了天线元件自身成为无用辐射波源的情况,微波传输带线路的分支点也能够成为无用辐射的波源。图1中的箭头表示无用辐射的波源。在该图中,在邻接的天线元件之间的分支点产生无用辐射。无用辐射的箭头方向表示电场方向,该方向与天线元件的偏振波(省略图示)的方向相同。
由于这些无用辐射的发生会导致阵列天线的旁瓣特性下降。
具体地,图3是表示减少了微波传输带线路无用辐射的阵列天线辐射方向图的图。图4是表示受微波传输带线路无用辐射影响的阵列天线的辐射方向图的图。在图3以及图4中纵轴是增益(dB),横轴是主瓣方向和辐射波方向的夹角。
如图3所示,在没有微波传输带线路的无用辐射时旁瓣电平的最大值为-31.8dB,但是如图4所示,存在无用辐射的情况下旁瓣电平的最大值为-21.6dB。因此,微波传输带线路的无用辐射给阵列天线的旁瓣特性带来的影响是很大的。
一般地,在天线系统中为了抑制向周围的无用辐射很多情况下要求天线具有良好的旁瓣特性。
因此,在一般的阵列天线中可以在和设置天线元件的印刷电路板不同的基板上设置供电电路。根据该构成,可以使在微波传输带线路的分支点产生的无用辐射的影响不会波及到设置了天线元件的面上,能够提高阵列天线的旁瓣特性。并且,在专利文献1所述的阵列天线中通过在设置了供电电路的电路上设置屏蔽板来降低来自供电电路的无用辐射。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平8-167812号公报
发明内容
但是,在专利文献1所述的阵列天线中存在着要准备多个印刷电路板、构成复杂、不能够廉价制造(制造成本增加)的问题。
本发明的目的在于提供一种能够用简易的构成降低阵列天线的无用辐射的技术。
为了达到上述目的,本发明的阵列天线是一种阵列天线,其具有多个第一天线元件,其以预定的元件间隔排列在基板的平面上;多个第二天线元件,其和上述第一天线元件的排列方向相平行地以上述元件间隔排列在上述平面上;第一供电电路,其通过在上述平面中在第一分支点分支的线路向各个上述第一天线元件供电;和第二供电电路,其通过在上述平面中在第二分支点分支的线路向各个上述第二天线元件供电,上述第二分支点在上述排列方向上相对于上述第一分支点偏移预定距离。
本发明的阵列天线的制造方法,以预定的元件间隔在基板的平面上排列多个第一天线元件;与上述第一天线元件的排列方向平行以上述元件间隔在上述平面排列多个第二天线元件;设置第一供电电路,其通过在上述平面中在第一分支点分支的线路向各个上述第一天线元件供电;设置第二供电电路,其通过在上述平面中在第二分支点分支的线路向各个上述第二天线元件供电,上述第二分支点在上述排列方向上相对于上述第一分支点偏移预定距离。
根据本发明,向第二天线元件供电的线路的分支点在排列方向上相对于向第一天线元件供电的线路的分支点仅错开预定距离,因此产生无用辐射的分支点在排列方向上的间隔变窄,其结果是降低了阵列天线整体的无用辐射。
附图说明
图1是表示一般的阵列天线构成的电路图。
图2是用于说明一般的阵列天线中的无用辐射的图。
图3是表示一般的阵列天线的辐射方向图的图。
图4是表示一般的阵列天线的辐射方向图的图。
图5是表示本发明第一实施方式的阵列天线的构成的电路图。
图6是表示本发明第一实施方式的阵列天线的无用辐射波源位置的图。
图7是表示本发明第一实施方式的阵列天线辐射方向图的图。
图8是表示本发明第一实施方式的阵列天线旁瓣特性的曲线图。
图9是表示本发明第二实施方式的阵列天线构成的电路图。
图10是表示本发明第三实施方式的阵列天线构成的电路图。
图11是表示本发明第四实施方式的阵列天线构成的电路图。
图12是表示本发明第四实施方式的阵列天线旁瓣特性的曲线图。
图13是表示本发明变形例的阵列天线构成的电路图。
附图标记的说明
1、1a、1b、1c 阵列天线
A1、A2 天线元件
P1、P2 分支点
具体实施方式
(第一实施方式)
参照附图对用于实施本发明的第一实施方式进行详细说明。
图5是表示本实施方式的阵列天线1的构成的电路图。参照该图,阵列天线1具有A1、A2等多个天线元件、和供电电路。
在该图中,包含X轴和Y轴的X-Y平面平行于纸面,Z轴在与X-Y平面相垂直的方向上。而且,所有的天线元件以及供电电路的线路设置在X-Y平面上的印刷电路板上。例如,该Z轴方向设为阵列天线1的主瓣方向。
为了降低损失,印刷电路板适合用PTFE(聚四氟乙烯,Polytetrafluoroethylene)作为材料,但是出于降低材料成本的目的,也可以使用BT(双马来酰亚胺三嗪,Bismaleimide-Triazine)树脂、PPE(聚苯醚,Poly Phenylene Ether)等材料。
所有的天线元件(A1等)具有同等的特性。天线元件在X轴方向上成列配置,多个列在Y轴方向上排列配置。以下将X轴方向称为排列方向。
供电电路具备:电源(未图示),其连接在图1的F点上;和微波传输带线路,其从F点分为多个支路后与各天线元件接线。在该图中实线表示微波传输带线路的接线。
各天线元件根据供电线的分支点位置分为两组。各组元件由排列成两列的多个天线元件构成。以下将具备其中一组所属的天线元件、与这些天线元件相连接的微波传输带线路(第一供电电路)的部分称为第一子阵,将另一组所属的天线元件以及微波传输带线路(第二供电电路)称为第二子阵。
图6是表示阵列天线1中产生的无用辐射的波源位置的电路图。在该图中的箭头是无用辐射的波源。如该图所示,各天线元件按一定的元件间隔(d)排列。
其中,元件间隔是指在排列方向上邻接的天线元件中心之间的距离。换句话说,元件间隔是邻接的天线元件中心的X坐标之差。
并且如图6所示,微波传输带线路在分支点P1、P2等处分支。在这些分支点产生无用辐射。如该图所示,例如在邻接的天线元件之间的分支点产生沿箭头方向(Y轴方向)的无用辐射。在没有箭头的分支点也产生无用辐射,但是在这些分支点的无用辐射的方向互不相同,如果考察所有的无用辐射的影响,会使说明变得很复杂,因此为了方便说明省略其内容。
并且,微波传输带线路的配线方式为:第一子阵中线路的分支点P1等位置在排列方向(X轴方向)上相对于第二子阵中的分支点P2等位置偏移δ(偏移量)距离。
换句话说,供电电路的配线方式为:第一子阵中分支点(P1等)的X坐标与第二子阵中相对应的分支点(P2等)的X坐标之差为δ。
如果将第一子阵的无用辐射波源(P1等)和第二子阵的无用辐射波源(P2等)投影到X轴上,则这些无用辐射波源的间隔相比偏移之前变窄。因此,在远距离处会彼此加强无用辐射,因此不会降低旁瓣特性。
例如,假设偏移前的无用辐射波源的间隔d为1.4倍波长、主瓣方向与Z轴的夹角为θ0=0、n=1,则根据上述(1)式,在X-Z平面上栅瓣方向与主瓣方向(Z轴方向)所成的夹角θn=45度。即,在X-Z平面中在与Z轴所成夹角为45度的方向上生成栅瓣。
但是,通过在X轴方向上的偏移使无用辐射波源的间隔d变为0.7倍波长,则(1)式的右边大于1,在X-Z平面上不存在产生栅瓣的方向(θn)。这样,通过减小无用辐射波源在X轴方向的间隔,就能够抑制在X-Z平面上栅瓣的发生,改善阵列天线整体的旁瓣特性。
图7是表示本实施方式阵列天线1的辐射方向图的图。该图中的纵轴是阵列天线1的增益(dB)、横轴是观测方向相对于主瓣方向的角度(θ)。如该图所示本实施方式阵列天线1的最大增益为-34.6dB,但是在图4所示的一般的阵列天线中的最大增益为-21.6dB。
因此,在排列方向(X轴方向)上偏移了子阵的阵列天线1的旁瓣特性相比没有进行偏移的阵列天线更良好。
另外,在本实施方式中的构成是每两列进行偏移,但是也可以是每三列以上的多个列进行偏移的构成。
并且,在本实施方式中,在图5等中将天线元件的形状记述为圆形,但是天线元件的形状可以是四边形等任意的形状。
而且,在各天线元件上还能够安装无源元件。关于无源元件的安装可以使用例如专利文献2765556号公报所述的构造。
图8是表示对于偏移量的各种不同的值测定了阵列天线1的旁瓣电平特性的结果的曲线图。在图中的纵轴是旁瓣电平(dB)、横轴是偏移量(δ)相对于元件间隔(d)的比率。参照该图,在实际应用上δ/d值希望是0.4~1.1。并且,δ/d=1.1时旁瓣电平最低。
如上述说明根据本实施方式,向第二天线元件(A2等)供电的线路的分支点(P2等)沿排列方向(X轴方向)相对于向第一天线元件(A1等)供电的线路的分支点(P1等)仅错开预定距离(偏移量:δ),因此产生无用辐射的分支点彼此偏移,分支点在排列方向上的间隔变窄,其结果是改善了阵列天线1整体的旁瓣特性。
并且,通过使偏移量(δ)与元件间隔(d)大致相等(例如1.1倍),阵列天线1的旁瓣特性为最佳。
(第二实施方式)
参照图9对本发明的第二实施方式进行说明。该图是表示本实施方式的阵列天线1a的构成的电路图。参照该图,本实施方式的天线元件以及微波传输带线路分为四组(第一~第四子阵)。
如果将第二子阵相对于第一子阵的偏移量设为δ,则第三子阵相对于第一子阵的偏移量为其两倍,第四子阵相对于第一子阵的偏移量为其三倍。
如果第二子阵相对于第一子阵的偏移量和第四子阵相对于第一子阵的偏移量是相同的值,则第二、第四子阵中无用辐射波源的X坐标相同,不产生偏移。但是在本实施方式中,将第一子阵以外的子阵相对于第一子阵的偏移量设定为不同的值,因此在各子阵中无用辐射的波源被分散,进一步降低了阵列天线1a的旁瓣特性。
(第三实施方式)
参照图10对本发明的第三实施方式进行说明。该图是表示本实施方式的阵列天线1b的构成的电路图。参照该图,在阵列天线1b中子阵在每列都沿着排列方向产生偏移。
如果按第一实施方式的阵列天线1的构成每两列进行偏移,则各子阵内的各列没有偏移。但是如本实施方式的构成所示,对每列都进行偏移,则各列的无用辐射的波源分散,进一步降低了旁瓣特性。
(第四实施方式)
参照图11~图13对本发明的第四实施方式进行说明。图11是表示本实施方式的阵列天线1c构成的电路图。参照该图在阵列天线1c中各子阵的天线元件没有偏移,而只有微波传输带电路的分支点在每列上向排列方向偏移。
图12是表示对偏移量的各种不同的值,测量了阵列天线1c的旁瓣电平的结果的曲线图。在该图中纵轴是旁瓣电平(dB)、横轴是偏移量(δ)相对于元件间隔(d)的比率。参照该图当δ/d=1.0时旁瓣电平最低。
另外,在本实施方式中的构成为只将每列的分支点进行偏移,也可以是如图13所示的将多列的分支点进行偏移的构成。
如上所述,根据本实施方式偏移了作为无用辐射波源的分支点,而没有偏移天线元件。因此相比包含天线元件在内进行偏移的第一实施方式,能够降低阵列天线1c的旁瓣特性,还能够减少阵列天线1c的面积。
并且,通过使偏移量(δ)与元件间隔(d)大致相同(例如1.0倍),阵列天线1c的旁瓣特性最好。
该申请以2009年2月5日提出申请的日本专利申请2009-025232为基础主张优先权利益,通过引用将其公开的全部内容结合在本申请中。
Claims (6)
1.一种阵列天线,具有:
多个第一天线元件,以预定的元件间隔排列在基板的平面上;
多个第二天线元件,与上述第一天线元件的排列方向相平行地以上述元件间隔排列在上述平面上;
第一供电电路,通过在上述平面中在第一分支点分支的线路,向各个上述第一天线元件供电;和
第二供电电路,通过在上述平面中在第二分支点分支的线路,向各个上述第二天线元件供电,上述第二分支点在上述排列方向上相对于上述第一分支点偏移预定距离。
2.根据权利要求1所述的阵列天线,其中,上述第一天线元件的列和上述第二天线元件的列沿着与上述排列方向垂直的方向交替配置在上述平面内,并且
上述第一供电电路和上述第二供电电路交替配置。
3.根据权利要求1或2所述的阵列天线,还具有:
多个第三天线元件,与上述排列方向平行地配置在上述平面上;以及
第三供电电路,通过在上述平面中在第三分支点分支的线路,向各个上述第三天线元件供电,上述第三分支点在该排列方向上相对于上述第一分支点偏移两倍于上述预定距离的距离。
4.根据权利要求2或3所述的阵列天线,其中,上述预定距离和上述元件间隔大致相等。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的阵列天线,其中,在上述排列方向上,上述第一天线元件的位置和上述第二天线元件的位置相一致。
6.一种阵列天线的制造方法,包括如下步骤:
按预定的元件间隔,在基板平面上排列多个第一天线元件,
与上述第一天线元件的排列方向平行地,以上述元件间隔在上述平面上排列多个第二天线元件,
设置第一供电电路,用于通过在上述平面中在第一分支点分支的线路,向各个上述第一天线元件供电,
设置第二供电电路,用于通过在上述平面中在第二分支点分支的线路,向各个上述第二天线元件供电,上述第二分支点在上述排列方向上相对于上述第一分支点偏移预定距离。
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