CN108736172B - 阵列天线 - Google Patents

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CN108736172B CN201810358709.7A CN201810358709A CN108736172B CN 108736172 B CN108736172 B CN 108736172B CN 201810358709 A CN201810358709 A CN 201810358709A CN 108736172 B CN108736172 B CN 108736172B
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Abstract

本发明提供一种阵列天线，该阵列天线在方位角方向和仰角方向中的任一方向均进行波束控制，且能够抑制相移控制的对象的增加，得到高的天线增益。在本发明的阵列天线中，多个子阵列各自包含多个辐射元件，在彼此正交的第1方向和第2方向二维地排列。多个供电线路对多个子阵列的每个分别从高频输入输出设备进行供电。多个子阵列在第1方向沿着直线排列，在第2方向中，在第2方向相邻的2个子阵列中的一个相对于另一个在第1方向错位排列。

Description

阵列天线
技术领域
本发明涉及一种阵列天线。
背景技术
下述的专利文献1和2中公开了阵列天线。
专利文献1所公开的阵列天线包含以规定的元件间隔排列的第1天线元件以及与第1天线元件的排列方向平行地以相同的元件间隔排列的第2 天线元件。通过在第1分支点分支的线路对第1天线元件进行供电，通过在第2分支点分支的线路对第2天线元件进行供电。第2分支点相对于第 1分支点，仅在排列方向错位规定距离。通过将供电线路的分支点的位置配置于优选的位置，能够减少阵列天线的不必要的辐射。
专利文献2所公开的阵列天线具备至少4个一维辐射器阵列。第偶数个辐射器阵列相对于第奇数个辐射器阵列，仅移位辐射器间的距离的1/ 2。通过使辐射器阵列移位，能够将辐射器的密度优化，其结果，波束形成得到改善
从1个振荡器输出的信号对应一维辐射器阵列的多个辐射元件进行分支后，通过相移双推振荡器(phase-shift push-push oscillators)接收相移。在一维辐射器阵列的排列有辐射器的方向(阵列方向)相移的信号各自在 4个一维辐射器阵列排列的方向(与阵列方向正交的方向)进行分支后，产生规定的相位差而供给到各辐射器。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2010/089941号
专利文献2：日本特表2010－541315号公报
发明内容
对于专利文献1所公开的阵列天线，在供电线路的分支点分支的信号供给到各天线元件。因此，无法作为有源相控阵天线工作。
对于专利文献2所公开的阵列天线，通过相移双推振荡器来改变相移量，由此，能够在阵列方向进行波束控制。可以在与阵列方向正交的方向设置固定的相位差而提供期望的覆盖，但无法进行波束控制。另外，如果为了得到高的天线增益而增加辐射元件的个数，则相移控制的对象增加而高频电路变得复杂。
本发明的目的在于提供在方位角方向和仰角方向中的任一方向均进行波束控制且能够抑制相移控制的对象的増加并得到高的天线增益的阵列天线。
基于本发明的第1观点的阵列天线具有多个子阵列和多个供电线路，
所述多个子阵列各自包含多个辐射元件，在彼此正交的第1方向和第 2方向二维地排列，
所述多个供电线路对多个所述子阵列的每个分别从高频输入输出设备进行供电，
多个所述子阵列在所述第1方向沿着直线排列，在所述第2方向中，在所述第2方向相邻的2个所述子阵列中的一个相对于另一个在所述第1 方向错位排列。
可以介由供电线路对多个子阵列赋予期望的相位差而供给高频信号。由此，能够在第1方向和第2方向上进行波束控制。在第2方向上，多个子阵列在第1方向错位排列，因此，作为整体的在第1方向上的子阵列的有效的间距变得比在第1方向排列的1行的子阵列的间距小。其结果，能够增大在第1方向上的波束的偏转角。由于高频输入输出设备的1个输入输出端子与1个子阵列所含的多个辐射元件连接，因此，可以配置比输入输出端子的个数多的辐射元件。通过增加辐射元件的个数，能够得到高的天线增益。换言之，即使辐射元件的个数增加，也能够抑制高频输入输出设备的输入输出端子的增加。
基于本发明的第2观点的阵列天线除基于第1观点的阵列天线的构成以外，还具有如下特征：
多个所述子阵列在所述第1方向以第1间距排列，在所述第2方向相邻的2个所述子阵列的在所述第1方向上的位置的错位量为所述第1间距的1/2以下。
能够使多个子阵列的在第1方向上的有效的间距比第1间距小。
基于本发明的第3观点的阵列天线除基于第2观点的阵列天线的构成以外，还具有如下特征：
将多个所述子阵列向与所述第1方向平行的直线进行垂直投影而得到的多个图像在所述第1方向以所述第1间距的1/2以下的等间距排列。
能够作为在第1方向上以所述第1间距的1/2以下的等间距排列的有源相控阵天线工作。
基于本发明的第4观点的阵列天线除基于第1～第3观点的阵列天线的构成以外，还具有如下特征：
在所述第2方向排列的多个所述子阵列被交错状(千鸟状)地配置。
如果将在第2方向排列的多个子阵列交错状地配置，则交错形状的振幅相当于子阵列向第1方向的错位量。
基于本发明的第5观点的阵列天线除基于第1～第4观点的阵列天线的构成以外，还具有如下特征：
多个所述子阵列在所述第2方向以第2间距排列。
能够作为在第2方向上以第2间距排列的有源相控阵天线工作。
基于本发明的第6观点的阵列天线除基于第1～第5观点的阵列天线的构成以外，还具有如下特征：
将n设为正的整数，多个所述子阵列各自由2n个所述辐射元件构成。
通过对每个子阵列重复供电线路的2分支，能够对辐射元件进行供电。
能够介由供电线路对多个子阵列赋予期望的相位差而供给高频信号。由此，能够在第1方向和第2方向上进行波束控制。在第2方向上，多个子阵列在第1方向错位排列，因此，作为整体的在第1方向上的子阵列的有效的间距变得比在第1方向排列的1行子阵列的间距小。其结果，能够增大在第1方向上的波束的偏转角。由于高频输入输出设备的1个输入输出端子与1个子阵列所含的多个辐射元件连接，因此，可以配置比输入输出端子的个数多的辐射元件。通过增加辐射元件的个数，能够得到高的天线增益。换言之，即使辐射元件的个数增加，也能够抑制高频输入输出设备的输入输出端子的增加。
附图说明
图1A是第1实施例的阵列天线的俯视图，图1B是表示阵列天线与高频输入输出设备的连接形态的图。
图2A是表示1个子阵列和供电线路的一部分的俯视图，图2B是阵列天线的一部分的截面图。
图3是表示第2实施例的阵列天线的1个子阵列和供电线路的一部分的俯视图。
图4A是第3实施例的阵列天线的1个子阵列的俯视图，图4B和图 4C是第3实施例的变形例的阵列天线的1个子阵列的俯视图。
图5是第4实施例的阵列天线的俯视图。
符号说明
10 阵列天线
11 子阵列
12 辐射元件
13 供电线路
13A 微带线
13B 通路导体
14 供电点
15 高频输入输出设备
16A、16B、16C 分支点
20 电介质基板
21 接地平面
具体实施方式
[第1实施例]
参照图1A～图2B的附图对第1实施例的阵列天线进行说明。
图1A是第1实施例的阵列天线的俯视图。第1实施例的阵列天线10 包含在彼此正交的x方向和y方向二维地排列的多个子阵列11。例如，在 x方向配置有4个，在y方向配置有4个，合计16个子阵列11。多个子阵列11各自包含将x方向和y方向分别设为行方向和列方向的2行2列的行列状地配置的4个辐射元件12。作为辐射元件12，使用贴片天线。
子阵列11内的辐射元件12的配置在多个子阵列11中相同。介由从每个子阵列11中配置的供电线路进行分支的供电线路13，对各辐射元件 12供给高频信号。1个子阵列11所含的4个辐射元件12在激振方向、激振相位等相同的条件下进行激振。
多个子阵列11在x方向沿着直线以等间距排列，在y方向交错状地以等间距排列。即，在y方向相邻的2个子阵列11在x方向错位配置。将多个子阵列11的x方向的间距用Cx表示，将y方向的间距用Cy表示，将在y方向相邻的2个子阵列11向x方向的错位量用Cd表示。错位量 Cd为x方向的间距Cx的1/2。x方向的间距Cx和y方向的间距Cy相同。
将x方向定义为行方向、将y方向定义为列方向时，第2行的子阵列 11配置于相对于第1行的子阵列11仅在x方向移位Cd的位置。第3行的子阵列11在x方向上配置于与第1行的子阵列11相同的位置。第4行的子阵列11在x方向上配置于与第2行的子阵列11相同的位置。将多个子阵列11向与x方向平行的直线进行垂直投影而得到的多个图像在x方向以间距Cx/2排列。
将1个子阵列11内的4个辐射元件12的x方向的间距(中心间距离) 用Cix表示，将y方向的间距用Ciy表示。将在x方向彼此相邻的2个子阵列11中的一个子阵列11内的辐射元件12与另一个子阵列11内的辐射元件12的x方向的最短间距(最短的中心间距离)用Cax表示。将在y 方向彼此相邻的2个子阵列11中的一个子阵列11内的辐射元件12与另一个子阵列11内的辐射元件12的y方向的最短间距用Cay表示。
子阵列11内的x方向的间距Cix(以下，称为子阵列内间距)与跨越子阵列11的x方向的间距Cax(以下，称为子阵列间间距)相同。即，辐射元件12在x方向以等间距排列。子阵列11内的y方向的子阵列内间距Ciy与y方向的子阵列间间距Cay也相同。即，辐射元件12在y方向以等间距排列。
图1B是表示第1实施例的阵列天线10与高频输入输出设备15的连接形态的图。多个子阵列11分别介由多个供电线路13与高频输入输出设备15的多个输入输出端子连接。与高频输入输出设备15的输入输出端子连接的供电线路13各自将2分支重复2次并与1个子阵列11内的4个辐射元件12连接。介由多个供电线路13，从高频输入输出设备15分别对多个子阵列11的每个进行供电。
图2A是表示1个子阵列11和供电线路13的一部分的俯视图。与高频输入输出设备15的输入输出端子连接的供电线路13在分支点16A进行 2分支后，进一步分别在分支点16B、16C进行2分支，与4个辐射元件 12连接。辐射元件12各自具有长方形或正方形的平面形状。在全部辐射元件12中，在从其中心位置在y方向仅错位同一距离的位置设置供电点14。换言之，各自由辐射元件12和供电点14构成的多个平面图形具有平移对称性。从最初的分支点16A到4个供电点14的线路长度相同。因此， 1个子阵列11内的全部辐射元件12在同一方向以同一相位进行激振。
图2B是第1实施例的阵列天线10的一部分的截面图。在电介质基板 20的上表面形成有多个辐射元件12。在电介质基板20的内层配置有接地平面21。在辐射元件12各自的供电点14连接有供电线路13。供电线路 13包含配置于电介质基板20的内层的微带线13A和将层间进行连接的通路导体13B。
接着，对第1实施例的优异的效果进行说明。
在第1实施例中，高频输入输出设备15的1个输入输出端子与1个子阵列11连接，由于各子阵列11包含4个辐射元件12，因此，能够对高频输入输出设备15的输入输出端子数以上的个数的辐射元件12进行激振。由于能够增加辐射元件12的个数，因此，能够得到高的天线增益。换言之，即使辐射元件12的个数增加，也能够抑制高频输入输出设备15 的输入输出端子的增加。
多个子阵列11分别与高频输入输出设备15的不同的输入输出端子连接，因此，能够对每个子阵列11独立地控制高频信号的相位。因此，能够在x方向和y方向这2个方向进行波束控制。
另外，在第1实施例中，作为阵列天线10整体，多个子阵列11的x 方向的有效的间距为各行的子阵列11的间距Cx的1/2。由于在x方向上的实质的间距变短，因此，能够增大在x方向的波束的偏转角。换言之，与错位量Cd(图1A)为0的阵列天线相比，能够抑制向x方向的偏转角大的特定方向的增益的降低。作为在y方向上子阵列11以间距Cy排列的阵列天线进行工作。
例如，如果将x方向设为方位角方向、将y方向设为仰角方向，则能够增大向方位角方向的波束的偏转角。其结果，能够增大水平方向的覆盖。
接着，对第1实施例的变形例进行说明。
在第1实施例中，使x方向的子阵列内间距Cix(图1A)与x方向的子阵列间间距Cax(图1A)相等，但不一定需要使两者相等。例如，如果增大子阵列内间距Cix，则能够使每个子阵列11在x方向上的方向性尖锐。如果减小子阵列间间距Cax，则能够增大向x方向的波束的偏转角。在y方向上，也可以同样地使子阵列内间距Ciy与子阵列间间距Cay不同。
另外，在第1实施例中，在阵列天线10的1个行内使多个子阵列11 以等间距排列，但也可以以不等间距排列。进而，在y方向上，也可以使多个子阵列11以不等间距排列。
在第1实施例中，使用贴片天线作为辐射元件12(图1A)，但也可以使用其它天线，例如缝隙天线、偶极天线等。
[第2实施例]
接着，参照图3对第2实施例的阵列天线10进行说明。以下，对于与图1A～图2B的附图所示的第1实施例的阵列天线10共通的构成，省略说明。
图3是表示第2实施例的阵列天线10的1个子阵列11和供电线路 13的一部分的俯视图。在第1实施例中，在1个子阵列11内的全部辐射元件12(图2A)中，供电点14被配置于从辐射元件12的中心在同一方向错位的位置。在第2实施例中，在y方向排列的2个辐射元件12中，供电点14被配置于从辐射元件12的中心在彼此接近的方向仅错位相同距离的位置。换言之，在y方向相邻的2个辐射元件12和供电点14的平面图形具有镜像对称性。
从供电线路13的分支点16B到一个辐射元件12的供电点14的线路长度与到另一个辐射元件12的供电点14的线路长度不同。该线路长度的差设定成供给到2个供电点14的高频信号的相位错位180°。其结果，在 y方向排列的2个辐射元件12在同一方向以同一相位进行激振。
即使如第2实施例那样配置供电点14，通过使供电线路13的线路长度不同而将多个辐射元件12以同一相位进行激振，也能够得到与第1实施例同样的效果。
[第3实施例]
接着，参照图4A～图4C的附图对第3实施例的阵列天线10进行说明。以下，对于与图1A～图2B的附图所示的第1实施例的阵列天线10 共通的构成，省略说明。
图4A是第3实施例的阵列天线的1个子阵列11的俯视图。在第1 实施例中，1个子阵列11包含4个辐射元件12(图1A)，但在第4实施例中，1个子阵列11包含8个辐射元件12。8个辐射元件12配置成4行 2列的行列状。与高频输入输出设备15连接的供电线路13介由3级的分支点到达多个辐射元件12。
如图4A所示，通过在子阵列11内在y方向排列大量的辐射元件12，能够使在y方向上的方向性尖锐。
如图4B所示，可以将8个辐射元件12配置成2行4列的行列状。如此，通过在x方向排列大量的辐射元件12，能够使在x方向上的方向性尖锐。
如图4C所示，可以将16个辐射元件12配置成4行4列的行列状。通过增加辐射元件12的个数，能够提高天线增益。
可以使1个子阵列11内的辐射元件12的个数为2n个。在此，n为正的整数。此时，从高频输入输出设备15到各辐射元件12的供电线路13 的分支点的个数为n个。如此，在全部辐射元件12中，能够使从高频输入输出设备15到辐射元件12的分支点的个数相同。
[第4实施例]
接着，参照图5对第4实施例的阵列天线10进行说明。以下，对于与图1A～图2B的附图所示的第1实施例的阵列天线10共通的构成，省略说明。
图5是第4实施例的阵列天线10的俯视图。在第1实施例中，在y 方向相邻的2个子阵列11向x方向的错位量Cd(图1A)为各行的子阵列11的间距Cx(图1A)的1/2。在第4实施例中，在y方向相邻的2 个子阵列11向x方向的错位量Cd为各行的子阵列11的间距Cx的1/3。例如，相对于第1行的子阵列11的第2行的子阵列11向x方向的错位量 Cd、以及相对于第2行的子阵列11的第3行的子阵列11向x方向的错位量Cd为间距Cx的1/3。第4行的子阵列11在x方向上配置于与第1行的子阵列11相同的位置。
将多个子阵列11向与x方向平行的直线进行垂直投影而得到的多个图像在x方向以间距Cx/3排列。在第4实施例中，与第1实施例相比，多个子阵列11的x方向的有效的间距变小，因此，能够进一步增大向x 方向的波束的偏转角。
也可以使错位量Cd为x方向的间距Cx的1/4。更一般而言，也可以使错位量Cd为x方向的间距Cx的1/m。在此，m为2以上的整数。通过减小错位量Cd，能够进一步增大向x方向的波束的偏转角。
上述的各实施例为例示，能够进行在不同的实施例中示出的构成的部分性的置换或组合是不言而喻的。对于通过多个实施例的同样的构成得到的同样的作用效果，没有对每个实施例依次提及。进而，本发明并不限于上述实施例。例如，能够进行各种变更、改良、组合等对本领域技术人员而言是显而易见的。

Claims (8)

1.一种阵列天线，其中，具有多个子阵列和多个供电线路，
所述多个子阵列各自包含多个辐射元件，在彼此正交的第1方向和第2方向二维地排列，
所述多个供电线路对多个所述子阵列的每个分别从高频输入输出设备进行供电，
多个所述子阵列在所述第1方向沿着直线排列，在所述第2方向中，在所述第2方向相邻的2个所述子阵列中的一个相对于另一个在所述第1方向错位排列，
介由所述供电线路对多个所述子阵列赋予期望的相位差而供给高频信号，作为整体，在第1方向上的子阵列的有效的间距变得比在第1方向排列的1行的子阵列的间距小，增大在第1方向上的波束的偏转角。
2.根据权利要求1所述的阵列天线，其中，多个所述子阵列在所述第1方向以第1间距排列，在所述第2方向相邻的2个所述子阵列的在所述第1方向上的位置的错位量为所述第1间距的1／2以下。
3.根据权利要求2所述的阵列天线，其中，将多个所述子阵列向与所述第1方向平行的直线进行垂直投影而得到的多个图像在所述第1方向以所述第1间距的1／2以下的等间距排列。
4.根据权利要求1或2所述的阵列天线，其中，在所述第2方向排列的多个所述子阵列被交错状地配置。
5.根据权利要求1或2所述的阵列天线，其中，多个所述子阵列在所述第2方向以第2间距排列。
6.根据权利要求1或2所述的阵列天线，其中，将n设为正的整数，多个所述子阵列各自由2n个所述辐射元件构成。
7.根据权利要求1或2所述的阵列天线，其中，相应的子阵列所含的所有辐射元件在激振方向和激振相位相同的条件下进行激振。
8.根据权利要求1或2所述的阵列天线，其中，多个子阵列在方位角方向和仰角方向中的任一方向均进行波束控制。
CN201810358709.7A 2017-04-24 2018-04-20 阵列天线 Active CN108736172B (zh)

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