JP2000228606A - フェーズドアレーアンテナ - Google Patents

フェーズドアレーアンテナ

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JP2000228606A
JP2000228606A JP11028330A JP2833099A JP2000228606A JP 2000228606 A JP2000228606 A JP 2000228606A JP 11028330 A JP11028330 A JP 11028330A JP 2833099 A JP2833099 A JP 2833099A JP 2000228606 A JP2000228606 A JP 2000228606A
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JP
Japan
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antenna
radiator
radiators
array
array antenna
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Application number
JP11028330A
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English (en)
Inventor
Yasutoku Sakamoto
泰得 坂本
Shiro Kitao
史郎 北尾
Hiroaki Nakaaze
弘晶 中畔
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 主に通信用に用いるフェーズドアレーアンテ
ナの構成として、複数のアンテナ素子から成る放射器を
三角配列する際に生ずる放射器間の隙間部分による指向
性利得の劣化を改善し、かつ周方向に利得低下量が均一
なアンテナ構成の実現を目的とする。 【解決手段】 フェーズドアレーアンテナは、各々のア
ンテナ素子を1波長以下の間隔で配置することで形成さ
れる放射器の形状を十字形とすることで、放射器を隙間
なく配置して正三角形配列の構成を実現できるので、モ
ジュールの構成を容易にし、指向性利得を向上させるこ
とが可能となる。また、X軸方向とY軸方向の放射器の
開口比がほぼ等しい形状となるのでビーム走査時の各カ
ット面における指向性利得低下量の差も改善される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は2次元に配列した
複数のサブアレーを制御するアクティブモジュールと給
電回路から構成されるフェーズドアレーアンテナにおい
て、高利得なアンテナ放射特性を有する複数のアンテナ
素子から構成される放射器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図6は従来のアレーアンテナの構成例を
示すものであり、田中正人、“素子電界ベクトル回転法
による衛星軌道上のフェーズドアレーの測定”、信学技
法A・P95−77(1995−11)図1に記載され
ている。図6において、Amは放射器、PSmは移相
器、1は電力合成器または電力分配器、2は出力端子ま
たは入力端子、3aは正三角配列、4はアンテナ素子を
示す。一般にフェーズドアレーアンテナは、各々の放射
器に移相器が接続される。しかし、広範囲なビーム走査
を必要とせず、素子間隔が広くなる場合(1波長以上の
場合)には、放射器は複数のアンテナ素子から構成され
る。上記アレーアンテナ場合、放射器は円形開口に複数
のアンテナ素子を同心円状に等間隔で配列することで放
射器を形成し、上記放射器を正三角配列することで全体
のアレーアンテナを構成している。
【0003】次に動作原理について説明する。上記アレ
ーアンテナのビーム走査は、各放射器に設けられた移相
器の位相を制御することで、波面を図に示すように所望
の方向に傾けることで実現できる。ここで、ビーム走査
に伴って発生するグレーティングローブが、サービスエ
リア内に発生しないよう放射器の間隔を決定している。
また、放射器の各アンテナ素子を励振させた場合、アン
テナ素子が同心円状に配置されているので、X軸方向と
Y軸方向の放射器の開口比が等しく、ビーム走査時の各
カット面による指向性利得低下量がほぼ等しい。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来例の
放射器から構成されるフェーズドアレーアンテナは、円
形状にアンテナ素子が配置された放射器を正三角形に配
置することで形成されるので、放射器間に隙間(領域
C)が生じる。これにより、同一開口面内に配置できる
アンテナ素子の素子数が減少するため、これに伴う指向
性利得の劣化が生じる。特に、高い利得が要求される大
開口径かつ高利得のアレーアンテナに適用する場合で
は、最も効率が高いアンテナ素子配列が必要となる。
【0005】一方、アレーアンテナ構成例として、図7
においては、Amは放射器、PSmは移相器、1は電力
合成器または電力分配器、2は出力端子または入力端
子、3aは正三角配列、4はアンテナ素子を示してお
り、Amは矩形開口面に複数のアンテナ素子を格子状に
配置することで形成され、上記放射器を三角形配列すれ
ばアンテナ素子間隔が開口面状において均一に且つ隙間
なく配置されるため、高い指向性利得を得ることが出来
る。しかし、上記放射器では、X軸方向とY軸方向の放
射器の開口比が異なり、ビーム走査時の周方向における
指向性利得低下量に差が生じる。
【0006】この発明は上述の問題を解決するためにな
されたものであり、主に通信系に用いるフェーズドアレ
ーアンテナとして、複数のアンテナ素子から構成される
放射器を配置する際に生じる隙間による指向性利得の低
下を改善し、且つアンテナの周方向に対する利得低下量
の差が無くなるようなアンテナ構成の実現を目的とする
ものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】第1の発明によるフェー
ズドアレーアンテナは、平面状に配置された複数のアン
テナ素子からなる放射器と、上記放射器に対応して設け
られた移相器を有する複数個のアクティブモジュールか
ら構成され、上記フェーズドアレーアンテナは正三角形
状に配置されたm個の放射器からなり、上記放射器がn
×n素子の格子状からなる第1のサブアレーと、上記第
1のサブアレーの各辺に隣接するように配置されたn×
(n/2)素子からなる第2のサブアレーとで構成さ
れ、各々のアンテナ素子を1波長以下の間隔で配置した
ものである。
【0008】また、第2の発明によるフェーズドアレー
アンテナは、平面状に配置された複数のアンテナ素子か
らなる放射器と、上記放射器に対応して設けられた移相
器を有する複数個のアクティブモジュールから構成さ
れ、上記フェーズドアレーアンテナは二等辺三角形状に
配置されたm個の放射器からなり、第1の発明における
第1のサブアレーと、上記第1のサブアレーの各辺に接
するように第1の発明における第2のサブアレーを配置
することで放射器を構成したことを特徴とするフェーズ
ドアレーアンテナである。
【0009】
【発明の実施の形態】実施の形態1.図1から図4はこ
の発明の実施形態1を示す概略構成図であり、図1のフ
ェーズドアレーアンテナの詳細を図2から図4に示す。
図1から図4において、Amは放射器、PSmは移相
器、1は電力合成器または電力分配器、2は出力端子ま
たは入力端子、SAaは第1のサブアレー、SAbは第
2のサブアレー、3aは正三角配列、4はアンテナ素子
を示す。この発明によるアレーアンテナは、図1の
(a)に示す複数の放射器と、図1の(b)に示す上記
放射器の各々に対応して設けられた移相器を有する複数
個のアクティブモジュールから構成され、図3に示すn
×n素子で形成される第1のサブアレーと、上記第1の
サブアレーの4辺に接するように、図4に示すn×(n
/2)素子からなる第2のサブアレー4個により、図2
に示す十字形状の放射器が構成される。放射器を形成す
るアンテナ素子の間隔は、上記の配置で放射器を形成
し、且つ正三角形配列となるために、X軸およびY軸方
向の素子間隔比を3:2√3として矩形配置される。こ
れより、上記放射器m個を図1に示すように正三角配列
することで全体のフェーズドアレーアンテナを構成して
いる。
【0010】次に動作原理について説明する。この発明
によるフェーズドアレーアンテナは、放射器の形状を十
字形とすることで、放射器を隙間なく配置して正三角形
配列の構成を実現できるので、モジュールの構成を容易
にし、指向性利得を向上させることが可能となる。ま
た、X軸方向とY軸方向の放射器の開口比がほぼ等しい
形状となるのでビーム走査時の各カット面における指向
性利得低下量の差も改善される。さらに、上記放射器の
放射特性は、既にアンテナ素子の配置により励振振幅に
分布が生じるので、サイドローブレベルが抑制される。
よって、指向性合成の原理によりアレーアンテナ全体で
は、グレーティングローブレベルを抑えたアレーアンテ
ナが実現できる。
【0011】実施の形態2.図5はこの発明の実施形態
2を示す概略構成図である。図において、Amは放射
器、PSmは移相器、1は電力合成器または電力分配
器、2は出力端子または入力端子、SAaは第1のサブ
アレー、SAbは第2のサブアレー、3bは二等辺三角
配列、4はアンテナ素子を示す。第2の発明によるアレ
ーアンテナは、複数の放射器と、上記放射器の各々に対
応して設けられた移相器を有する複数個のアクティブモ
ジュールから構成される。上記フェーズドアレーアンテ
ナは、実施の形態1で述べた放射器において、そのアン
テナ素子の間隔に自由度を持たせ、上記放射器m個を二
等辺三角形状に配置することでフェーズドアレーアンテ
ナを構成している。
【0012】次に動作原理について説明する。この発明
によるフェーズドアレーアンテナは、放射器の形状が十
字形であり、二等辺三角形配列を容易に構成することが
できる。そのため、モジュールの構成も容易となり、放
射器を隙間なく配置してアレー化を実現できるので、指
向性利得を向上させることが可能となる。また、上記放
射器の放射特性は、既にアンテナ素子の配置により励振
振幅に分布が生じるので、サイドローブレベルが抑制さ
れる。よって、指向性合成の原理によりアレーアンテナ
全体では、グレーティングローブレベルを抑えたアレー
アンテナが実現できる。ここではアンテナ素子として円
形マイクロストリップの例を示したが、方形、三角形、
楕円等他の形状でもこの発明は有効である。
【0013】
【発明の効果】第1の発明によれば、フェーズドアレー
アンテナにおいて、放射器の形状を十字形状として隙間
なく正三角配列することで開口面内にアンテナ素子を効
率よく配置できるため、高い指向性利得を得ることがで
き、さらにX軸方向とY軸方向の放射器の開口比がほぼ
等しい形状となるのでビーム走査時の各カット面におけ
る指向性利得低下量の差も改善できる効果がある。
【0014】また、第2の発明によれば、フェーズドア
レーアンテナにおいて、放射器の形状を十字形状として
隙間なく二等辺三角配列することで開口面内にアンテナ
素子を効率よく配置できるため、高い指向性利得を得る
ことができ、さらにX軸方向とY軸方向におけるアンテ
ナ素子の間隔が等しいとき、X軸方向とY軸方向の放射
器の開口比が等しくなるのでビーム走査時の各カット面
における指向性利得低下量の差が改善できる効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明による放射器の実施形態1を示す概
略構成図である。
【図2】 この発明による放射器の実施形態1および実
施形態2を示す概略構成図である。
【図3】 この発明による放射器の実施形態1および実
施形態2を示す概略構成図である。
【図4】 この発明による放射器の実施形態1および実
施形態2を示す概略構成図である。
【図5】 この発明による放射器の実施形態2を示す概
略構成図である。
【図6】 従来の発明を示す概略構成図である。
【図7】 従来の発明を示す概略構成図である。
【符号の説明】
1 電力分配器または電力合成器、2 出力端子または
入力端子、3a 正三角配列、3b 二等辺三角配列、
4 アンテナ素子、Am 放射器、PSm 移相器、S
Aa 第1のサブアレー、SAb 第2のサブアレー。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中畔 弘晶 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 Fターム(参考) 5J021 AA05 AA09 AA11 AB01 DB03 FA05 FA32 GA02 HA05 JA08

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平面状に配置され、且つ複数のアンテナ
    素子からなる放射器と、上記放射器に対応して設けられ
    た移相器を有する複数個のアクティブモジュールで構成
    されたフェーズドアレーアンテナにおいて、正三角形状
    に配置されたm個(mは整数:1、2、・・・m)の放
    射器からなり、上記放射器はn×n(nは2の整数乗)
    素子の格子状配列からなる第1のサブアレーと、上記第
    1のサブアレーの各辺に接するように配置されたn×
    (n/2)素子からなる第2のサブアレーとで構成され
    たことを特徴とするフェーズドアレーアンテナ。
  2. 【請求項2】 平面状に配置され、且つ複数のアンテナ
    素子からなる放射器と、上記放射器に対応して設けられ
    た移相器を有する複数個のアクティブモジュールで構成
    されたフェーズドアレーアンテナにおいて、二等辺三角
    形状に配置されたm個(mは整数:1、2、・・・m)
    の放射器からなり、上記放射器はn×n(nは2の整数
    乗)素子の格子状配列からなる第1のサブアレーと、上
    記第1のサブアレーの各辺に接するように配置されたn
    ×(n/2)素子からなる第2のサブアレーとで構成さ
    れたことを特徴とするフェーズドアレーアンテナ。
JP11028330A 1999-02-05 1999-02-05 フェーズドアレーアンテナ Pending JP2000228606A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6924765B2 (en) 2002-09-18 2005-08-02 Electronics And Telecommunications Research Institute Microstrip patch array antenna for suppressing side lobes
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