JP2000244224A - マルチビームアンテナ及びアンテナシステム - Google Patents
マルチビームアンテナ及びアンテナシステムInfo
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- H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
- H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
- H01Q3/34—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
- H01Q3/40—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with phasing matrix
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 サイドローブの低減あるいは高利得化を容易
に行うことができるマルチビームアンテナを提供する。 【解決手段】 バトラーマトリクス給電回路２に接続さ
れている４個のアンテナ素子３ａ〜３ｄの左側、右側に
副アンテナ素子５ａ、５ｂを配置し、電力分配器２５
ａ、２５ｂから遅延線２６ａ、２６ｂにより位相を１８
０度遅らせて副アンテナ素子５ａ、５ｂにそれぞれ電力
分配を行う。このことにより、全てのアンテナ素子３ａ
〜３ｄ、５ａ、５ｂの位相差を揃えることができる。ま
た、電力分配器２５ａ、２５ｂの分配比を変えることに
より、アンテナ素子３ａ〜３ｄ、５ａ、５ｂの振電力分
布を与えることができるため、サイドローブの低減や、
利得の向上を図ることができる。
に行うことができるマルチビームアンテナを提供する。 【解決手段】 バトラーマトリクス給電回路２に接続さ
れている４個のアンテナ素子３ａ〜３ｄの左側、右側に
副アンテナ素子５ａ、５ｂを配置し、電力分配器２５
ａ、２５ｂから遅延線２６ａ、２６ｂにより位相を１８
０度遅らせて副アンテナ素子５ａ、５ｂにそれぞれ電力
分配を行う。このことにより、全てのアンテナ素子３ａ
〜３ｄ、５ａ、５ｂの位相差を揃えることができる。ま
た、電力分配器２５ａ、２５ｂの分配比を変えることに
より、アンテナ素子３ａ〜３ｄ、５ａ、５ｂの振電力分
布を与えることができるため、サイドローブの低減や、
利得の向上を図ることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、無線通信システム
におけるマルチビームアンテナとそれを用いたアンテナ
システムに関するものである。
におけるマルチビームアンテナとそれを用いたアンテナ
システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、複数のアンテナ素子に給電を行っ
てマルチビームを形成する場合の給電回路として、バト
ラーマトリクス給電回路がある。このバトラーマトリク
ス給電回路は、参考文献「J.Butler and R.Lowe,"Beam-
Forming Matrix Simplifies Design of Electronically
Scanned Antennas" , Electronic Design,Vol.9,pp.17
0-173,Apr.1961」において提案された高周波マトリクス
給電回路で、２のｎ乗個の入出力ポートを有し、ハイブ
リッド回路、固定位相器を伝送線路で結線することによ
り構成されている。そして、バトラーマトリクス給電回
路の出力ポートにアンテナ素子を接続し、アレー構造を
とることにより、２のｎ乗本のビームを形成することが
できる。
てマルチビームを形成する場合の給電回路として、バト
ラーマトリクス給電回路がある。このバトラーマトリク
ス給電回路は、参考文献「J.Butler and R.Lowe,"Beam-
Forming Matrix Simplifies Design of Electronically
Scanned Antennas" , Electronic Design,Vol.9,pp.17
0-173,Apr.1961」において提案された高周波マトリクス
給電回路で、２のｎ乗個の入出力ポートを有し、ハイブ
リッド回路、固定位相器を伝送線路で結線することによ
り構成されている。そして、バトラーマトリクス給電回
路の出力ポートにアンテナ素子を接続し、アレー構造を
とることにより、２のｎ乗本のビームを形成することが
できる。
【０００３】図１９に、バトラーマトリクス給電回路を
用いたマルチビームアンテナ（以下、バトラーマトリク
スアンテナという）の構成を示す。図において、１ａ〜
１ｄは入力ポート（入力端子）、２は４入出力ポートを
有するバトラーマトリクス給電回路、３ａ〜３ｄはアレ
ーアンテナを構成するアンテナ素子である。バトラーマ
トリクス給電回路２は、入力ポート数分のビーム方向の
異なるマルチビームを形成するために用いられるもの
で、１段目のハイブリッド回路２１ａ、２１ｂ、−４５
度の固定位相器２２ａ、２２ｂおよび２段目のハイブリ
ッド回路２３ａ、２３ｂから構成されている。
用いたマルチビームアンテナ（以下、バトラーマトリク
スアンテナという）の構成を示す。図において、１ａ〜
１ｄは入力ポート（入力端子）、２は４入出力ポートを
有するバトラーマトリクス給電回路、３ａ〜３ｄはアレ
ーアンテナを構成するアンテナ素子である。バトラーマ
トリクス給電回路２は、入力ポート数分のビーム方向の
異なるマルチビームを形成するために用いられるもの
で、１段目のハイブリッド回路２１ａ、２１ｂ、−４５
度の固定位相器２２ａ、２２ｂおよび２段目のハイブリ
ッド回路２３ａ、２３ｂから構成されている。
【０００４】そして、バトラーマトリクス給電回路２に
より、入力ポート１ａ〜１ｄから入力された電力に対し
特定の位相差をつけて４つのアンテナ素子３ａ〜３ｄに
給電を行い、ビーム方向の異なる４つのビームが形成さ
れる。なお、入力ポート１ａ〜１ｄは、アンテナ素子３
ａ〜３ｄにより外部から送信された電波を受信する場合
には出力ポートとして機能する。
より、入力ポート１ａ〜１ｄから入力された電力に対し
特定の位相差をつけて４つのアンテナ素子３ａ〜３ｄに
給電を行い、ビーム方向の異なる４つのビームが形成さ
れる。なお、入力ポート１ａ〜１ｄは、アンテナ素子３
ａ〜３ｄにより外部から送信された電波を受信する場合
には出力ポートとして機能する。
【０００５】図２０に、伝送線路としてマイクロストリ
ップ線路、アンテナ素子３ａ〜３ｄとして直線偏波パッ
チアンテナを用いた場合のマルチビームアンテナの回路
レイアウトを示す。この例においては、３層基板（表
面、裏面および基板内部にパターンが形成されたもの）
４の表面および裏面に配線を形成するとともに、表面配
線と裏面配線をスルーホール２４で結合することにより
線路の交差を実現している。なお、基板４の内部には、
スルーホール２４を除く領域においてグランド面が形成
されている。
ップ線路、アンテナ素子３ａ〜３ｄとして直線偏波パッ
チアンテナを用いた場合のマルチビームアンテナの回路
レイアウトを示す。この例においては、３層基板（表
面、裏面および基板内部にパターンが形成されたもの）
４の表面および裏面に配線を形成するとともに、表面配
線と裏面配線をスルーホール２４で結合することにより
線路の交差を実現している。なお、基板４の内部には、
スルーホール２４を除く領域においてグランド面が形成
されている。
【０００６】この回路レイアウトにおいては、パッチア
ンテナ３ａ〜３ｄから２段目のハイブリッド回路２３
ａ、２３ｂそれぞれの間、２段目のハイブリッド回路２
３ａ、２３ｂから１段目のハイブリッド回路２１ａ、２
１ｂのそれぞれの間のスルーホール２４の数を各端子間
を結ぶ線路１本につき１つとすることで、設計の際スル
ーホール２４の位相差を無視することができるようにし
てある。
ンテナ３ａ〜３ｄから２段目のハイブリッド回路２３
ａ、２３ｂそれぞれの間、２段目のハイブリッド回路２
３ａ、２３ｂから１段目のハイブリッド回路２１ａ、２
１ｂのそれぞれの間のスルーホール２４の数を各端子間
を結ぶ線路１本につき１つとすることで、設計の際スル
ーホール２４の位相差を無視することができるようにし
てある。
【０００７】図２１に、図２０に示す回路で、アンテナ
素子３ａ〜３ｄの間隔を０．５波長にしたときに形成で
きるビーム指向性のシュミレーション結果を示す。
素子３ａ〜３ｄの間隔を０．５波長にしたときに形成で
きるビーム指向性のシュミレーション結果を示す。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】バトラーマトリクスア
ンテナでは、入力ポートから加えられた電力は、ある一
定の位相差をもち、等振幅で出力ポートに分配されるた
め、形成できるビーム形状はアンテナ素子の間隔のみで
決定してしまうことになる。このため、従来から知られ
ているように、大きなサイドローブが生じてしまうとい
う問題がある。
ンテナでは、入力ポートから加えられた電力は、ある一
定の位相差をもち、等振幅で出力ポートに分配されるた
め、形成できるビーム形状はアンテナ素子の間隔のみで
決定してしまうことになる。このため、従来から知られ
ているように、大きなサイドローブが生じてしまうとい
う問題がある。
【０００９】また、アンテナ素子の数を増やして高利得
化を行いたい場合にも、通常のバトラーマトリクスアン
テナでは、アンテナ素子数を２のｎ乗個ずつしか増加さ
せることができないので、バトラーマトリクス給電回路
の構成が複雑になるという問題がある。本発明は上記問
題に鑑みたもので、サイドローブの低減あるいは高利得
化を容易に行うことができるマルチビームアンテナおよ
びそれを用いたアンテナシステムを提供することを目的
とする。
化を行いたい場合にも、通常のバトラーマトリクスアン
テナでは、アンテナ素子数を２のｎ乗個ずつしか増加さ
せることができないので、バトラーマトリクス給電回路
の構成が複雑になるという問題がある。本発明は上記問
題に鑑みたもので、サイドローブの低減あるいは高利得
化を容易に行うことができるマルチビームアンテナおよ
びそれを用いたアンテナシステムを提供することを目的
とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１乃至８に記載の発明では、２のｎ乗個のア
ンテナ素子の片側もしくは両側に２のｎ乗個以下の副ア
ンテナ素子を配置し、バトラーマトリクス給電回路の給
電線路から副アンテナ素子に電力分配を行うようにした
ことを特徴としている。
め、請求項１乃至８に記載の発明では、２のｎ乗個のア
ンテナ素子の片側もしくは両側に２のｎ乗個以下の副ア
ンテナ素子を配置し、バトラーマトリクス給電回路の給
電線路から副アンテナ素子に電力分配を行うようにした
ことを特徴としている。
【００１１】このような副アンテナ素子を用いることに
より、サイドローブの低減あるいは高利得化を容易に行
うことができる。この場合、請求項２に記載の発明のよ
うに、副アンテナ素子に電力分配を行ったときに副アン
テナ素子を含むすべてのアンテナ素子の位相差が揃うよ
うにすれば、サイドローブの低減あるいは高利得化を効
果的に行うことができる。
より、サイドローブの低減あるいは高利得化を容易に行
うことができる。この場合、請求項２に記載の発明のよ
うに、副アンテナ素子に電力分配を行ったときに副アン
テナ素子を含むすべてのアンテナ素子の位相差が揃うよ
うにすれば、サイドローブの低減あるいは高利得化を効
果的に行うことができる。
【００１２】また、請求項３に記載の発明のように、副
アンテナ素子を含むすべてのアンテナ素子に配置順に素
子番号を付したとき副アンテナ素子の素子番号との番号
差が２のｎ乗になる素子番号のアンテナ素子への給電線
路より位相が１８０度ずれてその副アンテナ素子に電力
分配するようにすれば、副アンテナ素子を含むすべての
アンテナ素子の位相差を容易に揃えることができる。
アンテナ素子を含むすべてのアンテナ素子に配置順に素
子番号を付したとき副アンテナ素子の素子番号との番号
差が２のｎ乗になる素子番号のアンテナ素子への給電線
路より位相が１８０度ずれてその副アンテナ素子に電力
分配するようにすれば、副アンテナ素子を含むすべての
アンテナ素子の位相差を容易に揃えることができる。
【００１３】また、請求項８に記載の発明のように、副
アンテナ素子にバトラーマトリクス給電回路の入力ポー
ト側から電力分配を行うようにすれば、電力が入力され
る入力ポート間での利得偏差を小さくすることができ
る。請求項９に記載の発明においては、請求項３に記載
の発明に対し、ｎを２にしてマルチビームアンテナを構
成した場合に、４個のアンテナ素子のうち電力分配器か
ら給電されるアンテナ素子とそれに隣接するアンテナ素
子へのそれぞれの給電線路が交差するように電力分配器
を配設したことを特徴としている。
アンテナ素子にバトラーマトリクス給電回路の入力ポー
ト側から電力分配を行うようにすれば、電力が入力され
る入力ポート間での利得偏差を小さくすることができ
る。請求項９に記載の発明においては、請求項３に記載
の発明に対し、ｎを２にしてマルチビームアンテナを構
成した場合に、４個のアンテナ素子のうち電力分配器か
ら給電されるアンテナ素子とそれに隣接するアンテナ素
子へのそれぞれの給電線路が交差するように電力分配器
を配設したことを特徴としている。
【００１４】この発明によれば、電力分配器から分配さ
れた給電線路と他の給電線路が交差する回数を最大で２
回とすることでき、３層基板を用いた場合の回路レイア
ウトを容易にすることができる。請求項１０に記載の発
明においては、２のｎ乗個のアンテナ素子の片側もしく
は両側に２のｎ乗個以下の副アンテナ素子を配置し、副
アンテナ素子を含むすべてのアンテナ素子に配置順に素
子番号を付したとき副アンテナ素子の素子番号との番号
差が２のｎ乗になる素子番号のアンテナ素子への給電線
路より位相を１８０度ずらしてその副アンテナ素子に電
力分配を行い、このことによりすべてのアンテナ素子の
位相差が揃うようにし、さらに、２のｎ乗個のアンテナ
素子に対し、周波数変換、Ａ／Ｄ変換を行ってデジタル
信号にした後、高速フーリエ変換を行って複数のビーム
を形成するようにしたことを特徴としている。
れた給電線路と他の給電線路が交差する回数を最大で２
回とすることでき、３層基板を用いた場合の回路レイア
ウトを容易にすることができる。請求項１０に記載の発
明においては、２のｎ乗個のアンテナ素子の片側もしく
は両側に２のｎ乗個以下の副アンテナ素子を配置し、副
アンテナ素子を含むすべてのアンテナ素子に配置順に素
子番号を付したとき副アンテナ素子の素子番号との番号
差が２のｎ乗になる素子番号のアンテナ素子への給電線
路より位相を１８０度ずらしてその副アンテナ素子に電
力分配を行い、このことによりすべてのアンテナ素子の
位相差が揃うようにし、さらに、２のｎ乗個のアンテナ
素子に対し、周波数変換、Ａ／Ｄ変換を行ってデジタル
信号にした後、高速フーリエ変換を行って複数のビーム
を形成するようにしたことを特徴としている。
【００１５】この発明によっても、サイドローブの低減
あるいは高利得化を容易に行うことができる。請求項１
１に記載の発明においては、４個のアンテナ素子の片側
もしくは両側に副アンテナ素子を配置して４本のビーム
を形成するようにしたバトラーマトリックスアンテナを
３つ用意し、少なくともそれぞれのアンテナ素子の部分
を三角柱状もしくは円柱状に配置して１２本のビームを
形成することによって、３６０度の範囲の通信領域を確
保するようにアンテナシステムを特徴としている。
あるいは高利得化を容易に行うことができる。請求項１
１に記載の発明においては、４個のアンテナ素子の片側
もしくは両側に副アンテナ素子を配置して４本のビーム
を形成するようにしたバトラーマトリックスアンテナを
３つ用意し、少なくともそれぞれのアンテナ素子の部分
を三角柱状もしくは円柱状に配置して１２本のビームを
形成することによって、３６０度の範囲の通信領域を確
保するようにアンテナシステムを特徴としている。
【００１６】請求項１２に記載の発明においては、２の
ｎ乗個のアンテナ素子の片側もしくは両側に２のｎ乗個
以下の副アンテナ素子を配置したバトラーマトリックス
アンテナを、道路の真上に配置して下向きのビームを複
数形成し、自動車と通信を行うようにした路車間通信用
基地局アンテナシステを特徴としている。請求項１３に
記載の発明においては、２のｎ乗個のアンテナ素子の片
側もしくは両側に２のｎ乗個以下の副アンテナ素子を配
置したバトラーマトリックスアンテナを、自動車に取り
付け、上向きのビームを複数形成し、基地局と通信を行
うようにした路車間通信用移動局アンテナシステムを特
徴としている。
ｎ乗個のアンテナ素子の片側もしくは両側に２のｎ乗個
以下の副アンテナ素子を配置したバトラーマトリックス
アンテナを、道路の真上に配置して下向きのビームを複
数形成し、自動車と通信を行うようにした路車間通信用
基地局アンテナシステを特徴としている。請求項１３に
記載の発明においては、２のｎ乗個のアンテナ素子の片
側もしくは両側に２のｎ乗個以下の副アンテナ素子を配
置したバトラーマトリックスアンテナを、自動車に取り
付け、上向きのビームを複数形成し、基地局と通信を行
うようにした路車間通信用移動局アンテナシステムを特
徴としている。
【００１７】請求項１４に記載の発明においては、２の
ｎ乗個のアンテナ素子の片側もしくは両側に２のｎ乗個
以下の副アンテナ素子を配置したバトラーマトリックス
アンテナを、基地局と自動車のそれぞれに取り付けて、
基地局と自動車間で通信を行うようにした路車間通信用
アンテナシステムを特徴としている。請求項１５に記載
の発明においては、２のｎ乗個のアンテナ素子の片側も
しくは両側に２のｎ乗個以下の副アンテナ素子を配置し
て複数のビームを形成するように構成されたバトラーマ
トリックスアンテナと、複数のビームを選択しそれぞれ
の位相と振幅を制御した後に合成して任意の指向性を得
る手段とを備えたアンテナシステムを特徴としている。
ｎ乗個のアンテナ素子の片側もしくは両側に２のｎ乗個
以下の副アンテナ素子を配置したバトラーマトリックス
アンテナを、基地局と自動車のそれぞれに取り付けて、
基地局と自動車間で通信を行うようにした路車間通信用
アンテナシステムを特徴としている。請求項１５に記載
の発明においては、２のｎ乗個のアンテナ素子の片側も
しくは両側に２のｎ乗個以下の副アンテナ素子を配置し
て複数のビームを形成するように構成されたバトラーマ
トリックスアンテナと、複数のビームを選択しそれぞれ
の位相と振幅を制御した後に合成して任意の指向性を得
る手段とを備えたアンテナシステムを特徴としている。
【００１８】この発明によれば、ビーム方向およびヌル
点方向を制御することができる。
点方向を制御することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】（第１実施形態）本発明の第１実
施形態においては、バトラーマトリクスアンテナにおけ
るアンテナ素子以外に、副アンテナ素子（サブアレーを
構成するもの）を追加し、バトラーマトリクス給電回路
の給電線路から副アンテナ素子に電力分配して、副アン
テナ素子を励振するようにしている。以下、この副アン
テナ素子を設けた場合の構成について説明する。
施形態においては、バトラーマトリクスアンテナにおけ
るアンテナ素子以外に、副アンテナ素子（サブアレーを
構成するもの）を追加し、バトラーマトリクス給電回路
の給電線路から副アンテナ素子に電力分配して、副アン
テナ素子を励振するようにしている。以下、この副アン
テナ素子を設けた場合の構成について説明する。
【００２０】まず、アンテナ素子の素子数をＮ（２のｎ
乗の数）とし、入力ポートの番号をＭ（Ｍ＝０〜Ｎ−
１）とする。このとき、すべてのアンテナ素子の位相差
が揃っているとすると、アンテナ素子に現れる位相差は
数式１で表わされる。
乗の数）とし、入力ポートの番号をＭ（Ｍ＝０〜Ｎ−
１）とする。このとき、すべてのアンテナ素子の位相差
が揃っているとすると、アンテナ素子に現れる位相差は
数式１で表わされる。
【００２１】
【数１】（２Ｍ−Ｎ＋１）・π／Ｎ また、この数式１よりバトラーマトリクス給電回路に接
続されている０番目のアンテナ素子の初期位相をαとし
たとき、（Ｎ−１）番目のアンテナ素子の位相は、数式
２で表わされる。
続されている０番目のアンテナ素子の初期位相をαとし
たとき、（Ｎ−１）番目のアンテナ素子の位相は、数式
２で表わされる。
【００２２】
【数２】 （２Ｍ−Ｎ＋１）・（Ｎ−１）・π／Ｎ＋α ここで、数式２より１８０度位相をずらした場合を考え
ると、数式３のようになる。
ると、数式３のようになる。
【００２３】
【数３】（２Ｍ−Ｎ＋１）・（Ｎ−１）・π／Ｎ＋α−
π＝（２Ｍ−Ｎ）・π−（２Ｍ−Ｎ＋１）・π／Ｎ＋α この数式３における（２Ｍ−Ｎ）・πは、Ｎが２のｎ乗
であるので、２πの整数倍となり、波が一周しているだ
けであるので、その項を無視すると、数式３は数式４の
ようになる。
π＝（２Ｍ−Ｎ）・π−（２Ｍ−Ｎ＋１）・π／Ｎ＋α この数式３における（２Ｍ−Ｎ）・πは、Ｎが２のｎ乗
であるので、２πの整数倍となり、波が一周しているだ
けであるので、その項を無視すると、数式３は数式４の
ようになる。
【００２４】
【数４】（２Ｍ−Ｎ＋１）・（−１）・π／Ｎ＋α これは、−１番目のアンテナ素子の位相になることを表
している。つまり、（Ｎ−１）番目のアンテナ素子から
１８０度位相をずらしたものは、−１番目のアンテナ素
子の位相になることが分かる。
している。つまり、（Ｎ−１）番目のアンテナ素子から
１８０度位相をずらしたものは、−１番目のアンテナ素
子の位相になることが分かる。
【００２５】同様に（Ｎ−２）番目からは−２番目、０
番目からはＮ番目のように拡張することができ、最終的
には元のアンテナ素子数の倍のアンテナ素子数まで増や
すことができる。なお、１８０度位相をずらす場合、位
相を遅らせる場合と位相を進ませる場合があるが、以下
の説明においては位相を遅らせる場合を例にとって説明
する。
番目からはＮ番目のように拡張することができ、最終的
には元のアンテナ素子数の倍のアンテナ素子数まで増や
すことができる。なお、１８０度位相をずらす場合、位
相を遅らせる場合と位相を進ませる場合があるが、以下
の説明においては位相を遅らせる場合を例にとって説明
する。
【００２６】図１に、バトラーマトリクス給電回路に接
続されているアンテナ素子と、副アンテナ素子との接続
関係を示す。図に示すように、バトラーマトリクス給電
回路に接続されている０番〜（Ｎ−１）番のアンテナ素
子に対し、配置順に素子番号を付したときの素子番号の
番号差がＮ（すなわち２のｎ乗）になる素子番号の副ア
ンテナ素子（図中のＮ、Ｎ＋１、…、および−１、−
２、…で示すもの）に１８０度位相をずらして電力分配
する。このことによって、すべてのアンテナ素子の位相
を揃えることができる。
続されているアンテナ素子と、副アンテナ素子との接続
関係を示す。図に示すように、バトラーマトリクス給電
回路に接続されている０番〜（Ｎ−１）番のアンテナ素
子に対し、配置順に素子番号を付したときの素子番号の
番号差がＮ（すなわち２のｎ乗）になる素子番号の副ア
ンテナ素子（図中のＮ、Ｎ＋１、…、および−１、−
２、…で示すもの）に１８０度位相をずらして電力分配
する。このことによって、すべてのアンテナ素子の位相
を揃えることができる。
【００２７】図２に、バトラーマトリクス給電回路２に
接続されているＮ個のアンテナ素子３の両側に、Ｎ個以
下（Ｎ、Ｎ＋１、…、および−１、−２、…）の副アン
テナ素子５を設け、バトラーマトリクス給電回路２によ
り、アンテナ素子３および副アンテナ素子５に給電を行
うようにしたものの概念的な構成を示す。この場合、バ
トラーマトリクス給電回路２において、０番〜（Ｎ−
１）番のアンテナ素子３に対し素子番号の番号差がＮに
なる素子番号の副アンテナ素子５に１８０度位相をずら
して電力分配し、副アンテナ素子５に励振電力を与え
る。電力分配は電力分配器を用いて行う。
接続されているＮ個のアンテナ素子３の両側に、Ｎ個以
下（Ｎ、Ｎ＋１、…、および−１、−２、…）の副アン
テナ素子５を設け、バトラーマトリクス給電回路２によ
り、アンテナ素子３および副アンテナ素子５に給電を行
うようにしたものの概念的な構成を示す。この場合、バ
トラーマトリクス給電回路２において、０番〜（Ｎ−
１）番のアンテナ素子３に対し素子番号の番号差がＮに
なる素子番号の副アンテナ素子５に１８０度位相をずら
して電力分配し、副アンテナ素子５に励振電力を与え
る。電力分配は電力分配器を用いて行う。
【００２８】このような構成において、電力分配器の分
配比を変えることにより、副アンテナ素子を含めたアン
テナ素子に様々な励振電力分布を与えることができるた
め、サイドローブの低減や、利得の向上を図ることがで
きる。図３に、４入出力ポートを有するバトラーマトリ
クス給電回路を用いたマルチビームアンテナの具体的な
構成を示す。
配比を変えることにより、副アンテナ素子を含めたアン
テナ素子に様々な励振電力分布を与えることができるた
め、サイドローブの低減や、利得の向上を図ることがで
きる。図３に、４入出力ポートを有するバトラーマトリ
クス給電回路を用いたマルチビームアンテナの具体的な
構成を示す。
【００２９】バトラーマトリクス給電回路２に接続され
ている４個のアンテナ素子３ａ〜３ｄの左側、右側に副
アンテナ素子５ａ、５ｂが配置されている。バトラーマ
トリクス給電回路２の右端の給電線路には電力分配器２
５ａが設けられており、遅延線２６ａにより位相を１８
０度遅らせて左側の副アンテナ素子５ａに電力分配が行
われるようになっている。また、バトラーマトリクス給
電回路２の左端の給電線路には電力分配器２５ｂが設け
られており、遅延線２６ｂにより位相を１８０度遅らせ
て右側の副アンテナ素子５ｂに電力分配が行われるよう
になっている。
ている４個のアンテナ素子３ａ〜３ｄの左側、右側に副
アンテナ素子５ａ、５ｂが配置されている。バトラーマ
トリクス給電回路２の右端の給電線路には電力分配器２
５ａが設けられており、遅延線２６ａにより位相を１８
０度遅らせて左側の副アンテナ素子５ａに電力分配が行
われるようになっている。また、バトラーマトリクス給
電回路２の左端の給電線路には電力分配器２５ｂが設け
られており、遅延線２６ｂにより位相を１８０度遅らせ
て右側の副アンテナ素子５ｂに電力分配が行われるよう
になっている。
【００３０】このように電力分配器２５ａ、遅延線２６
ａを設けて副アンテナ素子５ａに電力分配を行うことに
より、アンテナ素子３ａ〜３ｄおよび副アンテナ素子５
ａ、５ｂの位相差をすべて揃えることができる。図４
に、図３に示す構成のものにおいて、アンテナ素子３ａ
〜３ｄ、５ａ、５ｂのそれぞれの間隔を０．５波長と
し、電力分配比を左側から順に０．１、０．９、１、
１、０．９、０．１としたときのビーム指向性のシュミ
レーション結果を示す。図２１に示すものでは、最大の
サイドローブレベルが−８ｄｂ程度であるのに対し、図
４に示すものでは−１５ｄｂ程度に低減されていること
が分かる。すなわち、アンテナ素子３ａ〜３ｄ、５ａ、
５ｂにおいて両端にあるアンテナ素子になるほど電力分
布が小さくするようにすれば、サイドローブを低減する
ことができる。
ａを設けて副アンテナ素子５ａに電力分配を行うことに
より、アンテナ素子３ａ〜３ｄおよび副アンテナ素子５
ａ、５ｂの位相差をすべて揃えることができる。図４
に、図３に示す構成のものにおいて、アンテナ素子３ａ
〜３ｄ、５ａ、５ｂのそれぞれの間隔を０．５波長と
し、電力分配比を左側から順に０．１、０．９、１、
１、０．９、０．１としたときのビーム指向性のシュミ
レーション結果を示す。図２１に示すものでは、最大の
サイドローブレベルが−８ｄｂ程度であるのに対し、図
４に示すものでは−１５ｄｂ程度に低減されていること
が分かる。すなわち、アンテナ素子３ａ〜３ｄ、５ａ、
５ｂにおいて両端にあるアンテナ素子になるほど電力分
布が小さくするようにすれば、サイドローブを低減する
ことができる。
【００３１】図５に、図３に示す構成のものにおいて、
アンテナ素子３ａ〜３ｄ、５ａ、５ｂのそれぞれの間隔
を０．５波長とし、電力分配比を左側から順に０．５、
０．５、１、１、０．５、０．５としたときのビーム指
向性のシュミレーション結果を示す。この場合、図から
分かるように、ビームの利得を上げる（ビーム幅を狭め
る）ことができる。
アンテナ素子３ａ〜３ｄ、５ａ、５ｂのそれぞれの間隔
を０．５波長とし、電力分配比を左側から順に０．５、
０．５、１、１、０．５、０．５としたときのビーム指
向性のシュミレーション結果を示す。この場合、図から
分かるように、ビームの利得を上げる（ビーム幅を狭め
る）ことができる。
【００３２】なお、図３に示す構成の場合、電力分配器
２５ａ、２５ｂで分配されて副アンテナ素子５ａ、５ｂ
を励振する給電線路は、他の３本の給電線路と交差する
ことになる。ここで、従来のものと同様、３層基板を用
いて表面、裏面に給電配線を形成し、１つの給電線路に
対して１つのスルーホールを設けるようにした場合に
は、１つの給電線路を他の３本の給電線路と交差させる
ことができない。
２５ａ、２５ｂで分配されて副アンテナ素子５ａ、５ｂ
を励振する給電線路は、他の３本の給電線路と交差する
ことになる。ここで、従来のものと同様、３層基板を用
いて表面、裏面に給電配線を形成し、１つの給電線路に
対して１つのスルーホールを設けるようにした場合に
は、１つの給電線路を他の３本の給電線路と交差させる
ことができない。
【００３３】そこで、図６に示すようにバトラーマトリ
クス給電回路２を変形させ、内側に電力分配器２５ａ、
２５ｂを設けるとともに、固定位相器２２ａ、２２ｂの
位置を図に示すように変更すれば、アンテナ素子３ａと
それに隣接するアンテナ素子３ｂへの給電線路が電力分
配器２５ａの外側で交差し、アンテナ素子３ｄとそれに
隣接するアンテナ素子３ｃへの給電線路が電力分配器２
５ｂの外側で交差するため、電力分配器２５ａ、２５ｂ
から分配された給電線路と他の給電線路が交差する回数
を最大で２回とすることでき、１つの給電線路に対して
１つのスルーホールを設けるようにすることができる。
これにより、従来のものと同様、スルーホールによる位
相差を無視して設計することができ、設計効率を上げる
とともに、スルーホールによる回路の損失を最小限に押
さえることができる。図７に、その具体的な回路レイア
ウトを示す。
クス給電回路２を変形させ、内側に電力分配器２５ａ、
２５ｂを設けるとともに、固定位相器２２ａ、２２ｂの
位置を図に示すように変更すれば、アンテナ素子３ａと
それに隣接するアンテナ素子３ｂへの給電線路が電力分
配器２５ａの外側で交差し、アンテナ素子３ｄとそれに
隣接するアンテナ素子３ｃへの給電線路が電力分配器２
５ｂの外側で交差するため、電力分配器２５ａ、２５ｂ
から分配された給電線路と他の給電線路が交差する回数
を最大で２回とすることでき、１つの給電線路に対して
１つのスルーホールを設けるようにすることができる。
これにより、従来のものと同様、スルーホールによる位
相差を無視して設計することができ、設計効率を上げる
とともに、スルーホールによる回路の損失を最小限に押
さえることができる。図７に、その具体的な回路レイア
ウトを示す。
【００３４】この図７に示すものにおいては、伝送線路
としてマイクロストリップ線路、アンテナ素子３ａ〜３
ｄ、５ａ、５ｂとして直線偏波パッチアンテナを用いた
構成としている。この場合、３層基板４の表面および裏
面に配線を形成するとともに、表面配線と裏面配線をス
ルーホール２４で結合することにより線路の交差を実現
している。なお、基板４の内部には、スルーホール２４
を除く領域においてグランド面が形成されている。
としてマイクロストリップ線路、アンテナ素子３ａ〜３
ｄ、５ａ、５ｂとして直線偏波パッチアンテナを用いた
構成としている。この場合、３層基板４の表面および裏
面に配線を形成するとともに、表面配線と裏面配線をス
ルーホール２４で結合することにより線路の交差を実現
している。なお、基板４の内部には、スルーホール２４
を除く領域においてグランド面が形成されている。
【００３５】この回路レイアウトでは、直線偏波パッチ
アンテナ３ａ〜３ｄ、５ａ、５ｂ〜２段目のハイブリッ
ド回路２３ａ、２３ｂのそれぞれの間、２段目のハイブ
リッド回路２３ａ、２３ｂ〜１段目のハイブリッド回路
２１ａ、２１ｂのそれぞれの間の各端子を結ぶ線路上の
スルーホール２４の数は１つになっているため、スルー
ホール２４の位相差を無視して設計でき、設計効率を上
げるとともに、スルーホール２４の数を少なくすること
により回路の損失を最小限に押さえることができる。
アンテナ３ａ〜３ｄ、５ａ、５ｂ〜２段目のハイブリッ
ド回路２３ａ、２３ｂのそれぞれの間、２段目のハイブ
リッド回路２３ａ、２３ｂ〜１段目のハイブリッド回路
２１ａ、２１ｂのそれぞれの間の各端子を結ぶ線路上の
スルーホール２４の数は１つになっているため、スルー
ホール２４の位相差を無視して設計でき、設計効率を上
げるとともに、スルーホール２４の数を少なくすること
により回路の損失を最小限に押さえることができる。
【００３６】また、上記したスルーホール２４の構成を
とると、１段目のハイブリッド回路２１ａ、２１ｂおよ
び２段目のハイブリッド回路２３ａ、２３ｂは、それぞ
れ同一平面上に並ぶことになる。これにより、入力ポー
ト１ａ〜１ｄにコネクタ（例えばＳＭＡ）を取り付ける
場合に、コネクタのグランドと接続するための基板４側
のグランドを、１段目のハイブリッド回路２１ａ、２１
ｂの裏側に形成されたグランド面（基板４内部に形成さ
れたグランド面とスルーホールを介して電気接続された
もの）からとることができる。
とると、１段目のハイブリッド回路２１ａ、２１ｂおよ
び２段目のハイブリッド回路２３ａ、２３ｂは、それぞ
れ同一平面上に並ぶことになる。これにより、入力ポー
ト１ａ〜１ｄにコネクタ（例えばＳＭＡ）を取り付ける
場合に、コネクタのグランドと接続するための基板４側
のグランドを、１段目のハイブリッド回路２１ａ、２１
ｂの裏側に形成されたグランド面（基板４内部に形成さ
れたグランド面とスルーホールを介して電気接続された
もの）からとることができる。
【００３７】この回路を構成するための基板４として
は、低誘電率、低損失なテフロン基板などを用いること
ができる。図８に、図７に示す回路レイアウトにおい
て、アンテナ素子３ａ〜３ｄ、５ａ、５ｂを、円偏波を
放射するアンテナ素子にした例を示す。このように円偏
波を用いると、1998年電子情報通信学会通信ソサエティ
大会Ｂ-1-107「屋内高速無線アクセスにおける天井設置
型円偏波セクタアンテナの効果」に記載されているよう
に、奇数回反射のマルチパスを抑圧することができると
いうメリットがある。
は、低誘電率、低損失なテフロン基板などを用いること
ができる。図８に、図７に示す回路レイアウトにおい
て、アンテナ素子３ａ〜３ｄ、５ａ、５ｂを、円偏波を
放射するアンテナ素子にした例を示す。このように円偏
波を用いると、1998年電子情報通信学会通信ソサエティ
大会Ｂ-1-107「屋内高速無線アクセスにおける天井設置
型円偏波セクタアンテナの効果」に記載されているよう
に、奇数回反射のマルチパスを抑圧することができると
いうメリットがある。
【００３８】また、位相を１８０度遅らせる場合、遅延
線２６ａ、２６ｂを用いると、図７に示すように、余計
なコーナーが必要になる。そこで、図９に示すようにス
タブ２７ａ、２７ｂを用いて位相調整するようにすれ
ば、図７、図８のように構成した場合、直線偏波パッチ
アンテナ３ａ〜３ｄ、５ａ、５ｂ〜２段目のハイブリッ
ド回路２３ａ、２３ｂのそれぞれの間、２段目のハイブ
リッド回路２３ａ、２３ｂ〜１段目のハイブリッド回路
２１ａ、２１ｂのそれぞれの間を結ぶ伝送線路を直線的
に結ぶことができるので、レイアウトを簡易化でき、バ
トラーマトリクス給電回路２の小型化を図ることができ
る。なお、図９に示す実施形態においては、図３に示す
固定位相器２２ａ、２２ｂの代わりにスタブ２８ａ、２
８ｂを用いている。 （第２実施形態）図１０に、本発明の第２実施形態に係
るマルチビームアンテナの構成を示す。
線２６ａ、２６ｂを用いると、図７に示すように、余計
なコーナーが必要になる。そこで、図９に示すようにス
タブ２７ａ、２７ｂを用いて位相調整するようにすれ
ば、図７、図８のように構成した場合、直線偏波パッチ
アンテナ３ａ〜３ｄ、５ａ、５ｂ〜２段目のハイブリッ
ド回路２３ａ、２３ｂのそれぞれの間、２段目のハイブ
リッド回路２３ａ、２３ｂ〜１段目のハイブリッド回路
２１ａ、２１ｂのそれぞれの間を結ぶ伝送線路を直線的
に結ぶことができるので、レイアウトを簡易化でき、バ
トラーマトリクス給電回路２の小型化を図ることができ
る。なお、図９に示す実施形態においては、図３に示す
固定位相器２２ａ、２２ｂの代わりにスタブ２８ａ、２
８ｂを用いている。 （第２実施形態）図１０に、本発明の第２実施形態に係
るマルチビームアンテナの構成を示す。
【００３９】アレーアンテナではアンテナ素子間の位相
差が大きくなると、利得が低下してしまうという問題が
ある。この問題を解決するため、この実施形態において
は、副アンテナ素子５ａ、５ｂに、バトラーマトリクス
給電回路２の入力ポート側から給電を行うようにしてい
る。具体的には、入力ポート２、３に電力分配器２９
ａ、２９ｂを設け、固定位相器３０ａ、３０ｂにより位
相を調整して副アンテナ素子５ａ、５ｂに電力分配を行
う。
差が大きくなると、利得が低下してしまうという問題が
ある。この問題を解決するため、この実施形態において
は、副アンテナ素子５ａ、５ｂに、バトラーマトリクス
給電回路２の入力ポート側から給電を行うようにしてい
る。具体的には、入力ポート２、３に電力分配器２９
ａ、２９ｂを設け、固定位相器３０ａ、３０ｂにより位
相を調整して副アンテナ素子５ａ、５ｂに電力分配を行
う。
【００４０】このような構成において、入力ポート１
ｂ、１ｃに電力が入力されて位相差が大きくなるときに
は、５つのアンテナ素子でアレーアンテナが構成され、
入力ポート１ａ、１ｄに電力が入力されたときは、４つ
のアンテナ素子でアレーアンテナが構成される。このた
め、電力が入力される入力ポート間での利得偏差を小さ
くすることができる。なお、副アンテナ素子５ａ、５ｂ
に給電する場合の位相差α度、β度は、電力分配を行う
ときにすべてのアンテナ素子の位相差が揃うように設定
されている。
ｂ、１ｃに電力が入力されて位相差が大きくなるときに
は、５つのアンテナ素子でアレーアンテナが構成され、
入力ポート１ａ、１ｄに電力が入力されたときは、４つ
のアンテナ素子でアレーアンテナが構成される。このた
め、電力が入力される入力ポート間での利得偏差を小さ
くすることができる。なお、副アンテナ素子５ａ、５ｂ
に給電する場合の位相差α度、β度は、電力分配を行う
ときにすべてのアンテナ素子の位相差が揃うように設定
されている。
【００４１】図１１に、入力ポート１ｂに電力が入力さ
れて５つのアンテナ素子３ａ〜３ｄ、５ａでアレーアン
テナが構成される場合の電力の流れを示し、図１２に、
入力ポート１ａに電力が入力されて４つのアンテナ素子
３ａ〜３ｄでアレーアンテナが構成される場合の電力の
流れを示す。 （第３実施形態）図１３に、本発明の第３実施形態に係
るマルチビームアンテナの構成を示す。
れて５つのアンテナ素子３ａ〜３ｄ、５ａでアレーアン
テナが構成される場合の電力の流れを示し、図１２に、
入力ポート１ａに電力が入力されて４つのアンテナ素子
３ａ〜３ｄでアレーアンテナが構成される場合の電力の
流れを示す。 （第３実施形態）図１３に、本発明の第３実施形態に係
るマルチビームアンテナの構成を示す。
【００４２】バトラーマトリクス給電回路は、デジタル
信号処理の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の理論に基づく
回路であるので、デジタルビームフォーミング（ＤＢ
Ｆ）で高速フーリエ変換処理を行えば、バトラーマトリ
クス給電回路と同様のビームを形成することができる。
このことに着目し、この実施形態においては、図１３に
示すように、アンテナ素子３ａ〜３ｄへの出力ポート側
に周波数変換器４０ａ〜４０ｄを接続し、周波数変換器
４０ａ〜４０ｄの出力をＡ／Ｄ変換器４１ａ〜４１ｄで
ディジタル信号に変換し、この後、高速フーリエ変換器
４２ａ〜４２ｄで高速フーリエ変換を行うようにしてい
る。このことにより、第１実施形態と同様、複数のビー
ムを形成することができる。 （第４実施形態）図１４に、本発明の第４実施形態に係
るアンテナシステムの構成を示す。
信号処理の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の理論に基づく
回路であるので、デジタルビームフォーミング（ＤＢ
Ｆ）で高速フーリエ変換処理を行えば、バトラーマトリ
クス給電回路と同様のビームを形成することができる。
このことに着目し、この実施形態においては、図１３に
示すように、アンテナ素子３ａ〜３ｄへの出力ポート側
に周波数変換器４０ａ〜４０ｄを接続し、周波数変換器
４０ａ〜４０ｄの出力をＡ／Ｄ変換器４１ａ〜４１ｄで
ディジタル信号に変換し、この後、高速フーリエ変換器
４２ａ〜４２ｄで高速フーリエ変換を行うようにしてい
る。このことにより、第１実施形態と同様、複数のビー
ムを形成することができる。 （第４実施形態）図１４に、本発明の第４実施形態に係
るアンテナシステムの構成を示す。
【００４３】この実施形態においては、第１実施形態で
示した４入出力ポートを有するバトラーマトリクス給電
回路を用いたマルチビームアンテナ５０を３つ用意し、
図に示すように、三角柱状に配置して１２本のビームを
形成し、３６０度の範囲カバーする（３６０度の範囲の
通信領域を確保する）ようにしている。この場合、３つ
のマルチビームアンテナ５０を三角柱状にするものに限
らず、湾曲させて円柱状にするようにしてもよい。ま
た、アンテナ素子とバトラーマトリクス給電回路を分離
して、アンテナ素子の部分のみを三角柱状あるいは円柱
状に配置してもよい。 （第５実施形態）図１５に、本発明の第５実施形態に係
る路車間通信用基地局アンテナシステムの構成を示す。
示した４入出力ポートを有するバトラーマトリクス給電
回路を用いたマルチビームアンテナ５０を３つ用意し、
図に示すように、三角柱状に配置して１２本のビームを
形成し、３６０度の範囲カバーする（３６０度の範囲の
通信領域を確保する）ようにしている。この場合、３つ
のマルチビームアンテナ５０を三角柱状にするものに限
らず、湾曲させて円柱状にするようにしてもよい。ま
た、アンテナ素子とバトラーマトリクス給電回路を分離
して、アンテナ素子の部分のみを三角柱状あるいは円柱
状に配置してもよい。 （第５実施形態）図１５に、本発明の第５実施形態に係
る路車間通信用基地局アンテナシステムの構成を示す。
【００４４】この実施形態においては、自動車６０と通
信を行う基地局７０において、第１実施形態で示したマ
ルチビームアンテナ（４本のビームを形成するもの）５
０を、道路の真上に配置し、道路を覆うように下向きの
ビームを複数形成して、自動車６０と通信を行うように
している。この実施形態の場合、自動車６０に利得の高
いアンテナを取り付けられない場合に有効である。
信を行う基地局７０において、第１実施形態で示したマ
ルチビームアンテナ（４本のビームを形成するもの）５
０を、道路の真上に配置し、道路を覆うように下向きの
ビームを複数形成して、自動車６０と通信を行うように
している。この実施形態の場合、自動車６０に利得の高
いアンテナを取り付けられない場合に有効である。
【００４５】なお、図において、６１、６２は、自動車
に設けられた低利得アンテナ、送受信機であり、７１、
７２、７３は、基地局７０に設けられたスイッチ回路、
スイッチ制御部、送受信機である。基地局７０におい
て、スイッチ制御部７２によりスイッチ回路７１のスイ
ッチを切り替えることにより、マルチビームアンテナ５
０におけるビームの指向性を切り替えることができる。 （第６実施形態）図１６に、本発明の第６実施形態に係
る路車間通信用移動局用アンテナシステムの構成を示
す。
に設けられた低利得アンテナ、送受信機であり、７１、
７２、７３は、基地局７０に設けられたスイッチ回路、
スイッチ制御部、送受信機である。基地局７０におい
て、スイッチ制御部７２によりスイッチ回路７１のスイ
ッチを切り替えることにより、マルチビームアンテナ５
０におけるビームの指向性を切り替えることができる。 （第６実施形態）図１６に、本発明の第６実施形態に係
る路車間通信用移動局用アンテナシステムの構成を示
す。
【００４６】この実施形態においては、第１実施形態で
示したマルチビームアンテナ５０を自動車６０に取り付
け、上向きのビームを複数形成し、基地局７０と通信を
行うようにしている。この実施形態の場合、既存の路車
間通信用基地局アンテナに対して、品質の良い通信を行
うのに有効である。なお、図において、６３、６４は、
自動車に設けられたスイッチ回路、スイッチ制御部であ
る。自動車６０において、スイッチ制御部６４によりス
イッチ回路６３のスイッチを切り替えることにより、マ
ルチビームアンテナ５０におけるビームの指向性を切り
替えることができる。 （第７実施形態）図１７に、本発明の第７実施形態に係
る路車間通信用アンテナシステムの構成を示す。
示したマルチビームアンテナ５０を自動車６０に取り付
け、上向きのビームを複数形成し、基地局７０と通信を
行うようにしている。この実施形態の場合、既存の路車
間通信用基地局アンテナに対して、品質の良い通信を行
うのに有効である。なお、図において、６３、６４は、
自動車に設けられたスイッチ回路、スイッチ制御部であ
る。自動車６０において、スイッチ制御部６４によりス
イッチ回路６３のスイッチを切り替えることにより、マ
ルチビームアンテナ５０におけるビームの指向性を切り
替えることができる。 （第７実施形態）図１７に、本発明の第７実施形態に係
る路車間通信用アンテナシステムの構成を示す。
【００４７】この実施形態においては、第１実施形態で
示したマルチビームアンテナ５０を基地局７０と自動車
６０のそれぞれに取り付けて、基地局７０と自動車６０
間で通信を行うようにしている。この実施形態の場合、
第５、第６実施形態のものよりも品質の良い通信を行う
ことができる。 （第８実施形態）図１８に、本発明の第８実施形態に係
るアンテナシステムの構成を示す。
示したマルチビームアンテナ５０を基地局７０と自動車
６０のそれぞれに取り付けて、基地局７０と自動車６０
間で通信を行うようにしている。この実施形態の場合、
第５、第６実施形態のものよりも品質の良い通信を行う
ことができる。 （第８実施形態）図１８に、本発明の第８実施形態に係
るアンテナシステムの構成を示す。
【００４８】この実施形態においては、第１実施形態で
示したマルチビームアンテナ５０に対し、スイッチ回路
８０、増幅器８１ａ〜８１ｄ、可変位相器８２ａ〜８２
ｄ、電力合成器８３を設け、スイッチ回路８０、増幅器
８１ａ〜８１ｄ、可変位相器８２ａ〜８２ｄを制御部８
４で制御するようにしている。スイッチ回路４０は、制
御部８４からの制御信号に基づいて任意の数のビームを
選択する。この選択されたビームは、増幅器８１ａ〜８
１ｄで増幅され、可変位相器８２ａ〜８２ｄで重み付け
される。この後、可変位相器８２ａ〜８２ｄからの出力
は、電力合成器８３で合成される。このような構成とす
ることにより、ビーム方向およびヌル点方向を制御する
ことができる。
示したマルチビームアンテナ５０に対し、スイッチ回路
８０、増幅器８１ａ〜８１ｄ、可変位相器８２ａ〜８２
ｄ、電力合成器８３を設け、スイッチ回路８０、増幅器
８１ａ〜８１ｄ、可変位相器８２ａ〜８２ｄを制御部８
４で制御するようにしている。スイッチ回路４０は、制
御部８４からの制御信号に基づいて任意の数のビームを
選択する。この選択されたビームは、増幅器８１ａ〜８
１ｄで増幅され、可変位相器８２ａ〜８２ｄで重み付け
される。この後、可変位相器８２ａ〜８２ｄからの出力
は、電力合成器８３で合成される。このような構成とす
ることにより、ビーム方向およびヌル点方向を制御する
ことができる。
【００４９】なお、この実施形態において、スイッチ回
路８０、増幅器８１ａ〜８１ｄ、可変位相器８２ａ〜８
２ｄ、電力合成器８３、制御部８４が、特許請求の範囲
で記載した、複数のビームを選択しそれぞれの位相と振
幅を制御した後に合成して任意の指向性を得る手段を構
成している。上記した種々の実施形態において、４つの
アンテナ素子の両側に副アンテナ素子を１つずつ配置す
るものを示したが、副アンテナ素子は４つのアンテナ素
子の片側に配置されるものであってもよい。
路８０、増幅器８１ａ〜８１ｄ、可変位相器８２ａ〜８
２ｄ、電力合成器８３、制御部８４が、特許請求の範囲
で記載した、複数のビームを選択しそれぞれの位相と振
幅を制御した後に合成して任意の指向性を得る手段を構
成している。上記した種々の実施形態において、４つの
アンテナ素子の両側に副アンテナ素子を１つずつ配置す
るものを示したが、副アンテナ素子は４つのアンテナ素
子の片側に配置されるものであってもよい。
【００５０】また、第２、第３、第５乃至第８実施形態
において、４つのアンテナ素子の両側に副アンテナ素子
を１つずつ配置するものを示したが、２のｎ条個のアン
テナ素子の片側もしくは両側に２のｎ条個以下の副アン
テナ素子を配置したものであっても同様に適用すること
ができる。なお、上記したアンテナ素子３ａ〜３ｄおよ
び副アンテナ素子５ａ、５ｂは、一次元配列されるもの
に限らず、二次元配列されていてもよい。
において、４つのアンテナ素子の両側に副アンテナ素子
を１つずつ配置するものを示したが、２のｎ条個のアン
テナ素子の片側もしくは両側に２のｎ条個以下の副アン
テナ素子を配置したものであっても同様に適用すること
ができる。なお、上記したアンテナ素子３ａ〜３ｄおよ
び副アンテナ素子５ａ、５ｂは、一次元配列されるもの
に限らず、二次元配列されていてもよい。
【図１】本発明の第１実施形態において、バトラーマト
リクス給電回路に接続されているアンテナ素子と、副ア
ンテナ素子との接続関係を示す図である。
リクス給電回路に接続されているアンテナ素子と、副ア
ンテナ素子との接続関係を示す図である。
【図２】図１に示す構成に対し、バトラーマトリクス給
電回路２によりアンテナ素子３および副アンテナ素子５
に給電を行うようにした場合の概念的な構成を示す図で
ある。
電回路２によりアンテナ素子３および副アンテナ素子５
に給電を行うようにした場合の概念的な構成を示す図で
ある。
【図３】本発明の第１実施形態に係る、４入出力ポート
を有するバトラーマトリクス給電回路を用いたマルチビ
ームアンテナの構成を示す図である。
を有するバトラーマトリクス給電回路を用いたマルチビ
ームアンテナの構成を示す図である。
【図４】図３に示す構成のものにおいて、アンテナ素子
３ａ〜３ｄ、５ａ、５ｂのそれぞれの間隔を０．５波長
とし、電力分配比を左側から順に０．１、０．９、１、
１、０．９、０．１としたときのビーム指向性のシュミ
レーション結果を示す図である。
３ａ〜３ｄ、５ａ、５ｂのそれぞれの間隔を０．５波長
とし、電力分配比を左側から順に０．１、０．９、１、
１、０．９、０．１としたときのビーム指向性のシュミ
レーション結果を示す図である。
【図５】図３に示す構成のものにおいて、アンテナ素子
３ａ〜３ｄ、５ａ、５ｂのそれぞれの間隔を０．５波長
とし、電力分配比を左側から順に０．５、０．５、１、
１、０．５、０．５としたときのビーム指向性のシュミ
レーション結果を示す図である。
３ａ〜３ｄ、５ａ、５ｂのそれぞれの間隔を０．５波長
とし、電力分配比を左側から順に０．５、０．５、１、
１、０．５、０．５としたときのビーム指向性のシュミ
レーション結果を示す図である。
【図６】図３に示す構成に対し、内側に電力分配器２５
ａ、２５ｂを設けるようにバトラーマトリクス給電回路
２を変形させた例を示す図である。
ａ、２５ｂを設けるようにバトラーマトリクス給電回路
２を変形させた例を示す図である。
【図７】図６に示すものの具体的な回路レイアウトを示
す図である。
す図である。
【図８】図７に示す回路レイアウトにおいて、アンテナ
素子３ａ〜３ｄ、５ａ、５ｂを円偏波を放射するアンテ
ナ素子にした例を示す図である。
素子３ａ〜３ｄ、５ａ、５ｂを円偏波を放射するアンテ
ナ素子にした例を示す図である。
【図９】図３に示す構成に対し、遅延線２６ａ、２６ｂ
の代わりにスタブ２７ａ、２７ｂを用いて位相調整する
ようにした例を示す図である。
の代わりにスタブ２７ａ、２７ｂを用いて位相調整する
ようにした例を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るマルチビームア
ンテナの構成を示す図である。
ンテナの構成を示す図である。
【図１１】図１０に示す構成において入力ポート１ｂに
電力が入力されて５つのアンテナ素子３ａ〜３ｄ、５ａ
でアレーアンテナが構成される場合の電力の流れを示す
図である。
電力が入力されて５つのアンテナ素子３ａ〜３ｄ、５ａ
でアレーアンテナが構成される場合の電力の流れを示す
図である。
【図１２】図１０に示す構成において入力ポート１ａに
電力が入力されて４つのアンテナ素子３ａ〜３ｄでアレ
ーアンテナが構成される場合の電力の流れを示す図であ
る。
電力が入力されて４つのアンテナ素子３ａ〜３ｄでアレ
ーアンテナが構成される場合の電力の流れを示す図であ
る。
【図１３】本発明の第３実施形態に係るマルチビームア
ンテナの構成を示す図である。
ンテナの構成を示す図である。
【図１４】本発明の第４実施形態に係るアンテナシステ
ムの構成を示す図である。
ムの構成を示す図である。
【図１５】本発明の第５実施形態に係る路車間通信用基
地局アンテナシステムの構成を示す図である。
地局アンテナシステムの構成を示す図である。
【図１６】本発明の第６実施形態に係る路車間通信用移
動局用アンテナシステムの構成を示す図である。
動局用アンテナシステムの構成を示す図である。
【図１７】本発明の第７実施形態に係る路車間通信用ア
ンテナシステムの構成を示す図である。
ンテナシステムの構成を示す図である。
【図１８】本発明の第８実施形態に係るアンテナシステ
ムの構成を示す図である。
ムの構成を示す図である。
【図１９】従来のバトラーマトリクスアンテナの構成を
示す図である。
示す図である。
【図２０】図２０に図１９に示すものの具体的な回路レ
イアウトを示す図である。
イアウトを示す図である。
【図２１】図２０に示す回路で、アンテナ素子３ａ〜３
ｄの間隔を０．５波長にしたときに形成できるビーム指
向性のシュミレーション結果を示す図である。
ｄの間隔を０．５波長にしたときに形成できるビーム指
向性のシュミレーション結果を示す図である。
１ａ〜１ｄ…入力ポート、２…バトラーマトリクス給電
回路、３ａ〜３ｄ…アンテナ素子、５ａ、５ｂ…副アン
テナ素子、２１ａ、２１ｂ…１段目のハイブリッド回
路、２２ａ、２２ｂ…固定位相器、２３ａ、２３ｂ…２
段目のハイブリッド回路、２５ａ、２５ｂ…電力分配
器、２６ａ、２６ｂ…遅延線。
回路、３ａ〜３ｄ…アンテナ素子、５ａ、５ｂ…副アン
テナ素子、２１ａ、２１ｂ…１段目のハイブリッド回
路、２２ａ、２２ｂ…固定位相器、２３ａ、２３ｂ…２
段目のハイブリッド回路、２５ａ、２５ｂ…電力分配
器、２６ａ、２６ｂ…遅延線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J021 AA07 AA08 AA09 AA11 AB06 CA03 CA04 DB03 DB05 FA05 FA09 FA13 FA17 FA26 FA29 GA02 GA05 GA06 HA02 HA10 JA09
Claims (15)
- 【請求項１】 ２のｎ乗個のアンテナ素子にバトラーマ
トリクス給電回路から給電を行って複数のビームを形成
するようにしたマルチビームアンテナにおいて、 前記２のｎ乗個のアンテナ素子の片側もしくは両側に２
のｎ乗個以下の副アンテナ素子を配置し、前記バトラー
マトリクス給電回路の給電線路から前記副アンテナ素子
に電力分配を行うようにしたことを特徴とするマルチビ
ームアンテナ。 - 【請求項２】 前記副アンテナ素子に電力分配を行った
ときに前記副アンテナ素子を含むすべてのアンテナ素子
の位相差が揃うようになっていることを特徴とする請求
項１に記載のマルチビームアンテナ。 - 【請求項３】 前記副アンテナ素子には、前記副アンテ
ナ素子を含むすべてのアンテナ素子に配置順に素子番号
を付したときその副アンテナ素子の素子番号との番号差
が２のｎ乗になる素子番号のアンテナ素子への給電線路
より位相が１８０度ずれて電力分配されるようになって
いることを特徴とする請求項２に記載のマルビームアン
テナ。 - 【請求項４】 前記給電線路に前記位相差を揃えるため
のスタブが設けられていることを特徴とする請求項２又
は３に記載のマルチビームアンテナ。 - 【請求項５】 前記副アンテナ素子を含むすべてのアン
テナ素子の間隔が同じになっていることを特徴とする請
求項１乃至４のいずれか１つに記載のマルチビームアン
テナ。 - 【請求項６】 前記副アンテナ素子を含むすべてのアン
テナ素子において両端にあるアンテナ素子になるほど電
力分布が小さくするようになっていることを特徴とする
請求項１乃至５のいずれか１つに記載のマルチビームア
ンテナ。 - 【請求項７】 前記副アンテナ素子を含むすべてのアン
テナ素子は、円偏波を放射するアンテナ素子となってい
ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記
載のマルチビームアンテナ。 - 【請求項８】 前記２のｎ乗個以下の副アンテナ素子に
前記バトラーマトリクス給電回路の入力ポート側から電
力分配が行われるようになっていることを特徴とする請
求項１に記載のマルチビームアンテナ。 - 【請求項９】 ４個のアンテナ素子にバトラーマトリク
ス給電回路から給電を行って４本のビームを形成するよ
うになっており、前記４個のアンテナ素子の片側もしく
は両側に副アンテナ素子を配置して、前記副アンテナ素
子に、前記副アンテナ素子を含むすべてのアンテナ素子
に配置順に素子番号を付したときその副アンテナ素子の
素子番号との番号差が４になる素子番号のアンテナ素子
への給電線路より位相を１８０度ずらして電力分配を行
い、前記副アンテナ素子を含むすべてのアンテナ素子の
位相差が揃うようになっており、前記番号差が４になる
素子番号のアンテナ素子とそれに隣接するアンテナ素子
へのそれぞれの給電線路が交差するように、前記電力分
配を行う電力分配器が配設されていることを特徴とする
マルチビームアンテナ。 - 【請求項１０】 ２のｎ乗個のアンテナ素子の片側もし
くは両側に２のｎ乗個以下の副アンテナ素子が配置さ
れ、 前記副アンテナ素子には、前記副アンテナ素子を含むす
べてのアンテナ素子に配置順に素子番号を付したときそ
の副アンテナ素子の素子番号との番号差が２のｎ乗にな
る素子番号のアンテナ素子への給電線路より位相が１８
０度ずれて電力分配が行われ、このことにより前記すべ
てのアンテナ素子の位相差が揃うようになっており、 前記２のｎ乗個のアンテナ素子に対し、周波数変換、Ａ
／Ｄ変換を行ってデジタル信号にした後、高速フーリエ
変換を行って複数のビームを形成するようになっている
ことを特徴とするマルチビームアンテナ。 - 【請求項１１】 ４個のアンテナ素子にバトラーマトリ
クス給電回路から給電を行って４本のビームを形成する
ようになっており、前記４個のアンテナ素子の片側もし
くは両側に副アンテナ素子を配置して、前記副アンテナ
素子に、前記副アンテナ素子を含むすべてのアンテナ素
子に配置順に素子番号を付したときその副アンテナ素子
の素子番号との番号差が４になる素子番号のアンテナ素
子への給電線路より位相を１８０度ずらして電力分配を
行い、前記副アンテナ素子を含むすべてのアンテナ素子
の位相差が揃うように構成されたマルチビームアンテナ
を３つ用意し、少なくともそれぞれのアンテナ素子の部
分を三角柱状もしくは円柱状に配置して１２本のビーム
を形成し、３６０度の範囲の通信領域を確保するように
したことを特徴とするアンテナシステム。 - 【請求項１２】 ２のｎ乗個のアンテナ素子にバトラー
マトリクス給電回路から給電を行って複数のビームを形
成するようになっており、前記２のｎ乗個のアンテナ素
子の片側もしくは両側に２のｎ乗個以下の副アンテナ素
子を配置して、前記副アンテナ素子に、前記副アンテナ
素子を含むすべてのアンテナ素子に配置順に素子番号を
付したときその副アンテナ素子の素子番号との番号差が
２のｎ乗になる素子番号のアンテナ素子への給電線路よ
り位相を１８０度ずらして電力分配を行い、前記副アン
テナ素子を含むすべてのアンテナ素子の位相差が揃うよ
うに構成されたマルチビームアンテナを、道路の真上に
配置して下向きのビームを複数形成し、自動車と通信を
行うようにした路車間通信用基地局アンテナシステム。 - 【請求項１３】 ２のｎ乗個のアンテナ素子にバトラー
マトリクス給電回路から給電を行って複数のビームを形
成するようになっており、前記２のｎ乗個のアンテナ素
子の片側もしくは両側に２のｎ乗個以下の副アンテナ素
子を配置して、前記副アンテナ素子に、前記副アンテナ
素子を含むすべてのアンテナ素子に配置順に素子番号を
付したときその副アンテナ素子の素子番号との番号差が
２のｎ乗になる素子番号のアンテナ素子への給電線路よ
り位相を１８０度ずらして電力分配を行い、前記副アン
テナ素子を含むすべてのアンテナ素子の位相差が揃うよ
うに構成されたマルチビームアンテナを、自動車に取り
付け、上向きのビームを複数形成し、基地局と通信を行
うようにした路車間通信用移動局アンテナシステム。 - 【請求項１４】 ２のｎ乗個のアンテナ素子にバトラー
マトリクス給電回路から給電を行って複数のビームを形
成するようになっており、前記２のｎ乗個のアンテナ素
子の片側もしくは両側に２のｎ乗個以下の副アンテナ素
子を配置して、前記副アンテナ素子に、前記副アンテナ
素子を含むすべてのアンテナ素子に配置順に素子番号を
付したときその副アンテナ素子の素子番号との番号差が
２のｎ乗になる素子番号のアンテナ素子への給電線路よ
り位相を１８０度ずらして電力分配を行い、前記副アン
テナ素子を含むすべてのアンテナ素子の位相差が揃うよ
うに構成されたマルチビームアンテナを、基地局と自動
車のそれぞれに取り付けて、基地局と自動車間で通信を
行うようにした路車間通信用アンテナシステム。 - 【請求項１５】 ２のｎ乗個のアンテナ素子にバトラー
マトリクス給電回路から給電を行って複数のビームを形
成するようになっており、前記２のｎ乗個のアンテナ素
子の片側もしくは両側に２のｎ乗個以下の副アンテナ素
子を配置して、前記副アンテナ素子に、前記副アンテナ
素子を含むすべてのアンテナ素子に配置順に素子番号を
付したときその副アンテナ素子の素子番号との番号差が
２のｎ乗になる素子番号のアンテナ素子への給電線路よ
り位相を１８０度ずらして電力分配を行い、前記副アン
テナ素子を含むすべてのアンテナ素子の位相差が揃うよ
うに構成されたマルチビームアンテナと、前記複数のビ
ームを選択しそれぞれの位相と振幅を制御した後に合成
して任意の指向性を得る手段とを備えたことを特徴とし
たアンテナシステム。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP11043802A JP2000244224A (ja) | 1999-02-22 | 1999-02-22 | マルチビームアンテナ及びアンテナシステム |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11043802A JP2000244224A (ja) | 1999-02-22 | 1999-02-22 | マルチビームアンテナ及びアンテナシステム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000244224A true JP2000244224A (ja) | 2000-09-08 |
Family
ID=12673890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11043802A Pending JP2000244224A (ja) | 1999-02-22 | 1999-02-22 | マルチビームアンテナ及びアンテナシステム |
Country Status (2)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP2000244224A (ja) |
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