JP2000269735A - アレーアンテナ - Google Patents
アレーアンテナInfo
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Abstract
放射素子に給電する電力を制御することなく、サイドロ
ーブを抑圧する 【解決手段】 4個の放射素子11a、11bのうち内
側2つの放射素子11bの素子幅を外側2つの放射素子
11aの素子幅より狭くする。幅の狭い放射素子11b
の指向性は、幅の広いものよりブロードになるため、サ
イドローブが発生する方向においては、内側の放射素子
11bの指向性利得が外側の放射素子11aの指向性利
得より高くなる。このことは、内側の放射素子11bの
給電電力が外側の放射素子11aの給電電力より大きく
なったことと等価であるため、サイドローブを抑圧する
ことができる。
Description
た複数の放射素子を有するアレーアンテナに関する。
テナの指向性を所望の特性にするためには、アンテナ上
の振幅と位相分布を制御する必要がある。例えばホーン
アンテナでは、開口部の形状によりこの制御を行ってい
るが、より細かな制御やビームの方向を変化させるため
には半波長ダイポールやスロットアンテナ、マイクロス
トリップアンテナ等の波長より小さい放射素子を多数並
べてそれぞれの給電電力と位相を制御して所望の指向性
を実現する。このようなアンテナがアレーアンテナであ
り、給電方法によって多くのバリエーションがある。
の指向特性を得るためには、サイドローブを抑圧する必
要がある。その方法としては、内側の放射素子への給電
電力に対し、外側の放射素子への給電電力を少なくする
ものが知られている。このため、アレーアンテナの給電
回路から複数の放射素子に給電する電力を制御すること
が行われている。
ーマトリクス回路を用いたバトラーマトリクスアンテナ
がある。このバトラーマトリクスアンテナは、2のn乗
個の入出力端子を持ったバトラーマトリクス回路と、そ
れぞれの出力端子に接続された放射素子で構成されてお
り、各入力端子から入力された高周波電力を特定の位相
差をつけて出力端子に等電力分配し、ビーム方向の異な
るマルチビームを形成するようにしている。
は、ビームを傾けるほどサイドローブが増大してアンテ
ナとしての特性が悪化してしまうという問題がある。こ
の場合、バトラーマトリクスアンテナは、複数の放射素
子に等電力分配するものであるため、複数の放射素子へ
の電力分配を制御してサイドローブを低減することが難
しい。
アンテナにおいて給電回路から複数の放射素子に給電す
る電力を制御することなく、サイドローブを抑圧するこ
とを目的とする。また、バトラーマトリクスアンテナに
おいて、ビームを傾けた場合に生じるサイドローブを抑
圧することを目的とする。
ンテナのサイドローブを低減する方法として、アレーア
ンテナを構成する放射素子の指向性に着目した。サイド
ローブが発生する方向への各放射素子の利得制御は、放
射素子への給電電力制御と等価であり、放射素子の指向
性は素子の種類・形状で、ある程度制御が可能であるこ
とから、指向性の異なる放射素子を組み合わせてアレー
を構成すれば、素子数増加も効率低下もなしにサイドロ
ーブを低減できる。
請求項1に記載の発明では、複数の放射素子は、内側の
放射素子と外側の放射素子とで指向性が異なっており、
複数の放射素子として全て同じ指向性の放射素子を使っ
た場合にサイドローブが発生する方向において複数の放
射素子の指向性利得が内側の放射素子に比べて外側の放
射素子で相対的に弱くなるようになっていることを特徴
としている。
おいて外側の放射素子の指向性利得を内側の放射素子の
に比べて相対的に弱くすることにより、内側の放射素子
の給電電力を外側の放射素子の給電電力より大きくした
ことと等価になり、サイドローブを抑圧することができ
る。この場合、請求項2に記載の発明のように、複数の
放射素子として全て同じ指向性の放射素子を使った場合
に横方向に発生するサイドローブを抑圧するように構成
することができる。具体的には、請求項3に記載の発明
のように内側の放射素子の素子幅を外側の放射素子の素
子幅に比べて狭くすること、あるいは請求項4に記載の
発明のように内側の放射素子の部分における誘電体の厚
さを外側の放射素子の部分における誘電体の厚さに比べ
て薄くすること、あるいは請求項5に記載の発明のよう
に内側の放射素子の部分における誘電体の誘電率を外側
の放射素子の部分における誘電体の誘電率に比べて大き
くすること、あるいは請求項6に記載の発明のように、
内側の八木・宇田アレーの導波器の数を外側の八木・宇
田アレーの導波器の数に比べて少なくすること、によっ
て実現できる。
記載の発明のように、複数の放射素子にバトラーマトリ
クス回路から給電を行うようにし、複数の放射素子とし
て全て同じ指向性の放射素子を使った場合に正面方向に
発生するサイドローブを抑圧するようにすれば、バトラ
ーマトリクスアンテナにおいてビームを傾けた場合に生
じるサイドローブを抑圧することができる。
発明のように内側の放射素子の素子幅を外側の放射素子
の素子幅に比べて広くすること、あるいは請求項9に記
載の発明のように内側の放射素子の部分における誘電体
の厚さを外側の放射素子の部分における誘電体の厚さに
比べて厚くすること、あるいは請求項10に記載の発明
のように内側の放射素子の部分における誘電体の誘電率
を外側の放射素子の部分における誘電体の誘電率に比べ
て小さくすること、あるいは請求項11に記載の発明の
ように内側の八木・宇田アレーの導波器の数を外側の八
木・宇田アレーの導波器の数に比べて多くすること、に
よって実現できる。
に記載の発明のように、内側の放射素子と外側の放射素
子を、互いに異なる種類の放射素子とすることもでき
る。この場合、具体的には、請求項13に記載の発明の
ように内側の放射素子をマイクロストリップ放射素子と
し、外側の放射素子をスロット放射素子とすることによ
って実現できる。
第1実施形態に係るアレーアンテナの構成を示す。
(a)は平面図、(b)は(a)中のA−A断面図であ
る。この第1実施形態に係るアレーアンテナは、誘電体
基板10の表面に放射素子11a、11bと、給電線路
12と、放射素子と給電線路を整合するためのインピー
ダンス変換線路13が形成され、誘電体基板10の裏面
に接地面を構成する導体膜(以下、接地膜という)14
が形成された、マイクロストリップ構造のアレーアンテ
ナとなっている。なお、放射素子11a、11b、給電
線路12、インピーダンス変換線路13は、導体で形成
されたマイクロストリップ回路を構成しており、放射素
子11a、11bは、マイクロストリップ放射素子とし
て機能している。
は、分岐回路21と伝送線路22により構成されてい
る。なお、30は、アレーアンテナへの給電端子であ
り、31a〜31dは、放射素子11a、11bへの給
電端子である。この実施形態においては、4個の放射素
子11a、11bのうち内側2つの放射素子11bの素
子幅を外側2つの放射素子11aの素子幅より狭くして
いる。幅の狭いマイクロストリップ放射素子11bの指
向性は、幅の広いものよりブロードになるため、効率を
同等とすると放射素子11a、11bの指向性は、それ
ぞれ図2(b)の破線、実線の関係になり、正面方向で
は幅の広い放射素子11aの利得が高くなり、横方向で
は幅の狭い放射素子11bの利得が高くなる。
狭い放射素子11b)を4個使った場合のアレーアンテ
ナの指向性が例えば図2(a)のようになったとする
と、サイドローブが例えば±45°の横方向に発生す
る。ここで、上記したように放射素子11a、11bの
指向性を図2(b)のようにすると、サイドローブが発
生する方向(例えば±45°の方向)においては、内側
の放射素子11bの指向性利得が外側の放射素子11a
の指向性利得より高くなる。このことは、内側の放射素
子11bの給電電力が外側の放射素子11aの給電電力
より大きくなったことと等価であることを意味する。こ
のため、サイドローブを抑圧することができる。なお、
サイドローブの発生する方向は、同じ指向性の放射素子
として幅の広い放射素子11aを用いた場合でも、同じ
になる。
性の放射素子を使った場合にサイドローブが発生する横
方向において、放射素子11a、11bの指向性利得を
内側の放射素子11bに比べて外側の放射素子11aで
相対的に弱くなるようにしているから、横方向に発生す
るサイドローブを抑圧することができる。 (第2実施形態)図3に本発明の第2実施形態に係るア
レーアンテナの構成を示す。(a)は平面図、(b)は
(a)中のB−B断面図である。なお、図においては、
給電回路を省略している。
として多層の誘電体基板を用い、基板内部に接地膜14
aを形成するとともに、スルーホール15を介して接地
膜14aと誘電体基板10裏面の接地膜14とを導通さ
せるようにしている。また、誘電体基板10の表面に形
成される放射素子11a、11bを同一形状のものとし
ている。なお、接地膜14aは、図3(a)において破
線で示すものの内側領域に形成されている。
1bの部分の誘電体(誘電体基板10のうち放射素子1
1bと接地膜14aの間の部分)の厚さを外側の放射素
子11aの部分の誘電体(誘電体基板10のうち放射素
子11aと接地膜14の間の部分)の厚さに比べて薄く
することができる。誘電体を薄くすると、放射素子の指
向性をブロードにすることができるため、第1実施形態
と同様、サイドローブが発生する横方向において、内側
の放射素子11bの指向性利得を外側の放射素子11a
の指向性利得より高くすることができ、同一特性の放射
素子の給電電力を制御した場合と同様にサイドローブを
抑圧することができる。 (第3実施形態)図4に本発明の第2実施形態に係るア
レーアンテナの構成を示す。(a)は平面図、(b)は
(a)中のC−C断面図である。なお、図においては、
給電回路を省略している。
子11a、11bの部分の誘電体の厚さを変えることに
より、放射素子11a、11bの指向特性を変えるもの
を示したが、この実施形態においては、放射素子11
a、11bの部分の誘電体の誘電率を変えることによ
り、放射素子11a、11bの指向特性を変えるように
している。
外側の放射素子11aの部分と異なる誘電率の誘電体基
板10aを設け、内側の放射素子11bの部分における
誘電体の誘電率を外側の放射素子11aの部分における
誘電体の誘電率に比べて大きくしている。誘電体の誘電
率を大きくすると、放射素子の指向性をブロードにする
ことができるため、第1実施形態と同様、サイドローブ
が発生する横方向において、内側の放射素子11bの指
向性利得を外側の放射素子11aの指向性利得より高く
することができ、同一特性の放射素子の給電電力を制御
した場合と同様にサイドローブを抑圧することができ
る。 (第4実施形態)図5に本発明の第3実施形態に係るア
レーアンテナの構成を示す。
八木・宇田アンテナ41a、41bを放射素子として用
いたもので、八木・宇田アンテナ41a、41bのそれ
ぞれは、半波長ダイポール42、反射器43、およびい
くつかの導波器44で構成されている。なお、45は給
電線路、46は給電端子である。ここで、内側の八木・
宇田アンテナ41bの導波器44の数を外側の八木・宇
田アンテナ41aの導波器44の数より少なくしてい
る。八木・宇田アンテナにおいて、導波器の数を少なく
すると、その指向性をブロードにすることができるた
め、第1実施形態と同様、サイドローブが発生する横方
向において、内側の放射素子41bの指向性利得を外側
の放射素子41aの指向性利得より高くすることがで
き、同一特性の放射素子の給電電力を制御した場合と同
様にサイドローブを抑圧することができる。 (第5実施形態)図6に本発明の第5実施形態に係るア
レーアンテナの構成を示す。
電回路20としてバトラーマトリクス回路を用いたバト
ラーマトリクスアンテナとなっており、給電端子30a
〜30dのそれぞれの入力に対し方向が異なる4本の指
向性ビームを発生させるように構成されている。バトラ
ーマトリクス回路20は、入力電力を等分配し90°の
位相差をつけて出力するハイブリッド回路23と45°
固定位相器24を、図のように伝送線路で接続した構成
となっている。なお、放射素子11a、11bは、第1
実施形態と同様、マイクロストリップ放射素子を構成し
ている。
個使い入力端子30bから給電したときのバトラーマト
リクスアンテナの指向性の一例を示す。この場合、第1
実施形態と異なり、正面方向にサイドローブが発生す
る。このため、そのサイドローブが発生する正面方向に
おいて内側の放射素子11bの利得が外側の放射素子1
1aより大きくなるように、内側の放射素子11bの素
子幅を外側の放射素子11aの素子幅より大きくしてい
る。この場合、放射素子11a、11bの指向性は、そ
れぞれ図7(b)の破線、実線の関係になる。従って、
サイドローブが発生する正面方向において内側の放射素
子11bの給電電力を外側の放射素子11aの給電電力
より大きくしたことと等価になり、サイドローブを抑圧
することができる。
おいては、第1実施形態と異なり、正面方向にサイドロ
ーブが発生する。このため、放射素子11a、11bの
素子幅を変えることの代わりに、上記した第2実施形態
のように誘電体の厚さを内側の放射素子11bの部分と
外側の放射素子11aの部分とで変える場合には、内側
の放射素子11bの部分の誘電体の厚さを外側の放射素
子11aの部分における誘電の厚さに比べて厚くする。
また、上記した第3実施形態のように誘電体の誘電率を
変える場合には、内側の放射素子11bの部分における
誘電体基板10aの誘電率を外側の放射素子11aの部
分における誘電体基板10の誘電率に比べて小さくす
る。さらに、上記した第4実施形態のように、アレーア
ンテナを八木・宇田アンテナで構成する場合には、内側
の八木・宇田アンテナ41bの導波器44の数を外側の
八木・宇田アンテナ41aの導波器44の数より多くす
る。このようにすることによって、それぞれの実施形態
においてサイドローブが発生する正面方向において複数
の放射素子の指向性利得が内側の放射素子に比べて外側
の放射素子で相対的に弱くなるようにすることができ、
同一特性の放射素子の給電電力を制御した場合と同様に
サイドローブを抑圧することができる。
テナを用いて路車間通信を行う場合の構成を示す。図に
おいて、バトラーマトリクスアンテナ101は通信シス
テム基地局102に接続されて路側に設置されており、
道路上を移動する車両103に搭載された移動局との間
で情報通信を行うようになっている。ここで、バトラー
マトリクスアンテナ101は、指向性利得の異なる放射
素子を組み合わせたアレーを使ってサイドローブを抑圧
しているため、バトラーマトリクスアンテナ101が形
成する4本のマルチビームによる通信領域104〜10
7は、それぞれ他の方向からの干渉を受けにくくするこ
とができ、良好な通信環境を得ることができる。
トラーマトリクスアンテナ101を2つ用い、それぞれ
が形成する通信領域108、109を一部重複させるよ
うにすれば、アンテナがカバーする領域を倍増させるこ
とができる。これにより、扇形から円形までカバー領域
を形成することができるため、柔軟な通信領域の設計が
可能になる。 (第6実施形態)図10に本発明の第6実施形態に係る
アレーアンテナの構成を示す。(a)は平面図、(b)
は(a)中のD−D断面図、(c)は(b)中のE−E
断面図である。なお、図においては、給電回路を省略し
ている。
クロストリップ放射素子11b、外側2つをスロット放
射素子11cとして放射素子の種類を変えている。具体
的には、図に示すように、誘電体基板11の表面にスロ
ット放射素子11cを構成するための導体パターン16
とマイクロストリップ放射素子11bを形成し、基板内
部に導体膜14cおよび接地膜14bを形成し、基板表
面の導体パターン16と基板内部の接地膜14bと基板
裏面の接地膜14とをスルーホール15aを介して導通
させるようにしている。なお、図10(c)に示す破線
の円部分は、ストリップ線路−スロット変換回路を示し
ている。
より、外側と内側の放射素子利得を制御することができ
る。この特性を利用して、内側の放射素子11bと外側
の放射素子11cのサイドローブが発生する方向への利
得を変えることにより、同一特性の放射素子の給電電力
を制御した場合と同様にサイドローブを抑圧することが
できる。
は、放射素子を4つ用いるものを示したが、放射素子の
個数はそれ以外のものであってもよい。
構成を示す図である。
が低減できることを説明するための指向性を示す図であ
る。
構成を示す図である。
構成を示す図である。
構成を示す図である。
構成を示す図である。
サイドローブが低減できることを説明するための指向性
を示す図である。
スアンテナを用いて路車間通信を行う場合の構成を示す
図である。
ンテナを2つ用い、それぞれが形成する通信領域を一部
重複させた場合の構成を示す図である。
の構成を示す図である。
ロストリップ放射素子、11c…スロット放射素子、1
2…給電線路、13…インピーダンス変換線路、14、
14a…接地膜、15…スルーホール、20…給電回
路、21…分岐回路、22…伝送線路、23…ハイブリ
ッド回路、24…45°固定位相器、30…アレーアン
テナへの給電端子、31a〜31d…放射素子への給電
端子、41a、41b…八木・宇田アンテナ、42…半
波長ダイポール、43…反射器、44…導波器、45…
給電線路、46…給電端子。
Claims (13)
- 【請求項1】 直線的に配列された複数の放射素子を有
するアレーアンテナにおいて、 前記複数の放射素子は、内側の放射素子と外側の放射素
子とで指向性が異なっており、前記複数の放射素子とし
て全て同じ指向性の放射素子を使った場合にサイドロー
ブが発生する方向において前記複数の放射素子の指向性
利得が内側の放射素子に比べて外側の放射素子で相対的
に弱くなるようになっていることを特徴とするアレーア
ンテナ。 - 【請求項2】 前記複数の放射素子として全て同じ指向
性の放射素子を使った場合に横方向に発生するサイドロ
ーブを抑圧するように構成されていることを特徴とする
請求項1に記載のアレーアンテナ。 - 【請求項3】 前記複数の放射素子は、誘電体基板の上
に形成されたマイクロストリップ回路で構成されてお
り、前記内側の放射素子の素子幅が前記外側の放射素子
の素子幅に比べて狭くなっていることを特徴とする請求
項2に記載のアレーアンテナ。 - 【請求項4】 前記複数の放射素子は、誘電体基板の上
に形成されたマイクロストリップ回路で構成されてお
り、前記内側の放射素子の部分における誘電体の厚さが
前記外側の放射素子の部分における誘電体の厚さに比べ
て薄くなっていることを特徴とする請求項2に記載のア
レーアンテナ。 - 【請求項5】 前記複数の放射素子は、誘電体基板の上
に形成されたマイクロストリップ回路で構成されてお
り、前記内側の放射素子の部分における誘電体の誘電率
が前記外側の放射素子の部分における誘電体の誘電率に
比べて大きくなっていることを特徴とする請求項2に記
載のアレーアンテナ。 - 【請求項6】 前記放射素子は、半波長ダイポールと反
射器と導波器により構成される八木・宇田アレーであっ
て、内側の八木・宇田アレーの導波器の数が外側の八木
・宇田アレーの導波器の数に比べて少なくなっているこ
とを特徴とする請求項2に記載のアレーアンテナ。 - 【請求項7】 前記複数の放射素子にバトラーマトリク
ス回路から給電が行われるようになっており、前記複数
の放射素子として全て同じ指向性の放射素子を使った場
合に正面方向に発生するサイドローブを抑圧するように
構成されていることを特徴とする請求項1に記載のアレ
ーアンテナ。 - 【請求項8】 前記複数の放射素子は、誘電体基板の上
に形成されたマイクロストリップ回路で構成されてお
り、前記内側の放射素子の素子幅が前記外側の放射素子
の素子幅に比べて広くなっていることを特徴とする請求
項7に記載のアレーアンテナ。 - 【請求項9】 前記複数の放射素子は、誘電体基板の上
に形成されたマイクロストリップ回路で構成されてお
り、前記内側の放射素子の部分における誘電体の厚さが
前記外側の放射素子の部分における誘電体の厚さに比べ
て厚くなっていることを特徴とする請求項7に記載のア
レーアンテナ。 - 【請求項10】 前記複数の放射素子は、誘電体基板の
上に形成されたマイクロストリップ回路で構成されてお
り、前記内側の放射素子の部分における誘電体の誘電率
が前記外側の放射素子の部分における誘電体の誘電率に
比べて小さくなっていることを特徴とする請求項7に記
載のアレーアンテナ。 - 【請求項11】 前記放射素子は、半波長ダイポールと
反射器と導波器により構成される八木・宇田アレーであ
って、内側の八木・宇田アレーの導波器の数が外側の八
木・宇田アレーの導波器の数に比べて多くなっているこ
とを特徴とする請求項8に記載のアレーアンテナ。 - 【請求項12】 前記内側の放射素子と前記外側の放射
素子が、互いに異なる種類の放射素子となっていること
を特徴とする請求項1に記載のアレーアンテナ。 - 【請求項13】 前記内側の放射素子は、マイクロスト
リップ放射素子であり、前記外側の放射素子は、スロッ
ト放射素子であることを特徴とする請求項12に記載の
アレーアンテナ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11068867A JP2000269735A (ja) | 1999-03-15 | 1999-03-15 | アレーアンテナ |
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JP11068867A JP2000269735A (ja) | 1999-03-15 | 1999-03-15 | アレーアンテナ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP11068867A Pending JP2000269735A (ja) | 1999-03-15 | 1999-03-15 | アレーアンテナ |
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