JP2001358531A - 能動寄生素子を有する位相調整アレイ・アンテナ - Google Patents

能動寄生素子を有する位相調整アレイ・アンテナ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 能動寄生素子を有する位相調整アレイ・アン
テナを提供する 【解決手段】 位相調整アレイ・アンテナは、能動又は
ビーム形成アレイ部と、信号の送信又は受信あるいはそ
の両方を行う能動寄生素子とを含んでいる。寄生素子
は、信号の送信又は受信あるいその両方を行うために用
いられる能動素子も提供しながら、アンテナのアレイ部
のエッジ素子に均一なインピーダンスを呈する二重の意
図をになう。能動寄生素子は、アレイ部と同じ周波数で
又はアレイ部と異なる周波数で、送信又は受信あるいそ
の両方を実施できる。能動寄生素子は、アレイ部の素子
と異なる極性を有することもできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、アンテナ、特に位相調
整アレイ・アンテナに関する。
【０００２】
【従来技術】今まで、位相調整アレイ・アンテナは、信
号を送信又は受信する能動アンテナ素子のアレイを有す
るビーム形成部と、寄生アンテナ素子を有する部分とを
含んでいた。寄生素子は、信号を送信又は受信しない非
能動アンテナ素子だった。寄生素子は、能動アンテナ素
子のアレイのエッジ上に位置していた能動素子に均一の
インピーダンスを呈するために、能動素子のアレイに隣
接していた。これは、アレイのエッジの素子が、アレイ
の中心の素子とほぼ同じインピーダンスで囲われる結果
になった。そこで、エッジ素子に関連する遠視野パター
ンが、アレイの中心の素子に関連する遠視野パターンと
実質的に同じになる。これらの寄生素子の活用は、実際
のアンテナの状態を損ねることを意味する。
【０００３】
【課題を解決するための手段】本発明は、能動又はビー
ム形成アレイ部と、信号の送信又は受信あるいはその両
方を行う能動寄生素子とを具備する、位相調整アレイ・
アンテナを提供する。寄生素子は、信号の送信又は受信
あるいその両方を行うために用いられる能動素子も提供
しながら、アンテナの任意の部分のエッジ素子に均一な
インピーダンスを呈する二重の意図をになう。能動寄生
素子は、アレイ部と同じ周波数で又はアレイ部と異なる
周波数で、送信又は受信あるいその両方を実施できる。
能動寄生素子は、アレイ部の素子と異なる極性を有する
こともできる。
【０００４】
【実施例】図１はダイポール素子１０を示しており、そ
こでは、信号がポイント１２又は１３あるいその両方の
素子で送受信される。不平衡の構成を用いると、信号は
ポイント１２で送受信され、ポイント１３は通常は接地
される。平衡構成を用いると、互いに位相が１８０゜異
なる信号が、ポイント１２と１３で送受信される。
【０００５】図２は、能動又はビーム形成アレイ・アン
テナ素子と能動寄生素子とを具備するアンテナ２０を示
す。ダイポール・アンテナ素子１０が、カラム３０、３
２、３４、３６、３８、４０とに配置してあり、それら
は類似の極性を備えている。カラム３２、３４、３６、
３８の素子は、アンテナ２０の能動又はビーム形成アレ
イ部を構成している。４カラム×６ローのアレイは、図
解を意図して図示してあり、他のサイズのアレイも使用
できることに注意すべきである。カラム３２、３４、３
６、３８の素子に出入する信号は、各々、リード線４
４、４６、４８、５０に接続した集合的な送りパターン
又はネットワークを経由して送られる。リード線４４、
４６、４８、５０上の信号の相対的な位相と振幅とを用
いて、アレイ・アンテナ素子で生成したビームの形状と
方向とを制御する。集合的な送りパターン又はネットワ
ークを構成する回路導体は、アンテナが多層構造を用い
て構成してある場合に、アンテナ２０の前面又は後面又
はアレイ２０の内部層に置かる。アレイの素子ごとに別
のリード線に接続する個々の送りパターンのように、他
の送りパターンを用いて、カラム３２、３４、３６、３
８の素子に信号を出入させることもできる。
【０００６】素子カラム３０と４０は、アンテナに適し
た能動寄生素子を提供する。カラム３０と４０の寄生素
子は、集合的な送りパターン又はネットワークのような
パターンを用いて送られるので、各々、信号リード線６
０と６２に送受信される信号を送受信できる。カラム３
０と４０の寄生素子の目的は、各々、エッジ・カラム３
２と３８のアレイ素子に均一のインピーダンスを呈する
ことにある。例えば、アレイ・アンテナ素子６４は、ア
レイ・アンテナ素子６６とほぼ同じインピーダンスで囲
われている。何故ならば、両方の素子６４と６６は、そ
れらの左右の側面にアンテナ素子を備えているからであ
る。従って、寄生アンテナ素子６８の結果として、アレ
イ・エッジ素子６４で生成した遠視野パターンは、素子
６６で生成した遠視野パターンと実質的に同じになる。
【０００７】アンテナ２０のアレイ部の素子は、アレイ
素子により受信又は送信あるいその両方が実施される信
号の搬送波周波数に基づいて離間している。アレイ・ア
ンテナ素子のカラム間の距離７０は搬送波周波数の波長
の約半分と等しくすべきであり、アレイ・アンテナ素子
のロー間の距離７２は搬送波周波数の波長の約０．８倍
にすべきである。カラム３０と４０の能動寄生素子が、
アンテナ２０のアレイ部の素子で用いられる同じ周波数
で送信又は受信あるいその両方を行う時に、寄生素子カ
ラムとアレイ素子のエッジ・カラムとの間の距離７４
は、搬送波周波数の波長の約０．８倍以内に、望ましく
は搬送波周波数の波長の約半分ににすべきである。寄生
素子のロー間の距離７６は、搬送波周波数の波長の約
０．８倍にすべきである。アレイ素子と寄生素子とに対
して異なる搬送波周波数を使用できる。異なる周波数を
用いる場合、アレイ素子と寄生素子とで用いる周波数の
間の中間周波数は、アンテナ２０上に寄生素子の位置を
定める時に基準周波数として使用できる。例えば、アレ
イ素子が周波数ｆ1で作動し、寄生素子が高い周波数ｆ2
で作動する場合、基準周波数ｆrは、下記のように表さ
れる。 ｆr ＝ ｆ1 ＋ （ｆ2−ｆ1）／２
【０００８】この場合に、寄生素子のカラムとアレイ素
子の最後のカラムとの間の距離７４は、周波数ｆrの波
長の約０．８倍より小さく、望ましくは周波数ｆrの波
長の約半分と等しくすべきである。寄生素子のロー間の
距離７６は、周波数ｆrの波長の約０．８倍である。
【０００９】図３は、２つの部分素子を含んでいる能動
寄生素子を示す。しかし、２つ以上の部分素子も可能で
ある。この例では、部分素子は、直交する極性となるよ
うに構成したダイポール素子９０と９２である。ダイポ
ール素子１０に関して述べたように、信号は、ポイント
９４又は９６あるいその両方でダイポール９０から送受
信される。同様に、信号は、ポイント８８又は８９ある
いその両方でダイポール９２から送受信される。
【００１０】図４は、ダイポール・アレイ素子１０２と
寄生素子１０４とを有するアンテナ１００を示す。図１
に関連して述べたように、アレイ素子カラム１０６、１
０８、１１０、１１２は、各々、信号リード線１１４、
１１６、１１８、１２０とにより、まとめて送られる。
アンテナ１００のアレイ部は信号の送信又は受信あるい
その両方を行うために使用できると共に、アレイ素子で
生成したビームの形状と方向が、ライン１１４、１１
６、１１８、１２０上の信号の相対的な位相と振幅とを
制御することによって制御されることに、注目すべきで
ある。信号は、リード線１２４と１２６を用いて、集合
的な送りパターン又はネットワークのような送りパター
ンを経由して寄生カラム１２２で送信され受信され、そ
こでは、リード線１２４がダイポール１２８に接続し、
リード線１２６がダイポール１３０に接続している。同
様に、カラム１２４の寄生素子は、集合的な送りパター
ン又はネットワークのような送りパターンを経由してリ
ード線１３２とリード線１３４とから信号を送受信し、
そこでは、ダイポール１３６がリード線１３２に接続
し、ダイポール１３８がリード線１３４に接続してい
る。両方の素子より、むしろ寄生カラムの各々で十字状
極性の寄生素子のなかの１つだけ使用できることに注目
すべきである。受信用に一方の寄生素子極性と送信用に
他方の寄生素子極性を使用することもできる。図４の実
施例では、寄生素子は、アレイ素子と同じ極性を有して
いない。寄生カラム１２２と１２４のダイポールは、ア
レイ素子に関する極性で４５゜異なっている。この構成
は、極性の相違に起因するダイバーシティを呈するため
に、代わりにアレイ素子に与えられる均一なインピーダ
ンスの低下を解消する。各々寄生素子を構成するダイポ
ールは、互いに９０゜の配向特性を備えている。そこ
で、寄生素子を構成するダイポール間に優れた極性ダイ
バーシティを呈しながら、アレイ素子に適度な均一性の
インピーダンス環境を呈するという長所を、提供でき
る。垂直と水平の極性のように他の極性を有する寄生素
子が±４５゜極性の代わりに使用できることに注目すべ
きである。
【００１１】寄生素子１２８、１３０、１３６、１３８
は、アレイ素子と同じ搬送波周波数又はアレイ素子と異
なる周波数での送信又は受信あるいその両方に使用でき
る。異なる搬送波周波数を用いる場合、図２に関連して
述べたように、寄生素子の配置は、基準周波数の波長に
基づいている。寄生素子がアレイ素子と同時に又はアレ
イ素子と異なる時に信号を送信又は受信あるいその両方
を行うことができる。図２と４のアンテナの寄生素子部
とアレイ部の両方に用いたアンテナ素子と部分素子は、
ダイポール素子に限定されないことも注目すべきであ
る。スロット又はパッチのような素子も使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ダイポール・アンテナ素子を示す図である。
【図２】能動寄生素子を有する位相調整アレイ・アンテ
ナを示す図である。
【図３】直交する極性を有する２つのダイポール・アン
テナ素子を示す図である。
【図４】能動寄生素子がアレイ素子と異なる極性を有す
る、能動寄生素子を有する位相調整アレイ・アンテナを
示す図である。
【符号の説明】
１０ ダイポール素子 １２、１３ ポイント ２０ アンテナ ３０、３２、３４、３６、３８、４０ カラム ４４、４６、４８、５０ リード線 ６０、６２ 信号リード線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミン−ジュ ツサイ アメリカ合衆国 07039 ニュージャーシ ィ，リビングストン，ウエスト ローン ロード 28 Ｆターム(参考） 5J021 AA05 AA09 AA13 AB03 AB05 CA06 DB02 DB03 FA05 FA32 GA02 HA05 5J045 AA21 DA03 DA09 FA02 NA01

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 アンテナであって、 複数のアレイ素子を有するビーム形成アレイと、 前記のビーム形成アレイに隣接して位置する複数の能動
    寄生素子とを含むことを特徴とするアンテナ。
  2. 【請求項２】 前記のアレイ素子と前記の能動寄生素子
    とがダイポール素子であることを特徴とする、請求項１
    に記載のアンテナ。
  3. 【請求項３】 前記のアレイ素子と前記の能動寄生素子
    とがスロット素子であることを特徴とする、請求項１に
    記載のアンテナ。
  4. 【請求項４】 前記のアレイ素子が第１のタイプの素子
    であり、前記の能動寄生素子が第２の素子であり、前記
    の第１のタイプの素子が前記の第２のタイプの素子と異
    なっていることを特徴とする、請求項１に記載のアンテ
    ナ。
  5. 【請求項５】 前記の第１のタイプの素子がダイポール
    素子であり、前記の第２のタイプの素子がスロット素子
    であることを特徴とする、請求項４に記載のアンテナ。
  6. 【請求項６】 前記の第１のタイプの素子がスロット素
    子であり、前記の第２のタイプの素子がダイポール素子
    であることを特徴とする、請求項４に記載のアンテナ。
  7. 【請求項７】 前記のアレイ素子が前記の能動寄生素子
    と異なる周波数で作動することを特徴とする、請求項１
    に記載のアンテナ。
  8. 【請求項８】 前記のアレイ素子が前記の能動寄生素子
    と異なる時に作動することを特徴とする、請求項１に記
    載のアンテナ。
  9. 【請求項９】 前記のアレイ素子が前記の能動寄生素子
    と異なる極性で作動することを特徴とする、請求項１に
    記載のアンテナ。
  10. 【請求項１０】 前記の異なる極性が約４５゜であるこ
    とを特徴とする、請求項９に記載のアンテナ。
  11. 【請求項１１】 能動寄生素子がアレイ素子の約０．８
    倍のアレイ周波数波長の内部に位置し、アレイ周波数が
    前記のビーム形成アレイで用いられる搬送波周波数にな
    ることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ。
  12. 【請求項１２】 能動寄生素子がアレイ素子の約０．８
    倍の基準周波数波長の内部に位置し、基準周波数は、前
    記の能動寄生素子で用いられる第２の搬送波周波数と前
    記のビーム形成アレイで用いられる第１の搬送波周波数
    との間にあることを特徴とする、請求項１に記載のアン
    テナ。
  13. 【請求項１３】 アンテナであって、 複数のアレイ素子を有するビーム形成アレイと、 前記のビーム形成アレイに隣接して位置する複数の能動
    寄生素子において、前記の能動寄生素子の少なくとも１
    つが複数の部分素子を含んでいる、前記の複数の能動寄
    生素子とを特徴とする、前記のアンテナ。
  14. 【請求項１４】 前記の能動寄生素子の少なくとも１つ
    が２つのダイポール素子を含んでいる、請求項１３に記
    載のアンテナ。
  15. 【請求項１５】 前記の能動寄生素子の少なくとも１つ
    が２つのスロット素子を含んでいる、請求項１３に記載
    のアンテナ。
  16. 【請求項１６】 前記のアレイ素子が、能動寄生素子の
    前記の部分素子のなかの少なくとも１つと異なる極性を
    有する、請求項１３に記載のアンテナ。
  17. 【請求項１７】 前記のアレイ素子が、能動寄生素子の
    前記の部分素子のなかの２つと異なる極性を有する、請
    求項１３に記載のアンテナ。
  18. 【請求項１８】 第１の部分素子と第２の部分素子が異
    なる極性を有する、請求項１３に記載のアンテナ。
  19. 【請求項１９】 前記の異なる極性が約９０゜である、
    請求項１８に記載のアンテナ。
  20. 【請求項２０】 能動寄生素子がアレイ素子の約０．８
    倍のアレイ周波数波長の内部に位置し、アレイ周波数が
    前記のビーム形成アレイで用いられる搬送波周波数にな
    ることを特徴とする、請求項１３に記載のアンテナ。
  21. 【請求項２１】 能動寄生素子がアレイ素子の約０．８
    倍の基準周波数波長の内部に位置し、基準周波数は、前
    記の能動寄生素子で用いられる第２の搬送波周波数と前
    記のビーム形成アレイで用いられる第１の搬送波周波数
    との間にあることを特徴とする、請求項１３に記載のア
    ンテナ。
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