JP2005286459A - アレイアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】 互いに隣接する放射素子間の相互結合を小さくすることが可能なアレイアンテナを提供する。
【解決手段】 反射板と、前記反射板の上方に、第１の方向にｍ（ｍ≧２）個、第２の方向にｎ（ｎ≧２）個の（ｍ×ｎ）のアレイ状に配置される（ｍ×ｎ）個の放射素子とを有するアレイアンテナであって、前記第１の方向において互いに隣接する一対の放射素子を、それぞれ第１の放射素子、および第２の放射素子とするとき、前記第１および第２の放射素子は、傾斜部を有し、前記第１の方向から見て、前記第１の放射素子の傾斜部に沿って延長される直線と、前記第２の放射素子の傾斜部に沿って延長される直線とが一点において交差する。前記第１の放射素子の傾斜部に沿って延長される直線と、前記第２の放射素子の傾斜部に沿って延長される直線とが交差する交差角をθとするとき、θは、２０度以上、５０度以下である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アレイアンテナに係り、特に、互いに連接するアンテナ素子による相互結合特性を改善したアレイアンテナに関する。

複数のアンテナ素子をアレイ状に配置するアレイアンテナでは、各アンテナ素子に給電される励振電力の振幅と、位相量を調整することにより、放射ビームの指向特性および放射ビームのビームパターンを変化させることが可能である。
図８は、従来のアレイアンテナの一例の概略構成を示す斜視図である。
同図において、１は反射板、２は誘電体基板、３は誘電体基板の表面（または裏面）に形成されるダイポールアンテナ素子、４は接地導体である。
図８に示すアレイアンテナでは、ダイポールアンテナ素子３は、第１の方向（例えば、Ｘ方向）に４個、第２の方向（例えば、Ｙ方向）の４個の（４×４）のアレイ状に配置される。
ここで、各ダイポールアンテナ素子３は半波長ダイポールアンテナであり、各ダイポールアンテナ素子３を構成する導体の長さは、それぞれ、λｏ／２の電気長（λｏは、使用中心周波数（ｆｏ）の自由空間波長）とされる。なお、使用中心周波数（ｆｏ）は、使用することが予定されている上限周波数と下限周波数の中心の周波数である。

図８に示すアレイアンテナでは、Ｘ方向に配置されるダイポールアンテナ素子３は、略λｏ／２の間隔をおいて配置される。即ち、Ｘ方向において互いに隣接する一対のダイポールアンテナ素子３の間隔はλｏ／２前後とされる。
そのため、ダイポールアンテナ素子に流れる電流による電磁誘導により、Ｘ方向において互いに隣接する一対のダイポールアンテナ素子間での相互結合が大きくなる場合があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、互いに隣接する放射素子間の相互結合を小さくすることが可能なアレイアンテナを提供することにある。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
前述の目的を達成するために、本発明では、反射板と、前記反射板の上方に、第１の方向にｍ（ｍ≧２）個、第２の方向にｎ（ｎ≧２）個の（ｍ×ｎ）のアレイ状に配置される（ｍ×ｎ）個の放射素子とを有するアレイアンテナであって、前記第１の方向において互いに隣接する一対の放射素子を、それぞれ第１の放射素子、および第２の放射素子とするとき、前記第１および第２の放射素子は、傾斜部を有し、前記第１の方向から見て、前記第１の放射素子の傾斜部に沿って延長される直線と、前記第２の放射素子の傾斜部に沿って延長される直線とが一点において交差することを特徴とする。
ここで、前記第１の放射素子の傾斜部に沿って延長される直線と、前記第２の放射素子の傾斜部に沿って延長される直線とが交差する交差角をθとするとき、θは、下記（２）式を満足する。
［数２］
２０°≦θ≦５０° ・・・・・・・・・・・・・・・・・ （２）

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明のアレイアンテナによれば、互いに隣接する放射素子間の相互結合を小さくすることが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
図１は、本発明の実施例のアレイアンテナの概略構成を示す斜視図である。
同図において、１は反射板、２は誘電体基板、３は誘電体基板の表面（または裏面）に形成されるダイポールアンテナ素子、４は接地導体である。
本実施例のアレイアンテナでも、ダイポールアンテナ素子３は、第１の方向（例えば、Ｘ方向）に４個、第２の方向（例えば、Ｙ方向）に４個の（４×４）のアレイ状に配置される。
ここで、各ダイポールアンテナ素子３は半波長ダイポールアンテナであり、各ダイポールアンテナ素子３を構成する導体の長さは、それぞれ、λｏ／２の電気長（λｏは、使用中心周波数（ｆｏ）の自由空間波長）とされる。なお、前述したように、使用中心周波数（ｆｏ）は、使用することが予定されている上限周波数と下限周波数の中心の周波数である。
また、Ｘ方向に配置されるダイポールアンテナ素子３は、略λｏ／２の間隔をおいて配置される。即ち、Ｘ方向において互いに隣接する一対のダイポールアンテナ素子３の間隔はλｏ／２前後とされる。

図２（ａ）は、図１に示す矢印Ａ方向から図１に示すアレイアンテナを見たときの、第１の方向（例えば、Ｘ方向）において、互いに隣接する一対のダイポールアンテナ素子を説明するための図である。
本実施例のアレイアンテナでは、第１の方向（例えば、Ｘ方向）において、互いに隣接する一対のダイポールアンテナ素子３を、それぞれダイポールアンテナ素子（３１_１，３１_２）、およびダイポールアンテナ素子（３２_１，３２_２）とするとき、第１の方向（図１の矢印Ａの方向）から見て、ダイポールアンテナ素子３１_１に沿って延長される直線（Ｂ−Ｂ’）と、ダイポールアンテナ素子３２_１に沿って延長される直線（Ｃ−Ｃ’）とが一点において交差することを特徴とする。
したがって、本実施例では、一対のダイポールアンテナ素子（３１_１，３２_１）が平行に形成されていても、ダイポールアンテナ素子の中心点から開放端に向かう（図２の矢印Ｄ、Ｄ’の方向）ほど、一対のダイポールアンテナ素子（３１_１，３２_１）の間隔が広くなることになる。
これにより、一方のダイポールアンテナ素子に流れる電流による電磁誘導により、他方のダイポールアンテナ素子に誘起される電流を少なくできるので、本実施例のアレイアンテナでは、Ｘ方向において互いに隣接する一対のダイポールアンテナ素子間の相互結合を小さくすることが可能となる。
これは、一対のダイポールアンテナ素子（３１_２，３２_２）においても同じことである。
この場合に、ダイポールアンテナ素子３１_１に沿って延長される直線（Ｂ−Ｂ’）と、ダイポールアンテナ素子３２_１に沿って延長される直線（Ｃ−Ｃ’）とが交差する交差角をθとするとき、θが９０°であれば、互いに隣接する一対のダイポールアンテナ素子（３１_１，３２_１）間での相互結合を最も小さくすることができるが、アレイアンテナの指向特性が劣化すので、θは、下記（３）式を満足することが好ましい。
［数３］
２０°≦θ≦５０° ・・・・・・・・・・・・・・・・・ （３）

図３は、本実施例のアレイアンテナと、図８に示す従来のアレイアンテナの素子間結合特性を示すグラフである。
このグラフは、図１あるいは図８に示すアレイアンテナにおいて、２列目の４個ダイポールアンテナ素子群と３列目の４個ダイポールアンテナ素子群との間の結合特性を示す。
図３において、Ａが本実施例のアレイアンテナの特性を、Ｂが従来のアレイアンテナの特性を示す。このグラフから分かるように、アレイアンテナから放射される電波の周波数が４ＧＨｚの時に、結合特性が（−１．５ｄＢ）改善されていることが分かる。
図４は、本実施例のアレイアンテナの一例の水平面内指向特性を示すグラフである。
この図４は、図１に示すアレイアンテナにおいて、２列目の４個ダイポールアンテナ素子群から、周波数が４ＧＨｚの電波を放射した時の、図１に示すＸ−Ｚ面の指向特性を示す図である。
図５は、図８に示すアレイアンテナの一例の水平面内指向特性を示すグラフである。
この図５は、図８に示すアレイアンテナにおいて、２列目の４個ダイポールアンテナ素子群から、周波数が４ＧＨｚの電波を放射した時の、図８に示すＸ−Ｚ面の指向特性を示す図である。
図６は、図４に示す指向特性と、図５に示す指向特性とを同じ図にまとめたグラフである。なお、図４、図５は、測定結果の水平面内指向特性を、図６では、０°方向の時の利得を、０ｄＢに規格化した水平面内指向特性を表している。
図４〜図６から分かるように、本実施例のアレイアンテナでは、互いに隣接する一対のダイポールアンテナ素子（３１、３２）の間での相互結合を小さくすることができるので、水平面内指向特性の左右対称性が向上している。

図２（ｂ）は、本実施例のアレイアンテナにおける、互いに隣接する一対のダイポールアンテナ素子３の変形例を示す図である。
図２（ｂ）に示すダイポールアンテナ素子３は、ダイポールアンテナ素子３の両端の先端開放部を、反射板１に対して平行に形成し、この両端の先端開放部を接続する部分を傾斜させ、そして、第１の方向（図１の矢印Ａの方向）から見て、ダイポールアンテナ素子３１_１の傾斜部に沿って延長される直線（Ｂ−Ｂ’）と、ダイポールアンテナ素子３２_１の傾斜部に沿って延長される直線（Ｃ−Ｃ’）とが一点において交差させるようにしたものである。
ここで、ダイポールアンテナ素子３１_１の傾斜部に沿って延長される直線（Ｂ−Ｂ’）と、ダイポールアンテナ素子３２_１の傾斜部に沿って延長される直線（Ｃ−Ｃ’）とが交差する交差角をθとするとき、θは、前述の（３）式を満足する値とされる。
図２（ｂ）に示すアレイアンテナにおいても、図２（ａ）に示すアレイアンテナと同様な作用・効果を得ることが可能である。

以下、図７を用いて、本実施例のダイポールアンテナ素子３の構造について説明する。
図７（ａ）は、図１に示す誘電体基板２の表面（または、裏面）側の構成を示す図であり、図７（ｂ）は、図１に示す誘電体基板２の裏面（または、表面）側の構成を示す図である。
各ダイポールアンテナ素子３、および各接地導体４は、誘電体基板２の表面（または、裏面）側に設けられる。ここで、ダイポールアンテナ素子３、および接地導体４は、プリント配線板で用いるエッチング手法等により形成される。
ダイポールアンテナ素子３は、誘電体基板２の中心点に線対称に設けられる一対の放射素子（１３_１，１３_２）を有し、一対の放射素子（１３_１，１３_２）は、その中央部に幅方向の切込み２０が設けられ、接地導体４には、長手方向のスロット２１が設けられる。
ダイポールアンテナ素子３の放射素子（１３_１，１３_２）の前縁中央部に設けた幅方向の切込み２０の底部と、接地導体４の長手方向のスロット２１とによって分割された、接地導体４の分割前端部がそれぞれ接続される。

図７（ｂ）に示すように、誘電体基板２の裏面（または、表面）には、給電回路を構成する折返し導体５が形成される。この折返し導体５も、プリント配線板で用いるエッチング手法等により形成される。
折り返し導体５は、接地導体４の一部とともに、分岐導体による平衡−不平衡変換回路（マイクロストリップ線路による平衡−不平衡変換回路）を構成する。
折返し導体５は、一端が開放端とされ、他端に励振電力が供給される。
本実施例のアレイアンテナにおいては、アレイ状に配置された各ダイポールアンテナ素子３に供給される励振電力（即ち、折返し導体５の他端に供給される励振電力）の振幅と、位相量を調整することにより、放射ビームの指向特性および放射ビームのビームパターンを変化させることができる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。

本発明の実施例のアレイアンテナの概略構成を示す斜視図である。 図１に示す矢印Ａ方向から図１に示すアレイアンテナを見たときの、第１の方向（例えば、Ｘ方向）において、互いに隣接する一対のダイポールアンテナ素子を説明するための図である。 本発明の実施例のアレイアンテナにおける、互いに隣接する一対のダイポールアンテナ素子の変形例を説明するための図である。 本発明の実施例のアレイアンテナと、図８に示す従来のアレイアンテナの素子間結合特性を示すグラフである。 本発明の実施例のアレイアンテナの一例の水平面内指向特性を示すグラフである。 図８に示すアレイアンテナの一例の水平面内指向特性を示すグラフである。 図４に示す指向特性と、図５に示す指向特性とを同じ図にまとめたグラフである。 本発明の実施例のダイポールアンテナ素子の構造について説明する図である。 従来のアレイアンテナの一例の概略構成を示す斜視図である。

符号の説明

１ 反射板
２ 誘電体基板
３，３１_１，３１_２，３２_１，３２_２ ダイポールアンテナ素子
４ 接地導体
５ 折返し導体
１３_１，１３_２ 放射素子
２０ 幅方向の切込み
２１ 長手方向のスロット

Claims (3)

1. 反射板と、
   前記反射板の上方に、第１の方向にｍ（ｍ≧２）個、第２の方向にｎ（ｎ≧２）個の（ｍ×ｎ）のアレイ状に配置される（ｍ×ｎ）個の放射素子とを有するアレイアンテナであって、
   前記第１の方向において互いに隣接する一対の放射素子を、それぞれ第１の放射素子、および第２の放射素子とするとき、前記第１および第２の放射素子は、傾斜部を有し、
   前記第１の方向から見て、前記第１の放射素子の傾斜部に沿って延長される直線と、前記第２の放射素子の傾斜部に沿って延長される直線とが一点において交差することを特徴とするアレイアンテナ。
2. 前記第１の放射素子の傾斜部に沿って延長される直線と、前記第２の放射素子の傾斜部に沿って延長される直線とが交差する交差角をθとするとき、θは、下記（１）式を満足することを特徴とする請求項１に記載のアレイアンテナ。
   ［数１］
   ２０°≦θ≦５０° ・・・・・・・・・・・・・・・・・ （１）
3. 前記第１および第２の放射素子は、前記傾斜部に連続し、先端部が開放端とされる先端開放部を有し、
   前記先端開放部は、前記反射板に沿って延長されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアレイアンテナ。
   

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