JP2009111723A

JP2009111723A - アレーアンテナ

Info

Publication number: JP2009111723A
Application number: JP2007282009A
Authority: JP
Inventors: Yoshitsugu Yamaguchi; 喜次山口
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-10-30
Filing date: 2007-10-30
Publication date: 2009-05-21
Anticipated expiration: 2027-10-30
Also published as: JP4924361B2

Abstract

【課題】周波数帯域の異なるアンテナを用いてアレーアンテナを構成する場合、分配合成回路に接続した際、利得の低下や反射特性が劣化する。
【解決手段】周波数特性の異なる複数のアンテナ１、２と、アンテナ１、２に接続され、アンテナ１、２との間で信号を分配もしくは合成するハイブリット３と、アンテナ１、２とハイブリット３との接続部位（出力ポート７、８）の相違による位相差を補正する位相補正回路４とを備えたアレーアンテナを構成することにより、アンテナ１、２の間に利得差を生じる周波数帯域でも、アレーアンテナとしての利得低下や反射特性の劣化を抑える。
【選択図】図１

Description

本発明はアレーアンテナの構成に関し、特に広帯域のアンテナ素子を用いたアレーアンテナに関するものである。

アレーアンテアにおいて、複数の素子アンテナからの電力を合成したり、複数の素子アンテナに電力を供給するためには、例えば特許文献１のように分配合成回路が用いられる。

特開平７−３２３２５０（図１）

しかしながら、アレーアンテナに周波数帯域の異なる広帯域アンテナ素子を用いる場合、アンテナ利得が低下する周波数領域内において、アンテナ素子毎に利得が変化してアレーアンテナとしての利得が下がり、反射特性が劣化するという問題があった。

これについて、図５を用いて更に説明する。図５は、周波数帯域の異なる２つのアンテナ素子を分配合成回路に接続した例を示す図である。アンテナには送信と受信で可逆性があるため、以降の説明ではアンテナから電波が放射される場合について述べる。また、便宜上すべてのアンテナが同じ電力で励振されると仮定する。

周波数帯域の異なるアンテナ１１とアンテナ１２を用いて構成されるアレーアンテナにおいて、アンテナ１１とアンテナ１２の利得が同じ領域においては、電力は分配回路１５で分配される。この場合、アンテナ１１とアンテナ１２に等しい電力が供給され、それぞれのアンテナから電波が放射される。

しかし、アンテナ１２の利得が低下する周波数領域においては、通常の分配合成回路５を用いた場合、アンテナ１２に電力が供給されても電波は十分に放射されなくなり、アレーアンテナとしての利得が下がる。また、アンテナ１２に供給された電力が反射し、反射特性が劣化する。

この発明は係る問題を解決するために為されたものであり、アレーアンテナに周波数特性の異なる複数のアンテナ素子を用いる場合において、アレーアンテナとしての利得低下や反射特性の劣化を抑えることを目的とする。

この発明によるアレーアンテナは、周波数特性の異なる複数のアンテナと、上記アンテナに接続され、上記アンテナとの間で信号を分配もしくは合成するハイブリットと、上記アンテナと上記ハイブリットとの接続部位の相違による位相差を補正する位相補正回路と、を備えたものである。

また、この発明によるアレーアンテナは、周波数特性の異なる複数の円偏波アンテナと、上記位相が相互に回転するように各端子が円偏波アンテナに接続され、上記円偏波アンテナとの間で信号を分配もしくは合成するハイブリットと、を備えたものである。

この発明によれば、分配合成回路としてアンテナにハイブリットを接続することにより、アンテナ間で利得差を生じる周波数帯域でも、アレーアンテナとしての利得低下や反射特性の劣化を抑えることができる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるアレーアンテナの構成を示す図である。アンテナには送信と受信で可逆性があるため、以降の説明ではアンテナから電波が放射される場合について述べる。図において、アレーアンテナは、アンテナ１（第１のアンテナＡ）、アンテナ２（第２のアンテナＢ）、ハイブリッド３、位相補正回路４を備えて構成される。ハイブリット３は、入力ポート６（第３の入出力ポート）、出力ポート７（第１の入出力ポートＡ）、出力ポート８（第２の入出力ポートＢ）を有している。アンテナ１は、ハイブリット３の出力ポート７に接続される。アンテナ２は、ハイブリット３の出力ポート８側で位相補正回路４に接続される。この際、位相補正回路４は、アンテナ２と出力ポート８の間に接続される。

ここで、アンテナ１およびアンテナ２は、図２に示すような利得の周波数特性を有するものとして説明する。すなわち、アンテナ２はアンテナ１よりも低周波数帯域において利得が低いアンテナである。例えばログペリアンテナで素子長が大きいアンテナと小さいアンテナを組み合わせる場合がこれに相当する。

ハイブリッド３は例えば１８０°ハイブリッドもしくは９０°ハイブリッドが使用可能である。１８０°ハイブリッドの通過振幅特性を図３（ａ）に、９０°ハイブリッドの通過振幅特性を図３（ｂ）に示す。ここでは、アンテナ１とアンテナ２に等しい電力が供給されるように等分配で設計するが、低周波数帯域では一般に図で示すような不等分配特性となる。この例では、低周波数帯域での通過振幅が小さくなるポート８にアンテナ２を接続し、低周波数帯域での通過振幅が大きくなるポート７にアンテナ１を接続している。

次に動作について説明する。
入力ポート６から入力された電力はハイブリッド３で分配され、出力ポート７および出力ポート８へ出力される。前述のように、ハイブリッド３の出力ポート７および出力ポート８へ出力される電力は等分配となるように設計されるが、低周波数帯域では不等分配特性となる。

一方、アンテナの利得特性は、低周波数帯域ではアンテナ２の利得が低下する。ここで、アンテナ１を出力ポート７に接続し、アンテナ２を出力ポート８に接続すると、低周波数帯域においては、アンテナ１にほとんどの電力が供給され、利得が低下するアンテナ２には電力が供給されないことになり、アンテナ利得の低下を抑えることができる。

また、低周波数帯域では、ハイブリッド３の出力ポート８から出力される電力が小さくなるため、アンテナ２での電力の反射量が減少し、アレーアンテナの反射特性の劣化を抑えることが可能である。

一方、位相については、ハイブリッド３に１８０°ハイブリッドを用いた場合では出力ポート７と出力ポート８の位相差は１８０°となる。また、ハイブリッド３に９０°ハイブリッドを用いた場合では出力ポート７と出力ポート８の位相差は９０°となる。例えば遅延線路に代表される位相補正回路４で位相を補正することで、等位相でアンテナを励振することが可能となる。

以上説明した通り、この実施の形態１では、周波数特性の異なる複数のアンテナ１、２と、アンテナ１、２に接続され、アンテナ１、２との間で信号を分配もしくは合成するハイブリット３と、アンテナ１、２とハイブリット３との接続部位（出力ポート７、８）の相違による位相差を補正する位相補正回路４とを備えたアレーアンテナを構成することにより、アンテナ１、２の間に利得差を生じる周波数帯域でも、アレーアンテナとしての利得低下や反射特性の劣化を抑えることができる。この際、ハイブリット３として、例えば９０度または１８０度ハイブリットを用い、位相補正回路４は出力ポート７、８におけるハイブリット３の位相差を補正し、例えば位相差９０度または１８０度位相を補正するように構成すると良い。

また、出力ポート７、８をアンテナ１、２にそれぞれ接続し、ハイブリット３とアンテナ２との間に接続され、入力ポート６とアンテナ１との間と入力ポート６とアンテナ２との間とで、位相差が等しくなるように位相補正する位相補正回路４を備えて、ハイブリット３が、アンテナ２がアンテナ１に比して利得が低下する周波数領域でハイブリット３の出力ポート７が入力ポート６に比して通過特性が低下する特性を有するか、もしくはアンテナ２がアンテナ１に比して利得が増大する周波数領域でハイブリット３の出力ポート７が入力ポート６に比して通過特性が増大する特性を有したものであれば、ハイブリット３として、９０度または１８０度ハイブリット以外の、他のハイブリットを用いても良いことは言うまでもない。

実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２によるアレーアンテナの構成を示す図である。実施の形態１との相違点は、アンテナ１の代わりにアンテナ２１を用い、アンテナ２の代わりにアンテナ２２用いた点と、位相補正回路４が無いことである。この際、アンテナ２１およびアンテナ２２が円偏波のアンテナであること、アンテナ２２がアンテナ２１に対して位相が回転していることが、アンテナ１およびアンテナ２とは異なる点であるが、その他の周波数特性についてはアンテナ１およびアンテナ２と同様である。円偏波のアンテナとしてはヘリカルアンテナ等がある。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

次に動作について説明する。
アンテナ２１およびアンテナ２２の出力信号に関し、振幅については実施の形態１と同様である。位相については、円偏波アンテナの場合、アンテナを回転させることで位相を変化させることが可能である。例えば、ハイブリッド３に１８０°ハイブリッドを用いた構成では、アンテナ２２をアンテナ２１に対して１８０°回転させる。また、ハイブリッド３に９０°ハイブリッドを用いた構成では、アンテナ２２をアンテナ２１に対して９０°回転させることにより、位相補正回路４が無くても励振位相を等位相とすることが可能である。また、円偏波アンテナを回転させて配置するため、軸比特性が改善される効果もある。

この実施の形態２では、周波数特性の異なる複数の円偏波アンテナ２１、２２と、位相が相互に回転するように出力ポート７、８が円偏波アンテナ２１、２２にそれぞれ接続され、円偏波アンテナ２１、２２との間で信号を分配もしくは合成するハイブリット３とを備えたアレーアンテナを構成することにより、円偏波アンテナ２１、２２の間に利得差を生じる周波数帯域でも、アレーアンテナとしての利得低下や反射特性の劣化を抑えることができる。

また、円偏波アンテナ２１、２２は、ハイブリット３との位相差を補正するように、相互に回転してハイブリット３に接続される。この際、ハイブリット３として、９０度または１８０度ハイブリットを用いた場合、円偏波アンテナ２１、２２を、互いに９０度または１８０度回転するように、ハイブリット３に接続すると良い。

この発明の実施の形態１によるアレーアンテナの構成を示す図である。この発明の実施の形態１による各アンテナの利得特性を示す図である。この発明の実施の形態１によるハイブリッドの通過特性を示す図である。この発明の実施の形態２によるアレーアンテナの構成を示す図である。比較例として示す、従来のアレーアンテナの構成を示す図である。

符号の説明

１アンテナ、２アンテナ、３ハイブリッド、４位相補正回路、５分配合成回路、６入力ポート、７出力ポート、８出力ポート、２１アンテナ、２２アンテナ。

Claims

周波数特性の異なる複数のアンテナと、
上記アンテナに接続され、上記アンテナとの間で信号を分配もしくは合成するハイブリットと、
上記アンテナと上記ハイブリットとの接続部位の相違による位相差を補正する位相補正回路と、
を備えたアレーアンテナ。
上記ハイブリットは、９０度または１８０度ハイブリットであることを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ。
第１のアンテナと、
上記第１のアンテナとは周波数特性が異なる第２のアンテナと、
第１乃至第３の入出力ポートを有し、第１、第２の入出力ポートが上記第１、第２のアンテナにそれぞれ接続されるハイブリットと、
上記ハイブリットと上記第２のアンテナとの間に接続され、上記ハイブリットの第３の入出力ポートと第１のアンテナとの間と、上記ハイブリットの第３の入出力ポートと第２のアンテナとの間とで、位相差が等しくなるように位相補正する位相補正回路とを備え、
上記ハイブリットは、上記第２のアンテナが第１のアンテナに比して利得が増大もしくは低下する周波数領域で、上記ハイブリットの第２の入出力ポートが第１の入出力ポートに比して通過特性が増大もしくは低下する特性を有したことを特徴とするアレーアンテナ。
周波数特性の異なる複数の円偏波アンテナと、
上記位相が相互に回転するように各端子が円偏波アンテナに接続され、上記円偏波アンテナとの間で信号を分配もしくは合成するハイブリットと、
を備えたアレーアンテナ。
上記各円偏波アンテナは、上記ハイブリットとの位相差を補正するように、相互に回転して上記ハイブリットに接続されることを特徴とする請求項４記載のアレーアンテナ。
上記ハイブリットは、９０度または１８０度ハイブリットであり、上記各円偏波アンテナを、互いに９０度または１８０度回転するように上記ハイブリットに接続したことを特徴とする請求項４記載のアレーアンテナ。