JP2009200950A

JP2009200950A - アレイアンテナとその送信電力分配方法

Info

Publication number: JP2009200950A
Application number: JP2008041873A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kumamoto; 剛熊本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-02-22
Filing date: 2008-02-22
Publication date: 2009-09-03

Abstract

【課題】回路構成を大型化することなく各ポート間のアイソレーション特性を良好に保持することができる。
【解決手段】アレイアンテナは、複数のアンテナ４と、この複数のアンテナ４に設けられる複数の送信モジュール３と、送信電力を複数の送信モジュールそれぞれに分配する送信電力分配器２と、送信電力分配器２と送信モジュール３との間に設けられる複数のアイソレータ５とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、複数のアンテナ素子を配列したアレイアンテナとその送信電力分配方法に関する。

アクティブフェーズドアレイアンテナや、移相器を備えた移相モジュールをアレイ状に複数配列したパッシブフェーズドアレイアンテナ等において、これら複数の送信モジュールや移相モジュールへ送信電力を分配供給するための電力分配器には一般的にウィルキンソン型が使用されている。

ウィルキンソン型電力分配器は、アイソレーション抵抗を配置することによって複数に分配した信号ポート間のアイソレーションを確保できる利点がある。アクティブフェーズドアレイアンテナやパッシブフェーズドアレイアンテナの構成品の中で、能動素子を有するために比較的故障頻度の高い送信モジュールや移相モジュールが故障し回路が開放となった際に、信号ポート間のアイソレーションが確保されていることで、その回路の開放により発生する反射電力（戻り電力）が他の正常動作している信号ポートへ干渉することなく動作することができる。

さらに、一般的には誘電体基板上に形成されるウィルキンソン型電力分配回路に対して、送信効率の向上（損失の低減）を目的に誘電体基板を使用しないエアライン構造の電力分配器が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。

ここで、ウィルキンソン型電力分配器のアイソレーション抵抗は、上述した送信モジュールや移相モジュールの故障時に発生する反射電力に耐えうる耐電力特性を有した部品を選定する必要がある。このため、各送信モジュールや移相モジュールへ大きな入力電力を必要とする場合、すなわち電力分配器からの出力電力が大きい場合は、これに比例して電力分配器のアイソレーション抵抗に要求される耐電力は高くなり、１W程度の耐電力を有するチップ抵抗等の表面実装部品では対応できない程の高耐電力抵抗器が必要となるなど、抵抗器の大型化につながる。このとき、上述した誘電体基板上への回路の形成や低損失化を目的としたエアライン構造等をとる場合、この大型抵抗器の配置やインピーダンス整合を確保した上での電気的接続等、回路規模の増大はもとより実現が非常に困難であった。
特開２００６−１０８７４１公報

上述したように、電力分配器からの出力電力が大きい場合、ポート間のアイソレーションの確保を目的としたウィルキンソン型電力分配器では、アイソレーション抵抗の高耐電力化が必要となり抵抗器が大型になるため、誘電体基板上への回路の形成や低損失化を目的としたエアライン構造等をとる場合、この大型抵抗器の配置やインピーダンス整合を確保した上での電気的接続等、回路規模の増大はもとより実現が非常に困難であった。

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、回路構成を大型化することなく各ポート間のアイソレーション特性を良好に保持することができるアレイアンテナとその送信電力分配方法を提供することにある。

上記目的を達成するためにこの発明に係るアレイアンテナは、複数のアンテナと、前記複数のアンテナに設けられる複数の送信モジュールと、送信電力を前記複数の送信モジュールそれぞれに分配する分配器と、前記分配器と前記送信モジュールとの間に設けられる複数のアイソレータとを具備する。

また、この発明に係る送信電力分配方法は、分配器により複数の送信モジュールに送信電力を分配する送信電力分配方法であって、前記分配器と前記送信モジュールとの間それぞれに複数のアイソレータを配置するものである。

上記構成によるアレイアンテナとその送信電力分配方法では、送信モジュールとこれに送信信号を分配供給するための分配器との間にアイソレータを配置したことで、送信モジュールが故障し開放状態となった場合でも、発生した反射電力をアイソレータにて送信電力分配器へ戻入しないよう遮断できる。これにより、分配器にアイソレーション抵抗を配置することなく各ポート間のアイソレーション特性を良好に保つことが可能となる。

したがってこの発明によれば、回路構成を大型化することなく各ポート間のアイソレーション特性を良好に保持することができるアレイアンテナとその送信電力分配方法を提供することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、この発明に係るアレイアンテナの一実施形態を示す構成図である。ここでは、送信用の増幅器３２及び移相器３１を備えた送信モジュール３を複数配列したアクティブフェーズドアレイアンテナを例にとって説明する。なお、図中には送信信号の電力系統のみを示しているが、実際にはこの他に、受信電力系統や電源、制御系統等を有する。

図１において、送信信号電力系統は、送信源１、送信電力分配器２、アイソレータ５、送信モジュール３、及びアンテナ素子４を備える。送信電力分配器２は、例えば、アイソレーション抵抗を用いないＴ分岐型分配回路により構成される。送信モジュール３は、送信信号の位相制御を可能とするための移相器３１と送信信号を増幅して出力する増幅器３２とを有する。アイソレータ５は、能動素子を有するために比較的故障頻度の高い送信モジュール３と、これらに送信信号を分配供給するための送信電力分配器２との間に配置される。

次に、このように構成されたアレイアンテナの動作について説明する。
送信源１にて生成された送信電力は、送信電力分配器２により信号分配されアイソレータ５を介して各送信モジュール３へ供給される。各送信モジュール３へ供給された送信信号は、移相器３１にて所定の位相制御が行われた後、増幅器３２にて信号増幅され、アンテナ素子４により空間へ送信信号として放射される。

このとき、複数配列された送信モジュール３のうち１台または複数台が破損し、これに接続される送信電力分配器２の信号ポートが開放状態になった場合においても、発生した反射電力をアイソレータ５にて送信電力分配器２へ戻入しないよう遮断できる。これにより、開放状態となったポートと正常なポート間に生じる電力差をアイソレータ５により吸収し、平衡状態を保持することが可能となるため、他の正常ポートとの干渉が生じることなく動作することができる。すなわち、送信電力分配器２にアイソレーション抵抗を配置することなく各信号ポート間のアイソレーション特性を良好に保つことが可能となる。

比較のために、図２に一般的なアクティブフェーズドアレイアンテナの送信電力分配系統の一例を示す。
図２では、送信電力分配器２は、複数に分配した信号ポート間のアイソレーションを確保するため、アイソレーション抵抗２１を有するウィルキンソン型分配器にて構成される。このアイソレーション抵抗２１により、送信モジュール３のうち１台または複数台が破損し、これに接続される送信電力分配器２の信号ポートが開放状態になった場合においても、開放状態となったポートと正常なポート間に生じる電力差をアイソレーション抵抗２１により吸収し、平衡状態を保持していた。

しかしながら、各送信モジュール３に大きな入力電力を必要とする場合、すなわち送信電力分配器２からの出力電力が大きい場合は、これに比例して送信電力分配器２のアイソレーション抵抗２１に要求される耐電力は高くなる。このため、チップ抵抗等の表面実装部品では対応できなくなり、抵抗器の大型化につながってしまう。また、誘電体基板上への回路の形成や低損失化を目的としたエアライン構造等をとる場合、この大型抵抗器の配置やインピーダンス整合を確保した上での電気的接続等、回路規模の増大はもとより実現が非常に困難であった。

これに対し、上記実施形態では、比較的故障頻度の高い送信モジュール等とこれに送信信号を分配供給するための送信電力分配器との間にアイソレータを配置したことで、送信モジュール等が故障し開放状態となった場合でも、発生した反射電力をアイソレータにて送信電力分配器へ戻入しないよう遮断でき、送信電力分配器にアイソレーション抵抗を配置することなく各ポート間のアイソレーション特性を良好に保つことが可能となる。

これにより、アイソレーション抵抗が不要となった送信電力分配器には回路構成が簡単なＴ分岐型電力分配器等を構成すれば良く、出力電力（反射電力）が大きい場合においても、誘電体基板上への回路の形成や低損失化を目的としたエアライン構造等の構成が容易に実現可能となる。

なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、アイソレータ５は送信モジュール３の一部または送信電力分配器２の一部として構成しても良い。また、上記実施形態において、一般に増幅器３２は移相器３１よりも故障が発生しやすいため、アイソレータ５を増幅器３２と移相器３１との間に設けるようにしてもよい。送信電力分配器２には、アイソレーション抵抗が不要となるため、誘電体基板上にパターン形成される伝送線路やエアライン型の伝送線路を分配経路として簡単に構成できる。

また、図１にはアクティブフェーズドアレイアンテナを一例として示したが、送信モジュール３の代わりに増幅器３２を持たず移相器３１で構成される移相モジュールを配置したパッシブフェーズドアレイアンテナにおいても実施することができる。また、図示したアンテナ素子数を変化させた場合や、アンテナ素子と送信モジュールまたは移相モジュールが１対１で接続されないサブアレイ構成、シンニングアレイアンテナ等においても同様に実施可能である。

要するに、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

この発明に係るアンテナ装置の一実施形態の送信電力分配系統を示す図。一般的なアンテナ装置の構成例の送信電力分配系統を示す図。

符号の説明

１…送信源、２…送信電力分配器、３…送信モジュール、３１…移相器、３２…増幅器、４…アンテナ素子、５…アイソレータ。

Claims

複数のアンテナと、
前記複数のアンテナに設けられる複数の送信モジュールと、
送信電力を前記複数の送信モジュールそれぞれに分配する分配器と、
前記分配器と前記送信モジュールとの間に設けられる複数のアイソレータと
を具備することを特徴とするアレイアンテナ。
前記分配器は、誘電体基板上にパターン形成される伝送線路を分配経路としてなることを特徴とする請求項１記載のアレイアンテナ。
前記分配器は、エアライン型の伝送線路を分配経路としてなることを特徴とする請求項１記載のアレイアンテナ。
前記複数の送信モジュールそれぞれは、移相器と増幅器とを備え、前記アイソレータは、前記移相器と前記増幅器との間に設けられることを特徴とする請求項１記載のアレイアンテナ。
分配器により複数の送信モジュールに送信電力を分配する送信電力分配方法であって、
前記分配器と前記送信モジュールとの間それぞれに複数のアイソレータを配置することを特徴とする送信電力分配方法。